CS201746B1

CS201746B1 - Method for extraction of methanole from the mixture of hydrocarbons and device for executing the same

Info

Publication number: CS201746B1
Application number: CS514678A
Authority: CS
Inventors: Ales Heyberger; Jaroslav Prochazka; Jan Horacek; Milan Keller; Miroslav Chmelar; Josef Osif; Jiri Malir
Original assignee: Ales Heyberger; Jaroslav Prochazka; Jan Horacek; Milan Keller; Miroslav Chmelar; Josef Osif; Jiri Malir
Priority date: 1978-08-07
Filing date: 1978-08-07
Publication date: 1980-11-28

Description

' > Způsob pro extrakce methanolu ze směsi uhlovodíků vodou a zařízení k provádění tohoto způsobuA process for extracting methanol from a hydrocarbon mixture with water and an apparatus for carrying out the process

Vynález se týká způsobu a zařízení pro extrakci methanolu ze směsi uhlovodíků vodou.The invention relates to a method and apparatus for extracting methanol from a hydrocarbon mixture with water.

Při výrobě svítiplynu z uhlí v tlakových generátorech se surový generátorový plyn zbavuje plynných nečistot, jako jsou kysličník uhličitý, sirovodík a čpavek, jejich pohlcováním v chladném methanolu za zvýšeného tlaku. Přitom se v methanolu rozpustí také značné množství uhlovodíků, které jsou za normální teploty a tlaku kapalné. Regenerace methanolu z této uhlovodíkové směsi po odstranění rozpuštěných plynů snížením tlaku se provádí extrakcí vodou a následující destilací, čímž se získá methanol obsahující asi 5 % vody, který se znovu používá v procesu.In the manufacture of coal gas from coal in pressure generators, the raw generator gas is freed of gaseous impurities such as carbon dioxide, hydrogen sulfide and ammonia by absorbing them in cold methanol at elevated pressure. A considerable amount of hydrocarbons, which are liquid at normal temperature and pressure, are also dissolved in methanol. The recovery of methanol from this hydrocarbon mixture after removal of dissolved gases by depressurization is accomplished by extraction with water followed by distillation to give methanol containing about 5% water, which is reused in the process.

Extrakce se dosud provádí opakovaným rozptýlením vodné a organické fáze pomocí prudkého rotačního pohybu a následujícím usazením. Při opakovaném rozptylování a usazování se obě fáze pohybují vzájemně protiproudně ve vodorovném směru. Popsaného způsobu rozptylování fází a jejich vzájemného pohybu se dosahuje v zařízení sestávajícím z několika za sebou zařazených odstředivých čerpadel a usazovacích nádrží. Vhodným propojením nádrží a čerpadel se dosahuje toho, že čerpadlo čerpající směs obou fází do příslušné nádrže nassává vodnou fázi z nádrže předcházející a organickou z nádrže následující, případně, jde-li o nádrž krajní, je čerpadlem nassávána bučí čerstvá voda, nebo přiváděná uhlovodíková směs s methanolem.The extraction has so far been carried out by repeatedly dispersing the aqueous and organic phases by vigorous rotational movement and subsequent settling. During repeated scattering and settling, both phases move countercurrently in the horizontal direction. The described process of dispersing the phases and their mutual movement is achieved in a device consisting of several consecutive centrifugal pumps and settling tanks. By suitable interconnection of the tanks and pumps it is achieved that the pump pumping the mixture of both phases into the respective tank sucks in the water phase from the previous tank and the organic one from the next tank, or, if the tank is extreme, either fresh water or the hydrocarbon mixture with methanol.

