(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮性流体流を含む注入供給物（Ｓ−１）から液体を分離するシステムであって、サイクロン式流体分離器および分留塔（ＣＯＬ−１）を備えるシステムにおいて、
前記サイクロン式流体分離器は、集束流体注入口部分と分流流体排出口部分との間に配置されたスロート部分（４）を備え、前記サイクロン式流体分離器は、前記集束流体注入口部分および前記スロート部分を通って前記分流流体排出口部分に向かう下流方向へのサイクロン流を促進するように構成され、前記分流流体排出口部分が、凝縮可能物が欠乏した流体成分用の内側主排出管（７）と、凝縮可能物が豊富な流体成分用の外側補助排出管（６）とを備え、前記サイクロン式流体分離器は、さらなる外側補助排出管（１６）を備え、前記外側補助排出管（６）は、前記サイクロン式流体分離器の中心軸（Ｉ）に沿った第１の位置に配置され、前記さらなる外側補助排出管（１６）は、前記サイクロン式流体分離器の前記中心軸（Ｉ）に沿った第２の位置に配置され、前記第１の位置および前記第２の位置が前記分流流体排出口にあり、
−  前記第１の位置に配置された前記外側補助排出口（６）が、前記分留塔（ＣＯＬ−１）内の第１の高さに接続され、
−  前記第２の位置に配置された前記さらなる外側補助排出口（１６）が、前記分留塔（ＣＯＬ−１）内の第２の高さに接続され、
前記第１の位置は前記第２の位置に対して上流側にあり、前記第１の高さは前記第２の高さよりも低い、システム。
【請求項２】
圧縮性流体流を含む注入供給物（Ｓ−１）から液体を分離する方法であって、
圧縮性流体流れから液体を分離するサイクロン式流体分離器であって、
集束流体注入口部分、スロート部分（４）、および分流流体排出口部分それぞれを備えるサイクロン式流体分離器にサイクロン流体流を供給し、
前記サイクロン式流体分離器の中心軸（Ｉ）に沿った第１の位置で外側補助排出口（６）から第１の流れを取り込み、
内側主排出管（７）から第３の流れを取り込み、
前記中心軸（Ｉ）に沿った第２の位置でさらなる外側補助排出口（１６）から第２の流れを取り込む、サイクロン式流体分離器と、
分留塔（ＣＯＬ−１）と、を使用し、
−  前記分留塔（ＣＯＬ−１）内の第１の高さに供給される流れを、前記第１の位置に配置された前記外側補助排出口（６）を介して取り込むステップと、
−  前記分留塔（ＣＯＬ−１）内の第２の高さに供給される流れを、前記第２の位置に配置された前記さらなる外側補助排出口（１６）を介して取り込むステップと、を含み、
前記第１の位置は前記第２の位置に対して上流側にあり、前記第１の高さは前記第２の高さよりも低い、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段サイクロン式流体分離器、液体を分離するシステム、圧縮性流体流から液体を分離する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスから天然ガス液(NGL)を抽出するのにサイクロン式流体分離器を使用するのは、石油およびガス業界では「常套手段」である。NGLは、付加価値を付けるために、すなわち、特定の仕様を満たすために抽出される。
【０００３】
国際公開第03/029739号は、流体流が、場合によっては超音速まで加速され、断熱膨張により急冷却される管状スロート部分を備えるサイクロン式分離器について記載している。急冷により、流体流の中の凝縮可能な蒸気が凝縮および/または固化して、小滴または微粒子になる。流体流が、天然ガス生産井から噴出した天然ガス流れの場合、凝縮可能な蒸気には、水、炭化水素、二酸化炭素、硫化水素、および水銀が含まれ得る。これらの分離器は、スロート部分の上流の注入口部分にある旋回流生成ベーンアセンブリをさらに備え、この1つまたは複数のベーンは、分離器内で流体流に旋回運動をさせるために、傾斜しているか、またはスロート部分の中心軸に関して螺旋を形成している。旋回運動によって流体混合物に加わる遠心力により、比較的高密度の凝縮した成分および/または固化した成分が、スロート部分および分流排出口部分の内部の周縁部に向かって旋回し、それに対して、比較的低密度のガス状成分は、分離器の中心軸の近くに集中する。
【０００４】
続いて、ガス状成分は、主中央排出管を通って分離器から排出され、一方、凝縮物が豊富な流体流は、分流排出口部分の外周に配置された補助排出口を通って分離器から排出される。図1を参照して、サイクロン式分離器について以下にさらに詳細に説明する。
【０００５】
図1を参照して下記にさらに詳細に説明する超音速サイクロン式流体分離器は、凝縮可能物（condensables）が欠乏した流体成分から凝縮可能物が豊富な流体成分を取り込む分流流体分離チャンバ5(フロースプリッタ)を備える。分離した液体混合物の組成は、サイクロン式流体分離器内の、外側補助排出管6の位置における特定の温度(T)および圧力(P)での気相と液相との間の局所平衡状態によって決まる。この分流装置の利点は、この装置により、流れの乱れが最小限になり、両方の流れの最大限の静圧回復が可能になることである。
【０００６】
しかし、図1を参照して説明したサイクロン式流体分離器には、下記のようないくつかの欠点がある。
-  最初の液滴が、スロート部分4で、またはその前ですでに堆積し、流体分離チャンバ5に移送されるしかないために、(スロート部分4と流体分離チャンバ5との間の)高速区間での液体ホールドアップが比較的高い。この流路に沿って、液体ホールドアップは増加し、気相と液相との間の散逸的相互作用をもたらし、それにより、サイクロン式流体分離器内の許容可能な最大液体保持量(liquid load)を制限する。これは、特に、随伴ガスなどのより重いガスの場合である。
-  比較的高沸点の成分を含む液体は、主としてスロート部分4の近くに生じ、比較的低沸点の成分を含む液体は、主として流体分離チャンバ5の近くに生じ、その結果、高沸点成分は、低沸点成分と混ざることになる。
-  サイクロン式流体分離器内に水和物が生じることがあり、この水化物は壁に付着し、それにより、サイクロン式流体分離器の効率を低下させる。
-  流入ガス流れは、サイクロン式流体分離器の性能に悪影響を及ぼす恐れのある流体および固体粒子を含むこともあり得る。
-  液体が形成されると、流れの膨張レベルが制限され、それにより、形成できる総液体量が制限される。
【０００７】
国際公開第00/23757号は、サイクロン式流体分離器を使用する、ガス混合物の成分を液化により分離する装置について記載している。国際公開第00/23757号によれば、この装置は、サイクロン式流体分離器の中心軸に沿った、スロートより後方の異なる位置に置かれた2つ以上の補助排出口を備える。補助排出口の位置は、様々な成分の計算上の露点、ガス流れの速度、および特定の成分の滴が壁まで移動する時間を考慮して選択される。こうすることで、凝縮された様々なガス状成分が、異なる補助排出口で分離される。国際公開第00/23757号は、サイクロン式流体分離器の中心軸に沿った、スロートより後方の異なる位置に置かれた様々な補助排出口での、純粋炭化水素成分の炭化水素混合物からの分留について記載している。しかし、分離した炭化水素留分の純度は最適なものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第03/029739号
【特許文献２】国際公開第00/23757号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
サイクロン式流体分離器、および上記の欠点の少なくとも1つを解決する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一態様によれば、集束流体注入口部分と分流流体排出口部分との間に配置されたスロート部分を備えるサイクロン式流体分離器が提供され、
サイクロン式流体分離器は、下流方向に、集束流体注入口部分およびスロート部分を通って、分流流体排出口部分に向かうサイクロン流を促進するように構成され、
分流流体排出口部分は、凝縮可能物が欠乏した流体成分用の内側主排出管と、凝縮可能物が豊富な流体成分用の外側補助排出管とを備え、サイクロン式流体分離器は、さらなる外側補助排出管を備え、外側補助排出管は、サイクロン式流体分離器の中心軸に沿った第1の位置に配置され、さらなる外側補助排出管は、サイクロン式流体分離器の中心軸に沿った第2の位置に配置される。
【００１１】
さらなる態様によれば、圧縮性流体流を含む注入供給物から液体を分離するシステムが提供され、このシステムは、上記のサイクロン式流体分離器および分留塔を備え、
-  第1の位置に配置された外側補助排出口は、分留塔内の第1の高さに接続され、
-  第2の位置に配置されたさらなる外側補助排出口は、分留塔内の第2の高さに接続され、
第1の位置は第2の位置に対して上流にあり、第1の高さは第2の高さよりも低い。
【００１２】
さらなる態様によれば、圧縮性流体流から液体を分離する方法が提供され、その方法は、
-  集束流体注入口部分、スロート部分、および分流流体排出口部分それぞれを備えるサイクロン式流体分離器にサイクロン流体流を供給するステップと、
-  サイクロン式流体分離器の中心軸に沿った第1の位置で外側補助排出口から第1の流れを取り込むステップと、
-  内側主排出管から第3の流れを取り込むステップと、
-  サイクロン式流体分離器の中心軸に沿った第2の位置でさらなる外側補助排出口から第2の流れを取り込むステップと、を含む。
【００１３】
さらなる態様によれば、凝縮可能な流体流である注入供給物から液体を分離する方法が提供され、そのシステムは、冷却システム、上記によるサイクロン式流体分離器、および分離塔を備え、
-  冷却システムは、注入供給物を受け入れ、予冷却された供給物をサイクロン式流体分離器の方に送出（out put）するように構成され、
-  サイクロン式流体分離器は、予冷却された供給物を受け入れ、分離塔に向かう凝縮可能物が豊富な第1の送出供給物と、凝縮可能物が豊富な第2の送出供給物とを生成するように構成され、
-  分離塔は、分離塔の上部供給物を生成するように構成され、
システムは、分離塔の上部供給物の少なくとも一部を、注入供給物を冷却する冷却システムに案内するように構成される。
【００１４】
