本發(fā)明屬于污水處理工藝及節(jié)能技術領域，涉及一種基于氣提法和真空膜蒸餾法的氣田含醇污水甲醇回收裝置及工藝。
背景技術：
在天然氣生產(chǎn)中，天然氣水合物常常造成管道、閥門和設備等的堵塞，為抑制水合物的形成，通常由采氣井口向集輸管道中注入水合物抑制劑。甲醇是氣田生產(chǎn)中較常用的抑制劑。由井口注入管道的甲醇，在集氣站伴隨天然氣脫水分離，產(chǎn)生了氣田含醇污水。天然氣開采中，由于注醇量大，如不回收，甲醇的耗資較大，另外甲醇屬于毒性物質，污水直接排放會造成環(huán)境污染等問題，給氣田的生產(chǎn)和運行帶來很大的影響。因此，污水中甲醇必須回收循環(huán)使用，達到注入-回收-再注入的良性循環(huán)，降低天然氣生產(chǎn)成本，減少對環(huán)境的污染。
含甲醇水溶液的回收處理方法包括吸附、精餾、萃取等，當甲醇濃度較高時，可采用精餾、萃取法，當其濃度較低時宜采用吸附法。精餾法通常應用于有機物含量在5～10wt％的濃度范圍內、萃取法通常應用于有機物含量在1～10wt％的濃度范圍內，吸附法通常應用于有機物含量小于0.1wt％的濃度范圍下。吸附法對水溶液的處理是一種重要和成熟的技術，活性碳是廣泛采用的吸附劑。吸附系統(tǒng)包括顆粒活性炭吸附柱，以及飽和活性炭的熱再生裝置。當飽和活性炭加熱再生時，某些甲醇會在再生溫度范圍內分解，通常該法應用于甲醇低濃度場合，如1.0×10-4kg/kg以下，當甲醇的濃度高于1.0×10-3kg/kg時，活性炭的需用量非常大，兩且再生將會很頻繁。
目前，國內外氣田處理含醇污水工藝流程歸納起來大多數(shù)采用3段處理工藝，即除油、混凝沉降(或氣浮)、過濾，再輔以阻垢、緩蝕、殺菌處理后進入精餾塔回收甲醇。精餾法仍然是最常用的甲醇回收方法，但總體來看，精餾法甲醇回收工藝，投資大，能耗高，精餾塔內填料易堵塞，設備結垢、腐蝕嚴重。因此，有必要開發(fā)新型含甲醇水溶液的回收處理工藝，降低甲醇回收能耗，實現(xiàn)氣田含醇污水處理的經(jīng)濟性和環(huán)保性雙贏。
同時上述技術雖均可以回收處理水中有機污染物，但沒有一種技術可以解決整個濃度范圍內的問題，不同的技術對不同體系的處理性能也不相同。而膜蒸餾技術處理的有機物濃度范圍比上述技術要廣的多。目前國內大多數(shù)氣田產(chǎn)出水中甲醇含量為5～20％，最低可至1％左右，其變化幅度之大是一般化工精餾過程難以遇到的，而膜蒸餾技術具有的處理有機物濃度范圍廣的特點正好可以解決該難題。且膜蒸餾處理含醇污水流程簡單，膜組件簡潔緊湊，易于自動化操作，維護方便，無二次污染，可使用低品位能源，進料溫度遠低于常規(guī)精餾工藝。甲醇氣提工藝是利用甲醇沸點低，在醇水溶液中分壓高的特性，在經(jīng)過特殊設計的氣提器內，利用極性絡合物的特性將甲醇與水分離，具有流程短、易于操作等特點，可實現(xiàn)氣田含醇污水處理過程中甲醇的初步分離，從而得到濃度較低的稀甲醇溶液，然后再利用真空膜蒸餾法進行甲醇溶液的濃縮。因此基于氣提法和真空膜蒸餾法的甲醇回收工藝對于氣田含醇污水甲醇再生問題而言是一種十分有前途的新工藝。
