RU2773182C1 - Method for separation of a flow of a multi-component medium (options) - Google Patents
Method for separation of a flow of a multi-component medium (options) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2773182C1 RU2773182C1 RU2021138614A RU2021138614A RU2773182C1 RU 2773182 C1 RU2773182 C1 RU 2773182C1 RU 2021138614 A RU2021138614 A RU 2021138614A RU 2021138614 A RU2021138614 A RU 2021138614A RU 2773182 C1 RU2773182 C1 RU 2773182C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flow
- multicomponent
- medium
- nozzle channel
- swirling
- Prior art date
Links
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 43
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 21
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000003068 static Effects 0.000 claims description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 9
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 9
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000001273 butane Substances 0.000 claims description 5
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 4
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 4
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 52
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 abstract description 4
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 6
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 4
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral Effects 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к способам низкотемпературной обработки потока многокомпонентной среды, а именно - сепарации природного газа и может быть использовано с целью отделения жидкой фракции углеводородных газов, а также более тяжелых углеводородов С5+, попутной генерации электроэнергии при подготовке природного газа в нефтегазовой промышленности.The invention relates to methods for low-temperature processing of a flow of a multicomponent medium, namely, the separation of natural gas, and can be used to separate the liquid fraction of hydrocarbon gases, as well as heavier C 5+ hydrocarbons, associated electricity generation in the preparation of natural gas in the oil and gas industry.
Известен способ сжижения газа, включающий его адиабатическое охлаждение в сверхзвуковом сопле и отбор жидкой фазы, при этом перед подачей газового потока в сопло его закручивают до достижения центробежного ускорения в потоке во время прохождения им сопла не менее 10000g, а отбор жидкой фазы в сопле осуществляют в месте, отстоящем от точки росы на расстоянии, определяемом соотношением L=V⋅τ, где L - расстояние от точки росы в сопле до места отбора сжиженной компоненты, м; V - скорость газового потока на входе в сопло, м/с; τ - время движения капель сжиженной компоненты от оси потока до стенки сопла, с; g - ускорение свободного падения, м/с2 (Патент RU №2139479, МПК F25J 1/00, 1999).A known method of gas liquefaction, including its adiabatic cooling in a supersonic nozzle and the selection of the liquid phase, while before the gas flow is fed into the nozzle, it is swirled until centrifugal acceleration in the flow during the passage of the nozzle is not less than 10000g, and the liquid phase is withdrawn in the nozzle in a place separated from the dew point at a distance determined by the ratio L=V⋅τ, where L is the distance from the dew point in the nozzle to the place of selection of the liquefied component, m; V is the gas flow velocity at the nozzle inlet, m/s; τ is the time of movement of drops of the liquefied component from the flow axis to the nozzle wall, s; g - free fall acceleration, m/s 2 (Patent RU No. 2139479, IPC
Основными недостатками известного способа являются необходимость в высокой степени закрутки потока газа перед его подачей в сопло до обеспечения значений центробежного ускорения в потоке во время прохождения им сопла более 10000g с целью предупреждения уноса капель сконденсировавшейся жидкой фазы с основным потоком, низкая эффективность отвода жидкой фракции к периферийным областям сопла, низкая эффективность улавливания сконденсировавшихся компонентов при сверхзвуковых скоростях, отсутствие генерации электрической энергии.The main disadvantages of the known method are the need for a high degree of swirling of the gas flow before it is fed into the nozzle to ensure the values of centrifugal acceleration in the flow during the passage of the nozzle more than 10000g in order to prevent the entrainment of drops of the condensed liquid phase with the main flow, the low efficiency of removing the liquid fraction to the peripheral nozzle areas, low efficiency of catching condensed components at supersonic speeds, lack of generation of electrical energy.
