NO20130738A1 - Fremgangsmate for separasjon av gass og vaeske og syklonseparatorer til dette - Google Patents

Fremgangsmate for separasjon av gass og vaeske og syklonseparatorer til dette Download PDF

Info

Publication number
NO20130738A1
NO20130738A1 NO20130738A NO20130738A NO20130738A1 NO 20130738 A1 NO20130738 A1 NO 20130738A1 NO 20130738 A NO20130738 A NO 20130738A NO 20130738 A NO20130738 A NO 20130738A NO 20130738 A1 NO20130738 A1 NO 20130738A1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
liquid
bulk
gas phase
cyclone separator
container
Prior art date
Application number
NO20130738A
Other languages
English (en)
Other versions
NO340453B1 (no
Inventor
Geir Vingelven
Kolbjorn Moen
Christian Melby Bjorn
Astrid Heggelund
Original Assignee
Aker Process Systems As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aker Process Systems As filed Critical Aker Process Systems As
Publication of NO20130738A1 publication Critical patent/NO20130738A1/no
Publication of NO340453B1 publication Critical patent/NO340453B1/no

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D19/00Degasification of liquids
    • B01D19/0042Degasification of liquids modifying the liquid flow
    • B01D19/0052Degasification of liquids modifying the liquid flow in rotating vessels, vessels containing movable parts or in which centrifugal movement is caused
    • B01D19/0057Degasification of liquids modifying the liquid flow in rotating vessels, vessels containing movable parts or in which centrifugal movement is caused the centrifugal movement being caused by a vortex, e.g. using a cyclone, or by a tangential inlet
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D19/00Degasification of liquids
    • B01D19/0021Degasification of liquids by bringing the liquid in a thin layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D19/00Degasification of liquids
    • B01D19/0021Degasification of liquids by bringing the liquid in a thin layer
    • B01D19/0026Degasification of liquids by bringing the liquid in a thin layer in rotating vessels or in vessels containing movable parts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D45/00Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04CAPPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C3/00Apparatus in which the axial direction of the vortex flow following a screw-thread type line remains unchanged ; Devices in which one of the two discharge ducts returns centrally through the vortex chamber, a reverse-flow vortex being prevented by bulkheads in the central discharge duct
    • B04C3/06Construction of inlets or outlets to the vortex chamber
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04CAPPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/08Vortex chamber constructions
    • B04C5/103Bodies or members, e.g. bulkheads, guides, in the vortex chamber
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04CAPPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/14Construction of the underflow ducting; Apex constructions; Discharge arrangements ; discharge through sidewall provided with a few slits or perforations
    • B04C5/181Bulkheads or central bodies in the discharge opening

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Cyclones (AREA)

Abstract

En syklonseparator for separasjon av et fluid til en gassfase og en væskefase, som omfatter: - minst ett tangentielt orientert fluidinntak (11) på den øvre enden under gassfaseutløpet på beholderen, som er i stand til å danne en helisk væskestrøm ned langs den indre veggen i beholderen, - en væskeekstraktor som ekstraherer væske gjennom væskefaseutløpet ved en rate som danner en (bulk) væskefase på i den nedre enden av beholderen med et relativt konstant høydenivå for (bulk) væske-gass fasegrenseflaten, - en gassekstraktor som ekstraherer gass gjennom gassfaseutløpet, der syklonseparatoren omfatter - minst en strømningshastighetsdeflektor (18) anbrakt nærliggende den indre veggen i beholderen lokalisert på et nivå i nærheten av (bulk) væske-gass fasegrenseflaten som endrer den vertikale hastighetskomponenten for en væskefilm som beveger seg nedover den indre veggen i beholderen til en horisontalt orientert hastighetskomponent er beskrevet. En fremgangsmåte for fluidseparasjon er også angitt.

