HU177012B

HU177012B - Process for the elimination of condensed and!or condensable components from the mixture of gas and liquid or from gaseous mixturei,e.g. from natural gas for the separation of water and gasoline

Info

Publication number: HU177012B
Application number: HU77OA574A
Authority: HU
Inventors: Gyoergy Mika; Laszlo Paczuk; Zoltan Nagy; Denes Csako; Otto Szalai
Original assignee: Orszagos Koolaj Gazipari; Magyar Asvanyolaj Es Foeldgaz
Priority date: 1977-07-26
Filing date: 1977-07-26
Publication date: 1981-06-28

Description

A találmány olyan, - előnyösen földgázból víz és gazolin — szétválasztási' eljárásra vonatkozik, amelynél a nagyrészt gázfázisú elegy expandáltatása során előálló lehűlés az elegy legalább részben való kondenzációját eredményezi. A kondenzátumban ily módon feldúsult egyes komponensek a kondenzátum elvezetése során szétválaszhatók.The present invention relates to a process for separating water and gasoline, preferably from natural gas, in which the cooling resulting from the expansion of the gas-phase mixture is at least partially condensed. Some of the components enriched in condensate can thus be separated during condensate drainage.

Az említett célra iparilag elterjedten alkalmazott fojtószelepek, munkagépek, illetve ezek kombinációi ismeretesek.Throttle valves, implements, and combinations thereof are commonly used in the art for this purpose.

Köztudott, hogy a legkisebb mértékű lehűlés és kondenzáció a fojtószelepes eljárás során következik be. Fojtáskor ugyanis az expanzió végállapotában uralkodó hőmérsékletet és fázisviszonyt az elegy kémiai összetétele, a fojtás előtti és utáni nyomás és hőmérséklet határozza meg. Adott körülmények között az expanzió felmelegedéssel is járhat.It is known that the slightest cooling and condensation occurs during the throttle process. For throttling, the temperature and phase relationship at the final state of expansion are determined by the chemical composition of the mixture, the pressure and temperature before and after the throttle. Under certain circumstances, expansion may be accompanied by warming.

A kedvező lehűlés és kondenzáció munkagépek alkalmazásával érhető el.Favorable cooling and condensation can be achieved by the use of implements.

Hátránya ezen megoldásoknak az, hogy az erre á célra kifejlesztett expanziós turbinák költségesek, működésük nehézkes, azonkívül a folyadéknak a munkagépre gyakorolt eróziójával is számolni kell.The disadvantage of these solutions is that the expansion turbines developed for this purpose are expensive, their operation is difficult, and the erosion of the liquid on the machine has to be taken into account.

Mind a fojtószelepes, mind a munkagépes eljárásnak közös hátránya az expanzió után keletkezett kondenzátum elválasztásához szükséges külön nagyméretű gravitációs-ütköztetéses szeparátorok alkalmazásának szükségessége.A common disadvantage of both the throttle valve and the machine method is the need to use separate large-scale gravity-collision separators to separate the condensate formed after expansion.

A konvencionális fojtószelepes és munkagépes, illetve külön szeparátort alkalmazó megoldások fent ismertetett hátrányait küszöböli ki nagymértékben a Ranque-Hilsch örvényhatást alkalmazó eljárás kondenzálódó komponenseket tartalmazó elegyek szétválasztására.The above-mentioned drawbacks of conventional throttle and machine and separate separator solutions are largely overcome by the Ranque-Hilsch vortex separation process for separating mixtures containing condensing components.

Ismert tény, hogy egy örvénykamrába érintőlegesen a tengelyre merőlegesen nagy sebességgel bevezetett gázáramban olyan hőmérsékletmegoszlás jön létre, miszerint az örvénykamra egyik végén a perifériamenti térből elvezetett gázáramrész magasabb hőmérsékletű, mint az örvénykamra másik végén a tengelymenti térből elvezetett gázáramrész. Ez a hőmérsékleti-, más néven Ranque-Hilsch-effektus kis hatásfoka miatt nem terjedt el a hűtéstechnikában.It is known that in a gas stream introduced tangentially at a high speed perpendicular to the axis into a vortex chamber, the temperature of the gas stream from one peripheral space is higher at one end of the vortex chamber than the gas stream from the peripheral space. This temperature effect, also known as the Ranque-Hilsch effect, was not widely used in refrigeration technology due to its low efficiency.

