NL1029230C2

NL1029230C2 - Systeem en inlaatinrichting voor het scheiden van een mengsel.

Info

Publication number: NL1029230C2
Application number: NL1029230A
Authority: NL
Inventors: Robert Schook; Per-Reider Larnholm
Original assignee: Fmc Technologies Cv
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2006-12-12
Also published as: US7833298B2; NO340458B1; US20090196806A1; AU2006255877B2; NO20076327L; CN101222964B; EP1896158A1; CN101222964A; CA2611236A1; BRPI0611680A2; AU2006255877A1; WO2006132527A1; EP1896158B1; CA2611236C

Description

I 4

SYSTEEM EN INLAATINRICHTING VOOR HET SCHEIDEN VAN EEN MENGSEL

5 De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een systeem voor het scheiden van een mengsel van ten minste één gas en ten minste één vloeistof in een in hoofdzaak vloeistof bevattende zware fractie en een in hoofdzaak gas bevattende lichte fractie. De uitvinding heeft tevens betrekking op een 10 inlaatinrichting voor voorbehandeling van een in een zware fractie en een lichte fractie te scheiden mengsel van ten minste één gas en ten minste één vloeistof.

In de olie- en gasindustrie zijn scheiders bekend voor het scheiden van het geleverde mengsel van vloeistof 15 (olie en/of water) en gas in een stroom van in hoofdzaak gas en een stroom van in hoofdzaak vloeistof. Talrijke scheiders zijn bekend voor het scheiden van dergelijke gas/vloeistof-mengsels.

Bekend uit WO 03/074156 Al is een scheider bestaande 20 uit een opstaande kolom (opstaand vat) voorzien van een inlaat voor het te scheiden mengsel en een eerste en tweede uitlaat voor de afvoer van respectievelijk de gescheiden zware fractie en lichte fractie van het mengsel. In de bekende scheider wordt het binnenkomende mengsel gescheiden 25 in drie trappen.

In de eerste scheidingstrap wordt een eerste vloeistof/gasscheiding uitgevoerd door een voorbehandelings-eenheid die verbonden is met de inlaat. De bekende voorbehandelingseenheid is een inlaatinrichting van het vin-30 type, welke aangebracht is aan de inlaatstomp van het scheidingsvat en welke voorzien is van een aantal gekromde bladen die op uniforme wijze het moment van de binnenkomende gas-vloeistofstroom absorberen. De bladen geleiden vervolgens 1029230 2 het gas-vloeistofmengsel lateraal naar het onderste compartiment van het scheidingsvat. Als resultaat van deze gestuurde instroom van het gas-vloeistof mengsel zal een eerste deel van de vloeistof reeds gescheiden worden, 5 waardoor de belasting op de stroomafwaarts gemonteerde agglomereereenheid en scheider aanzienlijk gereduceerd wordt.

In de tweede scheidingstrap wordt het mengsel gedwongen door een horizontale "ontluister" ("demister") of samengroeieenheid ("coalescer"), bijvoorbeeld gevormd door 10 een maaswerk van draden ("mesh of wires") of "maaswerkkussen (mesh pad)" voorzien tussen een onderste deel van het vat en een bovenste deel van het vat. Zoals boven genoemd is, wordt, gedurende de invoer, een deel van de vloeistof door de voorbehandelingsinrichting reeds gescheiden van het mengsel. 15 De gescheiden vloeistof verzamelt zich op de bodem van het onderste compartiment. Het resterende deel van het gas-/vloeistofmengsel wordt vervolgens geleid door de samengroeieenheid (coalescer). De vloeistofdruppels in het mengsel ter geleiding door het draadmaaswerk (wire mesh) 20 botsen met de draden en groeien daarmee aan tot in een vloeistoflaag. Indien de snelheid van het geleverde gas/vloeistofmengsel voldoende laag is, zal de vloeistof van de vloeistoflaag onder de invloed van de zwaartekracht terugvallen naar het onderste compartiment en in de daar 25 reeds aanwezige vloeistof terechtkomen.

In de derde scheidingstrap wordt het mengsel geleid door een of meer cyclonen die zijn gerangschikt in het bovenste compartiment stroomafwaarts van de agglomereereenheid voor verdere scheiding van het mengsel in 30 een in hoofdzaak vloeistof bevattend mengseldeel en een in hoofdzaak gas bevattend mengseldeel. Het de cyclonen binnentredende mengsel wordt in roterende beweging gebracht waardoor een zware fractie, waarin een relatief grote « 3 hoeveelheid vloeistof aanwezig is, geworpen wordt tegen de buitenwand van de cycloon en afgevoerd wordt via openingen in de zijwand, waardoor een verdere scheiding van de zware lichte fractie wordt verschaft.

5 Cyclonen met een zeer hoge scheidingsefficiency zijn bekend, en zijn bijvoorbeeld beschreven in EP 1 154 862 A, de inhoud waarvan als hierin opgenomen dient te worden beschouwd. Hierin is een installatie beschreven waarin een aantal kasten met zeer efficiënte axiale terugvoercyclonen 10 gerangschikt zijn in het bovenste compartiment van het vat.

In plaats van de eerdergenoemde inlaatinrichting van het vintype kan de eerste trap van het scheidingsproces uitgevoerd worden door een of meer voorbehandelings-inrichtingen van het cycloontype. Het de inlaat mondstuk van 15 het scheidingsvat binnentredende gas/vloeistofmengsel wordt geleid naar een cycloon waarin het mengsel in rotatie wordt gebracht door gebruik te maken van een wervelelement (swirl element) dat een of meer geleidingsvinnen omvat of door gebruik te maken van een tangentiële toelaat tot het 20 hoofdcycloonlichaam. De zware fractie van het mengsel wordt geworpen in de richting van de buitenwand van het cycloonlichaam, terwijl de lichte fractie geconcentreerd blijft in het midden van het cycloonstromingslichaam. Het gas ontsnapt in de opwaartse richting via een binnen het 25 cycloonstromingslichaam voorziene doorgang.