Description

Denne oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for separasjon av gass og væske og syklonseparator er til dette formålet.
Bakgrunn
Offshore-ekstrahering av hydrokarboner fra et undersjøisk reservoar involverer ofte transportering av en blanding av hydrokarboner, vann og oppløste salter i undersjøiske rørledninger fra reservoaret opp til landbaserte eller flytende fasiliteter for prosessering av blandingen for å gjenvinne de ønskede hydrokarbonproduktene. På grunn av skiftende fysiske betingelser under rørledningsfremføringen er det et problem med dannelse av hydrater i fluidblandingen i rørledningene som truer med å tilstoppe rørene.
Én mye benyttet løsning på problemet med hydratdannelse er å tilsette, på undersjøisk nivå, glykol med lavt vanninnhold til prosessfluidet som vanligvis er en blanding av hydrokarboner, vann og oppløste salter og deretter ekstrahere glykolen som såkalt rik glykol fra prosessfluidet på toppside-fasiliteten. Fra et operasjonskostnads- og miljøsynspunkt bør den rike glykolen bli regenerert tilbake til mager glykol og deretter brukt på nytt som hydratinhiberende middel i de undersjøiske rørene. Rik glykol inneholder vanligvis rester av hydrokarboner, har høye vannivåer, korrosjonsprodukter (faste, partikulære rester produsert ved korrosjons blir igjen slik som rustflak osv.) og en blanding av oppløste mineralske salter.
Kjent teknikk
Fra US 6 340 373 er det kjent en fremgangsmåte for behandlingen og prosesseringen av løsninger av et organisk fluid, vann og én eller flere forbindelser av jordalkalimetaller, alkalimetaller og metallioner, som omfatter de følgende trinn: a) lede en strøm bestående av organisk fluid, vann og én eller flere forbindelser av jordalkalimetaller, alkalimetaller og metallioner til en saltreduksjons- og krystalliseringsenhet, b) flash-avdampe og eventuelt delvis kondensere strømmen og derved tilveiebringe en strøm med avdampet vann og organisk løsningsmiddel og en strøm med organisk fluid og forbindelsene av jordalkalimetaller, alkalimetaller og/eller metallioner, c) lede strømmen bestående hovedsakelig av organisk fluid og forbindelsene av jordalkalimetaller, alkalimetaller og/eller metallioner til en saltreduksjonsanordning, d) lage kimer av krystaller av forbindelsene av jordalkalimetaller, alkalimetaller og/eller metallioner ved hjelp av trykkreduksjon og temperaturøkning, e) fjerne delen av de presipiterte krystallene og/eller partiklene fra det organiske fluidet. Fremgangsmåten er spesielt godt egnet til prosessering av løsninger som består av mono-, di-, tri- eller polyetylenglykol eller blandinger derav.
Et problem med prosessene som involverer flash-avdamping for å konsentrere og presipitere saltene er at nivået av fangede gassbobler i væsken i bunnen av flash-avdamperen kan bli uakseptabelt høyt, og føre til kaviteringsproblemer i nedstrømspumper. Kaviteringsproblemene kan forekomme når volumfraksjonen av gass i væsken som er ekstrahert fra flash-avdamperen er fra omtrent 5 volum-% eller høyere. Dette problemet er spesielt relevant for væsker med høy viskositet, slik som i tilfellet med gjenvinning av glykol, fordi fangede gassbobler er mindre tilbøyelige til å stige opp til væske-gass grenseflaten i væsker med høy viskositet og slik unnslippe til gassfasen over væsken.
En annen faktor som påvirker problemet med fanget gass er gasstrykket i flash-avdamperen. Ved lavere gasstrykk vil en fanget gassboble bli komprimert i en høyere grad når den dras ned i væsken sammenlignet med en gassboble med tilsvarende størrelse som er fanget ved et høyere gasstrykk og som blir dratt ned i samme dybde i væsken. I monoetylen vil for eksempel en gassboble på 1 mm i diameter med et gasstrykk på IO<3>Pa rett under væske-gass grenseflaten bli komprimert til en boble med diameter 0,5 mm på 1 meters dybde i væsken. Dersom gassboblen hadde et trykk på 10<5>Pa rett under væske-gass grenseflaten vil den likevel kun bli komprimert til 0,9 mm i diameter på 1 meters dybde. Ved vakuum-flashing vil det slik være økende problemer med små gassbobler som har signifikant mindre oppdrift og som slik har mindre evne til å bli separert fra væskefasen.
En løsning på problemet med gassbobleinnfanging er angitt i US 4 375 386 som benytter en vakuumseparator tilveiebrakt med en integrert, syklontype innfangingsseparator på toppen av avdamperlegemet som omfatter en helisk spinnplate for å overføre sentrifugalvirkning på dampen og innfanget væske som stiger fra den kokende væsken i flash-kammeret. Innfanget væske blir deponert på den vertikale veggen i avdamperen og strømmer nedover motstrøms dampstrømmen ned i et samletrau, fra hvilket det føres over i et rør som returnerer til den kokende væsken.
Fra US 5 669 948 er det kjent en syklon, i hovedsak til separasjon av væske fra gass/damp som blir dannet ved trykkreduksjon av brukt kjølevæske i sammenheng med papirmasseproduksjon, som inkluderer en bekledning, et inntaksoppsett, en nedre utløpslinje for væske og en øvre utløpslinje for damp og gass. Inntaksoppsettet er forbunnet med en tilførselsledning med en ventil og inntaksoppsettet består av et utbyttbart innsettingsrør, der lengden på dette overskrider én meter, fortrinnsvis to meter, og er mest foretrukket mellom 2,5 og 3,5 meter langt. Syklonen er utstyrt med en «anti-virvel-plate» som er anbrakt på støtter direkte over bunnen på innsiden av syklonen. Platen er delt opp og består av en ekstern ringformet del, og på toppen og i front av denne er det anbrakt en homogen, sirkulær del. På grunn av anti-virvel-platen kan ikke væsken som akkumuleres i bunnen av syklonen bli fraktet vekk av virvelen som dannes i de sentrale delene av syklonen.
