RU2778395C1

RU2778395C1 - Method for producing methanol from waste water and unit for producing methanol from waste water

Info

Publication number: RU2778395C1
Application number: RU2021124618A
Authority: RU
Inventors: Олег Львович Черных; Сергей Николаевич Стариков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ИнвестГрупп"; Чупраков Александр Геннадьевич; Цветов Михаил Юрьевич
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2022-08-18

Abstract

FIELD: water treatment.

SUBSTANCE: present invention relates to the field of disposal of industrial waste, namely, to a method and a unit for producing methanol from waste water. The proposed method includes the stages of preheating a water-methanol solution, evaporating methanol vapours therefrom, producing methanol in a distillation column, and incinerating the contaminated methanol production residues in a submerged combustion apparatus. An additional stream of waste water is therein fed into the submerged combustion apparatus, subjected to heat treatment, followed by directing the released vapour-gas mixture to a heat exchanger, supplying part of the vapour-gas mixture into a mixer, mixing in the mixer with the water-methanol solution of the main stream, and subjecting the resulting mixture to evaporation in a vacuum evaporator. The resulting water-methanol vapours are supplied to the distillation column, distillation is performed, followed by condensing the resulting product; wherein the generated methanol is supplied to the methanol unloading line, and the remaining gas component with impurities, the liquid formed in the evaporator, and the still bottoms of the distillation column are directed for incineration in the submerged combustion apparatus. After the incineration thereof, the suspension deposited at the bottom of the submerged combustion apparatus is removed therefrom, settled, and the liquid phase is redirected to the submerged combustion apparatus.

EFFECT: increase in the effectiveness of producing methanol from methanol-containing waste water, increase in the reliability of operation of the entire unit as a whole.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области утилизации промышленных отходов, в частности, к термической обработке сточных вод на предприятиях химической, нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей промышленностей, в коммунально-бытовой сфере. Может быть использовано для регенерации метанола из водно-метанольного раствора (ВМР) сточных вод.The invention relates to the field of industrial waste disposal, in particular, to the thermal treatment of wastewater at the enterprises of the chemical, oil and gas, oil and gas processing industries, in the domestic sector. Can be used for methanol recovery from methanol-water solution (WMS) wastewater.

С целью извлечения метанола из отработанного водометанольного раствора используют установки регенерации, представляющие собой колонну ректификации с буферными емкостями, огневыми подогревателями и холодильниками. Однако в случае значительного содержания в отработанных водометанольных растворах механических примесей традиционные установки значительно снижают свою эффективность ввиду образования отложений на греющих поверхностях и контактных устройствах. Широко известна обработка сточных вод путем их термического испарения при сжигании.In order to extract methanol from the spent water-methanol solution, regeneration units are used, which are a rectification column with buffer tanks, fired heaters and refrigerators. However, in the case of a significant content of mechanical impurities in the waste water-methanol solutions, traditional installations significantly reduce their efficiency due to the formation of deposits on heating surfaces and contact devices. It is widely known to treat wastewater by thermal evaporation during incineration.

Известен традиционный способ регенерации метанола (Караваев М.М. Технология синтетического метанола. М.: Химия, 1984, 240 с.), в котором BMP поступает на регенерацию с установки подготовки газа, в которой метанол применяется для предотвращения гидратообразования. Для концентрирования метанола в BMP проводится ректификация при атмосферном давлении с испарением жидкости в кубовой части и с парциальной дефлегмацией. В результате проведения процесса образуется три материальных потока (целевой и два побочных):The traditional method of regeneration of methanol is known (Karavaev M.M. Technology of synthetic methanol. M.: Chemistry, 1984, 240 S.), in which BMP is supplied for regeneration from a gas treatment plant, in which methanol is used to prevent hydrate formation. To concentrate methanol in BMP, rectification is carried out at atmospheric pressure with evaporation of the liquid in the bottom part and with partial reflux. As a result of the process, three material flows are formed (target and two side ones):

- регенерированный BMP с содержанием метанола более 80 мас %, направляемый в емкостной парк с целью дальнейшего его (BMP) использования;- regenerated BMP with a methanol content of more than 80 wt %, sent to the tank farm for the purpose of its further (BMP) use;

- кубовая жидкость с низкой концентрацией метанола (менее 4 мас. %), направляемая на утилизацию;- bottom liquid with a low concentration of methanol (less than 4 wt.%) sent for disposal;

- газ дегазации (содержащий легкие компоненты природного газа, метанол и воду), направляемый, как правило, на факел.- degassing gas (containing light components of natural gas, methanol and water), directed, as a rule, to a flare.

Недостатком данного технического решения является то, что на средней и поздней стадиях разработки месторождений при увеличении количества добываемой воды, концентрация поступающего на регенерацию BMP уменьшается, что приводит к снижению эффективности способа из-за понижения концентрации регенерированного продукта, из-за увеличения потерь метанола, отходящего с кубовой водой, из-за увеличения энергопотребления, затрачиваемого на работу колонны.The disadvantage of this technical solution is that at the middle and late stages of field development, with an increase in the amount of produced water, the concentration of BMP supplied for regeneration decreases, which leads to a decrease in the efficiency of the method due to a decrease in the concentration of the regenerated product, due to an increase in the loss of methanol, waste with bottom water, due to the increase in energy consumption spent on the operation of the column.

Известен способ регенерации водометанольного раствора на нефтегазоконденсатном месторождении по патенту РФ на изобретение №2474464, В01D 53/00, 2013. Способ включает дегазацию BMP, отделение из BMP свободного конденсата, нагрев BMP в блоке регенератора, регенерацию метанола из BMP в ректификационной колонне, охлаждение паров метанола, их конденсацию с последующим сливом в емкость накопления рефлюкса, подачу накопленного метанола на орошение в колонну и слив избытка метанола на склад. Недостатком является низкий выход готового метанола из-за потерь с кубовой жидкостью ректификационной колонны, невысокая эффективность способа.A known method for the regeneration of a water-methanol solution in an oil and gas condensate field according to the RF patent for the invention No. 2474464, B01D 53/00, 2013. The method includes degassing BMP, separating free condensate from BMP, heating BMP in the regenerator unit, regenerating methanol from BMP in a distillation column, cooling vapors methanol, their condensation with subsequent discharge into the reflux storage tank, the supply of accumulated methanol for irrigation to the column and the discharge of excess methanol to the warehouse. The disadvantage is the low yield of finished methanol due to losses with the bottom liquid of the distillation column, the low efficiency of the method.

