БЛОК РЕГЕНЕРАЦИИ МЕТАНОЛА ИЗ НАСЫЩЕННОГО ВОДОЙ РАСТВОРА Российский патент 2013 года по МПК B01D53/26 

Изобретение относится к средствам осушки углеводородных газов (природного и нефтяного), в частности к процессам выделения используемого при этом метанола из воды, и может быть использовано при подготовке газа к переработке с целью предотвращения кристаллогидратов.

Известна ((http://sapr-n.ru/regeneraciya_metanolnoj_vody.html) технологическая линия ректификации насыщенного водой метанола. Линия содержит последовательно установленные разделительную емкость, теплообменник, противонакипное устройство, ректификационную колонну, где происходит процесс ректификации. Верхняя часть колонны соединена с холодильником, предназначенным для охлаждения паров метанола, выход холодильника соединен со сборником метанола. Нижняя часть ректификационной колонны соединена с огневым испарителем.

Недостатком известного средства следует признать его значительные габариты, а также образование накипи на жаровых трубах испарителя, удаление которой является технически сложной задачей.

Техническая задача, на решение которой направлено разработанное средство, состоит в оптимизации процесса регенерации метанола из насыщенного водой раствора.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного средства, состоит в уменьшении размеров используемого оборудования при одновременном уменьшении соляных отложений на поверхности используемой аппаратуры.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный блок регенерации метанола из насыщенного водного раствора.

Разработанное устройство содержит последовательно установленные емкость для насыщенного водой метанола, теплообменник, противонакипное устройство, ректификационную колонну и сборник регенерированного метанола, а также испаритель, установленный с возможностью подачи в нижнюю часть ректификационной колонны газообразной среды, нагретой до температуры, обеспечивающей разделение смеси метанола и воды, причем испаритель выполнен в виде, по меньшей мере, одной тепловой трубы, в которой расположена, по меньшей мере, одна греющая труба.

В зависимости от объема перерабатываемого насыщенного водой раствора метанола блок может содержать более одного испарителя и/или испаритель, содержащий более одной греющей трубы.

В большинстве вариантов реализации греющие трубы в каждом испарителе расположены параллельно друг другу и равномерно по объему испарителя.

Предпочтительно суммарное поперечное сечение всех греющих труб в одном испарителе составляет не более 70% от величины поперечного сечения испарителя.

Преимущественно в качестве испарителя использована тепловая труба с водным раствором метанола в качестве рабочего вещества.

При реализации разработанного блока подают насыщенный водный раствор метанола через теплообменник и противонакипное устройство в среднюю часть ректификационной колонны, подают в нижнюю часть ректификационной колонны из испарителя газообразную среду, нагретую до температуры, обеспечивающей разделение смеси метанола и воды (насыщенный водный раствор метанола) с последующим сбором регенерированного метанола, причем в качестве испарителя используют, по меньшей мере, одну тепловую трубу, в которой расположена, по меньшей мере, одна греющая труба.

Предпочтительно использованы тепловые трубы и греющие трубы кругового или овального поперечного сечения.

На графическом материале (фиг.1-фиг.3) представлены продольный разрез тепловой трубы-испарителя, а также два ее поперечных разреза, при этом использованы следующие обозначения: внешняя стенка 1 тепловой трубы, греющие трубы 2, рабочее вещество 3 тепловой трубы, коаксиально расположенная труба 4, труба 5, подводящая тепловую энергию от нагревателя.

Используемая установка регенерации метанола отличается от традиционной установки меньшими габаритами за счет объединения выпарной колонны и испарителя в один вертикальный агрегат.

Испаритель выполнен в виде тепловой трубы, в которой расположены греющие трубы. Испаритель может быть выполнен как в виде одной тепловой трубы, так и секционирован, т.е. по факту несколько тепловых труб - испарителей установлены параллельно. Внутри тепловой трубы находится рабочее вещество - водный раствор метанола (температура кипения около 130°C), который в процессе испарения-конденсации переносит тепло из зоны нагрева в зону греющих труб-испарителей воды. Нагрев нижней части тепловой трубы осуществляется в топочной камере, которая входит в единый вертикальный блок совместно с ректификационной колонной и испарителем. Топочная камера снабжена горелками, равномерно расположенными в нижней части агрегата. Выделяемое ими тепло тепловая труба передает непосредственно в греющие трубы.