添付の概略的な図面を参照して、実施形態が、単なる例として以下に説明され、図面中の同じ参照符号は同じ部品を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】サイクロン式分離器の長手方向断面図を概略的に示している。
【図２ａ】相図を概略的に示している。
【図２ｂ】相図を概略的に示している。
【図３】別の実施形態によるサイクロン式流体分離器を概略的に示している。
【図４】別の実施形態によるサイクロン式流体分離器を概略的に示している。
【図５】別の実施形態によるサイクロン式流体分離器を概略的に示している。
【図６】一実施形態によるサイクロン式流体分離器を概略的に示している。
【図７】一実施形態によるサイクロン式流体分離器を概略的に示している。
【図８ａ】一実施形態によるサイクロン式流体分離器を概略的に示している。
【図８ｂ】一実施形態によるサイクロン式流体分離器を概略的に示している。
【図９】一実施形態による分離システムを概略的に示している。
【図１０】一実施形態による分離システムを概略的に示している。
【図１１】さらに別の実施形態によるサイクロン式流体分離器を概略的に示している。
【図１２】さらに別の実施形態によるサイクロン式流体分離器を概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
一例として、図1は、サイクロン式分離器、サイクロン式慣性分離器(cyclonic inertia separator)、サイクロン式流体分離器とも称することができる流体分離器の長手方向断面図を示している。
【００１７】
ここで図1を参照すると、洋梨形の中心体1を備える旋回流注入装置を有するサイクロン式慣性分離器が示され、この中心体1には、一連の旋回流生成ベーン2が取り付けられており、中心体1は、環状流路3が中心体1と分離器ハウジング20との間に形成されるように、サイクロン式分離器の中心軸Iと同軸上で、サイクロン式分離器の内部に配置されている。
【００１８】
環状部3の幅は、環状部の断面積が旋回流生成ベーン2から下流に向かって次第に小さくなるように設計されるので、使用時に、環状部の流体速度は次第に増速し、旋回流生成ベーンの下流の位置で超音速に達する。
【００１９】
サイクロン式分離器は管状スロート部分4をさらに備え、使用時に、旋回流体流は、管状スロート部分4から、ガス状成分用の中央主排出管7と、凝縮可能物が豊富な流体成分用の外側補助排出管6とが装備された分流流体分離チャンバ5に排出される。中心体1は、流れ整流ブレードアセンブリ19が取り付けられた略円筒形の細長い尾部分8を有する。中心体1は、管状スロート部分4の最小内側幅または最小内径2Rn minよりも大きい最大外側幅または最大外径2Ro maxを有する。
【００２０】
管状スロート部分4は、環状部3の最小断面積の部分を備える。中心体1の最大径は、管状スロート部分4の最小径よりも大きい。
【００２１】
図1に示すサイクロン式分離器の様々な構成要素について下記に説明する。
【００２２】
旋回流生成ベーン2は、流体流に旋回を発生させるために、中心軸Iに対して角度(α)をなすように向きを合わされる。角度αは、20°〜60°とすることができる。続いて、流体流は、環状流れ領域3に流入するように誘導される。この領域の断面積は以下の通り定義される。
【００２３】
【数１】
0005324670.tif 000002
【００２４】
後者の2つは、選択された位置における環状部の外側半径および内側半径である。その位置における環状部の平均半径は以下の通り定義される。
【００２５】
【数２】
0005324670.tif 000003
【００２６】
流体流は、平均環状部半径の最大値Rmean, maxの位置において、旋回流生成ベーンアセンブリ2の間を速度(U)で流れ、これらベーンは、流体流の流れ方向を偏向角(α)に相応して偏向させ、それにより、Uφ= U  ・  sin (α)となる接線方向速度成分および軸方向速度成分Ux = U  ・  cos (α)が得られる。
【００２７】
旋回流生成ベーン2の下流にある環状空間3では、旋回流体流は膨張して高速となり、平均環状部半径は、Rmean, maxからRmean, minまで次第に小さくなる。
【００２８】
この環状膨張時に、2つのプロセスが起こると考えられる。
(1)流れ中の熱量またはエンタルピ(h)は、量Δh = -1/2 U2とともに減少し、それによって、最初に相平衡に達したこれらの流れ組成物が凝縮する。これにより、細かな液体粒子または固体粒子を含む霧状旋回流になる。
(2)接線方向速度成分Uφは、以下の式にほぼ従って、平均環状部半径に反比例して増加する。
【００２９】
【数３】
0005324670.tif 000004
【００３０】
これにより、流体粒子の遠心加速度(ac)が大幅に増加して、最終的に以下の式程度になる。
【００３１】
【数４】
0005324670.tif 000005
【００３２】
管状スロート部分4において、流体流は、さらに膨張させてより高速にすることができるし、またはほぼ一定速度に維持することもできる。最初の場合、凝縮が進行し、粒子は量が増える。後者の場合、凝縮が、特定の緩和時間を経て止まりかけた状態になる。どちらの場合も、遠心作用により、粒子は、分離器ハウジング20の内壁に隣接する、分離領域と呼ばれる流れ領域の外周に移動する。粒子が流れ領域のこの外周に移動する時間から、管状スロート部分4の長さが決まる。当然ながら、粒子には、固体粒子または固化粒子が含まれ得る。
【００３３】
管状スロート部分4の下流に沿って、凝縮可能物が豊富な「湿性」流体成分は、分流流体分離チャンバ5の内側面に隣接して集まりやすく、「乾性」ガス状流体成分は、中心軸Iに、またはその近くに集められ、その後、湿った凝縮可能物が豊富な「湿性」流体成分は、1つのスロット、一連のスロット、または(微小)多孔質部分を介して外側補助流体排出口6に排出され、それに対して、「乾性」ガス状成分は、中央主流体排出管7に排出される。
【００３４】
分流主流体排出管7では、流体流はさらに減速されて、残りの運動エネルギは、ポテンシャルエネルギに変換される。
【００３５】
分流主排出管には、旋回エネルギを回収する流れ整流ベーン19などの流れ整流手段アセンブリを装備することができる。
【００３６】
ここで使用する流体という用語は、液相、気相、ならびに液相および気相の組み合わせを指す。ここで定義した流体は、固体粒子を含むこともできる。
【００３７】
旋回流生成ベーン2は、他の適切な旋回流生成装置と置き換えることができる。例えば、旋回流生成ベーン2は、流体を接線方向に流入させることで形成することができる。
【００３８】
流れ整流ベーン9は、他の適切な流れ整流装置と置き換えることができる。
【００３９】
当然ながら、サイクロン式分離器は、中心軸Iに関してほぼ回転対称である。
【００４０】
上記のサイクロン式分離器は単なる一例であり、下記の実施形態は、国際公開第00/23757号を引用して説明したものなどの、他のタイプのサイクロン式分離器に適用することもできることを強調しておく。
【００４１】
実施形態
図2aは、炭化水素混合物用の露点曲線を示す相図を概略的に示している。相図は、炭化水素混合物の様々な相、すなわち、液体L、気体G、ならびに液体および気体を含む混合相L+Gを示す圧力-温度図である。混合相L+Gと液体Lとを分けるラインは、泡立ち点ラインBPと呼ばれる。混合相L+Gと気体Gとを分けるラインは、露点ラインDPである。露点ラインと泡立ちラインとは、臨界点CPで合流する。
【００４２】
サイクロン式流体分離器で行われるプロセスは、図式的にはA-B線で示される。流体は、気相でサイクロン式流体分離器に流入し(A点)、相図上でB点まで移動し、そこでは、流体は液体および気体の混合物である(B点)。A点とB点との間で、プロセスは、凝縮が始まる露点ラインDPと交差する。
【００４３】
図2aに示した相図は、炭化水素成分などの様々な成分の混合物である流体に典型的なものであることをここで強調しておく。混合物の組成によって、臨界点CPの位置、ならびに泡立ち点ラインBPおよび露点ラインDPの位置および形状が決まる。
【００４４】
プロセスが露点ラインDPを通過すると、液体およびガスL+G領域に入り、液体が生じる。温度Tが下がり、圧力Pが低くなるとともに、すなわち、A-B線をたどると、液体の組成が変わる。組成という用語は、通常、成分I=1,…,Nの混合物全体に対する(モル/質量ベースの)割合の総体として定義される。
【００４５】
異なる純粋成分は、異なる露点温度を有することができるが、これにより、A-B線をたどった場合に、これらの成分の混合物において、異なる成分が続いて凝縮することにはならないことを強調しておく。その代わりとして、露点ラインDPを通過するとその直後に、生じた液体は成分の混合物を含み、その組成は、さらにB点に向かって進んだ場合に変化する。
【００４６】
例えば、先行技術の文献、国際公開第0023757号では、提案している通り、複数の分離手段、例えば、環状スロットを備え、分離手段、例えば、i番目の成分の環状スロットが、使用時に凝縮されるガス成分の露点から距離Liに配置されたサイクロン式流体分離器について記載しており、ここでLi = Vi  ・  Tiであり、この式で、Viは、使用時におけるi番目のガス成分の露点でのガス流速度であり、Tiは、使用時に、i番目のガス成分の凝縮した液滴が、ノズルの軸から機能部分の壁まで進むのに要する時間である。国際公開第0023757号によれば、混合物中に存在する個々の成分は、第1の分離手段による沸点が最も高い成分の、および第2の分離手段による2番目に沸点が高い成分の後続の凝縮および分離によって、複数の分離手段で分離される。
【００４７】
しかし、ここで提示される実施形態は、国際公開第0023757号に記載されたように、ガス状混合物を純粋液化成分にそのように分けることは、物理的に不可能であるという出願人の洞察に基づく。本出願人による国際公開第0023757号の再生例3の結果として、純粋成分(ブタン、プロパン、メタン)ではなくて、これらの成分からなる3つの異なる混合物が得られた。
【００４８】
上記からの結論として、メタン、エタン、プロパン、およびブタンからなるこれらの非常に良好な混和混合物において、成分の有意な分留は行われないと分かった。
【００４９】
ここに提示する実施形態は、図2が、異なる成分の個々の沸騰ラインで構成することができないという洞察に基づく。関連する圧力(例えば、65気圧)における、異なる成分間の分子相互作用は、理想的な相挙動だと想定するには強すぎる。その結果として、凝縮温度が低い方の蒸気成分は、凝縮温度が高い方の成分の液体中に溶解することができる。したがって、複数の成分の相境界が、全体として混合物に有効な1つの実効相境界に統合される。混合物のそのような相境界が図2aに示されている。
