Brevet FR2443036A1 — publié le 19800627

La présente invention concerne un procédé de séparation d'eau et d'essence, en particulier de gaz naturel, selon lequel la condensation, au moins une condensation partielle, du mélange dst obtenue par refroidissement par la détente de la phase gazeuse du mélange. De cette façon, les constituants enrichis dans le condensat peuvent Etre séparés après vidange du condensat. Dans ce but, on connait déjà des soupapes de réglage, des machines ou des combinaisons de celles-ci, utilisées dans l'industrie. On sait en outre qu'un refroidissement minimal et une condensation peuvent être effectués au moyen d'un procédé utilisant une soupape d'étranglement. Lors de l'étranglement notamment lattempérature et les conditions de phase régnant à la fin de la détente sont déterminées par la composition chimique du mélange, par la pression et la température en amont et en aval de l'étranglement. Dans des situations données la détente s'accompagne d'un échauffement. Un refroidissement et une condensation satisfaisants peuvent être obtenus par application de machines opératrices. L'inconvénient de ce procédé réside dans le fait que les turbines de détente mises au point dans ce but sont cofl- teuses et leur manoeuvre pénible. En outre, il faut s'accommoder de l'érosion du liquide s'exerçant sur la machine, Un inconvénient commun du dispositif mis en oeuvre, non seulement i-l'aided'une machine opératrice, mais également d'une soupape d'étrangGement , réside cependant dans le fait qu'en vue de la séparation du condensat obtenu après la détente, des séparateurs considérables, qui fontionnent selon le principe de gravitation et choc, doivent être mis en oeuvre. Les inconvénients connus qui apparaissent non seulement lors de l'application de soupapes d'étranglement et de machines opératrices, mais également dans le cas d'un séparateur particulier, sont supprimés par le procédé connu de Ranque-Hilsch, selon lequel la séparation des mélanges se condensant est réalisée par un effet de tourbillon. Il est connu que dans un courant de gaz introduit à grande vitesse, tangentiellement à l'axe, dans une chambre de turbulence une distribution de température s'établit, selon laquelle une partie du courant de gaz, qui est entrarnée de la région périphérique Jusqu'à une extrémité de la chambre de turbulence, présente une température plus élevée que l'autre partie du courant de gaz qui s'écoule de la région proche de l'axe (à l'autre extrémité de la chambre à gaz). Cet effet dit de Ranque-Hilsch ne s'est pas répandu dans la technique du froid en raison de son faible rendement. Il est, en outre, connu que la phase liquide ainsi obtenue, s'écartant du centre sous l'action de la force centrifuge régnant dans la chambre de turbulence, est entraînée en un mouvement de rotation sur la paroi. La présente invention procède de la connaissance que l'effet de Ranque-Hilsch convient en vue du maintien d'une inhomogénéité de température considérable et peut être utilisé pour la mise en oeuvre d'un procédé dont le résultat est une sélectivité importante des constituants ou l'accroissement de l'efficacité de la condensation. L'invention concerne par conséquent un procédé selon lequel la séparation de constituants condensés et/ou condensables peut être effectuée à partir d'un mélange de gaz et de liquide ou d'un mélange de gaz, et est caractérisé par le fait que le mélange est détendu dans une chambre de turbulence, après quoi, à l'aide de la force centrifuge et de l'effet de turbulence les courants de gaz "froids" et "chauds" sont évacués simultanément de la chambre de turbulence, tandis que le rapport de pression entre le mélange du gaz naturel brut introduit dans la chambre de turbulence, et tempéré dans le cas donné, et du courant de gaz "chaud" est avantageusement fixé à 1,7 : 7, le mélange amené dans la chambre de turbulence étant avantageusement refroidi par le courant de gaz "froids", à l'extérieur de la chambre de turbulence.Selon une autre caractéristique du procédé de l'invention, seul un tel courant de liquide est extrait de la chambre de turbulence en tant que produit fractionné, dont la température et la composition s'écartent de celles des courants de gaz extrait de la chambre de turbulence. Selon l'invention, l'effet de turbulence, le champ de force de la force centrifuge et la détente, sont utilisés conjointement selon une combinaison appropriée. De cette façon les différents constituants sont séparés du mélange de gaz brut contenant les constituants condensables, en résultat du refroidissement et de la condensation partielle du mélange. Afin d'accroitre la condensation et la sélectivité de la séparation des constituants, une partie du condensat obtenue au cours de l'opération est extraite à une température plus élevée, de telle sorte que le mélange de gaz et de liquide ou le gaz encore détendue, cèdent à la chaleur ; parce que, du fait qu'il présente une température plus faible, d'autres quantités de condensat peuvent être obtenues. La température du courant partiel aspiré, riche en liquide, dépend des conditions thermodynamiques et des paramètres d'écoulement. La mise en oeuvre du procédé peut avantageusement entre réalisé à l'aide d'une chambre dé turbulence. Comme le mélange de gaz brut contenant les constituants condensables est amené de façon appropriée dans la chambre de turbulence, un rebondissement est provoqué et sous l'action de la force centrifuge s'en-suivant, les constituants de plus faible poids du mélange de gaz se placent à proximité de l'axe de rotation, les constituants de plus fort poids à proximité de la paroi et peuvent être séparés partiellement. Le phénomène de turbulence convient également par ailleurs au maintien d'une différence de température, en