In conventionele ontwerpen is het onderste deel van de inlaatcycloon, dat wil zeggen de zware fractie uitlaat van de inlaatcycloon, ondergedompeld in vloeistof. Dit is wegens het feit dat er een bepaalde statische opdrukhoogte ("head") 30 van vloeistof nodig is om te verhinderen dat gas ontsnapt via de bodem van de cycloon. In toepassingen waarin de beschikbare statische opdrukhoogte ("head") van de vloeistof te kort is, konden deze soorten cyclooninlaatinrichtingen 4 niet gebruikt worden. Dit is omdat indien gas doorbreekt op de bodem van de cycloon, er de mogelijkheid is dat grote hoeveelheden vloeistof opwaarts getild worden wanneer het gas de vloeistof welke de cyclonen omgeeft binnentreedt. Deze 5 vloeistof kan op zijn beurt een willekeurige tweede-trap-scheidingseenheid die stroomafwaarts van de inlaatcycloon geïnstalleerd is, overbelasten.

Indien een inlaatcycloon wordt geïnstalleerd die niet (gedeeltelijk) ondergedompeld is in de vloeistof in het 10 onderste compartiment, treden de volgende problemen op. In sommige gevallen ontsnapt teveel gas de vloeistofuitlaat van de inlaatcycloon. Indien teveel gas vanuit deze uitlaat ontsnapt, kan het gas genoeg snelheid hebben om tevens vloeistof opwaarts mee te sleuren na het bodemdeel van de 15 cycloon vanaf de vloeistofuitlaat te hebben verlaten. Tevens kan de hoeveelheid de onderste vloeistofuitlaat verlatende gas zo groot zijn, dat het gas zal interfereren met het vloeistofoppervlak. Dit kan ervoor zorgen dat vloeistof meegesleurd wordt vanaf het vloeistofoppervlak, hetgeen een 20 afname van de scheidingsefficiency met zich meebrengt.

Een ander probleem is dat gas vanaf het binnenste van het scheidingsvat de inlaatcycloon via de vloeistofuitlaat van de cycloon ingezogen kan worden. Dit kan gebeuren aangezien er een zone van lage druk is binnen de 25 inlaatcycloon wegens de roterende vloeistoffen. Indien gas via de vloeistofuitlaat opgezogen wordt tot in de inlaatcycloon, is het gevolg dat de vloeistof niet op juiste wijze wordt afgevoerd. Het resultaat is dat de vloeistof de gasstromen opwaarts via de doorgang in het stromingslichaam 30 en de gasuitlaat van de inlaatcycloon moet volgen. Dit is het slechtste scenario aangezien de scheidingsefficiency van de vloeistof praktisch nul wordt.

ί 5

Soortgelijke problemen treden ook op in de scheidingsvaten van de typen die zijn beschreven in het document WO 03/033106 Al.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding een 5 inlaatinrichting en een systeem te verschaffen waarin de bovengenoemde problemen zijn opgelost. Het is verder een doel van de uitvinding een inlaatinrichting een systeem te verschaffen met verbeterde scheidingskarakteristieken.

Volgens een eerste aspect van de onderhavige 10 uitvinding wordt dit doel bereikt in het systeem voor het scheiden van een mengsel van ten minste één gas en ten minste één vloeistof in een hoofdzakelijk vloeistof bevattende zware fractie en een in hoofdzaak gas bevattende lichte fractie, het systeem omvattende: 15 - een scheidingsvat dat een vatinlaat voor de toevoer van te scheiden mengsel, een bovenste vatuitlaat voor de afvoer van lichte fractie en een lagere vatuitlaat voor de afvoer van zware fracties heeft; - ten minste één inlaatinrichting voor 20 voorbehandeling van het binnenkomende mengsel, waarbij de inlaatinrichting, in gebruik, aangebracht is is in het scheidingsvat en verbonden is met de vatinlaat, de inlaatinrichting omvattende: - een omhulling welke een vloeistofuitlaat heeft voor 25 de afvoer van een in hoofdzakelijk vloeistof bevattend eerste mengseldeel naar een onderste compartiment van het scheidingsvat; - een stromingslichaam dat in hoofdzaak concentrisch in de omhulling gerangschikt is, 30 - een afvoerkanaal dat zich uitstrekt vanaf een gasinlaat via het stromingslichaam tot aan een gastuitlaat voor de afvoer van een hoofdzakelijk gas bevattende tweede 6 mengseldeel naar een bovenste component van het scheidingsvat, - rotatiemiddelen voor het in roterende beweging zetten van het de inlaatinrichting binnentredende mengsel 5 waarbij de rotatiemiddelen werkzaam zijn teneinde ervoor te zorgen dat een relatief zwaar mengseldeel in de richting van de omhullingwand geworpen wordt en een relatief licht mengseldeel stroomt in een gebied dichtbij het stromingslichaam, 10 - ten minste één ontmister ('demister') element, dat is gerangschikt op een positie onder de vloeistofuitlaat, voor het scheiden van vloeistof van het gas in het eerste mengseldeel dat vanaf de vloeistofuitvoer stroomt.

