Nadzvuková separace plynů - Supersonic gas separation

Nadzvuková separace plynů je technologie k odstranění jedné nebo více plynných složek ze směsného plynu (obvykle surového) zemní plyn ). Proces kondenzuje cílové složky ochlazením plynu expanzí v a Lavalova tryska a poté odděluje kondenzáty od sušeného plynu integrovaným cyklónový odlučovač plyn / kapalina. Separátor využívá pouze část tlaku pole jako energii a ve srovnání s běžně používanými konvenčními technologiemi má technické a komerční výhody.

Pozadí

Hlavní článek: Zpracování zemního plynu

Surový zemní plyn ze studny obvykle není prodejný produkt, ale směs různých uhlovodíkových plynů s jinými plyny, kapalinami a pevnými kontaminujícími látkami. Tento surový plyn potřebuje úpravu plynu, aby byl připraven na přepravu potrubím a zpracovává se v závodě na zpracování plynu, aby se rozdělil na jeho součásti.
Některé běžné kroky zpracování jsou CO2 odstranění, dehydratace, Extrakce LPG, orosování. Technologie použité k dosažení těchto kroků jsou adsorpce, vstřebávání, membrány a nízkoteplotní systémy dosažené chlazením nebo expanzí prostřednictvím a Ventil Joule Thomson nebo a Turboexpander.Pokud se taková expanze provádí pomocí oddělovače nadzvukových plynů, lze často získat mechanické, ekonomické a provozní výhody, jak je podrobně uvedeno níže.

Nadzvukový odlučovač plynu

Nadzvukový odlučovač plynu se skládá z několika po sobě jdoucích sekcí ve formě trubek, obvykle konstruovaných jako příruby potrubí.

Napájecí plyn (skládající se z alespoň dvou složek) nejprve vstupuje do sekce s uspořádáním statických lopatek nebo křídel, které indukují rychlý víření plynu. Poté proud plynu protéká Lavalova tryska, kde zrychluje na nadzvukovou rychlost a podstupuje hluboký pokles tlaku na přibližně 30% napájecího tlaku. To je blízko isentropic proces a odpovídající snížení teploty vede k kondenzace cílových složek směsného přiváděného plynu, které tvoří jemnou mlhu. Kapičky se shlukují do větších kapek a způsobuje víření plynu cyklonová separace.[1]Suchý plyn pokračuje vpřed, zatímco kapalná fáze společně s určitým únikovým plynem (asi 30% celkového proudu) je oddělena koncentrickým děličem a vystupuje ze zařízení jako samostatný proud. Poslední část je difuzory pro oba proudy, kde je plyn zpomalen a přibližně 80% plnicího tlaku (v závislosti na aplikaci) je rekuperováno. Tato část může také obsahovat další sadu statických zařízení pro zrušení vířivého pohybu.[2]

Schéma instalace

Nadzvukový separátor vyžaduje určité procesní schéma, které zahrnuje další pomocné zařízení a často tvoří smykový nebo zpracovatelský blok. Typickým základním schématem pro nadzvukovou separaci je uspořádání, při kterém je přiváděný plyn předchlazován v tepelném výměníku suchým proudem oddělovací jednotka.

Kapalná fáze ze supersonického separátoru přechází do a 2-fázový nebo 3-fázový odlučovač, kde se klouzavý plyn odděluje od vody a / nebo od kapalných uhlovodíků. Plynná fáze tohoto sekundárního odlučovače se spojuje se suchým plynem nadzvukového odlučovače, kapaliny jdou k přepravě, skladování nebo dalšímu zpracování a voda k úpravě a likvidaci.

V závislosti na daném úkolu jsou možná další schémata, která mají v určitých případech výhody. Tyto variace jsou do značné míry součástí procesu separace nadzvukových plynů pro dosažení termodynamické účinnosti a některé z nich jsou chráněny patenty.[3]

Výhody a použití

Nadzvukový odlučovač plynu obnovuje část tlakové ztráty potřebné pro chlazení a jako takový má za všech provozních podmínek vyšší účinnost než JT ventil.

Nadzvukový odlučovač plynu může mít v mnoha případech o 10–20% vyšší účinnost než turboexpandér.

Nadzvukový oddělovač má menší půdorys a nižší hmotnost než sloupce turboexpanderu nebo stykače. To je zvláště výhodné pro platformy, FPSO a přeplněná zařízení. Potřebuje nižší investici a nižší provozní výdaje, protože je zcela statický. Je vyžadována velmi malá údržba a žádné (nebo výrazně snížené) množství chemikálií.

Skutečnost, že není vyžadován žádný provozní ani údržbový personál, by mohla umožnit odbavení obvykle obsazených platforem s tím spojené velké úspory kapitálových a provozních výdajů.

Oblasti použití komerčně vyvinuté dodnes v průmyslovém měřítku jsou:

  • dehydratace
  • rosení (voda a / nebo uhlovodíky)
  • LPG extrakce

Aplikace ve fázi vývoje pro krátkodobou komercializaci jsou:

  • CO2 a H2S hromadné odstranění

Obchodní realizace

Existuje několik patentů na nadzvukovou separaci plynů, které se vztahují k vlastnostem zařízení i metodám. Tato technologie byla zkoumána a ověřena v laboratorních instalacích přibližně od roku 1998, speciální HYSYS Byly vyvinuty moduly i 3D plynové počítačové modelování. Technologie nadzvukové separace plynů se mezitím úspěšně přesunula do průmyslových aplikací (např. V Nigérii, Malajsii a Rusku) pro dehydrataci i pro extrakci LPG. Poradenství, inženýrství a zařízení pro separaci nadzvukových plynů nabízí ENGO Engineering Ltd. pod značkou „3S“.[4] Poskytuje je také nizozemská firma Twister BV přidružená k Royal Dutch Shell pod značkou „Twister Supersonic Separator“.[5]

Reference

  1. ^ Malyshkina, M. M., Struktura plynového toku v nadzvukovém oddělovači zemního plynu, Vysoká teplota (2008, sv. 46, č. 1, ISSN 0018-151X).
  2. ^ Feygin, Vladimir a kol., Supersonic Gas Technologies.
  3. ^ Kanadská patentová přihláška 2520800, (2006/03/24).
  4. ^ Web společnosti ENGO Engineering Ltd..
  5. ^ http://www.TwisterBV.com.