NL2000292C2

NL2000292C2 - Werkwijze voor het in fracties separeren van een mediummengsel.

Info

Publication number: NL2000292C2
Application number: NL2000292A
Authority: NL
Inventors: Raichel Elton Taciano Leito
Original assignee: Romico Hold A V V
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2008-04-29
Also published as: WO2008051079A1

Description

Werkwijze voor het in fracties separeren van een mediummengsel

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het separeren van een mediummengsel in ten minste twee fracties met afwijkende massadichtheid. Een 5 dergelijke werkwijze omvat doorgaans de bewerkingsstappen van A) het verschaffen van een te separeren mengsel, B) het onderwerpen van het mediummengsel aan een volumekracht, en C) het afvoeren van ten minste één van de gesepareerde fracties.

Het scheiden van een (stromend) mediummengsel kent zeer diverse toepassingen.

10 Onder mediummengsel wordt daarbij verstaan een mengsel van vaste en/of vloeistof en/of gas deeltjes van micron of submicron grootte, gedispergeerd in ten minste één vloeistof of gas. Voorbeelden zijn een gas/gas-mengsel, een gas/vloeistof-mengsel of aërosol, een vloeistof/vloeistof-mengsel, een gas/vaste stof-mengsel, een vloeistoi7vaste stof-mengsel of zo een mengsel voorzien van één of meerdere aanvullende fracties. Het 15 scheiden van een mediummengsel is bijvoorbeeld bekend uit uiteenlopende toepassingen van vloeistofreiniging, (rook)gasreiniging, en poederafscheiding. Scheiding van fracties met een groot verschil in deeltjesgrootte en/of een groot verschil in massadichtheid is relatief eenvoudig. Daartoe wordt op grote schaal gebruik gemaakt van processen zoals filtratie en zeven. Bij het scheiden van fracties met een minder 20 groot verschil in massadichtheid, zoals bijvoorbeeld het geval is voor gas/gas-mengsels, wordt gebruik gemaakt van chemische scheidingstechnieken en/of van scheidingstechnieken zoals bezinken en centrifugeren. Chemische scheidingstechnieken zijn zeker bij het verwerken van grote volumes mediummengsel minder economisch en veelal ook minder milieuvriendelijk. Het door middel van bezinken scheiden van 25 fracties vraagt tijd en maakt het bij het verwerken van grotere volumes mediummengsel noodzakelijk gebruik te maken van volumineuze reservoirs hetgeen onder meer kostbaar is. Een andere op zich bekende technologie maakt gebruik van de verschillen in massadichtheid van de te scheiden fracties door een centrifugaalkracht uit te oefenen op het mengsel door het mengsel te laten roteren in een centrifuge of een cycloon. Deze 30 techniek is veelal niet voldoende selectief om in korte tijd een scheiding van het gewenste niveau te realiseren.

2

De onderhavige uitvinding heeft tot doel een werkwijze te verschaffen die een verhoogde selectiviteit vertoont voor de te separeren fracties en die tevens een snelle scheiding mogelijk maakt.

5 De uitvinding verschaft daartoe een werkwijze volgens de aanhef, die verder wordt gekenmerkt doordat voorafgaand aan stap B) het mediummengsel in een stap (D) wordt gekoeld tot een temperatuur lager dan het kritisch punt van het fasediagram van het mediummengsel, en vervolgens in een stap E) het verschil in massadichtheid van de te separeren fracties van het mengsel wordt vergroot door expansie van het mengsel tot 10 een einddruk en eindtemperatuur, waarbij althans ten minste één van de in het mediummengsel aanwezige te separeren fracties overgaat van fase. Door beide maatregelen toe te passen wordt ten opzichte van de bekende werkwijze verrassenderwijs een hogere selectiviteit voor tenminste één van de te separeren fracties bereikt, met andere woorden wordt de bewuste tenminste één fractie in puurdere vorm 15 gesepareerd, waarbij de in het gezuiverde mediummengsel gewenste fracties in hogere mate aanwezig blijven. De temperatuursverlaging tot onder het kritisch punt kan bijvoorbeeld worden verkregen door het mediummengsel toe te voeren aan actieve of passieve koelmiddelen. Hoewel niet noodzakelijk volgens de uitvinding heeft het voordelen wanneer de temperatuur bij nagenoeg constante druk wordt verlaagd. Omdat 20 de temperatuur volgens de uitvinding wordt verlaagd tot onder het kritisch punt zal het mediummengsel in haar geheel een fasescheiding ondergaan. Enige voorbeelden van mogelijke toepassingen van de onderhavige uitvinding zijn het scheiden van een lucht/stikstof-mengsel, het ontluchten of ontgassen van water, het ontwateren van lucht, en het reinigen van aardgas. Bij voorkeur wordt de werkwijze toegepast voor het in 25 fracties scheiden van gas/gas-mengsels zoals bijvoorbeeld aardgas. De temperatuursverlaging tot onder het kritisch punt zal in dat geval leiden tot een faseovergang van de gasvormige toestand naar de vloeibare toestand. Door het mediummengsel eerst terug te koelen voor aanvang van de expansie om vervolgens ten gevolge van de expansie een nog veel lagere eindtemperatuur (en einddruk) te bereiken 30 zal tenminste één van de te separeren fracties een faseovergang vertonen van vloeistof naar gas, in casu de meest vluchtige fracties. Op deze wijze ontstaat een mediummengsel met een vloeibare matrix waarin gasbellen zijn opgenomen, met andere woorden een zeepbelachtige structuur. Gebleken is dat een dergelijk mengsel met verhoogde selectiviteit kan worden gescheiden, waarbij de selectiviteit hoger is dan de 3 selectiviteit die kan worden bereikt door een werkwijze waarbij het gasmengsel vanuit de gasvormige fase wordt geëxpandeerd.

