RU2493902C1

RU2493902C1 - Unit for recovery of methanol from saturated aqueous solution

Info

Publication number: RU2493902C1
Application number: RU2012112031/05A
Authority: RU
Inventors: Андрей Юрьевич Беляев; Леонид Михайлович Виленский; Александр Михайлович Фридман; Рафаиль Минигулович Минигулов; Сергей Владимирович Васюнин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ПРОТЭК"; Открытое акционерное общество "НОВАТЭК"
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-09-27

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention can be used in gas processing intended for prevention of crystalline hydrate formation. Methanol recovery unit comprises tank for water-saturated methanol, heat exchanger, scale control device, rectifier, recovered methanol accumulator, evaporator composed of heat pipe accommodating heating tubes and evaporator downcomer tube to feed gas into said rectifier, and combustor. Note here that rectifier, evaporator and combustor make an integral vertical unit.

EFFECT: minimised scaling, decreased overall dimensions.

6 cl, 3 dwg

Description

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.The invention relates to means for drying hydrocarbon gases (natural and petroleum), in particular to processes for the separation of methanol used in this process from water, and can be used in preparing gas for processing in order to prevent crystalline hydrates.

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.Known ((http://sapr-n.ru/regeneraciya_metanolnoj_vody.html) is a rectification processing line for water-saturated methanol. The line contains sequentially installed separation tank, heat exchanger, anti-scale device, distillation column where the distillation process takes place. The upper part of the column is connected to the refrigerator designed for cooling methanol vapors, the refrigerator outlet is connected to a methanol collector, and the lower part of the distillation column is connected to a fire evaporator.

Недостатком известного средства следует признать его значительные габариты, а также образование накипи на жаровых трубах испарителя, удаление которой является технически сложной задачей.A disadvantage of the known means should be recognized its significant dimensions, as well as the formation of scale on the flame tubes of the evaporator, the removal of which is technically difficult.

Техническая задача, на решение которой направлено разработанное средство, состоит в оптимизации процесса регенерации метанола из насыщенного водой раствора.The technical problem to which the developed tool is aimed is to optimize the process of methanol regeneration from a solution saturated with water.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного средства, состоит в уменьшении размеров используемого оборудования при одновременном уменьшении соляных отложений на поверхности используемой аппаратуры.The technical result obtained by the implementation of the developed tool is to reduce the size of the equipment used while reducing salt deposits on the surface of the equipment used.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный блок регенерации метанола из насыщенного водного раствора.To achieve the specified technical result, it is proposed to use the developed methanol recovery unit from a saturated aqueous solution.

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.The developed device contains a series-installed container for water-saturated methanol, a heat exchanger, a descaling device, a distillation column and a collection of regenerated methanol, as well as an evaporator installed with the possibility of supplying to the lower part of the distillation column a gaseous medium heated to a temperature that separates the mixture of methanol and water, moreover, the evaporator is made in the form of at least one heat pipe, in which at least one heating pipe is located.

В зависимости от объема перерабатываемого насыщенного водой раствора метанола блок может содержать более одного испарителя и/или испаритель, содержащий более одной греющей трубы.Depending on the volume of processed methanol-saturated water solution, the unit may contain more than one evaporator and / or an evaporator containing more than one heating pipe.

В большинстве вариантов реализации греющие трубы в каждом испарителе расположены параллельно друг другу и равномерно по объему испарителя.In most embodiments, the heating pipes in each evaporator are parallel to each other and uniformly across the volume of the evaporator.

Предпочтительно суммарное поперечное сечение всех греющих труб в одном испарителе составляет не более 70% от величины поперечного сечения испарителя.Preferably, the total cross section of all the heating pipes in one evaporator is not more than 70% of the cross section of the evaporator.

Преимущественно в качестве испарителя использована тепловая труба с водным раствором метанола в качестве рабочего вещества.Mostly, a heat pipe with an aqueous solution of methanol as a working substance was used as an evaporator.

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.During the implementation of the developed block, a saturated aqueous solution of methanol is fed through a heat exchanger and an anti-scale device to the middle part of the distillation column, a gaseous medium is heated to the bottom of the distillation column from the evaporator, heated to a temperature that separates the mixture of methanol and water (saturated aqueous methanol solution) with subsequent collection regenerated methanol, wherein at least one heat pipe is used as an evaporator, in which at least one heating tube is located throated pipe.

Предпочтительно использованы тепловые трубы и греющие трубы кругового или овального поперечного сечения.Heat pipes and heating pipes of circular or oval cross-section are preferably used.

