DE618445C

DE618445C - Method and device for separating gases from a turbulent flow of liquid

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Publication number: DE618445C
Application number: DEH135470D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1932-02-26
Filing date: 1933-02-28
Publication date: 1935-09-10

Description

Die Erfindung betrifft die Abscheidung von Gasen aus Flüssigkeiten. Sie ist allgemein anwendbar, gleichgültig ob die Anwesenheit von Gas auf eine Drudeverminderung, auf eine Temperaturerhöhung¹ oder auf irgendeine andere Ursache zurückzuführen ist, und besonders bei der Abscheidung von Gasen aus Mineralöl, das unter Druckverminderung aus dem Bohrloch austritt. Die Erfindung bezweckt u. a., ein Schäumen und ein' Mitreißen von Öl durch das Gas zu vermeiden und eine wirksame Abscheidung des Gases bei verhältnismäßig hoher Durchflußgeschwindigkeit des Öles zu erzielen.The invention relates to the separation of gases from liquids. It is generally applicable, irrespective of whether the presence of gas is due to a reduction in pressure, an increase in temperature ¹ or any other cause, and particularly in the separation of gases from mineral oil which escapes from the borehole under reduced pressure. The invention aims, inter alia, to avoid foaming and entrainment of oil by the gas and to achieve effective separation of the gas at a relatively high flow rate of the oil.

Gemäß der Erfindung wird die Flüssigkeit, von der das Gas abzuscheiden ist, gezwungen, auf einem bestimmten Weg in mehreren dünnen Strömen zu fließen, wobei infolge der Verringerung oder Vermeidung von Wirbeln die in der Flüssigkeit schwebenden Gasbläschen nach oben steigen und sich an der Oberfläche ansammeln; hierdurch wird unter den herrschenden Temperatur- und Druckverhältnissen rasch ein Zustand ungefähren Gleichgewichts zwischen Flüssigkeit und Gas in den Strömen erreicht, so daß das Gas in solcher Menge über die Flüssigkeit in den einzelnen Strömen gelangt, daß es bei deren 'Austritt leicht abzuscheiden ist.According to the invention, the liquid from which the gas is to be separated is forced to to flow in a certain way in several thin streams, whereby as a result of the Reduction or avoidance of eddies in the gas bubbles suspended in the liquid rise to the top and accumulate on the surface; as a result, under the The prevailing temperature and pressure conditions quickly achieve a state of approximate equilibrium between liquid and gas reached in the streams, so that the gas in such quantity over the liquid in the reaches individual streams that it is easy to separate when they 'exit.

Femer wird gemäß der Erfindung eine Anzahl von dicht nebeneinander angeordneten engen Röhren von bestimmter Länge der Länge nach und vorteilhafterweise parallel iranerhalb eines weiten Rohres derart eingebaut, daß die engen Röhren das weite Rohr an der Stelle, an der sie angebracht sind, vollständig ausfüllen. Am einen Ende des weiten Rohres wird die Flüssigkeit, von der das Gas abzuscheiden ist, mit hoher Strömungsgeschwindigkeit und¹ bei wirbeliger Strömung zugeführt, während das andere Ende mit einem Gehäuse o. dgl. in Verbindung steht, das geeignet ist, die Flüssigkeit und das Gas nach ihrem getrennten Austritt am vorderen Ende der engen Röhren aufzunehmen, und das mit getrennten Abzugsöffnungen für die Flüssigkeit und das Gas versehen ist.Furthermore, according to the invention, a number of tightly juxtaposed narrow tubes of a certain length are installed lengthwise and advantageously parallel within a wide tube in such a way that the narrow tubes completely fill the wide tube at the point at which they are attached. At one end of the wide pipe, the liquid from which the gas is to be separated is ^{supplied at a high flow rate and 1} with a swirling flow, while the other end is connected to a housing or the like that is suitable for the liquid and the like To receive gas after their separate exit at the front end of the narrow tubes, and which is provided with separate outlet openings for the liquid and the gas.

Die Erfindung ist auf den Zeichnungen schematisch dargestellt.The invention is shown schematically in the drawings.