De expansie kan volgens de uitvinding worden doorgevoerd in elk hiertoe geschikt en 5 op zich bekend expansiemiddel. Door middel van expansie kan de temperatuur van een medium binnen een zeer kort tijdsbestek worden verlaagd. Expansie wordt bij voorkeur gerealiseerd door toepassing van een expansiekoeler van het type “Joule Thomson”. In een dergelijke expansiekoeler wordt het mediummengsel isenthalpisch gekoeld, waardoor de druk relatief onafhankelijk van de temperatuur kan worden verlaagd. Een 10 ander mogelijkheid is dat de koeling wordt bewerkstelligd door een koelmedium dat bijvoorbeeld in een separaat circulatiesysteem wordt geëxpandeerd om zo op het gewenste lage temperatuumiveau te worden gebracht. Bij voorkeur wordt de expansie met behulp van een turbine isentropisch (of adiabatisch) uitgevoerd. Bij een dergelijke koeling worden druk en temperatuur gezamenlijk verlaagd. Het voordeel van het 15 werken met een separaat koelmedium ten opzichte van expansie van het te separeren medium is bijvoorbeeld dat dit separaat koelmedium voor de gewenste koelende werking kan worden geoptimaliseerd. Zoals hierboven reeds werd aangehaald zorgt de temperatuurverlaging er voor dat de dichtheid van de fracties wordt beïnvloed. Bijzonder gunstige effecten kunnen zo worden verkregen indien het mengsel bestaat uit 20 fracties met een zelfde fase (bijvoorbeeld gas/gas-mengsel of een vloeistofrvloeistof-mengsel) waarvan door de temperatuurverandering er ten minste één fractie een zodanige faseverandering ondergaat dat de fasen van de te separeren fracties van elkaar verschillen (waardoor bijvoorbeeld een gas/vloeistof-mengsel, een gas/vaste stof-mengsel of een vloeistof/vaste stof-mengsel ontstaat). Dit verschijnsel van faseovergang 25 van een stof ten gevolge van temperatuurverandering is uiteraard een algemeen bekend fenomeen. De onderhavige uitvinding is echter gelegen in de vaststelling dat een zeer voordelige scheiding mogelijk wordt als de expansie wordt uitgevoerd nadat het mediummengsel eerst werd gekoeld tot onder het kritisch punt, en zich derhalve voordoet als een vloeistof. De combinatie van de beschreven faseovergang (of in ieder 30 geval wijziging in het verschil in massadichtheid van te scheiden fracties) en het opvolgend aan een volumekracht onderwerpen (bijvoorbeeld door rotatie) van het mediummengsel zorgt voor een zeer voordelige scheiding van het mengsel in tenminste twee fracties.

4

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt het mediummengsel in stap D) op een temperatuur en druk gebracht waarbij het mediummengsel in hoofdzaak vloeibaar is. Door vervolgens eveneens bij voorkeur de expansie in stap E) dusdanig uit te voeren dat het mediummengsel op een einddruk en 5 eindtemperatuur wordt gebracht waarbij het mediummengsel een gas/vloeistofmengsel is, wordt in stap B) een scheiding verkregen met verder verhoogde selectiviteit. Meer in het bijzonder wordt een mediummengsel verkregen dat in zuiverder fracties kan worden gescheiden dan tot hiertoe het geval was. Elke fractie zal met andere woorden minder van een andere fractie bevatten.

