RU2291736C2 - Method of the gas-dynamic separation - Google Patents
Method of the gas-dynamic separation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2291736C2 RU2291736C2 RU2004127177/15A RU2004127177A RU2291736C2 RU 2291736 C2 RU2291736 C2 RU 2291736C2 RU 2004127177/15 A RU2004127177/15 A RU 2004127177/15A RU 2004127177 A RU2004127177 A RU 2004127177A RU 2291736 C2 RU2291736 C2 RU 2291736C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- liquid
- separation
- dynamic separation
- stream
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технике низкотемпературной обработки многокомпонентных углеводородных газов (природных и нефтяных), а именно для осушки газа путем конденсации из него водного и (или) углеводородных компонентов. Изобретение может быть использовано в системах сбора, подготовки и переработки многокомпонентных углеводородных газов.The invention relates to techniques for low-temperature processing of multicomponent hydrocarbon gases (natural and petroleum), namely for drying gas by condensation of water and (or) hydrocarbon components from it. The invention can be used in systems for the collection, preparation and processing of multicomponent hydrocarbon gases.
Известен способ газодинамической сепарации (Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. - М.: ООО "Недра - Бизнесцентр" - 1999. - С.336), включающий закрученную подачу потока высоконапорного многокомпонентного углеводородного газа в сопло, его изоэнтальпийное расширение с охлаждением при истечении с околозвуковой скоростью, конденсацию компонентов из расширенного и охлажденного газа, осаждение конденсата из вращающегося охлажденного потока газа на твердую поверхность с образованием на ней жидкой пленки и удаление последней через щелевое коаксиальное отверстие в зону с пониженным давлением, которую создают рециркуляционным эжектированием из нее газовой фазы исходным газом, повышение давления очищенного газового потока путем его торможения в диффузоре и подачу его потребителю.A known method of gas-dynamic separation (Bekirov T.M., Lanchakov G.A. Technology for processing gas and condensate. - M .: Nedra - Business Center LLC - 1999. - P.336), including a swirling flow of a high-pressure multicomponent hydrocarbon gas in nozzle, its iso-enthalpy expansion with cooling upon expiration at a transonic speed, condensation of components from an expanded and cooled gas, precipitation of condensate from a rotating cooled gas stream on a solid surface with the formation of a liquid film on it and removal after therein through said slitted opening coaxial to the zone of reduced pressure which is created by the recirculation ejecting therefrom the gas phase source gas, raising the purified gas stream by means of its braking pressure in the diffuser and supplying it to the consumer.
При изоэнтальпийном расширении газа в сопле при его истечении с околозвуковой скоростью (300-360 м/с) потенциальная энергия - давление газа переходит в кинетическую энергию, при этом газ охлаждается и приобретает статическую температуру, около минус 50°С (при исходной температуре газа +10°С). При низкой температуре происходит конденсация углеводородных компонентов С3+выше. Чем сильнее охлаждение газа, тем глубже его осушка от жидкости (уменьшение температуры точки росы конденсируемых компонентов). Поэтому для обеспечения эффективной работы газодинамического сепаратора необходимо усилить охлаждение газа, что на околозвуковых скоростях недостижимо.When the gas expands in the nozzle with isoenthalpy when it expires at a transonic speed (300-360 m / s), the potential energy is the gas pressure converted into kinetic energy, while the gas cools and acquires a static temperature of about minus 50 ° С (at the initial gas temperature + 10 ° C). At low temperatures, condensation of the hydrocarbon components C 3 + above occurs. The stronger the cooling of the gas, the deeper its dehydration from the liquid (a decrease in the dew point of the condensed components). Therefore, to ensure the effective operation of the gas-dynamic separator, it is necessary to enhance the cooling of the gas, which is unattainable at transonic speeds.
Усиление охлаждения газа достигается в способе газодинамической сепарации (Ф.Акомото, Дж.М.Бравер. Ультразвуковой метод подготовки газа // Нефтегазовые технологии №6 - 2002 - С.41 - 44), включающем закрученную подачу потока высоконапорного многокомпонентного углеводородного газа в сопло, его изоэнтальпийное расширение с охлаждением при истечении со сверхзвуковой скоростью, конденсацию компонентов из расширенного и охлажденного газа, осаждение конденсата из вращающегося охлажденного потока газа на твердую поверхность с образованием на ней жидкой пленки и удаление последней сквозь щелевое коаксиальное отверстие в зону с пониженным давлением, которую создают рециркуляционным эжектированием из нее газовой фазы исходным газом, повышение давления очищенного газового потока путем его торможения в диффузоре и подачу его потребителю.Enhanced gas cooling is achieved in a gas-dynamic separation method (F.Akomoto, J.M. Braver. Ultrasonic gas preparation method // Oil and Gas Technologies No. 6 - 2002 - P. 41 - 44), including a swirling flow of a high-pressure multicomponent hydrocarbon gas into the nozzle, its isentalpic expansion with cooling upon expiration at a supersonic speed, condensation of components from the expanded and cooled gas, precipitation of condensate from a rotating cooled gas stream on a solid surface with the formation on it film and removing the latter through the slotted coaxial hole into the zone with reduced pressure, which is created by recirculating ejection of the gas phase from it with the source gas, increasing the pressure of the purified gas stream by braking it in the diffuser and supplying it to the consumer.
При истечении газа со сверхзвуковыми скоростями достигается статическая температура в потоке порядка минус 100°С и интенсифицируется конденсация компонентов из газа.When a gas flows at supersonic speeds, a static temperature in the flow of the order of minus 100 ° C is achieved and the condensation of the components from the gas is intensified.