【００５０】
したがって、国際公開第0023757号で提案した超音速分離器で純粋成分の液体留分を得ることは物理的に不可能である。国際公開第0023757号で提案したように、そのように明瞭な分留を行うには、再沸器および還流凝縮器が必要になる。国際公開第0023757号にはこれらの方法を使用することについての教示は何らない。
【００５１】
本発明は、純粋成分の分留が、国際公開第0023757号で提示した実施形態で達成されないという洞察に基づく。したがって、改良されたサイクロン式流体分離器を提供するためにこの洞察を使用する実施形態をここに提示する。
【００５２】
図2aに示す破線は、同様の液体組成を有する相図内の位置を表す。したがって、凝縮可能物が豊富な流体成分用の外側補助排出管6を介して得られた液体の組成が、露点ラインDPから(A-B経路に沿って)B点まで移動しながら変化する。例えば、A-B経路に沿った位置1で、液体の組成は、エタン90%、およびメタン10%であり得るが、A-B経路に沿った位置2では、液体の組成は、エタン60%、およびメタン40%であり得る。当然ながら、これは、2つの成分について言及しただけの単純な例であり、実際上、組成にはもっと多くの成分(エタン、メタン、プロパン、ブタンなど)が含まれ得る。
【００５３】
下記に提示する実施形態から明らかになるように、この洞察を使用して、改良されたサイクロン式流体分離器を提供する。
【００５４】
実施形態1
したがって、第1の実施形態(図3を参照のこと)によれば、図1を参照して上記で説明したのと同様に、ガス状成分用の中央主排出管7と、凝縮可能物が豊富な流体成分用の外側補助排出管6とを備え、さらに、さらなる外側補助排出管16を備えるサイクロン式流体分離器が提供される。このさらなる外側補助排出管16は、凝縮可能物が豊富な流体成分に使用することができる。
【００５５】
外側補助排出管6は、分離器の中心軸Iに沿った第1の位置に配置することができ、さらなる外側補助排出管16は、分離器の中心軸Iに沿った第2の位置に配置することができる。第1および第2の位置はともに、スロート部分に対して下流とすることができる。
【００５６】
適宜、2つの外側補助排出管6、16ではなくて、任意の数量の補助排出口を、サイクロン式流体分離器の中心軸Iに沿った、スロート部分4に対して下流のそれぞれ別の位置に設けることができる。
【００５７】
一実施形態によれば、サイクロン式流体分離器の中心軸(I)に沿った別の位置にそれぞれ配置された複数のさらなる外側補助排出口を備えるサイクロン式流体分離器が提供される。
【００５８】
中心軸Iに沿った異なる位置に配置された2つ以上の外側補助排出管6、16を有するサイクロン式流体分離器は、多段サイクロン式流体分離器と称することができる。多段サイクロン式流体分離器は、n段(の外側補助排出管)を有することができ、ここで、nは2以上の自然数である。
【００５９】
外側補助排出管6、16は、サイクロン式流体分離器のハウジング内に環状スロット22を設けることで形成することができる。環状スロット22は、サイクロン式流体分離器内の異なる位置で渦流内に突出する(外側補助排出管6、16を形成する)円錐形状の管を使用して形成される。これらの円錐管の入口縁部23は、流れの乱れ(例えば、境界層剥離、衝撃など)を最小限にするように鋭利になっている。
【００６０】
多段サイクロン式流体分離器の利点は、サイクロン式流体分離器の高速区間での液体ホールドアップが減少し、それによって、エネルギ損失も低減されることである。生じた液体は、早期にサイクロン式流体分離器から取り出されるので、さらに下流の流体流を乱す、または停滞させることはない。例えば、多段サイクロン式流体分離器の場合、早期に(例えば、スロート部分4の近くに)生じた液体は、(第1の)外側補助排出管6の下流の流体流を乱したり、または停滞させたりしない。これは、さらなる分留プロセスなどのさらに下流のプロセスを最適化することができる。
【００６１】
多段サイクロン式流体分離器は、分離器形状に沿って過度の圧力低下をもたらすことなく、(潜在的に)大量の液体を含む流体に対して大幅な膨張を加えることができる。2相流に典型的なこの過度の圧力低下は、超音速膨張を開始する前の初期の(亜音速)膨張時に生じる液体を(第1の外側補助排出管を通じて)取り出すことにより事実上防止される。さらに、膨張プロセスの「途中」ですでに形成された天然ガス液を補助排出管で回収することにより、天然ガス液がさらに液化するのに有利なように平衡点がシフトする。
【００６２】
さらなる実施形態によれば、局所的な軸方向マッハ数が1未満である第1の位置から第1の流れを取り込むことができ、局所的な軸方向マッハ数が1以上である第2の位置から第2の流れを取り込むことができる。第1の位置は第2の位置に対して上流とすることができる。
【００６３】
補助排出口は、サイクロン式流体分離器の後方で再結合されてよいし、または分離されたままでもよい。どちらの場合も、多段サイクロン式流体分離器は、単一段のサイクロン式流体分離器よりも高い流体収率を達成するので有益である。
【００６４】
多段サイクロン式流体分離器を設けることにより、例えば、メタンが欠乏した流体流、およびメタンが豊富な流体流を生成すると同時に、高い液体分率(liquid fraction)を有するガス（炭化水素が豊富な供給ガスなど）を比較的低い圧力損失で有利に処理することができる。
【００６５】
図2bは、この実施形態の効果を相図で示している。ここで、A-B経路は、A-B1-B2経路と置き換えられる。B1は(流れの方向に順に数えて)第1の排出口に対応する。この位置で物質が実際に取り出されるので、新たな相エンベロープ(露点ラインDP2)ができる。そのため、さらに膨張すると、前のB点ではなく、B2点に至る。膨張線の傾き(dP/dT)は、等エントロピー効率の尺度である。傾きが小さくなればなるほど、等エントロピー効率は高くなる、すなわち、所与の圧力低下に対して温度の低下が大きくなる。B1点での中間分離により、B1-B2曲線に沿った第2の膨張ステップに入る液体が少なくなって、摩擦損失が小さくなり、一方で、温度低下が大きいために、新たな液体がより多く生成される。したがって、B1-B2曲線に沿った膨張は、単一段プロセスに属する最初のA-B膨張曲線に沿った膨張よりも効率的である。
【００６６】
一例によれば、飽和した供給ガスが、圧力90bar、温度-41℃でサイクロン式流体分離器に流入する。ガスは、旋回流生成ベーン2を通り過ぎ、スロート部分4の方に移動する。スロート部分4を通過した後、ガスは、圧力54bar、温度-63℃で外側補助排出管6に達する。外側補助排出管6は、第1の凝縮可能物が豊富な流体を取り込み、圧力を回復させ、その結果、送出流は、圧力が54〜70barになる。
【００６７】
次に、ガスは、圧力25bar、温度-92℃でさらなる外側補助排出管16に達する。さらなる外側補助排出管16は、第2の凝縮可能物が豊富な流体を取り込み、圧力を回復させ、その結果、送出流は、圧力が54barになる。第1の凝縮可能物が豊富な流体は、沸点が高い液体を比較的多く含むが、第2の凝縮可能物が豊富な流体は、沸点が低い液体を比較的多く含む。
【００６８】
したがって、この実施形態の成果として、異なる分子量を有する異なる液体混合物が産出される。(スロート部分4に近い)上流スロットは、分子量が最も大きい(例えば、メタン希薄な)液体混合物を生成するが、下流のスロットは、分子量が最も小さい(例えば、メタンが豊富な)液体混合物を生成する。
【００６９】
この実施形態のさらなる成果は、回収される液体の総量が比較的多い、すなわち、単一段のサイクロン式流体分離器を使用する場合よりも多いことである。
【００７０】
集束流体注入口部分と分流流体排出口部分との間に配置されたスロート部分4を備えるサイクロン式流体分離器が提供され、
サイクロン式流体分離器は、下流方向に、集束流体注入口部分およびスロート部分を通って、分流流体排出口部分に向かうサイクロン流を促進するように構成され、
分流流体排出口部分は、凝縮可能物が欠乏した流体成分用の内側主排出管7と、凝縮可能物が豊富な流体成分用の外側補助排出管6とを備え、サイクロン式流体分離器は、さらなる外側補助排出管16を備え、外側補助排出管6は、サイクロン式流体分離器の中心軸Iに沿った第1の位置に配置され、さらなる外側補助排出管16は、サイクロン式流体分離器の中心軸Iに沿った第2の位置に配置される。
【００７１】
また、圧縮性流体流から液体を分離する方法が提供され、その方法は、
-  集束流体注入口部分、スロート部分4、および分流流体排出口部分それぞれを備えるサイクロン式流体分離器にサイクロン流体流を供給するステップと、
-  サイクロン式流体分離器の中心軸Iに沿った第1の位置で外側補助排出口6から第1の流れを取り込むステップと、
-  内側主排出管7から第3の流れを取り込むステップと、を含み、
-  サイクロン式流体分離器の中心軸Iに沿った第2の位置でさらなる外側補助排出口16から第2の流れを取り込むことを特徴とする。
【００７２】
第1の位置および第2の位置は、分流流体排出口部分内とすることができる。中心体1の最大径は、管状スロート部分4の最小径よりも大きくすることができる。
【００７３】
上記の多段サイクロン式流体分離器には、2つの分離段、すなわち、(第1の)外側補助排出管6およびさらなる外側補助排出管16を装備することができる。各段は、サイクロン式流体分離器の膨張形状に沿った異なる軸方向位置に配置され、それによって、2つの膨張圧力で蒸気/液体分離を可能にする。
【００７４】
一例によれば、第1の分離は、亜音速の流体速度で行われて、通常は20%の流体を回収することができ、そのうちの約50%は液相であり、約50%は蒸気相である。
【００７５】
第2の分離は、超音速の流体速度で行われて、液相(約50%)および蒸気相(約50%)の流体を(約)30%回収する。
【００７６】
第1および第2の分離はともに、結果として、純粋な留分(すなわち、単一の成分を含む)が得られるのではなくて、混合物が得られる。
【００７７】
分離流れ(外側補助排出管6およびさらなる外側補助排出管16を介した流れ)は、合わせて、サイクロン式流体分離器に導入されたNGLの総量の約98%になり、この総量の約98%は、単一段のサイクロン式流体分離器と比較した場合に高い。流体の残り(約56%)は、NGLから取り除かれた過熱状態の蒸気である。