根據(jù)本發(fā)明技術特點檢索了國內外數(shù)據(jù)庫，發(fā)現(xiàn)在國內外采用精餾法進行氣田含醇污水甲醇回收的專利和報道較多，但未見采用氣提法和真空膜蒸餾法集成工藝的氣田含醇污水甲醇回收裝置及工藝相關專利和報道。有專利申請?zhí)枺?01220129330.7一種二甲醚氣化塔殘液中甲醇回收裝置，該實用新型公開了一種二甲醚氣化塔殘液中甲醇回收裝置，包括氣提塔體。氣提塔體下端內安裝有盤管，盤管連接到氣提塔體側邊的殘液入口，二甲醚生產(chǎn)殘液進入氣提塔，經(jīng)塔內盤管加熱變成氣體，由塔頂導出進入冷凝器冷凝分離后得到甲醇含量為60-80％的回收液，冷凝器出液管分為兩根管道，一根為回流管，連接到氣提塔體上端，另一根為采出管，連接到二甲醚生產(chǎn)系統(tǒng)回收液。因此該專利采用的是殘液通過盤管加熱后形成的含醇氣體作為氣提氣，同塔頂冷凝回流液進行氣液交換后完成甲醇溶液的提濃回收。專利申請?zhí)枺?01010290311.8一種水中揮發(fā)性醇類有機物的去除和回收方法，該發(fā)明專利發(fā)明的方法是在進料側廢水中混入一定比例的氣體，氣液共同連續(xù)進入真空膜蒸餾組件，滲透側抽真空，廢水中的氣體、水蒸氣以及有機物蒸汽透過膜孔在滲透側冷凝，為一種氣提式的真空膜蒸餾過程。本發(fā)明采用的則是先氣提后真空膜蒸餾的集成工藝進行含醇污水的甲醇回收，其中氣提工藝采用空氣或氣田所產(chǎn)天然氣作為氣提氣，氣提工藝過程也不存在回流液。因此本發(fā)明的工藝路線和原理都不同于上述發(fā)明專利。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術問題是：基于上述問題，本發(fā)明提供一種具有更高的分離效率、操作更簡便、能耗更小、更易產(chǎn)業(yè)化的氣田含醇污水甲醇回收集成新工藝，以解決甲醇回收工藝對原料污水甲醇含量大幅度變化的適應問題，且降低甲醇回收能耗，實現(xiàn)氣田含醇污水處理的經(jīng)濟性和環(huán)保性雙贏。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的一個技術方案是：基于氣提法和真空膜蒸餾法的氣田含醇污水甲醇回收裝置，包括氣提工藝段裝置和真空膜蒸餾段裝置。
氣提工藝段裝置包括氣提塔，氣提塔的上入口依次管路連接有加熱換熱器、精細過濾器、原料-塔底水換熱器、原料-甲醇產(chǎn)品換熱器、原料泵，氣提塔的上部出口依次管路連接有原料-甲醇產(chǎn)品換熱器、氣液分離器，氣提塔的下出口依次管路連接有原料-塔底水換熱器、外排儲罐，氣提塔的下部進口管路連接有空氣壓縮機，氣液分離器的上部出口連通氣提塔的下部進口，氣液分離器的下部出口管路連接有稀甲醇儲罐；
真空膜蒸餾段裝置包括膜分離器，膜分離器的管程入口管路連接有稀溶液中間緩沖罐，稀溶液中間緩沖罐的入口與稀甲醇儲罐出口連通，膜分離器的冷側出口依次管路連接有真空冷凝室、甲醇產(chǎn)品儲罐、真空泵，膜分離器的熱側出口與稀溶液中間緩沖罐的入口連通，稀溶液中間緩沖罐的另一個輸出端與外排儲罐輸入端連通。
進一步地，氣提塔的下部出口與原料-塔底水換熱器之間的管路上設有塔底泵，氣液分離器的上部出口與氣提塔的下部進口之間的管路上設有電動閥Ⅰ，稀溶液中間緩沖罐的入口與稀甲醇儲罐出口之間的管路上設有電動閥Ⅱ，膜分離器的熱側出口與稀溶液中間緩沖罐的入口之間的管路上設有電動閥Ⅲ，膜分離器的管程入口與稀溶液中間緩沖罐入口之間的管路上設有泵，稀溶液中間緩沖罐與外排儲罐之間的連接管路上設有電動閥Ⅳ。