Однако при сверхзвуковых скоростях отделение сконденсировавшихся компонентов от вращающегося охлажденного потока газа неэффективно. Высокая турбулентность, порожденная большими скоростями истечения газа, срывает осевшие жидкие частицы с твердой поверхности и уносит их из газодинамического сепаратора. Поэтому необходимо очень быстро удалять осевшие жидкие частицы с твердой поверхности в зону с пониженным давлением. Перемещение осевших частиц обуславливается действием разности давлений в потоке газа и в зоне пониженного давления. С целью создания разрежения в этой зоне из нее эжектируется газ исходным газом. Причем чем большее количество газа эжектируется из этой зоны, тем глубже разрежение в этой зоне и тем быстрее удаляется осевшая жидкость с твердой поверхности. Вместе с жидкостью в зону пониженного давления поступает и газ из основного потока. Поэтому получается замкнутое рециркуляционное движение газа из зоны пониженного давления в охлажденный поток и из охлажденного потока опять в эту зону.However, at supersonic speeds, separating condensed components from a rotating cooled gas stream is inefficient. The high turbulence generated by the high velocities of gas outflow disrupts the settled liquid particles from a solid surface and carries them away from the gas-dynamic separator. Therefore, it is necessary to very quickly remove settled liquid particles from a solid surface in a zone with reduced pressure. The movement of settled particles is caused by the difference in pressure in the gas stream and in the zone of reduced pressure. In order to create a vacuum in this zone, gas is ejected from it by the source gas. Moreover, the larger the amount of gas ejected from this zone, the deeper the vacuum in this zone and the faster the settled liquid is removed from the solid surface. Together with the liquid, gas from the main stream enters the zone of reduced pressure. Therefore, a closed recirculation movement of gas from the reduced pressure zone to the cooled stream and from the cooled stream back to this zone is obtained.
Однако создание зоны с пониженным давлением путем рециркуляционного эжектирования из нее газа исходным газом приводит к потерям энергии - давления исходного газа. Потери энергии тем больше, чем глубже создаваемое разрежение в зоне. Но потери энергии влекут за собой снижение скорости охлаждаемого газа и, как следствие, повышение его температуры и снижение интенсивности конденсации компонентов. Таким образом, описанное техническое противоречие обуславливает большие расходы энергии в виде потерь давления газа при реализации работы по данному способу газодинамического сепаратора.However, the creation of a zone with reduced pressure by recirculating ejection of gas from it by the source gas leads to energy losses - pressure of the source gas. The loss of energy is greater, the deeper the vacuum created in the zone. But energy losses entail a decrease in the speed of the cooled gas and, as a consequence, an increase in its temperature and a decrease in the intensity of condensation of the components. Thus, the described technical contradiction leads to large energy expenditures in the form of gas pressure losses when implementing work on this method of a gas-dynamic separator.
Цель настоящего изобретения - повышение эффективности газодинамической сепарации и снижение затрат энергии - давления газа.The purpose of the present invention is to increase the efficiency of gas-dynamic separation and reduce energy costs - gas pressure.
Общим для аналогов и заявляемого способа газодинамической сепарации являются закрученная подача исходного потока высоконапорного многокомпонентного углеводородного газа в сопло, изоэнтальпийное расширение газа с охлаждением при его истечении с околозвуковой или сверхзвуковой скоростью, конденсация компонентов в расширенном и охлажденном вращающимся потоке газа, отделение от газа конденсата, сбор конденсата в зоне с пониженным давлением, которую создают путем эжектирования из нее газовой фазы, повышение давления очищенного газового потока путем его торможения в диффузоре и удаление очищенного газа и конденсата.Common to analogues and the proposed method of gas-dynamic separation are the swirling supply of the initial flow of high-pressure multicomponent hydrocarbon gas to the nozzle, iso-enthalpy expansion of the gas with cooling when it expires at a transonic or supersonic speed, condensation of components in an expanded and cooled rotating gas stream, separation from the gas of condensate, collection of condensate condensate in the zone with reduced pressure, which is created by ejecting the gas phase from it, increasing the pressure of the purified gas of flow through the diffuser to decelerate and removing purified gas and condensate.
Отличием предлагаемого способа от аналогов является то, что в исходный газ дополнительно вводят конденсируемые компоненты в жидкой или паровой фазах, в расширенном и охлажденном вращающимся потоке создают приосевую область, состоящую преимущественно из газовой фазы, и периферийную область - из газожидкостной смеси сконденсированных и несконденсированных компонентов, последнюю отводят в зону пониженного давления, где производят разделение газожидкостной смеси на жидкость и газ, последний эжектируют очищенным газом приосевой области, при этом газодинамическую сепарацию производят однократно или многократно.The difference of the proposed method from analogues is that condensable components are additionally introduced into the source gas in the liquid or vapor phases, in the expanded and cooled rotating flow an axial region is formed, which consists mainly of the gas phase, and the peripheral region is a gas-liquid mixture of condensed and non-condensed components, the latter is diverted to the reduced pressure zone, where the gas-liquid mixture is separated into liquid and gas, the latter is ejected with purified gas from the axial region, while gas-dynamic separation is performed once or repeatedly.
Отличием является и то, что исходный газ охлаждают жидкостью, удаляемой из зоны пониженного давления, и(или) очищенным газом.The difference is that the source gas is cooled by a liquid removed from the zone of reduced pressure and (or) purified gas.
Отличием, кроме того, является то, что газожидкостную смесь отводят в зону пониженного давления со скоростью, равной аксиальной скорости перемещения расширенного и охлажденного вращающегося потока.The difference, in addition, is that the gas-liquid mixture is diverted to the reduced pressure zone at a speed equal to the axial velocity of the expanded and cooled rotating stream.
