CN104109079B - 一种从气田污水中回收甲醇的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于天然气领域，具体涉及一种从气田污水中回收甲醇的系统及方法，包括依次通过管道联接的泵一、换热器、加热器一、精馏塔，所述精馏塔顶部通过冷凝器与回流罐上部联接，所述回流罐底部通过管道联接在精馏塔上部，所述回流罐顶部联接外输管道，所述精馏塔与换热器加热管进口之间设置有阀门一，通过在换热器加热管出口与精馏塔之间依次设置三通阀、泵二、加热器二；三通阀与换热器加热管出口之间设置有旁通的用于取样品的阀门三，有效确保回收的甲醇浓度大于95%，剩余污水中甲醇含量不高于0.1%，脱甲醇废水为换热器提供热量，节约能源。

Description

一种从气田污水中回收甲醇的系统及方法
技术领域
 本发明属于天然气领域，具体涉及一种从气田污水中回收甲醇的系统及方法。
背景技术
一般在天然气采气过程中，为防止天然气在采出和集输过程中形成水合物堵塞管线，通常在气井井口注入甲醇作为防冻剂。
长期以来，天然气经气液分离后进入外输管道，而分离出的气田含甲醇污水并未集中处理，其原因是：甲醇回收装置能耗及冷却水用量大；若分散在各集气站处理，甲醇的回收率低，回收甲醇后的废水一般直接回注到地层，未去净化厂污水处理装置，并且排放废水中甲醇对环境造成了危害，若要解决这些问题，不但要增加操作管理人员，而且配套系统多、投资大。
发明内容
本发明的目的是设计出一种从气田污水中回收甲醇的系统及方法，能适应气田各种含甲醇污水工况的变化；精馏塔采用“浮阀+筛板”复合结构和脱甲醇废水循环蒸馏，有效确保回收的甲醇浓度大于95%，剩余污水中甲醇含量不高于0.1%。
一种从气田污水中回收甲醇的系统，包括依次通过管道联接的泵一、换热器、加热器一、精馏塔，所述精馏塔顶部通过冷凝器与回流罐上部联接，所述回流罐底部通过管道联接在精馏塔上部，所述回流罐顶部联接外输管道，所述精馏塔与换热器加热管进口之间设置有阀门一；
所述换热器加热管出口与精馏塔之间依次设置有三通阀、泵二、加热器二；所述三通阀另一个出口联接净化水罐；
所述换热器加热管出口与三通阀之间设置有旁通的用于取样品的阀门三。
所述阀门一入口端通过旁通管道联接在泵二进口端，所述旁通管道上设置有阀门二。
所述阀门三设置在换热器和三通阀之间。
 一种从气田污水中回收甲醇的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）气田污水经泵一增压至0.2～0.3MPa后，经换热器、加热器一加热至85～90℃；
2）增压加热后的气田污水进入精馏塔中部进行闪蒸和精馏；甲醇蒸汽从精馏塔塔顶出来，在冷凝器冷却至低于40℃后进入回流罐,然后一部分甲醇回流进精馏塔塔顶，另一部分去产品储罐；
精馏塔塔内压力控制在0.10～0.16MPa；
3）调节阀门一、阀门二流量，脱甲醇废水由精馏塔塔底流出，一部分经阀门二、泵二增压至0.2～0.3MPa，再经加热器二加热至温度115～120℃，循环进入精馏塔下部；
另一部分流经阀门一、在换热器换热、经取样分析，达到回注要求的，通过三通阀另一出口去净化水罐，最终回注地层；若不满足要求，则流经泵二、加热器二进入精馏塔。
本发明的有益效果是：通过在换热器与精馏塔之间依次设置三通阀、泵二、加热器二；三通阀另一个出口联接净化水罐；在精馏塔与阀门一、阀门一与换热器、或换热器与三通阀之间的管道任一处设置有旁通的用于取样品的阀门三，精馏塔采用“浮阀+筛板”复合结构，有效确保回收的甲醇浓度大于95%，剩余污水中甲醇含量不高于0.1%，脱甲醇废水为换热器提供热量，节约能源。