Ismeretes az is, hogy a képződő folyadékfázis az örvénykamrában uralkodó centrifugális erő hatására a középponttól távol repülve a falon forgó mozgásra kényszerül,It is also known that the resulting liquid phase is driven away from the center by the centrifugal force prevailing in the vortex chamber and forced to rotate on the wall,

A találmány azon a felismerésen alapul, hogy a Ranque-Hilsch-féle örvényjelenség alkalmas nagymértékű hőmérsékleti inhomogenitás fenntartására és felhasználható olyan eljárás megvalósítására, amelynek eredményeként a kondenzáció mértéke és/vagy a komponensek szétválasztásának szelektivitása nagymértékben növelhető.The invention is based on the discovery that the Ranque-Hilsch vortex phenomenon is capable of maintaining a high degree of temperature inhomogeneity and can be used to carry out a process which results in a significant increase in the degree of condensation and / or selectivity of component separation.

A találmány eljárás kondenzált és/vagy kondenzálható komponensek leválasztására gáz-folyadék vagy gázelegyből, melynek meghatározója, hogy az elegyet örvény kamrában^ expandáltatjuk, centrifugális erő és Ranque-Hilsch örvényeffektus együttes alkalmazásával az örvénytérből „hideg” és „meleg” gázáramok egyidejű elvezetését foganatosítjuk, miközben a nyers földgáz örvénytérbe vezetett - adott esetben hőszabályozott - elegye és a „meleg” gázáram nyomásának arányát célszerűen 1,7:7 közöttire állítjuk be és az örvény téren kívül, az örvénytérbe vezetett elegyet előnyösen a „hideg” gázárammal hűtjük. A találmány meghatározója továbbá az, hogy az örvénytérből csak olyan folyadékáramot vezetünk el frakcionált termékként, amelynek hőmérséklete és összetétele különbözik az örvénytérből kijutó gázáram(ok) hőmérsékletétől és összetételétől.The present invention relates to a process for separating condensed and / or condensable components from a gas-liquid or gas mixture, which is characterized by expanding the mixture in a vortex chamber, using centrifugal force and Ranque-Hilsch vortex effect to simultaneously remove "cold" and "hot" gas streams while adjusting the pressure ratio of the mixture of raw natural gas introduced into the vortex chamber, optionally thermally controlled, to the "hot" gas stream, preferably 1.7: 7, and outside the vortex space, the mixture introduced into the vortex chamber is preferably cooled by a "cold" gas stream. It is a further aspect of the present invention that only a fluid stream having a temperature and composition other than the temperature and composition of the gas stream (s) exiting the vortex are discharged as a fractionated product.

A találmány szerinti eljárás során az örvényhatást, a centrifugális erőteret és az expanziót együttesen alkalmazzuk, megfelelő kombinációban. Ily módon a kondenzálható komponenseket tartalmazó nyers gázelegyből és lehűlés és az elegy parciális kondenzációjának eredményeként az egyes komponenseket szétválasztjuk. A kondenzáció mértékének és a komponensek szétválasztási szelektivitásának növelésére a folyamat során keletkezett kondenzátum egy részét magasabb hőmérsékleten vezetjük el, aminek következtében a tovább expandáló gáz-, vagy gáz-folyadék-elegy hőt ad le, alacsonyabb hőmérsékletűvé válván további kondenzátumot nyerhetünk. Az elszívott, folyadékban dús részáramok hőmérséklete a mindenkori termodinamikai viszonyok és áramlási jellemzők függvénye.In the process of the present invention, the vortex effect, the centrifugal force field and the expansion are combined in a suitable combination. In this way, the individual components are separated from the crude gas mixture containing the condensable components and as a result of cooling and partial condensation of the mixture. In order to increase the degree of condensation and the selectivity of the separation of the components, some of the condensate formed during the process is removed at a higher temperature, whereby the further expanding gas or gas-liquid mixture releases heat to a lower temperature to obtain additional condensate. The temperature of the exhausted, liquid-rich partial flows is a function of the current thermodynamic conditions and flow characteristics.

Az eljárás foganatosítása célszerűen örvénykamra alkalmazásával valósítható meg. Azáltal, hogy a kondenzálható komponenseket tartalmazó nyers gázelegyet megfelelő módon vezetjük az örvénykamrába, perdületet idézünk elő, amelynek következtében fellépő centrifugális erőtér hatására a gázelegy alacsonyabb fajsúlyú komponensei az elméleti forgástengely közelében, míg a nagyobb fajsúlyú komponensek a fal környezetében rendeződnek el, így parciálisán szétválaszthatok. Az örvényjelenség egyebekben erős hőmérsékletkülönbség-, emellett nyomáskülönbség-, fenntartására is alkalmas, ily módon fokozhatjuk a szelektivitás mértékét.The process may conveniently be carried out using a vortex chamber. By properly introducing the crude gas mixture containing the condensable components into the vortex chamber, a centrifugal force is generated which causes the lower specific gravity components of the gas mixture to be near the theoretical axis of rotation and the higher specific gravity components to be arranged around the wall. Otherwise, the swirl phenomenon is capable of maintaining a strong temperature difference as well as a differential pressure, thereby increasing the degree of selectivity.

