187720. lajstromszámú szabadalom • Eljárás különösen nagynyomású földgáz parciális kondenzációjára Ranque-Hilsch féle örvényeffektus alkalmazásával
! ,187 720 2 A találmány tárgya: eljárás különösen nagynyomású földgáz parciális kondenzációjára Ranque— Hilsch-féle örvényeffektus alkalmazásával. A mélyfúrású technika fejlődése során olyan földgáztároló rétegeket tártak fel, amelyek mélysége megközelíti, vagy eléri a 6 km-t, a tároló hidrosztatikus vagy túlnyomásos, és így a rétegnyomás meghaladhatja a 60 MPascalt. A tároló és a kút adottságaitól függően a termelés kezdetén a kútfejnyomás 44 MPascal is lehet. A kútfej hőmérséklet elsősorban az áramlás intenzitásától függ, és hozzávetőlegesen 80-120 °C között változik. E kutak nyomását általában a 10-16 MPascal értékű szokásos gyűjtési nyomásra a kútfejre épített fojtószelep segítségével csökkentik, ez azonban általában csak kismértékű lehűlést eredményez. Ennek az az oka, hogy ezen termodinamikai viszonyok közelállnak azon viszonyokhoz, amelyeknél a Joule-Thomson-féle fojtóeffektus inverziója bekövetkezik. Ismeretes ugyanis, hogy a nyomás függvényében általában két hőmérsékletértéknél a folytóeffektus értéke zérus, tehát nyomáscsökkenésre hőmérsékletváltozás nem következik be. Ezen két hőmérsékletérték közötti tartományban a nyomáscsökkenés hőmérsékletcsökkenést eredményez, ezen a tartományon kívül viszont a nyomácsökkenés paradox módon hőmérsékletcsökkenéssel jár együtt. A nyomás növekedésével ez a közbenső tartomány egyre szűkül, és van olyan nyomásérték, az úgynevezett maximális inverziós nyomás, amelynél egyetlen olyan hőmérsékleti érték van, amelyhez tartozó fojtóeffektus értéke 0 A földgáz zömét alkotó metánra ezen maximális inverziós nyomás 55 MPascal, és ez a kitünteteti hőmérsékleti érték 120 °C, míg a mélyfúrású kutak ban különösen nagy koncentrációjú nitrogén maximális inverziós nyomása 42 MPascal, és a hozzátartozó hőmérsékleti érték -20°C. Látható ily módon, hogy a mélyfúrású gázlelőhelyek termodinamikai feltételei mellett a hagyományosan alkalmazott fojtóeffektus szükségszerűen csak kismértékű hülést eredményez. A jelen találmány célja a mélyfúrású kutakból kiáramló gáz hűlésének és ezáltal parciális kondenzációjának javitása. A fenti cél elérésével a kiáramló gáz parciális kondenzációja külön energiaráfordítás nélkül javítható. A jelen találmány feladata olyan eljárás kialakítása, a mélyfúrású kutakból kiáramló gáz parciális kondenzációjának növelésére, amely a hagyományos - fojtóeffektuson alapuló - eljárásnál hatékonyabban foganatosítható. A jelen találmány szerint a fenti feladatot olyan eljárással oldjuk meg, amelynél a mélyfúrású kútból kiáramló gázt örvénycsőben expandáltatjuk és felgyorsítjuk, továbbá a forgó gázáramot hideg és meleg gázáramrészre választjuk szét, majd a meleg gázáramrészt a hideg gázáramrésszel és/vagy külső hűtőközeggel tetszőleges sorrendben lehűtjük és a kondenzálódott folyadékot leválasztjuk. A találmány szerinti eljárást a mellékelt rajzon ábrázolt berendezés működésével szemléltethető foganatositási mód leírása alapján részletesebben ismertetjük. A mellékelt rajzon az 1. ábra a találmány szerinti eljárás foganatosítására alkalmas berendezés vázlata. A 2. ábra szerinti berendezés az eljárás előnyös foganatosítására alkalmas. Az 1, ábrán látható berendezés 1 örvénycsővel, 2 hőcserélővel, 3 szeparátorral, 4 zárószerelvénnyel van kialakítva. Az 1 örvénycső mindkét kimenetelével a 2 hőcserélőhöz van csatlakoztatva, ez pedig a 4 zárószerelvény közbeiktatásával a 3 szeparátorhoz van kötve. A 2. ábra szerinti berendezés az 1. ábrán is szereplő elemeken kívül 5 előhűtőt, 6 hűtőt, 7 előszeparátort, 8 utószeparátort és 9 fojtószerelvényt tartalmaz. Az 1. ábra szerinti berendezésben a találmány szerinti eljárást az alábbiak szerint foganatosítjuk. A nagynyomású földgáz áramot Ranque-Hilschféle 1 örvénycsöbe vezetjük, majd az ebből kiáramló meleg gázáramrészt a 2 hőcserélőben a hideg gázáramrésszel lehűtjük. A kondenzátumot a 3 szeparátorban különítjük el, majd ezután a hideg és a meleg gázáramrészeket egyesítjük. A hideg és meleg gázáramrészek arányát a 4 zárószerelvény beállításával szabályozzuk. A 2. ábra szerinti berendezésben a találmány szérinti eljárást az alábbiak szerint foganatosítjuk. A nagynyomású földgázt először a levegővel vagy vízzel hűtött 5 előhütőben, majd az 1 örvénycsőből kiáramló hideg gázáramrésszel hűtött 6 hűtőben hűtjük le. A kondenzátum egy részét ily módon már 1 örvénycső előtt 7 előszeparátorban, majd az 1 örvénycső után a 8 utószeparátorban a további részt választjuk le. Az 1 örvénycsőnél alkalmazott 9 fojtószerelvénnyel a hideg, illetve meleg gázáramrészek arányát állítjuk be. Látható, hogy az eljárás lényege szerint a kútból kiáramló földgázáram lehűlését és igy parciális kondenzációját oly módon növeljük, hogy a gázáramot az 1 örvénycsővel hideg és meleg gázáramrészekre választjuk szét, miközben a meleg gázáramrész hőmérséklete nagyobb, mint a fojtóeffektussal elérhető hőmérséklet, a hideg gázáramrész hőmérséklete viszont ennél kisebb. A hideg gázáramrészben az alacsony hőmérsékleten kondenzálódott folyadékfázis a centrifugális erő hatására a meleg gázáramrészbe jut, és onnan például fajsúlykülönbség alapján leválasztjuk. A találmány szerinti eljárás előnye, hogy a különösen nagynyomású földgáz hűtése és ily módon parciális kondenzációja a hagyományos, fojtóeffektuson alapuló eljárással elérhetőhöz képest lényegesen fokozható. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2