Fig. ι zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, die sich zur Abscheidung von Gas aus Rohöl nach teilweiser Druckverminderung beim Austritt aus dem Bohrloch eignet, im Aufriß.Fig. Ι shows a device according to the invention, which is used for the separation of gas from crude oil after partial pressure reduction when exiting the borehole, in elevation.

Fig. 2 zeigt diese Vorrichtung in größerem Maßstab im senkrechten Schnitt.Fig. 2 shows this device on a larger scale in vertical section.

Fig. 3 und 4 zeigen einen Teil des in Fig. dargestellten Röhrenbündels im Aufriß und im Querschnitt.3 and 4 show part of the tube bundle shown in FIG. 1 in elevation and in cross section.

Fig. S ist ein senkrechter Schnitt durch eine andere Ausführungsform des Gasabscheiders. Fig. 5 is a vertical section through another embodiment of the gas separator.

Das Rohöl wird durch ein Bündel von dicht nebeneinanderliegenden und im wesentlichen parallelen Röhren α von geringer Weite hindurchgeleitet, deren Anzahl sich nach der beabsichtigten Durchflußmenge richtet. Dieses Röhrenbündel ist in einem waagerechten Rohr b von großem Durchmesser eingebaut. Die engen Röhren α können an den Enden durch Stahlkeile c (Fig. 4) in ihrer Lage gesichert oder an ihren Enden und zwischen diesen in Rohrplatten d (Fig. 1) eingesetzt sein. Das weite Rohr b ist hinten mit einem oder mehreren Rohrstücken e von konischer Form verbunden, zwischen welche erforderlichenfalls solche von zylindrischer Form eingesetzt sein können. Das enge Ende des letzten Rohrstückes e ist mit dem Ende der Rohrleitung verbunden, wobei ein geeignetes Reduzierventil zwischengeschaltet ist.The crude oil is passed through a bundle of closely spaced and essentially parallel tubes α of small width, the number of which depends on the intended flow rate. This tube bundle is installed in a horizontal tube b of large diameter. The narrow tubes α can be secured in their position at the ends by steel wedges c (FIG. 4) or inserted at their ends and between them in tube plates d (FIG. 1). The wide tube b is connected at the rear with one or more tube pieces e of conical shape, between which, if necessary, those of cylindrical shape can be inserted. The narrow end of the last pipe section e is connected to the end of the pipeline, with a suitable reducing valve interposed.

Das vordere Ende des weiten Rohres b ist mit einem waagerechten Stutzen Z¹ eines senkrechten Gehäuses f verbunden, in dessen Unterteil die Flüssigkeit fließt und in dessen Oberteil das Gas nach seinem Austritt aus dem vorderen Ende der engen Röhren a strömt. Im Gehäuseoberteil ist eine Schicht g von Filterstoff, z. B. Stahlspänen, auf einer gelochten Platte g¹ angebracht und im oberen Ende des Gehäuseunterteiles eine Schicht h von gleichem oder anderem Filterstoff auf einer gelochten Scheibe h¹. Am oberen Ende des Gehäuses f ist ein mit einem Regelventil versehenes Abzugsrohr j für das Gas vorgesehen und am unteren Ende ein ebenfalls mit einem Regelventil versehenes Ableitungsrohr/ für die Flüssigkeit. Das öl kann durch weitere Gasabscheider, die ebenfalls aus mehreren engen Röhren α und einem Teil des weiten Rohres b bestehen, hindurchgeleitet werden, um das Gas bei weiterer stufenweiser * Druckverminderung und im wesentlichen über der kritischen liegender Strömungsgeschwindigkeit abzuscheiden, d. h. so, daß turbulente Strömung entsteht, bevor die" Flüssigkeit durch die weiteren Gasabscheider' hindurchfließt, und daß das Gas stufenweise Druckverminderungen erfährt, bevor es in die Gasabscheider eintritt.The front end of the wide tube b is connected to a horizontal connector Z ^{1 of} a vertical housing f , in the lower part of which the liquid flows and in the upper part of which the gas flows after its exit from the front end of the narrow tubes a . In the upper part of the housing is a layer g of filter material, for. B. steel chips, attached to a perforated plate g ¹ and in the upper end of the lower part of the housing a layer h of the same or a different filter material on a perforated disc h ¹ . At the upper end of the housing f there is a discharge pipe j provided with a control valve for the gas and at the lower end a discharge pipe / for the liquid which is also provided with a control valve. The oil can be passed through further gas separators, which also consist of several narrow tubes α and part of the wide tube b , in order to separate the gas with further gradual * pressure reduction and essentially above the critical flow velocity, i.e. in such a way that turbulent flow occurs before the "liquid flows through the further gas separator" and that the gas experiences gradual pressure reductions before it enters the gas separator.