Из уровня техники известен способ сжижения и сепарации газов или выделения одного или нескольких газов из их смеси, включающий подачу в основное дозвуковое или сверхзвуковое сопло потока газа, состоящего из одной или нескольких частей, закрутку одной или нескольких частей потока вокруг размещенных полностью или частично в основном сопле одного или нескольких дополнительных дозвуковых или сверхзвуковых сопел, выходы которых размещены в дозвуковой или сверхзвуковой части основного сопла, и совместную подачу всех частей газового потока в основное дозвуковое или сверхзвуковое сопло, обеспечивающее расширение газа с достижением статического давления и статической температуры, которые соответствуют условию конденсации газа или его целевых компонент, и отбор газожидкостной смеси, обогащенной целевыми компонентами, от газовой смеси, при этом газовые потоки через дополнительные сопла подают закрученными и/или незакрученными с обеспечением давлений на выходах дополнительных сопел достаточными для истечения газа из них в основном сопле (Патент RU №2380630, МПК F25J 3/06, 2010).From the prior art, a method is known for liquefying and separating gases or separating one or more gases from their mixture, which includes supplying a gas flow consisting of one or more parts to the main subsonic or supersonic nozzle, swirling one or more parts of the flow around placed completely or partially in the main the nozzle of one or more additional subsonic or supersonic nozzles, the outlets of which are located in the subsonic or supersonic part of the main nozzle, and the joint supply of all parts of the gas flow to the main subsonic or supersonic nozzle, which ensures gas expansion to achieve static pressure and static temperature that correspond to the condensation condition gas or its target components, and the selection of a gas-liquid mixture enriched in the target components from the gas mixture, while gas flows through additional nozzles are supplied swirling and / or not swirling to ensure pressures at the outlets of additional nozzles sufficient for I expiration of gas from them in the main nozzle (Patent RU No. 2380630, IPC F25J 3/06, 2010).
К основным недостаткам известного способа сжижения и сепарации газов или выделения одного или нескольких газов из их смеси относятся сложность реализации способа, обусловленная подачей части потока газов в одно или несколько дополнительных дозвуковых или сверхзвуковых сопел и закруткой вокруг них оставшейся части потока газов, необходимость в высокой степени закрутки части газового потока перед его подачей в основное дозвуковое или сверхзвуковое сопло с целью предупреждения уноса капель сконденсировавшейся жидкой фазы с основным потоком, отсутствие генерации электрической энергии.The main disadvantages of the known method of liquefying and separating gases or separating one or more gases from their mixture include the complexity of the method implementation, due to the supply of a part of the gas flow to one or more additional subsonic or supersonic nozzles and swirling the remaining part of the gas flow around them, the need for a high degree swirling part of the gas flow before it is fed into the main subsonic or supersonic nozzle in order to prevent the entrainment of drops of the condensed liquid phase with the main flow, the absence of generation of electrical energy.
Известна комбинированная система сепаратора и турбогенератора, содержащая смонтированные внутри основного трубопровода с газом высокого давления турбину и генератор, перед турбиной внутри основного трубопровода установлены последовательно и аксиально завихритель, секция сепарации жидкости и секция отбора газожидкостного потока, причем секция отбора газожидкостного потока соединена дополнительным трубопроводом с основным потоком после турбины, а в дополнительном трубопроводе установлен регулирующий клапан, при этом поток газа направляют в завихритель, представляющий собой неподвижный элемент с лопатками, установленными под углом атаки к входному потоку, после прохождения лопаток поток приобретает тангенциальную скорость, т.е. закручивается, закрученный поток газа далее подают в секцию сепарации жидкости, в которой за счет центробежных сил капли отбрасываются к стенкам канала, на выходе из секции сепарации жидкости вся жидкость концентрируется в двухфазном пограничном слое на стенках канала, после чего в секции отбора газожидкостного потока происходит отбор пристеночного двухфазного пограничного слоя, газожидкостный поток далее отводят через дополнительный трубопровод в основной канал за турбину, при этом при помощи регулирующего клапана регулируют расход газа, отбираемого через дополнительный трубопровод, и обеспечивают требуемый расход газа через турбину, такое регулирование позволяет поддерживать оптимальный расход газа через турбину в условиях изменения электрической нагрузки на генератор (потребной мощности генератора) (Патент RU №2746349, МПК F25B 11/00, F01D 15/10, F01D 1/02, B01D 45/12, B01D 45/16, 2021).A combined system of a separator and a turbogenerator is known, containing a turbine and a generator mounted inside the main pipeline with high-pressure gas, a swirler, a liquid separation section and a gas-liquid flow selection section are installed in series and axially in front of the turbine inside the main pipeline, and the gas-liquid flow selection section is connected by an additional pipeline to the main flow after the turbine, and a control valve is installed in the additional pipeline, while the gas flow is directed to the swirler, which is a fixed element with blades installed at an angle of attack to the inlet stream, after passing through the blades, the flow acquires a tangential velocity, i.e. swirls, the swirling gas flow is then fed into the liquid separation section, in which, due to centrifugal forces, drops are thrown to the channel walls, at the exit from the liquid separation section, all the liquid is concentrated in a two-phase boundary layer on the channel walls, after which the gas-liquid flow selection section takes place near-wall two-phase boundary layer, the gas-liquid flow is further diverted through an additional pipeline into the main channel behind the turbine, while using a control valve, the gas flow taken through the additional pipeline is regulated and the required gas flow through the turbine is ensured, such regulation allows maintaining the optimal gas flow through the turbine under the conditions of changing the electrical load on the generator (the required power of the generator) (Patent RU No. 2746349, IPC