Popsaný způsob a zařízení mají několik nedostatků. Tak při rozptylování fází za průchodu odstředivým čerpadlem dochází k tvorbě jemných stabilních emulzí vody v uhlovodíkové směsi a uhlovodíků ve vodě, které se v usazovacích nádržích dostatečně nerozdělí. Tyto potížeThe method and apparatus described have several drawbacks. Thus, by dispersing the phases as they pass through the centrifugal pump, fine stable emulsions of water in the hydrocarbon mixture and hydrocarbons in water are formed which do not sufficiently distribute in the settling tanks. These problems

201 746201 746

201 746 se zvětšují při snížení poměru průtoku vody a uhlovodíkové směsi, neboř se tím zvyšuje koncentrace methanolu ve vystupující vodné fázi (extraktu) a tím snižuje rozdíl hustot vodné a organické fáze, který je hnací silou usazování. Přítomnost emulgovaných uhlovodíků v extraktu způsobuje obtíže při jeho dalším zpracování} rovněž vznikají obtíže při dalším zpracování vystupující uhlovodíkové směsi (rafinátu) obsahující emulzi vodné fáze. Přítomnost této emulze také zvyšuje ztráty methanolu. Jiným nedostatkem popsaného způsobu je, že oddělování jemných disperzí v každém stupni kaskády vyžaduje veliký objem usazovacích nádrží a také, že vzhledem k vodorovnému toku fází zabírá celé zařízení velkou půdorysnou plochu. Odstředivá čerpadla mají dále tu nevýhodu, že v jejich některých částech vzniká snížený tlak a vzhledem k přítomnosti rozpuštěných plynů dochází ke kavitaci, snižující životnost čerpadel a k uvolňování plynů, které narušují usazování fází v nádržích. K intenzivnímu styku obou fází dochází v podstatě v krátkých okamžicích jejich průchodu čerpadly, zatímco velké objemy usazovacích nádrží, kde fáze dlouho prodlévají, jsou z hlediska sdílení methanolu málo účinné.201 746 increases as the water to hydrocarbon mixture flow rate decreases as it increases the concentration of methanol in the exiting aqueous phase (extract) and thereby decreases the difference in density of the aqueous and organic phases, which is the driving force of sedimentation. The presence of emulsified hydrocarbons in the extract causes difficulties in its further processing. Also, difficulties arise in further processing of the resulting hydrocarbon mixture (raffinate) containing the aqueous phase emulsion. The presence of this emulsion also increases the loss of methanol. Another disadvantage of the described process is that the separation of the fine dispersions at each stage of the cascade requires a large volume of settling tanks and also that, due to the horizontal phase flow, the entire plant occupies a large footprint. Furthermore, centrifugal pumps have the disadvantage that some parts of the pump generate reduced pressure and, due to the presence of dissolved gases, cavitation occurs, reducing the life of the pumps and releasing gases that interfere with the deposition of phases in the tanks. The intensive contact of the two phases occurs essentially in brief moments of their passage through the pumps, while the large volumes of settling tanks, where the phases last for a long time, are poorly effective in terms of methanol sharing.

Výše zmíněným nedostatkům se podařilo překvapivě čelit použitím navrženého způsobu a zařízení pro extrakci methanolu ze směsi uhlovodíků vodou. Při tomto způsobu se uvádí ve vzájemný protiproudý styk směs uhlovodíků s rozsahem teplot varu 55 až 150 °C, obsahující až 60 % hm. methanolu s vodou při teplotě 5 až 50 °C, přičemž se k rozptylování fází používá vibračního pohybu a k jejich vzájemnému protiproudému toku se využívá rozdílu jejich hustot. Při tom se rozptyluje směs uhlovodíků a methanolu ve formě kapek do vody. Poměr průtoků vody a uhlovodíkové směsi se volí tak, aby vystupující vodný roztok methanolu měl nejvýše 35 % hm. methanolu.Surprisingly, the aforementioned drawbacks have been overcome by using the proposed method and apparatus for extracting methanol from a hydrocarbon mixture with water. In this process, a hydrocarbon mixture having a boiling range of 55 to 150 ° C containing up to 60 wt. % methanol with water at a temperature of 5 to 50 ° C, using a vibration motion to disperse the phases and using a difference in their densities to counter-flow each other. The mixture of hydrocarbons and methanol is dispersed in the form of drops into water. The ratio of water to hydrocarbon mixture flow rates is selected such that the aqueous methanol solution exiting does not exceed 35% by weight. of methanol.