Известен способ регенерации метанола из насыщенного водой раствора (Бухгалтер Э.Б. «Метанол и его использование в газовой промышленности». М.: Недра, 1986, с.141-143). Способ включает подачу насыщенного водой метанола через теплообменник и противонакипное устройство в среднюю часть ректификационной колонны, подачу в нижнюю часть ректификационной колонны газообразной среды из испарителя для разделения смеси метанола и воды с последующим сбором регенерированного метанола. Недостатком данного способа является образование накипи, образующейся на жаровых трубах испарителя, удаление которой является технически сложной задачей, требующей длительной остановки процесса, что снижает эффективность способа. Также недостатком являются значительные габариты используемой установки. A known method of regeneration of methanol from a water-saturated solution (Accountant EB "Methanol and its use in the gas industry". M.: Nedra, 1986, p. 141-143). The method includes supplying water-saturated methanol through a heat exchanger and an anti-scale device to the middle part of the distillation column, supplying a gaseous medium from the evaporator to the lower part of the distillation column to separate the mixture of methanol and water, followed by collection of regenerated methanol. The disadvantage of this method is the formation of scale formed on the flame tubes of the evaporator, the removal of which is a technically difficult task, requiring a long shutdown of the process, which reduces the efficiency of the method. Also a disadvantage are the significant dimensions of the installation used.

Известна установка для регенерации метанола (Халиф А.Л., Зиберт Г.К., Туревский Е.Н., Сейкин В.В. "Установка регенерации метанола из засоленных пластовых вод". Экспресс-информация. Серия "Подготовка, переработка и использование газа". - М.: ВНИИЭгазпром, 1990, выпуск 4, с.1-4). С помощью установки проводят регенерацию метанола из водного раствора, включающую предварительный нагрев исходного раствора, испарение из него водо-метанольной смеси, отбор солевого остатка и последующую ректификацию водометанольной смеси на метанол и воду. Недостатком является то, что при применении данной установки в промысловых условиях при регенерации метанола из минерализованного раствора пластовой воды происходит отложение солей. Отложения состоят, как показывает практика, из кальциевых и магниевых солей углекислоты и гидроокиси магния (CaCO₃, MgCO₃, Mg(OH)₂). Соли образуются на греющих поверхностях технологических аппаратов установки, забивают трубки в испарителе и паровые каналы на тарелках отгонной части ректификационной колонны. Из-за ухудшения теплообмена и ухудшения отделение метанола от воды происходит снижение эффективности работы установки. Known installation for the regeneration of methanol (Khalif A.L., Zibert G.K., Turevsky E.N., Seikin V.V. "Installation for the regeneration of methanol from saline formation waters". Express information. Series "Preparation, processing and use gas ". - M .: VNIIEgazprom, 1990, issue 4, pp. 1-4). Using the unit, methanol is regenerated from an aqueous solution, including preheating of the initial solution, evaporation of the water-methanol mixture from it, removal of the salt residue, and subsequent distillation of the water-methanol mixture into methanol and water. The disadvantage is that when using this installation in field conditions, salts are deposited during the regeneration of methanol from a mineralized solution of formation water. Deposits consist, as practice shows, of calcium and magnesium salts of carbon dioxide and magnesium hydroxide (CaCO ₃ , MgCO ₃ , Mg(OH) ₂ ). Salts are formed on the heating surfaces of the technological apparatus of the installation, clog the tubes in the evaporator and the steam channels on the plates of the stripper part of the distillation column. Due to the deterioration of heat transfer and the deterioration of the separation of methanol from water, the efficiency of the installation decreases.

Известна установка регенерации метанола с термической утилизацией горючих отходов по патенту РФ на полезную модель №138474, В01D 53/00, 2013. Установка регенерации метанола с термической утилизацией горючих отходов, содержит дегазатор-разделитель водометанольного раствора (BMP), огневой испаритель, ректификационную колонну, рекуперативный теплообменник-нагреватель водометанольного раствора, емкость регенерированного метанола с насосом, конденсатор верхнего продукта колонны с воздушным охлаждением, эжектор, детандер-генератор, фильтр водометанольного раствора, электронагреватель, устройства отвода газового конденсата, рекуперативный теплообменник-нагреватель питания колонны, нейтрализатор промстоков огневой с дымовой трубой, оснащенной дымовым шибером и подключенной к газоходу, емкость технической воды с циркуляционным насосом, устройство промывки дымовых газов нейтрализатора, причем выход верхнего продукта ректификационной колонны подключен к входу паров рекуперативного теплообменника-нагревателя питания колонны, выход верхнего продукта из которого подключен к входу конденсатора верхнего продукта колонны с воздушным охлаждением и к входу рекуперативного теплообменника-нагревателя водометанольного раствора. Недостатком является невысокая эффективность из-за того, что установка не имеет в своем составе устройства предварительного удаления метанола из водо-метанольного раствора (ВМР). Весь, получаемый на установке ВМР, сразу направляется на ректификационную колонну, в которой при работе происходит забивание ее тарелок и переливных устройств солями и иными осадками. Кроме того, поступающий в огневой испаритель поток дымовых газов обеспечивает подвод теплоты к потоку кубового остатка ректификационной колонны, подаваемому в испаритель, возбуждает генерацию в нем паровой фазы. Огневой испаритель перегружается парами воды, часть которых попадает также и в ректификационную колонну, разбавляя тем самым разделяемый раствор. Происходит потеря энергоэффективности.A methanol regeneration plant with thermal disposal of combustible waste is known according to the RF patent for utility model No. 138474, B01D 53/00, 2013. The methanol regeneration plant with thermal disposal of combustible waste contains a degasser-separator of a water-methanol solution (BMP), a fire evaporator, a distillation column, recuperative heat exchanger-heater of water-methanol solution, regenerated methanol tank with pump, air-cooled column overhead condenser, ejector, expander-generator, water-methanol solution filter, electric heater, gas condensate removal devices, recuperative heat exchanger-heater of column feed, neutralizer of industrial effluent fire with smoke a pipe equipped with a smoke gate and connected to a gas duct, a service water tank with a circulation pump, a device for washing the flue gases of the neutralizer, and the outlet of the upper product of the distillation column is connected to the vapor inlet of the recuperative heat exchanger - column feed heater, the output of the upper product from which is connected to the inlet of the condenser of the upper product of the air-cooled column and to the inlet of the recuperative heat exchanger-heater of the water-methanol solution. The disadvantage is the low efficiency due to the fact that the installation does not include a device for the preliminary removal of methanol from a water-methanol solution (WMP). All that is obtained at the VMP unit is immediately sent to the distillation column, in which, during operation, its trays and overflow devices are clogged with salts and other sediments. In addition, the flow of flue gases entering the fire evaporator ensures the supply of heat to the flow of distillation column distillation residue supplied to the evaporator, excites the generation of a vapor phase in it. The fire evaporator is overloaded with water vapor, some of which also enters the distillation column, thereby diluting the solution to be separated. There is a loss of energy efficiency.