Основными недостатками способа работы известной комбинированной системы являются необходимость в высокой степени закрутки потока перед секцией сепарации жидкости до обеспечения значений центробежного ускорения в потоке во время прохождения им сопла секции сепарации жидкости более 10000g с целью предупреждения уноса капель сконденсировавшейся жидкой фазы с основным потоком газа и достижения каплями жидкости стенок канала, низкая эффективность генерации электроэнергии ввиду использования энергии обедненного газового потока, а также повышенные требования к качеству потока газа, проходящего через турбину.The main disadvantages of the method of operation of the known combined system are the need for a high degree of swirling of the flow before the liquid separation section to ensure the values of centrifugal acceleration in the flow during the passage of the nozzle of the liquid separation section of more than 10000g in order to prevent the entrainment of drops of the condensed liquid phase with the main gas flow and reaching the drops liquids of the channel walls, low efficiency of power generation due to the use of energy from a depleted gas flow, as well as increased requirements for the quality of the gas flow passing through the turbine.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип относится способ и устройство для сепарации многокомпонентной среды, которое включает форкамеру с установленным в ней средством закручивания потока среды, соединенный с форкамерой сопловой канал для сепарации и узел отбора капель и/или твердых частиц, канал сепарации, содержащий конфузорный, диффузорный и расположенный между ними цилиндрический участки, причем цилиндрический участок имеет длину образующей больше чем 0,1D, где D - диаметр цилиндрического участка, при этом диффузорный участок выполнен с кольцевым уступом в виде ступени, плоскость которой расположена перпендикулярно оси канала для снижения уровня пульсации в потоке и, как следствие, увеличения эффективности сепарации и уменьшения потерь полного давления потока среды (Патент RU №2538992, МПК F25J 3/00, 2015 - прототип).The closest technical solution in terms of the set of features to the claimed object and adopted as a prototype is a method and device for separating a multicomponent medium, which includes a prechamber with a medium flow swirling device installed in it, a nozzle channel for separation connected to the prechamber and a droplet and / or solid selection unit particles, a separation channel containing confuser, diffuser and cylindrical sections located between them, moreover, the cylindrical section has a generatrix length of more than 0.1D, where D is the diameter of the cylindrical section, while the diffuser section is made with an annular ledge in the form of a step, the plane of which is located perpendicular to the channel axis to reduce the level of pulsation in the flow and, as a result, increase the separation efficiency and reduce the total pressure loss of the medium flow (Patent RU No. 2538992, IPC F25J 3/00, 2015 - prototype).
Недостатками известного способа являются необходимость в высокой степени закрутки потока многокомпонентной среды в конфузорном участке соплового канала до обеспечения значений центробежного ускорения в потоке во время прохождения им сопла более 10000g с целью предупреждения уноса капель сконденсировавшейся жидкой фазы с основным потоком газа и достижения каплями стенок диффузорного участка, низкая эффективность отвода жидкой фракции к периферийным областям диффузорного участка, низкая эффективность улавливания сконденсировавшихся компонентов при сверхзвуковых скоростях, отсутствие генерации электрической энергии.The disadvantages of the known method are the need for a high degree of swirling of the flow of a multicomponent medium in the confusing section of the nozzle channel to ensure the values of centrifugal acceleration in the flow during the passage of the nozzle more than 10000g in order to prevent the entrainment of drops of the condensed liquid phase with the main gas flow and the drops to reach the walls of the diffuser section, low efficiency of removal of the liquid fraction to the peripheral areas of the diffuser section, low efficiency of trapping condensed components at supersonic speeds, lack of generation of electrical energy.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в создании способа сепарации потока многокомпонентной среды, в котором отсутствуют указанные недостатки, а при его использовании не требуется высокая степень закрутки потока многокомпонентной среды в конфузорном участке соплового канала, при этом организация направленного отвода жидкой фракции к периферийным областям диффузорного участка выполняется с гораздо большей эффективностью, благодаря чему происходит значительно меньший унос сконденсировавшейся фракции с основным газовым потоком, при этом имеется дополнительная возможность попутной генерации электрической энергии.The task to be solved by the claimed invention is to create a method for separating the flow of a multicomponent medium, which does not have these disadvantages, and when using it, a high degree of swirl of the flow of a multicomponent medium in the confusing section of the nozzle channel is not required, while organizing a directed removal of the liquid fraction to peripheral areas of the diffuser section is carried out with much greater efficiency, due to which there is a significantly lower entrainment of the condensed fraction with the main gas flow, while there is an additional possibility of associated generation of electrical energy.