Zařízení pro extrakci methanolu ze směsi uhlovodíků vodou za použití vibrací sestává ze svislé válcové nádoby 1, ve které je umístěna sada vodorovných děrovaných desek (pater) 2. Patra jsou vzájemně spojena, např. táhlem 3 a připojena k excentru 4, který jim udílí vibrační pohyb ve svislém směru. K válcové nádobě 1 je připojen horní usazovák !5 o průřezu 3 až 4krát větším než průřez nádoby 1, s přívodem vody 6 a s přepadem 7 pro odvod rafinátu a dolní usazovák 8 o průřezu 3 až 4krát větším než průřez nádoby 1 s přívodem roztoku methanolu ve směsi uhlovodíků 9 a odtokem extraktu 10. Válcová nádoba je opatřena v dolní třetině hrdlem 11 pro přívod vodného methanolu obsahujícího méně než 15 % hm. methanolu a v horní třetině hrdlem 12 pro přívod směsi uhlovodíků a vody obsahující do 30 % hm. methanolu.A device for extracting methanol from a hydrocarbon mixture by water using vibrations consists of a vertical cylindrical vessel 1, in which a set of horizontal perforated plates (trays) 2 is placed. The trays are connected to each other, eg by a rod 3 and connected to an eccentric 4 vertical movement. Connected to the cylindrical vessel 1 is an upper settler 15 having a cross-section 3 to 4 times larger than the cross section of vessel 1, with a water inlet 6 and a raffinate overflow 7 and a lower settler 8 having a cross section 3 to 4 times larger than The cylindrical vessel is provided in the lower third with a throat 11 for the supply of aqueous methanol containing less than 15% by weight of the hydrocarbon mixture. methanol and, in the upper third, a neck 12 for feeding a hydrocarbon / water mixture containing up to 30 wt. of methanol.

Patra 2 jsou děrované desky s malými kruhovými otvory 13 o průměru 0,20 až 0,35 cm a celkové volné ploěe 8 až 15 % plochy příčného průřezu nádoby las velkými otvory tvaru kruhové úseče 14 o volné ploše 10 až 20 % plochy příčného průřezu nádoby 1. U sousedních pater jsou otvory 14 umístěny na protilehlé straně svislé oey nádoby 1. Nejnižěí 3 až 4 patra mají malé otvory 13 o průměru 0,40 až 0,60 cm a volné ploše 20 až 30 %. Patra 2 jsou od sebe vzdálena 8 až 13 cm a jejich celkový počet je 30 až 50. V horním usazováku 5 se udržuje fázové rozhraní mezi vrstvou rafinátu a vodnou fází tím, že se řídí odtok extraktu z dolního usazováku 8 regulátorem průtoku 15.The trays 2 are perforated plates with small circular holes 13 with a diameter of 0.20-0.35 cm and a total free area of 8 to 15% of the vessel cross sectional area and with large circular section 14 holes with a free area of 10 to 20% of the vessel cross sectional area 1. At adjacent trays, the apertures 14 are located on the opposite side of the vertical oey of the container 1. The lowest 3 to 4 trays have small apertures 13 with a diameter of 0.40 to 0.60 cm and a free area of 20 to 30%. The trays 2 are 8 to 13 cm apart and have a total number of 30 to 50. In the upper settler 5, the phase interface between the raffinate layer and the aqueous phase is maintained by controlling the flow of extract from the lower settler 8 by the flow regulator 15.

Popsaný způsob a zařízení zajiětuje především vznik rovnoměrné disperze organické fáze ve fázi vodné, která neobsahuje velmi jemné, těžko se usazující podíly. Dále zajiětuje vzájemný protiproudý tok fází vlivem rozdílu jejich hustot. Jelikož se dispergovaná fáze udržu3In particular, the method and apparatus described provide an even dispersion of the organic phase in the aqueous phase, which does not contain very fine, hardly settling fractions. Furthermore, it provides a mutual countercurrent phase flow due to the difference in their densities. Since the dispersed phase is maintained3