Die Vorrichtung wird zweckmäßigerweise von Stützen k (Fig. 1) getragen, und zwar so, daß das weite Rohr b in ungefähr waagerechter Lage gehalten wird.The device is expediently carried by supports k (FIG. 1) in such a way that the wide tube b is held in an approximately horizontal position.

Am vorderen Teil der engen Röhren α ist unten bei α¹ in Fig. 4 und in der Nähe der Stellen a¹ in Fig. 2 und 3 eine Reihe von kleinen Löchern oder Schlitzen angebracht, durch die ein Teil der in den engen Röhren strömenden Flüssigkeit in die Räume zwischen denselben herabfließen kann. Die kleinen Löcher a¹ können sich über eine Länge von etwa ι m erstrecken, während die ganze Länge der engen Röhren etwa 3 m betragen kann. In dieser Weise bilden die Rohrzwischenräume einen Durchgang für den Teil der Flüssigkeitsströme, aus dem die Gasbläschen abgeschieden sind.At the front part of the narrow tubes α, at the bottom at α ¹ in FIG. 4 and in the vicinity of the points a ¹ in FIGS. 2 and 3, a series of small holes or slits is made through which part of the liquid flowing in the narrow tubes can flow down into the spaces between them. The small holes a ¹ can extend over a length of about ι m, while the entire length of the narrow tubes can be about 3 m. In this way, the pipe spaces form a passage for the part of the liquid streams from which the gas bubbles are separated.

Die vorderen Enden der Röhren α können einzeln oder gruppenweise gegen das Austrittsende zu oder auf der Länge, auf der die kleinen Löcheret¹ vorgesehen sind, auseinanderlaufen; sind Rohrplatten d vorgesehen, so kann die vorderste derselben unmittelbar vor der Stelle angeordnet sein, an der die Röhren auseinanderlaufen.The front ends of the tubes α can diverge individually or in groups towards the outlet end or along the length on which the small set of holes ^{1 are} provided; if tube plates d are provided, the foremost of these can be arranged immediately in front of the point at which the tubes diverge.

Die Röhren α können in der Lage derart abgestuft sein, daß ihre vorderen Enden sich von oben nach unten überragen, so daß die kürzeren Röhren oben undi die längeren unten liegen, und daß die vorderen Rohrenden mit der Waagerechten einen Winkel χ (Fig. 3) von etwa 45 ° bilden. Jede der engen Röhren kann vorn · unter einem Winkel 3/ von etwa 30⁰ abgeschnitten und so angeordnet sein, daß der spitze Teil seines Endes über dem stampfen Teil desjenigen der nächst unteren Röhre liegt. Infolgedessen kann die aus dem vorderen Ende der Röhren α austretende ^9S Flüssigkeit in Stufen frei über das vordere Ende der nächst unteren Röhren fallen, wodurch das Entweichen des Gases nach oben erleichtert "wird. Oder die engen Röhren können, anstatt in der Länge abgestuft zu sein, wie in Fig. 1 dargestellt, so angeordnet sein, daß ihre vorderen Enden von der Unter- nach der Oberseite des Bündels zueinander stufen- · weise überragen, z. B. wenn die abzuscheidende Gasmenge verhältnismäßig gering ist; infolgedessen können die Teilströme getrennt austreten, wodurch die Abscheidung des Gases von der Flüssigkeit erleichtert ist. Oder es können zu dem gleichen Zwecke die vorderen Rohrenden unregelmäßig angeord- »» net sein, so daß einige der Teilströme in Stufen über die vorstehenden Enden der unteren Röhren abfallen. Vorteilhafterweise werden die engen Röhren α in waagerechterThe tubes α can be stepped in position in such a way that their front ends protrude from top to bottom, so that the shorter tubes are above and the longer tubes are below, and that the front tube ends form an angle χ with the horizontal (Fig. 3) of about 45 °. Each of the narrow tubes can forward screen at an angle 3 / to be cut off of about 30 ⁰ and arranged so that the pointed part of that of its end to the stamp part of the next lower tube is located. ^{As a result, the 9S} liquid emerging from the front end of the tubes α can freely fall in steps over the front end of the next lower tubes, thereby facilitating the escape of the gas upwards. Or the narrow tubes can instead of being stepped in length 1, be arranged in such a way that their front ends protrude stepwise from the bottom to the top of the bundle, e.g. when the amount of gas to be separated is relatively small; as a result, the partial flows can emerge separately Or, for the same purpose, the front pipe ends can be arranged irregularly, so that some of the partial flows drop in stages over the protruding ends of the lower pipes Tubes α in horizontal