10

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding worden de koeling en de expansie dusdanig uitgevoerd dat de eindtemperatuur ten hoogste 50 °C hoger is dan de temperatuur die bij de einddruk overeenkomt met de overgang van een mengselfractie naar in hoofdzaak vaste fase. Een fasediagram van het mediummengsel 15 (een diagram van de druk versus de temperatuur) wordt doorgaans gekenmerkt door een gebied waar de fracties van het mediummengsel één fase vormen (het menggebied), en een min of meer gesloten gebied waar althans een gedeelte van de fracties een afwijkende fase vormen (ontmengingsgebied). Verder worden doorgaans een gasvormig gebied, een vloeistofgebied en een vaste stofgebied onderscheiden, waarbij 20 het gasvormig gebied gemiddeld bij hoge druk en temperatuur is gelegen, en het vaste stofgebied juist bij lage druk en temperatuur. Een aantal lijnen demarkeren deze gebieden, in het bijzonder een vloeistoflijn, die de grens aangeeft tussen combinaties van druk en temperatuur waaronder (naast andere fasen) ook een vloeistoffase ontstaat, en een vaste stoflijn, die de grens aangeeft tussen combinaties van druk en temperatuur 25 waaronder (naast andere fasen) ook een vaste stoffase ontstaat. De temperatuur die bij de einddruk overeenkomt met de overgang van een mengselfractie naar in hoofdzaak vaste fase, is dus de temperatuur overeenkomstig het snijpunt van de einddruklijn met de vaste stoflijn. Met nog meer voorkeur wordt de werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de eindtemperatuur ten hoogste 20 °C hoger is dan de temperatuur 30 die bij de einddruk overeenkomt met de overgang van een mengselfractie naar de vaste fase. Met de meeste voorkeur is de eindtemperatuur in hoofdzaak gelijk aan de temperatuur die bij de einddruk overeenkomt met de overgang van een mengselfractie naar de vaste fase. Door de afkoeling en expansie dusdanig te kiezen dat het eindpunt (de combinatie van bereikte einddruk en eindtemperatuur) op het fasediagram zich zo 5 dicht mogelijk bij de vaste stoflijn bevindt wordt een scheiding verkregen met verder verbeterde selectiviteit. Het wordt zo zelfs mogelijk in beginsel elke scheidingstechniek toe te passen, ook deze die op zich geen hoge selectiviteit bieden, zoals bijvoorbeeld scheiding door middel van zwaartekracht, en/of een cycloon. Het separatierendement 5 van de rotatiemiddelen wordt overeenkomstig de onderhavige uitvinding verhoogd door voordat het medium de rotatiemiddelen bereikt de massadichtheid van ten minste een deel van het mengsel zodanig te beïnvloeden dat de verschillen in massadichtheid van de te separeren fracties worden vergroot. Het vergroten in het verschil in massadichtheid van de te separeren fracties kan bijvoorbeeld plaatsvinden door het 10 wijzigen van de temperatuur (afhankelijk van de omstandigheden verwarmen of koelen) van het mengsel. Aldus is het eenvoudiger om door middel van rotatie (ten gevolge van de toename van het verschil in op de fractie uitgeoefende centripetaalkrachten) de fractie van elkaar te scheiden. Hierbij zij opgemerkt dat onder het scheiden van de fracties wordt verstaan het ten minste gedeeltelijk scheiden van twee fracties zodanig 15 dat er een significant verschil in de gemiddelde massadichtheid van de twee fracties ontstaat; een volledige (100%) scheiding zal in de praktijk moeilijk realiseerbaar zijn. Ten gevolge van de rotatie van het mengsel met nu vergrootte verschillen in de massadichtheid van de te separeren fracties zal de lichtere fractie althans in hoofdzaak naar de binnenzijde van de rotatie migreren en zal de zwaardere fractie althans in 20 hoofdzaak naar de buitenzijde van de rotatie migreren. Het betreft een scheiding die de gebruiksmogelijkheden van ten minste één van de fracties vergroot ten opzichte van het mengsel. Deze bruikbare (“gereinigde”) fractie kan ook na het separeren nog steeds een deel van een overige ongewenste fractie bezitten (“vervuild zijn met een overige fractie”) maar deze overige fractie significant kleiner dan de aanwezigheid van deze 25 ongewenste fractie in het oorspronkelijke mengsel. De opvolgende stappen van de werkwijze volgens de uitvinding leiden tot een onverwacht hoog scheidingsrendement zonder dat daartoe volumineuze apparatuur is benodigd (dat wil zeggen de inrichting kan zeer compact zijn uitgevoerd) en waarin het medium slechts een korte periode hoeft te verblijven. Een inrichting kan nog kleiner (met een kleiner volume) worden 30 uitgevoerd, indien het mediummengsel ten minste één gasfractie omvat en het mediummengsel onder hogere druk door de inrichting wordt gevoerd.