201 74ó je ve svislé nádobě všude ve formě kapek, jejichž velikost se řídí tak, aby pod vlivem rozdílu hustot stoupaly dostatečně rychle, dosahuje se vysokého objemového průtoku fází na jednotku průřezu nádoby 1. Na rozdíl od dříve popsaného zařízení dochází v zařízení podle vynálezu k usazování kapek disperze teprve v horním usazováku 5, jehož průřez je dostatečný, aby rychlost usazování postačovala průtoku dispergované fáze nádobou U Dále, jelikož se rozptyluje pouze jedna z fází, organická, neobsahuje tato fáze po svém usazení emulzi fáze vodné. Celý prostor válcové nádoby 1 je využit k vzájemnému styku fází za současného promíchávání, což vede k vysoké extrakční účinnosti zařízení. Řízení velikosti kapek disperze se provádí jednak pomocí volby amplitudy a frekvence vibrací, jednak volbou velikosti a počtu malých kruhových otvorů 13 a volbou plochy kruhové úseče 14. Zvětšováním amplitudy a frekvence vibrací , zmenšováním velikosti otvorů 13 a zmenšováním celkové volné plochy patra se dosahuje zmenšení střední velikosti kapek. Kruhové úseče 14 slouží k přednostnímu průtoku vodné fáze. Tím se zajištuje vysoký průtok kapek malými otvory 13 a křížový tok vodné a organické fáze mezi sousedními patry.201 74o is in a vertical vessel everywhere in the form of drops, the size of which is controlled so that due to the difference in density rise sufficiently quickly, a high volume flow of phases per unit cross-section of vessel 1 is achieved. settling of the dispersion droplets only in the upper settler 5, the cross section of which is sufficient for the settling rate to be sufficient for the dispersed phase to flow through the vessel. Furthermore, since only one of the organic phases dissipates, this phase does not contain an aqueous phase emulsion. The entire space of the cylindrical vessel 1 is used to interconnect the phases while stirring, resulting in a high extraction efficiency of the device. The dispersion droplet size control is accomplished by selecting the amplitude and frequency of the vibration, by selecting the size and number of small circular holes 13 and by selecting the area of the circular segment 14. Increasing the amplitude and frequency of vibration, reducing the size of the holes 13 droplet size. The circular sections 14 serve for the preferential flow of the aqueous phase. This ensures a high flow of droplets through the small holes 13 and a cross-flow of the aqueous and organic phases between adjacent trays.

Dále jsou uvedeny některé příklady použití popsaného zařízení:The following are some examples of how to use the described device:

Příklad 1Example 1

V zařízení, jehož válcová nádoba měla vnitřní průměr 15 cm a délku 5 m, a byla opatřena 35 patry s 240 kruhovými otvory průměru 0,3 cm a 3 patry se 180 kruhovými otvory průměru 0,5 cm, přičemž každé z pater mělo velký otvor o volné ploše 18 *, plochy příčného průřezu válcové nádoby, byla prováděna extrakce methanolu ze směsi uhlovodíků o koncentraci 40 % hm.In a device whose cylindrical vessel had an inner diameter of 15 cm and a length of 5 m, it was provided with 35 trays with 240 circular apertures of 0.3 cm diameter and 3 trays with 180 circular apertures of 0.5 cm diameter, each floor having a large opening With a free area of 18%, a cross-sectional area of a cylindrical vessel, methanol was extracted from a 40 wt.% hydrocarbon mixture.

methanolu vodou. Poměr průtoků byl 1 díl obj. vstupujícího roztoku methanolu ve směsi uhlovo3 2 díků na 1,7 dílů vody a celkový měrný objemový průtok obou vstupujících fází byl 45 m /m h. Výstupní uhlovodíková směs obsahovala 0,08 % hm. methanolu a výstupní vodná fáze 19,1 % hm. methanolu. Amplituda kmitů byla 0,2 cm a frekvence 4,5 Hz.of methanol with water. The flow rate was 1 part by volume of the methanol inlet mixture in the mixture of 3 parts by 2 to 1.7 parts of water and the total specific flow rate of the two inlet phases was 45 m / m h. % methanol and an output aqueous phase of 19.1 wt. of methanol. The amplitude of the oscillations was 0.2 cm and the frequency was 4.5 Hz.

