Brevet FR2442650A1 — publié le 19800627

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de séparation de liquide de gaz, avantageusement d'hydrocarbures lourds et/ou d'eau contenus dans le gaz. Selon un procédé classique, les gouttes de liquide se trouvant dans une phase gazeuse sont séparées dans des séparateurs de grandes dimensions, fonctionnant selon le principe de gravitation et de choc, dans lesquels, afin de supprimer les gouttes plus fines de petit diamètre, sont installés des "capteurs de brouillard". A la surface de ceux-ci, une pellicule de liquide se forme qui s'écoule sous l'action de la gravitation dans la chambre de liquide du séparateur. Le dispositif possède un rendement élevé jusqu'à ce que la vitesse d'écoulement franchisse une valeur de seuil, la pellicule de liquide devenant hydrodynamiquement instable et l'écoulement de gaz entraSnant avec lui des gouttes de liquide.Ce phénomène n'a pas pu être éliminé, par conséquent on a mis au point les séparateurs centrifuges, dits séparateurs à cyclone, dans lesquels les gouttes de liquide sont soumises à une force de sédimentation élevée. Les séparateurs à cyclone classiques présentent, en fonction de la vitesse d'entrée, c'està-dire de la charge, les caractéristiques suivantes A l'intérieur d'une plage, le rendement de séparation des gouttes croit avec l'augmentation de la vitesse d'entrée il atteint ensuite un maximum. Lorsque le maximum est atteint, le rendement baisse et finalement dans le dispositif s'établit un effet de pulvérisation prépondérant. LEE séparateur à cyclone doivent par conséquent fonctionner dans des conditions où la charge fluctue dans de larges limites. Il est connu qu'un gaz contenant un liquide s'écoulant dans un tube de turbulence, s'étale sur la paroi de celui-ci. La direction d'écoulement dépend du rapport des courants de gaz partiels froids dérivés du tube de turbulence, de la réalisation du tube de turbulence et de ses dimensions géométriques. Des tubes de turbulence classiques, dont le trait caractéristique réside dans le fait que, pour la dérivation du courant partiel de gaz froid, on utilise un diaphragme disposé à proximité de la buse, la plus grande partie du liquide s'é coule avec le courant partiel de gaz chaud, jusqu'à ce que cette quantité de gaz chaud soit de 0,5 à 0,6 fois plus petite que le courant partiel de gaz froid. L'autre partie du condensat, c'est-à-dire la fraction du courant de gaz froid rampe à travers le diaphragme vers le courant de gaz froid.Cet écoulement est appelé courant parasite, Afin de séparer la phase gazeuse et la phase liquide, on connaît également un autre dispositif dans lequel une chemise est introduite dans la chambre de turbulence, L'écoulement de gaz froid est dérivé à travers la chemise, le liquide est dérivé à travers la chambre annulaire se trouvant entre la chemise et la paroi de la chambre de turbulence, et le courant de gaz froid est dérivé gråce au diaphragme se trouvant près du plan de la buse. Grftce à ce dispositif, la reptation du liquide sur le diaphragme ne peut pas se produire. Selon un autre dispositif connu, le liquide tournant sur le diaphragme est introduit dans une chambre annulaire. On évite ainsi que le courant de gaz froid entratne avec lui du liquide provenant du diaphragme. La plus grande partie du liquide est entratnée par le courant de gaz chaud et de liquide est séparé à l'aide d'un dispositif distinct. On connatt en outre une solution dans laquelle aux deux extrémité8 d'un tube de turbulence symétrique, deux tubes concentriques dérivent le courant de gaz froid, à travers les ouvertures annulaires internes le courant de gaz chaud, et le liquide de la cavité se trouvant sur la paroi de la chambre de turbulence. Dans une réalisation analogue à celle qui précède, une chemise pénètre dans un des tubes de turbulence asymétriques. Grtce à cette chemise, le courant de gaz chaud est dérivé, tandis que le liquide est dérivé de la chambre annulaire entre