ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Компонентное разделение газоконденсатных смесей из "Вихревые аппараты" Уже в первых работах по исследованию очистки природного газа с помощью вихревой трубы отмечено, что конденсат, выводимый с нагретым потоком из камеры разделения, содержит в основном высококипящие компоненты, а конденсат, выделяемый из охлажденного потока— низкокипящие, т. е. экспериментально подтверждена возможность компонентного разделения смеси углеводородных газов в вихревой трубе. [c.140] Рассмотрим, процесс компонентного разделения углеводородных смесей непосредственно в вихревой трубе. К этим смесям относятся природный газ, попутный нефтяной газ и другие газоконденсатные смеси, содержащие компоненты с существенно различающимися температурами конденсадии. При этом будем полагать, что в вихревую трубу подается однофазная газовая смесь. [c.141] Как указано выше, эффект разделения является результатом сложной совокупности взаимосвязанных процессов. В рассматриваемом случае первоначальное разделение происходит при расширении газа в сопловом вводе. Снижение температуры в потоке вызывает конденсацию части высококипящих компонентов. Образовавшаяся газожидкостная смесь поступает в камеру разделения, где образуется закрученный двухфазный поток, состоящий из жидкостного кольца на стенке камеры и газового ядра. Температурное разделение газового ядра приводит к нагреванию его периферийных слоев и охлаждению приосевых. [c.141] Испарение жидкости из пленки происходит под действием теплоты, подведенной от газового вихря. Частично или полностью испаряются каплй жидкости, попадающие в периферийные слои. Одновременно конденсируются высококипящие компоненты в приосевых слоях. Для компонентного разделения необходимо обеспечивать максимально возможный эффект температурного (энергетического) разделения, от которого зависит количество образующегося конденсата. Вместе с тем требуется обеспечить эффективную сепарацию конденсата. Полного удовлетворения этим противоречивым требованиям нельзя добиться ни в одной из известных конструкций. В каждом конкретном случае приходится искать компромиссное решение. [c.141] Рассмотрим результаты исследований компонентного разделения углеводородных смесей, проведенных А. Н. Черновым [12, 18], на вихревой трубе годовой производительностью 250 млн. м смесь содержала тяжелые углеводороды (пропан, бутан, гексан, пентан и др.). Отличительная особенность конструкции (рис. 54)—наличие конденсатосборника 1, сообщающегося с камерой разделения 2 в ее начальных сечениях. Конденсат выводится из камеры вихревой трубы вместе с частью нагретого газа, который после отделения от него жидкости выводится из конденсатосборника. Диаметр цилиндрической камеры вихревой трубы 1)о = 0,15 м, длина /. = 3 м, площадь соплового ввода / с = 0,986-10 м (/1/6 = 0,5), диаметр диафрагмы Лх = 0,083 м. Исходная газовая смесь, не содержащая жидкости, имела давление 3,6 МПа и температуру 303 К. Исследования проводили при степени расширения е = 3...8. [c.142] Зависимость эффекта обогащения у т нагретого и обеднения у охлажденного потоков в вихревом разделителе без вывода конденсата от степени расширения смеси 8 (рис. 55) получена А. Н. Черновым при разделении углеводородной газовой смеси с содержанием конденсирующихся компонентов 0,6 кг/м , здесь х.г = =У1х,т уи у1х,г,у1с — массовая доля компонента в рассматриваемом потоке и в исходной смеси). В нагретом потоке больше содержание наиболее тяжелого компонента (гексана) с ростом степени расширения е эффект обогащения увеличивается до е б. Дальнейшее увеличение е не приводит к росту эффекта, а содержание высококипящего компонента в охлажденном потоке даже несколько увеличивается. [c.142] Следует заметить, что эксперимент проведен на промышленной установке. Автору не удалось полностью подчинить методику проведения эксперимента решению научных задач. В связи с этим возникли определенные трудности при проведении анализа экспериментального материала. Предлагаемая нами оценка роли определенных факторов является приближенной и приведена в основном для иллюстрации сложности протекания процессов в разделителе. [c.143] Эксперимент проведен при рс = onst. Увеличение