Для обоих изобретений из группы заявляемых изобретений ближайшим аналогом является способ обработки раствора органического соединения по патенту US5849161, В01D 3/38, 1998. В способе раствор органического соединения, содержащий полимер, обрабатывают путем добавления к указанному раствору некоторого количества воды. Проводят дистилляцию для извлечения органического соединения и сжигают оставшийся водный раствор, содержащий полимер. Количество воды, добавляемой в раствор, выбирают таким образом, чтобы массовое отношение воды к твердому веществу на дне дистилляционной башни находилось в диапазоне от 60:40 до 99:1, предпочтительно от 90:10 до 95:5. Предварительно концентрированный раствор подают в дистилляционную колонну по линии подачи донной жидкости из испарителя. При этом вода подается в башню дистилляционной установки по водопроводу. Испаритель имеет линию для извлечения органического соединения. Раствор, к которому была добавлена вода, подают в верхнюю плиту дистилляционной башни. При использовании испарителя в качестве источника тепла может использоваться отработанное тепло с других ступеней, но предпочтительным является испаритель с множественным эффектом, в котором пар из одной испарительной установки используется для нагрева последующей. Тип дистилляционной башни не ограничен, но обычно это перфорированная пластинчатая башня, башня с пузырьковой крышкой. Источником тепла для дистилляционной башни может быть ребойлер или прямая продувка паром. Органическое соединение может быть извлечено вместе с добавленной водой из головки башни при коэффициенте обратного флюса от 0 до 0,5. Органическое соединение выводят через линию извлечения органического соединения. Полимер и соль щелочного металла в виде водного раствора твердых веществ сливают со дна башни и подают в мусоросжигательный аппарат по трубопроводу. Водный раствор твердых веществ сжигают. Для этого используют инсинератор погружного горения, который сжигает водный раствор твердых веществ путем распыления раствора с помощью сопла в пламя, генерируемое горелкой. Топливом для горелки может быть тяжелое масло, керосин, газойль и т. д. Пузырьки горящего газа пропускают непосредственно через воду, после чего проводят сбор золы от сгоревшего газа. Недостатком как способа, так и установки, является невысокая эффективность. Это обусловлено тем, что перед процессом дистилляции, заключающимся в однократном выпаривании органического вещества из раствора, раствор разбавляют водой с очень большой степенью разбавления. Это влечет за собой значительное увеличение расхода топлива на последующей стадии технологии – на стадии сжигания воды в топочно-горелочном устройстве инсинератора погружного горения. Кроме того, в качестве аппарата испарителя используется аппарат с падающей пленкой, вызывающий осаждение солей и твердых включений на греющих трубках аппарата, что ухудшает теплообмен и снижает эффективность работы всей установки. На снижение эффективности влияет и то, что указанный испаритель требует частых остановок для чистки от накипи и инкрустаций. Использование дистилляционной колонны в качестве дополнительного аппарата для удаления органической составляющей обрабатываемой воды обуславливает недостаточно концентрированный выпар метанола, что так же повышает энергозатраты на его дальнейшую очистку. For both inventions from the group of claimed inventions, the closest analogue is a method for processing a solution of an organic compound according to patent US5849161, B01D 3/38, 1998. In the method, a solution of an organic compound containing a polymer is treated by adding a certain amount of water to the specified solution. Distillation is carried out to recover the organic compound, and the remaining aqueous solution containing the polymer is burned. The amount of water added to the solution is chosen such that the weight ratio of water to solids at the bottom of the distillation tower is in the range of 60:40 to 99:1, preferably 90:10 to 95:5. The pre-concentrated solution is fed into the distillation column through the bottom liquid supply line from the evaporator. In this case, water is supplied to the tower of the distillation plant through a water pipe. The evaporator has a line for extracting the organic compound. The solution to which water has been added is fed into the top plate of the distillation tower. When using an evaporator as a heat source, waste heat from other stages can be used, but a multiple effect evaporator is preferred, in which steam from one evaporator unit is used to heat the next one. The type of distillation tower is not limited, but generally perforated plate tower, bubble cap tower. The heat source for the distillation tower can be a reboiler or direct steam blow. The organic compound can be recovered along with the added water from the tower head at a backflux ratio of 0 to 0.5. The organic compound is withdrawn through the organic compound recovery line. The polymer and alkali metal salt in the form of an aqueous solution of solids are drained from the bottom of the tower and fed into the incinerator through a pipeline. The aqueous solution of solids is burned. For this, a submerged combustion incinerator is used, which burns an aqueous solution of solids by spraying the solution with a nozzle into a flame generated by a burner. The fuel for the burner can be heavy oil, kerosene, gas oil, etc. Bubbles of the burning gas are passed directly through the water, after which the ash from the burnt gas is collected. The disadvantage of both the method and the installation is the low efficiency. This is due to the fact that before the distillation process, which consists in a single evaporation of the organic matter from the solution, the solution is diluted with water to a very high degree of dilution. This entails a significant increase in fuel consumption at the next stage of the technology - at the stage of water combustion in the furnace-burner device of the submersible combustion incinerator. In addition, a falling film apparatus is used as an evaporator apparatus, which causes the deposition of salts and solid inclusions on the heating tubes of the apparatus, which impairs heat transfer and reduces the efficiency of the entire installation. The decrease in efficiency is also affected by the fact that the specified evaporator requires frequent stops for cleaning from scale and encrustations. The use of a distillation column as an additional apparatus for removing the organic component of the treated water causes an insufficiently concentrated methanol evaporation, which also increases the energy consumption for its further purification.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности получения метанола из сточных вод его содержащих, повышение надежности работы всей установки в целом.The technical result of the claimed invention is to increase the efficiency of obtaining methanol from wastewater containing it, to increase the reliability of the operation of the entire installation as a whole.