Et annet problem som er assosiert med syklonseparatorer er overføringen av virvelbevegelsen inn i (bulk) væsken som kan føre til en vortex-strømning inn i væskeutløpet og derved føre til at gass forlater syklonen sammen med væsken.
Oppfinnelsens formål
Hovedmålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for separasjon av væske og gass med forbedret separasjonseffektivitet.
Et ytterligere mål er å tilveiebringe en syklonseparator som er i stand til å utøve fremgangsmåten.
I tillegg sikter foreliggende oppfinnelse på å tilveiebringe en fremgangsmåte og en syklonseparator med redusert gassbobleinnfanging.
Det er også et formål å tilveiebringe en fremgangsmåte og en syklonseparator med begrenset virvelbevegelse i bulkvæsken/væskemassen for å unngå vortex-strømning av gas inn i væskeutløpet.
Beskrivelse av oppfinnelsen
Foreliggende oppfinnelse er basert på forståelsen av at problemet med gassbobleinnfanging i separatorsykloner er relatert til den vertikale hastighetskomponenten for væskefilmen som beveger seg nedover den indre veggen i syklonen. Den vertikale hastighetskomponenten gjør at væske filmen trenger en distanse ned i (bulk) væskefasen på bunnen av syklonseparatoren og slik transporterer innfangede gassbobler til en ufordelaktig dybde i væskefasen.
I et første aspekt av vedrører oppfinnelsen således en fremgangsmåte for separasjon av et fluid i en gassfase og en væskefase, der fremgangsmåten omfatter: å benytte en vertikalt orientert syklonseparatorbeholder med et utløp for gassfasen anbrakt i en øvre ende av beholderen og et utløp for væskefasen anbrakt på en nedre ende av beholderen,
å føre fluidet som skal separeres inn i beholderen med en tangentialstrømningsretning ved et høydenivå under gassfaseutløpet ved en strømningshastighet som danner en væskefilm som går nedover den indre veggen i syklonseparatoren i et helisk strømningsmønster,
å ekstrahere væske gjennom væskefaseutløpet ved en hastighet som danner en (bulk) væskefase i den nedre delen av syklonseparatoren med et relativt konstant høydenivå for (bulk) væske-gass fasegrenseflaten,
å ekstrahere gass gjennom gassfaseutløpet,
karakterisert vedat
minst én strømningshastighetsdeflektor er anordnet ved et nivå i nærheten av (bulk) væske-gass fasegrenseflaten som endrer den vertikale
hastighetskomponenten til væskefilmen som beveger seg nedover den indre veggen til syklonseparatoren til en horisontalt orientert hastighetskomponent.
I én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er den minst ene strømningshastighetsdeflektoren er anbrakt under (bulk) væske-gass fasegrenseflaten. I en foretrukket fremgangsmåte er den minst ene strømningshastighetsdeflektoren er anbrakt i området 1-25 cm, fortrinnsvis omtrent 10 cm, under (bulk) væske-gass fasegrenseflaten.
Fremgangsmåten ifølge foreliggende kan i ett aspekt derav inkludere å begrense virvelbevegelsen i (bulk) væsken på et nivå i nærheten av (bulk) væske-gass fasegrenseflaten, ved å benytte minst ett demperelement i (bulk) væsken.
I én utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er den minst ene strømningshastighetsdeflektoren anbrakt tilgrensende til den indre veggen i beholderen med en jevn overgang. Fortrinnsvis har den minst ene strømningshastighetsdeflektoren en optimalisert bøyd form for å minimalisere røring og virvling av væsken.
I en annen utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter fremgangsmåten å benytte to eller flere strømningshastighetsdeflektorer, posisjonert på ulike nivåer sammenlignet med (bulk) væske-gass fasegrenseflaten og med en radial avstand imellom.
I et andre aspekt vedrører foreliggende oppfinnelse en syklonseparator for separasjon av et fluid i en gassfase og en væskefase, som omfatter: en vertikalt orientert beholder med sylindrisk symmetri og som har et gassfaseutløp ved den øvre enden av beholderen og et væskefaseutløp på den nedre enden av beholderen,
minst ett tangentielt orientert fluidinnløp på den øvre enden under gassfaseutløpet på beholderen, som er i stand til å danne en helisk væskestrøm ned langs den indre veggen i beholderen,
en væskeekstraktor som ekstraherer væske gjennom væskefaseutløpet ved en rate som danner en (bulk) væskefase i den nedre enden av beholderen med et relativt konstant høydenivå for (bulk) væske-gass fasegrenseflaten,
en gassekstraktor som ekstraherer gass gjennom gassfaseutløpet,karakterisert vedat syklonseparatoren omfatter
minst én strømningshastighetsdeflektor lokalisert på et nivå i nærheten av (bulk) væske-gass fasegrenseflaten som endrer den vertikale hastighetskomponenten for en væskefilm som beveger seg nedover den indre veggen i beholderen til en horisontalt orientert hastighetskomponent.
I én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse av syklonseparatoren er den minst ene strømningshastighetsdeflektoren anbrakt under (bulk) væske-gass fasegrenseflaten, fortrinnsvis er den minst ene strømningshastighetsdeflektoren anbrakt i området 1-25 cm, fortrinnsvis omtrent 10 cm, under (bulk) væske-gass fasegrenseflaten.
I ett aspekt av foreliggende oppfinnelse inkluderer syklonseparatoren ytterligere minst ett vortex-brytende demperelement anbrakt på et nivå i nærheten av (bulk) væske-gass fasegrenseflaten.
I én utførelsesform er det minst ene demperelementet anbrakt under (bulk) væske-gass fasegrenseflaten.
I en annen utførelsesform omfatter syklonseparatoren ytterligere et vannoverspillningsbeskyttelseselement lokalisert over (bulk) væske-gass fasegrenseflaten.
I ett aspekt av foreliggende oppfinnelse er den minst ene
strømningshastighetsdeflektoren anbrakt inntil den indre veggen i beholderen med en jevn overgang.
I en ytterligere utførelsesform har den minste ene strømningshastighetsdeflektoren en optimalisert buet form for å minimalisere røring og virvling av væsken.
