CC BY
33ПРЕДСТАВЛЕНИЕ НАУЧНОЙ РАБОТЫ
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО РЕКТИФИКАЦИОННОГО АППАРАТА НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
Ефимович Дмитрий Олегович, ООО «Газпром добыча Ямбург», г. Новый-Уренгой
E-mail: efmovich_1991 @mail.ru
Махмутов Рустам Афраилъевич, ООО «Газпром добыча Ямбург», г. Новый-Уренгой
E-mail: r.mahmutov@mail.ru
Аннотация. Проведено исследование вопросов в области технологии регенерации метанола на месторождениях Крайнего Севера. Проведено обоснование актуальности и значимости регенерации метанола на установках комплексной подготовки газа. Рассмотрено устройство, приведены достоинства и недостатки центробежного ректификационного аппарата для регенерации метанола в сравнении с существующими установками. Рассмотрена возможность использования центробежного ректификационного аппарата на месторождениях Крайнего Севера.
Ключевые слова: метанол, водометанольный раствор, регенерация метанола, ректификационная колонна, центробежный ректификационный аппарат, газовые месторождения.
В нефтегазовой отрасли метанол практически незаменим в качестве ингибитора гидратообразования. Это обусловлено как его физико-химическими свойствами, так и низкой стоимостью. Однако, в связи с нынешним экономическим кризисом, удорожанием производства и самих поставок метанола в районы Крайнего Севера, где возможность его доставки практически отсутствует, появляется острая необходимость в поисках новых путей экономии средств и создания условий его рационального использования [1].
Регенерация метанола является актуальной и значимой темой, так как
ВЕСТНИК НАУКИ И ТВОРЧЕСТВА
возможность многократного использования ингибитора гидратообразования на объектах добычи углеводородов позволяет минимизировать экологические риски, связанные с транспортировкой активного продукта, устранить проблемы связанные с хранением метанола и снизить операционную себестоимость.
В настоящее время наиболее распространенным способом регенерации метанола на месторождениях Крайнего Севера является метод извлечения метанола из водометанольного раствора (ВМР) с помощью процесса ректификации, основанный на гравитационном принципе разделения ВМР [2]. Массообменные процессы и разделение ВМР по фракциям сводится к применению ректификационных колонн различной конструкции и наполнения
[3].
Данный способ извлечения метанола из ВМР с помощью ректификационной колонны уже давно стал «классическим», так как он применяется на многих месторождениях и имеет под собой огромную практическую базу. Регенерация метанола, является достаточно успешно применяемым процессом, но с развитием разработки месторождений и освоения трудно извлекаемых углеводородов с увеличением фонда скважин на • месторождениях, увеличивается и количество ВМР, направляемого на регенерацию метанола.
Водометанольный раствор содержит соли пластовой воды - карбонаты, гипсы, силикаты, соединения железа, образующие при нагревании труднорастворимые отложения [4]. Колонна регенерации метанола, с применяемыми контактными устройствами, ввиду неэффективного массообменной части, не обеспечивают требуемую концентрацию низкокипящего компонента в кубовом остатке. Отложения солей жесткости уменьшают поверхность контакта между паром и жидкостью.
Кроме того у метода извлечения метанола из ВМР с помощью процесса ректификации существует и другие недостатки. Процесс ректификации отличается огромным потреблением энергии, затрачиваемой на испарение и охлаждение смеси веществ и разделяемых продуктов. Очень часто расходы энергии на поддержание температурного режима составляют более 50% потребления энергии от всего производства. Кроме того, существующие ректификационные колонны регенерации метанола отличаются большими размерами аппарата; обладают высокой энерго- и металлоемкостью; крупными первичными капиталовложениями; частыми загрязнениями внутренних контактных устройств, и как следствие существенными затратами на ремонт и чистку внутренних поверхностей.
С целью устранения этих недостатков предлагается использовать новый принцип для регенерации метанола, реализованный в центробежных
122
ВЕСТНИК НАУКИ И ТВОРЧЕСТВА
ректификационных установках различной конструкций. Центробежный ректификационный аппарат работает аналогично ректификационной колонне, но гравитационное поле Земли заменяется более интенсивным центробежным полем, что придает оборудованию компактность [5].