Технический результат в отношении заявляемого способа достигается за счет того, что в способе получения метанола из сточных вод, включающем предварительный нагрев водно-метанольного раствора, испарение из него паров метанола, получение метанола в ректификационной колонне, сжигание в аппарате погружного горения загрязненных остатков после получения метанола, согласно изобретению, в аппарат погружного горения могут подавать дополнительный поток сточных вод, проводят его термическую обработку, после которой выделившуюся паро-газовую смесь направляют в теплообменник, часть паро-газовой смеси подают в смеситель-конденсатор, смешивают ее в смесителе-конденсаторе с водно-метанольным раствором основного потока, подвергают полученную смесь выпариванию в вакуумном испарителе, образовавшиеся водо-метанольные пары подают в ректификационную колонну, проводят ректификацию, после которой проводят конденсацию полученного продукта, образовавшийся метанол подают в линию выгрузки метанола, направляют на сжигание в аппарат погружного горения оставшуюся после конденсации газовую составляющую с примесями, образующуюся в испарителе жидкость и кубовые остатки из ректификационной колонны сжигают в аппарате погружного горения, удаляют из аппарата погружного горения осажденную на его дне суспензию, отстаивают ее, жидкую фазу вновь направляют в аппарат погружного горения. Твердая фаза из отстойника – выводится из процесса, удаляется на полигон отходов.The technical result in relation to the proposed method is achieved due to the fact that in the method for producing methanol from wastewater, including preheating a water-methanol solution, evaporation of methanol vapor from it, obtaining methanol in a distillation column, burning contaminated residues in a submersible combustion apparatus after methanol production , according to the invention, an additional wastewater stream can be supplied to the submersible combustion apparatus, its heat treatment is carried out, after which the released vapor-gas mixture is sent to a heat exchanger, part of the vapor-gas mixture is fed into the mixer-condenser, mixed in the mixer-condenser with water -methanol solution of the main stream, the resulting mixture is subjected to evaporation in a vacuum evaporator, the formed water-methanol vapors are fed into a distillation column, rectification is carried out, after which the resulting product is condensed, the resulting methanol is fed into the methanol discharge line, sent to combustion into the submersible combustion apparatus, the gas component with impurities remaining after condensation, the liquid formed in the evaporator and the bottom residues from the distillation column are burned in the submersible combustion apparatus, the suspension deposited on its bottom is removed from the submersible combustion apparatus, it is settled, the liquid phase is again sent to the submersible combustion apparatus burning. The solid phase from the settler is removed from the process, removed to the waste landfill.

Технический результат в отношении заявляемой установки достигается за счет того, что в установке для получения метанола из сточных вод, содержащей входной трубопровод, испаритель, связанный с ректификационной колонной, аппарат погружного горения, связанный с входными топливным и воздушным трубопроводами, с дренажной линией, согласно изобретению, содержится дополнительный входной трубопровод для дополнительного потока сточных вод, соединенный с аппаратом погружного горения, на выходе аппарата погружного горения установлен теплообменник, связанный с входными воздушным трубопроводом, выход паровой фазы аппарата погружного горения связан со смесителем-конденсатором, соединенным с входным трубопроводом для подачи основного потока водно-метанольного раствора, смеситель-конденсатор связан насосной линией с вакуумным испарителем мгновенного вскипания, содержащим подвижную насадку для процесса массопереноса, вакуумный испаритель мгновенного вскипания соединен с ректификационной колонной, верхний выход которой соединен с конденсатором, конденсатор одним выходом связан с линией выгрузки метанола, а нижний выход ректификационной колонны, второй выход конденсатора, второй выход испарителя соединены с аппаратом погружного горения, нижний выход аппарата погружного горения дренажной линией связан с отстойником, нижний выход отстойника связан с выходом шлама, верхний выход отстойника связан насосной линией с аппаратом погружного горения.The technical result in relation to the proposed installation is achieved due to the fact that in the installation for producing methanol from wastewater, containing an inlet pipeline, an evaporator associated with a distillation column, an immersed combustion apparatus associated with inlet fuel and air pipelines, with a drainage line, according to the invention , contains an additional inlet pipeline for an additional wastewater flow connected to the submersible combustion apparatus, a heat exchanger is installed at the outlet of the submersible combustion apparatus, connected to the inlet air pipeline, the vapor phase outlet of the submersible combustion apparatus is connected to a mixer-condenser connected to the inlet pipeline for supplying the main flow of water-methanol solution, the mixer-condenser is connected by a pump line to a vacuum flash evaporator containing a movable nozzle for the mass transfer process, the vacuum flash evaporator is connected to a distillation column, the top the lower outlet of which is connected to the condenser, the condenser is connected by one outlet to the methanol discharge line, and the lower outlet of the distillation column, the second outlet of the condenser, the second outlet of the evaporator are connected to the submersible combustion apparatus, the lower outlet of the submersible combustion apparatus is connected by a drainage line to the sump, the lower outlet of the sump is connected with the sludge outlet, the upper outlet of the sump is connected by a pump line to the submersible combustion apparatus.