Отличием является также то, что газожидкостную смесь отводят из расширенного и охлажденного потока тангенциально к направлению его вращения.The difference is also that the gas-liquid mixture is diverted from the expanded and cooled stream tangentially to the direction of its rotation.
Отличием является еще и то, что газожидкостную смесь отводят по нормали к направлению движения расширенного и охлажденного вращающегося потока сквозь пористую твердую поверхность.The difference is also that the gas-liquid mixture is diverted along the normal to the direction of movement of the expanded and cooled rotating stream through the porous solid surface.
Отличием является также то, что разделение газожидкостной смеси на жидкость и газ производят в фильтрующем материале.The difference is also that the separation of the gas-liquid mixture into liquid and gas is carried out in the filter material.
Отличием является также то, что при производстве многократной газодинамической сепарации вводимые в исходный газ конденсируемые компоненты подают из последующей ступени в предыдущую ступень газодинамической сепарации.The difference is also that in the production of multiple gas-dynamic separation, condensable components introduced into the source gas are fed from the next stage to the previous stage of gas-dynamic separation.
Отличием является еще и то, что при производстве многократной газодинамической сепарации газ, отделенный в зоне пониженного давления от жидкости, подают из предыдущей ступени сепарации в последующую ступень.The difference is also that in the production of multiple gas-dynamic separation, gas separated in the zone of reduced pressure from the liquid is supplied from the previous separation stage to the next stage.
Отличием является и то, что при производстве многократной газодинамической сепарации исходный газ предыдущей ступени охлаждается очищенным газом последующей ступени.The difference is that in the process of multiple gas-dynamic separation, the source gas of the previous stage is cooled by the purified gas of the next stage.
Ввод в исходный газ 1 (фиг.1, 2) конденсируемых компонентов 2 в жидкой или паровой фазах позволяет насытить газ этими компонентами и создать центры их конденсации. Этот технический прием позволяет интенсифицировать конденсацию компонентов в расширяющемся газе и, в конечном итоге, повысить эффективность газодинамической сепарации.The introduction into the source gas 1 (Fig.1, 2) of condensable components 2 in the liquid or vapor phases allows the gas to be saturated with these components and create centers of their condensation. This technique makes it possible to intensify the condensation of components in an expanding gas and, ultimately, to increase the efficiency of gas-dynamic separation.
Создание в расширенном и охлажденном вращающемся потоке приосевой области 3 (фиг.1), состоящей преимущественно из газовой фазы, и периферийной области 4 - из газожидкостной смеси сконденсированных и несконденсированных компонентов позволяет за счет действия центробежных сил очистить от жидкости большую часть газа в приосевом потоке и сконцентрировать ее в узком слое периферийной области, в котором находится максимальное количество жидкости и минимальное количество газа. Данным техническим приемом достигается отделение жидкости от основной массы газа, что снижает в дальнейшем энергетические затраты на отвод газожидкостной смеси от основного потока и, в конечном итоге, повышает эффективность газодинамической сепарации.The creation in the expanded and cooled rotating flow of the axial region 3 (Fig. 1), consisting mainly of the gas phase, and the peripheral region 4 — of a gas-liquid mixture of condensed and non-condensed components allows, due to the action of centrifugal forces, to clear most of the gas in the axial flow from the liquid and concentrate it in a narrow layer of the peripheral region, in which there is a maximum amount of liquid and a minimum amount of gas. This technique allows the separation of liquid from the bulk of the gas, which further reduces the energy costs of removing the gas-liquid mixture from the main stream and, ultimately, increases the efficiency of gas-dynamic separation.
Отвод газожидкостной смеси в зону пониженного давления 5 (фиг.1) с последующим разделением смеси на жидкость и газ позволяет при небольших скоростях и при практически ламинарном режиме течения выполнить качественное отделение жидкости от газа. Данным техническим приемом повышается эффективность отделения жидкости от газа и в конечном итоге повышается эффективность газодинамической сепарации.The removal of the gas-liquid mixture into the zone of reduced pressure 5 (Fig. 1), followed by separation of the mixture into liquid and gas, allows for low-speed and practically laminar flow regimes to perform high-quality separation of liquid from gas. This technique increases the efficiency of separation of liquid from gas and ultimately increases the efficiency of gas-dynamic separation.
Эжектирование газа 6, отделенного от жидкости, из зоны пониженного давления 5 очищенным газом 7 приосевой области 3 позволяет эффективно создавать разрежение в зоне пониженного давления без потерь энергии (давления) исходного газа, которая идет на расширение последнего и конденсацию жидкости. Как следствие этим техническим приемом повышается глубина охлаждения расширяющегося газа и интенсифицируется процесс конденсации, т.е. в конечном итоге повышается эффективность газодинамической сепарации.The ejection of gas 6, separated from the liquid, from the reduced
Многократное производство газодинамической сепарации позволяет более углубленно очистить газ от конденсирующихся компонентов, т.е. повысить эффективность очистки газа.Multiple production of gas-dynamic separation allows a more in-depth purification of gas from condensing components, i.e. increase gas cleaning efficiency.