A továbbiakban a találmány szerinti eljárás példakénti megvaíositását folyamatábra segítségévei mutatjuk be.An exemplary embodiment of the process of the present invention will now be described by way of a flow chart.

Az 1 bemenő vezeték a beáramló nyers gázt a 4 örvénykamrából elvezetett „hideg” gázáramrésszel még a 4 örvénykamrába való bevezetés előtt a 2 hőcserélőben hűtjük.The inlet line 1 cools the incoming raw gas through a "cold" gas stream from the vortex chamber 4 before introducing it into the vortex chamber 4 in the heat exchanger 2.

A hideg gázáramrész mennyiségét és ezzel ακ hőmérsékletét a 4 órvénykamra „meleg ” gaca.amrész áramlásába iktatott 15 szabályozó szere/vény segítségével állíthatjuk be, mely a gyakorlatban rendszerint közvetlenül a 4 örvénykamrába szerelt kúpos szelep, mely kúp egytengelyű a 4 örvénykamrával. A meleg gázáramrészt a 6 meleg gázáram vezetéken át vezetjük el.The amount of cold gas stream and thus the ακ temperature can be adjusted by means of a regulator / regulator 15 incorporated into the flow of the hot chamber gaca chamber 4, which in practice is usually a tapered valve mounted directly in the vortex chamber. The hot gas flow portion is discharged through the hot gas flow line 6.

Ez a kapcsolás eredményesen hasznosítja az Örvényeffekíust és biztosítja az elegy hűtését és parciális kondenzációját még akkor is, ha fojtásos expanzió során az gázelegy hűlése kismértékű, vagy történetesen nincs hőmérsékletváltozás, esetleg a hőmérséklet emelkedik.This coupling effectively utilizes the Swirl Effect and provides cooling and partial condensation of the mixture, even if the gas mixture cools slightly during quench expansion, or there is no temperature change or temperature rise.

A 7 perifériamenti vezetéken át a 13 alsó szabályozó szerelvénnyel szabályozott, folyadékban dús 5 részáram hőmérséklete nagyobb, mint a 8 tengelymenti térhez csatlakozó vezetéken és a 14 felső szabályozó szerelvényen át elvezetett, folyadékot tartalmazó részáram. A folyadékfázist vagy fázisokat a 10 folyadékfázis csővezetéken vezetjük el. A 10 11 kondenzátummentes gázelvezető csővezetékben a kondenzátummentes, illékonyabb komponensekben feldúsult áramot vezetjük el.The temperature of the liquid rich portion 5 via the peripheral line 7 controlled by the lower regulator assembly 13 is higher than the liquid containing partial flow through the conduit 8 and the upper regulator assembly 14. The liquid phase or phases are discharged through the liquid phase pipeline 10. In the condensate-free conduit 1011, the current enriched in condensate-free volatile components is conducted.

Mérsékelt expanzióviszonyoknál nincs különö¹⁵ sebb jelentősége a folyadékrészáramok további szétválasztásának. Ugyanis amikor a 4 örvénykamrába torkolló 3 belépő csővezetéken át a 4 örvénykamrába bevezetett gáz-, vagy gáz-folyadékelegy és az 5 hideg gázáram vezetéken kivezetett 20 gáz nyomásának aránya alig haladja meg az egydimenziós áramlás kritikus nyomásviszonyát (értéke földgáznál a tapasztalat szerint 1,7-2,3 közötti tartományba’ esik), akkor a folyadék-részáramok folyadékhőmérséklet-különbsége kicsiny. Ebben az esetben a folyamatábra szerint a 7 perifériamenti vezeték és a 8 tengelymenti térhez csatlakozó vezetékekben elszívott részáramokat egyesítjük és a 9 szeparátor előtti vezetéken át a 12 szeparátorba vezetjük. A folyadékkal elszívott gáz a 12 szeparátor30 bán kiválik. Innen a kivált gázt a 4 örvénykamrából kilépő 5 hideg gázáram vezetéken át kivezetett hideg gázáramrészhez vezetjük. A 12 szeparátorból elvezetett gázáramrész tömege elhanyagolható az 5 hideg gázáram vezetéken áramló gáz35 áramrészhez viszonyítva.Otherwise, there is no moderate expanzióviszonyoknál ¹⁵ more significance for further separation of the liquid portion flows. Namely, when the ratio of the pressure of the gas or gas liquid mixture introduced into the vortex chamber 4 through the inlet pipe 3 and the cold gas stream 5 through the inlet pipe 3 is barely more than the critical pressure ratio of one-dimensional flow (1.7 2.3), the liquid temperature difference of the liquid partial streams is small. In this case, according to the flowchart, the partial currents drawn in the peripheral conduit 7 and the conduits connected to the axial space 8 are combined and fed through the conduit in front of the separator 9 to the separator 12. The gas extracted with the liquid is separated off in the separator 12. From there, the precipitated gas is conveyed to the cold gas flow portion exiting the cold gas flow line 5 leaving the vortex chamber 4. The mass of the gas stream from the separator 12 is negligible compared to the gas stream 35 from the cold gas stream 5.

