Разработка и моделирование ресурсосберегающей технологической схемы регенерации метанола

Размещено на http://allbest.ru

Уфимский государственный нефтяной технический университет,

Разработка и моделирование ресурсосберегающей технологической схемы регенерации метанола

Салимов А.О., студент магистратуры, 2 курс,

факультет «Горно-нефтяной»

Россия, г. Уфа

Аннотация

В данной статье рассматривается проблема гидратообразования при разработке газовых месторождений. В ходе исследования была рассмотрена и смоделирована установка регенерации метанола в среде программы UniSim, обоснована недостаточная степень регенерации по текущей схеме.

Целью данной статьи является повышение степени регенерации метанола на установке комплексной подготовки газа для снижения концентрации метанола в промышленных стоках и его повторного использования.

Ключевые слова: разработка газовых месторождений, проблема гидратообразования, методы регенерации метанола, метод отдувки, ректификация, установка регенерации метанола, ректификационная колонна.

Abstract

This article discusses the problem of hydrate formation in the development of gas fields. The study examined and modeled the methanol regeneration unit in the medium of the UniSim program, justified the insufficient degree of regeneration according to the current scheme. The purpose of this article is to increase the degree of methanol regeneration at the complex gas treatment plant to reduce the concentration of methanol in industrial effluents and its reuse.

Key words: development of gas fields, the problem of hydrate formation, methanol recovery methods, blow-off method, rectification, methanol regeneration plant, rectification column.

Введение

Природный газ - один из наиболее высокоэкономичных источников топливно-энергетических ресурсов, занимающий особое место в сырьевой базе мира. Причинами этого являются его высокие потребительские свойства, низкие затраты на добычу и транспортировку, а также широкое применение во многих областях человеческой деятельности. Преимущество природного газа по сравнению с другими видами топлива заключается в его низкой себестоимости. Российская газовая промышленность является важным источником дохода, поэтому на ее развитие и модернизацию выделяется большое количество денежных средств. «Развитие ресурсосберегающих технологий является важным направлением для газовой промышленности. При разработке газовых месторождений в условиях холодного климата необходимо учитывать возможность гидратообразования. Для того чтобы предотвратить образование гидратов в потоке газа необходимо устранить хотя бы одно из условий их существования» [1, с.65]. Основными методами борьбы с гидратами являются понижение давления, повышение температуры и ввод антигидратных ингибиторов. На сегодняшний день самым действенным и распространённым является последний метод. «Наиболее часто используемым ингибитором образования гидратов является метанол. Низкая температура замерзания водометанольного раствора и его способность разрушать гидраты обеспечивают стабильный рабочий процесс в широком диапазоне температур и давлений» [3, с.52]. Необходимость регенерации метанола диктуется суровым климатом, который требует больших объёмов метанола для предотвращения гидратообразования, а также удаленностью газовых месторождений от транспортных магистралей и промышленных центров, что приводит к высокой стоимости доставки метанола в районы промыслов.

Методы регенерации метанола

Регенерация метанола методом ректификации. Повышение концентрации водометанольного раствора можно достичь методом ректификации, адсорбцией или химической очисткой. Рассмотрим поподробнее восстановление метанола путём ректификации.

Ректификация - это вид перегонки, основывающийся на противоточном взаимодействии пара и жидкости в колонне. Она позволяет добиться наиболее полного разделения компонентов, также ее используют и для очистки метанола-сырца на установках синтеза метанола и в промысловых условиях. Рассмотрим регенерацию водных растворов метанола как процесс обычной ректификации. Метанол является низкокипящим компонентом, переходящим в пар, в смеси метанол-вода. Он конденсируется, образуя так называемый дистиллят. Вода, как компонент с более высокой температурой кипения не испаряется и называется остатком.

Регенерация метанола методом отдувки. На установке регенерации метанола процесс его поглощения из водного раствора происходит методом отдувки газом летучего ингибитора на специальном участке газопровода. «Главное отличие данного метода в том, что метанол «добывается» без использования дополнительных участков регенерации и фильтров при транспортировке газа. Это существенно упраздняет технологическую схему.

Разработка и моделирование ресурсосберегающей технологической схемы регенерации метанола

Рассмотрим типовую установку регенерации водного раствора метанола методом ректификации, схема которой приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Технологическая схема установки регенерации метанола.

1 - теплообменник; 2 - ректификационная колонна; 3 - паровой подогреватель; 4 - конденсатор-холодильник; 5 - промежуточная ёмкость;6 -насосы.

Установка работает по следующей технологической схеме. Насыщенный водой метанол забирается насосом из резервуара и подается в ректификационную колонну через трубчатый теплообменник 1. В теплообменниках насыщенный метанол нагревается за счет тепла горячей воды, отходящей с низа колонны. Постоянная температура верхней части колонны поддерживается подачей метанола для орошения из резервуара. Пары метанола из верхней части ректификационной колонны при температуре 65-68°С поступают в конденсатор-холодильник 4, где охлаждаются до температуры ниже 30 °С насыщенным метанолом. Затем жидкий метанол поступает в промежуточную емкость 5, из которой насосом откачивается в резервуар 6.

Моделирование установки регенерации метанола по методу ректификации

Согласно технологической схемы водометанольный раствор с колонн отдувки проходя через разделитель жидкости, выветриватель газа, подается на очистные сооружения, а затем отводится на узел закачки очищенных стоков. Из-за недостаточной степени регенерации метанола из водометанольного раствора концентрация метанола не соответствует требованиям.

Для получения чистых промышленных сточных вод, в дальнейшем пригодных к закачке в пласт, и насыщенного раствора метанола с использованием программного пакета UniSim была смоделирована установка регенерации метанола, представленная на рисунке 2.

