Многоступенчатый циклонный сепаратор для текучей среды

Многоступенчатый циклонный сепаратор для текучей среды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к многоступенчатому циклонному сепаратору для текучей среды, к системе для сепарации жидкостей, к способу сепарации жидкостей из потока сжимаемой текучей среды.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Использование циклонных сепараторов для текучей среды для извлечения газоконденсатных жидкостей (NGL) из природного газа является "установившейся практикой" в нефтегазодобывающей промышленности. NGL извлекаются, чтобы формировать добавочную стоимость, или вследствие определенных технических условий, которые должны удовлетворяться.

WO 03/029739A2 описывает циклонный сепаратор, содержащий трубчатую горловинную часть, в которой поток текучей среды ускоряется, возможно, до сверхзвуковой скорости и быстро охлаждается в результате адиабатического расширения. Быстрое охлаждение приводит к конденсации и/или затвердеванию конденсирующихся паров в потоке текучей среды в небольшие капли или частицы. Если поток текучей среды является потоком природного газа, исходящим из скважины добычи природного газа, то конденсирующиеся пары могут содержать воду, углеводороды, углекислый газ, сероводород и ртуть. Эти сепараторы, кроме того, содержат узел лопастей обеспечивающих завихрение во входной части выше по потоку относительно горловинной части, причем данная лопасть или лопасти наклоняются или формируют спираль относительно центральной оси горловинной части, чтобы создавать вихревое движение потока текучей среды в рамках сепаратора. Центробежные силы, проявленные посредством вихревого движения для смеси текучей среды, приводят к тому, что сжиженные и/или затвердевшие компоненты относительно высокой плотности завихряются к внешней периферии внутренней горловинной части и отводной секции выпуска, тогда как газообразные компоненты относительно низкой плотности концентрируются около центральной оси сепаратора.

Газообразные компоненты затем выпускаются из сепаратора в первичную центральную выпускную трубу, тогда как поток обогащенного конденсирующимися парами текучей среды выпускается из сепаратора во вторичный выпуск, который находится на внешней окружности отводной секции выпуска. Более подробное описание циклонного сепаратора приводится ниже со ссылкой на фиг.1.

Сверхзвуковой циклонный сепаратор для текучей среды, как подробнее описано ниже со ссылкой на фиг.1, содержит сепараторную камеру 5 расходящейся текучей среды (разделитель потока), чтобы отбирать и отделять текучие компоненты обогащенные конденсирующимися парами от текучих компонентов обедненных конденсирующимися парами. Состав отделенной жидкой смеси определяется посредством условия локального равновесия между газовой фазой и жидкой фазой при указанной температуре (T) и давлении (P) в циклонном сепараторе для текучей среды в позиции внешней вторичной выпускной трубы 6. Преимущество этого устройства разделения потока состоит в том, что оно налагает минимальное возмущение на поток, давая возможность восстановления максимального статического давления обоих потоков.

Тем не менее циклонный сепаратор для текучей среды, как описано со ссылкой на фиг.1, имеет некоторые недостатки, к примеру:

- объем удержанной жидкости в высокоскоростной секции (между горловинной частью 4 и сепараторной камерой 5 для текучей среды) является относительно высоким, поскольку первые капли должны уже осаждаться в или перед горловинной частью 4 и должны транспортироваться в сепараторную камеру 5 для текучей среды. Вдоль этого пути объем удержанной жидкости увеличивается и приводит к диссипативному взаимодействию между газовой фазой и жидкой фазой, тем самым ограничивая максимальную допустимую жидкостную нагрузку в циклонном сепараторе для текучей среды. Это, в частности, имеет место для более тяжелых газов, к примеру, попутных газов;

- жидкости с компонентами с относительно высокой точкой кипения должны главным образом формироваться около горловинной части 4, при этом жидкости с компонентами с относительно низкой точкой кипения должны главным образом формироваться около сепараторной камеры 5 для текучей среды; как результат, компоненты с высокой точкой кипения смешиваются с компонентами с низкой точкой кипения;

- в циклонном сепараторе для текучей среды могут формироваться гидраты, которые могут прилипать к стенке, тем самым уменьшая эффективность циклонного сепаратора для текучей среды;

- поток поступающего газа также может содержать частицы текучей среды и твердые частицы, которые могут отрицательно влиять на производительность циклонного сепаратора для текучей среды

- уровень расширения потока ограничивается, как только жидкости формируются, тем самым ограничивая общий объем жидкостей, которые могут формироваться.