I nok en annen utførelsesform omfatter syklonseparatoren ifølge foreliggende oppfinnelse to eller flere strømningshastighetsdeflektorer som er posisjonert på ulike nivåer i forhold til (bulk) væske-gass fasegrenseflaten og med en radial avstand mellom seg.
I en foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er det minst ene demperelementet lokalisert ved omtrent det samme høydenivået som den minst ene strømningshastighetsdeflektoren.
Høydenivået til (bulk) væske-gass fasegrenseflaten blir i det følgende referert til som det normale væskenivået, NLL. Tverrsnittkonfigurasjonen til strømningshastighetsdeflektoren kan ligne på tverrsnittet til et skihopp.
Kort beskrivelse av tegningene
Foreliggende oppfinnelse vil bli diskutert i ytterligere detalj med referanse til de vedlagte tegningene der: Figur 1 illustrerer skjematisk en mulig konfigurasjon for strømningshastighetsdeflektoren, med NLL i en høyde hy over hoppet/deflektoren. Figur 2 illustrerer en situasjon med et lavt NLL, under toppen av strømningshastighetsdeflektoren. Figur 3 illustrerer skjematisk en mulig konfigurasjon av en forlenget strømningshastighetsdeflektor med en lengde ly. Figur 4 illustrerer skjematisk en annen mulig konfigurasjon for strømningshastighetsdeflektoren med variasjon i senterposisjonen for valgt kurveradius r. Figur 5 illustrerer skjematisk nok en annen mulig konfigurasjon for strømningshastighetsdeflektoren, med variasjon i senterposisjonen og kurveradius r. Figur 6 illustrerer skjematisk en mulig konfigurasjon for strømningshastighetsdeflektoren, som omfatter en ytterligere vinkel opp eller ned fra tangentiell. Figur 7 illustrerer skjematisk en mulig konfigurasjon for strømningshastighetsdeflektoren som ytterligere inkluderer en bøyning oppover og deretter flatet ende. Figur 8 illustrerer skjematisk en mulig konfigurasjon for strømningshastighetsdeflektoren der deflektoren er anbrakt i en avstand Tf fra den indre veggen i beholderen. Figur 9 illustrerer skjematisk en utførelsesform av en syklonseparator ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 10 illustrerer skjematisk en annen utførelsesform av en syklonseparator ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 11 illustrerer skjematisk nok en annen utførelsesform av en syklonseparator ifølge foreliggende oppfinnelse.
Figur 12 illustrerer en seksjon av utførelsesformen som er vist på figur 11.
Figur 13 illustrerer, sett ovenfra, fra linje B-B, som viser én utførelsesform av plateelementet. Figur 14 illustrerer en fremstilling sett ovenfra, fra linje B-B, som viser en andre utførelsesform av plateelementet. Figur 15 illustrerer en fremstilling sett ovenfra, fra linje B-B, som viser en tredje utførelsesform av plateelementet. Figur 16 illustrerer en tverrsnittfremstilling langs linjen A-A som viser én utførelsesform av vortex-bryteren. Figur 17 illustrerer en tverrsnittfremstilling langs linjen A-A som viser en andre utførelsesform av vortex-bryteren. Figur 18 illustrerer en tverrsnittfremstilling langs linjen A-A som viser en tredje utførelsesform av vortex-bryteren. Figur 19 viser effekten av foreliggende oppfinnelse på separasjonseffektiviteten.
Prinsipiell beskrivelse av oppfinnelsen
Hovedideen med foreliggende oppfinnelse er å avbøye den nedad rettede bevegelsen av væskefilmen i syklonseparatoren til en horisontalt orientert væskestrøm i det øvre nivået av (bulk) væskefasen for å forhindre at væskefilmen frakter med seg innfangede gassbobler dypt inn i (bulk) væsken. Dette trekket reduserer oppholdstiden for boblene i (bulk) væsken og forbedrer slik separasjonsbetingelsene fordi det å begrense gassboblene til å foreligge i nærheten av væske-gass fasegrenseflaten vil gi dem mer tid til å stige opp og ha en kortere avstand opp til væske-gass fasegrenseflaten.
Det kan være fordelaktig å oppnå en jevn overgang for strømningsretningen til væskefilmen når den bøyes av til et horisontalt orientert fluid, fordi dette vil redusere røring og/eller virvling av væsken, og dermed innfange færre bobler. Et annet trekk som kan være fordelaktig er designet til deflektoren, der denne fortrinnsvis bør være gitt en form og en dimensjonering som optimaliserer bobleseparasjon. Figurene 1 til 7 illustrerer eksempler på mulige utførelsesformer av deflektoren. For å komme frem til en optimal form må den effektive radiusen r
(avstand mellom punktene 4 og 6), lengden (avstanden mellom punktene 3 og 5) og forlengningen (mellom 5-7), vinkelen til forlengningen (se figur 6 der en ytterligere vinkel opp eller ned fra tangentiell, fra 5-7 til 5-8 er inkludert), posisjon for sentrum av radiusen r til kurvingen (se figur 4) bli optimalisert. Forlengningsvinkelen kan være opp eller ned fra en tangentplan. Figur 6 illustrerer en konfigurasjon for deflektoren der både sentrumet og radien er variable, indikert ved dx og dy. Figur 7 illustrerer en eksempelutførelsesform der enden er bøyd oppover, flatet ut og deretter bøyd nedover, og dette for å rette seg mot et ønsket strømningsregime som optimaliserer bobleseparasjon. Også illustrert på figurene 1-7 er posisjonen 1 for NLL. På figur 1 er høyden hy fra toppen av deflektoren opp til NLL illustrert. På figur 2 er deflektoren anbrakt med toppunktet over NLL.
Bobler som først trenger inn i væsken er for det meste summen av innfangede bobler i filmen og bobler som blir blandet inn når filmen treffer gass-væske fasegrenseflaten. I én utførelsesform av oppfinnelsen som er illustrert på figur 8 har deflektoren en avstand Tf til den indre veggen i separatoren, for derved å dele filmstrømmen og tillate mindre horisontal strømning av filmen som vil ha mesteparten av boblene som blir blandet inn når filmen treffer gass-væske grenseflaten. Mindre strømning vil danne bedre separasjonsbetingelser, og dermed kan den totale forbedringen av separasjon av innfangede bobler bli oppnådd.