la chemise et la paroi de la chambre de turbulence. Le courant de gaz froid est dérivé de façon classique grâce au diaphragme se trouvant près du plan de la buse. On connatt un autre dispositif dans lequel le tube asymétrique de turbulence est réalisé à la manière d'un diffuseur. Le liquide est dérivé du canal annulaire raccordé au diffuseur. Le courant de gaz froid est ici également dérivé par le diaphragme se trouvant près du plan de la buse. Un inconvénient commun des trois réalisations citées en dernier lieu réside dans le fait que non seulement le courant de gaz chaud, mais également la pellicule de liquide s'écoule dans une direction. Cette situation est très défavorable parce qu'ainsi le liquide est partiellement évaporé. Des recherches ont montré que dans ces dispositifs asymétriques, un anneau de liquide se forme sur le diaphragme, qui peut être entra#né par le courant de gaz froid.On a également effectué des recherches en vue de réaliser des dispositifs dans lesquels la pellicule de liquide est dérivée à travers plusieurs ouvertures annulaires, usinées dans la paroi du tube s'amincissant coniquement, tandis qu'un tube cylindrique pénètre dans le coeur du tourbillon Par ce dispositif non plus, la reptation du liquide dans le tube de dérivation des gaz n'a pu être em perchée. On connatt enfin un dispositif dans lequel le tube de turbulence est réalisé sous la forme d'un tube de turbulence à recirculation, à travers la paroi duquel le mélange de liquide et de gaz est introduit dans la chambre entourant la chambre de turbulence. Les gouttes de liquide se déposent dans la chambre de la paroi latérale. La chambre de gaz (à l'intérieur de la chambre périphérique) est reliée par un tube introduit dans la zone de séparation, avec le coeur de la chambre de turbulence, c'est-à-dire avec la région centrale à faible pression.Parmi les dispositifs mentionnés-jusqutici de réalisation identique, celui cité en dernier lieu présente le rendement le plus élevé, parce que son rendement pour une vitesse d'entrée de 12 mètres/ seconde peut atteindre 99%. Son inconvénient est sa faible capacité, parce que le rapport entre le diamètre de la buse et celui du tube est inférieur à 4,5.10 5. L'invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif convenant à la séparation d'un liquide d'un gaz, une vitesse d'entrée quelconque ainsi qu'un rendement quelconque de séparation plus important du liquide pouvant être obtenus. L'invention concerne par conséquent un procédé de séparation de liquide, avantageusement des hydrocarbures lourds et de l'eau, du gaz naturel, le courant de gaz contenant le li quide étant introduit en permanence dans un séparateur à turbulence, et au moins une partie du liquide précitée sur la paroi est dérivée par l'ouverture ménagée dans la paroi du séparateur à turbulence, mae par la force centrifuge. Selon l'invention, le liquide est dérivé au moins grâce à une ouverture pratiquée dans la paroi du séparateur à tur bulencè dans le courant partiel de liquide/gaz, au moyen de la différence de pression régnant dans le courant de gaz turbulent. Selon le procédé de l'invention, le liquide est dérivé par la paroi du tube de turbulence du séparateur centrifuge, en utilisant une différence de pression s'établissant dans les courants de gaz turbulents. (Un phénomène analogue se produit dans la nature, dans les courants d'air cycloniques, par exemple lors d'un typhon. L'invention concerne en outre un dispositif de mise en oeuvre du procédé, qui comporte un séparateur à turbulence centrifuge, sur la paroi duquel sont réalisées des ouvertures de soutirage par l'intermédiaire desquelles est introduit le courant de gaz contenant le liquide et est dérivé le courant de gaz débarassé du liquide. La caractéristique essentielle de l'invention est qu'au moins une ouverture de prélèvement pratiquée dans la paroi du séparateur à turbulence centrifuge, est reliée, par l'intermédiaire de la chambre de gaz du séparateur