【００７８】
一例によれば、使用時に、外側補助排出管6は、流れが亜音速の領域内とすることができ、さらなる外側補助排出管16は、流れが超音速の領域内とすることができる。
【００７９】
上記のサイクロン式流体分離器の内部の冷却は、供給流れを超音速まで加速することで確立される。超音速状態において、圧力は、通常、フィード圧の係数1/4まで落ちており、それに対し、温度は、通常、供給物温度に対して係数1/3まで落ちる。所与の供給組成物の単位P(圧力)-低下当たりのT(温度)-低下の比率は、約85%であり得る膨張の等エントロピー効率で決まる。等エントロピー効率は、サイクロン式流体分離器内で発生する摩擦損失および熱損失を表す。
【００８０】
図3は、(第1の)外側補助排出管6およびさらなる外側補助排出管16がともに、スロート部分4の下流に配置されているのを示している。しかし、別の実施形態で下記に説明するように、さらなる外側補助排出管は、スロート部分4の上流に配置することもできる。
【００８１】
実施形態2
さらなる実施形態が、図4を参照して説明される。
【００８２】
サイクロン式分離器が受け入れる流体は、ガス状成分(メタン、エタン、プロパン、ブタンなど)の混合物を含むことができる。しかし、サイクロン式分離器に流入する流体は、水、液化炭化水素などの液体成分を含むこともできる。サイクロン式分離器に流入するこれらの液体成分は自由液体と呼ばれる。
【００８３】
さらに、サイクロン式分離器に流入する流体は、塵粒子、水和物、氷、細片などの固体成分を含むこともできる。サイクロン式分離器に流入するこれらの固体成分は自由固体と呼ばれる。
【００８４】
自由液体および自由固体はともに、サイクロン式流体分離器を通り、図1に示す外側補助排出管6において、遠心力によって、中央主排出管7を通る流れから分離される。これらの自由液体および自由固体は、サイクロン式流体分離器の効率に悪影響を及ぼすが、その理由は以下の通りである。
-  自由固体は、分離器の内壁に損傷を与え得る。
-  サイクロン式流体分離器の意図された最終産物は通常、自由液体および/または自由固体を含まない。
-  自由液体および/または自由固体により、システム内に停滞が発生し、それにより、高速区間において損失が最も高くなる。
-  水和物が壁に付着して、比較的大きいホールドアップ体積を形成して、損失は、このホールドアップ体積に相応する。
【００８５】
したがって、分離器に流入する流体内に自由液体および/または自由固体が存在することによるこれらの悪影響の少なくとも1つを解決する実施形態を提供することを目的とする。
【００８６】
図4は、一実施形態によるサイクロン式流体分離器の長手方向断面図を概略的に示している。図4に示すように、集束流体注入口部分と分流流体排出口部分との間に配置されたスロート部分4を備えるサイクロン式流体分離器が提供され、
サイクロン式流体分離器は、下流方向に、集束流体注入口部分およびスロート部分を通って、分流流体排出口部分に向かうサイクロン流を促進するように構成され、
分流流体排出口部分は、凝縮可能物が欠乏した流体成分用の内側主排出管7と、凝縮可能物が豊富な流体成分用の外側補助排出管6とを備え、サイクロン式流体分離器は、さらなる外側補助排出管17を備え、外側補助排出管6は、サイクロン式流体分離器の中心軸Iに沿った第1の位置に配置され、さらなる外側補助排出管17は、サイクロン式流体分離器の中心軸Iに沿った第2の位置に配置され、第1の位置はスロート部分4に対して下流にあり、第2の位置はスロート部分4に対して上流にある。
【００８７】
第2の位置は、スロート部分4に対して上流で、旋回流生成ベーン2に対して下流とすることができる。
【００８８】
また、第2の位置は、スロート部分4に対して上流で、洋梨形の中心体1とセパレータハウジング20との間に設けられた環状空間3の平均環状部半径の最大値Rmean, maxの位置に対して下流とすることができる。
【００８９】
図4に示すように、第2の位置に、さらなる外側補助排出管17が設けられている。さらなる外側補助排出管17は、自由液体および/または自由固体を送出するように構成されるので、自由液体および自由固体排出管17と称することもできる。
【００９０】
スロート部分4に対して上流の第2の位置で、流体は、上記のように、中心軸Iに対する接線方向速度成分Uφを有する。この接線方向速度成分および対応する遠心加速度(ac)により、自由粒子はサイクロン式流体分離器の分離器ハウジング20(の外側の壁)に押し付けられ、さらなる外側補助排出管17を通って出ていく。
【００９１】
同時に、軸方向速度成分Uxは、旋回流生成装置2と管状スロート部分4との間では比較的小さいので、自由液体および/または自由固体が、さらなる外側補助排出管17の上流のサイクロン式流体分離器に深刻な損傷を与える恐れはない。
【００９２】
図4に示すように、スロートの上流に設けられたさらなる外側補助排出管17は、貯蔵器40に接続することができ、貯蔵器内では、貯蔵器40の下流の弁42に接続された高さ調整ユニット41を使用して、液体(および固体)の高さが一定に保たれる。貯蔵器40内に存在するガスは、拡散してサイクロン式流体分離器に戻る。
【００９３】
この実施形態によれば、(外側補助排出管(6)の)第1の位置は、分流流体排出口部分にあり、(さらなる外側補助排出管(17)の)第2の位置は、集束流体注入口部分にある。
【００９４】
一実施形態によれば、旋回流生成ベーン2の位置と一致し得るサイクロン式流体分離器の最大流動断面積はAmaxであり、さらなる外側補助排出管17の位置でのサイクロン式流体分離器の流動断面積はA17であり、以下の式が第2の位置に適用される。
【００９５】
【数５】
0005324670.tif 000006
【００９６】
この領域は、膨張前の領域、すなわち、使用時に、流れの速度が通常マッハ0.3未満である流域に当たる。さらに、この領域では、流れは圧縮性流体ではない。したがって、この領域では、凝縮は実質的に起こらない。
【００９７】
スロート部分4の上流に外側補助排出管17を設けることにより、サイクロン式流体分離器に流入する液体流れ中に存在し得る自由液体および/または自由固体を取り除くことができ、それによって、上記のような自由液体および/または自由固体の悪影響を軽減する。
【００９８】
当然ながら、さらなる実施形態によれば、3つ以上の外側補助排出管を設けることもでき、少なくとも1つはスロート4の上流に配置され、少なくとも1つはスロート4の下流に配置される。
【００９９】
実施形態3
ここで説明するサイクロン式流体分離器は、圧縮性流体流から液体を分離するシステムの一部として使用されることが多い。そのようなシステムは、例えば、サイクロン式流体分離器と、サイクロン式流体分離器の下流に配置されたさらなる分離装置とを備えることができる。
【０１００】
図1に示すサイクロン式流体分離器の外側補助排出管6をそのようなさらなる流体分離器に接続して、凝縮可能物が豊富な流体成分の流れをさらなる分離装置に供給することができる。
【０１０１】
さらなる分離装置は、当業者には公知の分留塔とすることができる。(「蒸留タワー」または「蒸留塔」としても知られる)分留塔は、分留塔内で様々な(鉛直)高さに設けられた様々なトレイを有する塔である。定常運転時に、各トレイは液体を充填される。分留塔は底部から加熱される。
【０１０２】
代替案によれば、分留塔ではなくて、充填塔、インライン塔(in-line column)、インラインコンタクタ(Rapter)などの他の分離塔を代わりとして使用することができる。
【０１０３】
成分は、蒸発により蒸気として1つのトレイから次のトレイに上方に進み、続いて、次のトレイ高さで凝縮する。成分は、トレイが満ちあふれたときに、液体として1つのトレイから次に下方に進む。その結果、沸点が低い成分は、最終的に、最も高いトレイに大部分が入り、沸点が高い成分は、最終的に、最も低いトレイに大部分が入る。
【０１０４】
分留塔内の温度は、底部から上部に向かって低下する。また、トレイ内の液体の成分は各高さで異なる。通常、分留塔は、低沸点成分および高沸点成分を両方含む流れを供給される。この供給物流れは通常、供給物流れと同様の比率の低沸点/高沸点成分を含む、分留塔の中間にあるトレイの1つに供給される。
【０１０５】
図5は、サイクロン式流体分離器および分留塔COL-1を備えるシステムの実施形態を示している。サイクロン式流体分離器は、上記の通りとすることができる、すなわち、サイクロン式流体分離器は、集束流体注入口部分と分流流体排出口部分との間に配置されたスロート部分4を備え、
サイクロン式流体分離器は、下流方向に、集束流体注入口部分およびスロート部分を通って、分流流体排出口部分に向かうサイクロン流を促進するように構成され、
分流流体排出口部分は、凝縮可能物が欠乏した流体成分用の内側主排出管7と、凝縮可能物が豊富な流体成分用の外側補助排出管6とを備え、サイクロン式流体分離器は、さらなる外側補助排出管16を備え、外側補助排出管6は、サイクロン式流体分離器の中心軸Iに沿った第1の位置に配置され、さらなる外側補助排出管16は、サイクロン式流体分離器の中心軸Iに沿った第2の位置に配置される。中心体1の最大径は、管状スロート部分4の最小径よりも大きい。また、第1の位置および第2の位置は、分流流体排出口部分にある。
【０１０６】
分留塔COL-1は、分留塔COL-1内で様々な(鉛直)高さに設けられた複数のトレイ31を備える。
【０１０７】
第1の流れは、サイクロン式流体分離器の中心軸Iに沿った第1の位置で外側補助排出管6から取り込むことができ、第2の流れは、サイクロン式流体分離器の中心軸Iに沿った第2の位置で、少なくとも1つのさらなる外側補助排出口16から取り込むことができる。第1の流れは、第2の流れと比べて、沸点が高い成分を比較的多く含む。例えば、第1の流れは、エタンを比較的多く含むことができ、第2の流れは、メタンを比較的多く含むことができる。
【０１０８】
第1の流れは、分留塔COL-1内の第1の高さにある特定のトレイに供給され、第2の流れは、分留塔COL-1内の第2の高さにある特定のトレイに供給される。第1の流れは、沸点が比較的高い成分を多く含み、温度がより高いので、第1の高さは第2の高さよりも低い。
【０１０９】
外側補助排出管6および16を分留塔COL-1に接続するために、ダクト32、33を設けることができる。
【０１１０】