Figur 9 illustrerer skjematisk konfigurasjonen til en syklonseparator som inkorporerer én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Fluid blir ført inn tangentielt gjennom fluidinntaket 11. Vortex-finneren 10 separerer den nedre væskeseksjonen fra den øvre gasseksjonen. Konfigurasjonen til gasseksjonen er ikke begrensende for foreliggende oppfinnelse og vil derfor ikke bli diskutert i ytterligere detalj. Den heliske bevegelsen til fluidet etablerer en væskefilm 12 på den indre veggen til syklonseparatoren. Væsken danner en (bulk) væskefase i den nedre enden av beholderen med en (bulk) væske-gass grenseflate 13. En strømningshastighetsdeflektor 18 er posisjonert rett under (bulk) væske-gass fasegrenseflaten. Separatoren omfatter ytterligere vortex-oppbrytende demperelementer 20 lokalisert under (bulk) væske-gass fasegrenseflaten 13. Eksempler på tverrsnittkonfigurasjon for demperelementene langs linjen A-A er illustrert på figurene 16-18. Demperelementene er i utførelsesformen illustrert på figur 9 forbundet med den indre veggen i beholderen med festemidler i formen av vertikale ribber 22 med åpninger. Ribbene kan i ett aspekt av foreliggende oppfinnelse tilveiebringe ytterligere begrensning for den eventuelle virvelbevegelsen for (bulk) væsken. Videre i den illustrerte utførelsesformen omfatter separatoren et vannoverspilningselement 14 posisjonert over (bulk) væske-gass fasegrenseflaten 13 og forbundet med beholderen via en sentral stamme. Vannoverspilningsbeskyttelseselementet 14 kan være konfigurert på ulike måter. Figurene 13-15 illustrerer ulike utførelsesformer av elementet 14 når elementet 14 sees fra en posisjon langs linjen B-B. Figur 10 illustrerer en annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Like referansenummere blir benyttet for like elementer. Her er
strømningshastighetsdeflektorene posisjonert i avstand fjernt fra den indre veggen i beholderen som tidligere diskutert i forbindelse med figur 8.
I en annen utførelsesform av oppfinnelsen, som illustrert på figur 11 og 12, så blir to 117,118 eller flere deflektorer benyttet, og som er posisjonert i ulik høyde og med en radial avstand mellom seg. Dette vil dele opp den nedad rettede strømningen av filmen som trenger inn i (bulk) væsken, og dermed blir den horisontale strømningen for hver deflektor redusert.
Fortrinnsvis ligger den nederste deflektoren 118 inntil beholderveggen for å sikre at all væske i filmen blir avbøyd til horisontal orientering. Hver av deflektorene kan ha ulike former (figur 1 til 7) for å optimalisere den totale separasjonsfunksjonen.
På figur 12, som er en seksjon av utførelsesformen som er illustrert på figur 11, så
kan man se hvordan bobler er innfanget i væskefilmen illustrert ved hvite bobler, og man kan se hvordan bobler blir innfanget ettersom de treffer (bulk) væsken illustrert med svarte bobler. Videre kan man se at noe av væsken med bobler fra væskefilmen blir brakt over i en horisontal strømning på den nederste deflektoren tangentielt med beholderveggen. Og man kan se væske med bobler fra væskefilmen når den treffer
(bulk) væsken og blir brakt over i en horisontal strømning på den øvre deflektoren som har en radial avstand fra den nederste deflektoren. På denne figuren er flere vortex-brytende midler 120 illustrert, der noen er festet til beholderveggen, noen strekker seg over hele tverrsnittet av tanken, og noen bare over sentral del av syklonen, men alle ligger tilstrekkelig under væske-gass fasegrenseflaten. Formen
på de vortex-brytende midlene kan være flate, men de kan også være krumme i alle mulige dimensjoner for å danne optimale vortex-brytende midler med hensyn på forbedring av bobleseparasjon.
Effekten av oppfinnelsen er ikke knyttet til en eksakt lokalisering der væskefilmen blir bøyd av til en horisontalt orientert fluidstrømning, men kan bli oppnådd i et område med lokaliseringer fra en avstand over væske-gass fasegrenseflaten til en avstand under væske-gass fasegrenseflaten. Fluiddynamiske beregninger av effekten av å benytte en deflektor i syklonseparatoren indikerer at med denne utførelsesformen så bør deflektoren fortrinnsvis være i størrelsesorden 1-25 cm, fortrinnsvis 10 cm, under (bulk) væske-gass fasegrenseflaten. Når det nevnes at deflektoren bør foreligge i en posisjon bør dette bli tolket som at toppenden 3 på deflektoren skal foreligge på denne posisjonen.
Likevel vil den optimale lokaliseringen av væskestrømdeflektoren være avhengig av fluidmekaniske egenskaper for både fluidfilmen og (bulk) væsken i syklonseparatoren som blir benyttet, og kan slik variere en god del. Det er sett for seg at lokaliseringen av væskestrømdeflektoren kan variere en god del. Den kan foreligge så mye som én størrelsesorden eller mer over eller under væske-gass fasegrenseflaten. Dermed er ikke oppfinnelsen knyttet til et eksakt høydenivå der væskefilmen blir avbøyd til en horisontalt orientert fluidstrøm, men kan bli oppnådd i et område med høydenivåer fra en avstand over (figur 2) væske-gass fasegrenseflaten til en avstand under (figur 1) væske-gass fasegrenseflaten.
Oppfinnelsen ifølge det første og andre aspektet kan fordelaktig benytte en vannoverspilningsbeskyttelse slik som for eksempel et plateelement over væske-gass grenseflaten for å redusere medriving (vannoverspilningseffekt) av væske i den virvlende gassfasen over væsken, analogt med «anti-virvel-platen» i US 5 669 948. Dette er fordelaktig for å redusere mengden væske som blir fraktet over i gassutløpet, men det har også den andre effekten at det også reduserer mengden bobler som blir fanget i (bulk) væsken. Vannoverspilningsbeskyttelsen kan ha enhver kjent eller tenkelig design og dimensjoner så lenge den oppnår en effekt med minskning av medriving av væskedråper i (bulk) gassfasen. Noen mulige konfigurasjoner er illustrert på figurene 13-15. I utførelsesformene på figur 14 og 15 er én eller flere åpninger anbrakt nært senteret på vannoverspilningsbeskyttelseselementet for å gjøre det mulig for gass som er fanget under elementet å strømme opp og inn i gasseksjonen.