In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de inlaat-15 inrichting een momentum breker ("momentum breaker") die gerangschikt is onder de vloeistofuitlaat van de omhulling teneinde ten minste gedeeltelijk het momentum van het eerste mengseldeel te absorberen en een ontmister-element dat gepositioneerd is stroomopwaarts van de momentum breker. De 20 momentum breker, bijvoorbeeld een plaatachtig element dat zich loodrecht uitstrekt op het relatief zware mengseldeel dat stroomt vanaf de onderste uitlaat van de inlaatinrichting, waarbij de plaat gerangschikt is onder de vloeistofuitlaat, verhindert dat het gas/vloeistofmengsel in 25 het vloeistofreservoir ('liquid sump') in het onderste compartiment van het vat spat. Dit reduceert de hoeveelheid vloeistof die vanaf het vloeistofoppervlak meegenomen kan worden door het gas/vloeistofmengsel. De scheidingsefficiency kan zelfs verder verbeterd worden door het verschaffen van 30 het genoemde ene ontmisterelement. Het momentum van het vloeistof/gasmengsel dat de cycloonuitlaat verlaat, zal dan gedeeltelijk geabsorbeerd worden op hetzelfde moment als de vloeistof afgevoerd wordt. Men kan kenmerkend vloeistof 7 afgevoerd zien worden tot in het onderste compartiment van de scheider via het lagere deel van het ontmisterelement. Het gas verandert van richting en beweegt opwaarts. Het effect is een verdere verbetering van de algehele scheidingsefficiency 5 van de inlaatinrichting.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is dit ontmisterelement geplaatst bovenop de momentum breker, maar het ontmisterelement kan op elke willekeurige locatie tussen de momentumbreker en de vloeistofuitlaat van de cycloon 10 gerangschikt worden. Indien we bijvoorbeeld een maaswerk met daaronder een dichte plaat toepassen, wordt het gas binnen het maaswerk verdeeld en verlaat het gas de momentum breker met een veel lagere snelheid. Samengroei (coalescentie) van vloeistofdruppels zal eveneens binnen het maaswerk optreden 15 en we zien derhalve een scheiding van vloeistof binnen het maaswerk. Aangezien het gas de momentum breker met lagere snelheden verlaat, kan het gas niet zo veel vloeistof meenemen zoals we zien in het plaat-alternatief. Minder meegenomen vloeistof betekent minder opwaarts naar de 20 stroomafwaartse ontmister-elementen getransporteerde vloeistof.

De plaat (maaswerk of een willekeurig ander type poreus materiaal, bijvoorbeeld gestructureerde willekeurige pakking ('random packing')) is geplaatst teneinde te 25 verhinderen dat het gas en de vloeistof dwars door de inrichting spettert. Indien dit gebeurt en het vloeistofniveau in het vat zich dicht genoeg bij de momentum breker bevindt, wordt vloeistof meegenomen.

In bepaalde voorkeursuitvoeringsvormen kan de 30 momentum breker in de vorm van één of meer plaatachtige elementen achterwege worden gelaten en zijn onder de vloeistofuitlaat van inlaatcyclonen slechts één of meer ontmisterelementen gerangschikt.

8

De momentum breker kan uitgevoerd worden als dichte plaat. Bij voorkeur omvat de momentum breker echter een geperforeerde plaat.

In een andere uitvoeringsvorm omvat het systeem een 5 tweede ontmisterelement dat gerangschikt is rondom het stromingslichaam op een positie boven de vloeistofuitlaat en onder de gasuitlaat van de inlaatinrichting. Het de vloeistofuitlaat verlatende mengsel bevat een bepaalde hoeveelheid vloeistof zoals later uiteengezet zal worden. Het 10 tweede ontmisterelement, bijvoorbeeld een maaswerkkussen ('mesh pad') en/of een vinpakket (’vane pack') en/of een multicycloon, zullen additionele scheiding van het gas/vloeistofmengsel verschaffen voordat het mengsel geleid wordt naar een verdere (tweede en/of derde) scheidingstrap 15 onder de voorwaarde dat de gashoeveelheid die de vloeistofuitlaat verlaat, niet zo hoog is dat deze het tweede ontmisterelement overbelast.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding strekt het scheidingsvat, in gebruik, zich in 20 hoofdzaak verticaal uit. In een staand scheidingsvat is het ten minste ene tweede ontmisterelement gerangschikt over in hoofdzaak de gehele dwarsdoorsnede van het vat rondom het stromingslichaam, teneinde in hoofdzaak de gehele opwaartse mengselstroming te vangen.

25 In een andere voorkeursuitvoeringsvorm strekt het scheidingsvat zich, in gebruik, in hoofdzaak horizontaal uit. In een liggend scheidingsvat is het tweede ontluchterelement gerangschikt tussen de omhulling en de momentum breker teneinde een in hoofdzaak gesloten gebied te vormen door 30 welke het mengsel vanaf de lagere uitvoer van de inlaatinrichting moet stromen. Op deze wijze moet in hoofdzaak de gehele mengselstroming vanaf de vloeistofuitlaat ! i 9 van de inlaatinrichting het ten minste ene ontmisterelement passeren.

Zoals eerder genoemd is, zijn de interne elementen (internals) van het scheidingsvat, dat wil zeggen de eerste, 5 tweede en derde trap scheiders, uitgevoerd zodat de onderste uitlaat van de inlaat in de richting zich, in gebruik, uitstrekt boven het vloeistof-gas grensvlak van de in de lagere component van het scheidingsvat verzamelde vloeistof, hetgeen betekent dat de uitlaat niet meer in een vloeistof is 10 ondergedompeld.

Volgens een tweede aspect van de onderhavige uitvinding wordt een inlaatinrichting voor voorbehandeling van een mengsel van ten minste een gas en een vloeistof die gescheiden moeten worden in een hoofdzakelijk vloeistof 15 bevattende zware fractie en een hoofdzakelijk gas bevattende lichte fractie verschaft, de inrichting omvattende: - een omhulling welke een inlaat heeft voor de invoer van het te scheiden mengsel, een onder de inlaat gepositioneerde vloeistofuitlaat voor de afvoer van een in 20 hoofdzaak vloeistof bevattend eerste mengseldeel naar het onderste compartiment van het scheidingsvat en een gasuitlaat voor de afvoer van in hoofdzaak gas bevattend tweede mengseldeel naar het bovenste compartiment; - een stromingslichaam dat in hoofdzaak concentrisch 25 in de omhulling gerangschikt is, - een afvoerkanaal dat zich uitstrekt vanaf een gasinlaat via het stromingslichaam tot aan de gasuitlaat, - rotatiemiddelen voor het in roterende beweging zetten van het de inlaatinrichting binnentredende mengsel 30 waarbij de rotatiemiddelen werkzaam zijn teneinde ervoor te zorgen dat een relatief zwaar mengseldeel in de richting van de omhullingwand geworpen wordt en een relatief licht ίο ! mengseldeel stroomt in een gebied dichtbij het stromingslichaam, - ten minste één ontmister- (demister) element, dat is gerangschikt op een positie onder de vloeistofuitlaat voor 5 het scheiden van vloeistof van het gas in het eerste mengseldeel dat vanaf de vloeistofuitvoer stroomt.