In nog een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt het mediummengsel in stap D) op een temperatuur en druk gebracht waarbij het 6 mediummengsel in hoofdzaak een vloeistoftvaste stofmengsel is. Door vervolgens eveneens bij voorkeur de expansie in stap E) dusdanig uit te voeren dat het mediummengsel op een einddruk en eindtemperatuur wordt gebracht waarbij het mediummengsel een gas/vloeistof/vaste stofmengsel is, wordt in stap B) eveneens een 5 scheiding verkregen met verder verhoogde selectiviteit.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding worden de koeling en de expansie hierbij dusdanig uitgevoerd dat de eindtemperatuur ten minste 20 °C lager is dan de temperatuur die bij de einddruk overeenkomt met de 10 overgang van een mengselfractie naar in hoofdzaak vaste fase. Met nog meer voorkeur wordt de werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de eindtemperatuur ten minste 50 °C lager is dan de temperatuur die bij de einddruk overeenkomt met de overgang van een mengselfractie naar de vaste fase.

15 In een voorkeursvariant van de werkwijze volgens de uitvinding wordt tijdens bewerkingsstap B) het mediummengsel onderworpen aan de zwaartekracht. Een dergelijke scheidingstechniek is zeer eenvoudig, en vergt weinig energie en investeringen. In een verdere voorkeursvariant wordt tijdens bewerkingsstap B) het mediummengsel onderworpen aan een centrifugaalkracht, door het mediummengsel toe 20 te voeren aan rotatiemiddelen. De rotatiemiddelen kunnen bijvoorbeeld worden gevormd door ten minste één cycloon (vortex), of als alternatief door een samenstel van meerdere cyclonen. In het geval van een cycloon is het mogelijk de rotatiemiddelen stationair uit te voeren en slechts het medium tot rotatie over te laten gaan. Het toepassen van meerdere (kleinere) cyclonen heeft ten opzichte van een enkele cycloon 25 een voordeel dat vergelijkbaar is met het voordeel van een roterend samenstel van doorvoerkanalen. In een cycloon kunnen facultatief schotten worden geplaatst voor bijvoorbeeld het doen neerslaan van een bepaalde fractie op de schotten en voor het sturen van de cycloon.

30 Een bijzonder gunstige werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat tijdens bewerkingsstap B) het mediummengsel in roterende stroming wordt gebracht in daartoe voorziene rotatiemiddelen die een roterend samenstel van doorvoerkanalen omvatten. Dergelijke roterende schelders hebben als voordeel dat de gemiddelde afstand van het medium tot een wand (in radiale richting) beperkt blijft waardoor er in relatief 7 geringe tijd (hetgeen overeenkomt met een in axiale richting relatief beperkte lengte van de roterende schelder) een gewenste scheidingsgraad kan worden bereikt. De werking van zo een roterend samenstel van doorvoerkanalen wordt verder positief beïnvloed indien er in de kanalen bij voorkeur een laminaire stroming van het medium wordt 5 aangehouden. Anderzijds is het ook mogelijk dat het medium met turbulente stroming door de kanalen wordt gevoerd. De toe te passen stroomsnelheden kunnen situationeel worden gevarieerd respectievelijk geoptimaliseerd. Een bijzonder geschikte roterende scheider van onderhavig type wordt bijvoorbeeld beschreven in EP0286160A, de inhoud waarvan hierbij nadrukkelijk wordt opgenomen in onderhavige aanvrage.

10

Bijzonder bij voorkeur wordt de werkwijze volgens de uitvinding toegepast door tijdens bewerkingsstap B) het mediummengsel te onderwerpen aan zwaartekracht, en/of aan een centrifugaalkracht, en/of het mediummengsel in roterende stroming te brengen in daartoe voorziene rotatiemiddelen die een roterend samenstel van doorvoerkanalen 15 omvatten. De combinatie van scheidingstechnieken kan leiden tot een verder verhoogde selectiviteit van de te separeren fracties(s) en/of zuiverheid van het althans gedeeltelijk van de verontreinigende fracties ontdane mediummengsel.

De werkwijze volgens de uitvinding kan met een relatief kleine doorstroominrichting 20 worden uitgevoerd aangezien de afzonderlijke bewerkingsstappen binnen zeer kort tijdsbestek, bijvoorbeeld afzonderlijk in minder dan 1 seconde, veelal in minder dan 0,1 seconde of zelfs in minder van 10 of minder dan 5 milliseconden, kunnen worden uitgevoerd. Dit maakt langdurige processen met bijbehorende inrichtingen die zodanig zijn gedimensioneerd dat zij grote volumes kunnen bevatten overbodig. De inventieve 25 combinatie van de bewerkingsstappen D), E) en B) draagt zorg voor het onverwachte voordeel van een veel eenvoudigere separatie van fractie dan mogelijk was volgens de stand der techniek. Een eenvoudige wijze voor het vergroten van het verschil in massadichtheid van de te separeren fracties van het mengsel is gelegen in het doen expanderen van het mengsel. De temperatuurdaling die daarvan een gevolg is verschaft 30 het gewenste effect van vergroting van het verschil in massadichtheid van de te separeren fracties in zeer kort tijdsbestek; in minder dan 0,1 of minder dan 0,05 seconde kan dit effect worden verkregen onder gebruikmaking van uiterst eenvoudige middelen. Het effect van vergroting van het verschil in massadichtheid van de te separeren fracties wordt verder volgens de uitvinding op positieve wijze beïnvloed door alvorens het 8 mengsel tijdens bewerkingsstap B) te separeren het mengsel in stap D) te koelen tot onder het kritisch punt van het mediummengsel.