Den vertikale hastighetskomponenten til (bulk) væsken bør være så liten som mulig for å optimalisere overføringen av gassboblene i (bulk) væsken til (bulk) gassfasen i syklonseparatoren. Slik er det sett for seg å benytte en «vortex-bryter» for å redusere virvelbevegelsen til (bulk) væsken i den nedre enden av syklonseparatorbeholderen for å unngå dannelse av en vortex-strømning som strekker seg inn i væskefaseutløpet. CFD-beregningene viste også at dersom plateelementet er festet med vertikalt utstrakte elementer (fungerer også som vortex-brytere) som er lokalisert en avstand fra den indre veggen i syklonen, så oppstår en uønsket, vertikal, nedad rettet væskestrøm langs elementene. Og det oppstår uønsket virvling eller snurring, eller begge, av væske-gass grenseflaten i nærheten av de vortex-brytende elementene som er plassert i denne høyden, som blander bobler inn i væskefasen. Disse uønskede effektene kan bli lindret ved å ha vortex-brytende elementer tilstrekkelig dypt nede i (bulk) væsken, under (bulk) væske-gass fasegrenseflaten.
I én utførelsesform av oppfinnelsen kan vannoverspilningsbeskyttelsen bli understøttet av en sentralt vertikal struktur, slik som en vertikalt orientert stang langs senteraksen til syklonseparatoren, og benytte demperelementer eller plateelementer nede i (bulk) væsken for å dempe virvelstrømmen i (bulk) væsken. Alternativt kan overspilningsbeskyttelsen være understøttet direkte mot separasjonsskallet, men dette vil ha negativ effekt på strømningen av filmen. Slik oppnår oppfinnelsen en integrert understøttelse for overspilningsbeskyttelsen, vortex-stopperen under væske-gass fasen, og den negative påvirkningen av filmen unngås.
Det første og andre aspektet av oppfinnelsen kan benytte enhver kjent eller tenkelig design og/eller dimensjonering av deflektorskjermen så lenge deflektorskjermen er i stand til å snu den vertikalt nedad rettet orienterte hastighetskomponenten til væskefilmen til en så å si horisontalt orientert hastighetskomponent ute å indusere uakseptabelt høye nivåer av turbulens ved væske-gass grenseflaten. I eksempelutførelsesformene som er vist på figurene er deflektorskjermen laget av et kvart rør som danner et «skihopp» langs den indre veggen. Som indikert ovenfor er det ingen spesifikk lokalisering av deflektorskjermen som kan bli ansett som universelt optimal. Lokaliseringen, dimensjoneringen og designet til deflektorskjermen kan variere en god del avhengig av fluidstrømningskarakteristikaene til både væskefilmen og (bulk) væsken i tillegg til av dimensjonene på syklonseparatoren dom blir benyttet.
Slik det benyttes her betyr uttrykket «relativt konstant høydenivå for væske-gass grenseflaten» at det skal foreligge en (bulk) væskefase i den nedre enden av syklonseparatorbeholderen med et mer eller mindre konstant volum med væske. Det betyr at det er et ønsket nivå for væske-gass fasegrenseflaten, men i praksis vil det være variasjoner både i volumet for (bulk) væsken og intern bevegelse av væsken som fører til mindre variasjoner i væske-gass fasegrenseflatenivået. Fremgangsmåter for kontrollering av høydenivået er velkjente på fagområdet og enhver fremgangsmåte kan bli benyttet når foreliggende oppfinnelse utøves.
Eksempler på mulige utførelsesformer og konfigurasjoner for syklonseparatoren er vist på figur 1 til 18. Disse eksemplene skal ikke tolkes som en begrensning av den generelle ideen med å konvertere den vertikale strømningshastighetskomponenten for væskefilmen til en horisontalt orientert væskestrømning i nærheten av væske-gass grenseflaten i den nedre enden av syklonseparatoren.
Gassuttaket kan ha mange utførelsesformer, slik som integrert med et destillasjonstårn, eller som med dyseutløp på en øvre del av syklonbeholderen. Den separerte gassen kan være glykol, inkludert monoetylenglykol, ofte benyttet for ny konsentrering av glykol i såkalte slip-stream-prosesser, eller en kombinasjon av glykol og vann for avdamping av glykol og vann, der nedstrømsavdampingen av gasskomponentene til disse blir separert ved destillasjon.
Eksempel
For å illustrere den mulige økningen i effektivitet som kan bli oppnådd ved å benytte foreliggende oppfinnelse så har beregninger av separasjonseffektiviteten blitt utført for tre sammenlignbare væskegeometriske konfigurasjoner, i), ii) og iii).
Fluidinntaksbetingelser og den geometriske konfigurasjonen til beholderen blir holdt uendret under de tre beregningene. Geometri i) inkluderer en strømningshastighetsdeflektor/skihopp ifølge foreliggende oppfinnelse, men inkluderer ikke ytterligere vortex-brytere/demperelementer. Geometri ii) omfatter verken skihopp eller demperelementer, mens geometri iii) omfatter både strømningshastighetsdeflektor/skihopp ifølge foreliggende oppfinnelse og vortex-brytere/demperelementer ifølge en foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Beregningene er basert på et system som ligner systemet som er illustrert på figur 9.1 geometri i) og ii) er kun de vertikale ribbene 22 inkludert mens demperelementene 20 er inkludert i geometri iii), der demperelementene er konstruert som illustrert på figur 16.