Men begrijpt dat alhoewel de voorkeursuitvoeringen van de onderhavige uitvinding beschreven zijn voor een drietraps scheidingsproces, de inlaatinrichting volgens de 10 uitvinding kan worden toegepast op een scheidingsvat zonder verdere scheidingstrappen of met slechts de tweede of derde scheidingstrap. In feite kan de inlaatinrichting volgens de onderhavige uitvinding gebruikt worden in combinatie met willekeurige verdere scheidingsmiddelen die zijn gerangschikt 15 binnen het scheidingsvat voor verdere scheiding van het mengsel.

In het bijzonder goede resultaten zijn echter bereikbaar in een verdere voorkeursuitvoeringsvorm waarin de scheidingsmiddelen een of meer derde ontmister-elementen 20 (tweede trap) omvatten, bijvoorbeeld één of meer agglomeratoren/samengroeieenheden, bijvoorbeeld in een opstaand vat zich in hoofdzaak horizontaal uitstrekkend over in hoofdzaak de gehele dwarsdoorsnede van het vat. Als alternatief of daarnaast kunnen de scheidingsresultaten 25 verbeterd worden wanneer het systeem op een positie tussen de bovenste vatuitlaat en de inlaatinrichting één of meer axiale cyclonen, bij voorkeur terugvoercyclonen, voor verdere scheiding van het mengsel omvat.

De onderhavige uitvinding heeft tevens betrekking op 30 een werkwijze voor het bedienen van het systeem of de inlaatinrichting zoals hierin beschreven is.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de onderhavige uitvinding zullen worden verduidelijkt op basis j 11 van de volgende beschrijving onder verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen, waarin: figuur 1 een gedeeltelijk weggenomen aanzicht in perspectief toont van een staand scheidingsvat volgens de 5 uitvinding, waarin een inlaatinrichting volgens de eerste uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding geplaatst is, figuur 2 op schematische wijze een dwarsdoorsnede toont van een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van de inlaatinrichting volgens de onderhavige uitvinding in een 10 scheidingsvat, figuur 3 op schematische wijze een dwarsdoorsnede toont van de eerste uitvoeringsvorm van de inlaatinrichting zoals is getoond in fig. 1, figuur 4 op schematische wijze een dwarsdoorsnede 15 toont van een derde voorkeursuitvoeringsvorm van een inlaatinrichting volgens de onderhavige uitvinding, en figuur 5 op schematische wijze een dwarsdoorsnede toont van een vierde voorkeursuitvoeringsvorm van een inlaatinrichting volgens de onderhavige uitvinding in een 20 liggend scheidingsvat.

Figuur 1 toont een voorkeursuitvoeringsvorm van het scheidingssysteem 1. De figuur toont een staand scheidingsvat 2 (scheidingskolom) voor het scheiden van een inkomend mengsel in een in hoofdzaak gas bevattende fractie, tevens de 25 lichte fractie genoemd, en een in hoofdzaak vloeistof bevattende fractie (water en/of olie), tevens de zware fractie genoemd. Vat 1 wordt voorzien van een verbindings-stomp 3 voor de toevoer van het gas/vloeistofmengsel, een verbindingsstomp 5 voor de afvoer van de zware fractie (voor 30 het gemak de vloeistof genoemd) en een verbindingsstomp 6 voor de afvoer van de lichte fractie (hierna voor het gemak tevens het gas genoemd). De verbindingsstomp 5 is gepositioneerd in een onderste compartiment (A) van vat 2 12 voor de afvoer van de vloeistof Fx die is verzameld op de bodem van het vat 2. De verbindingsstomp 6 is gepositioneerd in een bovenste compartiment (B) van het vat 2 voor de afvoer van het gas.

5 Het gas/vloeistofmengsel wordt geïntroduceerd in het vat 2 via een vrijstaande (d.w.z. niet ondergedompelde) inlaatcycloon 7, zoals is getoond in figuren 1 en 3. Het instromende mengsel (Ρχ) van de inlaatstomp 3 wordt geleid via een inlaatbuis 20 naar een stroomruimte die gedefinieerd j 10 (P2) is binnen een in het algemeen verticaal zich uitstrekkende cycloonomhulling 21 die aan de bovenzijde is afgesloten met een bovenplaat 16 en aan de onderzijde open is. Binnen de stroomruimte is een stromingslichaam 22 gerangschikt. Tussen het stromingslichaam 22 en de omhulling 15 21 is een aantal geleidingsvinnen 23 gerangschikt om ervoor te zorgen dat het daarlangs stromende olie-/gasmengsel in rotatie (P3) gebracht wordt. De roterende beweging genereert centrifugale krachten op het mengsel waardoor de zware fractie van het olie-/gasmengsel, waarin een relatief grote 20 hoeveelheid vloeistof aanwezig is, tegen de wand 21 van de cycloon 7 geworpen wordt. De zware fractie van het mengsel wordt vervolgens afgevoerd vanuit de zware fractie i uitlaatopening, tevens een vloeistofuitlaatopening 26 genoemd, nabij de bodem van de cycloonomhulling 21 (richting 25 P4). De lichte fractie, waarin een relatief grote hoeveelheid gas aanwezig is, blijft in het centrale gebied rondom het stromingslichaam 22. De lichte fractie verandert van richting (Ps) en wordt uiteindelijk naar boven toe geleid via de inlaat 24 van een doorgang 31 die voorzien is binnen het 30 stromingslichaam afgevoerd aan het bovenste uiteinde van de cycloon 7 via een uitlaatopening 25 (P6) .