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.The graphical material (Fig.1-Fig.3) shows a longitudinal section of a heat pipe-evaporator, as well as its two transverse sections, with the following notation: the outer wall 1 of the heat pipe, heating pipes 2, the working substance 3 of the heat pipe, coaxially located pipe 4, pipe 5, supplying thermal energy from the heater.

Используемая установка регенерации метанола отличается от традиционной установки меньшими габаритами за счет объединения выпарной колонны и испарителя в один вертикальный агрегат.The methanol recovery unit used differs from the traditional installation in smaller dimensions due to the combination of the evaporation column and evaporator into one vertical unit.

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.The evaporator is made in the form of a heat pipe in which heating pipes are located. The evaporator can be made as a single heat pipe, or sectioned, i.e. in fact, several heat pipes - evaporators are installed in parallel. Inside the heat pipe there is a working substance - an aqueous solution of methanol (boiling point about 130 ° C), which during the evaporation-condensation process transfers heat from the heating zone to the zone of heating water vaporizing pipes. The heating of the lower part of the heat pipe is carried out in the combustion chamber, which is part of a single vertical unit together with a distillation column and an evaporator. The combustion chamber is equipped with burners evenly located in the lower part of the unit. The heat pipe emitted by them transfers the heat pipe directly to the heating pipes.

За счет такой модернизации необходимая площадь блока регенерации метанола уменьшается более чем в четыре раза.Due to this modernization, the required area of the methanol recovery unit is reduced by more than four times.

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.The use of the inner surfaces of cylindrical pipes for heating and evaporating water minimizes the deposition of salts on heat transfer surfaces. This is achieved by applying anti-adhesive coatings or polishing to the inner surface of the pipes. In addition, the inner surface of the pipes is easily cleaned of deposits by mechanical means with minimal dismantling of the installation. The specifics of the operation of the heat pipe ensures a constant temperature along the entire length of the evaporator pipes and prevents the pipes from overheating in any areas. This effect also prevents the formation of salt deposits on pipes.

В дальнейшем разработанный способ будет рассмотрен на примере использования установки регенерации по насыщенному водой метанолу, производительностью равной 2 м³/ч.In the future, the developed method will be considered on the example of using a regeneration unit for methanol saturated with water, with a capacity of 2 m ³ / h.

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.The evaporator consists of 16 heating vertical pipes with a diameter of 70 mm and a length of 1.5 m each. The heating pipes are placed in the cylindrical part of the heat pipe with a diameter of ~ 1.2 m and are located evenly on a circle with a diameter of ~ 800 mm. In the center of the heat pipe, a cylindrical pipe with a diameter of ~ 0.4 m is made, which serves as the lowering pipe of the evaporator. Steam from heating pipes enters this pipe. Below the lowering pipe and heating pipes are connected by a common collector. At the top, the heating pipes extend ~ 70 mm above the surface of the heat pipe. A removable grill is installed above the heating pipes to limit the entrainment of the droplet liquid.

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.50 pipes with a diameter of 70 mm and a length of ~ 1.75 m each protrude from the cylindrical part of the heat pipe into the combustion chamber (furnace). These pipes together with the upper part are united by a common cavity of the heat pipe, at least partially filled with a working fluid (working substance). Evaporating in the lower part of the heat pipe under the influence of the heat of the burners and condensing on the surface of the heating pipes, the working fluid transfers the heat necessary for the heating pipes. The closed circulation of the working substance is supported by the action of mass or capillary forces. Hatches are installed above the heating pipes in the installation casing. At the bottom of the collector, under the heating pipes, there is also a hatch. These hatches are designed to clean the inside of heating pipes. All elements are made of steel (preferably St20). The side surface of the heat pipe is covered with thermal insulation. The combustion chamber has an internal lining.

Claims

1. A methanol recovery unit from a solution saturated with water, comprising a successively installed container for water-saturated methanol, a heat exchanger, an anti-scale device, a distillation column and a regenerated methanol collector, and also an evaporator installed with the possibility of supplying a gaseous medium heated to a temperature providing a temperature to a temperature ensuring separation of a mixture of methanol and water, characterized in that the evaporator is made in the form of at least one heat pipe in which is located enshey least one heating tube.

2. The block according to claim 1, characterized in that it contains more than one evaporator.

3. The block according to claim 1, characterized in that the evaporator containing more than one heating pipe is used.

4. The block according to claim 3, characterized in that the heating pipes in each evaporator are parallel to each other and uniformly in volume of the evaporator.

5. The block according to claim 1, characterized in that the total cross section of all the heating pipes in one evaporator is not more than 70% of the cross section of the evaporator.

6. The block according to claim 1, characterized in that a heat pipe is used with an aqueous solution of methanol as a working substance.