進一步地，空氣壓縮機采用干空氣或產(chǎn)自氣田經(jīng)過脫水脫硫脫凝析液處理的干天然氣。
進一步地，稀溶液中間緩沖罐設有電加熱裝置。
進一步地，膜分離器采用中空纖維膜組件，膜材料采用聚四氟乙烯膜。
采用基于氣提法和真空膜蒸餾法的氣田含醇污水甲醇回收裝置的回收工藝，包括氣提工藝段和真空膜蒸餾段，具體為：
氣提工藝段：經(jīng)過預處理的含醇污水由原料泵加壓后，進入原料-甲醇產(chǎn)品換熱器進行預熱，然后再進入原料-塔底水換熱器進一步預熱，而后經(jīng)精細過濾器過濾后進入加熱換熱器，由氣提塔上部進口進入氣體塔，來自空氣壓縮機的干氣體從氣提塔下部的進口進入氣提塔；氣提塔內液相自上而下流動與從下而上移動的干空氣逆流接觸，完成傳質傳熱過程；含有甲醇蒸氣和部分水蒸氣的氣體從氣提塔頂部出口進入原料-甲醇產(chǎn)品換熱器換熱，然后進入氣液分離器，在氣液分離器中，甲醇蒸汽和水蒸氣冷凝成稀甲醇溶液從分離器底部分出進入稀甲醇儲罐，氣提空氣從氣液分離器頂部分出返回到氣提塔下部進口重新作為氣提氣；流入氣提塔塔底的脫甲醇廢水進入原料-塔底水換熱器換熱，后進入外排儲罐，而后回注地層；
真空膜蒸餾段：來自稀甲醇儲罐的稀甲醇溶液進入稀溶液中間緩沖罐，而后送入膜分離器管程，甲醇在膜表面汽化，沿膜微孔向真空冷凝室擴散，經(jīng)過真空冷凝室冷凝后進入甲醇產(chǎn)品儲罐，少量的不凝物通過真空泵排除，截留在熱側的水分由膜分離器熱側出口返回到稀溶液中間緩沖罐循環(huán)提濃，當稀溶液中間緩沖罐中的甲醇溶液濃度達到可外排濃度要求后，將該溶液排往外排儲罐，然后再次接收來自稀甲醇儲罐的稀甲醇溶液進行下一次循環(huán)提濃。
進一步地，空氣壓縮機采用干空氣或產(chǎn)自氣田經(jīng)過脫水脫硫脫凝析液處理的干天然氣。
進一步地，稀溶液中間緩沖罐設有電加熱裝置。
進一步地，膜分離器采用中空纖維膜組件，膜材料采用聚四氟乙烯膜。
本發(fā)明的有益效果是：(1)甲醇氣提工藝利用了甲醇沸點低，在醇水溶液中分壓高的特性，在經(jīng)過特殊設計的氣提器內，利用極性絡合物的特性將甲醇與水分離，具有流程短、易于操作等特點。同時真空膜蒸餾法處理含醇污水流程簡單，膜組件簡潔緊湊，易于自動化操作，維護方便，無二次污染。因此，兩種方法集成的甲醇回收工藝同傳統(tǒng)的精餾法回收工藝相比較，不需要復雜的精餾塔、重沸器、回流罐等相關設備，大大減少了設備投資；
(2)該集成工藝氣提段進口溫度低于傳統(tǒng)精餾法精餾塔塔底含醇污水溫度，且沒有回流液，避免了回流液和塔底殘液的重復加熱，氣提工藝段采用了原料-甲醇產(chǎn)品換熱器、原料-塔底水換熱器各一具，充分利用甲醇產(chǎn)品、塔底水余熱加熱原料，大大降低外熱源的消耗量，同時實現(xiàn)了原料的加熱與甲醇初產(chǎn)品的冷卻，達到輸送及后續(xù)真空膜蒸餾處理工藝的溫度要求；同時真空膜蒸餾是一個有相變的膜過程，汽化潛熱降低了熱能的利用率，與其他膜過程相比，膜蒸餾在有廉價能源可利用的情況下才更有實用意義，真空膜蒸餾工藝同氣提工藝結合，可充分回收利用氣提段加熱含醇原料的熱量，因此該集成工藝大大減少了甲醇回收能耗，提高了經(jīng)濟效益；