Onder de uitlaatopening 26 van de inlaatcycloon is een plaat 28 gepositioneerd. Plaat 28 is bevestigd door i * 13 gebruik te maken van ondersteuningsstrips 33 aan de omhulling 21 van de cycloon of, als alternatief, aan het scheidingsvat 2 zelf. De plaat is gedimensioneerd teneinde te functioneren als momentum breker van de mengselstroming van de 5 uitlaatopening 26 van de cycloon, waardoor verhinderd wordt dat het gas/vloeistofmengsel op het vloeistofoppervlak van op de bodem van het vat 2 verzamelde vloeistof F2 spettert. In de voorkeursuitvoeringsvormen zoals zijn getoond in figuren 2 en 3 wordt de plaat 28 voorzien van een draadmaaswerkkussen 10 (wire mesh pad) 27. Het draadmaaswerkkussen 27 is geplaatst bovenop de momentum breker.

Het gas/vloeistof mengsel dat de bodem van de cycloon samen met de vloeistof verlaat, valt (P7) in op de plaatvormige momentum breker 28 waardoor het mengsel 15 zijdelings divergeert (P8) . Een deel van het gedivergeerde mengsel (P9) zal eindigen in de op de bodem van het vat 2 verzamelde vloeistof Fx, terwijl het resterende deel van het mengsel naar boven toe (P10) gedwongen zal worden. Het draadmaaswerkkussen 27 bovenop de momentum breker plaat 28 20 zal het momentum van het mengsel gedeeltelijk absorberen alsmede vloeistof uit het gas/vloeistofmengsel afvoeren. Men ziet kenmerkend vloeistof naar beneden toe via het lagere deel van het draadmaaswerkkussen 27 afgevoerd worden. De absorptie van de vloeistof verhoogt de scheidingsefficiency 25 van de scheider. Het gas dat de momentum breker verlaat, wordt bovendien op efficiënte wijze verdeeld. Afhankelijk van de gasbelasting kan men tevens daadwerkelijk een scheiding binnen de momentum breker zien aangezien samengroei (coalescentie) van de vloeistofdruppels plaatsvindt binnen 30 het ontmistingselement. Aangezien het gas / de vloeistof de momentum breker met veel lagere snelheden verlaat, kan het gas / de vloeistof niet zo veel vloeistof meenemen zoals men kan zien in het alternatief van de plaat. Minder meegenomen 14 vloeistof betekent minder naar boven toe in de richting van stroomafwaartse schelders getransporteerde vloeistof.

De afstand (k) tussen de uitlaatopening 26 van de cycloon en de plaat 28 is zodanig gekozen dat deze de 5 vereiste onderbreking van het momentum van het vanaf de uitlaatopening 26 van de cycloon stromende mengsel verschaft.

De afstand hangt af van de belasting van de mengselstroming die de cycloon binnentreedt en van de karakteristieken van de cycloon. In de praktijk varieert de afstand tussen 5 cm en 50 i 10 cm. De dikte (a) van het maaswerkkussen kan variëren tussen 3 ! cm en 40 cm.

Aangezien het de vloeistofuitlaat verlatende gas vloeistofdruppels zal meenemen, moeten de vloeistofdruppels verwijderd worden voordat het gas/de vloeistof mengt met het 15 hoofdgas dat de gasuitlaatopening 25 van de inlaatcycloon verlaat. Wanneer deze vloeistof niet verwijderd wordt, betekent dit dat de boven de inlaatcycloon (indien aanwezig) geplaatste ontmister een relatief grote hoeveelheid vloeistof moet afhandelen. Indien de vloeistofbelasting op dat verdere 20 ontmisterelement te hoog is, kan deze overbelast worden en kan men derhalve vloeistof overbrenging (carry over) via gasuitlaat 6 opmerken.

Fig. 2 toont een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. De uitvoeringsvorm van fig. 2 25 correspondeert in grote mate met de eerdere uitvoeringsvorm.

In plaats van een bovenop de momentum breker geplaatst maaswerkkussen is een horizontaal draadmaaswerkkussen 23 gerangschikt rondom het buitenoppervlak van de omhulling 21 van de inlaatcycloon over in hoofdzaak de gehele 30 dwarsdoorsnede van het vat 2. Het maaswerkkussen is gerangschikt op een positie tussen de vloeistofuitlaatopening 26 en de gasuitlaatopening 25.

. ................... .

15

Nadat het gas-/vloeistofmengsel afgebogen is vanaf de momentum breker plaat 28, wordt dit geleid (Pi0) door het maaswerkkussen 30. Een deel van het in het gas-/vloeistof-mengsel aanwezige vloeistof agglomereert in het 5 maaswerkkussen 30, dat wil zeggen dat de vloeistof in het maaswerkkussen in relatief grote vloeistofdruppels verzameld wordt of geaccumuleerd wordt. De relatief grote vloeistofdruppels vallen neerwaarts onder invloed van de zwaartekracht in het vloeistofreservoir Fx op de bodem van het vat en wordt 10 afgevoerd via vloeistofuitlaat 5 (P15) . Het resterende opwaarts stromende gas/vloeistofmengsel bevat daarom een kleine hoeveelheid vloeistof, hetgeen resulteert in een verdere verbetering van de scheidingsefficiëncy van de scheider. Boven de inlaatcycloon wordt het resterende 15 gas/vloeistofmengsel opnieuw verenigd met het gas van de gasuitlaatopening 25 en wordt dit geleid naar een of meer verdere scheidingstrappen (indien aanwezig), zoals later verklaard zal worden.

In figuur 4 is een derde uitvoeringsvorm van de 20 onderhavige uitvinding getoond. In deze uitvoering zijn zowel een draadmaaserkkussen 27 boven de momentum breker plaat 28 als een draadmaaswerkkussen 30 in het vat 2 gerangschikt.

In figuur 1 is een voorbeeld getoond van verdere scheidingstrappen voor het scheiden van vloeistof van het 25 gas/vloeistofmengsel of de lichte fractie nadat de mengsels van de gasuitlaat 25 en de vloeistofuitlaat 26 opnieuw verenigd zijn. De gescheiden lichte fractie die, alhoewel deze minder vloeistof bevat dan het vanaf de buitenzijde geleverde mengsel, nog steeds een bepaalde vloeistofinhoud 30 heeft, wordt allereerst onder hoge snelheid geleid (P12) via een agglomereereenheid 10 (tevens bekend als een ontmisterelement of samengroeieenheid) in de tweede trap van het scheidingsproces. Het agglomereerelement is horizontaal 16 gerangschikt in het vat 2 en vormt daardoor een scheiding tussen het onderste compartiment A en het bovenste compartiment B van het vat 1. Een gedetailleerde beschrijving van een voorbeeld van een geschikt agglomereerelement 10 is 5 gegeven in WO 03/074156 Al.

