СПОСОБ ОЧИСТКИ ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ ОТ ВОДНОГО РАСТВОРА МЕТАНОЛА
METHOD FOR PURIFICATION OF LIQUID HYDROCARBONS FROM WATER SOLUTION OF METHANOL

Изобретение относится к способам очистки углеводородных смесей и может быть использовано при добыче, подготовке и переработки углеводородного сырья.
Известен способ (Патент РФ №2286194, МПК: B01D 17/038) очистки жидких углеводородов от метанола, находящихся в виде эмульсии, включающий нагрев эмульсии, разделение путем сепарации нагретой эмульсии на жидкие углеводороды и водный раствор метанола, и последующий их раздельный отвод.
Недостатком описанного способа являются большие энергетические затраты на нагрев эмульсии и низкая эффективность процесса сепарации из-за плохого осаждения водного раствора метанола в жидких углеводородах, легкие компоненты которых при нагреве испаряются и (или) кипят.
Более высокой эффективностью обладает способ очистки жидких углеводородов от метанола, который описан в тезисах доклада Зиберта Г.К., Клюйко В.В., Ланчакова Г.А. и Кулькова А.Н. Создание и внедрение новых технологических процессов и оборудования на базе отечественных научно-исследовательских разработок для ООО «Уренгойгазпром» // Материалы научно-технической конференции «Обеспечение эффективного функционирования Уренгойского нефтегазового комплекса -М.: ООО «ИРЦ Газпром» 2004 г., с.107.
Этот способ включает удаление метанола из жидких углеводородов путем экстракции его водой, последующую сепарацию остаточного водного раствора метанола на коалесцирующих фильтрах от жидких углеводородов и раздельный отвод очищенных углеводородов и водного раствора метанола после экстракции и сепарации.
Недостатком данного способа является большой расход воды на экстракцию, высокая энергоемкость, которая обусловлена необходимостью дальнейшего выделения метанола из водного раствора, получаемого при экстракции. Причем, чем качественнее экстракция, тем больше энергетические затраты на выделение метанола. В связи с этим при осуществлении данного способа уменьшают расход воды на экстракцию, заведомо оставляя в очищаемых жидких углеводородах большое количество водного раствора метанола.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в снижении энергетических затрат и повышении эффективности процесса очистки жидких углеводородов от водного раствора метанола.
Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способе очистки жидких углеводородов от водного раствора метанола, включающем экстракцию метанола из жидких углеводородов водой, последующую за экстракцией сепарацию водного раствора метанола от жидких углеводородов, удаление очищенных углеводородов и водного раствора метанола после экстракции и сепарации, перед экстракцией производят первичную сепарацию на гидрофильном ультратонком или супертонком волокне до остаточной концентрации метанола не более 250 мг на литр жидких углеводородов, за последующей сепарацией остаточный водный раствор метанола из жидких углеводородов, при необходимости, удаляют сорбцией с последующей десорбцией или (и) каталитической конверсией с получением углеводородов и воды.
Удаляемый водный раствор метанола разделяют ректификацией на метанол и воду, которую используют при экстракции.
Проведение перед экстракцией предварительной сепарации на гидрофильном ультратонком или супертонком волокне до остаточной концентрации метанола не более 250 мг на литр жидких углеводородов позволяет проводить дальнейшую экстракцию с минимальным расходом воды и небольшими затратами энергии на последующее извлечение метанола из водного раствора.
Удаление остаточного водного раствора метанола из углеводородного конденсата сорбцией с последующей десорбцией или (и) каталитической конверсией с получением углеводородов и воды позволяет повысить эффективность очистки жидких углеводородов таким образом, что остаточное содержание метанола в углеводородной жидкости становится менее 13 мг/л.
Проведение сепарации с использованием гидрофильного ультратонкого и супертонкого волокна позволяет очищать жидкие углеводороды с требуемой остаточной концентрацией от 250 мг/л и менее.
Удаление сорбцией или (и) каталитической конверсией части остаточного водного раствора метанола позволяет не превышать затраты энергии при достижении необходимой и достаточной эффективности степени очистки.
Разделение водного раствора метанола ректификацией на метанол и воду, которую затем используют при экстракции, позволяет уменьшить затраты энергии на удаление солей из воды перед экстракцией.
Из существующего уровня техники авторам не известны способы очистки жидких углеводородов от водного раствора метанола, в которых за счет приведенных признаков повышается эффективность очистки жидких углеводородов от водного раствора метанола и снижаются затраты энергии.
На фиг.1-9 представлены принципиальные технологические схемы установок для реализации способа очистки жидких углеводородов от водного раствора метанола.