За счет такой модернизации необходимая площадь блока регенерации метанола уменьшается более чем в четыре раза.

Использование внутренних поверхностей цилиндрических труб для подогрева и испарения воды позволяет минимизировать отложение солей на поверхностях теплообмена. Это достигается за счет нанесения на внутреннюю поверхность труб антиадгезионных покрытий или полировки. Кроме того, внутренняя поверхность труб легко очищается от отложений механическим путем при минимальном демонтаже установки. Специфика работы тепловой трубы обеспечивает постоянную температуру по всей длине труб-испарителей и не допускает перегрева труб в каких-либо областях. Этот эффект также препятствует образованию солевых отложений на трубах.

В дальнейшем разработанный способ будет рассмотрен на примере использования установки регенерации по насыщенному водой метанолу, производительностью равной 2 м³/ч.

Испаритель состоит из 16 греющих вертикальных труб диаметром 70 мм и длиной 1.5 м каждая. Греющие трубы помещены в цилиндрическую часть тепловой трубы диаметром ~1,2 м и расположены равномерно на окружности диаметром ~800 мм. В центре тепловой трубы выполнена цилиндрическая труба диаметром ~0.4 м, которая служит опускной трубой испарителя. В эту трубу поступает пар из греющих труб. Внизу опускная труба и греющие трубы соединены общим коллектором. Вверху греющие трубы выступают над поверхностью тепловой трубы на ~70 мм. Над греющими трубами установлена съемная решетка, ограничивающая унос капельной жидкости.

Из цилиндрической части тепловой трубы в топочную камеру (печь) выступают 50 труб диаметром 70 мм и длиной ~1.75 м каждая. Эти трубы вместе с верхней частью объединены общей полостью тепловой трубы, по меньшей мере, частично заполненной рабочей жидкостью (рабочим веществом). Испаряясь в нижней части тепловой трубы под действием тепла горелок и конденсируясь на поверхности греющих труб, рабочая жидкость передает тепло, необходимое для греющих труб. Замкнутая циркуляция рабочего вещества поддерживается действием массовых или капиллярных сил. В корпусе установки над греющими трубами установлены люки. Внизу коллектора под греющими трубами также расположен люк. Эти люки предназначены для очистки внутренней поверхности греющих труб. Все элементы выполнены из стали (предпочтительно - Ст20). Боковая поверхность тепловой трубы покрыта теплоизоляцией. Топочная камера имеет внутреннюю футеровку.

Изобретение может быть использовано при подготовке газа к переработке с целью предотвращения кристаллогидратов. Блок регенерации метанола содержит последовательно установленные емкость для насыщенного водой метанола, теплообменник, противонакипное устройство, ректификационную колонну, сборник регенерированного метанола, испаритель, выполненный в виде тепловой трубы, в которой расположены греющие трубы и опускная труба испарителя, и установленный с возможностью подачи в ректификационную колонну газообразной среды, и топочная камера. При этом ректификационная колонна, испаритель и топочная камера образуют единый вертикальный блок. Изобретение позволяет минимизировать отложение солей на поверхности аппаратуры и уменьшить размеры используемого оборудования. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Блок регенерации метанола из насыщенного водой раствора, содержащий последовательно установленные емкость для насыщенного водой метанола, теплообменник, противонакипное устройство, ректификационную колонну и сборник регенерированного метанола, а также испаритель, установленный с возможностью подачи в ректификационную колонну газообразной среды, нагретой до температуры, обеспечивающей разделение смеси метанола и воды, отличающийся тем, что испаритель выполнен в виде, по меньшей мере, одной тепловой трубы, в которой расположена, по меньшей мере, одна греющая труба.

2. Блок по п.1, отличающийся тем, что он содержит более одного испарителя.

3. Блок по п.1, отличающийся тем, что использован испаритель, содержащий более одной греющей трубы.

4. Блок по п.3, отличающийся тем, что греющие трубы в каждом испарителе расположены параллельно друг другу и равномерно по объему испарителя.

5. Блок по п.1, отличающийся тем, что суммарное поперечное сечение всех греющих труб в одном испарителе составляет не более 70% от величины поперечного сечения испарителя.

6. Блок по п.1, отличающийся тем, что использована тепловая труба с водным раствором метанола в качестве рабочего вещества.