(3)真空膜蒸餾過程采用疏水微孔膜，為了保證膜處理效果的穩(wěn)定性，降低膜的維護次數(shù)，延長使用壽命，需要對料液進行必要的預處理；雖然氣田含醇污水通過預處理裝置進行了預處理但由于預處理工藝和裝置的局限性，原料液中還含有少量的凝析油、污泥和浮渣且礦化度較高，容易堵塞疏水微孔膜，造成對中空纖維膜的污染。因此如果直接采用真空膜蒸餾法處理氣田含醇污水，將大大降低處理效率。而采用先氣提再真空膜蒸餾的集成工藝巧妙的解決了該問題。由于氣提出來的溶液主要成分是甲醇和水，雜質含量極少，不會污染疏水微孔膜，因此大大降低了膜的維護次數(shù)，延長了膜的使用壽命；
(4)本發(fā)明集成應用了氣提、真空膜蒸餾復合工藝，提高了回收效率，降低了含醇污水的甲醇含量。
附圖說明
下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。
圖1是本發(fā)明的結構示意圖；
其中：1.原料泵，2.原料-甲醇產(chǎn)品換熱器，3.原料-塔底水換熱器，4.精細過濾器，5.加熱換熱器，6.氣提塔，7.空氣壓縮機，8.氣液分離器，9.稀甲醇儲罐，10.電動閥Ⅰ，11.塔底泵，12.外排儲罐，13.電動閥Ⅱ，14.稀溶液中間緩沖罐，15.泵，16.膜分離器，17.真空冷凝室，18.甲醇產(chǎn)品儲罐，19.真空泵，20.電動閥Ⅲ，21.電動閥Ⅳ。
具體實施方式
現(xiàn)在結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，以下實施例旨在說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的進一步限定。
如圖1所示的基于氣提法和真空膜蒸餾法的氣田含醇污水甲醇回收裝置，包括氣提工藝段裝置和真空膜蒸餾段裝置，
氣提工藝段裝置包括氣提塔6，氣提塔6的上入口依次管路連接有加熱換熱器5、精細過濾器4、原料-塔底水換熱器3、原料-甲醇產(chǎn)品換熱器2、原料泵1，氣提塔6的上部出口依次管路連接有原料-甲醇產(chǎn)品換熱器2、氣液分離器8，氣提塔6的下出口依次管路連接有原料-塔底水換熱器3、外排儲罐12，氣提塔6的下部進口管路連接有空氣壓縮機7，氣液分離器8的上部出口連通氣提塔6的下部進口，氣液分離器8的下部出口管路連接有稀甲醇儲罐9；
真空膜蒸餾段裝置包括膜分離器16，膜分離器16的管程入口管路連接有稀溶液中間緩沖罐14，稀溶液中間緩沖罐14的入口與稀甲醇儲罐9出口連通，膜分離器16的冷側出口依次管路連接有真空冷凝室17、甲醇產(chǎn)品儲罐18、真空泵19，膜分離器16的熱側出口與稀溶液中間緩沖罐14的入口連通,稀溶液中間緩沖罐14的另一個輸出端與外排儲罐12輸入端連通。
氣提塔6的下部出口與原料-塔底水換熱器3之間的管路上設有塔底泵11，氣液分離器8的上部出口與氣提塔6的下部進口之間的管路上設有電動閥Ⅰ10，稀溶液中間緩沖罐14的入口與稀甲醇儲罐9出口之間的管路上設有電動閥Ⅱ13，膜分離器16的熱側出口與稀溶液中間緩沖罐14的入口之間的管路上設有電動閥Ⅲ20，膜分離器16的管程入口與稀溶液中間緩沖罐14入口之間的管路上設有泵15,稀溶液中間緩沖罐14與外排儲罐12之間的連接管路上設有電動閥Ⅳ21。
空氣壓縮機7采用干空氣或產(chǎn)自氣田經(jīng)過脫水脫硫脫凝析液處理的干天然氣。