Предлагаемая установка предназначена для доочистки промышленных сточных вод от метанола путём ректификации и доведения его концентрации до требований нормативных документов.

Рисунок 2. Модель установки регенерации метанола узла закачки очищенных стоков.

Установка состоит из таких частей, как:

• буферная ёмкость Р-1/1;

• ректификационная колонна с двенадцатью сетчатыми тарелками;

• конденсатор, представляющий собой воздушный холодильник с рефлюксной ёмкостью;

• ребойлер, нагреваемый паром из котельной с температурой 130° С;

• буферная ёмкость с внутренним змеевиком, которая предназначена для охлаждения и удаления из ректификационной колонны высококипящего компонента (кубового осадка) - воды;

• шесть герметичных насоса типа ЦГ 25/20 К-3-3 (Q-25 м3, h-20 м N=3 КВт) (3 находятся в работе, 3 резервных);

• буферная ёмкость накопитель Р-1.

При сравнении эффективности различных типов ректификационных колонн нами был выбрал тип, который обладает меньшей стоимостью, но при этом достаточно эффективен. Обычно вес насадочных колонн по сравнению с общим весом тарельчатых при их одинаковой производительности выше.

В данном случае тарельчатые колонны больше подходят для регенерации метанола. Данный процесс сопровождается колебаниями температур, что провоцирует периодическое расширение и сжатие корпуса колонны, такие условия работы могут разрушить насадку.

«Для того, чтобы обеспечить наибольшую концентрацию метанола в паровой фазе, выходящей из верхней части колонны, и наименьшую концентрацию метанола в жидкости, отводимой из кубовой части, нужно определить оптимальные параметры работы ректификационной колонны. Качество разделения улучшается с увеличением числа тарелок в колонне» [7, с.74]. Количество тарелок было определено самым наименьшим, при котором может быть получен раствор метанола с концентрацией не менее 90%. Число тарелок принято n = 12.

«Эффективность работы ректификационной колонны характеризуется таким показателем, как флегмовое число. Для достижения наилучшего показателя концентрации значение флегмового числа должно быть равно 4, так как общий расход сконденсированного насыщенного метанола равен 1,5 т/ч. нефтегазовый ресурсосберегающий ректификационный метанол

В результате процесса ректификации входное сырье разделяется на два продукта: паровую фазу с содержанием метанола 95%, поступающую из верхней части колонны, и жидкость с высоким содержанием воды 98 %, поступающую из кубовой части колонны.» [8, с. 128]. Парообразный метанол поступает в конденсатор, в котором охлаждается до температуры 51 ПС потоком воздуха и конденсируется в рефлюксной ёмкости. Далее в качестве орошения часть потока с помощью насоса направляется на 12 тарелку.

Поддержание постоянной температуры в кубовой части колонны осуществляется за счёт циркуляции жидкости через ребойлер. Вода, очищенная от метанола вода из буферной ёмкости колонного блока, перекачивается в накопительный резервуар с помощью насоса.

Выводы

При изучении типовой установки регенерации метанола была выявлена основная проблема, которая заключалась в снижении эффективности существующей установки регенерации метанола. В результате концентрация метанола в промышленных сточных водах превысила допустимые нормы.

При моделировании существующей схемы отдувки метанола была выявлена недостаточная степень регенерации. Для повышения уровня эффективности регенерации нужно дополнить существующую технологическую схему дополнительной ступенью.

Нами было проведено моделирование дополнительной ступени регенерации в программе UniSim. Мы определили оптимальные технические и технологические параметры колонны ректификации. Продуктами установки регенерации являются: насыщенный 95%-ный раствор метанола, вода с содержанием метанола 23 г/дм3.

Внедрение данной установки позволяет нам решить сразу две проблемы. За счёт получения дополнительного количества насыщенного раствора метанола сокращаются суммарные затраты на использование свежего ингибитора. Очистка промышленных стоков до содержания метанола 23 г/дм3 позволит утилизировать их в поглощающие скважины без нарушения экологических норм.

Использованные источники

1. Акульшин, А.И. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин / А.И. Акульшин. - М.: Недра, 1989. - 480 с.

2. Гиматудинов, Ш.К. Физика нефтяного и газового пласта / Ш.К. Гиматудинов, А.И. Ширковский. - М.: Недра, 1983. - 311 с.

3. Бухгалтер, Э.Б. Метанол и его использование в газовой промышленности /

3. Б Бухгалтер. - М.: Недра, 1986, - 283 с.

4. Истомин, В.А. Пути сокращения расхода ингибиторов гидратообразования в системах подготовки газа / В.А. Истомин, Р.С. Сулейманов, А.Г. Бурмистров и др. - М.: ВНИИЭгазпром, 1987. - 48 с.

5. Истомин, В.А. Предупреждение и ликвидация газовых гидратов в системах сбора и промысловой обработки газа и нефти / В.А. Истомин. - М.: РАО ГАЗПРОМ, ВНИИГАЗ, 1990. - 213 с.

6. Прахова, М.Ю. Методы и средства предотвращения гидратообразования на объектах газодобычи / М.Ю. Прахова, А.М. Краснов, Е.А. Хорошавина, Э.А. Шаловников // Нефтегазовое дело. - 2016. - №1. - С. 101 - 118.

7. Чеботарев, В.В. Расчеты основных технологических процессов при сборе и подготовке скважинной продукции: учебное пособие / В.В. Чеботарев. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 1995. - 144 с.

8. Скобло, А.И. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии / А.И. Скобло, Ю.К. Молоканов, А.И. Владимиров, В.А.Щелкунов. - М.: Недра, 2000. - 677 с.

Размещено на Allbest.ru