したがって、一実施形態によれば、圧縮性流体流を含む注入供給物S-1から液体を分離するシステムが提供され、このシステムは、上記のサイクロン式流体分離器および分留塔COL-1を備え、
-  第1の位置に配置された外側補助排出口6は、分留塔COL-1内の第1の高さに接続され、
-  第2の位置に配置されたさらなる外側補助排出口16は、分留塔COL-1内の第2の高さに接続され、
第1の位置は第2の位置に対して上流にあり、第1の高さは第2の高さよりも低い。
【０１１１】
さらに、圧縮性流体流を含む注入供給物S-1から液体を分離する方法が提供され、その方法は、請求項16によるサイクロン式流体分離器および分留塔COL-1を使用し、その方法は、
-  分留塔COL-1内の第1の高さに供給される流れを第1の位置に配置された外側補助排出口6を介して取り込むステップと、
-  分留塔COL-1内の第2の高さに供給される流れを第2の位置に配置されたさらなる外側補助排出口16を介して取り込むステップと、を含み、
第1の位置は第2の位置に対して上流にあり、第1の高さは第2の高さよりも低い。
【０１１２】
高さは、使用時に、第1の位置で外側補助排出管6から取り込まれた流体流の組成が、分留塔COL-1内の第1の高さにある液体の組成および/または温度と実質的に一致し、第2の位置でさらなる外側補助排出管16から取り込まれた流体流の組成が、分留塔内の第2の高さにある液体の組成と一致するように選択することができる。
【０１１３】
当然ながら、さらなる実施形態によれば、3つ以上の外側補助排出管が設けられた場合に、各外側補助排出管は、分留塔COL-1内のそれ自体の対応する高さに接続することができる。
【０１１４】
当然ながら、上記の分留塔COL-1への接続は、純粋成分の分留がサイクロン式流体分離器を用いて可能な場合には必要とされない。しかし、上記のように、ここで説明した多段サイクロン式流体分離器を用いて、国際公開第00/23757号で主張したように純粋成分の分留を行うことはできない。
【０１１５】
実施形態4
PCT出願番号PCT/NL2008/050172および欧州特許出願番号07104888.8を有する、本願の出願人により出願された早期の特許出願は、細長い末尾部8のない、図1によるサイクロン式流体分離器について記載している。
【０１１６】
これらの特許文献は、所望しない振動を防止するために、中心体1およびその細長い末尾部8が、場合によっては、予応力/予圧荷重を加えることを併用して、強固に取り付けられる必要があるという課題を明らかにしている。これは、中心体1および細長い末尾部8の外側両端部に複雑なクランプ構造を必要とすることから扱いが難しい。さらに、これらの大きな予応力/予圧荷重を中心体1から分離器に伝達するのに、これらの部品間に、所望しない摩擦負荷および流れの乱れをもたらす大型の取付手段が必要とされる。早期の特許文献は、図1を参照して上記に説明した中心体1を備えるが、細長い末尾部8を備えていないサイクロン式流体分離器について記載している。その代わりとして、中心体は、管状スロート部分4の方に向けられ、スロート部分4に向かう中心流を加えるように構成された排出口13を備える。この中心流は、(渦崩壊を防止する)細長い末尾部8の役割を引き継ぐが、上記の欠点などの、そのような細長い末尾部8に関係のあるいくつかの欠点も解決する。
【０１１７】
これらの早期の特許文献(PCT/NL2008/050172および欧州特許出願第07104888.8号)によれば、サイクロン式流体分離器が提供され、そのサイクロン式流体分離器は、
-  集束流体注入口部分と分流流体排出口部分との間に配置されたスロート部分4であって、分流流体排出口部分が、凝縮可能物が欠乏した流体成分用の内側主排出口7と、凝縮可能物が豊富な流体成分用の外側補助排出口6とを備える、スロート部分4と、
-  流体注入口部分内でスロート部分4の上流に設けられ、流体分離器の中心軸Iに対して実質的に同軸上に配置された中心体10と、を備え、
流体分離器は、集束流体注入口部分およびスロート部分を通って、分流流体排出口部分に向かう主流れを促進するように構成され、
中心体10は、管状スロート部分4の方に向けられ、スロート部分4に向かう中心流を加えるように構成された排出口13を備える。これは、図6に概略的に示されている。
【０１１８】
中心体10の最大径は、管状スロート部分4の最小径よりも大きくすることができる。
【０１１９】
図6は、流体分離器の断面図を示している。上記のように、同じ参照番号を使用して同じ物品を示している。この場合にも、一連の旋回流生成ベーン2が取り付けられた洋梨形の中心体10が設けられている。中心体10は、環状流路3が、中心体10と分離器ハウジング20との間に形成されるように、流体分離器の中心軸Iと同軸上で、分離器の内部に配置されている。この環状流路を通って流体分離器に流入する流体流は主流れと呼ばれる。流体分離器は、管状スロート部分4と、ガス状成分用の中央主排出管7、および凝縮可能物が豊富な流体成分用の外側補助排出管6が装備された分流流体分離チャンバ5とをさらに備える。
【０１２０】
この実施形態によれば、中心体10は、図1に示すような細長い尾部分8を備えていない。その代わりに、中心体10は排出口13を備えている。排出口13は中心体10の下流側に配置され、スロート部分4の方に向けられている。排出口13の位置および方向は、中心軸Iと概ね一致する。排出口13は、中心流をサイクロン式流体分離器1に加えるように構成されている。排出口13は、中央排出口13と称することもできる。
【０１２１】
図6に示すように、排出口13に流体流を供給するようにダクト12を設けることができる。ダクトは、サイクロン式流体分離器の外部とすることができる適切な供給源から始まる流体流を供給することができる。
【０１２２】
使用時、中心流は、中心軸Iと実質的に一致し、主流れによって囲まれる。中心流は旋回流とすることができる。
【０１２３】
排出口13から供給された中央流体流は、主流れが、流体分離器全体にわたって安定したままであるのを保証する。中心流は、主流れの中心軸での渦崩壊を防止するという点で、図1を参照して上記に説明した略円筒形の細長い尾部分8と同様な役割を果たす。
【０１２４】
中心流は、(尾部分8のような)剛性物ではなく、主流れと同じ方向に移動するので、中心流と主流れとの間の摩擦は比較的小さい。これは、流体分離器の効率に寄与する。
【０１２５】
中心体10は軸と直交する方向の形状を略円形とすることができ、旋回流生成装置2の上流に、直径の増加度が下流方向に次第に減少するように直径が次第に増加するノーズ部分を備え、中心体10はさらに、旋回流生成装置の下流に、直径が下流の方向に次第に減少する部分を備える。これは、ほぼ西洋梨形の中心体10を示す図6に示されている。
【０１２６】
流体分離器はハウジング20を有することができ、中心体10は、環状部3が、ハウジング20の内側面と中心体10の外側面との間に存在するように、ハウジング20内に配置されている。
【０１２７】
中心体10を取り付けるために、ハウジング20と中心体10との間に複数のスポーク21を設けることができる。つまり、中心体10が複数のスポーク21によって取り付けられたハウジング20を有する流体分離器が提供される。
【０１２８】
一実施形態によれば、スポーク21は、主流れにあまり悪影響を及ぼさないように、旋回流生成手段2の上流に設けられている。代替案によれば、旋回流生成手段2およびスポーク21は、単一部品に一体化される。(図示しない)一実施形態によれば、ダクト12は、供給源に向かってスポーク21の1つもしくは複数、または旋回流生成手段2の1つもしくは複数の内側を貫通することができる。
【０１２９】
流体分離器は、排出口13を備えることができ、排出口13は、流体分離器の少なくとも一部内で、中心流の旋回運動を引き起こす旋回流生成装置を備える。旋回流生成装置は、多数の旋回流生成ベーン14、例えば、タービン、接線方向の注入口などのうちの1つによって形成することができる。これは、一実施形態による中心体10の断面図を見せる図7に概略的に示されている。中心流にもたらされる旋回流は、主流れの旋回流よりも弱い(すなわち、中心流の渦崩壊が起こらない程度に、秒当たりの回転数が少ない、または中心軸Iに沿った単位軸方向距離当たりの回転数が少ない)。中心流に旋回を加えることによって、中心流と主流れとの間の接線方向の速度勾配が小さくなり、その結果、摩擦が小さくなる。さらに、中心流に旋回を加えることで、中心流が外側の主流れと合流した後に発生する混合流れの安定性が改善される。
【０１３０】
したがって、中心流の運動量は、軸方向にも接線方向にも外側主流れによって推進される。この場合、先行技術の細長い末尾部8の機能(すなわち、渦崩壊を引き起こすさらなる接線方向の加速を防止すること)は、ガス状中心流に置き換えられる。細長い末尾部8の境界での運動量の摩擦散逸の代わりに、主流れの運動量の一部が、中央ガス流れを推進するために使用される(すなわち、伝達される)。
【０１３１】
中心流に、並流モードとも称する中心流と同じ方向の旋回、すなわち回転を付与するために、排出口13に旋回流生成装置を形成することができる。
【０１３２】
代替案によれば、中心流に中心流とは反対方向の、すなわち対向流モードの旋回、すなわち回転を付与するために、排出口13に旋回流生成装置を形成することができる。対向流モードは、主流れの接線方向の運動量を次第に消散させると考えることができる。
【０１３３】
図6および図7を参照してここで説明した実施形態は、以下に説明する、図3を参照して説明したような多段サイクロン式流体分離器に関する他の実施形態と組み合わせて使用することができる。
【０１３４】
一実施形態(図示せず)によれば、(第1の)外側補助排出管6に対して下流に、最も遠くに配置されたさらなる外側補助排出管16は、流れの少なくとも一部を排出口13に接続するように構成される。
【０１３５】
さらなる実施形態によれば、また図8aに示すように、(第2の)外側補助排出管16に対して上流に配置された(第1の)外側補助排出管6は、流れの少なくとも一部を排出口13に接続するように構成されている。
【０１３６】