Установка очистки жидких углеводородов от водного раствора метанола, представленная на фиг.1, состоит из:
- первичного сепаратора 1, который имеет линию 2 ввода исходной смеси жидких углеводородов (например, стабильного или нестабильного углеводородного конденсата или нефтяных фракций) и водного раствора метанола, патроны 3 из коалесцирующего гидрофильного ультратонкого или супертонкого волокна (например, ивотские звукопоглощающие изделия из супертонкого волокна по ТУ 21-5328981-07-92), линии 4 и 5, соответственно, вывода предварительно очищенных жидких углеводородов и водного раствора метанола;
- экстрактора 6, подключенного к линии 4 от сепаратора 1, линии ввода 7 воды, линиям 8 и 9, соответственно, вывода очищенных жидких углеводородов и водного раствора метанола;
- сепаратора 10, подключенного к линии 8 от экстрактора 6 и имеющего патроны 11 из коалесцирующего гидрофильного ультратонкого или супертонкого волокна, линии 12 и 13 отвода соответственно, очищенных жидких углеводородов и водного раствора метанола;
- коллектора 14, к которому подключены линии 5, 9, 13 вывода водного раствора метанола из сепаратора 1, экстрактора 6 и сепаратора 10.
Установка очистки жидких углеводородов от водного раствора метанола, представленная на фиг.2, кроме сепараторов 1, 10 и экстрактора 6 содержит систему 15 адсорбционного удаления остаточного водного раствора метанола из жидких углеводородов. Система 15 состоит из двух адсорберов 16 и 17. Адсорберы 16 и 17 подключены к линии 12 от сепаратора 10 и к линии 18 отвода очищенных жидких углеводородов. Кроме того, адсорберы подключены к установке десорбции - удаления из них поглощенного водного раствора метанола. Установка десорбции включает линии 19, по которым поступают попеременно из адсорберов 16 и 17 смесь паров водного раствора метанола, выделенных из адсорбента при его нагреве, и циркулирующего газа. Кроме этого она включает рекуперативной теплообменник 20, холодильник 21, сепаратор 22, который подключен к линии 23, по которой отводится водный раствор метанола в коллектор 14, газопровод 24, компрессор 25, нагреватель 26, подключенный к адсорберам 16 и 17.
Установка очистки жидких углеводородов от водного раствора метанола, представленная на фиг.3, кроме сепараторов 1, 10 и экстрактора 6 содержит систему 27 абсорбционного удаления остаточного водного раствора метанола из жидких углеводородов. Система 27 состоит из абсорбера 28, подключенного к линии 12 отвода жидких углеводородов от сепаратора 10 и к линии 29 отвода очищенных экстракцией жидких углеводородов, линией 30 к сепаратору 31, который линией 32 вывода жидких углеводородов подключен к линии 29, а линией 33 вывода насыщенного адсорбента он подключен к рекуперативному теплообменнику 34 и десорберу 35. Десорбер 35 подключен к линии 36 отвода паров водного раствора метанола и к линии 37 через насос 38 и рекуперативный теплообменник 34 к абсорберу 28. Десорбер снабжен нагревателем 39. Десорбер 35 подключен линией 36 к установке 40 ректификации метанола из водного раствора. В установке 40 линия 36 подключена через рекуперативный теплообменник 41 к ректификационному колонному аппарату 42. Ректификационной колонный аппарат 42 снабжен нагревателем 43, холодильником 44, рефлюксной емкостью 45, которая подключена к линии 46 отвода концентрированного метанола. Кубовая часть ректификационного аппарата 42 подключена к линии 47 отвода воды через насос 48 и рекуперативный теплообменник 41.
Установка очистки жидких углеводородов от водного раствора метанола, представленная на фиг.4, кроме сепараторов 1, 10 и экстрактора 6 содержит систему 49 удаления остаточного водного раствора метанола из жидких углеводородов каталитической конверсией. Система 49 содержит реактор 50 каталитической конверсии метанола с получением углеводородов и воды. Реактор 50 снабжен нагревателем 51 и системой 52 циркуляции теплоносителя. Вход реактора 50 подключен к патрубку 12 сепаратора 10 через рекуперативный теплообменник 53. Выход реактора 50 соединен продуктопроводом 54 через рекуперативный теплообменник 53 и охладитель 55 с трехфазным разделителем 56. Трехфазный разделитель 56 подключен к линиям отвода, соответственно, 57 газообразных углеводородов, 58 жидких углеводородов, 59 воды.