Рис. 1 Принципиальная схема центробежного ректификационного аппарата для регенерации метанола с вертикальной осью вращения
На рис.1 показана принципиальная схема центробежного ректификационного аппарата для регенерации метанола с вертикальной осью вращения. Аппарат состоит из корпуса 9, ротора 1, оборудованного концентрическими перегородками 2, и статора 5, с неподвижными перегородками 4. Входящий ВМР через штуцер 7 подается в центр ротора и под действием центробежных сил диспергируется и направляется к периферии. Газ из кипятильника через штуцер 3 подается на периферию ротора и под действием избыточного давления направляется к центру ротора. В результате газожидкостного взаимодействия формируется целевая фракция, которая выводится на холодильник через штуцер 6. Неиспарившаяся фракция направляется в кипятильник через штуцер 10.
Согласно схеме, ротор представляет собой вал с кольцевым цилиндрическим насадочным слоем, размещенным в корпусе, и с приводом от электродвигателя. В роторе под действием значительной центробежной силы создается большая, динамически обновляемая поверхность газожидкостного взаимодействия. Жидкость подается в установку через стационарный распределитель, расположенный в центре ротора, и в виде струй и капель течет через поры по внутреннему пространству насадки в радиальном направлении наружу под действием центробежной силы. Далее вылетает из насадки струями капель, ударяется о стенки корпуса, стекает по ним под действием силы тяжести, и выводится из нижней части корпуса.
123
ВЕСТНИК НАУКИ И ТВОРЧЕСТВА
"а*
Рис. 2 Противоточное и поперечное взаимодействие жидкости и газа с многократными циклами дисперсии-конденсации
Газопаровая смесь под давлением тангенциально вводится в корпус противотоком по отношению к жидкости, далее покидает насадку в центральной части ротора через выпускную трубу. Массоперенос в основном происходит в насадочном слое ротора, и кроме того, значительный массообмен происходит между ротором и корпусом. В результате создается противоточное взаимодействие жидкости и газа с многократными циклами дисперсии-конденсации (в соответствии с рис.2), обуславливающие следующие достоинства центробежной ректификационной установки [6-8]:
- большая площадь контакта между жидкой и газовой фазой;
- значительно более высокие объемные коэффициенты массообмена позволяют использовать компактные размеры;
- отсутствуют узлы требующие обслуживания;
- быстрый запуск в течение 2 часов;
- отсутствует необходимость чистки внутренней поверхности, т.к. она самоочищающаяся;
- КПД восстановления 99,5 %;
- меньшая металлоемкость и, соответственно, в несколько раз ниже стоимость установки в сравнении с существующими;
- замена торцевых уплотнений производится без разборки аппарата и без применения специального оборудования.
К недостаткам центробежного ректификационного аппарата относятся затраты на электроэнергию для работы привода электродвигателя, а также
ВЕСТНИК НАУКИ И ТВОРЧЕСТВА
мероприятия, направленные на проведение вибрационной диагностики аппарата.
Анализ достоинств и недостатков существующей и новой технологии регенерации метанола показывает актуальность и значимость исследования, направленного на изучение и оптимизацию процессов массообмена в центробежных ректификационных аппаратах для регенерации метанола, а также подтверждает возможность их применения на месторождениях Крайнего Севера.
Литература:
1. Хасанов Р.Г., Жирнов Б.С., Махмутов Р.А. Оптимизация технологии малотоннажного процесса синтеза метанола. Саарбрюккен: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014. 116 c.
2. Хасанов Р.Г., Жирнов Б.С., Муртазин Ф.Р., Махмутов Р.А. Использование нормального закона распределения для описания равновесного состава продуктов синтеза метанола // Газовая промышленность. - 2012. - №6. - С. 41-43.
3. Булкатов А.Н. Современные технологии производства метанола и проблемы
Ф экологической безопасности. // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2008. - №6. - • С. 28-32.
4. Юнусов Р.Р., Шевкунов С.Н., Дедовец С.А. и др. Экологические аспекты малотоннажного производства метанола в газодобывающих районах Крайнего Севера. // Газовая промышленность. - 2007. - №12. - С. 52-54.
5. Костюк С. В., Рязанов А. В., Апарин А. К. О возможности использования центробежного ректификационного аппарата для регенерации метанола // Молодой ученый. - 2016. - №10. - С. 246-249.
6. Nascimento J. V. S., Ravagnani T. M. K., Pereira J. A. F. R. Experimental study of a rotating packed bed distillation column // Brazilian Journal of Chemical Engineering. 2009. Vol. 26, No 01, pp. 219-226.
7. Ankur Pramanik, Prof. Siddhartha Datta, Prof. Avijit Bhowal Distillation studies in a rotating packed bed contactor (HiGee). 2010. p. 64.
8. Официальный сайт завода ООО «Цекон» г. Пермь. - URL: http://www.cekon.ru/ http: //npz.tdpartners .ru/
125