Een bijzondere voorkeurstoepassing van de werkwijze volgens de uitvinding wordt 5 gekenmerkt doordat tijdens bewerkingsstap A) aardgas wordt verschaft, dat voorafgaand aan bewerkingsstap B) de temperatuur van het aardgas in een stap D) wordt verlaagd tot een temperatuur die lager is dan het kritisch punt van het fasediagram van het mediummengsel, en vervolgens de temperatuur van het aardgas door expansie verder wordt verlaagd tot een bepaalde einddruk en eindtemperatuur, 10 waardoor althans ten minste één van de in het mediummengsel aanwezige verontreinigende fracties, zoals bijvoorbeeld CO2 en H2S, overgaat van fase, welke fracties tijdens bewerkingsstap B) worden gesepareerd van de fractie koolwaterstoffen zodanig dat de ten minste gedeeltelijk van verontreinigingen ontdane fractie koolwaterstoffen tijdens bewerkingsstap C) wordt afgevoerd.. De economisch rendabel 15 winbare reserves aardgas worden beperkt doordat een belangrijk deel van het technisch winbare aardgas is vervuild met ongewenste gassen. Deze verontreinigende gassen zijn tot op heden, zeker wanneer zij in het aardgas voorkomen in tientallen percentages, niet op economisch rendabele wijze in voldoende mate te separeren van de koolwaterstoffen. De werkwijze volgens de uitvinding heeft dit nadeel niet.

20

De onderhavige uitvinding zal verder worden verduidelijkt aan de hand van de in navolgende figuren weergeven niet-limitatieve uitvoeringsvoorbeelden. Hierin toont: figuur 1 een schematisch aanzicht op een inrichting overeenkomstig de uitvinding, figuur 2 een schematisch aanzicht op een alternatieve uitvoeringsvariant van een 25 separatie-inrichting overeenkomstig de uitvinding, en figuur 3 een voorbeeld van een fasediagram van een met de werkwijze overeenkomstig de uitvinding te separeren aardgasmengsel.

Figuur 3 toont een fasediagram van een verontreinigd gas zoals bijvoorbeeld aardgas, 30 dat met de uitgevonden werkwijze kan worden gereinigd. Het betreft meer in het bijzonder het fasediagram van een CH4/CO2/H2S mengsel. Op de y-as wordt de druk 100 weergegeven, terwijl langs de x-as de temperatuur 200 is uitgezet. Het fasediagram omvat verder een gebied (aangeduid met G of V) waar de fracties van het mediummengsel één fase vormen (het menggebied), en een min of meer gesloten gebied 9 (aangeduid met G+V, V+VS, en G+V+VS) waar althans een gedeelte van de fracties een afwijkende fase vormen (ontmengingsgebied). in gebied G is het mediummengsel gasvormig, in gebied V is het mediummengsel vloeibaar. In gebied G+V is een mengsel aanwezig van vloeistof en gas, waarbij in onderhavig geval CO2 en H2S zich in de 5 vloeibare fase bevinden, en CH4 in de gasfase. In gebied G+V+VS is een mengsel aanwezig van gas, vloeistof en vaste stof, meer in het bijzonder bevindt CH4 zich in de gasfase, H2S in de vloeibare fase, en CO2 in de vaste fase. Hoewel niet aangegeven in figuur 3 is het mogelijk dat bij verdere daling van de temperatuur ook H2S overgaat naar de vaste fase. Een aantal lijnen demarkeren de betreffende gebieden, in het bijzonder 10 een dauwpuntslijn 110, die de grens aangeeft tussen combinaties van druk 100 en temperatuur 200 waaronder (naast andere fasen) ook een vloeistoffase L ontstaat, en een vaste stoflijn 120, die de grens aangeeft tussen combinaties van druk 100 en temperatuur 200 waaronder (naast andere fasen) ook een vaste stoffase VS ontstaat. Het fasediagram vertoont een kritisch punt 140, een bij de vakman algemeen bekend begrip, 15 waarbij de gasfase en vloeibare fase met elkaar een evenwicht vormen. De kritische temperatuur wordt in het fasediagram van figuur 3 aangeduid met Tcrit. Het moge duidelijk zijn dat het in figuur 3 getoonde fasediagram slechts ten titel van voorbeeld wordt gegeven, en dat de werkwijze eveneens toepasbaar is voor het separeren van mediummengsels met meer fracties, en daardoor een ingewikkelder fasediagram.