Технический результат для заявляемого способа обеспечивается за счет возможности подачи и переработки в установке двух потоков сточных вод, из которых в качестве дополнительного потока могут использовать поток хозяйственно-бытовых сточных вод. Использование дополнительного потока позволяет после его сжигания в аппарате погружного горения получить паро-газовую смесь высокой температуры, и использовать ее для смешения с поступающим в установку основным потоком ВМР. Это позволяет на начальном этапе переработки основного потока ВМР поднять его температуру и ввести в него паро-газовую составляющую. За счет этого при дальнейшем выпаривании в вакуумном испарителе происходит вскипание не чистого ВМР, а вскипание полученной смеси, из-за чего из вакуумного испарителя выходит и поступает в ректификационную колонну не сконденсированный водо-метанольный раствор, а водо-метанольные пары, на 50-60% состоящие из метанола, остальное в них составляет водяной пар. Водо-метанольные пары имеют большее теплосодержание, чем водо-метанольный раствор. За счет этого увеличивается выход метанола из ректификационной колонны при уменьшении энергозатрат на его получение. Кроме того, направление паро-газовой смеси после термообработки дополнительного потока на теплообменник позволяет дополнительно использовать тепло отходящих газов на нагрев атмосферного воздуха, поступающего на горение в газовой горелке аппарата погружного горения. За счет этого сокращаются энергозатраты на работу аппарата погружного горения. Подача и сжигание в аппарате погружного горения технологических остатков, таких как газовая составляющая из конденсатора с примесями, жидкость из нижней части испарителя, остатки кубовой жидкости из ректификационной колонны, позволяет выпарить из них воду, очистить остатки ВМР и вновь использовать их в технологическом процессе деметанолизации ВМР, повышая эффективность способа. Осаждение сгоревших отходов, солей и взвесей из аппарата погружного горения в виде суспензии с дальнейшим ее отстаиванием и направление отделившейся жидкости вновь в аппарат погружного горения позволяет полностью использовать энергоресурс подаваемого в установку ВМР для получения готового продукта. Все это повышает эффективность получения метанола из сточных вод.The technical result for the proposed method is achieved due to the possibility of supplying and processing two wastewater streams in the installation, of which a household wastewater stream can be used as an additional stream. The use of an additional flow makes it possible, after its combustion in the submersible combustion apparatus, to obtain a steam-gas mixture of high temperature, and use it for mixing with the main flow of SMR entering the plant. This makes it possible to raise its temperature at the initial stage of processing the main SMR stream and introduce a vapor-gas component into it. Due to this, during further evaporation in a vacuum evaporator, not pure WMP boils up, but the resulting mixture boils up, due to which not a condensed water-methanol solution, but water-methanol vapor, leaves the vacuum evaporator and enters the distillation column, by 50-60 % consisting of methanol, the rest is water vapor. Water-methanol vapors have a higher heat content than water-methanol solution. Due to this, the yield of methanol from the distillation column increases while reducing energy consumption for its production. In addition, the direction of the steam-gas mixture after heat treatment of the additional flow to the heat exchanger makes it possible to additionally use the heat of the exhaust gases to heat the atmospheric air supplied for combustion in the gas burner of the submersible combustion apparatus. Due to this, energy consumption for the operation of the submersible combustion apparatus is reduced. Feeding and combustion in the submersible combustion apparatus of technological residues, such as the gas component from the condenser with impurities, the liquid from the bottom of the evaporator, the residues of the bottom liquid from the distillation column, allows you to evaporate water from them, purify the residues of SMP and reuse them in the process of demethanolysis of SMP , increasing the efficiency of the method. The sedimentation of burnt waste, salts and suspensions from the submersible combustion apparatus in the form of a suspension with its further settling and the direction of the separated liquid again into the submersible combustion apparatus makes it possible to fully use the energy resource supplied to the SMR unit to obtain the finished product. All this increases the efficiency of methanol production from wastewater.

