Статья:

О возможности применения центробежного ректификационного аппарата на месторождениях Крайнего Севера

Конференция: XXXVII Студенческая международная заочная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум: технические и математические науки»

Секция: Технические науки

Выходные данные
Ефимович Д.О. О возможности применения центробежного ректификационного аппарата на месторождениях Крайнего Севера // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. XXXVII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 8(37). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_tech/8(37).pdf (дата обращения: 15.08.2018)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

О возможности применения центробежного ректификационного аппарата на месторождениях Крайнего Севера

Ефимович Дмитрий Олегович
аспирант, Тюменский индустриальный университет, РФ, г. Тюмень
Махмутов Рустам Афраильевич
научный руководитель, канд. техн. наук, инженер, ООО «Газпром добыча Ямбург», РФ, г. Новый-Уренгой

 

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 [4].

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.

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 [5]. Массообменные процессы и разделение ВМР по фракциям сводится к применению ректификационных колонн различной конструкции и наполнения [1].

 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 [6]. 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 ректификационных установках различной конструкций. Центробежный ректификационный аппарат работает аналогично ректификационной колонне, но гравитационное поле Земли заменяется более интенсивным центробежным полем, что придает оборудованию компактность [2].

 

Рисунок 1. Принципиальная схема центробежного ректификационного аппарата для регенерации метанола с вертикальной осью вращения

 

На рисунке 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 газо-жидкостного 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.

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, обуславливающие следующие достоинства центробежной ректификационной установки [3;7;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 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.

 

Список литературы:
1. Булкатов А.Н. Современные технологии производства метанола и проблемы экологической безопасности. // Нефтепереработка и нефтехимия. 2008. №6. С. 28–32.
2. 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. Хасанов Р.Г., Жирнов Б.С., Махмутов Р.А. Оптимизация технологии малотоннажного процесса синтеза метанола. Саарбрюккен: LAPLAMBERT Academic Publishing, 2014. 116 c.
3. Официальный сайт завода ООО «Цекон» г. Пермь: http://www.cekon.ru/ http://npz.tdpartners.ru.
4. Хасанов Р.Г., Жирнов Б.С., Махмутов Р.А. Оптимизация технологии малотоннажного процесса синтеза метанола. Саарбрюккен: LAPLAMBERT Academic Publishing, 2014. 116 c.
5. 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. 
6. 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.
7. Ankur Pramanik, Prof. Siddhartha Datta, Prof. Avijit Bhowal Distillation studies in a rotating packed bed contactor (HiGee). 2010. p. 64. 
8. 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, №01, pp. 219–226.