WO 00/23757 описывает устройство для сепарации компонентов газовых смесей посредством разжижения, с использованием циклонного сепаратора для текучей среды. Согласно WO00/23757 устройство содержит более одного вторичного выпуска, расположенных в различных позициях вдоль центральной оси циклонного сепаратора для текучей среды после горловины. Позиции вторичных выпусков выбираются с учетом вычисленной точки росы различных компонентов, скорости потока газа и времени для прохождения капель конкретного компонента к стенке. Посредством выполнения этого различные сжиженные газообразные компоненты отделяются в различных вторичных выпусков. WO 00/23757 описывает фракционирование чистых углеводородных компонентов из смеси углеводородов в различных вторичных выпусков, расположенных в различных позициях вдоль центральной оси циклонного сепаратора для текучей среды после горловины. Тем не менее, чистота этих отделенных углеводородных фракций не является оптимальной.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Задача состоит в том, чтобы обеспечить циклонный сепаратор для текучей среды и способ, которые преодолевают, по меньшей мере, один из вышеописанных недостатков.

Согласно аспекту предусмотрен циклонный сепаратор для текучей среды, содержащий горловинную часть, которая размещается между секцией впуска сходящейся текучей среды и секцией выпуска расходящейся текучей среды,

- причем циклонный сепаратор для текучей среды выполнен с возможностью продвигать циклонный поток через секцию впуска сходящейся текучей среды и горловинную часть к секции выпуска расходящейся текучей среды в направлении вниз по потоку,

- при этом секция выпуска расходящейся текучей среды содержит внутреннюю первичную выпускную трубу для текучих компонентов обедненные конденсирующимися парами и внешнюю вторичную выпускную трубу для текучих компонентов обогащенные конденсирующимися парами, при этом циклонный сепаратор для текучей среды содержит дополнительную внешнюю вторичную выпускную трубу, причем внешняя вторичная выпускная труба размещается в первой позиции вдоль центральной оси циклонного сепаратора для текучей среды, а дополнительная внешняя вторичная выпускная труба размещается во второй позиции вдоль центральной оси циклонного сепаратора для текучей среды.

Согласно дополнительному аспекту предусмотрена система для сепарации жидкостей из входной подачи, содержащей поток сжимаемой текучей среды, причем система содержит циклонный сепаратор для текучей среды, как описано выше, и ректификационную колонну, при этом:

- внешний вторичный выпуск, размещенный в первой позиции, соединяется с первым уровнем в рамках ректификационной колонны, и

- дополнительный внешний вторичный выпуск, размещенный во второй позиции, соединяется со вторым уровнем в рамках ректификационной колонны,

- причем первая позиция располагается выше по потоку относительно второй позиции, и первый уровень ниже второго уровня.

Согласно дополнительному аспекту предусмотрен способ сепарации жидкостей из потока сжимаемой текучей среды, при этом способ содержит:

- предоставление циклонного потока текучей среды в циклонный сепаратор для текучей среды, содержащий секцию впуска сходящейся текучей среды, горловинную часть и секцию выпуска расходящейся текучей среды, соответственно,

- получение первого потока из внешнего вторичного выпуска в первой позиции вдоль центральной оси циклонного сепаратора для текучей среды, и

- получение третьего потока из внутренней первичной выпускной трубы, и

- получение второго потока из дополнительного внешнего вторичного выпуска во второй позиции вдоль центральной оси циклонного сепаратора для текучей среды.

Согласно дополнительному аспекту, предусмотрен способ для сепарации жидкостей из входной подачи, являющейся потоком сжимаемой текучей среды, причем система содержит систему охлаждения, циклонный сепаратор для текучей среды согласно вышеуказанному и сепараторную колонну, при этом:

- система охлаждения выполнена с возможностью принимать входную подачу и выводить предварительно охлажденную подачу в циклонный сепаратор для текучей среды,

- циклонный сепаратор для текучей среды выполнен с возможностью принимать предварительно охлажденную подачу и формировать обогащенную конденсирующимися парами первую выходную подачу и обогащенную конденсирующимися парами вторую выходную подачу в направлении сепараторной колонны,