ガス-液体貯蔵器11を設けて、凝縮可能物が豊富な流体成分を含む第1の外側補助排出管および/またはさらなる外側補助排出管16から流体流を収集することができる。これらの流体流は、サイクロン式流体分離器によって流体流から分離された液体および/または固体を主に含む。液体Lは、ガス-液体貯蔵器11内に収集されている。ガス状成分Gは、ガス-液体貯蔵器11内に存在し得る。また、ガス-液体貯蔵器11内の液体Lは、蒸発してガス状成分Gとなることができる。したがって、ガス-液体貯蔵器11には、液体留分とガス留分を分離する手段が装備される場合がある。適切な分離手段として、旋回流管、ミストマット、ベーンタイプのデミスターなどを挙げることができる。
【０１３７】
したがって、この実施形態によれば、外側補助排出口6、16の1つまたは複数は、ガス-液体貯蔵器11に接続することができ、流体流は、ガス-液体貯蔵器11から排出口13に案内されて中心流を形成する。これは、中心流を生成する効率的な方法である。
【０１３８】
補助排出管6、16によって供給される流体は、主排出管7から流体分離器を出ると考えられるガス状成分を含む場合もある。また、補助排出管6、16によって供給される液体Lは、生じた液体によって偶然に補足された成分を含むこともある。これらの成分は、一般的に軽い成分(メタン、エタン、プロパン)であり、ガス-液体貯蔵器11内の液体Lからすぐに蒸発する。蒸発した成分のこれらの留分は、ガス-液体貯蔵器から注入口12に案内され、続いて、排出口13を経て流体分離器に導入され、その中の凝縮可能な留分が、スロート部分4で再び凝縮され、2回目の分離を受けることができる。
【０１３９】
図8aによれば、流体流はガス-液体貯蔵器11から取り込むことができるが、流体流は、別の供給源から取り込むこともできるし、または補助排出管6、16の1つまたは複数から直接、すなわちガス-液体貯蔵器11なしで取り込むこともできるのは当然のことである。
【０１４０】
さらなる実施形態によれば、外側補助排出管6およびさらなる外側補助排出管16は、排出口13に中心流を供給するために、ともに少なくとも部分的に帰還接続される。実際上、さらに多くの外側補助排出管が設けられる(3つ、4つ、または5つ以上)場合、これらの外側補助排出管のいずれかを使用して、場合によっては組み合わせて、排出口13に中心流を供給することができる。
【０１４１】
したがって、前述の主張の任意の1つによるサイクロン式流体分離器の実施形態が提供され、その実施形態は、
-  流体注入口部分内でスロート部分4の上流に設けられ、流体分離器の中心軸Iに対して実質的に同軸上に配置されて、分離器ハウジング20との間に環状流路3を形成する中心体10をさらに備え、
サイクロン式流体分離器は、集束流体注入口部分およびスロート部分を通って、分流流体排出口部分に向かうサイクロン主流を促進するように構成され、
中心体10は、管状スロート部分4の方に向けられ、スロート部分4に向かう中心流を加えるように構成された排出口13を備え、
外側補助排出管6、16の少なくとも1方の少なくとも一部は排出口13に接続されて、使用時に中心流を供給する。使用時、中心流は、中心軸Iと実質的に一致することができ、主流れによって囲まれ得る。
【０１４２】
さらに、説明した方法が提供され、その方法では、流体注入口部分内でスロート部分4の上流に中心体10が設けられ、この中心体10は、流体分離器の中心軸Iに対して実質的に同軸上に配置されて、中心体10と分離器ハウジング20との間に環状流路3を形成し、方法は、
-  サイクロン式流体分離器を使用して、集束流体注入口部分およびスロート部分を通って、分流流体排出口部分に向かうサイクロン主流を促進するステップを含み、中心体10は、管状スロート部分4の方に向けられ、スロート部分4に向かう中心流を加えるように構成された排出口13を備え、外側補助排出管6、16の少なくとも1方の少なくとも一部は排出口13に接続されて、使用時に中心流を供給する。使用時、中心流は、中心軸Iと実質的に一致することができ、主流れによって囲まれ得る。
【０１４３】
中心流を供給するために使用される外側補助排出管6、16、17は、集束流体部分内、スロート部分4内、および分流流体分離チャンバ5内などの任意の適切な位置に配置することができる。図12を参照して下記にさらに詳細に説明するように、外側補助排出管6には、外側補助排出管6内に配置されたさらなる外側補助排出管36を装備することもできる。
【０１４４】
図8bは、図8aを参照して説明した実施形態の変形版を概略的に示している。この実施形態によれば、多段サイクロン式流体分離器が、図5を参照して上記に説明した分留塔COL-1に接続されている。図8bに示すように、この実施形態によれば、分留塔COL-1の最上部供給物は、中心流を供給するために、排出口13用の入力として少なくとも部分的に使用される。
【０１４５】
排出口13の位置は、使用時にマッハ0.3〜1の範囲の速度が得られる領域にある。排出口13の位置は、旋回流生成ベーン2の下流で、スロート部分4の上流であるが、確実にRmean, maxの下流とすることができる。
【０１４６】
マッハ数は、流動ダクトの断面積(A)と関係がある。音速(M=1)はスロート部分4内の最小断面積の周辺で達成される。最小断面積はAthroatと表される。使用時、最大マッハ数は、前記スロートの下流で1を超える、すなわち超音速になる。
【０１４７】
旋回流生成ベーン2の位置と一致し得る最大断面積は、Amaxと表される。排出口13の位置の断面積はA13と表される。
【０１４８】
排出口13は、次の関係が当てはまる領域に配置される。
【０１４９】
【数６】
0005324670.tif 000007
【０１５０】
および
【０１５１】
【数７】
0005324670.tif 000008
【０１５２】
これは、使用時に速度がマッハ0.3を超える領域に対応する。その領域は、使用時に速度がマッハ0.3を超え、マッハ1未満である領域に対応する。
【０１５３】
実施形態5
この実施形態では、一実施形態によるNGL回収用のプロセス機構について説明する。プロセス機構は、上記の多段サイクロン式流体分離器を備える。
【０１５４】
図9は、多段サイクロン式流体分離器を基づいたプロセス機構を概略的に示している。多段サイクロン式流体分離器は、図6〜8bを参照して上記に説明した、細長い末尾部8がないものとすることができる。
【０１５５】
プロセス機構には、例えば、注入圧力≧60bar、注入温度≒40℃の(天然ガスを含む供給物などの)圧縮性流体流である注入供給物S-1を供給することができる。注入供給物S-1は、予冷却されて予冷却供給物S-3となる。
【０１５６】
予冷却は、第1の予冷却した供給物S-2を生成するために、第1の冷却ユニットE-1を使用して、いくつかの(中間)産物流れに当てて行うことができる。例えば、冷却流体としてプロパンを使用する冷却装置C-1を用いて第1の予冷却した供給物S-2をさらに冷却して、第2の予冷却した供給物S-3を生成することができる。
【０１５７】
そのような冷却装置C-1の熱力学的効率を高めるために、第2の予冷却した供給物S-3の温度を約-30℃に設定することができる。冷却装置C-1は、例えば、冷却流体としてプロパンを使用することができる。そのような冷却サイクルは、-30℃未満の温度に冷却するために使用した場合に、効率が落ちるか、または効果的でなくなる恐れがある。
【０１５８】
冷却装置C-1のこのような限界を克服するために、第2の冷却ユニットE-2が設けられている。第2の予冷却した供給物S-3は、第2の冷却ユニットE-2によってさらに冷却されて、第3の予冷却した供給物S-4になる。第2の冷却ユニットE-2では、冷却は、プロセス機構内のさらに下流に設けられた(「蒸留タワー」または「蒸留塔」としても周知の)分留塔COL-1の上部産物に当てて行われる。そのような分留塔COL-1の例は上記に提示されている。分留塔のこの上部供給物S-22は、図9に示したプロセス機構の出口に進む前に、第2の冷却ユニットE-2を通るように案内される。
【０１５９】
分留塔の上部供給物S-22は、続いて、冷却を目的として、第2の冷却ユニットE-2および第1の冷却ユニットE-1内で使用される。分留塔の上部供給物(S-22、S-27)は、第1の冷却ユニットE-1を経て、コンプレッサおよび空気冷却器を経由するように案内され、その後、供給物S-26と合流して供給物S-30としてシステムを出る。
【０１６０】
第3の予冷却した供給物S-4がサイクロン式流体分離器に流入する前に、気体および液体を含む第3の予冷却した供給物S-4を容器V-1内で分離することができる。容器V-1のガス状上部供給物S-5は、サイクロン式流体分離器に流入する。液状底部供給物S-12は、下記により詳細に説明するように、第1の弁VLV-1を介して第3の冷却ユニットE-3に送ることができる。
【０１６１】
図9は、2つの外側補助送出管6、16を有するサイクロン式流体分離器を示しており、サイクロン式流体分離器は、集束流体注入口部分と分流流体排出口部分との間に配置されたスロート部分4を備え、
サイクロン式流体分離器は、下流方向に、集束流体注入口部分およびスロート部分を通って、分流流体排出口部分に向かうサイクロン流を促進するように構成され、
分流流体排出口部分は、凝縮可能物が欠乏した流体成分用の内側主排出管7と、凝縮可能物が豊富な流体成分用の外側補助排出管6とを備え、サイクロン式流体分離器は、さらなる外側補助排出管16を備え、外側補助排出管6は、サイクロン式流体分離器の中心軸Iに沿った第1の位置に配置され、さらなる外側補助排出管16は、サイクロン式流体分離器の中心軸Iに沿った第2の位置に配置される。
【０１６２】
ただし、当然ながら、1つの外側補助送出管6だけを有する単一段のサイクロン式流体分離器を使用してもよいし、または、例えば、3つ、4つ、または5つ以上などの3つ以上の外側補助送出管を有する多段サイクロン式流体分離器を使用してもよい。
【０１６３】
(第1の)外側補助送出管6は、第1の送出供給物S-7を生じさせ、第2の外側補助送出管16は、第2の送出供給物S-8を生成する。内側主排出管7は、凝縮可能物が欠乏した供給物S-6を生成する。
【０１６４】
図9に示すように、凝縮可能物が欠乏した供給物S-6を第1の冷却ユニットE-1で使用して、第1の予冷却した供給物S-2を生成することができる。この凝縮可能物が欠乏した供給物S-6は、炭化水素の露点および発熱量に関して産物仕様を満たすことができる。機構の低温部分を出る前に、S-6は熱交換器E-1を通って供給物の冷却に寄与する。供給物の圧力から分離器での圧力低下分(通常は注入口圧力の40%)を減じたものが、必要とされる送出圧力(export pressure)以上の場合、供給物S-26を分留塔の(再圧縮および冷却した)上部供給物S-22、S-27、S-28、S-29と合流させるのにコンプレッサを追加する必要はない。