Охлаждение исходного газа 1 (фиг.3) жидкостью 8, удаляемой из зоны пониженного давления, и (или) очищенным газом 9 позволяет снизить его температуру и тем самым углубить его охлаждение при расширении и интенсифицировать процесс конденсации компонентов. Данным техническим приемом утилизируется холод и снижается расход энергии (давления) исходного газа на его охлаждение. В конечном итоге этот прием повышает эффективность газодинамической сепарации.The cooling of the source gas 1 (Fig. 3) with a
Отвод газожидкостной смеси в зону пониженного давления со скоростью, равной аксиальной скорости перемещения расширенного и охлажденного вращающегося потока, позволяет сохранить температуру газожидкостной смеси, равную величине статической температуры расширившегося газа, и тем самым предотвратить обратное испарение компонентов в газ. Этот технический прием повышает эффективность газодинамической сепарации.The removal of the gas-liquid mixture into the zone of reduced pressure at a speed equal to the axial velocity of the expanded and cooled rotating stream, allows you to keep the temperature of the gas-liquid mixture equal to the static temperature of the expanded gas, and thereby prevent the reverse evaporation of the components into the gas. This technique increases the efficiency of gas-dynamic separation.
Отвод газожидкостной смеси из расширенного и охлажденного потока тангенциально 10 (фиг.4, 5) к направлению его вращения позволяет сохранить момент вращения, и под действием последнего интенсивно разделить в зоне 5 пониженного давления газожидкостную смесь на газ и жидкость. Таким образом, этот технический прием позволяет повысить эффективность газодинамической сепарации.The removal of the gas-liquid mixture from the expanded and cooled stream tangentially 10 (Fig. 4, 5) to the direction of its rotation allows you to save the moment of rotation, and under the action of the latter, intensively separate the gas-liquid mixture in the
Отвод газожидкостной смеси по нормали 11 (фиг.6) к направлению движения 12 расширенного и охлажденного вращающегося потока сквозь пористую твердую поверхность 13 позволяет равномерно вдоль расширенного потока отвести всю газожидкостную смесь, тем самым понизить скорость ее движения в зоне 5 пониженного давления и укрупнить частицы жидкости, проходящие сквозь твердую пористую поверхность. Как следствие, этим техническим приемом достигается повышение эффективности осаждения жидкости в зоне пониженного давления и отделения ее от газа, что приводит в конечном итоге к повышению эффективности газодинамической сепарации.The removal of the gas-liquid mixture along the normal 11 (Fig. 6) to the direction of
Разделение газожидкостной смеси на жидкость и газ в фильтрующем материале 14 (фиг.7) повышает эффективность отделения мелкодисперсных частиц жидкости от газа, и как следствие повышает эффективность газодинамической сепарации.The separation of the gas-liquid mixture into liquid and gas in the filter material 14 (Fig.7) increases the efficiency of separation of fine particles of liquid from gas, and as a result increases the efficiency of gas-dynamic separation.
Удаление при многократной газодинамической сепарации (фиг.8) жидкости 15 из последующей ступени 16 и ввод ее в предыдущую ступень 17 газодинамической сепарации позволяет утилизировать более глубокий холод, получаемый на последующей ступени 16, и тем самым интенсифицировать процесс конденсации. В конечном итоге этот технический прием повышает эффективность газодинамической сепарации.Removing during multiple gas-dynamic separation (Fig. 8) of
Подача при производстве многократной газодинамической сепарации (фиг.8) газа 18, отделенного в зоне 5 пониженного давления от жидкости из предыдущей ступени сепарации 17, в последующую ступень 18 позволяет не затрачивать энергию газа предыдущей ступени на эжектирование из зоны пониженного давления и тем самым уменьшить общие затраты энергии - давления газа.The gas supply during the production of multiple gas-dynamic separation (Fig. 8) of
При производстве многократной газодинамической сепарации (фиг.8) охлаждение исходного газа 19 предыдущей ступени 17 очищенным газом 20 последующей ступени 16 позволяет утилизировать более глубокий холод и интенсифицировать процесс конденсации и, как следствие, повысить эффективность газодинамической сепарации.In the production of multiple gas-dynamic separation (Fig. 8), the cooling of the
Заявителю и авторам не известны из существующего уровня техники повышение эффективности газодинамической сепарации и снижение потерь давления газа при этом подобным образом.The applicant and the authors are not known from the existing level of technology to increase the efficiency of gas-dynamic separation and reduce gas pressure losses in this way.
Способ газодинамической сепарации осуществляется в оборудовании, представленном на фиг.1-8, которое различается между собой конструктивно.The method of gas-dynamic separation is carried out in the equipment shown in Fig.1-8, which is structurally different.
В газодинамическом сепараторе (фиг.1) исходный поток 1 высоконапорного многокомпонентного газа закручивается в вихревой камере 21 (фиг.1, 2). Из вихревой камеры 21 закрученный поток газа подается в сопло 22. Газ, истекая через сопло 22 с околозвуковой или сверхзвуковой скоростью, расширяется и движется внутри цилиндрической холодильной камеры 23. При этом у него снижается статическая температура. В охлажденном таким образом газе происходит конденсация компонентов.In the gas-dynamic separator (Fig. 1), the
С целью интенсификации конденсации в исходный газ 1 через патрубок 24 и форсунку 25 дополнительно вводят конденсируемые компоненты 2. Дополнительно введенные в жидкой или паровой фазах конденсируемые компоненты насыщают собой газ и создают центры конденсации.In order to intensify the condensation, condensable components 2 are additionally introduced into the
За счет дополнительно введенных компонентов, с включением сконденсировавшихся компонентов, которые были в исходном газе, в потоке холодного газа образуется под действием центробежных сил периферийная область 4, состоящая из газожидкостной смеси, и приосевая область 3 (фиг.1), состоящая из газовой фазы.Due to the additionally introduced components, including the condensed components that were in the source gas, a peripheral region 4 consisting of a gas-liquid mixture and an axial region 3 (Fig. 1) consisting of a gas phase are formed under the action of centrifugal forces in a cold gas stream.
