Supersonisk gasseparation
Supersonisk gasseparation är en teknik för att avlägsna en eller flera gasformiga komponenter ur en blandad gas (vanligtvis rå naturgas) . Processen kondenserar målkomponenterna genom att kyla gasen genom expansion i ett Laval-munstycke och sedan separera kondensatet från den torkade gasen genom en integrerad cyklongas-/vätskeseparator . Separatorn använder bara en del av fälttrycket som energi och har tekniska och kommersiella fördelar jämfört med vanliga konventionella tekniker.
Bakgrund
Rå naturgas ur en brunn är vanligtvis inte en säljbar produkt utan en blandning av olika kolvätegaser med andra gaser, vätskor och fasta föroreningar. Denna rågas behöver gaskonditionering för att göra den redo för rörledningstransport och bearbetning i en gasbearbetningsanläggning för att separera den i sina komponenter. Några av de vanliga bearbetningsstegen är CO 2 -borttagning, uttorkning , gasolextraktion, daggpekning. Teknik som används för att uppnå dessa steg är adsorption , absorption , membran och lågtemperatursystem som uppnås genom kylning eller expansion genom en Joule Thomson-ventil eller en Turboexpander . Om en sådan expansion görs genom Supersonic Gas Separator istället, kan ofta mekaniska, ekonomiska och operativa fördelar uppnås enligt nedan.
Den överljudsgasseparatorn
En supersonisk gasseparator består av flera på varandra följande sektioner i rörform, vanligtvis utformade som flänsförsedda rörstycken.
Matargasen (som består av minst två komponenter) kommer först in i en sektion med ett arrangemang av statiska blad eller vingar, som inducerar en snabb virvling i gasen. Därefter strömmar gasströmmen genom ett Laval-munstycke , där den accelererar till överljudshastigheter och genomgår ett djupt tryckfall till cirka 30 % av matningstrycket. Detta är en nära isentropisk process och motsvarande temperatursänkning leder till kondensering av målkomponenter i den blandade matargasen, som bildar en fin dimma. Dropparna agglomererar till större droppar, och gasens virvling orsakar cyklonavskiljning . Den torra gasen fortsätter framåt, medan vätskefasen tillsammans med lite glidgas (cirka 30 % av den totala strömmen) separeras av en koncentrisk avdelare och lämnar anordningen som en separat ström. Den sista sektionen är diffusorer för båda strömmarna, där gasen bromsas och ca 80 % av matningstrycket (beroende på applikation) återvinns. Det här avsnittet kan också innehålla en annan uppsättning statiska enheter för att ångra den virvlande rörelsen.
Installationsschemat
Den överljudsseparatorn kräver ett visst processschema, som inkluderar ytterligare hjälputrustning och ofta bildar en glid- eller bearbetningsblock. Det typiska grundschemat för supersonisk separation är ett arrangemang där matargasen förkyles i en värmeväxlare av den torra strömmen från separatorenheten.
Vätskefasen från överljudsseparatorn går in i en 2-fas eller 3-fas separator , där glidgasen separeras från vatten och/eller från flytande kolväten. Den gasformiga fasen av denna sekundära separator förenar den torra gasen i överljudsseparatorn, vätskorna går för transport, lagring eller vidare bearbetning och vattnet för behandling och bortskaffande.
Beroende på uppgiften är andra system möjliga och har i vissa fall fördelar. Dessa variationer är mycket en del av överljudsgasseparationsprocessen för att uppnå termodynamisk effektivitet och flera av dem är skyddade av patent.
Fördelar och tillämpning
Den överljudsgasseparatorn återvinner en del av det tryckfall som behövs för kylning och har som sådan en högre verkningsgrad än en JT-ventil under alla driftsförhållanden.
Den supersoniska gasseparatorn kan i många fall ha 10–20 % högre verkningsgrad än en turboexpander.
Överljudsseparatorn har ett mindre fotavtryck och en lägre vikt än en turboexpander eller kontaktorkolonner. Detta är särskilt fördelaktigt för plattformar, FPSO:er och trånga installationer. Den kräver en lägre kapitalinvestering och lägre driftsutgifter eftersom den är helt statisk. Mycket lite underhåll krävs och inga (eller kraftigt reducerade) mängder kemikalier.
Det faktum att ingen drift- eller underhållspersonal krävs kan möjliggöra obemannad personal på vanligtvis bemannade plattformar med tillhörande stora besparingar i kapital och driftkostnader.
Användningsområdena kommersiellt utvecklade fram till idag i industriell skala är:
- uttorkning
- daggpunkt (vatten och/eller kolväten)
- LPG- utvinning
Tillämpningar i utvecklingsstadiet för kommersialisering på kort sikt är:
Kommersiellt förverkligande
Det finns flera patent på överljudsgasseparering, relaterade till funktioner hos enheten såväl som metoder. Tekniken har forskats och beprövats i laboratorieinstallationer sedan ca 1998, speciella HYSYS- moduler har utvecklats samt 3D-gasdatormodellering. Tekniken för supersonisk gasseparering har under tiden framgångsrikt flyttat till industriella tillämpningar (t.ex. i Nigeria, Malaysia och Ryssland) för uttorkning såväl som för gasolutvinning. Konsulttjänster, teknik och utrustning för supersonisk gasseparering erbjuds av ENGO Engineering Ltd. under varumärket "3S". De tillhandahålls också av Twister BV, ett holländskt företag som är anslutet till Royal Dutch Shell, under varumärket "Twister Supersonic Separator".