【０１６５】
分留塔COL-1が小規模であり(ガス流れの約50%だけを処理する)、凝縮可能物欠乏流れS-6が圧縮を介していないために、運転コストおよび資本費を節約することができる。
【０１６６】
第1の送出供給物S-7および第2の送出供給物S-8は、通常、圧力約22barで機能する分留塔COL-1内でさらに処理される。サイクロン式流体分離器を出た供給物S-7、S-8の圧力はかなり高く、したがって、分留塔COL-1の圧力まで下げなければならない。
【０１６７】
分留塔COL-1に流入する前に、弁VLV-2および第2の容器V-2を用いて、高い方のS-7の圧力が低い方のS-8の圧力に合わされる。
【０１６８】
次に、第1の送出供給物S-7および第2の送出供給物S-8は、蒸気塔供給物S-10および液体塔供給物S-15を生成するために、第2の容器V-2に供給される。第2の容器V-2はほんの一例である。代替案によれば、第2の容器V-2は削除できるか、または1つは供給物S-8用で、1つは供給物S-7、S-9用の2つの容器と置き換えることができる。
【０１６９】
蒸気塔供給物S-10は、(塔供給物S-11を生成する)第3の弁VLV-3を介して分留塔COL-1に「直接」接続される。
【０１７０】
きわめて低温の液体塔供給物S-15は第4の弁VLV-4を経由して送られ、第4の弁VLV-4の後、冷却した供給物S-16として第3の冷却ユニットE-3まで進む。供給物S-16は、温度<-80℃、であり得る。第3の冷却ユニットE-3は、分留塔COL-1のサイドドロー(side draw)S-18を冷却するために供給物S-16を使用することができる。第3の冷却ユニットE-3を通過した後、供給物S-16は、供給物S-17として進むことができ、分留塔COL-1に入ることができる。
【０１７１】
第3の冷却ユニットE-3は、さらに(供給物S-13を生成する第1の弁VLV-1を経由した)第1の容器V-1の底部供給物S-12を使用して、サイドドローS-18を冷却することができる。底部供給物S-12、S-13は、供給物S-16よりも多いが、供給物S-16ほど低温でない。冷却ユニットE-3を通過した後、この供給物は供給物S-14として進み、供給物S-14は、第1の冷却ユニットE-1内で使用することができ、続いて供給物S-25として分留塔COL-1に流入することができる。
【０１７２】
サイドドローS-18は通常、(分留塔COL-1の上から数えて)トレイ番号3〜7の中の1つから取り出すことができる。次いで、サイドドローS-18は第3の冷却ユニットE-3に送られ、第3の冷却ユニットE3において、第4の弁VLV-4を経由して第3の冷却ユニットE-3まで案内されるきわめて低温の液体塔供給物S-15などの、サイクロン式流体分離器から間接的に取り出された産物に当てて冷却され、その後、サイドドローS-18は、冷却した供給物S-19として進む。冷却した供給物S-19は、分留塔COL-1に再導入される。
【０１７３】
冷却したサイドドローS-19の再導入は図9に示すように行うことができる。冷却したサイドドローS-19は第3の容器V-3に送ることができ、第3の容器V-3の上部供給物S-20は、サイドドローS-18が取り出された段より上の段で分留塔COL-1に再度供給される。また、底部供給物S-21も、サイドドローS-18が取り出された段よりも上の段で分留塔COL-1に再度供給される。このようにして、還流が発生する。
【０１７４】
分留塔COL-1の底部に再沸器RBを設けることができる。底部で底部供給物S-23が生じ、この底部供給物S-23は、供給物S-24を生成するポンプP-1を経由して、図9に示したプロセス機構から出ることができる。供給物S-24の一部は、分留塔COL-1に戻すことができる。
【０１７５】
当然ながら、分留塔COL-1は、使用され得る分離塔の単なる一例である。充填塔、インライン塔、インラインコンタクタ(Rapter)、超音速液体脱気装置(SCOD)などの他の適切な分離塔を同様に使用することができる。
【０１７６】
バイパス流れ(すなわち、S-6)があるために、塔供給物S-11は、例えば、サイクロン式流体分離器の代わりにターボ膨張機を使用するなどの、多くの従来の機構によるものよりもメタンをかなり少なく含んでいる。したがって、分留塔COL-1の周囲の機構は、この異なる塔供給物S-11に合わされる。最適な分留塔性能は、第3の冷却装置E-3を使用して、塔のサイドドローS-18を深く冷却し、高濃度(>40モル%)のエタンを含む、第3の容器V-3内で抽出された低温液体(供給物S-21)を分留塔COL-1の上部に送ることで得ることができる。この低温エタンが豊富な液体(S-21)は、最後の分離ステップでプロパンを効果的に吸収する。
【０１７７】
また、分留塔からの上部供給物S-22は、第2の冷却装置E-2および第1の冷却装置E-1を通って注入供給物S-1を冷却し、再圧縮および(オプションの)冷却(S-27、S-28、S-29)後、凝縮可能物が欠乏した供給物S-6、S-26と再合流して、供給物S-30になる。
【０１７８】
この実施形態にはいくつかの利点がある。
【０１７９】
塔供給物S-11は、サイクロン式流体分離器で前もって分離するので、前もって濃縮するのと同様に少量である。塔供給物S-11は、過熱蒸気流れ(S-6)が分離塔COL-1を迂回するので少量である。さらに、分離塔に流入する塔供給物S-11は、サイクロン式流体分離器で前もって濃縮するので(供給物S-7、S-8)、単位総流量当たりにNGLを多く含む。この結果、規模が小さいことで分離塔の大幅な節約になり、塔COL-1の底部の再沸器の加熱負荷が小さい(最大で>40%)ことで運転コストの大幅な節約になる。さらに、流れがより少量であるために、再圧縮負荷が小さい。
【０１８０】
サイクロン式流体分離器を使用することで、例えば、ターボ膨張機の使用に関してさらなる利点がもたらされる。サイクロン式流体分離器の始動は実際上瞬間的であり、動く部品がないので、保守を最小限に減らすことができる。さらに、膨張の途中でNGL液を取り出すことで、相エンベロープが変わり(図2aおよび図2bを参照のこと)、それにより、液体体積保持量(volumetric liquid load)が制限されるために深い膨張および/またはより効果的な膨張が可能になり、より多くの液体が生じる。また、サイクロン式流体分離器は、複数の並列構成で効率的に配置することができ、膨張プロセスの熱力学的効率を低下させることなく、流れの減量運転(flow turn down)を可能にする。最後に、よりコンパクトな設計により、資本費をさらに節約できる可能性がある。
【０１８１】
図10は、より概略的に示された同様の実施形態を示している。図10は、冷却システムCS、サイクロン式流体分離器、および分離塔COLを概略的に示している。注入供給物S-1は、最初に、冷却システムCSに流入して予冷却される。次に、予冷却した供給物S-4がサイクロン式流体分離器に供給される。
【０１８２】
冷却システムは、図9に示すように、第1の冷却ユニットE-1、冷却装置C-1、および第2の冷却装置E-2などいくつかの冷却部品を備えることができる。
【０１８３】
図9を参照して上記に言及したように、冷却システムCSとサイクロン式流体分離器との間に、第1の容器V-1などのさらなる装置が存在し得る。
【０１８４】
サイクロン式流体分離器は、分離塔COL内に案内される第1の送出供給物S-7および第2の送出供給物S-8を生成する。第1の送出供給物S-7および第2の送出供給物S-8は、分離塔COLに直接接続できるが、例えば、容器を介して分離塔COLに間接的に接続することもできる。
【０１８５】
サイクロン式流体分離器は、多段サイクロン式流体分離器とすることができるが、第1の送出供給物S-7および第2の送出供給物S-8の代わりに、第1の送出供給物S-7だけを含む単一段サイクロン式流体分離器とすることもできる。
【０１８６】
分離塔COLは、例えば、分留塔COL-1、充填塔、インライン塔、インラインコンタクタ(Rapter)とすることができる。また、システムは、底部還流および上部還流が生じるように構成することができる。
【０１８７】
図9を参照して上記に言及したように、サイクロン式流体分離器と分離塔COLとの間に、1つまたは複数の第2の容器V-2などのさらなる装置が存在し得る。サイクロン式流体分離器は、分離塔COLに直接接続することもできる。
【０１８８】
冷却システムCS内で効率的な冷却を行うために、分留塔の比較的低温の上部供給物S-22を冷却システムCS内で使用して、注入供給物S-1を冷却する。
【０１８９】
当然ながら、図10に示したプロセス機構は、図9に示した、より詳細なプロセス機構を簡略化した図である。
【０１９０】
当然ながら、この実施形態は、単一段のサイクロン式流体分離器を使用して実施することもできる。かかる実施形態によれば、圧縮性流体流である注入供給物S-1から液体を分離するシステムが提供され、このシステムは、冷却システムCS、サイクロン式流体分離器、および分離塔COLを備え、
-  冷却システムCSは、注入供給物S-1を受け入れ、予冷却した供給物S-4をサイクロン式流体分離器の方に送出するように構成され、
-  サイクロン式流体分離器は、予冷却した供給物S-4を受け入れ、分離塔に向かう凝縮可能物が豊富な送出供給物を生成するように構成され、
-  分離塔COLは、分離塔の上部供給物S-22を生成するように構成され、
システムは、分離塔の上部供給物S-22の少なくとも一部を、注入供給物S-1を冷却する冷却システムCSに案内するように構成される。
【０１９１】
したがって、圧縮性流体流である注入供給物S-1から液体を分離する方法が提供され、システムは、冷却システムCS、サイクロン式流体分離器、および分離塔COLを備え、
-  冷却システムCSは、注入供給物S-1を受け入れ、予冷却した供給物S-4をサイクロン式流体分離器の方に送出するように構成され、
-  サイクロン式流体分離器は、予冷却した供給物S-4を受け入れ、分離塔に向かう凝縮可能物が豊富な送出供給物を生成するように構成され、
-  分離塔COLは、分離塔の上部供給物S-22を生成するように構成され、
システムは、分離塔の上部供給物S-22の少なくとも一部を、注入供給物S-1を冷却する冷却システムCSに案内するように構成される。
【０１９２】