Отвод газожидкостной смеси в зону пониженного давления 5 (фиг.1) осуществляется через коаксиальное щелевое отверстие 26. Зона 5 пониженного давления находится между цилиндрической холодильной камерой 23 и корпусом 27 аппарата. Отвод газожидкостной смеси 4 в зону 5 (фиг.1, 3) через щель 26 осуществляют со скоростью, равной аксиальной скорости перемещения расширенного и охлажденного вращающегося потока, что позволяет сохранить температуру газожидкостной смеси, равную величине статической температуры расширившегося газа, и тем самым предотвратить обратное испарение компонентов в газ. В зоне 5 пониженного давления при небольших скоростях, при практически ламинарном режиме течения под действием гравитационной силы происходит разделение газожидкостной смеси на газ и жидкость.The discharge of the gas-liquid mixture into the reduced pressure zone 5 (Fig. 1) is carried out through the coaxial slotted hole 26. The reduced
Эжектирование газа 6 (фиг.1), отделенного от жидкости, из зоны пониженного давления 5 производится очищенным газом 7 приосевой области 3, который истекает из патрубка 28. Эжектируемый и эжектирующий газы образуют в горловине 29 газовую смесь - очищенный газ. Очищенный газ, поступая из горловины 29, затормаживается и повышает свое давление в диффузоре 30.Ejection of gas 6 (Fig. 1), separated from the liquid, from the reduced
Из аппарата (фиг.1) очищенный газ удаляется по патрубку 31, а отделенная жидкость через регулятор уровня 32.From the apparatus (figure 1), the purified gas is removed through the pipe 31, and the separated liquid through the level controller 32.
В газодинамической сепарационной установке, представленной на фиг.3, производится охлаждение исходного газа 1 жидкостью 8, в теплообменнике 33 следующим образом. Жидкость, удаляемая из зоны 5 пониженного давления через регулятор уровня 32, накапливается в изотермической емкости 34 и нагнетается насосом 35 в теплообменник 33. В теплообменнике 33 исходный газ отдает тепло холодной жидкости, которая затем удаляется потребителю по линии 36. Исходный газ в установке (фиг.3) охлаждается также очищенным газом 9 в теплообменнике 37. Исходный газ 1 подается в теплообменники 33 и 37 по линиям 38 и 39, выводится из них соответственно по линиям 40 и 41 и поступает в завихритель 21 газодинамического сепаратора по линии 42. В установке газодинамической сепарации (фиг.3) утилизируется холод и снижается расход энергии (давления) исходного газа на его охлаждение.In the gas-dynamic separation unit shown in figure 3, the
В газодинамическом сепараторе на фиг.4, 5 осуществляется отвод газожидкостной смеси через устройство 43 из расширенного и охлажденного потока тангенциально 10 к направлению его вращения. Это позволяет сохранить момент вращения газожидкостной смеси, и под действием последнего интенсивно разделить в зоне 5 пониженного давления газожидкостную смесь на газ и жидкость.In the gas-dynamic separator in FIGS. 4, 5, the gas-liquid mixture is discharged through the
В газодинамическом сепараторе на фиг.6 стенки холодильной камеры 23 выполнены из пористого твердого материала - металлокерамики. Отвод газожидкостной смеси по нормали 11 (фиг.6) к направлению движения 12 расширенного и охлажденного вращающегося потока сквозь пористую твердую поверхность 13 позволяет равномерно вдоль расширенного потока отвести всю газожидкостную смесь. Этим достигается понижение скорости ее поступления и движения в зоне 5 пониженного давления и тем самым улучшаются условия осаждения жидкости. Проходя через пористую поверхность, частицы жидкости укрупняются, что также способствует их осаждению.In the gas-dynamic separator in Fig.6, the walls of the refrigerating
В конструкции газодинамического сепаратора на фиг.7 в пространстве между его корпусом 27 и холодильной камерой 23 расположен фильтрующий материал 14. Разделение газожидкостной смеси на жидкость и газ в фильтрующем материале 14 повышает эффективность отделения мелкодисперсных частиц жидкости от газа и как следствие повышает эффективность работы газодинамического сепаратора.In the design of the gas-dynamic separator in Fig. 7,
На фиг.8 представлен фрагмент установки, предназначенной для осуществления многократной газодинамической сепарации. На этом фрагменте показаны две ступени - два газодинамических сепаратора 16 и 17. Эти сепараторы соединены друг с другом последовательно по очищаемому газу. Исходный газ подается по линии 19 в сепаратор 17. Затем очищенный газ из сепаратора 17 по линии 44 подается на последующую ступень - в сепаратор 16. В сепараторе 16 газ подвергается углубленной очистке. После чего он удаляется по линии 20. Из сепаратора 16 жидкость удаляется по линии 15, а из сепаратора 17 газ, отделенный от жидкости, удаляется в сепаратор 16 по линии 18. Очищенный газ удаляется по линии 20 через теплообменник 45, в который подается исходный газ по линии 19.On Fig presents a fragment of the installation intended for the implementation of multiple gas-dynamic separation. This fragment shows two stages - two gas-
Удаление при многократной газодинамической сепарации (фиг.8) жидкости по линии 15 из сепаратора 16 и ввод ее в сепаратор 17 позволяет утилизировать более глубокий холод, получаемый в сепараторе 16, и тем самым интенсифицировать процесс конденсации.Removing during multiple gas-dynamic separation (Fig. 8) of the liquid along
Подача газа по линии 18, отделенного в зоне 5 пониженного давления от жидкости, из сепаратора 17 в сепаратор 18 позволяет не затрачивать энергию газа предыдущей ступени на эжектирование из зоны пониженного давления и тем самым уменьшить общие затраты энергии - давления газа.The gas supply through
Охлаждение в теплообменнике 45 исходного газа, поступающего по линии 19, очищенным газом, поступающим по линии 20 из сепаратора 16, позволяет утилизировать более глубокий холод и интенсифицировать процесс конденсации, что в конечном итоге повышает работу такой установки газодинамической сепарации в целом.Cooling in the
Реализация способа газодинамической сепарации иллюстрируется следующими примерами.The implementation of the gas-dynamic separation method is illustrated by the following examples.