- сепараторная колонна выполнена с возможностью формировать верхнюю подачу сепараторной колонны,

- при этом система выполнена с возможностью направлять, по меньшей мере, часть верхней подачи сепараторной колонны в систему охлаждения, чтобы охлаждать входную подачу.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления далее описываются, только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые схематичные чертежи, на которых соответствующие ссылочные обозначения указывают соответствующие части и на которых:

Фиг.1 схематично иллюстрирует вид в продольном сечении циклонного сепаратора,

Фиг.2a и 2b схематично иллюстрируют фазовую диаграмму,

Фиг.3, 4, 5 схематично иллюстрируют циклонный сепаратор для текучей среды согласно различным вариантам осуществления,

Фиг.6 и 7 схематично иллюстрируют циклонный сепаратор для текучей среды согласно варианту осуществления,

Фиг.8a и 8b схематично иллюстрируют циклонный сепаратор для текучей среды согласно двум вариантам осуществления,

Фиг.9 и 10 схематично иллюстрируют сепараторную систему согласно вариантам осуществления, и

Фиг.11, 12 схематично иллюстрируют циклонные сепараторы для текучей среды согласно дополнительным различным вариантам осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В качестве примера фиг.1 иллюстрирует вид в продольном сечении сепаратора для текучей среды, который также может упоминаться как циклонный сепаратор, циклонный инерционный сепаратор, циклонный сепаратор для текучей среды.

Ссылаясь теперь на фиг.1, показан циклонный инерционный сепаратор, который содержит вихревое впускное устройство, содержащее грушевидный центральный корпус 1, на котором монтируется множество лопастей 2, обеспечивающих завихрение, и которое размещается коаксиально центральной оси I циклонного сепаратора и в циклонном сепараторе так, что путь 3 кольцевого потока создается между центральным корпусом 1 и кожухом 20 сепаратора.

Ширина кольцевого пространства 3 проектируется так, что площадь поперечного сечения кольцевого пространства постепенно сокращается ниже по потоку от лопастей 2, обеспечивающих завихрение, так что, при использовании, скорость текучей среды в кольцевом пространстве постепенно увеличивается и достигает сверхзвуковой скорости в местоположении ниже по потоку от лопастей обеспечивающих завихрение.

Циклонный сепаратор дополнительно содержит трубчатую горловинную часть 4, из которой, при использовании, завихренный поток текучей среды выпускается в сепараторную камеру 5 расходящейся текучей среды, которая оборудована центральной первичной выпускной трубой 7 для газообразных компонентов и внешней вторичной выпускной трубой 6 для текучих компонентов обогащенных конденсирующимися парами. Центральный корпус 1 имеет практически цилиндрическую продолговатую хвостовую секцию 8, на которой монтируется узел лопаток 19 выпрямляющих поток. Центральный корпус 1 имеет наибольшую внешнюю ширину или диаметр 2R_{o max}, который превышает наименьшую внутреннюю ширину или диаметр 2R_{n min} трубчатой горловинной части 4.

Трубчатая горловинная часть 4 содержит часть кольцевого пространства 3, имеющую наименьшую площадь поперечного сечения. Максимальный диаметр центрального корпуса 1 превышает минимальный диаметр трубчатой горловинной части 4.

Различные компоненты циклонного сепаратора, как показано на фиг.1, описываются ниже.

Лопасти 2, обеспечивающие завихрение, которые ориентированы под углом (α) относительно центральной оси I, создают циркуляцию в потоке текучей среды. Угол α может быть углом между 20° и 60°. Поток текучей среды затем принудительно протекает в область 3 кольцевого потока. Поверхность поперечного сечения этой области задается следующим образом:

A_annulus=π(R_outer ²-R_inner ²)

Причем последние два параметра являются внешним радиусом и внутренним радиусом кольцевого пространства в выбранном местоположении. Средний радиус кольцевого пространства в этом местоположении задается следующим образом:

R_mean=√[½( R_outer ²+R_inner ²)].

При максимальном значении среднего радиуса R_{mean, max} кольцевого пространства поток текучей среды протекает между узлом лопастей 2, обеспечивающих завихрение на скорости (U), причем эти лопасти отклоняют направление протекания потока текучей среды пропорционально углу отклонения (α), таким образом получая компонент тангенциальной скорости, который равняется U_φ=U*sin(α), и компонент осевой скорости U_x=U*cos(α).