20

Onder verwijzing naar figuur 1 wordt een inrichting 1 voor het reinigen van een verontreinigd gas zoals bijvoorbeeld aardgas getoond, in welke inrichting 1 de werkwijze volgens de uitvinding kan worden uitgevoerd. Door een toevoer 2 wordt overeenkomstig de pijl Pi het verontreinigde gas toegevoerd onder een druk tussen 100 25 en 300 Bar (veelal een typische druk van ongeveer 250 Bar) en een temperatuur van bijvoorbeeld meer dan 100°C. Het overeenkomstig de pijl Pi toegevoerde gas wordt vervolgens in een warmtewisselaar 3 gekoeld, bijvoorbeeld door middel van koeling aan de atmosfeer. De koeling is dusdanig dat het aardgas op een temperatuur wordt gebracht die lager is dan de kritische temperatuur Torjt ervan, bijvoorbeeld op de in 30 figuur 3 aangegeven temperatuur Ij. Het gas wordt bij voorkeur bij nagenoeg constante druk afgekoeld tot temperatuur T]. Bij de temperatuur T1 bevindt het gas zich in de vloeibare fase. Voor een typisch aardgas dat een CH4/CO2/H2S mengsel bevat zal de kritische temperatuur ongeveer -50°C bedragen. Een geschikte temperatuur T1 is dan bijvoorbeeld - 60°C. De aldus gekoelde vloeistof stroomt vanuit de warmtewisselaar 3 10 overeenkomstig de pijl P2 naar een smoorklep 4. Door middel van de smoorklep 4 wordt de overeenkomstig de pijl P2 toegevoerde vloeistof, bij voorkeur op isentropische wijze, geëxpandeerd naar een lagere druk, bijvoorbeeld tussen 5 en 20 Bar. Deze isentropische druk - en temperatuurverlaging is in figuur 3 aangegeven door middel van stippellijn 5 130. Ten gevolge van de plotselinge drukverlaging zal de temperatuur van de vloeistof terugvallen tot een eindtemperatuur T2 (en een overeenkomstige einddruk P2) zodanig dat een deel van de in de vloeistof aanwezige fracties van fase verandert. Volgens de uitvinding ligt de eindtemperatuur T2 bij voorkeur relatief dichtbij, bijvoorbeeld ten hoogste 50°C hoger dan, de temperatuur die bij de einddruk p2 overeenkomt met de 10 overgang van het mediummengsel naar de vaste fase, dit is verwijzend naar figuur 3 de temperatuur Ts. Meer in het bijzonder zal door de expansie ten minste een gedeelte van het in het vloeibare aardgas aanwezige hoofdbestanddeel CH4 in de gasvormige fase terechtkomen. De verontreinigende fracties CO2 en H2S blijven in de vloeibare fase. Dientengevolge ontstaat er een mediummengsel met een vloeibare matrix waarin 15 gasbellen zijn opgenomen, met andere woorden een zeepbelachtige structuur 5. Dit vloeistof/gasbellen-mengsel 5 wordt door de kanalen 6 van een rotor 7 gevoerd waardoor, ten gevolge van de rotatie R van de rotor 7, de gasbellen neerslaan tegen de naar een rotatieas 8 toegekeerde zijden van de kanalen 6 van de rotor 7. De neergeslagen gasbellen verlaten de rotor 7 aan de van de smoorklep 4 afgekeerde zijde 20 als een gasbellenstroom 12, die zich door het verschil in massadichtheid in hoofdzaak centraal zal vormen. De vloeistofmatrix 9, die in hoofdzaak bestaat uit vloeibaar CO2 en H2S, wordt afgevangen in een bekken 10 dat door middel van het activeren van een pomp 11 kan worden geleegd, zodanig dat de vloeibare CO2 en H2S overeenkomstig de pijl P3 worden afgevoerd, De gasbellenstroom 12 die, ten minste voor een deel, is 25 ontdaan van CO2 en H2S wordt afgezogen en verlaat de inrichting 1 overeenkomstig de pijl P4 als gereinigd gas. Desgewenst kan het door de werkwijze volgens de uitvinding ontstane vloeistof/gasbellen-mengsel 5 voorafgaand worden gescheiden door het aan zwaartekracht te onderwerpen.