稀溶液中間緩沖罐14設有電加熱裝置，當稀溶液中間緩沖罐14中的甲醇溶液溫度不足40～45℃時，電加熱裝置將自動啟動，使罐內溶液保持40～45℃。
膜分離器16采用中空纖維膜組件，膜材料采用聚四氟乙烯膜。聚四氟乙烯膜在各種不同操作條件下分離因子均高于聚偏氟乙烯膜，因此為了回收到高濃度的甲醇，聚四氟乙烯膜更適合膜蒸餾法提濃甲醇廢水。真空設備可為滑片式、旋片式真空泵，或其他適合抽真空的動力設備。
氣提塔6屬于填料塔的一種，在氣提塔中裝有一定高度的填料層，該填料多選用波紋填料，因為波紋料具有壓降小、生產(chǎn)能力大、效率高、操作彈性大的特點。
氣田含醇污水經(jīng)過預處理裝置進行處理完成除油、PH值調整、氧化除鐵、混凝沉降等預處理工藝，以保證含醇污水水質的穩(wěn)定性，以減少污水對后續(xù)甲醇回收系統(tǒng)設備的腐蝕、結垢、堵塞?；跉馓岱ê驼婵漳ふ麴s法的氣田含醇污水甲醇回收裝置的回收工藝包括氣提工藝段和真空膜蒸餾段，具體為：
經(jīng)過預處理的含醇污水由原料泵1加壓后，進入原料-甲醇產(chǎn)品換熱器2，利用甲醇產(chǎn)品對原料進行預熱，然后再進入原料-塔底水換熱器3利用塔底廢水進一步預熱原料，而后經(jīng)精細過濾器4過濾后進入加熱換熱器5利用蒸汽將原料水加熱到90～95℃，由氣提塔6上部的進口進入氣體塔6，來自空氣壓縮機7的干空氣從氣提塔6下部的進口進入氣提塔6；氣提塔6內液相自上而下流動與從下而上移動的干空氣逆流接觸，完成傳質傳熱過程；由于甲醇揮發(fā)性高，干空氣與溫度較高的甲醇水溶液接觸過程中，可以將水溶液中的甲醇氣提出來，含有甲醇蒸氣和部分水蒸氣的氣體氣從氣提塔6頂部出口進入原料-甲醇產(chǎn)品換熱器2同原料含醇污水換熱降溫到40～45℃，然后進入氣液分離器8，在氣液分離器8中，甲醇蒸汽和水蒸氣冷凝成稀甲醇溶液從氣液分離器8底部分出進入稀甲醇儲罐9，氣提空氣從氣液分離器8頂部分出經(jīng)過電動閥Ⅰ10返回到氣提塔6氣體入口重新作為氣提氣；流入氣提塔6塔底的脫甲醇廢水，用塔底泵11抽出進入原料-塔底水換熱器3中同原料甲醇污水換熱至40℃以下后進入外排儲罐12，而后回注地層。
來自稀甲醇儲罐9的40～45℃稀甲醇溶液通過電動閥Ⅱ13進入稀溶液中間緩沖罐14，稀溶液中間緩沖罐14中的甲醇稀溶液由泵15送入膜分離器16管程，由于膜是疏水膜，水不會從膜孔中通過，被截留在熱側，甲醇在膜表面汽化，在膜兩側蒸汽壓差的推動下，遵循亨利定律，沿膜微孔向真空冷凝室17擴散，進入真空冷凝室17的甲醇蒸汽立即由連接在甲醇產(chǎn)品儲罐18上的真空泵19抽走，冷凝室保持8～10kPa的真空度，采用循環(huán)水冷卻，冷卻溫度為10℃，使膜兩側始終存在著一個較大甲醇蒸汽壓差，稀甲醇溶液中的甲醇就源源不斷的被提取出來，經(jīng)過冷凝室17冷凝后進入甲醇產(chǎn)品儲罐18，少量的不凝物通過真空泵19排除，截留在熱側的水分由膜分離器熱側出口經(jīng)過電動閥Ⅲ20返回到稀溶液中間緩沖罐14循環(huán)提濃，當稀溶液中間緩沖罐14中的甲醇溶液濃度達到可外排濃度要求后，通過電動閥Ⅳ21將該溶液排往外排儲罐12，然后再次接收來自稀甲醇儲罐9的稀甲醇溶液進行下一次循環(huán)提濃。
以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據(jù)權利要求范圍來確定其技術性范圍。