Сверхзвуковая сепарация газов

Сверхзвуковая сепарация газов — это технология удаления одного или нескольких газообразных компонентов из газовой смеси (обычно сырого природного газа ). В ходе процесса целевые компоненты конденсируются путем охлаждения газа за счет расширения в сопле Лаваля , а затем отделяются конденсаты от осушенного газа с помощью встроенного циклонного газожидкостного сепаратора . Сепаратор использует только часть давления месторождения в качестве энергии и имеет технические и коммерческие преимущества по сравнению с обычно используемыми традиционными технологиями.

Фон

Основная статья: Переработка природного газа

Неочищенный природный газ из скважины обычно не является товарным продуктом, а представляет собой смесь различных углеводородных газов с другими газами, жидкостями и твердыми примесями. Этот сырой газ нуждается в подготовке газа, чтобы подготовить его к транспортировке по трубопроводу и переработке на газоперерабатывающем заводе для разделения на компоненты.
Некоторыми из распространенных этапов обработки являются удаление CO2 _, обезвоживание , экстракция сжиженного нефтяного газа, определение точки росы. Технологии, используемые для достижения этих стадий, включают адсорбцию , абсорбцию , мембраны и низкотемпературные системы, достигаемые за счет охлаждения или расширения с помощью клапана Джоуля Томсона или турбодетандера . Если вместо этого такое расширение осуществляется с помощью сверхзвукового газового сепаратора, часто можно получить механические, экономические и эксплуатационные преимущества, как подробно описано ниже.

Сверхзвуковой газовый сепаратор

Сверхзвуковой газосепаратор состоит из нескольких последовательных секций трубчатой ​​формы, обычно выполненных в виде фланцевых отрезков трубы.

Сырьевой газ (состоящий как минимум из двух компонентов) сначала поступает в секцию с расположением статических лопастей или крыльев, которые вызывают быстрое завихрение газа. После этого газовый поток проходит через сопло Лаваля , где он разгоняется до сверхзвуковой скорости и подвергается глубокому падению давления примерно до 30% давления подачи. Это почти изоэнтропический процесс, и соответствующее снижение температуры приводит к конденсации целевых компонентов газовой смеси, которые образуют мелкий туман. Капли собираются в более крупные капли, а завихрение газа вызывает циклоническое разделение . Сухой газ продолжает движение вперед, а жидкая фаза вместе с некоторым количеством промывного газа (около 30% общего потока) отделяется концентрическим делителем и выходит из устройства отдельным потоком. Последняя секция представляет собой диффузоры для обоих потоков, в которых газ замедляется и восстанавливается около 80% давления подачи (в зависимости от применения). Этот раздел также может включать в себя еще один набор статических устройств для устранения вихревого движения.

Схема установки

Сверхзвуковой сепаратор требует определенной технологической схемы, включающей дополнительное вспомогательное оборудование и часто образующей блок или технологический блок. Типичная базовая схема сверхзвуковой сепарации представляет собой схему, в которой сырьевой газ предварительно охлаждается в теплообменнике сухим потоком сепаратора.

Жидкая фаза из сверхзвукового сепаратора поступает в 2-фазный или 3-фазный сепаратор , где отходной газ отделяется от воды и/или от жидких углеводородов. Газовая фаза этого вторичного сепаратора соединяется с сухим газом сверхзвукового сепаратора, жидкости направляются на транспортировку, хранение или дальнейшую переработку, а вода - на очистку и утилизацию.

В зависимости от поставленной задачи возможны и другие схемы, которые в определенных случаях имеют преимущества. Эти варианты являются важной частью процесса сверхзвукового разделения газов для достижения термодинамической эффективности, и некоторые из них защищены патентами.

Преимущества и применение

Сверхзвуковой газосепаратор восстанавливает часть перепада давления, необходимого для охлаждения, и поэтому имеет более высокий КПД, чем клапан JT, во всех условиях эксплуатации.

Сверхзвуковой газосепаратор во многих случаях может иметь эффективность на 10–20% выше, чем турбодетандер.

Сверхзвуковой сепаратор занимает меньшую площадь и весит меньше, чем турбодетандерные или контакторные колонны. Это имеет особое преимущество для платформ, FPSO и многолюдных установок. Он требует меньших капитальных вложений и меньших эксплуатационных расходов, поскольку он полностью статичен. Требуется очень незначительное техническое обслуживание и отсутствует (или значительно уменьшено) количество химикатов.

Тот факт, что не требуется эксплуатационного или обслуживающего персонала, может позволить вывести из строя обычно укомплектованные персоналом платформы, что приведет к значительной экономии капитальных и эксплуатационных затрат.

Областями применения, которые до сих пор разрабатывались в промышленных масштабах, являются:

• обезвоживание
• точка росы (вода и/или углеводороды)
• сжиженного нефтяного газа добыча

Приложения, находящиеся на стадии разработки для коммерциализации в ближайшем будущем:

• CO ₂ и H ₂ S в больших количествах Удаление

Коммерческая реализация

Существует несколько патентов на сверхзвуковое разделение газов, касающихся особенностей устройства и методов. Технология исследуется и апробируется на лабораторных установках примерно с 1998 года, HYSYS разработаны специальные модули , а также трехмерное компьютерное моделирование газа. Тем временем технология сверхзвуковой сепарации газа успешно нашла промышленное применение (например, в Нигерии, Малайзии и России) для обезвоживания, а также для извлечения сжиженного нефтяного газа. Консультации, проектирование и оборудование для сверхзвуковой сепарации газов предлагает компания ENGO Engineering Ltd. под брендом «3S». Они также поставляются голландской фирмой Twister BV, связанной с Royal Dutch Shell, под торговой маркой Twister Supersonic Separator.