Het agglomereerelement zorgt voor agglomeratie van de vloeistof, dat wil zeggen het verzamelen of het accumuleren van de vloeistof in relatief grote vloeistofdruppels. Het agglomereerelement is bij voorkeur uitgevoerd als een 10 maaswerk, bijvoorbeeld in de vorm van een aantal lagen metaalgaas. Andere typen agglomereereenheden kunnen echter tevens toegepast worden, zoals een of meer lagen van gestructureerde pakking (structured packing) of van vinnen of vinpakketten (vane packs). De samengroeieenheid is ontworpen 15 om in overstroomde toestand (flooded condition) te functioneren. Teneinde te verhinderen dat teveel vloeistof zich verzamelt boven het agglomereereenheidoppervlak en dat de verdeling van de vloeistof die zich verplaatst naar de verdere scheider nog steeds nadelig wordt beïnvloed wordt, 20 wordt de vloeistof afgevoerd via een verzamelingstrog of verzamelingsreservoir 11, waarin vloeistof F2 verzameld kan worden. Via twee afvoerleidingen (conduits) 12 die zich uitstrekken onder het niveau van vloeistof Fx op de bodem van het onderste compartiment, kan de verzamelde vloeistof F2 25 naar het onderste compartiment A van vat 2 gevoerd worden, waarin de vloeistof afgevoerd zal worden via de afvoerstomp 5.

i

Het mengsel dat zich verder naar boven toe verplaatst (pijl PI3) en waarin een relatief grote hoeveelheid gas en 30 vloeistof in relatief grote druppels aanwezig is, wordt verder gescheiden in een derde trap door een aantal cycloonscheiders. Een aantal dozen 13 is voor dit doel gerangschikt in een bovenste compartiment B van vat 2 (fig.

17 1). Stroomafwaarts daarvan is de verbindingsstomp 6 geschat voor afvoer van het gas (P14) dat in een aanzienlijke mate gedroogd is. Dozen 13 worden elk afzonderlijk of gezamenlijk voorzien van een neerkomer (downcomer) 14 die in verbinding 5 staat met vloeistof Fx op de bodem van het vat voor het afvoeren van vloeistof vanuit elk van de dozen.

Acht cyclonen 15 zijn gerangschikt in elk van de dozen 13. In een in het bijzonder effectieve uitvoeringsvorm zijn dit axiale terugvoercyclonen (axial recycle cyclones), 10 bij voorkeur van het type zoals beschreven in WO 00/25931, waarvan de beschrijving hierin door verwijzing is opgenomen. Elke cycloon 15 omvat in deze uitvoeringsvorm een cilindrische wand 15, die aan de onderzijde een inlaat vormt voor het gas/vloeistofmengsel en een uitstroomopening 16 aan 15 de bovenzijde daarvan heeft. Ruwweg centraal in de door de cilindrische wand omgeven ruimte is een zogenoemd swirl element geplaatst, dat voorzien is van bladen voor het in rotatie brengen van het mengsel. Een deel van het mengsel wordt naar buiten toe geworpen door deze roterende beweging 20 en getransporteerd via een tussenruimte naar een terugvoerleiding (recycle conduit). De terugvoerleiding strekt zich uit door het swirl element. Verder verbonden met de ruimte tussen de wand en de wand van de doos is een neerkomer (downcomer) 6 die verbonden is aan de andere zijde 25 met de ruimte op de bodem van het vat voor het verzamelen van vloeistof F:. De scheidingsefficiency van dit type axiale terugvoercycloon in combinatie met de inlaatinrichting zoals hierin beschreven is en zeker in combinatie met het agglomereerelement 10 zoals hierin beschreven is, is, naar 30 men gevonden heeft, bijzonder hoog, hetgeen onder andere een compacte uitvoeringsvorm van de installatie mogelijk maakt.

Het bovenbeschreven staande drietraps-scheidingsvat, dat zich in opstaande positie uitstrekt, verschaft een 18 efficiënte scheider voor het scheiden van vloeistof-/gasmengsels, bijvoorbeeld olie/gasmengsels. Alhoewel de staande scheider zeer compact is en gebruikt kan worden in vele toepassingen, kan het scheidingsvat tevens in liggende | 5 positie geplaatst worden. Figuur 5 toont een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding waarin de ! inlaatcycloon, die identiek kan zijn aan de inlaatcycloon zoals boven beschreven is of die op soortgelijke wijze functioneert, is bevestigd in een horizontaal scheidingsvat 10 of gravitatievat 2’. Teneinde het de vloeistofuitlaatopening 26 verlatende gas/vloeistofmengsel te ontmisten, is een draadmaaswerkkussen 35 bevestigd aan de omhulling 21 en de momentum breker plaat 28, zodat een gesloten gebied gevormd is, door welke het mengsel van de onderste uitvoer van de 15 inlaatinrichting moet stromen. Een deel van de vloeistof die aanwezig is in het gas/vloeistofmengsel dat het draadmaas- j i werkkussen 35 kruist, wordt daarin geagglomereerd. De j | vloeistof valt vervolgens terug in het vloeistofreservoir FL op de bodem van het vat 2' en wordt afgevoerd via de j 20 vloeistofuitlaat (niet getoond in de figuren) in het vat 2'. j

Het resterende gas/de resterende vloeistof wordt, samen met het gas-/vloeistofmengsel van de gasuitlaatopening 25, gevoerd naar een of meer verdere trappen (indien aanwezig) voor additionele scheiding van vloeistof en gas.

25 Alhoewel de bovengenoemde uitvoeringsvorm waarin een de vloeistofuitlaat van de inlaatcycloon omgevend maaswerk gebruikt wordt, beschreven is in verband met een liggend vat, kan een dergelijk de vloeistofuitlaat omgevend maaswerk in een andere voorkeursuitvoeringsvorm tevens gebruikt worden in 30 een opstaand scheidingsvat.

