CC BY
135ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Совершенствование процесса регенерации метанола Ефимович Д. О.1, Махмутов Р. А.2
1Ефимович Дмитрий Олегович /Efimovich Dmitriy Olegovich - слесарь по ремонту;
2Махмутов Рустам Афраильевич /Makhmutov Rustam Afrail 'yevich - кандидат технических
наук, инженер по ремонту, ООО «Газпром добыча Ямбург», г. Новый Уренгой
Аннотация: проведено исследование вопросов в области технологии регенерации метанола на месторождениях Крайнего Севера. Рассмотрена реконструкция колонны регенерации метанола с целью повышения технологических показателей процесса ректификации. Отражены технологические решения по реконструкции установок регенерации метанола, разработанные с учетом результатов обследования и моделирования процесса ректификации.
Ключевые слова: метанол, регенерация метанола, ректификационная колонна, реконструкция, моделирование.
В настоящее время метанол является одним из наиболее широко распространенных химических продуктов. Большая часть производимого метанола идет на дальнейшую химическую переработку: на производство формальдегида, формалина, диметилового эфира, уксусной кислоты [1].
В нефтяной и газовой промышленности метанол практически незаменим в качестве ингибитора гидратообразования. Это обусловлено как его физико-химическими свойствами, так и низкой стоимостью. В системах добычи, подготовки, переработки и транспортировки природного газа образование кристаллогидратных пробок вызывает серьезные проблемы, связанные с нарушением технологических процессов работы газопромыслового оборудования и трубопроводов [2].
С развитием масштабов добычи газа и вводом новых газовых и газоконденсатных месторождений в районах Крайнего Севера возросло и потребление метанола [3]. По данным на август 2015 года потребность в метаноле только в ОАО «Газпром» достигла 500 тыс. т/год [4].
В сложившихся экономических условиях, когда на нефтегазовую отрасль все больше влияет экономический кризис и различного рода санкции, а производство и доставка метанола на полуостров Ямал дорожают, появляется острая необходимость в поисках путей экономии средств и создания условий рационального использования метанола на предприятиях газовой промышленности.
Регенерация метанола является актуальной и значимой темой, так как 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.
На данный момент наиболее целесообразным и перспективным способом регенерации метанола является метод извлечения метанола из водометанольного раствора (ВМР) с помощью процесса ректификации.
Процесс регенерации метанола в условиях Крайнего Севера сводится к применению насадочных ректификационных колонн, как правило, используются колонны со встроенным рекуперативным теплообменником. Данный способ извлечения метанола из ВМР с помощью насадочной 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. Колонна регенерации метанола, с применяемыми сетчатыми контактными насадками, ввиду неэффективного массобмена насадочной части, не обеспечивают требуемой концентрации низкокипящего компонента в кубовом остатке. Отложения солей жесткости уменьшают поверхность контакта между паром и жидкостью. Кроме того, зачастую колонны работают на сниженных нагрузках ввиду практически полного отсутствия теплообмена во встроенном теплообменнике вследствие того, что его трубное пространство забивается отложениями.
Опытная эксплуатация насадочной колонны со встроенным теплообменником на месторождениях Крайнего Севера показала, что конструкция теплообменника с вертикальными трубами в качестве испарителя является не совсем надежной и технологичной и, как следствие, выявились следующие проблемы:
• коррозия внутренних элементов колонны;
• коррозионно-эрозионный износ встроенного в колонну теплообменника, ремонт которого затруднен;
• низкая эффективность теплообмена во встроенном теплообменнике вследствие того, что его трубное пространство забивается отложениями.
С целью устранения данных недостатков, была проделана работа, направленная на поиск, анализ и обоснование основных технических решений для дальнейшей модернизации колонны регенерации метанола, которая обеспечит устойчивую работу аппарата в условиях значительных колебаний, поступающих на регенерацию, потоков ВМР, как по количеству, так и по компонентному составу.
Как показала эксплуатация, применение в колонне регулярной насадки малоэффективно, поскольку она требует относительно узких интервалов изменения нагрузки, работа массообменных элементов зависит от коэффициента смачиваемости и при выпадении солей жесткости трудно очищаться от карбонатных, силикатных и других отложений.
С целью повышения технико-технологических показателей процесса регенерации метанола на месторождениях Крайнего Севера, на основании патентно-информационного поиска предложена замена 2/3 насадочных массообменных устройств на более эффективные тарельчатые, а именно тарелки с желобчатыми колпачками с переливом. Увеличение поверхности соприкосновения паров с жидкостью повысит эффективность работы колонны регенерации метанола. Кроме того, предлагается конструктивный вынос встроенного теплообменника и последующего монтажа в освобожденное пространство колонны дополнительного количества желобчатых тарелок с организацией кубовой части колонны.
Проведенные технико-технологические расчеты показали, что использование, в качестве контактных массообменных устройств, желобчатых тарелок позволит стабильно поддерживать заданную для последующего использования массовую концентрацию метанола в дистилляте на уровне 95-96%, в кубовом остатке - менее 0,4%, и соответственно, увеличить межремонтный период работы колонны, производительность колонны по регенерированному метанолу и максимально снизить концентрацию метанола в сточных водах, закачиваемых в пласт.
На основании результатов исследований приняты следующие технические решения по реконструкции установки регенерации метанола:
• конструктивный вынос встроенного теплообменника и последующий монтаж в освобожденном пространстве колонны дополнительного количества контактных массообменных устройств с организацией кубовой части колонны улучшит
теплообмен, увеличит температуру питания колонны регенерации и массовую концентрацию метанола в дистилляте на уровне 95-96%;
• установка выносных стандартных кожухотрубчатых теплообменных аппаратов на внешних площадках обеспечит возможность чистки и проведения ремонтных работ теплообменников;
• применение генератора акустических колебаний «Импульс» для предотвращения коррозионно-эрозионного износа и образования накипи в трубках, путем приварки к трубной решетке теплообменника.
Литература
1. Хасанов Р. Г., Жирное Б. С., Махмутов Р. А. Оптимизация технологии малотоннажного процесса синтеза метанола. Саарбрюккен: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014. 116 c.
2. Хасанов Р. Г., Жирное 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 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 газодобыващих районах Крайнего Севера // Газовая промышленность, 2007. № 12. С. 52-54.