附图说明
下面结合实施例附图对本发明做进一步说明：
图1是一种从气田污水中回收甲醇的系统及方法实施例示意图；
图中：1、泵一；2、换热器；3、加热器一；4、精馏塔；5、回流罐；6、阀门一；7、泵二；8、加热器二；9、三通阀；10、冷凝器；11、阀门二；12、净化储罐；13、旁通管道；14、阀门三。
具体实施方式
  本实施例提供了如图1所示的一种从气田污水中回收甲醇的系统，包括依次通过管道联接的泵一1、换热器2、加热器一3、精馏塔4，所述精馏塔4顶部通过冷凝器10与回流罐5上部联接，所述回流罐5底部通过管道联接在精馏塔4上部，所述回流罐5顶部联接外输管道，所述精馏塔4与换热器加热管进口2之间设置有阀门一6，其特征在于：
所述换热器加热管出口2与精馏塔4之间依次设置有三通阀9、泵二7、加热器二8；所述三通阀9另一个出口联接净化水罐12；
所述换热器加热管出口2与三通阀9之间设置有旁通的用于取样品的阀门三14。
所述阀门一6入口端通过旁通管道13联接在泵二7进口端，所述旁通管道上13设置有阀门二11。
所述阀门三14设置在换热器2和三通阀9之间。
    一种从气田污水中回收甲醇的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）气田污水经泵一1增压至0.2～0.3MPa后，经换热器2、加热器一3加热至85～90℃；
2）增压加热后的气田污水进入精馏塔4中部进行闪蒸和精馏；甲醇蒸汽从精馏塔4塔顶出来，在冷凝器10冷却至低于40℃后进入回流罐5,然后一部分甲醇回流进精馏塔4塔顶，另一部分去产品储罐；
精馏塔（4）塔内压力控制在0.10～0.16MPa；
3）调节阀门一6、阀门二11流量，脱甲醇废水由精馏塔4塔底流出，一部分经阀门二11、泵二7增压至0.2～0.3MPa，再经加热器二8加热至温度115～120℃，循环进入精馏塔4下部；
另一部分流经阀门一6、在换热器2换热、经取样分析，达到回注要求的，通过三通阀9另一出口去净化水罐12，最终回注地层；若不满足要求，则流经泵二7、加热器二8进入精馏塔4。
一般情况下，气田污水在一定温度和压力下按照挥发度不同进行一定程度的分离。
气田污水用泵自储罐抽出，然后经过加热器加热后进入精馏塔进行精馏。气相产物内含有较多的低沸点轻组分，液相产物内含有较多的高沸点重组分，汽化过程中，由于气液两相有足够的接触时间和接触面积，气液相产物在分离时达到平衡状态，整个精馏过程也随之结束。
通常情况下，浮阀塔盘由于浮阀密封的作用，液体在塔盘间流动时，很少出现液体渗漏的现象，气体通过一定压力顶开浮阀与液体进行传质传热。但若在气流速度比较高的情况下，精馏塔的效率就降低，这是因为气速较高，传质与传热不充分。另外浮阀塔盘的投资费用比较昂贵。相比之下，筛板塔盘是一种相对简单的结构，只是在塔盘上打些针状的小孔，这种结构可处理量比较大的液体和气体，传质和传热效率比较高。但这种结构的缺点是在气速比较低的情况下，塔盘上的液体未能与上升的气体进行有效的传质与传热，而出现“滴液”或“漏液”现象，塔的操作弹性能力降低。综合上述浮阀塔盘和筛板塔盘的优缺点，精馏塔采用“浮阀+筛板”复合结构，一方面使得精馏塔的操作弹性能力加强，另一方面还使得气液传质和传热更加充分，同时也降低了精馏塔的投资成本。
下面结合现场具体实施例对本发明作进一步说明