age angeordnet; sie können aber auch nach ihrem Austrittsende hin aufwärts oder abwärts geneigt sein.age arranged; but they can also go up or down after their exit end be inclined.

Die beschriebene Vorrichtung hat sich besonders bewährt bei der Abscheidung von Gas aus mineralischem Rohöl, wenn diese in Stufen nach jedesmaliger Verminderung des Öldruckes erfolgt, wodurch in jeder StufeThe device described has proven particularly useful in the separation of gas from mineral crude oil, if this is done in stages after each time the Oil pressure takes place, thereby in each stage

eine nahezu vollständige Gasabscheidung bewirkt wird. Dabei wird vermieden, daß wertvolle flüssige Kohlenwasserstoffe von dem in einer Stufe entweichenden Gas mitgerissen werden, das Gas, das in einer bestimmten Stufe entweichen sollte, bis zur nächsten mitgenommen wird, und daß bei der raschen Entwicklung von Gas unter vermindertem Druck ein übermäßiges Schäumenan almost complete gas separation is effected. It is avoided that valuable liquid hydrocarbons are entrained by the gas escaping in one stage be, the gas that should escape in a certain stage, is taken up to the next, and that with the rapid evolution of gas under reduced pressure, excessive foaming

ίο oder Überlaufen von Gas enthaltender Flüssigkeit eintritt. Bei der praktischen Anwendung der Erfindung hat es sich gezeigt, daß infolgedessen die Benutzung von Gasverdichtungs- oder Gasabsorptionsanlagen zur Be-ίο or overflow of liquid containing gas entry. In the practical application of the invention it has been shown that as a result the use of gas compression or gas absorption systems for loading

*5 handlung des abgeschiedenen Gases unnötig ist.* 5 handling of the separated gas unnecessary is.

Die beschriebene Vorrichtung ist auch zur Abscheidung von Gas aus Erdöl oder anderen Flüssigkeiten, die einer Destillation oder einer anderen Behandlung unterworfen worden sind, verwendbar.The device described is also suitable for separating gas from petroleum or others Liquids which have been subjected to distillation or other treatment are usable.

