СПОСОБ КОАЛЕСЦЕНЦИИ КАПЕЛЬ ЖИДКОСТИ В ПОТОКЕ ГАЗА
METHOD OF COALESCING FLUID DROPS IN GAS FLOW

Изобретение относится к области коалесценции мелкодисперсных капель жидкости и ее сепарации из углеводородного газа, например природного или попутного газов. Оно может быть использовано в газовой, нефтяной и нефтехимической промышленности при подготовке газа на промыслах, отбираемого с подземных хранилищ (ПХГ), при подготовке углеводородных газов к транспорту, перед и после компрессорных станций.
Известны способы коалесценции и сепарации мелкодисперсных капель жидкости в горизонтальных фильтр-сепараторах для очистки газа от жидкости и механических примесей («Энергосберегающие технологии при переработке газа и газового конденсата». М.: ВНИИГАЗ, 1996, стр.138). При этом первоначально газожидкостную смесь подают на фильтрующие цилиндрические элементы, пропускают через мелкопористый слой фильтрующего материала, укрупняют мелкодисперсные капли жидкости при одновременном отделении механических примесей. После укрупнения капель жидкость отводят в отдельный сборник, а газ с частично унесенными укрупненными каплями дополнительно улавливают на сепарационной насадке.
Известны способы коалесценции и сепарации мелкодисперсных капель жидкости в вертикальных аппаратах, фильтрующих секциях, установленных на выходе из абсорберов осушки газа (Авторское свидетельство СССР, №670317, МПК: B01D 53/18).
Основными недостатками этих способов являются:
- значительные гидравлические сопротивления от прохождения газожидкостной смеси через слой фильтрующего материала, насыщенного жидкостью, и от транспортирования жидкости через него;
- увеличенное гидравлическое сопротивление от прохождения газожидкостного потока на входе в фильтрующий патрон, т.к. живое сечение на входе в фильтрующий патрон мало и составляет всего (25-35)% от поперечного сечения корпуса аппарата;
- низкий срок службы при наличии механических примесей всего 3-6 месяцев, что требует частой замены фильтров и применения резервного оборудования;
- низкая механическая прочность, разрушение фильтрующих патронов при пульсациях газожидкостных потоков и гидравлических пробках, ударов.
Известны способы коалесценции мелкодисперсных капель жидкости в турбулентном потоке газа в трубе (при прохождении газ вдоль стенки трубы) (Э.Г.Синайский, Е.Я.Лапига, Ю.В.Зайцев «Сепарация многокомпонентных систем». М.: Недра, 2002, стр.386-3970) - прототип. Основным преимуществом данного способа является низкое гидравлическое сопротивление, так как газожидкостной поток движется вдоль стенки.
Недостатками этого способа является:
- повторное дробление укрупненных капель жидкости, следовательно, и снижение эффективности коалесценции и сепарации жидкости;
- необходимость применения трубопроводов значительной протяженности для увеличения поверхности и времени коалесценции, что увеличивает площадь застройки и капитальные затраты;
- накопление жидкости в пониженных участках трубопровода из-за отсутствия ее отвода по ходу движения газожидкостной смеси;
- хаотическое неорганизованное движение турбулентного потока и оседания жидкости на стенку трубы;
- прохождение процесса коалесценции мелкодисперсных капель в трубах различного диаметра делает процесс неоднозначным и неодинаковым.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности укрупнения мелкодисперсных капель жидкости и ее сепарации при повышенных скоростях газожидкостного потока, увеличении отбора углеводородной жидкости, повышении качества подготовки газа.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе коалесценции капель жидкости в потоке газа, включающем турбулентное движение газожидкостного потока вдоль объемного тела с коалесцирующей поверхностью, смачивание поверхности мелкодисперсными каплями, укрупнение капель на поверхности, поток газожидкостной смеси пропускают между рядами незамкнутых вертикально ориентированных пористых элементов с развитой поверхностью, а мелкодисперсные капли дискретно подают на каждый пористый элемент посредством сил, возникающих от перепада давлений между поверхностями каждого пористого элемента, причем на одной поверхности пористого элемента создают повышенное давление путем подачи дискретных потоков газожидкостной смеси, а на другой его поверхности пониженное путем отбора дискретных потоков газожидкостной смеси, после чего производят раздельный отбор газа и жидкости.
Повышенное давление создают наддувом струями потока газожидкостной смеси на одну из поверхностей каждого пористого элемента, а пониженное эжектированием части газа с обратной стороны этого же пористого элемента потоком газожидкостной смеси.
Жидкость силами гравитации транспортируют по пористому элементу, а затем отбирают с их нижних частей.