contenant la chambre de liquide et la chambre de gaz et séparant le liquide du gaz, à un courant de gaz exempt de liquide (ou un courant de gaz contenant une quantité réduite de liquide). Selon l'invention, l'ouverture de prélèvement du séparateur à turbulence centrifuge est reliée, par l'intermédiaire d'une soupape de réglage et par l'intermédiaire de la chambre de gaz du séparateur séparant le liquide et le gaz, à l'exté- rieur du séparateur, au courant de gaz débarassé de liquide. Le dispositif peut également être réalisé de sorte que l'ouverture de prélèvement pratiquée dans la paroi du séparateur à turbulence, centrifuge soit reliée, par l'intermédiaire de la chambre de gaz du séparateur séparant le liquide et le gaz, dans l'axe du séparateur, au côté de la buse introduisant le gaz. Cette réalisation convient particulièrement et fonctionne avec un rendement élevé lorsque la quantité de liquide est faible. Selon lhinvention, l'espacement entre l'extrémité du tube plongeur qui est introduit dans le tube de turbulence du séparateur, et le plan de la buse d'admission de gaz, s'élève à 1,5 fois le diamètre interne du tube de turbulence, le diamètre extérieur de celui-ci s'élevant à au moins 0,2 fois le diamètre interne du séparateur centrifuge. Le dispositif peut enfin être réalisé de telle sorte que le séparateur centrifuge soit un corps de rotation dont le diamètre interne maximal est supérieur à 10 mm, mais au plus à 400 mm, la valeur de son angle de cône s'élevant à 20 , tandis que la longueur radiale de son canal d'écoulement s'élève à 0,5 fois le diamètre interne du séparateur centrifuge. Le procédé et le dispositif selon l'invention sont expliqués ci-après en regard des dessins annexés. La Figure 7 représente la disposition de principe du dispositif. La Figure 2 représente schématiquement un autre exemple de réalisation. Selon la Figure 1, le courant de gaz contenant le liquide est introduit par le tube 1 dans le séparateur à turbulence, centrifuge. Le séparateur à turbulence 2 se compose d'un tube de turbulence 2a, d'une buse 2b, d'un tube plongeur 2c évacuant le gaz, d'une chemise 2d et d'un canal d'écoulement 2e. Le tube plongeur 2c du séparateur à turbulence 2 est relié à un tube 3 de dérivation du gaz. Sur la paroi latérale du séparateur à turbulence 2, sont pratiquées des ouvertures de prélèvement 4,5 et sont reliées, par l'intermédiaire d'une soupape de commande 6 et d'une canalisation 7, à la chambre de gaz 8a du séparateur 8 séparant le liquide du gaz. Au-dessous de la chambre de gaz 8a du séparateur 8, se trouve une chambre de liquide 8b. La chambre de gaz 8a est reliée, par l'intermédiaire d'une canalisation 9, au tube 3 de dérivation de gaz du séparateur à turbulence 2. La chambre de liquide 8b du séparateur 8 est soutirée par l'intermédiaire d'une canalisation 11 munie d'une soupape 10. La chemise 2d du séparateur à turbulence 2 peut enfin, comme représenté par la ligne en pointillés, dtre reliée, par l'intermédiaire d'un tube équipé d'une soupape, au tube 3 de dérivation de gaz. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 1, le gaz contenant le liquide, qui arrive par l'intermédiaire du tube 1, s'écoule à vitesse élevée à travers la buse 2b dans le tube de turbulence 2a du séparateur à turbulence centrifuge. La dérivation du liquide séparé s'effectue sur la paroi du tube de turbulence 2a du séparateur 2 par l'intermédiaire des ouvertures de prélàvement 4,5 par la canalisation 7 munie d'une soupape de commande 6. La quantité de gaz dérivée avec le liquide peut être fixée par la soupape de commande 6. Cette dernière est néçessaire, parce que dans les écoulements turbulents à vitesse élevée, la surface du liquide tournant sur la paroi du séparateur à turbulence n'est pas définie géométriquement, les demandeurs cherchant cependant à éliminer le plus possible la totalité du liquide, mêre si une certaine quantité de gaz doit dtre perdue. En vue de l'aspiration du liquide, on tire parti de