Установка очистки жидких углеводородов от водного раствора метанола, представленная на фиг.5, кроме сепараторов 1, 10 и экстрактора 6 содержит установку 40 ректификации метанола из водного раствора, которая подключена к коллектору 14 водного раствора метанола, а линией 47 отвода воды соединена через линию 7 с экстрактором 6. Установка очистки жидких углеводородов от метанола, представленная на фиг.6, состоит из установки, показанной на фиг.2, и установки 40 ректификации метанола из водного раствора. Установки соединены между собой следующим образом: коллектором 14 через рекуперативный теплообменник 41 с ректификационным колонным аппаратом 42, линиями 47, 60, 7 с экстрактором 6. Установка имеет линии сброса воды 61 и удаления очищенных жидких углеводородов 62. Кроме того, линия 18 очищенных жидких углеводородов соединена с линией 62.
Установка очистки жидких углеводородов от водного раствора метанола, представленная на фиг.7, является модернизацией установки, показанной на фиг.3, путем дополнительного снабжения ее линиями сброса воды 61 и удаления жидких углеводородов 62, соединения экстрактора 6 и ректификационного колонного аппарата 42 линями 47 и 60, подсоединения коллектора 47 через рекуперативный теплообменник 41 к ректификационному колонному аппарату 42, подсоединения линии 29 очищенных жидких углеводородов к линии 52.
Установка очистки жидких углеводородов от водного раствора метанола, представленная на фиг.8, является модернизацией установки, показанной на фиг.4, путем дополнительного снабжения ее линиями сброса воды 61 и удаления жидких углеводородов 62, соединения трехфазного разделителя 56 линией 59 через насос 63 и линией 60 с экстрактором 6, подсоединения линии 58 отвода жидких углеводородов к линии 62 и подключения линии 57 газообразных углеводородов к нагревателю 51 для сжигания последних.
Установка очистки жидких углеводородов от водного раствора метанола, представленная на фиг.9, является сочетанием установок, показанной на фиг.8 и установки 40 ректификации метанола из водного раствора. В установке (фиг.9) коллектор 14 соединен через охладитель 55, выполненный в виде рекуперативного теплообменника, рекуперативный теплообменник 41 с ректификационным колонным аппаратам 42, линии отвода воды 47 и 59, соответственно, из кубовой части ректификационного колонного аппарата 42 и трехфазного разделителя 56 соединены.
Реализация предлагаемого способа очистки жидких углеводородов от водного раствора метанола иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
3
Расход исходной смеси составляет 13150 кг/ч (22,4 м/ч). Расход углеводородного конденсата - 13069,8 кг/ч. Температура исходной смеси 40°С, ее давление 10,5 МПа. Содержание водного раствора метанола в смеси составляет 0,61 мас.%. Соответственно, расход водного раствора метанола составляет 80,215 кг/ч. Водный раствор метанола содержит 75 мас.% метанола, 25 мас.% воды. Соответственно, расход метанола 56,04 кг/ч, воды - 18,681 кг/ч. Концентрация метанола 2501 мг/л. Концентрация воды 834 мг/л.
Очистка производится в установке, представленной на фиг.1.
Исходную смесь углеводородного конденсата и водного раствора метанола подают по линии 2 в сепаратор 1. В нем производят первичную сепарацию в патронах на гидрофильном ультратонком волокне до остаточной концентрации метанола 247 мг на литр смеси. При этом концентрация водного раствора метанола в смеси составляет 329 мг/л. Расход водного раствора метанола в этой смеси составляет 80,215 кг/ч. Первично очищенную смесь (13077 кг/ч) из конденсата (13069,8 кг/ч) и водного раствора (7,3 кг/ч) подают из сепаратора 1 по линии 4 в экстрактор 6. Водный раствор метанола (73 кг/ч) из сепаратора 1 удаляют по линии 5 в коллектор 14.
В экстракторе 6 конденсат промывают в противотоке водой, имеющей температуру 30°С. Воду с расходом 200 кг/ч подают по линии 7.
Очищенная в экстракторе 6 смесь (13080,245 кг/ч) содержит 0,04 мас.% водного раствора метанола (5,23 кг/ч), в котором содержится 92% воды и 8% метанола. После экстракции концентрация метанола в смеси составляет 18,81 мг/л. Смесь после экстрактора 6 подается по линии 8 в сепаратор 10.
Водный раствор метанола, отводимый из экстрактора 6 по линии 9 с расходом 196,755 кг/ч содержит 87,39% воды и 12,61% метанола.
В сепараторе 10 производится отделение от смеси водного раствора метанола, который с расходом 1,6 кг/ч отводят по линии 13 в коллектор 14. Остаточное содержание водного раствора метанола в очищенной смеси составляет 163 мг/л. При этом в очищенной смеси концентрация метанола составляет 13,0 мг/л (0,29 кг/ч), концентрация воды 138,0 мг/л (3,34 кг/ч). Очищенная смесь с расходом 13078,645 кг/ч отводится по линии 12 из сепаратора 10.