Пропускание потока газожидкостной смеси между рядами незамкнутых вертикально ориентированных пористых элементов с развитой поверхностью, подача мелкодисперсных капель дискретно на каждый пористый элемент посредством сил, возникающих от перепада давлений между поверхностями каждого пористого элемента, и создание на одной поверхности пористого элемента повышенного давление путем подачи дискретных потоков газожидкостной смеси, а на другой его поверхности пониженного путем отбора дискретных потоков газожидкостной смеси и последующее произведение раздельного отбора газа и жидкости позволило снизить гидравлическое сопротивление устройств для процессов коалесценции мелкодисперсных капель жидкости за счет пропускания основного потока газа не через пористый элемент, а вдоль его поверхности, а на пористый элемент направить только мелкодисперсные капли с частью газа для их транспортировки, увеличить скорость газового потока, а следовательно, и повысить производительность технологического оборудования для коалесценции, уменьшить диаметр сосуда.
Создание повышенного давления наддувом струями потока газожидкостной смеси на одну из поверхностей каждого пористого элемента, а пониженного эжектированием части газа с обратной стороны этого же пористого элемента потоком газожидкостной смеси позволило создать перепад давления между двумя сторонами пористого элемента, что обеспечивает осаждение (притягивание) мелкодисперсных капель жидкости на поверхность элемента с прохождением через пористое тело минимального объема газа, необходимого для транспортировки капель на поверхность элемента.
Транспортирование жидкости силами гравитации по пористым элементам и последующий отбор с их нижних частей позволило исключить затраты энергии (перепад газа) на сбор жидкости.
Заявителям и авторам и не известны способы коалесценции капель в потоке газа, в которых бы поставленная задача решалась подобным образом.
На фигурах 1-4 представлены схемы движения газожидкостных, газовых и жидкостных потоков при коалесценции капель жидкости и движении газожидкостного потока вдоль объемного тела - трубы.
На фигуре 1 - представлен корпус в виде объемного тела (трубы) - вид сверху.
На фигуре - 2 вид  А на фигуре 1 (поперечное сечение объемного тела (трубы)).
На фигуре 3 - вид Б на фигуре 1 (пористый элемент - вид сверху).
На фигуре 4 - разрез В-В на фигуре 3 (пористый элемент - поперечное сечение).
Способ коалесценции капель жидкости в потоке газа осуществляется следующим образом.
Газожидкостной поток 1 (фиг.1) с содержанием мелкодисперсных капель 2, образующихся, например, после расширительного устройства-дросселя или холодильника газа (на схеме не показаны) с каплями конденсации при начальных диаметрах около (0,1-100) мкм, то есть тумана, направляют по трубе (корпусу) 3 со скоростью порядка 10-15 м/с, обеспечивающей турбулентное движение газожидкостного потока. Затем делят поток 1 на ряд потоков 4 пропорционально входным живым сечениям 5 (фиг.2) между вертикальными пористыми элементами 6. Движущимися динамическими потоками 4 создают с одной стороны пористого элемента 6 - на поверхности 7 (фиг.3) повышенное давление путем направления части динамических потоков 8 в дискретно расположенные по поверхности 7 открытые со стороны подачи потоков жалюзийные каналы 9 (фиг.3, 4), а с обратной стороны пористого элемента 6 при прохождении жалюзийных каналов 10, закрытых со стороны подачи газожидкостных потоков, скоростные потоки 4 создают пониженное давление на поверхности 11 пористого элемента 6 эжектированием. За счет разности давлений на противоположных поверхностях пористого элемента 6 мелкодисперсные капли притягиваются к нему, смачивают его, капли укрупняются и по мере накопления жидкости за счет сил гравитации стекает по пористому элементу в нижнюю часть трубы (корпуса), откуда ее отбирают через патрубок 12, (фиг.2). Очищенный от капельной жидкости газ отбирается потоками 13 и 14 (фиг.3).
Дискретно расположенные на поверхности пористого элемента 6 жалюзийные каналы 9 и 10 при прохождении турбулентного газового потока 4 создают дополнительные частотные пульсации, что способствует осаждению и укрупнению мелкодисперсных капель.
Пример осуществления способа коалесценции капель жидкости в потоке газа.
Состав компонентный газожидкостного потока в массовых долях:
4
2
6
3
8
4
10
5
12
6+в
2
CH - 0,678819; CH - 0,06861; CH - 0,041102; CH - 0,026154; CH - 0,01383; C - 0,051485; HO - 0,12;
Давление, МПа - 12,0;
3
Расход, нм - 3000000;
Температура, °C - 30;
Диаметр кондиционных капель в газе, мкм - (0,1-100);
Скорость газожидкостного потока, м/с - 10;
3
Содержание воды в очищенном газе, г/м - 0,025;
5+в
3
Содержание C в очищенном газе, г/м - 2,5;
Перепад давления, мм водяного столба - 100-350;
Удельная поверхность фильтр-коалесцирующего материала,
2
3
≥3000 м/м;
- толщина волокон, мкм - 2-8;
- номинальная тонкость фильтрации - 10 мкм.
Количество ступеней коалесценции и фильтрации, шт. - 2.
Таким образом, предложенный способ позволил повысить эффективность, укрупнить мелкодисперсные капли жидкости, улучшить сепарацию при повышенных скоростях газожидкостного потока, увеличить отбор углеводородной жидкости, повысить качества подготовки газа.