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в предложенном способе сепарации потока многокомпонентной среды, заключающемся в подаче потока многокомпонентной среды в устройство, содержащее сопловой канал с конфузорным и диффузорным участками, и расположенным между ними критическим сечением, устройство закручивания упомянутого потока, установленное в указанном канале, узел отбора капель и/или твердых частиц, установленный в выходной части диффузорного участка, согласно изобретению, устройство для закручивания потока многокомпонентной среды выполняют в виде профилированного тела вращения, торцы которого соединяют с основаниями входного и выходного конусов, причем наружную поверхность упомянутого тела вращения, предпочтительно, выполняют эквидистантной внутренней поверхности диффузорного участка соплового канала, при этом на поверхности указанного тела вращения размещают профилированные лопатки с образованием каналов между ними, преимущественно спиралевидных, причем в концевой части каналов выполняют профилированный зазор, при этом устройство закручивания потока многокомпонентной среды устанавливают коаксиально в диффузорном участке соплового канала, причем входной конус устройства для закручивания потока многокомпонентной среды располагают на расстоянии от критического сечения, при котором обеспечивают значение скорости потока многокомпонентной среды выше скорости звука, при этом в выходной части диффузорного участка соплового канала закрепляют полый конус с образованием кольцевой полости у внутренней поверхности диффузорного участка соплового канала, причем упомянутую полость соединяют с полостью узла отбора капель и/или твердых частиц, при этом при сепарации поток многокомпонентной среды под действием входного давления подают в сопловой канал, где потоку придают ускорение путем пропускания через конфузорный участок, после чего поток многокомпонентной среды пропускают через критическое сечение соплового канала, в котором обеспечивают увеличение скорости потока многокомпонентной среды до звуковых значений в данной среде, после чего поток многокомпонентной среды подают в диффузорный участок соплового канала, в котором обеспечивают значение скорости упомянутого потока выше скорости звука в данной среде, при этом в упомянутом потоке снижают статическое давление до минимальных значений, а статическую температуру - до значений ниже температуры точки росы, и обеспечивают конденсацию в дисперсном многокомпонентном газовом потоке жидкой фракции пропана, бутана и более тяжелых углеводородов С5+ в виде капель жидкости, после чего многокомпонентный газовый поток, имеющий сверхзвуковую скорость, подают на входной конус устройства закручивания потока, обеспечивая равномерность, сглаживание пульсаций, снижение газодинамического сопротивления движению и предотвращение отрыва упомянутого потока, который затем закручивают, производят его расширение и направляют жидкую фракцию тяжелых углеводородов в пристеночный слой на периферии диффузорного участка соплового канала под действием центробежной силы, а затем - в кольцевую полость с частью газа и далее - в полость узла отбора капель и/или твердых частиц, при этом основной отсепарированный газовый поток направляют к поверхности выходного конуса устройства закручивания потока, обеспечивая равномерность и снижение газодинамического сопротивления движению упомянутого потока, а затем - внутрь полого конуса, откуда его отбирают для дальнейшего использования.The solution of this problem is achieved by the fact that in the proposed method for separating the flow of a multicomponent medium, which consists in supplying a flow of a multicomponent medium to a device containing a nozzle channel with confuser and diffuser sections, and a critical section located between them, the device for swirling the said flow, installed in the specified channel, droplet and/or solid particle selection unit installed in the outlet part of the diffuser section, according to the invention, the device for swirling the flow of a multicomponent medium is made in the form of a profiled body of revolution, the ends of which are connected to the bases of the inlet and outlet cones, and the outer surface of the said body of revolution, preferably , perform an equidistant inner surface of the diffuser section of the nozzle channel, while profiled blades are placed on the surface of the specified rotation body with the formation of channels between them, mainly spiral, and in the end part to the analogs make a profiled gap, while the device for swirling the flow of a multicomponent medium is installed coaxially in the diffuser section of the nozzle channel, and the inlet cone of the device for swirling the flow of a multicomponent medium is located at a distance from the critical section, at which the value of the flow velocity of the multicomponent medium is higher than the speed of sound, while in the outlet part of the diffuser section of the nozzle channel, a hollow cone is fixed with the formation of an annular cavity at the inner surface of the diffuser section of the nozzle channel, and the said cavity is connected to the cavity of the droplets and/or solid particles selection unit, while during separation, the flow of a multicomponent medium under the action of inlet pressure is fed into nozzle channel, where the flow is accelerated by passing through the confuser section, after which the flow of a multicomponent medium is passed through the critical section of the nozzle channel, in which an increase in the flow rate is provided. of the multicomponent medium to sound values in this medium, after which the flow of the multicomponent medium is fed into the diffuser section of the nozzle channel, in which the value of the speed of the said flow is provided higher than the speed of sound in this medium, while in the mentioned flow the static pressure is reduced to the minimum values, and the static temperature - to values below the dew point temperature, and provide condensation in the dispersed multicomponent gas flow of the liquid fraction of propane, butane and heavier hydrocarbons С 5+ in the form of liquid drops, after which the multicomponent gas flow having a supersonic speed is fed to the inlet cone of the flow swirling device , ensuring uniformity, smoothing pulsations, reducing gas-dynamic resistance to movement and preventing separation of the said flow, which is then swirled, it is expanded and the liquid fraction of heavy hydrocarbons is directed into the near-wall layer on the periphery of the diffuser section of the nozzle channel under the action of centrifugal force, and then - into the annular cavity with part of the gas and then - into the cavity of the droplets and / or solid particles selection unit, while the main separated gas flow is directed to the surface of the outlet cone of the flow swirling device, ensuring uniformity and reduction of gas-dynamic resistance the movement of the said flow, and then inside the hollow cone, from where it is taken for further use.