По коллектору 14 удаляют водный раствор метанола с расходом 271,355 кг/ч, в котором содержится 30,84% (83,688 кг/ч) метанола и 69,16% (187,667 кг/ч) воды.
По сравнению с ближайшим аналогом затраты воды, а следовательно и затраты на энергию, на экстракцию в 10 раз меньше.
Пример 2.
Более глубокая очистка углеводородного конденсата от метанола, т.е. снижение остаточной концентрации до 1-2 мг/л, производится адсорбцией в установке, представленной на фиг.2.
Остаточный водный раствор метанола из смеси, подаваемой по линии 12, поглощается адсорбентом - силикагелем, в адсорберах 16 и 17, которые работают попеременно на поглощение и десорбцию. Очищенный углеводородный конденсат с содержанием метанола 1-2 мг/л удаляется по линии 18.
Поглощенный водный раствор метанола при десорбции удаляется из сепаратора 22 по линии 23 в коллектор 14.
Пример 3.
Глубокая очистка углеводородного конденсата от водного раствора метанола, т.е. снижение остаточной концентрации до 1-2 мг/л, производится абсорбцией в установке, представленной на фиг.3.
Смесь конденсата и водного раствора метанола подается по линии 12 в абсорбер 28, в который также подается абсорбент - диэтиленгликоль. В абсорбере 28 диэтиленгликоль поглощает водный раствор метанола из смеси. Очищенный конденсат удаляется из абсорбера по линии 29, а насыщенный диэтиленгликоль - по линии 30 в сепаратор 31. В сепараторе 31 из насыщенного диэтиленгликоля удаляют конденсат. Последний отводят по линии 32 в линию 29. Насыщенный диэтиленгликоль подают через рекуперативный теплообменник 34 в десорбер 35. В десорбере 35 производится регенерации диэтиленгликоля. Концентрированный диэтиленгликоль насосом 38 подается через рекуперативный теплообменник 34 по линии 37 в абсорбер 28. Водный раствор метанола из десорбера 35 отводят по линии 36 через рекуперативный теплообменник 41 в ректификационный колонный аппарат 42. В аппарате 42 производится разделение водного раствора метанола на метанол и воду. Метанол (97%) после охлаждения в холодильнике 44 отводится из рефлюксной емкости 45 по линии 46, а вода, нагнетаемая насосом 48 через рекуперативный теплообменник 41, удаляется по линии 47.
Пример 4.
Полная очистка углеводородного конденсата от водного раствора метанола производится каталитической конверсией в установке, представленной на фиг.4.
Смесь конденсата и водного раствора метанола подается по линии 12 через рекуперативный теплообменник 53 в реактор 50. В реакторе 50 при температуре 220-450°С на катализаторе, содержащем металлы: цинк, медь, хром, производят конверсию метанола на воду и углеводороды. Их смесь из реактора 50 подается по линии 54 через рекуперативный теплообменник 53 и холодильник 55 в трехфазный разделитель 56. Из трехфазного разделителя газообразные углеводороды отводятся по линии 57, жидкие углеводороды - по линии 58, вола - по линии 59.
Пример 5.
С целью не превышения затрат энергии на очистку при достижении необходимой и достаточной эффективности степени очистки сорбцией или (и) каталитической конверсией удаляют часть остаточного водного раствора метанола из конденсата, а другую часть вместе с конденсатом отводят по линии 62 (фиг.6, 7, 8) потребителю. Очищенный конденсат удаляют по линии 18 (фиг.6) из установки 15 адсорбционной очистки, по линии 29 (фиг.7) из установки 27 абсорбционной очистки, по линии 58 (фиг.8, 9) из установки 49 очистки каталитической конверсией и подают в линию 62.
Пример 6.
С целью отделения воды от метанола и повторного ее использования удаляемый по коллектору 14 водный раствор метанола подвергают ректификации в установке 40 (фиг.5, 6, 7, 9).
Водный раствор метанола подают по коллектору 14 через рекуперативный теплообменник 42 в колонный ректификационный аппарат 42, в котором производят разделение водного раствора метанола на метанол и воду. Метанол (97%) после охлаждения в холодильнике 44 отводится из рефлюксной емкости 45 по линии 46, а вода, нагнетаемая насосом 48, через рекуперативный теплообменник 41 удаляется по линии 47. Удаляемая вода используется в экстракции, для чего ее подают из линии 47 по линии 60 в линию 7 и экстрактор 6.
Таким образом, предложенный способ очистки жидких углеводородов от водного раствора ментола позволил снизить энергетические затраты и повысить эффективность процесса очистки жидких углеводородов от метанола.