さらなる実施形態によれば、サイドドローS-18が分離塔COLから取り出され、冷却ユニットE-3内で、サイクロン式流体分離器から取り出された産物に当てて冷却されて、冷却した供給物S-19になり、この冷却した供給物は分離塔COLに再導入される。この実施形態は、上記のように液体を分離するシステムにより行うことができ、分離塔COLは、サイド排出口およびさらなる冷却ユニットE-3を備え、サイド排出口は、さらなる冷却ユニットE-3に接続されて、サイドドローS-18を冷却ユニットE-3に供給し、さらなる冷却ユニットE-3は、冷却した供給物S-19を生成するように構成され、
さらなる冷却ユニットE-3は、冷却システムCSと分離塔COLとの間から取り出された少なくとも1つの冷却用サイドドローS-12、S-13、およびS-15、S-16を受け入れるように構成され、さらなる冷却ユニットE-3は、この少なくとも1つの冷却用サイドドローS-12、S-13、およびS-15、S-16を使用して、分離塔COLから取り出されたサイドドローS-18を冷却するように構成され、冷却した供給物S-19は、分離塔COLに再導入される。
【０１９３】
また、対応する方法、すなわち、上記のように液体を分離する方法を提供することができ、分離塔COLは、サイド排出口およびさらなる冷却ユニットE-3を備え、その方法は、
-  サイド排出口を介して分離塔COLからサイドドローS-18を取り出すステップと、
-  サイドドローS-18をさらなる冷却ユニットE-3に供給して、冷却した供給物S-19を生成するステップと、
-  冷却システムCSと分離塔COLとの間から少なくとも1つの冷却用サイドドローS-12、S-13、およびS-15、S-16を取り出すステップと、
-  少なくとも1つの冷却用サイドドローS-12、S-13、およびS-15、S-16を冷却ユニットE-3に供給して、分離塔COLから取り出したサイドドローS-18を冷却するステップと、
-  冷却した供給物S-19を分離塔COLに再導入するステップと、を含む。
【０１９４】
サイクロン式流体分離器の代わりに、任意の適切な分離器を使用することができる。
【０１９５】
サイドドローS-18は、(分離塔COLの上部から番号を振った)分離塔の3番〜7番のトレイから取り出すことができる。
【０１９６】
当然ながら、1つの外側補助送出管6だけを有する単一段のサイクロン式流体分離器が使用される場合、第1の送出供給物S-7だけが存在し、第1の送出供給物S-7を第2の容器V-2に供給して、蒸気塔供給物S-10および液体塔供給物S-15を生成することができる。
【０１９７】
実施形態6
さらなる実施形態が、図11を参照して説明される。
【０１９８】
この実施形態によれば、サイクロン式流体分離器が提供され、外側補助排出口の第1の位置は、分流流体排出口部分にあり、第2の位置は、集束流体注入口部分にある。サイクロン式流体分離器の最大流動断面積はAmaxであり、さらなる外側補助排出管26の位置でのサイクロン式流体分離器の流動断面積はA26であり、第2の位置では、次の式の通りとすることができる。
【０１９９】
【数８】
0005324670.tif 000009
【０２００】
および
【０２０１】
【数９】
0005324670.tif 000010
【０２０２】
当然ながら、凝縮は、いわゆるスロート部分4の前で、すなわち、分流部分ですでに起こっている。スロート部分4の前の部分で流速は増速して、スロート部分4の最小断面の周辺で音速に達し、スロート部分4の最小断面を通過後に超音速に達する。通常マッハ0.3より上で、流れは、密度ρ=ρ(v)の圧縮性流れになり、vは速度を表す。その結果として、凝縮がこの領域で発生する。
【０２０３】
したがって、さらなる外側補助排出管26は、スロート部分4の前に、言い換えると、スロート部分に対しておよび/または分流流体分離チャンバ5に対して上流に設けられる。
【０２０４】
さらなる外側補助排出管26の位置は、使用時にマッハ0.3〜1の範囲の速度が得られる領域内とすることができる。さらなる外側補助排出管26の位置は、旋回流生成ベーン2の下流で、かつスロート部分4の上流である。
【０２０５】
マッハ数は、流動ダクトの断面積(A)と関係がある。音速(M = 1)はスロート部分4の最小断面積の周辺で達成される。最小断面積はAthroatと表される。使用時、最大マッハ数は、実質的にM=1に等しくなり、スロートの下流ではさらに膨張して1を超える(M>1)、すなわち超音速になる。
【０２０６】
最大断面積はAmaxと表される。さらなる外側補助排出管26の位置の断面積はA26と表される。
【０２０７】
さらなる補助排出管26を正確に配置するために、この排出管26は次の関係が当てはまる領域に配置することができる。
【０２０８】
【数１０】
0005324670.tif 000011
【０２０９】
および
【０２１０】
【数１１】
0005324670.tif 000012
【０２１１】
これは、使用時に速度が通常マッハ0.3を超える領域に対応する。
【０２１２】
さらなる実施形態によれば、さらなる外側補助排出管26の位置は、使用時にマッハ0.5〜1の範囲の速度が得られる領域内とすることができる。この実施形態によるさらなる補助排出管26を配置するために、この排出管26は、次の関係が当てはまる領域に配置することができる。
【０２１３】
【数１２】
0005324670.tif 000013
【０２１４】
および
【０２１５】
【数１３】
0005324670.tif 000014
【０２１６】
上記の実施形態2は、サイクロン式流体分離器に流入した流れにすでに存在する液体および固体を取り出すことに関し、一方、本実施形態は、凝縮した液体粒子を取り出すことに関することを強調しておく。この異なる目的を果たすために、さらなる外側補助排出管17および26は、それぞれ異なる配置とされる。
【０２１７】
実施形態7
さらなる実施形態が、図12を参照して説明される。
【０２１８】
この実施形態によれば、サイクロン式流体分離器が提供され、第1の位置および第2の位置は、分流流体排出口部分にある。さらなる外側補助排出管36は、外側補助排出管6内に配置することができる。
【０２１９】
図12は、図1を参照して上記に説明したようなサイクロン式流体分離器を概略的に示しているが、この場合は、外側補助排出管6内に配置されたさらなる外側補助排出管36を備える。
【０２２０】
上記のように、分流流体分離チャンバ5は、凝縮可能物が欠乏した流体成分から凝縮可能物が豊富な流体成分を取り込むように構成されている。しかし、凝縮可能物が豊富な流体成分が取り込まれるだけでなく、外側補助排出管6内の流れはガスを含むこともできる。
【０２２１】
この実施形態は、補助排出口6で得られる余分な圧力低下分を使用する。この圧力低下分を使用して、この環状ダクト(6)内で液体が豊富な流体をさらに膨張させて、凝縮が継続して起こるようにすることができる。外側補助排出管6の入口は第2のスロート37として機能する。外側補助排出管6の入口での圧力をP6と呼ぶ。スロートは、ギャップ幅D37を有することができ、D37は、流れ方向に対して実質的に垂直な方向に定義される。
【０２２２】
サイクロン式流体分離器の注入口の圧力をPinと呼ぶ。
【０２２３】
第2のスロート37を過ぎると、流れはさらに膨張して超音速になることができ、外側補助排出管6からの排出圧力(Pout)が低くなるほど、膨張率は高くなる。言い換えると、サイクロン式流体分離器全体での圧力低下分(Pdrop = Pin - Pout)が大きくなるほど、膨張は拡大する。
【０２２４】
排出圧力Poutは、外側補助排出管6の下流の分留塔(図12には示していない)によって決まり得る。通常、排出圧力Poutは10〜35barの範囲にあり、注入圧力Pinは通常、40〜100barの範囲にある。したがって、外側補助排出管6全体にわたって得ることができる利用可能な総圧力低下分は、注入圧力Pinの50%を超え得る。
【０２２５】
大部分のNGLを回収するのに必要な圧力低下分は通常40〜45%であるので、さらに膨張させるために外側補助排出ダクト6で利用できる余分な圧力低下分(例えば5%以上)があり得る。したがって、この余分な圧力低下分を外側補助排出管6内で使用して、さらに膨張させ、さらに凝縮させることができる。
【０２２６】
外側補助排出管6内の流れは引き続き旋回流であるので、新たに凝縮された液滴は、外側補助排出管6の入口、すなわち第2のスロート37の入口にすでに存在する凝縮された液滴と一緒に、さらなる外側補助排出管36に押し込められる。旋回運動を持続するために、第2のスロート37とさらなる外側補助排出管36との間の外側補助排出管6の平均径を可能な限り小さく保つか、または少なくとも一定に保つことができる。
【０２２７】
さらなる外側補助排出管36は、外側補助排出管6の第1の位置に対して下流にある第2の位置に、第1および第2の位置が距離Xで存在するように配置することができ、この場合に、X≧5*D37またはX > 10*D37である。外側補助排出ダクト6内の余分な圧力低下分が5%を超える場合、ダクト36を通る液体流れをより高速にするために、D37の10倍を超えるまで距離Xを延長することができる。
【０２２８】
第2の位置は、外側補助排出管6内で膨張が最大になる位置と一致するように選択することができる。
【０２２９】
可能な限り低い温度で第2の分流装置を機能させることで、流動ダクト36内で液体をさらに濃縮することができ、それによって、低沸点液体の過度の再蒸発を回避する。
【０２３０】
その他特記事項
上記の説明は、限定するのではなく、例示することを意図されている。したがって、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、説明した本発明に対して修正を行うことが可能であることが当業者には明らかであろう。
【符号の説明】
【０２３１】
1  中心体
2  旋回流生成ベーン
3  環状流路
4  スロート部分
5  分流流体分離チャンバ
6  外側補助排出管
7  内側主排出管
8  細長い末尾部
10  中心体
13  排出口
16  さらなる外側補助排出管
20  分離器ハウジング
36  さらなる外側補助排出管
I  中心軸
COL-1  分留塔
CS  冷却システム
COL  分離塔
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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