В варианте выполнения предложенного способа сепарации потока многокомпонентной среды, заключающемся в подаче потока многокомпонентной среды в устройство, содержащее сопловой канал с конфузорным и диффузорным участками, и расположенным между ними критическим сечением, устройство закручивания упомянутого потока, установленное в указанном канале, узел отбора капель и/или твердых частиц, установленный в выходной части диффузорного участка, согласно изобретению, устройство для закручивания потока многокомпонентной среды выполняют в виде профилированного тела вращения, торцы которого соединяют с основаниями входного и выходного конусов, причем наружную поверхность упомянутого тела вращения, предпочтительно, выполняют эквидистантной внутренней поверхности диффузорного участка соплового канала, при этом на поверхности указанного тела вращения размещают профилированные лопатки с образованием каналов между ними, преимущественно спиралевидных, причем между концевой частью упомянутых лопаток и внутренней поверхностью диффузорного участка соплового канала обеспечивают кольцевой зазор, а в концевой части каналов выполняют профилированный зазор, при этом устройство закручивания потока многокомпонентной среды устанавливают коаксиально в диффузорном участке соплового канала с возможностью радиального вращения вокруг своей продольной оси и соединяют с электрогенератором, причем входной конус устройства для закручивания потока многокомпонентной среды располагают на расстоянии от критического сечения, при котором обеспечивается значение скорости потока многокомпонентной среды выше скорости звука, при этом в выходной части диффузорного участка соплового канала закрепляют полый конус с образованием кольцевой полости у внутренней поверхности диффузорного участка соплового канала, причем упомянутую полость соединяют с полостью узла отбора капель и/или твердых частиц, при этом при сепарации поток многокомпонентной среды под действием входного давления подают в сопловой канал, где потоку придают ускорение путем пропускания через конфузорный участок, после чего поток многокомпонентной среды пропускают через критическое сечение соплового канала, в котором обеспечивают увеличение скорости потока многокомпонентной среды до звуковых значений в данной среде, после чего поток многокомпонентной среды подают в диффузорный участок соплового канала, в котором обеспечивают значение скорости упомянутого потока выше скорости звука в данной среде, при этом в упомянутом потоке снижают статическое давление до минимальных значений, а статическую температуру - до значений ниже температуры точки росы, и обеспечивают конденсацию в дисперсном многокомпонентном газовом потоке жидкой фракции пропана, бутана и более тяжелых углеводородов С5+ в виде капель жидкости, после чего многокомпонентный газовый поток, имеющий сверхзвуковую скорость, подают на входной конус устройства закручивания потока, обеспечивая равномерность, сглаживание пульсаций, снижение газодинамического сопротивления движению и предотвращение отрыва упомянутого потока, который затем тангенциально закручивают и производят его расширение, при этом устройство закручивания потока многокомпонентной среды приводят в радиальное вращение вокруг своей продольной оси под действием возникающих реактивных сил, причем крутящий момент от устройства закручивания потока многокомпонентной среды передают электрогенератору для выработки электроэнергии, после чего направляют жидкую фракцию тяжелых углеводородов в пристеночный слой на периферии диффузорного участка соплового канала под действием центробежной силы, а затем - в кольцевую полость с частью газа и далее - в полость узла отбора капель и/или твердых частиц, при этом основной отсепарированный газовый поток направляют к поверхности выходного конуса устройства закручивания потока, обеспечивая равномерность и снижение газодинамического сопротивления движению упомянутого потока, а затем - внутрь полого конуса, откуда его отбирают для дальнейшего использования.In an embodiment of the proposed method for separating a flow of a multicomponent medium, which consists in supplying a flow of a multicomponent medium to a device containing a nozzle channel with confuser and diffuser sections, and a critical section located between them, a device for swirling the said flow installed in the specified channel, a droplet selection unit and/ or solid particles, installed in the outlet part of the diffuser section, according to the invention, the device for swirling the flow of a multicomponent