Технический результат для заявляемой установки обеспечивается за счет того, что установка содержит дополнительный входной трубопровод для дополнительного потока сточных вод, соединенный с аппаратом погружного горения. Это позволяет направить дополнительный поток сточных вод на сжигание (выпаривание) в аппарат погружного горения, после которого паро-газовая смесь поступает в теплообменник. Установка на выходе аппарата погружного горения теплообменника, связанного с входным воздушным трубопроводом горелки аппарата погружного горения позволяет подогревать атмосферный воздух, подаваемый в горелку для горения газа. Это снижает тепловые затраты на обеспечение работы горелки. Соединение аппарата погружного горения трубопроводом со смесителем-конденсатором, соединенным с входным трубопроводом для подачи основного потока водно-метанольного раствора, позволяет получить паро-газовую смесь более высокой температуры от выпаривания дополнительного потока в аппарате погружного горения, и использовать эту паро-газовую смесь для смешения в смесителе с поступающим в установку основным потоком ВМР. Это снижает энергозатраты на подогрев основного потока, позволяет подать в испаритель смесь из ВМР и паро-газовой составляющей. За счет подачи в испаритель данной смеси значительно повышается энергоэффективность процесса получения метанола, т.к., из испарителя выходит и попадает в ректификационную колонну, соединенную с испарителем, не сконденсированный водо-метанольный раствор, а водо-метанольные пары, имеющие гораздо большее теплосодержание, чем водо-метанольный раствор. Кроме того, за счет выполнения испарителя вакуумным, содержащим подвижную насадку для процессов массопереноса при испарении паров метанола не происходит осаждение отложений в виде механических частиц, солей на элементах испарителя. Развитая поверхность контакта фаз повышает эффективность процесса выпаривания, избавляет от необходимости очистки греющих поверхностей, которая требует остановки работы оборудования и приводит к потере эффективности использования установки, обеспечивает возможность наращивания производительности установки без длительного перерыва в ее работе. Соединение посредством трубопроводов нижнего выхода ректификационной колонны, второго выхода конденсатора, второго выхода испарителя с аппаратом погружного горения позволяет направить на сжигание технологические остатки. В аппарате погружного горения из газовой составляющей с примесями, выходящей из конденсатора, из жидкости из нижней части испарителя, из остатков кубовой жидкости из ректификационной колонны выпаривается вода, происходит очистка остаточного ВМР, который затем вновь используется в технологическом процессе деметанолизации. Это снижает потери кубовой жидкости, ВМР и повышает эффективность использования установки для получения метанола. Нижний выход аппарата погружного горения дренажной линией связан с отстойником, нижний выход отстойника связан с выходом шлама, верхний выход отстойника связан насосной линией с аппаратом погружного горения. Это позволяет периодически выгружать из отстойника суспензию, которая содержит шламы и углеродный остаток, осевшие в конусной части аппарата погружного горения соляные частицы, частицы взвесей и подавать по насосной линии жидкость из отстойника в аппарат погружного горения для ее дальнейшего использования. Это сокращает потери ВМР, уменьшает долю неиспользованных технологических осадков, повышает эффективность работы установки. Следует отметить, что установка останется работоспособной и в случае отсутствия второго потока воды поз.2. Однако, в случае наличия такого второго потока, объемы перерабатываемых термическим методом сточных вод значительно увеличиваются, установка работает более стабильно.The technical result for the proposed installation is ensured due to the fact that the installation contains an additional inlet pipeline for an additional wastewater flow connected to the submersible combustion apparatus. This allows you to send an additional flow of wastewater for combustion (evaporation) in the submersible combustion apparatus, after which the vapor-gas mixture enters the heat exchanger. Installing a heat exchanger at the outlet of the submersible combustion apparatus, connected to the inlet air pipeline of the burner of the submersible combustion apparatus, allows heating the atmospheric air supplied to the burner for gas combustion. This reduces the heat costs for ensuring the operation of the burner. The connection of the submersible combustion apparatus by a pipeline with a mixer-condenser connected to the inlet pipeline for supplying the main flow of the water-methanol solution makes it possible to obtain a vapor-gas mixture of a higher temperature from the evaporation of an additional stream in the submersible combustion apparatus, and to use this vapor-gas mixture for mixing in the mixer with the main flow of SMR entering the plant. This reduces the energy consumption for heating the main flow, allows you to feed a mixture of HMS and the steam-gas component into the evaporator. By supplying this mixture to the evaporator, the energy efficiency of the methanol production process is significantly increased, since, from the evaporator, it is not a condensed water-methanol solution that leaves the evaporator and enters the distillation column connected to the evaporator, but water-methanol vapors, which have a much higher heat content, than water-methanol solution. In addition, due to the execution of the evaporator as a vacuum one, containing a movable nozzle for mass transfer processes, during the evaporation of methanol vapors, deposits in the form of mechanical particles and salts are not deposited on the elements of the evaporator. The developed phase contact surface increases the efficiency of the evaporation process, eliminates the need to clean the heating surfaces, which requires stopping the operation of the equipment and leads to a loss in the efficiency of the installation, provides the possibility of increasing the productivity of the installation without a long interruption in its operation. The connection by means of pipelines of the lower outlet of the distillation column, the second outlet of the condenser, the second outlet of the evaporator with the submersible combustion apparatus makes it possible to direct technological residues for combustion. In the submersible combustion apparatus, water is evaporated from the gas component with impurities leaving the condenser, from the liquid from the lower part of the evaporator, from the residues of the bottom liquid from the distillation column, and the residual WMP is purified, which is then reused in the demethanolization process. This reduces the loss of bottom liquid, WMP and increases the efficiency of using the plant for methanol production. The lower outlet of the submersible combustion apparatus is connected by a drainage line to the sump, the lower outlet of the sump is connected to the sludge outlet, the upper outlet of the sump is connected by a pump line to the submersible combustion apparatus. This allows you to periodically unload the suspension from the settling tank, which contains sludge and carbon residue, salt particles settled in the cone part of the submersible combustion apparatus, particles of suspensions, and supply liquid from the settling tank through the pump line to the submersible combustion apparatus for its further use. This reduces the loss of SMR, reduces the proportion of unused process sludge, and increases the efficiency of the plant. It should be noted that the installation will remain operational even in the absence of the second water flow pos.2. However, in the case of such a second flow, the volumes of wastewater processed by the thermal method increase significantly, the installation works more stably.

На Фигуре 1 представлена схема установки для получения метанола из сточных вод.The Figure 1 shows a diagram of an installation for the production of methanol from wastewater.

Установка содержит основной трубопровод 1 для подачи промышленных сточных вод, содержащих ВМР, дополнительный трубопровод 2 для подачи сточных вод, в том числе хозяйственно-бытовых стоков, аппарат погружного горения 3, струйный вакуумный испаритель 4, смеситель 5, который является и конденсатором, ректификационную колонну 6, конденсатор 7, линию выхода метанола 8. Аппарат погружного горения 3 содержит газовую горелку 9, соединенную с входным топливным трубопроводом 10, входным воздушным трубопроводом 11, который соединен с заборным вентилятором 12. Нижняя конусная часть аппарата погружного горения 3 связана с дренажной линией 13, сообщающейся с отстойником 14, который связан с трубопроводом выгрузки шлама 15, на котором установлен насос 16. Верхняя часть отстойника 14 связана насосной линией 17 с насосом 18 с аппаратом погружного горения 3. В аппарате погружного горения 3 установлен теплообменник 19, через который проходит входной воздушный трубопровод 11. От выхлопной трубы 20 аппарата погружного горения 3 выполнен отвод 21, соединяющий выхлопную трубу 20 и смеситель 5. На трубопроводе, соединяющем смеситель 5 и струйный вакуумный испаритель 4 установлен центробежный насос 22, на линии трубопровода, соединяющей вакуумный испаритель 4 с аппаратом погружного горения 3 установлены емкость 23 и насос 24. На линии трубопровода, соединяющей конденсатор 7 и аппарат погружного горения 3 установлен вакуумный насос 25.The plant contains a main pipeline 1 for supplying industrial wastewater containing SMP, an additional pipeline 2 for supplying wastewater, including domestic wastewater, a submersible combustion apparatus 3, a jet vacuum evaporator 4, a mixer 5, which is also a condenser, a distillation column 6, condenser 7, methanol outlet line 8. Submerged combustion apparatus 3 comprises a gas burner 9 connected to an inlet fuel pipeline 10, an inlet air pipeline 11, which is connected to an intake fan 12. The lower conical part of the submersible combustion apparatus 3 is connected to a drain line 13 , communicating with the sump 14, which is connected to the sludge discharge pipeline 15, on which the pump 16 is installed. The upper part of the sump 14 is connected by the pump line 17 to the pump 18 with the submersible combustion apparatus 3. air pipeline 11. From the exhaust pipe 20 devices At the submersible combustion 3, a branch 21 is made connecting the exhaust pipe 20 and the mixer 5. A centrifugal pump 22 is installed on the pipeline connecting the mixer 5 and the jet vacuum evaporator 4, a container 23 and a pump are installed on the pipeline line connecting the vacuum evaporator 4 with the submersible combustion apparatus 3 24. A vacuum pump 25 is installed on the pipeline line connecting the condenser 7 and the submersible combustion apparatus 3.