Nagy expanzióvíszony esetén célszerűen a 4 órvénykamra belépésekor a 7 perifériamenti vezetéken át elvezetett folyadékot, valamint a 8 tengelyrsenti térhez csatlakozó vezetéken elvezetett folya40 · dékot külön-külön edénybe vezetjük, lényegében lehetséges az elkülönített feldolgozás is.In the event of a large expansion water, the liquid discharged through the peripheral conduit 7 and the liquid through the conduit 8 connected to the centrifugal chamber are preferably introduced into a separate vessel at the entrance of the clock chamber 4, and separate processing is essentially possible.

A találmány szerinti eljárás előnyösen földgázból történő víz és gazolin leválasztására alkalmas. Eb45 ben az esetben a 4 örvénykamra előtti nyomást 10,5 MPa és 2,9 MPa közötti értékek tartományában változtatjuk, az expanzió utáni nyomás pedig 1,6 MPa körüli értékre választandó. Érdemi hőmérséklet-inhomogenitást akkor lehetett megvaló50 sítani, ha az az expanzió viszonyszáma 2,1-nél nagyobb volt, ugyanakkor a 4 örvénykamrából elvezetett hideg gázáramrész és a 4 örvénykamrába bevezetett nyers elegy tömegarányainak viszonya 0,7-neí kisebb volt.The process according to the invention is preferably suitable for separating water and gasoline from natural gas. In Eb45, the pre-chamber pressure is varied between 10.5 MPa and 2.9 MPa, and the post-expansion pressure is selected to be about 1.6 MPa. Substantial temperature inhomogeneity could be achieved if the expansion ratio was greater than 2.1 while the ratio of cold gas flow from the 4 vortex chambers to the crude mixture introduced into the 4 vortex chambers was less than 0.7.

Nincs azonban elvi akadálya annak, hogy a fent megjelölt példakénti értékektől egy másik berendezés megválasztásával eltérjünk, amikor is kisebb expanzióviszony mellett is megvalósítható a különböző hőmérsékletű folyadék részáramok elkü60 lönítése.However, there is no theoretical impediment to departing from the exemplary values indicated above by selecting another apparatus, whereby, at lower expansion ratios, it is possible to isolate fluid partial streams of different temperatures.

A találmány szerinti eljárás előnyei abban foglalhatók össze, hogy a hatékony folyadékelkülönítés terméktöbbletet és/vagy a komponensek szelektívebb szétválasztását eredményezi, ugyanakkor a 65 szétválasztás megvalósításához nincs szükség külső energiára, mert azt az örvénykamrában fellépő nyomáscsökkenés biztosítja. Az eljárás különösen előnyös viszonylag kisnyomású gázok szelektív szétválasztására.The advantages of the process according to the invention can be summarized in that effective liquid separation results in product excess and / or more selective separation of the components, while external energy is not required to achieve separation 65 as it is provided by the pressure drop in the vortex chamber. The process is particularly advantageous for the selective separation of relatively low pressure gases.

Claims

A patent claim

A process for separating condensed and / or condensable components from a gas-liquid or gas mixture comprising expanding a mixture in a centrifugal force field while continuously discharging "cold" and "hot" gas streams from the vortex or force field into the centrifugal feed gas.

the temperature of the mixture of the mixture, if appropriate, and the pressure of the "warm" gas stream

5 to 1.7: 7 and cooling the mixture introduced outside the force field, preferably by means of a "cold" gas stream, further characterized in that only a fluid stream having a different temperature and composition from the force field is discharged as a fractionated product. the temperature and composition of the gas stream or gas streams leaving the force field.