medium is made in the form of a profiled body of revolution, the ends of which are connected to the bases of the inlet and outlet cones, and the outer surface of the said body of revolution is preferably made equidistant to the inner surface diffuser section of the nozzle channel, while profiled blades are placed on the surface of the specified body of rotation with the formation of channels between them, mainly spiral, and between the end part of the said blades and the inner an annular gap is provided by the outer surface of the diffuser section of the nozzle channel, and a profiled gap is made in the end part of the channels, while the device for swirling the flow of a multicomponent medium is installed coaxially in the diffuser section of the nozzle channel with the possibility of radial rotation around its longitudinal axis and is connected to an electric generator, and the inlet cone of the device to swirl the flow of a multicomponent medium, they are located at a distance from the critical section, at which the value of the flow velocity of the multicomponent medium is higher than the speed of sound, while in the outlet part of the diffuser section of the nozzle channel, a hollow cone is fixed with the formation of an annular cavity near the inner surface of the diffuser section of the nozzle channel, and the mentioned the cavity is connected to the cavity of the droplet and/or solid particle selection unit, while during separation, the flow of the multicomponent medium is fed into the nozzle channel under the action of the inlet pressure, where the flow at give acceleration by passing through the confuser section, after which the flow of the multicomponent medium is passed through the critical section of the nozzle channel, in which the flow rate of the multicomponent medium is increased to sound values in this medium, after which the flow of the multicomponent medium is fed into the diffuser section of the nozzle channel, in which the value of the speed of the mentioned flow is higher than the speed of sound in this medium, while in the mentioned flow the static pressure is reduced to the minimum values, and the static temperature is reduced to values below the dew point temperature, and the liquid fraction of propane, butane and heavier liquid fractions of propane, butane and heavier liquids are condensed in the dispersed multicomponent gas flow C 5+ hydrocarbons in the form of liquid droplets, after which a multicomponent gas flow having a supersonic speed is fed to the inlet cone of the flow swirling device, ensuring uniformity, smoothing pulsations, reducing gas-dynamic resistance to movement and preventing separation of said flow, which is then tangentially twisted and expanded, wherein the device for swirling the flow of the multicomponent medium is brought into radial rotation around its longitudinal axis under the action of the emerging reactive forces, and the torque from the device for swirling the flow of the multicomponent medium is transferred to an electric generator to generate electricity, then the liquid fraction of heavy hydrocarbons is directed to the near-wall layer on the periphery of the diffuser section of the nozzle channel under the action of centrifugal force, and then into the annular cavity with a part of the gas and then into the cavity of the droplets and/or solid particles selection unit, while the main separated gas flow is directed to the surface of the outlet cone of the flow swirling device, ensuring uniformity and reduction of gas-dynamic resistance to the movement of the said flow, and then - inside the hollow cone, from where it is taken for further use.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где: на фиг. 1 показан продольный разрез устройства для реализации предложенного способа сепарации многокомпонентной среды, на фиг. 2 показан продольный разрез устройства для реализации предложенного способа сепарации в соединении с электрогенератором.The essence of the invention is illustrated by drawings, where: in Fig. 1 shows a longitudinal section of a device for implementing the proposed method for separating a multicomponent medium, FIG. 2 shows a longitudinal section of a device for implementing the proposed separation method in connection with an electric generator.
Предложенный способ сепарации может быть реализован при помощи устройства, имеющего следующую конструкцию.The proposed separation method can be implemented using a device having the following design.