В кольцевом пространстве 3 дальше по потоку относительно лопастей 2, обеспечивающих завихрение, завихренный поток текучей среды расширяется до высоких скоростей, при этом средний радиус кольцевого пространства постепенно сокращается с R_{mean, max} до R_{mean, min}.

Считается, что во время этого кольцевого расширения происходят два процесса:

(1) Нагрев или энтальпия (h) в потоке снижаются с объемом Δh=-1/2*U², тем самым конденсируя те составляющие потока, которые первыми достигают фазового равновесия. Это приводит к завихренному дисперсному потоку, содержащему небольшие жидкие или твердые частицы.

(2) Компонент U_φ тангенциальной скорости увеличивается инверсно со средним радиусом кольцевого пространства практически в соответствии с уравнением:

U_φ,final=U_{φ, initial}*(R_{mean, max}/R_{mean, min}).

Это приводит к существенному увеличению центробежного ускорения частиц текучей среды (a_c), которое в завершение должно иметь следующий порядок:

a_c=(U_φ,final ²/R_{mean, min})

В трубчатой горловинной части 4 поток текучей среды может принудительно дополнительно расширяться до более высокой скорости или поддерживаться на практически постоянной скорости. В первом случае конденсация является непрерывной, и частицы увеличивают массу. Во втором случае конденсация чаще всего прекращается после заданного времени релаксации. В обоих случаях центробежное действие приводит к тому, что частицы уходят к внешней окружности площади сечения потока, соседней с внутренней стенкой кожуха 20 сепаратора, которая называется областью сепарации. Интервал времени для ухода частиц к этой внешней окружности площади сечения потока определяет длину трубчатой горловинной части 4. Следует понимать, что частицы могут включать в себя твердые или затвердевшие частицы.

Дальше по потоку относительно трубчатой горловинной части 4 обогащенные конденсирующимися парами "мокрые" компоненты текучей среды имеют тенденцию концентрироваться рядом с внутренней поверхностью сепараторной камеры 5 расходящейся текучей среды, а "сухие" компоненты газообразной среды концентрируются на или около центральной оси I, после чего обогащенные "мокрыми" конденсирующимися парами "мокрые" текучие компоненты выпускаются во внешний вторичный выпуск 6 текучей среды через одну щель, ряд щелей или (микро)пористые части, тогда как "сухие" газообразные компоненты выпускаются в центральную первичную выпускную трубу 7 для текучей среды.

В первичной выпускной трубе 7 для расходящейся текучей среды поток текучей среды дополнительно замедляется так, что оставшаяся кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию.

Первичная выпускная расходящаяся труба может быть оборудован узлом средства выпрямления потока, к примеру, лопастями 19 выпрямления потока, чтобы восстанавливать энергию циркуляции.

Термин "текучая среда" при использовании в данном документе означает жидкую, газовую фазу, а также комбинацию жидких и газовых фаз. Текучие среды, как задано здесь, также могут содержать твердые частицы.

Лопасти 2, обеспечивающие завихрение, могут заменяться другими подходящими устройствами сообщения завихрения. Например, лопасти 2, обеспечивающие завихрение, могут формироваться посредством предоставления тангенциального притока текучей среды.

Лопасти 9 выпрямления потока могут заменяться другими подходящими устройствами выпрямления потока.

Следует понимать, что циклонный сепаратор является практически симметричным вращательно относительно центральной оси I.

Следует подчеркнуть, что вышеописанный циклонный сепаратор является просто примером, и варианты осуществления, описанные ниже, также могут применяться в другом типе циклонных сепараторов, к примеру типе, поясненном в отношении WO00/23757.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг.2a схематично иллюстрирует фазовую диаграмму, показывающую кривую точек росы для углеводородной смеси. Фазовая диаграмма является диаграммой "давление-температура", показывающей различные фазы углеводородной смеси: жидкость L, газ G и смешанная фаза, содержащая жидкость и газ L+G. Линия, отделяющая смешанную фазу L+G от жидкости L, называется линией BP точек начала кипения. Линия, отделяющая смешанную фазу L+G от газа G, является линией DP точек росы. Линия точек росы и линия точек начала кипения пересекаются в критической точке CP.