е сопровождалось уменьшением давления в камере разделения. Как следует из теории фазового равновесия, это приводит к увеличению коэффициента разделения, т. е. снижение давления является одной из причин повышения эффективности разделителя при росте е. [c.144] Характер изменения концентрации компонентов в потоках свидетельствует о том, что при изменении не обеспечивалось постоянство доли охлЁГжденного потока (X. Известно, что х оказывает определяющее влияние и на эффект температурного разделения, и на сепарацию жидкости из потока поэтому представленные на рис. 55 зависимости нельзя рассматривать как функции, определяющиеся только степенью расширения и давлением охлажденного потока. [c.144] Уместно обратить внимание на тот факт, что уменьшение концентрации гексана в охлажденном потоке прекратилось при е 5. Дальнейшее увеличение степени расширения привело к более интенсивной конденсации паров гексана в приосевых слоях вихря. Как отмечено выше, ко 1денсат, образовавшийся в приосевых слоях крупных камер разделения, практически весь уносится охлажденным потоком. В данном конкретном случае увеличение е, а следовательно, и радиального градиента температур, приводит к ухудшению условий процесса разделения. [c.144] Исследуя закономерности фазовых переходов в газожидкостной смеси в камере вихревой трубы путем расчета констант равновесия с использованием экспериментальных данных по распределению давлений и температур в закрученном потоке воздуха, А. Н. Чернов установил, что условия межфазного равновесия наиболее существенно изменяются в осевом направлении камеры, а их изменениями по радиусу и углу можно пренебречь. Из этого следует допущение об отсутствии фазовых переходов при перемещении фаз в радиальном направлении. [c.145] При принятых допущениях математическая модель процесса включает следующую систему уравнений. [c.145] Здесь GL, G и GL— расход компонента в жидкой фазе, в периферийном и приосевом потоках газовой фазы О го и G e — расход периферийного и приосевого газовых потоков G — расход компонента при испарении жидкой фазы Xiw и Xiw — молярная доля компонента в жидкости до и после испарения Xie, Xie молярная доля компонента в приосевом потоке, жидкой и газовой фазах приосевого потока е , ве — молярная доля жидкости на стенке камеры и в приосевом потоке kiw, kie — константа фазового равновесия компонента в жидкости и приосевом потоке iw, iw — удельная энтальпия компонента в периферийном газовом потоке и в пленке жидкости T i, Т г, Т — температура газа на выходе из соплового ввода, нагретого и охлажденного потоков pw, Сре — удельная теплоемкость периферийного и приосевого газовых потоков fx — доля охлажденного потока z — осевая координата рассматриваемого сечения камеры L —длина камеры к — эффективность вывода конденсата Giw, Gik — расход пристеночного конденсата в камере разделения в сечении вывода и конденсата, выводимого из вихревой трубы. [c.147] СЕПАР — отделение жидкой фазы ДЕЛИТ и СМЕСЬ — разделение и смешение потоков. [c.148] Рассчитывая формирование и изменение параметров потоков от сечения 2 = 0 до г = Ь (для периферийных потоков) и от г = Ь до г = 0 (для приосевого потока), получают характеристики охлажденного и нагретого потоков. В случае отбора конденсата рассчитывают параметры смеси на входе в камеру разделения (программы ДТНДР и СЕПАР) и в сечении отбора конденсата с частью периферийного газа (программы ПЕЧЬ, ТЕПЛО, СЕПАР, СМЕСЬ, ДЕЛИТ при г = 1 — рис. 57). При расчете параметров отбираемого потока учитывав ют торможение и нагрев газа в конденсатосборнике и вызванное этим испарение отбираемой жидкости. Расчет ведут по программам ДЕЛИТ — отделение конденсата и газа, ПЕЧЬ — нагрев газа при торможении, СМЕСЬ — составы жидкой ц газовой фаз отбираемого потока. [c.149] ВЫВОДОМ конденсата соответствует [1к = 0,1...0,2 и (х = = 0,5...0,7. При этом большое значение р.к выбирают при больших ст епенях расширения е, и этому значению рк соответствует меньшее значение л. [c.151] Серьезным недостатком следует также считать то,, что номограммы получены при использовании спытного образца, оптимальность соотношений геометрических размеров которого недостаточно обоснована. [c.152] Вернуться к основной статье