Устройство для сепарации многокомпонентной среды (далее - устройство) содержит сопловой канал 1, включающий конфузорный 2, диффузорный 3 участки и расположенное между ними критическое сечение 4. В диффузорном участке 3 соплового канала установлено устройство 5 закручивания потока многокомпонентной среды. Устройство 5 закручивания потока многокомпонентной среды выполнено в виде профилированного тела вращения, наружная поверхность которого, предпочтительно, эквидистантна внутренней поверхности диффузорного участка 3 соплового канала. Торцы упомянутого профилированного тела вращения соединены с основаниями входного 6 и выходного 7 конусов, причем входной конус 6 расположен на расстоянии от критического сечения 4 соплового канала, при котором обеспечивается значение скорости потока многокомпонентной среды выше скорости звука. На поверхности профилированного тела вращения выполнены профилированные лопатки 9, между которыми образованы каналы 8 для прохода потока многокомпонентной среды, преимущественно спиралевидные. В выходной части диффузорного участка 3 соплового канала установлен полый конус 11 с образованием между внутренней поверхностью диффузорного участка 3 соплового канала и наружной поверхностью упомянутого полого конуса 11 кольцевой полости 10 для прохода жидкой фракции углеводородов.The device for separating a multicomponent medium (hereinafter referred to as the device) contains a
В варианте исполнения (фиг. 2) устройство для сепарации многокомпонентной среды дополнительно содержит электрогенератор 12, соединенный с устройством 5 закручивания потока многокомпонентной среды.In the embodiment (Fig. 2), the device for separating the multicomponent medium additionally comprises an
Предложенный способ сепарации может быть реализован при помощи указанного устройства следующим образом.The proposed separation method can be implemented using the specified device as follows.
Поток многокомпонентной среды (газовой или газожидкостной смеси) под действием входного давления подают в сопловой канал 1, а именно - в конфузорный участок 2 соплового канала, где упомянутому потоку придают ускорение, после чего направляют в критическое сечение 4 соплового канала. В критическом сечении 4 соплового канала обеспечивают увеличение скорости потока многокомпонентной среды до звуковых значений в данной среде, далее поток многокомпонентной среды подают в диффузорный участок 3 соплового канала, где обеспечивают увеличение скорости упомянутого потока до значений выше скорости звука в данной среде и снижают его статическое давление до минимальных значений, а статическую температуру - до величин, значение которых ниже температуры точки росы, в результате чего обеспечивают конденсацию жидкой фракции углеводородных газов и более тяжелых углеводородов С5+ в дисперсном многокомпонентном газовом потоке. Далее поток многокомпонентной среды подают на устройство 5 закручивания потока, которое имеет форму профилированного тела вращения, торцы которого соединены с основаниями входного 6 и выходного 7 конусов с целью снижения газодинамического сопротивления движению, предотвращения отрыва потока и уменьшения его неравномерности. Поток многокомпонентной среды, имеющий сверхзвуковую скорость, равномерно распределяют по каналам 8 устройства 5 закручивания потока, образованным между профилированными лопатками 9.The flow of a multicomponent medium (gas or gas-liquid mixture) under the action of inlet pressure is fed into the
Поток многокомпонентной среды тангенциально закручивают вокруг оси соплового канала 1 с одновременным расширением газа и выделением жидкой фракции тяжелых углеводородов в виде капель жидкости в пристеночный слой на периферии диффузорного участка 3 соплового канала под действием центробежной силы.The flow of the multicomponent medium is tangentially twisted around the axis of the
В варианте исполнения (фиг. 2) при пропускании потока многокомпонентной среды через каналы 8 устройства 5 закручивания потока, производят его тангенциальную закрутку вокруг оси соплового канала 1 с одновременным расширением газа и выделением жидкой фракции тяжелых углеводородов в виде капель жидкости в пристеночный слой на периферии диффузорного участка 3 соплового канала под действием центробежной силы. После тангенциальной закрутки и по мере выхода потока многокомпонентной среды из профилированного зазора в концевой части каналов 8 возникает реактивная сила, под действием которой устройство 5 закручивания потока приводят во вращение, тем самым часть кинетической энергии потока многокомпонентной среды преобразуют в механическую работу. Крутящий момент с устройства 5 закручивания потока передают электрогенератору 12 для выработки электроэнергии.In the embodiment (Fig. 2), when a flow of a multicomponent medium is passed through the
Жидкую фракцию тяжелых углеводородов, движущуюся по периферии диффузорного участка 3 соплового канала, подают в кольцевую полость 10 с частью газа и далее направляют в полость узла отбора капель и/или твердых частиц (на изображениях не показана), при этом основной отсепарированный газовый поток подают внутрь полого конуса 11, откуда отбирают для дальнейшего использования.The liquid fraction of heavy hydrocarbons moving along the periphery of the