30 Onder verwijzing naar figuur 3 is het volgens de uitvinding tevens mogelijk het gas af te koelen tot een temperatuur T4. Bij deze temperatuur T4 bevindt het gas zich in de vloeibare fase, waarbij tenminste één fractie zich in de vaste stof fase bevindt. Voor een typisch aardgas dat een CH4/CO2/H2S mengsel bevat zal de temperatuur T4 bijvoorbeeld -80°C en lager bedragen. Het aldus gekoelde vloeistof/vaste stofmengsel stroomt vanuit 11 de warmtewisselaar 3 overeenkomstig de pijl P2 naar een smoorklep 4. Door middel van de smoorklep 4 wordt het overeenkomstig de pijl P2 toegevoerde vloeistof/vaste stofmengsel, bij voorkeur op isentropische wijze, geëxpandeerd naar een lagere dmk, bijvoorbeeld tussen 5 en 50 bar, bij voorkeur tussen 10 en 40 bar. Deze isentropische 5 druk - en temperatuurverlaging is in figuur 3 aangegeven door middel van stippellijn 150. Ten gevolge van de plotselinge drukverlaging zal de temperatuur van het vloeistof/vaste stofmengsel terugvallen tot een eindtemperatuur T3 (en een overeenkomstige einddruk p3) zodanig dat een deel van de in het vloeistof/vaste stofmengsel aanwezige fracties van fase verandert, en meer bepaald gasvormig wordt.

10 Meer in het bijzonder zal door de expansie ten minste een gedeelte van het in het aardgasmengsel aanwezige hoofdbestanddeel CH4 in de gasvormige fase terechtkomen. De verontreinigende fracties CO2 en H2S zullen in de vloeibare en vaste stoffase blijven. Dientengevolge ontstaat er een mediummengsel met een vloeibare matrix waarin gasbellen en vaste stofdeeltjes zijn opgenomen. Onder verwijzing naar figuur 1 15 wordt dit 3-fasenmengsel 5 door de kanalen 6 van een rotor 7 gevoerd waardoor, ten gevolge van de rotatie R van de rotor 7, de gasbellen neerslaan tegen de naar een rotatieas 8 toegekeerde zijden van de kanalen 6 van de rotor 7. De neergeslagen gasbellen verlaten de rotor 7 aan de van de smoorklep 4 afgekeerde zijde als een gasbellenstroom 12, die zich door het verschil in massadichtheid in hoofdzaak centraal 20 zal vormen. De vloeistofmatrix 9, die in hoofdzaak bestaat uit vloeistof en daarin opgenomen vaste stofdeeltjes (CO2 en H2S), wordt afgevangen in een bekken 10 dat door middel van het activeren van een pomp 11 kan worden geleegd en overeenkomstig de pijl P3 kan worden afgevoerd. De gasbellenstroom 12 die, ten minste voor een deel, is ontdaan van CO2 en H2S wordt afgezogen en verlaat de inrichting 1 overeenkomstig 25 de pijl P4 als gereinigd gas.

Figuur 2 toont een separatie-inrichting 20 waaraan door een toevoer 21 overeenkomstig de pijl P10 een te separeren gasmengsel wordt toegevoerd. In een aansluitende turbine 22 wordt het mengsel gecomprimeerd om het gasmengsel vervolgens doelmatiger te 30 kunnen koelen in een aansluitende warmtewisselaar 23. De door de compressor 22 verhoogde druk maakt het tevens mogelijk de gehele inrichting 20 op een hoger drukniveau te laten werken (bijvoorbeeld 10 tot 50 Bar) waardoor deze compacter kan worden uitgevoerd dan wanneer deze compressiestap achterwege zou worden gelaten. Na het koelen van het mengsel in de warmtewisselaar 23 tot onder het kritisch punt Tcrit, 12 en meer in het bijzonder tot in het gebied waar een vloeibaar/vaste stofmengsel ontstaan, wordt dit mengsel aan een turbine 24 toegevoerd. Door de drukverlagende werking ten gevolge van de turbine 24 zal de temperatuur van het mengsel zodanig afnemen dat de meest vluchtige fractie van het mengsel overgaat naar de gasvormige 5 fase. Op deze wijze ontstaat een gas/vloeistof/vaste stofmengsel. De eindtemperatuur T3 is volgens de uitvinding bij voorkeur ten minste 50°C lager dan de temperatuur die bij de einddruk p3 overeenkomt met de overgang van het mediummengsel naar de vaste fase. In de op de turbine 24 aangesloten cycloon 25 zal de gasvormige fractie in de vorm van bellen tegengesteld aan de centrifugaalkracht bewegen en zich in het hart van 10 de cycloon 25 verzamelen. De van de schotten 26 afstromende vloeistof, met daarin vaste stofkristallen wordt opgevangen in een lekbak 27 en van daaruit verder afgevoerd overeenkomstig pijl Pu. De gasfractie verlaat de cycloon door een centrale afVoer 28 overeenkomstig de pijl P12. Een typische stroomsnelheid van het mengsel is 1 tot 15 m/s, meer in het bijzonder 10 m/s, e.e.a. afhankelijk van de druk en de 15 mengselverhoudingen. Desgewenst kan het mengsel nadat het de cycloon heeft verlaten verder worden gezuiverd, bijvoorbeeld door het toe te voeren aan de kanalen van een rotor, zoals werd toegelicht bij het in figuur 2 beschreven uitvoeringsvoorbeeld.