Příklad 2Example 2

V zařízení stejném jako v příkladu 1 byla prováděna extrakce methanolu ze směsi uhlovodíků o koncentraci 45 í hm. methanolu vodou. Poměr průtoků byl 1 díl obj. vstupujícího roztoku methanolu ve směsi uhlovodíků na 1 díl obj. vody a celkový měrný objemový průtok obouIn an apparatus similar to Example 1, methanol was extracted from a 45% by weight hydrocarbon mixture. of methanol with water. The flow rate was 1 part by volume of methanol in feed mixture of hydrocarbons per part by volume of water and the total specific volumetric flow rate of both

2 fází byl 36 m /m h. Výstupní uhlovodíková směs obsahovala 0,08 % hm. methanolu a výstupní vodná fáze 31,0 % hm. methanolu. Amplituda kmitů byla 0,2 cm a frekvence 6,5 Hz.2 phases was 36 m / m h. The hydrocarbon feed mixture contained 0.08 wt. % methanol and an output aqueous phase of 31.0 wt. of methanol. The amplitude of the oscillations was 0.2 cm and the frequency 6.5 Hz.

201 746201 746

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A process for extracting methanol from a hydrocarbon mixture with water, wherein the mixture of hydrocarbons having a boiling range of 55 to 150 ° C containing up to 60 wt. % of methanol at 5 to 50 ° C continually countercurrently contacts with water, characterized in that. The hydrocarbon / water mixture moves countercurrently in a vertical direction, the hydrocarbon mixture being dispersed into the water in the form of drops by vibration.

2. The process of claim 1 wherein the ratio of the water to methanol mass flow rates in the hydrocarbon mixture is at least 2.8.

3. The process of claim 1 wherein one or more streams of aqueous methanol solution contaminated with the hydrocarbon mixture emulsion are added to the aqueous stream during countercurrent contacting, the streams containing less than 30 wt. of methanol.

4. Apparatus for carrying out the method according to items 1 and 2 in the form of a vertical cylindrical vessel, provided with a water inlet and outlet of a methanol-free hydrocarbon mixture at the top and a methanol-containing hydrocarbon mixture and outlet of aqueous methanol at the bottom. trays characterized in that the set of perforated trays (2) is rigidly connected to a vibrator (4) located above the container and the SE cylindrical container (1) is terminated at the top by a settler (5) having a cross-section 3 to 4 times larger than the cross-section ), wherein the water inlet is located at the bottom of the settler (5) and the outlet of the hydrocarbon mixture at the top of the settler (5), and terminated at the bottom by a settler (8) of cross-section 3 to 4 times larger than that of the vessel (1); of methanol in the hydrocarbon mixture is located at the top of the settler (8) and drains an aqueous methanol solution at the bottom of the settler (8).

Device according to claim 3, characterized in that the trays (2) have small circular openings (13) with a diameter of 0.2 to 0.35 cm and a total free area of 8 to 15% of the cross-sectional area of the container (1) and large openings. in the shape of a circular section (14), the free surface of which forms 10 to 15% of the cross-section of the container (1), with adjacent openings lying large openings (14) on opposite sides of the vertical axis of the container (1).

6. Apparatus according to claims 3 and 4, characterized in that the 3 to 4 lowest trays have small openings with a diameter of 0.4 to 0.6 cm and a total free area equal to 20 to 30% of the cross-sectional area of the container (1).

The device according to claim 3 or 4, characterized in that the adjacent trays (2) are 8 to 13 cm apart and the total number of trays (2) is 30 to 50.

Device according to Claims 4 and 5, characterized in that in the lower third of the vessel (1) there is an inlet (11) for the dilute aqueous methanol solution and in the upper third of the vessel (1) there is an inlet (12) for the concentrated aqueous methanol solution.

Apparatus according to Claims 3 and 4, characterized in that the outlet of the aqueous methanol solution (10) is provided with a flow regulator (15).