ПРИМЕР 1EXAMPLE 1
Способ газодинамической сепарации в устройстве, представленном на фиг.1, 2, реализуется следующим образом.The method of gas-dynamic separation in the device shown in figures 1, 2, is implemented as follows.
В устройство (фиг.1) подают исходный поток высоконапорного многокомпонентного углеводородного газа 1. Исходный газ имеет давление 13,0 МПа, температуру 293 К и компонентный состав, об.%: СН4 - 88,5; С2Н6 - 1,3; С3Н8 - 3,5; С4Н10 - 2, 8; С5Н12 + выше - 3,9.The feed stream of a high-pressure
Исходный газ поступает в вихревую камеру 21 (фиг.2), в которой он закручивается. Закрученный поток подается в сопло 22. При истечении газа с околозвуковой или сверхзвуковой скоростью через это сопло он изоэнтальпийно расширяется до статического давления порядка 4,0 МПа и охлаждается. Статическая температура в расширенном вращающемся потоке газа составляет 224 К. В расширенном и охлажденном вращающемся газе происходит конденсация углеводородных компонентов. При движении вращающегося газа внутри цилиндрической холодильной камеры 23 за счет центробежных сил происходит перемещение жидких частиц конденсата из приосевой области 3 вихревого потока в его периферийную область 4. Из периферийной области конденсат отводят в зону пониженного давления 5, которую создают путем эжектирования из нее газовой фазы 6. Эжектирование газовой фазы 6 производят очищенным газом 7. Поток очищенного газа затормаживают в диффузоре 30, тем самым повышают его давление до 7,5 МПа. При этом температура очищенного газа повышается до 272К. Очищенный газ отводят через патрубок 31. Конденсат удаляется через регулятор уровня 32.The source gas enters the vortex chamber 21 (figure 2), in which it swirls. The swirling flow is fed into the nozzle 22. When the gas flows at a transonic or supersonic speed through this nozzle, it expands isoenthally to a static pressure of about 4.0 MPa and cools. The static temperature in the expanded rotating gas stream is 224 K. In the expanded and cooled rotating gas, condensation of hydrocarbon components occurs. When the rotating gas moves inside the
С целью интенсификации процесса выделения из приосевой области 3 охлажденного газа компонентов С3Н8, С4Н10, С5Н12 + выше в исходный газ 1 (фиг.1) через патрубок 24 и форсунку 25 дополнительно вводят конденсируемые углеводородные компоненты 2 (фиг.1): С3Н8; С4Н10; С5Н12 + выше в жидкой или паровой фазах. Общее количество вводимых компонентов составляет от 1 до 5 мас.% от исходного газа. Эти компоненты вводятся в смешанном виде. В этой смеси содержится: С3Н8 - 30%; С4Н10 - 35%; C5H12 + выше - 35%.In order to intensify the process of isolating from the axial region 3 of the cooled gas of the components C 3 H 8 , C 4 H 10 , C 5 H 12 + higher, the condensed hydrocarbon components 2 are additionally introduced into the source gas 1 (Fig. 1) through the pipe 24 and the nozzle 25 ( figure 1): C 3 H 8 ; C 4 H 10 ; C 5 H 12 + higher in the liquid or vapor phases. The total amount of input components is from 1 to 5 wt.% Of the source gas. These components are administered in mixed form. This mixture contains: C 3 H 8 - 30%; C 4 H 10 - 35%; C 5 H 12 + higher - 35%.
В расширенном и охлажденном вращающемся потоке создают за счет центробежных сил приосевую область 3, состоящую преимущественно из газовой фазы, и периферийную область 4 из газожидкостной смеси сконденсированных и несконденсированных компонентов. Газожидкостную смесь отводят в зону 5 (фиг.1) пониженного давления, где производят под действием силы тяжести разделение газожидкостной смеси на жидкость и газ 6, который эжектируют очищенным газом 7 приосевой области 3. При этом газодинамическую сепарацию производят однократно в устройстве (фиг.1) или многократно, например, в установке (фиг.8), в которой последовательно объединены два таких устройства.In the expanded and cooled rotating stream, due to centrifugal forces, an axial region 3 is formed, which consists mainly of the gas phase, and the peripheral region 4 of a gas-liquid mixture of condensed and non-condensed components. The gas-liquid mixture is diverted to the reduced pressure zone 5 (FIG. 1), where, under the action of gravity, the gas-liquid mixture is separated into liquid and gas 6, which is ejected with purified gas 7 of the axial region 3. In this case, gas-dynamic separation is performed once in the device (FIG. 1 ) or repeatedly, for example, in the installation (Fig. 8), in which two such devices are connected in series.
Однократно очищенный газ имеет компонентный состав, в об.%: СН4 - 93,95; С2Н6 - 1,25; С3Н8 - 1,9; С4Н10 - 1,6; С5Н12 + выше - 1,3.Once purified gas has a component composition, in vol.%: CH 4 - 93.95; C 2 H 6 - 1.25; C 3 H 8 - 1.9; C 4 H 10 - 1.6; With 5 H 12 + higher , 1.3.