In de hierin beschreven uitvoeringsvormen wordt het scheidingsvat voorzien van een inlaatinrichting. In andere uitvoeringsvormen worden twee of meer inlaatinrichtingen 19 (cyclonen) gerangschikt binnen het vat. Wanneer bijvoorbeeld de hoogte vanaf de inlaat naar het vloeistofoppervlak te klein is om daarin de inlaatcycloon te passen, worden twee of meer inlaatinrichtingen van soortgelijke grootte gebruikt.

5 Elke inlaatcycloon kan een eigen momentum breker plaat en/of maaswerk hebben of alle inlaatcyclonen delen een gemeenschappelijke momentum breker en/of maaswerkkussen.

In de in de tekening getoonde uitvoeringsvormen omvattende rotatiemiddelen van de inlaatcycloon één of meer 10 geleidingsvinnen. De geleidingsvinnen brengen het langs de geleidingsvinnen stromende mengsel in een roterende beweging. In andere uitvoeringsvormen omvat de inlaatinrichting echter een tangentieel inlaatdeel, bijvoorbeeld gevormd door een binnenwanddeel van de omhulling, waarbij het binnenwanddeel 15 zodanig gekromd is dat deze het daar langs stromende mengsel in roterende beweging brengt. De tangentiële inlaat zorgt ervoor dat het de inlaatinrichting binnentredende mengsel gaat roteren.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot de 20 bovenbeschreven uitvoeringsvorm daarvan; de gevraagde rechten worden gedefinieerd door de volgende conclusies binnen de strekking waarvan vele modificaties denkbaar zijn.

1029230

Claims

1. Systeem voor het scheiden van een mengsel van ten minste één gas en ten minste één vloeistof in een in 5 hoofdzaak vloeistof bevattende zware fractie en een in hoofdzaak gas bevattende lichte fractie, het systeem omvattende: - een scheidingsvat dat een vatinlaat voor de toevoer van te scheiden mengsel, een bovenste vatuitlaat voor de 10 afvoer van de lichte fractie en een lagere vatuitlaat voor de afvoer van de zware fracties heeft; - ten minste één inlaatinrichting voor voorbehandeling van het binnenkomende mengsel, waarbij de inlaatinrichting, in gebruik, aangebracht is in het 15 scheidingsvat en verbonden is met de vatinlaat, de inlaatinrichting omvattende: - een omhulling welke een vloeistofuitlaat heeft voor de afvoer van een in hoofdzakelijk vloeistof bevattend eerste mengseldeel naar een lager compartiment van het scheidings- 20 vat; - een stromingslichaam dat in hoofdzaak concentrisch in de omhulling gerangschikt is, - een afvoerkanaal dat zich uitstrekt vanaf een gasinlaat via het stromingslichaam tot aan een gasuitlaat 25 voor de afvoer van een hoofdzakelijk gas bevattende tweede mengseldeel naar een bovenste component van het scheidingsvat, - rotatiemiddelen voor het in roterende beweging 1 zetten van het de inlaatinrichting binnentredende mengsel 30 waarbij de rotatiemiddelen werkzaam zijn teneinde ervoor te zorgen dat een relatief zwaar mengseldeel in de richting van de omhullingwand geworpen wordt en een relatief licht 1 0 2 9 23 0 ! mengseldeel stroomt in een gebied dichtbij het stromingslichaam, gekenmerkt door ten minste één ontmister- (demister) element, dat is gerangschikt op een positie onder de vloeistofuitlaat 5 voor het scheiden van vloeistof van het gas in het eerste mengseldeel dat vanaf de vloeistofuitvoer stroomt.

2. Systeem volgens conclusie 1, omvattende een momentumbreker, welke gerangschikt is onder de vloeistofuitlaat van de omhulling teneinde ten minste 10 gedeeltelijk het momentum van het eerste mengseldeel te absorberen en een eerste ontmister- (demister) element dat stroomopwaarts van de momentum breker gepositioneerd is.

3. Systeem volgens conclusie 2, waarin het eerste ontmister element geplaatst is bovenop de momentum breker.

4. Systeem volgens één van de voorafgaande conclusies, omvattende een tweede ontmisterelement, gerangschikt rondom het stromingslichaam op een positie boven de vloeistofuitlaat en onder de gasuitlaat van de inlaatinrichting.

5. Systeem volgens conclusie 4, waarin in gebruik het scheidingsvat zich in hoofdzaak verticaal uitstrekt.

6. Systeem volgens conclusie 5, waarin het tweede ontmister-element rondom het stromingslichaam gerangschikt is over in hoofdzaak de gehele dwarsdoorsnede van het vat. | 25

7. Systeem volgens conclusie 6, waarin, in gebruik, het vat zich in hoofdzaak horizontaal uitstrekt.

8. Systeem volgens conclusie 7, waarin het tweede ontmister-element gerangschikt is tussen de omhulling en de momentum breker teneinde een in hoofdzaak gesloten gebied te 30 vormen via welke het mengsel vanaf de onderste uitvoer van de inlaatinrichting moet stromen.

9. Systeem volgens één van de voorafgaande conclusies waarin, in gebruik, de onderste uitlaat van de inlaatinrichting zich uitstrekt boven het vloeistof-gas-grensvlak van de in het onderste compartiment van het scheidingsvat verzamelde vloeistof.

10. Systeem volgens één van de voorafgaande 5 conclusies, waarin tussen de bovenste vatuitlaat en de inlaatinrichting één of meer scheidingsmiddelen gerangschikt zijn binnen het scheidingsvat voor het verdere scheiding van het mengsel.

11. Systeem volgens conclusie 10, waarin de 10 scheidingsmiddelen één of meer derde ontmister-elementen omvat. i

12. Systeem volgens conclusie 11, waarin het scheidingsvat een opstaand vat is en het derde ontmister-element zich in hoofdzaak horizontaal over in hoofdzaak de i 15 gehele dwarsdoorsnede van het vat uitstrekt.