Схематично, процесс, осуществляемый в циклонном сепараторе для текучей среды, указывается посредством линии A-B. Текучая среда поступает в циклонный сепаратор для текучей среды в газовой фазе (точка A) и проходит через фазовую диаграмму в точку B, в которой он является смесью жидкости и газа (точка B). Между точкой A и B, процесс пересекает линию DP точек росы, в которой начинается конденсация.

Здесь следует подчеркнуть, что фазовая диаграмма, как показано на фиг.2a, является типичной для текучей среды, являющейся смесью различных компонентов, к примеру, углеводородных компонентов. Состав смеси определяет позицию критической точки CP и позицию и форму линии BP точек начала кипения и линии DP точек росы.

Когда процесс проходит линию DP точек росы, поступая в область жидкости и газа L+G, должна формироваться жидкость. При понижении температуры T и понижении давления P, т.е. по линии AB, состав жидкости должен изменяться. Термин "состав" обычно задается как сумма фракций (на основе молярной массы) полной смеси компонентов I=1,…, N.

Следует подчеркнуть, что хотя различные чистые компоненты могут иметь различные температуры точки росы, это не приводит к последующей конденсации различных компонентов при следовании линии AB в смеси этих компонентов. Вместо этого при прохождении линии DP точек росы, сразу же жидкость, которая формируется, содержит смесь компонентов, состав которых должен изменяться при продвижении дополнительно к точке B.

Например, как предложено в документе предшествующего уровня техники WO0023757(A1), описывается циклонный сепаратор для текучей среды, содержащий "множество сепараторных средств, например кольцевых щелей, причем сепараторное средство, например кольцевая щель i-того компонента, находится на расстоянии Li, при использовании, от точки росы компонента сжиженного газа, где Li=Vi*Ti, где Vi является скоростью при использовании потока газа в точке росы i-того компонента газа, а Ti является фактическим временем при использовании для прохождения сжиженных капель i-того компонента газа из оси сопла к стенке рабочей секции. Согласно WO 0023757 отдельные компоненты, присутствующие в смеси, отделяются с помощью множества сепараторных средств посредством последующей конденсации и сепарации компонента с наивысшей точкой кипения через первое сепараторное средство и второго компонента с наивысшей точкой кипения во втором сепараторном средстве и т.д.

Тем не менее варианты осуществления, представленные здесь, основаны на понимании заявителя, что такое разделение газообразной смеси на чистые разжиженные компоненты, как описано в WO 0023757, является физически невозможным. Переработка настоящим заявителем примера 3 WO 0023757 привела не к чистым компонентам (бутан, пропан, метан), а к трем различным смесям этих компонентов.

Из вышеозначенного следует заключить то, что обнаружено, что отсутствует значительное фракционирование компонентов в этих очень хороших растворимых смесях метана, этана, пропана и бутана.

Варианты осуществления, представленные здесь, основаны на понимании того, что фиг.2 не может состоять из отдельных линий кипения различных компонентов. При релевантных давлениях (например, 65 atm) межмолекулярные взаимодействия между различными компонентами являются слишком сильными, чтобы допускать идеальный характер изменения фаз. Как следствие, компоненты пара с более низкой температурой конденсации могут растворяться в жидкости компонента с более высокой температурой конденсации. Таким образом, границы фаз компонентов сливаются в одну эффективную границу фаз, допустимую для смеси в целом. Такая граница фаз для смеси показывается на фиг.2a.

Таким образом, физически невозможно получать жидкие фракции чистых компонентов в сверхзвуковом сепараторе, как предложено в WO 0023757(A1). Для такого фракционирования с резкой границей, как предложено в WO 0023757(A1), следует применять газодегидрационные котлы и дефлегматоры. В WO0023757 отсутствует идея использования этих способов.

Настоящее изобретение основано на понимании того, что фракционирование чистых компонентов не достигается с помощью вариантов осуществления, предоставленных в WO 00023757. Следовательно, здесь предусмотрены варианты осуществления, которые используют это понимание, чтобы предоставлять улучшенный циклонный сепаратор для текучей среды.