Двукратно очищенный газ в установке (фиг.8) имеет компонентный состав, в об.%: СН4 - 99,17; С2Н6 - 0,8; C3H8 - 0,02; С4Н10 - 0,01; C5H12 + выше - 0.Twice purified gas in the installation (Fig. 8) has a component composition, in vol.%: CH 4 - 99.17; C 2 H 6 - 0.8; C 3 H 8 - 0.02; C 4 H 10 - 0.01; C 5 H 12 + above - 0.
ПРИМЕР 2.EXAMPLE 2
Способ газодинамической сепарации интенсифицируется в установке (фиг.3), которая содержит устройство (фиг.1, 2), два теплообменника 33, 37, насос и изотермическую емкость 34.The method of gas-dynamic separation is intensified in the installation (figure 3), which contains the device (figure 1, 2), two
Интенсификация осуществляется путем охлаждения исходного газа в теплообменнике 33 жидкостью 8, удаляемой из зоны 5 пониженного давления, и в теплообменнике 37 очищенным газом 9. При этом жидкость вначале удаляется из зоны пониженного давления 5 в изотермическую емкость 34, затем насосом подается в теплообменник 33. За счет производимой таким образом рекуперации холода температура исходного газа снижается с 293 К до 250 К. Соответственно происходит уменьшение статической температуры в расширенном вращающемся потоке газа до 191 К, что в свою очередь приводит к увеличению количества конденсируемых компонентов. При давлении 13 МПа и компонентном составе исходного газа, об.%: СН4 - 88,5; С2Н6 - 1,3; C3H8 - 3,5; С4Н10 - 2, 8; C5H12 + выше - 3,9; компонентный состав очищенного газа в установке (фиг.3) составляет в об.%: СН4 - 96,1; С2Н6 - 1,2; С3Н8 - 1,0; С4Н10 - 1,0; С5Н12 + выше - 0,7.The intensification is carried out by cooling the source gas in the
ПРИМЕР 3.EXAMPLE 3
При реализации способа газодинамической сепарации в устройстве (фиг.1, 2) и установке (фиг.3) с целью предотвращения испарения сконденсировавшихся компонентов, и, как следствие, уменьшения их уноса на 3-5% газожидкостную смесь из периферийной области 4 отводят в зону пониженного давления 5 со скоростью, равной величине аксиальной скорости перемещения расширенного и охлажденного вращающегося потока. Для чего в устройстве (фиг.1) выполняется зазор между цилиндрической холодильной камерой 23 и патрубком 28, равный или на 7% превышающий толщину периферийной области 4 газожидкостного слоя.When implementing the method of gas-dynamic separation in the device (Fig. 1, 2) and installation (Fig. 3) in order to prevent the evaporation of condensed components, and, as a result, to reduce their entrainment by 3-5%, the gas-liquid mixture from the peripheral region 4 is diverted to the zone reduced
ПРИМЕР 4.EXAMPLE 4
При реализации способа газодинамической сепарации с целью использования момента вращения охлажденного потока для интенсификации процесса отделения жидкости от газа в зоне 5 пониженного давления газожидкостная смесь отводится тангенциально 10 к направлению вращения охлажденного потока через устройство 43 (фиг.4, 5).When implementing the method of gas-dynamic separation in order to use the moment of rotation of the cooled stream to intensify the process of separating the liquid from the gas in the reduced
Данный технический прием, реализованный в устройстве (фиг.4, 5) позволяет сохранить момент вращения, использовать центробежные силы для эффективного разделения газожидкостной смеси в зоне 5 пониженного давления и в конечном итоге улучшить сепарацию мелкодисперсных жидких частиц размером более 10 мкм.This technique, implemented in the device (FIGS. 4, 5), allows one to maintain the rotation moment, use centrifugal forces to efficiently separate the gas-liquid mixture in the reduced
ПРИМЕР 5.EXAMPLE 5
При реализации способа газодинамической сепарации с целью получения равномерного поля скоростей в зоне 5 пониженного давления и создания тем самым в этой зоне благоприятных условий для разделения газожидкостной смеси, а также с целью укрупнения частиц жидкости, газожидкостную смесь отводят по нормали 11 (фиг.6) к направлению движения 12 расширенного и охлажденного вращающегося потока сквозь пористую твердую поверхность металлокерамики 13 цилиндрической холодильной камеры 23. Проходя через пористую поверхность 13, жидкие частицы укрупняются в три раза и более. После этого их усредненный размер достигает 20-30 мкм. Эффективность осаждения таких частиц с равномерной скоростью в зоне 5 пониженного давления достигает 87-91%.When implementing the method of gas-dynamic separation in order to obtain a uniform velocity field in
ПРИМЕР 6.EXAMPLE 6
При реализации способа газодинамической сепарации с целью эффективного отделения газа от жидкости разделение газожидкостной смеси производят в фильтрующем материале 14, который расположен в зоне пониженного давления между цилиндрической холодильной камерой 23 и корпусом 27 устройства (фиг.7). С целью интенсификации процесса отделения газа от жидкости фильтрующий материал выполняется гидрофильным. Эффективность улавливания частиц жидкости размером более 5 мкм в фильтрационном материале достигает 97-99%.When implementing the method of gas-dynamic separation in order to effectively separate gas from liquid, the separation of the gas-liquid mixture is carried out in the
ПРИМЕР 7.EXAMPLE 7
При производстве многократной газодинамической сепарации, двукратной как показано в установке (фиг.8), жидкость по линии 15 из последующей ступени 16 вводят в предыдущую ступень 17 сепарации. Это позволяет утилизировать более глубокий холод, получаемый на последующей ступени 16, и тем самым интенсифицировать процесс конденсации углеводородных компонентов на 5-13%.In the production of multiple gas-dynamic separation, double as shown in the installation (Fig. 8), the liquid along the