Resultatet av beregningene er illustrert på figur 19. Den positive effekten av skihoppet på separasjonen av de mindre boblene er åpenbar når det sammenlignes med væskegeometri i) og ii). Ved å inkludere demperelementene i geometri iii) blir en ytterligere separasjonseffekt på de mindre gassboblene oppnådd.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for separering av et fluid til en gassfase og en væskefase, der fremgangsmåten omfatter: benytte en vertikalt orientert syklonseparatorbeholder med et utløp for gassfasen anbrakt i en øvre ende av beholderen og et utløp for væskefasen anbrakt på en nedre ende av beholderen, føre fluidet som skal separeres inn i beholderen ved en tangentialstrømningsretning ved et høydenivå under gassfaseutløpet ved en strømningshastighet som danner en væskefilm (12) som går nedover den indre veggen i syklonseparatoren i et helisk strømningsmønster, ekstrahere væske gjennom væskefaseutløpet ved en hastighet som danner en (bulk) væskefase i den nedre delen av syklonseparatoren med et relativt konstant høydenivå for (bulk) væske-gass fasegrenseflaten (13), ekstrahere gass gjennom gassfaseutløpet,karakterisert vedat minst én strømningshastighetsdeflektor (18) anbrakt nærliggende den indre veggen av beholderen blir benyttet ved et nivå i nærheten av (bulk) væske-gass fasegrenseflaten som endrer den vertikale hastighetskomponenten til væskefilmen som beveger seg nedover den indre veggen til syklonseparatoren til en horisontalt orientert hastighetskomponent.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der den minst ene strømningshastighetsdeflektoren (18) er anbrakt under (bulk) væske-gass fasegrenseflaten (13).
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, der den minst ene strømningshastighetsdeflektoren (18) er anbrakt i området 1-25 cm, fortrinnsvis omtrent 10 cm, under (bulk) væske-gass fasegrenseflaten.
4. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 3, der fremgangsmåten ytterligere inkluderer å begrense virvelbevegelsen til (bulk) væsken ved et nivå i nærheten av (bulk) væske-gass fasegrenseflaten, ved å benytte minst ett demperelement (20) anbrakt i (bulk) væsken.
5. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-4, der den minst ene strømningshastighetsdeflektoren er anbrakt nærliggende den indre veggen av beholderen med en jevn overgang.
6. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-4, der den minst ene strømningshastighetsdeflektoren har en optimalisert krum form for å minimalisere røring og virvling av væsken.
7. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-6, der fremgangsmåten omfatter å benytte to eller flere strømningshastighetsdeflektorer (117, 118), posisjonert på ulike nivåer sammenlignet med (bulk) væske-gass fasegrenseflaten (13) og med radial avstand mellom.
8. Syklonseparator for separasjon av et fluid til en gassfase og en væskefase, som omfatter: en vertikalt orientert beholder med sylindrisk symmetri og som har et gassfaseutløp på den øvre enden av beholderen og et væskefaseutløp på den nedre enden av beholderen, minst ett tangentielt orientert fluidinntak (11) på den øvre enden under gassfaseutløpet på beholderen, som er i stand til å danne en helisk væskestrøm ned langs den indre veggen i beholderen, en væskeekstraktor som ekstraherer væske gjennom væskefaseutløpet ved en rate som danner en (bulk) væskefase på i den nedre enden av beholderen med et relativt konstant høydenivå for (bulk) væske-gass fasegrenseflaten, en gassekstraktor som ekstraherer gass gjennom gassfaseutløpet,karakterisert vedat syklonseparatoren omfatter minst én strømningshastighetsdeflektor (18) anbrakt nærliggende den indre veggen i beholderen lokalisert på et nivå i nærheten av (bulk) væske-gass fasegrenseflaten som endrer den vertikale hastighetskomponenten for en væskefilm som beveger seg nedover den indre veggen i beholderen til en horisontalt orientert hastighetskomponent.
9. Syklonseparator ifølge krav 8, der den minst ene strømningshastighetsdeflektoren er anbrakt under (bulk) væske-gass fasegrenseflaten.
10. Syklonseparator ifølge krav 8 eller 9, der den minst ene strømningshastighetsdeflektoren er anbrakt i området 1-25 cm, fortrinnsvis omtrent 10 cm, under (bulk) væske-gass fasegrenseflaten.
11. Syklonseparator ifølge ethvert av kravene 8 til 10, der syklonseparatoren ytterligere inkluderer minst ett vortex-brytende demperelement (20) anbrakt på et nivå i nærheten av (bulk) væske-gass fasegrenseflaten.
12. Syklonseparator ifølge krav 11, der det minst ene demperelementet (20) er anbrakt under (bulk) væske-gass grenseflaten (13).
13. Syklonseparator ifølge ethvert av kravene 8 til 12, der syklonseparatoren ytterligere omfatter et vannoverspillningsbeskyttelseselement (14) lokalisert over (bulk) væske-gass fasegrenseflaten (13).
14. Syklonseparator ifølge ethvert av kravene 8-13, der den minst ene strømningshastighetsdeflektoren er anbrakt inntil den indre veggen i beholderen med en glatt overgang.
15. Syklonseparator ifølge ethvert av kravene 8-14, der den minst ene strømningshastighetsdeflektoren har en optimalisert buet form for å minimalisere røring og virvling av væsken.
16. Syklonseparator ifølge ethvert av kravene 8-15, der syklonseparatoren omfatter to eller flere strømningshastighetsdeflektorer (117, 118), posisjonert på ulike nivåer sammenlignet med (bulk) væske-gass fasegrenseflaten (13) og med radial avstand mellom.
NO20130738A 2010-11-04 2013-05-28 Fremgangsmåte for separasjon av gass og væske og syklonseparatorer til dette NO340453B1 (no)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US41000210P 2010-11-04 2010-11-04
GB1111108.5A GB2485251B (en) 2010-11-04 2011-06-30 Method for separating gas and liquid and cyclone separators therefore
PCT/EP2011/069240 WO2012059514A1 (en) 2010-11-04 2011-11-02 Method for separating gas and liquid and cyclone separators therefore