Пунктирные линии, показанные на фиг.2a, представляют позиции в рамках фазовой диаграммы, которые имеют аналогичный состав жидкости. Таким образом, при прохождении от линии DP точек росы к точке B (вдоль пути AB) изменяется состав жидкости, полученной через внешнюю вторичную выпускную трубу 6, относительно текучих компонентов обогащенных конденсирующимися парами. Например, в позиции 1 вдоль пути AB состав жидкости может формироваться на 90% из этана и 10% из метана, при этом в позиции 2 вдоль пути AB состав жидкости может формироваться на 60% из этана и 40% из метана. Конечно, это простой пример с упоминанием только двух компонентов, при этом на практике состав может содержать множество дополнительных компонентов (этан, метан, пропан, бутан и т.д.).

Это понимание используется для того, чтобы предоставлять улучшенный циклонный сепаратор для текучей среды, как должно быть очевидным из вариантов осуществления, предоставленных ниже.

Вариант 1 осуществления

Таким образом, согласно первому варианту осуществления (см. фиг.3) предусмотрен циклонный сепаратор для текучей среды, содержащий центральную первичную выпускную трубу 7 для газообразных компонентов и внешнюю вторичную выпускную трубу 6 для текучих компонентов обогащенных конденсирующимися парами, как пояснено выше со ссылкой на фиг.1, и содержащий дополнительную внешнюю вторичную выпускную трубу 16. Эта дополнительная внешняя вторичная выпускная труба 16 может использоваться для текучих компонентов обогащенных конденсирующимися парами.

Внешняя вторичная выпускная труба 6 может быть размещена в первой позиции вдоль центральной оси I сепаратора, и дополнительная внешняя вторичная выпускная труба 16 может быть размещена во второй позиции вдоль центральной оси I сепаратора. Как первая, так и вторая позиции могут располагаться ниже по потоку от горловинной части.

Соответственно, вместо двух внешних вторичных выпускных труб 6, 16 любое число вторичных выпусков может обеспечиваться в соответствующих дополнительных позициях вдоль центральной оси I циклонного сепаратора для текучей среды, ниже по потоку от горловинной части 4.

Согласно варианту осуществления, предусмотрен циклонный сепаратор для текучей среды, содержащий множество дополнительных внешних вторичных выпусков, размещенных в соответствующих дополнительных позициях вдоль центральной оси (I) циклонного сепаратора для текучей среды.

Циклонный сепаратор для текучей среды с двумя или более внешними вторичными выпускными трубами 6, 16, размещенными в различных позициях вдоль центральной оси I, может упоминаться как многоступенчатый циклонный сепаратор для текучей среды. Многоступенчатый циклонный сепаратор для текучей среды может содержать n ступеней (внешних вторичных выпускных труб), где n является натуральным числом, равным или большим 2.

Внешние вторичные выпускные трубы 6, 16 могут обеспечиваться посредством обеспечения кольцевых щелей 22 в кожухе циклонного сепаратора для текучей среды. Кольцевые щели 22 создаются при использовании трубок конической формы (формирующих внешние вторичные выпускные трубы 6, 16), выступающих в вихревом потоке в различных позициях в циклонном сепараторе для текучей среды. Передние края 23 этих конических трубок являются острыми с тем, чтобы минимизировать возмущения потока (например, отделение пограничных слоев, удары и т.д.).

Преимущество многоступенчатого циклонного сепаратора для текучей среды состоит в том, что объем удержанной жидкости в высокоскоростной секции циклонного сепаратора для текучей среды уменьшается, и тем самым энергетические потери также уменьшаются. Жидкость, которая формируется, удаляется из циклонного сепаратора для текучей среды на ранней стадии, и, следовательно, не возмущает или удерживает поток текучей среды дополнительно дальше по мере продвижения. Например, в случае многоступенчатого циклонного сепаратора для текучей среды жидкость, которая формируется на ранней стадии (например, около горловинной части 4), не возмущает или удерживает поток текучей среды ниже по потоку от (первой) внешней вторичной выпускной трубы 6. Это может оптимизировать процессы дальше ниже по потоку, к примеру, следующие процессы фракционирования.

Многоступенчатый циклонный сепаратор для текучей среды имеет способность применять глубокое расширение к текучей среде, содержащей (потенциально) большой объем жидкости, без формирования понижения избыточного давления вдоль геометрии сепаратора. Это понижение избыточного давления, типичное для двухфазного потока, фактически предотвращается посредством удаления жидкости (первая внешняя вторичная выпускная труба), сформированной во время начального (дозвукового) расширения, перед началом сверхзвукового расширения. Кроме того, извлечение газоконденсатных жидкостей, уже сформированных "в середине" процесса расширения посредством вторичной выпускной трубы, сдвигает равновесие в пути, что способствует разжижению дополнительных газоконденсатных жидкостей.