la différence de pression résultant dans le courant de gaz rotatif.La différence de pression est provoquée par le fait que le courant de gaz aspiré par les ouvertures 4,5, est relié par l'intermédiaire de la chambre de gaz 8a du séparateur séparant le liquide et le gaz, avec le tube 3 du séparateur à turbulence 2. Par suite de la turbulence, une pression élevée s'établit sur la paroi interne du séparateur 2, si bien que le courant de gaz et de liquide est expulsé par les ouvertures 4,5 et est poussé à travers la chambre de gaz 8a du séparateur 8 dans le tube 3 de dérivation de gaz à faible pression. Dans le séparateur 8, le gaz est débarassé du liquide et parvient dans le tube de dérivation de gaz 3 d'oW il est dérivé. Le liquide accumulé dans le séparateur 8 est éliminé par ouverture de la soupape 10 par l'intermédiaire de la canalisation 11. Dans le cas du dispositif représenté sur la figure 1, l'écartement entre l'extrémité du tube plongeur 2c de dérivation de gaz (qui pénètre dans le tube de turbulence 2a du séparateur 2) et le plan de la buse 2b s'élève à 1,5 fois le diamètre interne du tube de turbulence 2a, son diamètre extérieur le plus faible étant au moins 0,2 fois le diamètre interne du séparateur centrifuge. Avec une telle structure, aucun écoulement parasite n'apparatt, c'est-à-dire que le liquide ne rampe pas à travers le diaphragme de dérivation de gaz.Ceci constitue un avantage important. Le séparateur à turbulence, centrifuge 2, est avantageusement un corps de rotation, dont le diamètre interne maximal est compris entre 10 et 400 mm, son angle de cane s'élevant au plus à 200 et la longueur radiale de son canal d'écoulement 2e s'élevant à 0,5 fois le diamètre interne du tube de turbulence 2a du séparateur 2. Grace à cette réalisation, on obtient un double but : d'une part la stabilité hydrodynamique du liquide est accrue du fait que la pellicule de liquide est rendue plus mince, d'autre part le mouvement de reptation du liquide dans le tube plongeur 2c est empêchée. Selon la figure 2, le gaz contenant le liquide et arrivant par le tube 1 s'écoule à travers la buse 2b, celle-ci étant reliée tangentiellement au séparateur à turbulence 2. Le liquide contenu dans le gaz frappe, sous l'action de la force centrifuge, la paroi du tube de turbulence 2a. Ensuite, le liquide s'écoule à travers la chambre annulaire entre la paroi du tube de turbulence 2a et le tube plongeur 2c, conjointement avec le gaz, à travers le tube 7 dans la chambre de gaz 8a du séparateur 8. Dans le séparateur 8, le liquide se sépare du courant de gaz enrichi. Dans le séparateur à turbulence 2, les phases liquides non miscibles entre elles sont rassemblées : dans le séparateur 8, elles sont séparées. Dans la chambre de liquide 8b du séparateur 8, ces phases liquides peuvent être séparées par le fait que dans le séparateur 8, c'est-à-dire dans la chambre de liquide est disposée une plaque, dont le plan inférieur se trouve plus haut que le plan inférieur de la chambre de liquide 8b dans le séparateur 8. A la plaque 12 est raccordé un tube de dérivation 14 équipé d'une soupape 13. La phase liquide la plus lourde, comme dans l'exemple précédent, s'écoule à travers le tube 11 équipé d'une soupape 10, tandis que la phase plus légère s'écoule à travers le tube de dérivation 14. ta chambre de gaz 8a du séparateur 8 est reliée à la canalisation 9 introduite dans l'axe du séparateur à turbulence 2, sur le côté de la buse 2b. Selon cet exemple de réalisation, le courant partiel (liquide/gaz) s'écoule au moyen d'une différence de pression apparaissant dans la turbulence dans le séparateur 8 et ensuite le gaz débarassé de liquide s'écoule à travers la canalisation 9 à proximité de l'axe du séparateur 2. Selon cet exemple de réalisation, de l'essence peut être sépare du gaz naturel, ceest-i-dire que les phases liquides extraites peuvent être séparées. Au cours des expériences, la phase liquide a été cona centrée dans une petite partie du