ПРИМЕР 8.EXAMPLE 8
При производстве многократной газодинамической сепарации в установке (фиг.8) газ, отделенный от жидкости в зоне пониженного давления, подают по линии 18 из предыдущей ступени сепарации 17 в последующую ступень 16.In the production of multiple gas-dynamic separation in the installation (Fig. 8), gas separated from the liquid in the reduced pressure zone is supplied via
Это позволяет не затрачивать энергию очищенного газа предыдущей ступени 17 на эжектирование газа из зоны пониженного давления и тем самым уменьшить общие затраты энергии - давления газа на 5-8%.This allows you not to spend the energy of the purified gas of the
ПРИМЕР 9.EXAMPLE 9
При производстве многократной газодинамической сепарации (фиг.8) охлаждение исходного газа 19 предыдущей ступени 17 очищенным газом 20 последующей ступени 16 позволяет утилизировать более глубокий холод, интенсифицировать процесс конденсации и, как следствие, повысить эффективность работы газодинамического сепаратора на 27-33%.In the production of multiple gas-dynamic separation (Fig. 8), the cooling of the
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004127177/15A RU2291736C2 (en) | 2004-09-13 | 2004-09-13 | Method of the gas-dynamic separation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004127177/15A RU2291736C2 (en) | 2004-09-13 | 2004-09-13 | Method of the gas-dynamic separation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004127177A RU2004127177A (en) | 2006-02-20 |
| RU2291736C2 true RU2291736C2 (en) | 2007-01-20 |
Family
ID=36050637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004127177/15A RU2291736C2 (en) | 2004-09-13 | 2004-09-13 | Method of the gas-dynamic separation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2291736C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2553922C2 (en) * | 2013-07-29 | 2015-06-20 | Валентин Николаевич Косенков | Complex drying and cleaning of associate oil gas by centrifugal separation and membrane filtration followed by vortex combustion |
| RU2606427C2 (en) * | 2015-05-21 | 2017-01-10 | Илшат Минуллович Валиуллин | Method of gas-dynamic separation |
| EP3912703A1 (en) | 2020-05-19 | 2021-11-24 | Sergey I. Aladyev | Gas purification method from impurities |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107875679A (en) * | 2017-09-22 | 2018-04-06 | 广东林顿重工股份有限公司 | A kind of buffer unit |
-
2004
- 2004-09-13 RU RU2004127177/15A patent/RU2291736C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ФРЕД ОКИМОТО и др. Ультразвуковой метод подготовки газа, Нефтегазовые технологии, 2002, №6, с.41-44. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2553922C2 (en) * | 2013-07-29 | 2015-06-20 | Валентин Николаевич Косенков | Complex drying and cleaning of associate oil gas by centrifugal separation and membrane filtration followed by vortex combustion |
| RU2606427C2 (en) * | 2015-05-21 | 2017-01-10 | Илшат Минуллович Валиуллин | Method of gas-dynamic separation |
| EP3912703A1 (en) | 2020-05-19 | 2021-11-24 | Sergey I. Aladyev | Gas purification method from impurities |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004127177A (en) | 2006-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2604185A (en) | Method and apparatus for treating gases | |
| US3884660A (en) | Gas-liquid separator | |
| US6878187B1 (en) | Seeded gas-liquid separator and process | |
| US6712215B2 (en) | Method and apparatus for recovery of lost diluent in oil sands extraction tailings | |
| JP5507667B2 (en) | Separation system with swirl valve | |
| EA004226B1 (en) | Method for removing condensables from a natural gas stream at a wellhead, device therefor and wellhead choke comprising such device | |
| JP2003506201A (en) | Method and apparatus for economical solid-liquid separation in water-based solutions | |
| BRPI0519419B1 (en) | method for degassing a fluid mixture | |
| WO2014117633A1 (en) | Method and apparatus for improving hydrogen utilization rate of hydrogenation apparatus | |
| CN108424792A (en) | Integrated cooling separator and its working method | |
| RU2378038C2 (en) | Trap of aerosol particles | |
| RU2291736C2 (en) | Method of the gas-dynamic separation | |
| CN106244189A (en) | Containing ash high-temperature oil gas washing separation device and washing separating method | |
| CN110835565B (en) | Natural gas-liquid separation device | |
| RU2606427C2 (en) | Method of gas-dynamic separation | |
| TW201228939A (en) | Thermal desalination using breaking jet flash vaporisation | |
| RU2352878C1 (en) | Gas-dynamic separation method | |
| RU2353422C1 (en) | Gas-dynamic separator | |
| JPS5995916A (en) | Method and apparatus for purifying gas carrying solid | |
| CN101002992A (en) | Supersonic, combination type jetting tube for whirl condensation separation | |
| CN206881951U (en) | It is a kind of to be flowed back supersonic cyclone separator from ejection circulation | |
| US3170007A (en) | Apparatus for cleaning dust-laden gases | |
| WO2021169912A1 (en) | Device and method for treating sulfur-containing organic wastewater by means of wet oxidation | |
| RU2158623C1 (en) | Method of compression and supply under pressure of hydrocarbon-containing gaseous media (versions) | |
| CN211302127U (en) | Device for removing organic solvent in polyisoprene latex |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20060206 |
|
| FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20060511 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090914 |