Publications (2)

Publication Number Publication Date
NO20130738A1 true NO20130738A1 (no) 2013-05-28
NO340453B1 NO340453B1 (no) 2017-04-24

Family

ID=44485411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20130738A NO340453B1 (no) 2010-11-04 2013-05-28 Fremgangsmåte for separasjon av gass og væske og syklonseparatorer til dette

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9233320B2 (no)
AP (1) AP2013006889A0 (no)
AU (1) AU2011325139B2 (no)
BR (1) BR112013011059B1 (no)
GB (1) GB2485251B (no)
NO (1) NO340453B1 (no)
WO (1) WO2012059514A1 (no)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150089907A1 (en) * 2013-10-01 2015-04-02 John Reid Centrifugal spark arrestor assembly
KR101701280B1 (ko) * 2015-10-06 2017-02-13 두산중공업 주식회사 사이클론 타입의 기액분리장치 및 이를 포함하는 강제순환식 증발기
CA3033350C (en) * 2016-08-09 2019-12-31 Rodney Allan Bratton In-line swirl vortex separator
CN108436848B (zh) * 2017-02-16 2024-02-27 博世电动工具(中国)有限公司 空气预清洁组件及具有其的电动工具
CN113063050B (zh) * 2021-04-08 2023-07-07 临夏市供排水公司 一种可分离气体的自来水管道
US11850605B2 (en) * 2022-03-01 2023-12-26 Saudi Arabian Oil Company Apparatus and method to separate and condition multiphase flow

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3822533A (en) * 1972-03-04 1974-07-09 Nederlandse Gasunie Nv Device for removing impurities from gases
SE412529B (sv) * 1977-03-07 1980-03-10 Celleco Ab Anordning vid en hydrocyklonseparator for att minska risken for forlust av lett fraktion och igensettning av den tunga fraktionens utloppsoppning
JPS5684656A (en) * 1979-12-12 1981-07-10 Nippon Mining Co Ltd Centrifugal separator
US4375386A (en) 1981-05-07 1983-03-01 The Badger Company, Inc. Cyclonic entrainment separator for evaporator
US5116488A (en) * 1990-08-28 1992-05-26 Kamyr, Inc. Gas sparged centrifugal device
SE468240B (sv) 1991-12-23 1992-11-30 Kamyr Ab Saett och cyklonanordning foer att motverka skumbildning
NO307503B1 (no) 1997-03-05 2000-04-17 Kvaerner Process Systems As FremgangsmÕte ved og anordning for behandling og bearbeiding av et fluid
US6440197B1 (en) * 1999-07-27 2002-08-27 G.B.D. Corp. Apparatus and method separating particles from a cyclonic fluid flow including an apertured particle separation member within a cyclonic flow region
NO318709B1 (no) * 2000-12-22 2005-05-02 Statoil Asa Innretning for separasjon av en vaeske fra en flerfase-fluidstrom
JP3889246B2 (ja) * 2001-06-15 2007-03-07 小島プレス工業株式会社 燃料電池用気液分離器
NO315788B1 (no) * 2001-10-18 2003-10-27 Consept As Vertikalt orientert separator for fjerning av v¶skedråper fra en gasström
US7520997B2 (en) * 2004-09-04 2009-04-21 Antoun Gregory S Separation devices, systems and methods for separation of particulates from liquid
DE102008004393B3 (de) * 2008-01-14 2009-07-16 Miele & Cie. Kg Vorrichtung zum Abscheiden von Staub aus staubbeladener Luft, insbesondere zur Verwendung in einem Staubsauger

Also Published As

Publication number Publication date
GB2485251B (en) 2013-03-20
US20130239811A1 (en) 2013-09-19
NO340453B1 (no) 2017-04-24
GB2485251A (en) 2012-05-09
GB201111108D0 (en) 2011-08-10
BR112013011059A2 (pt) 2016-08-23
WO2012059514A1 (en) 2012-05-10
AU2011325139B2 (en) 2016-03-31
AP2013006889A0 (en) 2013-05-31
BR112013011059B1 (pt) 2020-11-17
US9233320B2 (en) 2016-01-12
AU2011325139A1 (en) 2013-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO20130738A1 (no) Fremgangsmate for separasjon av gass og vaeske og syklonseparatorer til dette
US10450515B2 (en) Separation vessel with enhanced particulate removal
NO315028B1 (no) Fremgangsmate og et system for separering av en blanding
CN103071318B (zh) 利用旋流或离心场与压力梯度场耦合进行液体脱气的装置
NO20101393A1 (no) Innlopsanordning for gravitasjonsseparator
DK179274B1 (en) Split flow pipe separator
US20140275690A1 (en) Systems and methods for sub-sea separation
CN204865094U (zh) 高效海上油气生产油气水三相分离器
NO20111751A1 (no) Kompakt gass-vaeske treghetsseparasjonssystem
NO152730B (no) Separator for adskillelse av olje og gass
CN104707403A (zh) 带挡板防水击分离罐
BR112015002284B1 (pt) sistema de separação multifásica e método para separação de líquidos e gases em um fluido multifásico
NO166520B (no) Gasssfjerner.
CN107737466B (zh) 一种油气水卧式三相分离器与油气水分离方法
US10981088B2 (en) Sand collection and concentration tank
NO337168B1 (no) Apparat og fremgangsmåte for miksing av i det minste en første og andre fluidfase
NO20140389A1 (no) Undersjøisk varmevekslerinnretning og en fremgangsmåte for å forbedre graden av varmeoverføring i en undersjøisk varmeveksler
US20200282338A1 (en) Sand removal tank
CN201582788U (zh) 汽水分离器
CN108150148A (zh) 深海油气水分离装置
CN204411781U (zh) 一种三相分离器
CN101979118B (zh) 多支管油气液三相分离器
NO20120521A1 (no) Undervanns separasjonssystemer
CN204582857U (zh) 一种汽液旋风分离器
CN207950752U (zh) 一种煤气水静置分离装置

Legal Events

Date Code Title Description
CHAD Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften)

Owner name: FJORDS PROCESSING AS, NO

CHAD Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften)

Owner name: NOV PROCESS & FLOW TECHNOLOGIES AS, NO