Способ получения метанола из сточных вод с помощью заявляемой установки осуществляют следующим образом.The method of obtaining methanol from wastewater using the proposed installation is carried out as follows.

По дополнительному трубопроводу 2 направляют дополнительный поток сточных вод, который может содержать, как промышленные, так и хозяйственно-бытовые сточные воды, в аппарат погружного горения 3. На погружную горелку 9 аппарата погружного горения 3 подают газ из топливного трубопровода 10 и воздух из входного воздушного трубопровода 11. Воздух забирают из атмосферы с помощью заборного вентилятора 12 и подогревают, пропуская через теплообменник 19. Погружная горелка аппарата погружного горения 3 развивает температуру пламени 1300-1500ºС, которое взаимодействуя с жидкой фазой сточных вод, испаряет воду. Превращенную в пар воду удаляют из аппарата погружного горения 3 естественной тягой через выхлопную трубу 20. При этом паро-газовая смесь, проходя через теплообменник 19, нагревает воздушный поток, направляемый на горение в газовую горелку 9 аппарата погружного горения 3. Шламы и углеродный остаток оседают после выпаривания сточных вод в конусной части аппарата погружного горения 3. Часть паро-газовой смеси из выходного потока отбирают для использования теплоты отходящих газов и направляют в смеситель-конденсатор 5. В смеситель 5 по трубопроводу 1 направляют и основной поток промышленных сточных вод, содержащих ВМР. В смесителе происходит смешение и предварительный нагрев производственных сточных вод, содержащих метанол, путем их смешения с паро-газовой смесью отходящих газов. Получившуюся смесь направляют в вакуумный испаритель 4 мгновенного вскипания. Испаритель 4 не имеет греющих трубок, снабжен подвижной насадкой для обеспечения массопереноса, работает под вакуумом. Кроме того, испаритель 4 в верхней части снабжен дефлегматором, что обеспечивает большую, чем в аналоге концентрацию метанола в метаноло-водяном паре, который отсасывают из испарителя 4 вакуумным насосом. Конструкция испарителя 4 не содержит внутренних элементов, способствующих налипанию содержащихся в обрабатываемой смеси вредных отложений, таких как солей жесткости, взвешенных частиц, кристаллизующихся из раствора веществ. Очистку подвижной насадки испарителя 4 проводят без его остановки, при непрерывном процессе испарения. В испарителе 4 происходит вскипание смеси и частичное испарение метанола. Отсасываемые из испарителя 4 пары на 50-60% состоят из метанола, остальную часть составляет водяной пар. Жидкая фаза с вредными осадками из испарителя 4 поступает в емкость 23. Далее водо-метанольные пары, освобожденные в испарителе 4 от вредных веществ, направляют в ректификационную колонну 6, где метанол закрепляется до кондиционной концентрации 95%. За счет того, что в ректификационную колонну подают не сконденсированный водо-метанольный раствор, а очищенные водо-метанольные пары, ректификационная колонна работает без остановки на чистку достаточно долго - более 1 года. Выходящие из верхней части ректификационной колонны 6 пары метанола направляют на конденсацию в конденсатор 7. Далее часть сконденсированного метанола поступает на орошение ректификационной колонны 6, а основная часть выводится из установки в качестве готового продукта по линии выхода метанола 8. Кубовые остатки из ректификационной колонны 6 и жидкость, попавшую из испарителя 4 в емкость 23 скачивают в аппарат погружного горения 3, где проводят их нагрев с выпариванием воды. Так же в аппарат погружного горения 3 с помощью вакуумного насоса 25 направляют жидкость из смесителя 5. В аппарате погружного горения 3 все загрязненные стоки выпариваются в пламени погружной горелки, образуемая паро-газовая смесь барботирует через жидкую фазу, очищается от примесей и направляется на удаление в атмосферу через выхлопную трубу. Часть смеси отбирают для подачи в смеситель 5. При этом органические вещества практически полностью сгорают, углеродные частицы улавливаются жидкой фазой и оседают в конусном днище аппарата погружного горения 3, минеральные вещества в виде мелких кристаллов соли оседают совместно с углеродными частицами. Этот осадок в виде суспензии, содержащей шламы и углеродный остаток, из нижней конусной части, направляют в отстойник 14 по дренажной линии 13. Из нижней части отстойника 14 твердые остатки в виде пасты выгружают с помощью насоса 16 и направляют на транспортировку к полигону отходов. Жидкую фазу из отстойника 14 откачивают насосом 18 и вновь направляют в аппарат погружного горения 3 на выпаривание. Насос 26 обеспечивает поддержание необходимого уровня жидкости в аппарате погружного горения 3.Through the additional pipeline 2, an additional wastewater stream is sent, which may contain both industrial and domestic wastewater, to the submersible combustion apparatus 3. The submersible burner 9 of the submersible combustion apparatus 3 is supplied with gas from the fuel pipeline 10 and air from the inlet air pipeline 11. Air is taken from the atmosphere with the help of an intake fan 12 and heated by passing through a heat exchanger 19. The submersible burner of the submersible combustion apparatus 3 develops a flame temperature of 1300-1500ºС, which, interacting with the liquid phase of wastewater, evaporates water. The water turned into steam is removed from the submersible combustion apparatus 3 by natural draft through the exhaust pipe 20. At the same time, the vapor-gas mixture, passing through the heat exchanger 19, heats the air flow directed to combustion into the gas burner 9 of the submersible combustion apparatus 3. Sludge and carbon residue settle after evaporation of wastewater in the conical part of the submersible combustion apparatus 3. Part of the steam-gas mixture from the outlet stream is taken to use the heat of the exhaust gases and sent to the mixer-condenser 5. The main flow of industrial wastewater containing SMR is also sent to the mixer 5 through pipeline 1 . In the mixer, mixing and preheating of industrial wastewater containing methanol takes place by mixing them with a vapor-gas mixture of exhaust gases. The resulting mixture is sent to a vacuum flash evaporator 4 . Evaporator 4 does not have heating tubes, is equipped with a movable nozzle to ensure mass transfer, and operates under vacuum. In addition, the evaporator 4 is equipped with a reflux condenser in the upper part, which provides a higher concentration of methanol in the methanol-water vapor than in the analogue, which is sucked off from the evaporator 4 by a vacuum pump. The design of the evaporator 4 does not contain internal elements that contribute to the sticking of harmful deposits contained in the processed mixture, such as hardness salts, suspended particles, crystallizing from a solution of substances. Cleaning of the movable nozzle of the evaporator 4 is carried out without stopping it, with a continuous evaporation process. In the evaporator 4, the mixture boils up and the methanol is partially evaporated. The 4 vapors sucked from the evaporator are 50-60% methanol, the rest is water vapor. The liquid phase with harmful sediments from the evaporator 4 enters the tank 23. Next, the water-methanol vapor released in the evaporator 4 from harmful substances is sent to the distillation column 6, where the methanol is fixed to a standard concentration of 95%. Due to the fact that not a condensed water-methanol solution is fed into the distillation column, but purified water-methanol vapors, the distillation column operates without stopping for cleaning for a long time - more than 1 year. The methanol vapor leaving the upper part of the distillation column 6 is sent for condensation to the condenser 7. Then part of the condensed methanol is fed to the distillation column 6 for irrigation, and the main part is removed from the installation as a finished product along the methanol outlet line 8. VAT residues from the distillation column 6 and the liquid that got from the evaporator 4 into the container 23 is downloaded into the submersible combustion apparatus 3, where they are heated with water evaporation. Also, liquid from the mixer 5 is sent to the submersible combustion apparatus 3 using a vacuum pump 25. In the submersible combustion apparatus 3, all contaminated effluents are evaporated in the flame of a submersible burner, the resulting vapor-gas mixture bubbles through the liquid phase, is cleaned of impurities and is sent for removal to atmosphere through the exhaust pipe. Part of the mixture is taken for feeding into the mixer 5. At the same time, the organic substances burn almost completely, the carbon particles are trapped by the liquid phase and settle in the conical bottom of the submersible combustion apparatus 3, the mineral substances in the form of fine salt crystals settle together with the carbon particles. This sediment in the form of a suspension containing sludge and carbon residue from the lower conical part is sent to the sump 14 through the drainage line 13. From the bottom of the sump 14, solid residues in the form of a paste are unloaded using a pump 16 and sent for transportation to the landfill. The liquid phase from the sump 14 is pumped out by the pump 18 and again sent to the submersible combustion apparatus 3 for evaporation. Pump 26 maintains the required liquid level in submersible combustion apparatus 3.