Wie Fig. 5 zeigt, können die engen Röhren a, die in dem weiten Rohr b angeordnet sind, in ein Gehäuse von zylindrischer oder anderer Gestalt und großem Rauminhalt hineinragen und die vorderen Enden der Röhren α unter einem kleineren Winkel, als mit Bezug auf Fig. ι bis 4 angegeben, abgeschnitten sein, so daß sie mit der Waagerechten einen spitzen Winkel bilden und somit die Teilströme in stufenweisem¹ Fall über eine beträchtliche Fläche der Enden der darunterliegenden Röhren fließen; hierdurch wird erreicht, daß das Gas und Flüssigkeit die Röhren gleichmäßig und ruhig verlassen, so· daß die Abscheidung des Gases in dem geräumigen Gehäuse 1 erleichtert ist. Der untere Teil dieses Gehäuses kann von einem besonderen weiten waagerecht liegenden Rohr gebildet werden, in dem ein im wesentlichen gleichbleibender Stand der Flüssigkeit durch entsprechende Einstellung der Auslaßventile für Gas und Flüssigkeit aufrechterhalten werden kann. Zwei oder mehrere Gasabscheidevorrichtungen, der beschriebenen Art können neben- oder hintereinandergeschaltet werden.As Fig. 5 shows, the narrow tubes a, which are arranged in the wide tube b , protrude into a housing of cylindrical or other shape and large volume and the front ends of the tubes α at a smaller angle than with reference to Fig . ι to 4 specified, be cut off so that they form an acute angle with the horizontal and thus the partial currents flow in a stepwise ¹ case over a considerable area of the ends of the underlying tubes; This ensures that the gas and liquid leave the tubes evenly and calmly, so that the separation of the gas in the spacious housing 1 is facilitated. The lower part of this housing can be formed by a special wide horizontally lying pipe in which a substantially constant level of the liquid can be maintained by appropriate adjustment of the outlet valves for gas and liquid. Two or more gas separation devices of the type described can be connected next to one another or one behind the other.

Anstatt der engen Röhren α können engeInstead of the narrow tubes α can be narrow

Kanäle vorgesehen sein, die durch senkrechte und waagerechte Trennwände innerhalb des weiten Rohres gebildet werden können; dabei können die vorderen Enden der aufeinanderfolgenden waagerechten Trennwände von unten nach oben einander überragen, so daß die Flüssigkeit beim Austritt aus den engen Kanälen zwischen den Trennwänden in dünnen Teilströmen unmittelbar und frei in den unteren Gehäuseteil 1 (Fig. 5) fallen kann und eine Wiedervermischung von Gas und Flüssigkeit nicht mehr eintritt.Channels may be provided through vertical and horizontal partitions within the wide pipe can be formed; the front ends of the consecutive horizontal partitions protrude from bottom to top, so that the liquid as it emerges from the narrow Channels between the partitions in thin partial flows directly and freely in the lower housing part 1 (Fig. 5) can fall and a remixing of gas and Liquid no longer enters.

Im allgemeinen sind jedoch enge Röhren von kreisförmigem Querschnitt vorzuziehen; gleichwohl können enge Röhren von anderer Ouerschnittsforrn, z. B. quadratischer oder sechseckiger, zur Anwendung kommen, wobei die Diagonalen des Querschnittes abwech- 6g selnd senkrecht und waagerecht liegen können. Anstatt daß das Bündel von engen Röhren das weite Rohr ganz ausfüllt, kann über dem Röhrenbündel ein Zwischenraum als Durchlaß für das Gas, das sich in einem im rückwärtigen Teil des weiten Rohres b befindlichen Raum bildet, freigelassen werden.In general, however, narrow tubes of circular cross-section are preferred; nevertheless narrow tubes of other Ouschnittsforrn, z. B. square or hexagonal, can be used, the diagonals of the cross section alternating 6g selnd vertically and horizontally. Instead of the bundle of narrow tubes completely filling the wide tube, a gap can be left above the tube bundle as a passage for the gas which forms in a space located in the rear part of the wide tube b.