Благодаря организации направленного отвода жидкой фракции к периферийным областям диффузорного участка 3 при помощи устройства 5 закручивания потока, процесс улавливания сконденсировавшихся компонентов при сверхзвуковых скоростях происходит с высокой эффективностью. При этом отсутствует необходимость в высокой степени закрутки многокомпонентной среды в конфузорном участке 2 соплового канала.Due to the organization of a directed removal of the liquid fraction to the peripheral regions of the
Использование предложенного способа сепарации потока многокомпонентной среды с целью отделения жидкой фракции углеводородных газов, а также более тяжелых углеводородов С5+ при подготовке природного газа в нефтегазовой промышленности позволит значительно повысить эффективность процесса улавливания сконденсировавшихся компонентов при сверхзвуковых скоростях, и тем самым снизить унос сконденсировавшейся фракции с основным газовым потоком, исключить необходимость в высокой степени закрутки потока многокомпонентной среды в конфузорном участке, при этом обеспечивается дополнительная возможность генерации электрической энергии.The use of the proposed method for separating the flow of a multicomponent medium in order to separate the liquid fraction of hydrocarbon gases, as well as heavier C 5+ hydrocarbons in the preparation of natural gas in the oil and gas industry, will significantly increase the efficiency of the process of capturing condensed components at supersonic speeds, and thereby reduce the entrainment of the condensed fraction from the main gas flow, to eliminate the need for a high degree of swirling of the flow of a multicomponent medium in the confuser section, while providing an additional possibility of generating electrical energy.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2773182C1 true RU2773182C1 (en) | 2022-05-31 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2800023C1 (en) * | 2022-09-21 | 2023-07-14 | Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" | Device for separation of multi-component medium |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6167965B1 (en) * | 1995-08-30 | 2001-01-02 | Baker Hughes Incorporated | Electrical submersible pump and methods for enhanced utilization of electrical submersible pumps in the completion and production of wellbores |
| RU2538992C1 (en) * | 2013-10-18 | 2015-01-10 | 3S Газ Текнолоджис Лимитед | Device for separation of multicomponent medium and nozzle channel for it |
| RU2731448C1 (en) * | 2020-02-20 | 2020-09-02 | Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" | Device for separation of multicomponent medium |
| RU2746349C1 (en) * | 2020-05-08 | 2021-04-12 | Общество с ограниченной ответственностью "АЭРОГАЗ" (ООО "АЭРОГАЗ") | Turbo-generator |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6167965B1 (en) * | 1995-08-30 | 2001-01-02 | Baker Hughes Incorporated | Electrical submersible pump and methods for enhanced utilization of electrical submersible pumps in the completion and production of wellbores |
| RU2538992C1 (en) * | 2013-10-18 | 2015-01-10 | 3S Газ Текнолоджис Лимитед | Device for separation of multicomponent medium and nozzle channel for it |
| RU2731448C1 (en) * | 2020-02-20 | 2020-09-02 | Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" | Device for separation of multicomponent medium |
| RU2746349C1 (en) * | 2020-05-08 | 2021-04-12 | Общество с ограниченной ответственностью "АЭРОГАЗ" (ООО "АЭРОГАЗ") | Turbo-generator |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2800023C1 (en) * | 2022-09-21 | 2023-07-14 | Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" | Device for separation of multi-component medium |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1131588B1 (en) | Method and Apparatus for liquefying a gas | |
| US6592654B2 (en) | Liquid extraction and separation method for treating fluids utilizing flow swirl | |
| EP2032265B1 (en) | Cyclonic liquid degassing separator and method for degassing a fluid mixture | |
| US4390426A (en) | Centrifugal separators of the cyclone type | |
| JP5507667B2 (en) | Separation system with swirl valve | |
| US9034082B2 (en) | Multistage cyclonic fluid separator | |
| US20080289502A1 (en) | Cyclonic Separator and Method for Degassing a Fluid Mixture | |
| EA016459B1 (en) | Gas liquefaction and separation device | |
| RU2773182C1 (en) | Method for separation of a flow of a multi-component medium (options) | |
| RU2538992C1 (en) | Device for separation of multicomponent medium and nozzle channel for it | |
| RU2782072C1 (en) | Device for separation of multicomponent medium (options) | |
| RU2796850C1 (en) | Method for separation of flow of a multicomponent medium | |
| RU2796844C1 (en) | Device for separation of multi-component medium | |
| RU2796853C1 (en) | Method for separation of flow of a multi-component medium | |
| RU2800023C1 (en) | Device for separation of multi-component medium | |
| RU2736135C1 (en) | Method of separating a multicomponent medium | |
| RU2790121C1 (en) | Method for separation of the flow of a multicomponent medium | |
| RU2790120C1 (en) | Device for separation of multicomponent medium | |
| RU2799745C1 (en) | Device for flow separation of multi-component medium | |
| RU2747403C1 (en) | In-line separator | |
| RU2799746C1 (en) | Device for flow separation of multi-component medium | |
| RU2731448C1 (en) | Device for separation of multicomponent medium | |
| RU2738516C1 (en) | Device for separation of multicomponent medium | |
| RU214745U1 (en) | Ejector installation | |
| RU2746349C1 (en) | Turbo-generator |