De werkwijze volgens de uitvinding kan voor vele toepassingen worden gebruikt. In 20 beginsel kan elke scheiding van koolwaterstoffen het onderwerp uitmaken van de uitgevonden werkwijze, waarbij de te scheiden fracties bij voorkeur verschillen in damppunt. Zo is het mogelijk de werkwijze toe te passen voor het zuiveren van aardgas, zoals hierboven uitvoerig werd beschreven. Ook is het mogelijk de werkwijze toe te passen voor het kraken van nafta, waarbij de hierboven beschreven inrichting als 25 vervanging kan worden gebruikt voor de gebruikelijke destillatiekolom. Ook is het mogelijk de werkwijze toe te passen voor het scheiden en zuiveren van polyolefmen, en andere polymeren.

Claims

1. Werkwijze voor het separeren van een mediummengsel in ten minste twee fracties met afwijkende massadichtheid, omvattende de bewerkingsstappen:

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het mediummengsel in stap D) op een temperatuur en druk wordt gebracht waarbij het mediummengsel in hoofdzaak vloeibaar is.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de expansie in stap E) 20 dusdanig wordt uitgevoerd dat het mediummengsel op een einddruk en eindtemperatuur wordt gebracht waarbij het mediummengsel een gas/vloeistofmengsel is.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de eindtemperatuur ten hoogste 20 °C hoger is dan de temperatuur die bij de einddruk overeenkomt met de 25 overgang van een mengselfractie naar de vaste fase.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de eindtemperatuur ten hoogste 50 °C hoger is dan de temperatuur die bij de einddruk overeenkomt met de overgang van een mengselfractie naar de vaste fase. 30

5 A) het verschaffen van een te separeren mengsel, B) het onderwerpen van het mediummengsel aan een volumekracht, en C) het afvoeren van ten minste één van de gesepareerde fracties, met het kenmerk dat voorafgaand aan stap B) het mediummengsel in een stap (D) wordt gekoeld tot een temperatuur lager dan het kritisch punt van het fasediagram van 10 het mediummengsel, en vervolgens in een stap E) het verschil in massadichtheid van de te separeren fracties van het mengsel wordt vergroot door expansie van het mengsel tot een einddruk en eindtemperatuur, waarbij althans ten minste één van de in het mediummengsel aanwezige te separeren fracties overgaat van fase.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het mediummengsel in stap D) op een temperatuur en druk wordt gebracht waarbij het mediummengsel in hoofdzaak een vloeistof/vaste stofmengsel is.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk dat de expansie in stap E) dusdanig wordt uitgevoerd dat het mediummengsel op een einddruk en eindtemperatuur wordt gebracht waarbij het mediummengsel een gas/vloeistofiVaste stofmengsel is. 5

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk dat de eindtemperatuur ten minste 20 °C lager is dan de temperatuur die bij de einddruk overeenkomt met de overgang van een mengselfractie naar de vaste fase.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk dat de eindtemperatuur ten minste 50 °C lager is dan de temperatuur die bij de einddruk overeenkomt met de overgang van een mengselfractie naar de vaste fase.

10. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de 15 expansie adiabatisch en/of isentropisch wordt uitgevoerd.

11. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de expansie isenthalpisch wordt uitgevoerd.

12. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat tijdens bewerkingsstap B) het mediummengsel wordt onderworpen aan de zwaartekracht.

13. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat tijdens bewerkingsstap B) het mediummengsel wordt onderworpen aan een centrifugaalkracht. 25

14. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat tijdens bewerkingsstap B) het mediummengsel in roterende stroming wordt gebracht in daartoe voorziene rotatiemiddelen die een roterend samenstel van doorvoerkanalen omvatten.

15. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat tijdens bewerkingsstap B) het mediummengsel wordt onderworpen aan de zwaartekracht, en/of aan een centrifugaalkracht, en/of het mediummengsel in roterende stroming wordt gebracht in daartoe voorziene rotatiemiddelen die een roterend samenstel van doorvoerkanalen omvatten.

16. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat tijdens bewerkingsstap A) aardgas wordt verschaft, dat voorafgaand aan bewerkingsstap B) de temperatuur van het aardgas in een stap D) wordt verlaagd tot een temperatuur die lager 5 is dan het kritisch punt van het fasediagram van het mediummengsel, en vervolgens in stap E) het aardgas door expansie op een einddruk en eindtemperatuur wordt gebracht, waarbij althans ten minste één van de in het mediummengsel aanwezige verontreinigende fracties, zoals bijvoorbeeld CO2 en H2S, overgaat van fase, welke fracties tijdens bewerkingsstap B) worden gesepareerd van de fractie koolwaterstoffen 10 zodanig dat de ten minste gedeeltelijk van verontreinigingen ontdane fractie koolwaterstoffen tijdens bewerkingsstap C) wordt afgevoerd.