Das weite Rohr b oder die engen Röhren a können mit Mänteln zur Durchleitung einer Flüssigkeit zwecks Regelung der Temperatur versehen sein. Die Länge der engen Röhren a oder Kanäle ist jeweils abhängig von der gewählten Durchflußgeschwindigkeit oder dem gewählten Bereich von Durchflußgeschwindigkeiten der Flüssigkeit, ferner von dem Querschnitt der engen Röhren oder Kanäle und von der Art und Zähigkeit der zu entgasenden Flüssigkeit. Die Länge kann mit einfachen Mitteln bestimmt werden, so z. B. mittels einer langen, durchsichtigen Glasrohre, durch welche eine Probe der zu entgasenden Flüssigkeit mittels einer Pumpe unter der gewählten Geschwindigkeit durchgetrieben wird, wobei das Aufsteigen und Ansammeln der Gasbläschen beobachtet und der Weg bestimmt werden kann, den das Gas machen muß, um in den beobachteten Teilströmen über den Flüssigkeitsspiegel emporzusteigen. Die tatsächliche Länge der engen Röhren oder Kanäle muß dann mit solcher Genauigkeit bestimmt werden, wie es nötig ist, um den Erfordernissen bestimmter Flüssigkeiten und besonderer Verhältnisse genügen zu können. Ein gewisses Übermaß in der Länge der engen Röhren oder Kanäle über das zur wirksamen Abscheidung des Gases genau erforderliche Maß hat aber keinen praktischen Nachteil.The wide tube b or the narrow tubes a can be provided with jackets for the passage of a liquid for the purpose of regulating the temperature. The length of the narrow tubes a or channels depends in each case on the selected flow rate or the selected range of flow rates of the liquid, also on the cross section of the narrow tubes or channels and on the type and viscosity of the liquid to be degassed. The length can be determined by simple means, such. B. by means of a long, transparent glass tube through which a sample of the liquid to be degassed is driven by a pump at the selected speed, the rising and accumulation of the gas bubbles can be observed and the path can be determined which the gas must take to get into the observed partial flows rise above the liquid level. The actual length of the narrow tubes or channels must then be determined with such accuracy as is necessary in order to be able to meet the requirements of certain liquids and special conditions. However, a certain excess in the length of the narrow tubes or channels over what is precisely required for effective separation of the gas has no practical disadvantage.

Es können auch besondere Mittel benutzt werden, um durch Erhöhung der Turbulenz schon vor dem Austritt der dünnen Flüssigkeitsströme eine größere Gasmenge abzuscheiden. Zu diesem Zweck können z. B. in dem weiten Rohr b gewundene oder schräge Leitflächen angebracht werden, die der Flüssigkeit eine wirbelige Vorwärtsbewegung erteilen, oder feste Stoßflächen, die den Flüssigkeitsstrom aus seiner geraden Bahn ablenken und dadurch eine starke Wirbelung hervorrufen. Special means can also be used to separate a larger amount of gas by increasing the turbulence before the thin liquid streams exit. For this purpose z. B. in the wide tube b wound or inclined guide surfaces are attached, which give the liquid a swirling forward movement, or solid abutment surfaces, which deflect the flow of liquid from its straight path and thereby cause a strong vortex.

Claims

Patent claims:

i. Process for separating gases from a turbulent liquid flow, in particular for the separation of natural gases from crude oil, thus identifiable

shows that the flow of liquid through a bundle is relatively long and Passed through narrow tubes or channels and thereby broken down into a number of thin laminar partial flows and then enters an enlarged space in which there is gas and liquid separate from each other.

2. The method according to claim ι for separating gases from a sub Pressurized liquid, e.g. B. from mineral crude oil when it emerges from the borehole, characterized in that that the liquid which has entered the enlarged space after pressure reduction with turbulent flow in a second bundle of relatively long and narrow tubes and, after further splitting into thin laminar streams in a second extended room is introduced.

3. The method according to claim r, characterized in that the from the tubes or channels exiting partial flows in the form of cascades in the expanded Flow down space.

4. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized in that that the bundle of relatively long and narrow tubes, possibly with a surrounding it another pipe or channel, -in a pipeline is switched through which the Liquid to be degassed with turbulent

Current flows. 1

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the narrow tubes or channels with their ends protruding into the outlet space one another stepwise from top to bottom protrude, these ends being cut off at an acute angle and so arranged know that their tip is up.

6. Apparatus according to claim 4, characterized in that the narrow tubes or channels are installed in a further pipe or channel connected in said pipeline in such a way that gaps remain free for the flow of liquid.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the narrow tubes or channels at their front end or near it at the bottom with holes are provided for the passage of liquid into the interstices.

8. Apparatus according to claim 4 or 6, characterized in that the narrow Tubes or channels or the further pipe surrounding them with a jacket for the purpose of passing a liquid through Maintaining a certain temperature are provided.

9. Apparatus according to claim 4, characterized in that in the pipeline, through which the liquid to be degassed flows with a turbulent flow, two or more bundles of narrow tubes or channels are arranged one behind the other or next to one another.

1 sheet of drawings