Сверхзвуковая сепарация газов
Сверхзвуковая сепарация газов — технология, которая позволяет удалять одну или несколько газовых компонент из газа (обычно, природный газ). Процесс конденсирует целевые компоненты при помощи охлаждения через расширение в сопле Лаваля и потом отделается конденсат от сухого газа через интегрированный циклон. Сепаратор использует только часть давления в качестве энергии и имеет технические и коммерческие преимущества при сравнении с другими текущими распространенными технологиями.
История[править | править код]
Природный газ, добытый из скважины, обычно не является товаром, который пользуется спросом, он содержит смесь различных углеводородов с другими газами, жидкостями и твердыми загрязнителями. Данный газ нуждается в очистке для подготовки к транспортировке по трубам и в обработке на УКПГ/УПГ для разделения его на компоненты.
Некоторые из типичных шагов по обработке газа: удаление CO2, дегидратация, извлечение сжиженных углеводородных газов, обеспечение точки росы. Технологии ранее выполняли данные шаги через адсорбцию, абсорбцию, мембраны и низкотемпературные системы, использующие охлаждение или расширение через клапан Джоуля-Томсона или турбодетандер. Если такое расширение проводится через технологию сверхзвуковой сепарации газов, обычно механически, то можно получить экономические и операционные выгоды, описанные далее.
Сверхзвуковой газовый сепаратор[править | править код]
Сверхзвуковой газовый сепаратор состоит из последовательных секций в трубчатой форме, которые обычно разрабатываются как фланцевый кусок трубы.
Подаваемый газ (состоящий как минимум из двух компонент) в первую очередь попадает в секцию со статичными лезвиями и лопастями, которые создают быстрый вихрь в газе. После этого газовый поток направляется в сопло Лаваля, где он ускоряется на сверхзвуковых скоростях и преодолевает глубокое падение в давлении примерно на 30% от исходного давления при подаче. Это почти что изоэнтропийный процесс и соответствующее падение в температуре приводит к конденсации целевых компонентов смеси газов, который создает мелкий туман. Капельки собираются в большие капли и завихрения газа приводят к циклонической сепарации[1]. Создаются два потока: газ и газожидкостная смесь. В финальной секции расположены диффузоры для обоих потоков, где газ замедляется и около 80% от исходного давления (в зависимости от применения) восстанавливается. Дополнительно данная секция может включать в себя набор статических устройств, чтобы не было вихревого движения в газе.
Схема установки[править | править код]
Сверхзвуковой сепаратор требует использование специальное схемы, которая включает в себя дополнительное оборудование. Типичная базовая схема для сверхзвуковой сепарации - это установка, в которой газ предварительно охлаждается в теплообменнике с помощью сухого потока из сепаратора.
Жидкостная фаза сверхзвукового сепаратора проходит на 2- или 3-фазном паросепараторе, где газ отделяется от воды и/или других жидких углеводородов. Газовая фаза данного второго сепаратора соединяет сухой газ из сверхзвукового сепаратора, жидкости отправляются на транспортировку или дальнейшую обработку.
В зависимости от задачи другие схемы возможны и для определенных случаев обладает преимуществами. Эти изменения позволяют достигать термодинамической эффективности и часть из них запатентованы[2].
Преимущества и применения[править | править код]
Сверхзвуковой газовый сепаратор восстанавливает часть падения в давлении, который необходим для охлаждения, и поэтому обладает большей эффективностью по сравнению с клапаном Джоуля-Томсона при любых условиях использования.
Сверхзвуковой газовый сепаратор в большинстве случаев на 10-20% эффективнее чем турбодетандер.
Сверхзвуковой сепаратор имеет меньший экологический след и меньшим весом по сравнением с турбодетандером. Это является дополнительным преимуществом для платформ, плавучих установок для добычи, хранения и отгрузки нефти. Он требует меньше капитальных затрат и меньше операционных издержек, поскольку он является абсолютно статичным. Он почти не требует поддержки и не требует (или в значительно меньших количествах) использования химикатов.
Тот факт, что для сепаратора не требуются операционный и поддерживающий персонал позволит создавать нежилые платформы, которые раньше требовали дополнительного оборудования, что приводит к сокращению капительных и операционных издержек.
Коммерчески разработанные области применения в данной отрасли:
- дегидратация
- обеспечение точки росы (по воде и/или углеводородам)
- извлечение сжиженных углеводородных газов
Другие области применения, которые находятся в разработке:
- извлечение CO2 и H2S
Коммерческая реализация[править | править код]
Существует несколько патентов на сверхзвуковую сепарацию газов, которые относятся к характеристикам устройства, а также методов. Технология исследуется и была доказана в лабораторных условиях с 1998 года, специальные HYSYS[3] модули были разработаны, а также программы для 3D компьютерного газового моделирования. Технология сверхзвуковой сепарации газов в то же время прошла успешные отраслевые испытания (например, в Нигерии, Малайзии и России) для целей дегидратации и извлечения сжиженных углеводородных газов. Консалтинг, инжиниринг и оборудование для сверхзвуковой газовой сепарации предоставляется компанией ENGO Engineering Ltd. под брендом "3S"[4]. Те же самые услуги предоставляются фирмой Twister BV, голландской фирмой, дочерней компанией Royal Dutch Shell, под брендом "Twister Supersonic Separator"[5].
Примечания[править | править код]
- ↑ Malyshkina, M. M., The Structure of Gasdynamic Flow in a Supersonic Separator of Natural Gas, High Temperature (2008, Vol 46, No 1, ISSN 0018-151X).
- ↑ Canadian Patent Application 2520800, (2006/03/24).
- ↑ Aspen Technology (англ.) // Wikipedia. — 2017-07-10.
- ↑ ENGO - Energy Gas Oil. www.engo3s.com. Дата обращения: 21 июля 2017. Архивировано 25 июля 2017 года.
- ↑ Twister BV — Breaking barriers in gas processing (англ.). twisterbv.com. Дата обращения: 21 июля 2017. Архивировано 15 июня 2017 года.