plus d'une différence de pression, la sélectivité pouvant en être accrue. Un exemple de la réalisation du procédé de l'invention est expliqué ci-après à l'aide d'un schéma de processus. La Figure unique représente le schéma de processus. Dans la canalisation d'admission 1, le gaz brut affluant, est refroidi dans l'échangeur de chaleur 2, avec le gaz froid provenant de la chambre de turbulence 4, avant qu'il ne pénètre dans la chambre de turbulence. La quantité du gaz froid et la température de celuici sont fixées par un dispositif de régulation 15, qui est intercalé dans le courant de gaz de la chambre de turbulence 4, qui en pratique est un obturateur conique monté directement sur la chambre de turbulence 4, le cône étant coaxial à la chambre de turbulence 4. Le courant partiel de gaz chaud est entratné à travers la canalisation 6 du courant de gaz chaud. Grace au schéma de montage représenté, l'effet de turbulence est utilisé de manière satisfaisante et le refroidissement du mélange ainsi que la condensation partielle de celui-ciasont alors assurés si au cours de la détente étranglement et le refroidissement est faible ou si dans un cas donné aucune variation de température ne se produit, ou si éventuellement la température croit. La température du courant partiel enrichi en liquide qui est régulée par l'intermédiaire de la canalisation péri Ahérique 7 par un dispositif de régulation inférieur 13, est supérieure à celle de l'autre courant partiel contenant du liquide qui circule à travers la canalisation 8 conduisant dans la région proche de l'axe et à travers le dispositif de régulation supérieur 14. Les phases liquides sont dérivées par la canalisation 10 prévue pour celles-ci. Par la canalisation 11 d'évacuation de gaz est évacué le courant exempt de condensat et le courant enrichi de constituants volatiles. Dans le cas de condition de détente plus faible, une autre séparation des courants partiels de liquide n'a pas d'importance particulière. Comme le rapport entre la pression du gaz ou du mélange de gaz gt de liquide introduit dans la chambre de turbulence 4 par la canalisation d'admission 3 débouchant dans la chambre 4 et la pression du gaz qui s'écoule à travers la canalisation 5 pour le gaz froid, dépasse à peine le rapport de pression critique d'un écoulement laminaire (dont la valeur pour le gaz naturel est comprise entre 1,7 et 2,3), ainsi la différence des températures des courants partie la de liquide est faible. Dans le cas, les courants partiels qui sont aspirés au aussi bien dans la canalisation périphérique 7 que dans la canalisation 8, sont réunis et amenés dans le séparateur 12 par la canalisation 9 se trouvant devant le séparateur. Dans le séparateur 12 se sépare le gaz aspiré par le liquide. De-là le gaz séparé est conduit au courant de gaz froid par la canalisation 5 de dérivation du gaz froid, sortant de la chambre à turbulence 4. La quantité de courant de gaz dérivé du séparateur 12 est relativement négligeable par rapport au courant partiel de gaz s'écoulant à travers la canalisation 5. Dans le cas de conditions de détente plus grandes, avantageusement lors de la mise en marche de la chambre à turbulence 4, le liquide dérivé par la canalisation périphérique 7 et le liquide dérivé par la canalisation 8 conduisant dans la région axiale, sont amenés dans des réservoirs distincts. Un traitement distinct est ainsi possible. Le procédé selon l'invention convient avantageusement pour la séparation de l'eau et de l'essence du gaz naturel. Dans le cas, la pression régnant en amont de la chambre à turbulence 4 est modifiée à une valeur comprise entre 10,5 MPa et 2,9 Pa, la pression après la détente étant choisie à environ 1,5 MPa. Une inhomogénéité de température avantageuse a pu ensuite être obtenue car le rapport vis-à-vis de la tétente était supérieur à 2,1. Simultanément, le rapport entre la quantité du courant partiel de gaz froid dérivé de la chambre à turbulence 4 et le mélange brut introduit dans celle-ci devait être inférieur à 0,7. En principe, il est également possible de s'écarter des valeurs indiquées ci-dessus grâce à un dispositif approprié, la séparation des courants partiels de liquide de températures différentes étant effectuée avec un rapport de détente plus faible. Les avantages du procédé de l'invention résident dans le fait qu'une séparation efficace de liquide, une plus grande productivité et/ou une séparation sélective des constituants est possible ; aucune énergie extérieure n'est nécessaire pour la séparation, car une séparation complète est obtenue grâce à la réduction de pression apparaissant dans la chambre à turbulence. Le procédé convient particulièrement à la séparation sélective de gaz de pression relativement faible. REVENDICATION Procédé de séparation de constituants condensés et/ou condensables d'un mélange de gaz/liquide ou d'un gaz, caractérisé en ce que le mange est détendu dans une chambre à turbulence, ensuite à l'aide de la force centrifuge et de l'effet de turbulence Ranque-Hilsch, une dérivation simultanée des courants de gaz "chaud" et froid de la chambre à turbulence est effectuée, tandis que le rapport de pression entre le mélange de gaz brut introduit dans la chambre à turbulence, qui dans le cas donné est régulé thermiquement, et le courant de gaz chaud est réglé avantageusement à la valeur 1,7 : 7, ensuite le mélange à l'extérieur de la chambre de turbulence est refroidi par le courant de gaz froid avant qu'il ne soit introduit dans la chambre à turbulence, en ce qu'en outre seul un tel courant de liquide est dérivé de la chambre à turbulence en tand que produit fractionné dont la température et la composition diffèrent de la température et de la composition des gaz sortant de la chambre à turbulence.