Согласно дополнительному варианту осуществления первый поток может получаться из первой позиции, в которой локальное осевое число Маха меньше единицы, а второй поток может получаться из второй позиции, в которой локальное осевое число Маха равно или превышает единицу. Первая позиция может располагаться выше по потоку относительно второй позиции.

Вторичные выпуски могут рекомбинироваться после циклонного сепаратора для текучей среды или могут быть выполнены отделенными. В обоих случаях, многоступенчатый циклонный сепаратор для текучей среды является преимущественным, поскольку он достигает более высокого выхода текучей среды, чем одноступенчатый циклонный сепаратор для текучей среды.

Посредством предоставления многоступенчатого циклонного сепаратора для текучей среды, газы с высокой жидкой фракцией (к примеру, обогащенные углеводородом подаваемые газы) могут обрабатываться преимущественно с относительно низкой потерей давления при формировании, например, потока обедненной метаном текучей среды и потока обогащенной метаном текучей среды.

Фиг.2b показывает влияние этого варианта осуществления в фазовой диаграмме. Путь AB теперь заменяется путем A-B1-B2. B1 соответствует первому выпуску (при подсчете в направлении потока). Поскольку в этой позиции вещество фактически удаляется, новая огибающая фазы (линия DP2 точек росы) создается. Таким образом, дополнительное расширение должно приводить к точке B2 вместо предыдущей точки B. Наклон (dP/dT) линии расширения является показателем изэнтропической эффективности. Чем меньше наклон, тем выше изэнтропическая эффективность, т.е. большее падение температуры для данного падения давления. Посредством промежуточной сепарации в точке B1 меньший объем жидкости должен поступать на второй этап расширения вдоль кривой B1-B2, что уменьшает потери на трение, хотя дополнительные новые жидкости создаются вследствие большего падения температуры. Следовательно, расширение вдоль кривой B1-B2 является более эффективным, чем расширение вдоль начальной кривой A-B расширения, принадлежащей одноступенчатому процессу.

Согласно примеру насыщенный подаваемый газ поступает в циклонный сепаратор для текучей среды при давлении 90 бар и температуре -41°C. Газ проходит через лопасти 2, обеспечивающие завихрения, и проходит к горловинной части 4. После прохождения горловинной части 4 газ достигает внешней вторичной выпускной трубы 6 при давлении 54 бар и температуре -63°. Внешняя вторичная выпускная труба 6 отбирает и отделяет первую обогащенную конденсирующимися парами текучую среду и восстанавливает давление, приводя к выходному потоку при давлении 54-70 бар.

Затем газ достигает дополнительной внешней вторичной выпускной трубы 16 при давлении 25 бар и температуре -92°. Дополнительная внешняя вторичная выпускная труба 16 отбирает и отделяет вторую обогащенную конденсирующимися парами текучую среду и восстанавливает давление, приводя к выходному потоку при давлении 54 бар. Первая обогащенная конденсирующимися парами текучая среда должен содержать относительно большой объем жидкости с высокой точкой кипения, при этом вторая обогащенная конденсирующимися парами текучая среда должна содержать относительно большой объем жидкости с точкой с низкой точкой кипения.

Таким образом, результатом этого варианта осуществления является формирование различных жидких смесей с различными молекулярными весами. Вышерасположенные щели (близко к горловинной части 4) формируют жидкую смесь с самым высоким молекулярным весом (например, обедненную метаном), тогда как нижерасположенные щели формируют жидкую смесь с самым низким молекулярным весом (например, обогащенную метаном).

Дополнительный результат этого варианта осуществления заключается в том, что общий объем жидкости, которая извлекается, является относительно высоким, т.е. выше, чем при использовании одноступенчатого циклонного сепаратора для текучей среды.