基础数据（处理量：150m3/d；污水甲醇含量：36%；温度：20℃；压力：常压（0.105MPa）；要求产品：甲醇浓度≥95%，污水含甲醇≤0.1%）。
如图1所示，罐区来的气田污水（温度20℃，压力0.105MPa）经过泵一1增压至压力0.185MPa，再经换热器2换热，继续经加热器一3加热后温度达到90℃，进入精馏塔4中部进行蒸馏。
精馏塔4塔顶冷凝器10的甲醇摩尔分数控制在96%。气田污水在此温度下行闪蒸和精馏，精馏塔4塔顶出来的甲醇（温度66.37℃，压力0.105MPa）冷却至低于40℃后进入冷凝器10,然后用泵抽出，一部分甲醇回流进精馏塔4塔顶，另一部分去产品储罐。
调节阀门一6和阀门二11，保证给换热器2供热的脱甲醇废水用量，其余的脱甲醇废水直接循环进入精馏塔4。控制约70%（质量分数）脱甲醇废水（温度111.3℃，压力0.16MPa）经泵二7增压后，压力0.2MPa，再经加热器二8加热至119.4℃，循环进入精馏塔4下部第五层塔盘；
约30%（质量分数）脱甲醇废水经阀门一6给原料气田污水提供热量，再流经三通阀9、泵二7增压后，压力0.2MPa，再经加热器二8加热至119.4℃，循环进入精馏塔4下部第五层塔盘；
每隔一小时在阀门三14取样，并用色谱分析法检测甲醇含量；经过多次循环蒸馏，测得脱甲醇废水中甲醇含量≤0.1%时，去净化水罐12，最终回注地层。
根据HYSYS软件建立起了气田污水回收模型,利用该模型对现场甲醇回收工艺参数进行优化以及换热器等设备进行简化。
模拟结果显示：当甲醇回收率控制到96%时，加热器的热负荷比优化前减少了20%；精馏塔塔底热负荷比优化前减少了30%；精馏塔操作压力控制在(0.10～0.16)MPa之间，比现场操作压力降低了0.02MPa，基本能满足精馏塔在常压下运行。精馏塔塔顶的回流提高了10%，气田污水在精馏塔内回流更加充分，甲醇回收率进一步提高，比优化前甲醇回收率提高了10%。通过模拟计算得出，当换热器和加热器的热负荷降低时，设备的结构也得到进一步优化和简化。因此，本模拟计算不仅提供了提高甲醇回收率和能耗的方法，还对现场建造甲醇回收装置的换热器及重沸器的结构选型提供了理论依据。

Claims (1)

1.一种从气田污水中回收甲醇的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）气田污水经泵一（1）增压至0.2 ～ 0.3MPa 后，经换热器（2）、加热器一（3）加热至85 ～ 90℃ ；
2）增压加热后的气田污水进入精馏塔（4）中部进行闪蒸和精馏；甲醇蒸汽从精馏塔（4）塔顶出来，在冷凝器（10）冷却至低于40℃后进入回流罐（5）, 然后一部分甲醇回流进精馏塔（4）塔顶，另一部分去产品储罐；
精馏塔（4）塔内压力控制在0.10 ～ 0.16MPa ；
调节阀门一（6）、阀门二（11）流量，脱甲醇废水由精馏塔（4）塔底流出，一部分经阀门二（11）、泵二（7）增压至0.2 ～ 0.3MPa，再经加热器二（8）加热至温度115 ～ 120℃，循环进入精馏塔（4）下部；
另一部分流经阀门一（6）、在换热器（2）换热、经取样分析，达到回注要求的，通过三通阀（9）另一出口去净化水罐（12），最终回注地层；若不满足要求，则流经泵二（7）、加热器二（8）进入精馏塔（4）；所述的达到回注要求为测得换热器（2）中脱甲醇废水中甲醇含量≤ 0.1%。
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