13. Systeem volgens conclusie 11 of 12, waarin het derde ontmister-element voorzien is van een drainage die zich uitstrekt vanaf het lagere compartiment van het scheidingsvat voor de afvoer van door het derde ontmister-element 20 verzamelde vloeistof.

14. Systeem volgens één van de voorafgaande conclusies, omvattende op een positie tussen de bovenste vat uitlaat en de inlaatinrichting één of meer axiale cyclonen, bij voorkeur terugvoercyclonen, voor verdere scheiding van i 25 het mengsel.

15. Inlaatinrichting voor voorbehandeling van een in een in hoofdzaak vloeistof bevattende zware fractie en een in hoofdzaak gas bevattende lichte fractie te scheiden mengsel van ten minste één gas en ten minste één vloeistof, de 30 inrichting omvattende: - een omhulling welke een vloeistofuitlaat voor de afvoer van een in hoofdzaak vloeistof bevattend mengseldeel heeft, 23 i - een stromingslichaam dat in hoofdzaak concentrisch in de omhulling gerangschikt is, - een afvoerkanaal dat zich uitstrekt vanaf een gasinlaat via het stromingslichaan naar een gasuitlaat voor 5 de afvoer van een tweede in hoofdzaak gas bevattend mengseldeel, - rotatiemiddelen voor het in roterende beweging brengen van het de inlaatinrichting binnentredende mengsel, waarbij de rotatiemiddelen werkzaam zijn om ervoor te zorgen 10 dat een relatief zwaar mengseldeel in de richting van de omhullingwand wordt geworpen en een relatief licht mengseldeel in een gebied dichtbij het stromingslichaam stroomt, - ten minste één ontmister-element dat gerangschikt 15 is op een positie onder de gasuitlaat voor verdere scheiding van vloeistof van het gas in het eerste mengsel.

16. Inlaatinrichting volgens conclusie 15, omvattende een momentumbreker die is gerangschikt onder de vloeistof-uitlaat van de omhulling en een eerste ontmister-element dat 20 is geplaatst bovenop de momentum breker teneinde ten minste gedeeltelijk het momentum van het eerste mengseldeel te absorberen.

17. Inlaatinrichting volgens één van de conclusies 15-16, omvattende een tweede ontmister-element dat is 25 gerangschikt rondom het stromingslichaam op een positie boven de vloeistofuitlaat en onder de gasuitlaat.

18. Systeem of inlaatinrichting volgens één van de voorafgaande conclusies, waarin de rotatiemiddelen een tangentieel inlaatdeel omvatten.

19. Systeem of inlaatinrichting volgens conclusie 18, waarin het tangentiële inlaatdeel gevormd wordt door een binnenwanddeel van de omhulling, waarbij het binnenwanddeel gekromd is teneinde het daarlangs stromende mengsel in roterende beweging te brengen.

20. Systeem of inlaatinrichting volgens één van de voorafgaande conclusies, waarin de rotatiemiddelen één of 5 meer geleidingsvinnen omvatten, die zijn gerangschikt tussen het stromingslichaam en de omhulling, waarbij de geleidingsvinnen ten minste gedeeltelijk gekromd zijn teneinde het daarlangs stromende mengsel in een roterende beweging te brengen.

21. Systeem of inlaatinrichting volgens één van de voorafgaande conclusies, waarin een ontmister-element een geperforeerde plaat omvat.

22. Systeem of inlaatinrichting volgens één van de voorafgaande conclusies, waarin het ontmister-element een 15 maaswerkkussen (mesh pad) omvat.

23. Systeem of inlaatinrichting volgens één van de voorafgaande conclusies, waarin het ontmister-element een vin-pakket (vane pack) omvat.

24. Systeem of inlaatinrichting volgens één van de 20 voorafgaande conclusies, waarin een ontmister-element een combinatie van een geperforeerde plaat en een maaswerkkussen (mesh pad) of een vin-pakket omvat.

25. Systeem of inlaatinrichting volgens één van de voorafgaande conclusies, waarin de lichte fractie en de zware 25 fractie respectievelijk aardgas en olie en/of water omvatten.

26. Inlaatinrichting voor voorbehandeling van een binnenkomende mengsel in een systeem voor het scheiden van een mengsel, waarbij het systeem een scheidingsvat dat een vatinlaat voor de toevoer van te scheiden mengsel, een 30 bovenste vatuitlaat voor de afvoer van de lichte fractie vanaf een bovenste compartiment en een lagere vatuitlaat voor de afvoer van de zware fractie vanaf een onderste compartiment heeft, omvat, waarbij de inlaatinrichting, in gebruik, aangebracht is in het scheidingsvat en verbonden is met de vatinlaat en de inlaatinrichting omvat: - een omhulling welke een inlaat heeft voor de invoer van het te scheiden mengsel, een onder de inlaat 5 gepositioneerde vloeistofuitlaat voor de afvoer van een in hoofdzaak vloeistof bevattend eerste mengseldeel naar het onderste compartiment van het scheidingsvat en een gasuitlaat voor de afvoer van in hoofdzaak gas bevattend tweede mengseldeel naar het bovenste compartiment; 10. een stromingslichaam dat in hoofdzaak concentrisch in de omhulling gerangschikt is, - een afvoerkanaal dat zich uitstrekt vanaf een gasinlaat via het stromingslichaam tot aan de gasuitlaat, - rotatiemiddelen voor het in roterende beweging 15 zetten van het de inlaatinrichting binnentredende mengsel waarbij de rotatiemiddelen werkzaam zijn teneinde ervoor te zorgen dat een relatief zwaar mengseldeel in de richting van de omhullingwand geworpen wordt en een relatief licht mengseldeel stroomt in een gebied dichtbij het stromings-20 lichaam, gekenmerkt door ten minste één ontmister- (demister) element, dat is gerangschikt op een positie onder de vloeistofuitlaat voor het scheiden van vloeistof van het gas in het eerste mengseldeel dat vanaf de vloeistofuitvoer stroomt.

27. Werkwijze voor het bedienen van het systeem of de inlaatinrichting volgens één van de voorafgaande conclusies. 10 2 9 230