Предусмотрен циклонный сепаратор для текучей среды, содержащий горловинную часть 4, которая размещается между секцией впуска сходящейся текучей среды и секцией выпуска расходящейся текучей среды,

- причем циклонный сепаратор для текучей среды выполнен с возможностью продвигать циклонный поток через секцию впуска сходящейся текучей среды и горловинную часть к секции выпуска расходящейся текучей среды в направлении вниз по потоку,

- при этом секция выпуска расходящейся текучей среды содержит внутреннюю первичную выпускную трубу 7 для текучих компонентов обедненных конденсирующимися парами и внешнюю вторичную выпускную трубу 6 для текучих компонентов обогащенных конденсирующимися парами х, при этом циклонный сепаратор для текучей среды содержит дополнительную внешнюю вторичную выпускную трубу 16, причем внешнюю вторичную выпускную трубу 6 размещается в первой позиции вдоль центральной оси I циклонного сепаратора для текучей среды, а дополнительная внешняя вторичная выпускная труба 16 размещается во второй позиции вдоль центральной оси I циклонного сепаратора для текучей среды.

Также предусмотрен способ сепарации жидкостей из потока сжимаемой текучей среды, содержащий:

- предоставление циклонного потока текучей среды в циклонный сепаратор для текучей среды, содержащий секцию впуска сходящейся текучей среды, горловинную часть 4 и секцию выпуска расходящейся текучей среды, соответственно,

- получение первого потока из внешнего вторичного выпуска 6 в первой позиции вдоль центральной оси I циклонного сепаратора для текучей среды, и

- получение третьего потока из внутренней первичной выпускной трубы 7.

- отличающийся посредством:

- получения второго потока из дополнительного внешнего вторичного выпуска 16 во второй позиции вдоль центральной оси I циклонного сепаратора для текучей среды.

Первая позиция и вторая позиция могут быть в секции выпуска расходящейся текучей среды. Максимальный диаметр центрального корпуса 1 может превышать минимальный диаметр трубчатой горловинной части 4.

Многоступенчатый циклонный сепаратор для текучей среды, описанный выше, может быть оборудован двумя ступенями сепарации, т.е. (первой) внешней вторичной выпускной трубой 6 и дополнительной внешней вторичной выпускной трубой 16. Ступени находятся в различных осевых местоположениях вдоль геометрии расширения циклонного сепаратора для текучей среды, тем самым предоставляя сепарацию пара/жидкости при двух давлениях расширения.

Согласно примеру первая сепарация может осуществляться на дозвуковых скоростях текучей среды, извлекая типично 20% текучей среды, из которых приблизительно 50% находится в жидкой фазе, и приблизительно 50% находится в паровой фазе.

Вторая сепарация осуществляется на сверхзвуковых скоростях текучей среды, извлекая (приблизительно) 30% текучей среды в жидкой фазе (приблизительно 50%) и в паровой фазе (приблизительно 50%).

Как первая, так и вторая сепарации приводят не к чистым фракциям (т.е. содержащим один компонент), а приводят к смеси.

Потоки сепарации (потоки через внешнюю вторичную выпускную трубу 6 и дополнительную внешнюю вторичную выпускную трубу 16) составляют в целом приблизительно 98% от общего объема NGL, вводимой в циклонный сепаратор для текучей среды, что является высоким показателем по сравнению с одноступенчатым циклонным сепаратором для текучей среды. Оставшаяся часть текучей среды (приблизительно 56%) является перегретым паром, извлеченным из NGL.

Согласно примеру, при использовании, внешняя вторичная выпускная труба 6 может быть в дозвуковой области потока, а дополнительная внешняя вторичная выпускная труба 16 может быть в сверхзвуковой области потока.

Охлаждение в циклонном сепараторе для текучей среды, как описано выше, устанавливается посредством ускорения потока подачи до сверхзвуковой скорости. В сверхзвуковом режиме давление типично падает до коэффициента 1/4 давления подачи, между тем температура типично падает до коэффициента 1/3 относительно температуры подачи. Отношение T-падения в расчете на единичное P-падение для данного состава подачи определяется с помощью изэнтропической эффективности расширения, которая может составлять приблизительно 85%. Изэнтропическая эффективность выражает потери на трение и тепловые потери, возникающие в циклонном сепараторе для текучей среды.

Фиг.3 показывает как (первая) внешняя вторичная выпускная труба 6, так и дополнительная внешняя вторичная выпускная труба 16, размещаемые дальше по потоку относительно горловинной части 4. Тем не менее, как поясняется в дополнительном варианте осуществления ниже, дополн