courant de gaz, elle est ensuite séparée avec le gaz et dans une nouvelle chambre (dans ce cas dans un séparateur disponible) le liquide dérivé est séparé avec le gaz.Comme ce processus s'est avéré satisfaisant, il doit être chiffré ; à partir d'une source de gaz naturel brut (500 kg/h), ont été séparée 1500 kg/h de gaz froid, 2400 kg/h de gaz chaud, 1050 kg/h d'essence et 50 kg/h d'eau, de telle sorte que le liquide était concentré en un courant d'environ 2,7 m3/h, c'est-à-dire a été dérivé avec une quantité de gaz de volume double. Lorsque les gaz s'échappant atteignirent un volume d'écoulement effectif de 263 m3/h, le liquide dérivé a été concentré. Cette concentration a été effectuée par conséquent à 1% en volume dû courant de gaz sortant. Un grand avantage de l'invention réside dans le fait que les colts d'investissement, par suite des petites dimensions du séparateur centrifuge, peuvent être réduits de façon significative. Simultanément, pour une vitesse d'entrée quelconque et un rapport de liquide quelconque, une séparation plus efficace et meilleure du gaz et du liquide a pu être obtenue. Un autre avantage réside dans le fait que pour autant que le mélange à séparer contient également de telles phases liquides, qui ne sont pas miscibles, ainsi celles-ci sont séparées efficacement selon l'invention. REVENDICATIONS I - Procédé de séparation de liquide de gaz, en particulier d'hydrocarbures lourds et/ou d'eau de gaz naturel, selon lequel le courant de gaz contenant le liquide est introduit en permanence dans un champ de force centrifuge et au moins une partie du liquide extrait du champ de force est dérivé, caractérisé en ce que la quantité de liquide extraite du champ de force centrifuge et déposée est dérivée au moyen d'une différence de pression s'établissant dans le courant de gaz turbulent entre le liquide et le gaz du courant partiel. 2 - Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, dans lequel est prévu un séparateur à turbulence, sur la paroi duquel sont pratiquées des ouvertures en vue de l'introduction du courant de gaz aqueux et en vue de la dérivation du courant de gaz exempt d'eau, caractérisé en ce qu'au moins une des ouvertures (4,5) pratiquées dans la paroi du séparateur à turbulence (2) est reliée, par l'intermédiaire de la chambre de gaz (8a) du séparateur (8) séparant le liquide et le gaz, à un courant de gaz (3) débarrassé du liquide ou contenant une quantité réduite de liquide. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ouverture (4) du séparateur (2) est reliée par l'intermédiaire d'une soupape de commande (6) et par l'intermédiaire de la chambre de gaz (8a) du séparateur (8), à l'extérieur du séparateur à turbulence (2), au tube (3) de dérivation du gaz exempt de liquide. 4 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ouverture (4) pratiquée dans la paroi du séparateur à turbulence (2) est reliée, par l'intermédiaire de la chambre de gaz (8a) du séparateur (8) séparant le liquide du gaz, dans la partie axiale du séparateur à turbulence (2), au côté de la buse (2b) d'introduction de gaz. 5 - Dispositif selon une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'espacement se trouvant entre le plan de l'extrémité du tube plongeur (2c) de dérivation de gaz, pénétrant dans le tube de turbulence (2a) du séparateur à turbulence (2), et le plan de la buse (2b) d'introduction de gaz, s'élève à 1,5 fois le diamètre interne du tube de turbulence (2a), et son diamètre minimal s'élève à au moins 0,2 fois le diamètre interne du tube de turbulence (2a) se trouvant dans le séparateur (2). 6 - Dispositif selon une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le séparateur (2) mt par la force centrifuge est un corps de rotation dont le diamètre interne maximal s'élève à plus de 10 mi, au plus à 400 mm, son angle de cône est au plus de 200, et la longueur radiale de son canal (2e) d'introduction d'écoulement s'élève à 0,5 fois le diamètre interne du séparateur (2).