Таким образом, изобретение позволяет повысить эффективность получения метанола из сточных вод.Thus, the invention improves the efficiency of methanol production from wastewater.

Claims

1. A method for producing methanol from wastewater, including preheating a water-methanol solution, evaporating methanol vapor from it, obtaining methanol in a distillation column, burning contaminated residues in an immersed combustion apparatus after methanol production, characterized in that additional the wastewater stream, its thermal treatment is carried out, after which the released gas-vapor mixture is sent to a heat exchanger, part of the gas-vapor mixture is fed into the mixer, it is mixed in the mixer with a water-methanol solution of the main stream, the resulting mixture is subjected to evaporation in a vacuum evaporator, the resulting water-methanol vapor is fed into the distillation column, rectification is carried out, after which the condensation of the obtained product is carried out, the resulting methanol is fed to the methanol discharge line, the gas component remaining after condensation with impurities, which is formed in the In the evaporator, the liquid and bottom residues from the distillation column, after their combustion, the suspension deposited on its bottom is removed from the submersible combustion apparatus, it is settled, the liquid phase is again sent to the submersible combustion apparatus.

2. Installation for the production of methanol from wastewater, containing an inlet pipeline, an evaporator associated with a distillation column, an immersed combustion apparatus associated with inlet fuel and air pipelines, with a drainage line, characterized in that it contains an additional inlet pipeline for an additional wastewater flow connected to the submersible combustion apparatus, a heat exchanger connected to the inlet air pipeline is installed at the outlet of the submersible combustion apparatus, the outlet of the submersible combustion apparatus is connected to a mixer connected to the inlet pipeline for supplying the main flow of water-methanol solution, the mixer is connected by a pump line to a vacuum evaporator, containing a movable nozzle for mass transfer, the vacuum evaporator is connected to a distillation column, the upper outlet of which is connected to a condenser, the condenser is connected by one outlet to the methanol discharge line, and the second outlet of the condenser, the lower outlet of the distillation column, the second the outlet of the evaporator is connected to the immersion combustion apparatus, the lower outlet of the immersed combustion apparatus is connected to the sump by a drainage line, the lower outlet of the sump is connected to the sludge outlet, the upper outlet of the sump is connected by a pump line to the immersed combustion apparatus.