スワール弁を備える分離システム
本発明は、流れ入口（１６）を備える分離システムに関する。この分離システムは、流れ入口（１６）を介して流体流のフラックスを受け取り且つ制御するように、また中心軸（１１）周りで旋回する旋回流を生成するように構成されたスワール弁（１００）を備える。この分離システムは、スワール弁（１００）から旋回流を受け取るようにスワール弁（１００）に対して下流に配置された分離チャンバ（４０）をさらに備え、分離チャンバ（４０）が、第１の流れ出口（４１）と第２の流れ出口（４２）とを備える。第１の流れ出口（４１）は、旋回流の内側部分を受け取るように配置され、第２の出口（４２）は、旋回流の外側部分を受け取るように配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スワール弁を備える分離システム、そのような分離システムを備える処理システム、流体流を分離する方法、及び流体を処理するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油ガス業界では、圧力、レベル、温度、及び流れを制御するために制御弁が使用される。場合によっては、これらの制御弁は、十分な圧力低下が制御弁全体にわたって生じた後で、チョークド状態で動作する。天然ガスを処理する際、弁全体にわたるこの圧力減少は、ガスから熱又は仕事を取り出すことなく温度を低下させる。このいわゆる等エンタルピー膨張過程は、ジュール−トンプソン（ＪＴ）冷却としても知られる。この圧力減少を生じる弁は、ＪＴ弁と呼ばれる。ＪＴ弁全体にわたるこの冷却効果を使用し、天然ガスストリームの一部を凝縮させ、それにより液化留分を容器内で分離することができる。これらの分離器容器の大部分について、駆動力は慣性力又は重力であり、換言すれば、液化した滴の質量によって分離の効率が決まる。ＪＴ弁が前にあるそのような低温分離器（Low Temperature Separator）は、通常ＪＴ−ＬＴＳシステムと呼ばれる。
【０００３】
ＪＴ弁の主要な機能は流量制御であるが、第２の機能が分離可能な液相を生み出すことであることは、しばしば忘れられる。ガス処理業界では、ＪＴ弁全体にわたる等エンタルピー膨張に起因する平均液滴サイズは未知であり、したがって下流の相分離器の分離効率は、大いに未知である。最適とは言えない分離効率により、時折、ガス品質問題が発生する。その場合、炭化水素の露点が非常に高いままであることがしばしばであり、これは、特に炭化水素の液滴が非常に小さくなる傾向があることを示す。
【０００４】
従来技術によれば、ＪＴ弁は、流量を制御するために使用することができることが知られているが、同時に、比較的容易に分離することができる液相を生み出すように設計される。
【０００５】
国際特許出願公開第２００６／０７００２０Ａ１号パンフレットは、ハウジングと、ハウジング内に移動可能に配置され、流体ストリームが膨張及び冷却されるように弁の流体入口チャネルから流体出口チャネル内に流れる流体ストリームのフラックスを制御する弁体とを有する絞り弁について記載している。また、流体出口チャネルを流通する流体ストリームに渦運動を課す旋回付与手段が提供される。旋回付与手段は、流体ストリームが流体出口チャネルの長手軸周りで旋回し、それにより液滴が流体出口チャネルの外周に向かって旋回し、合体するように配向される。こうすることによって、流体出口チャネルを流通する液滴のサイズが相対的に大きくなり、より効率的な分離過程が可能になる。国際公開第２００６／０７００２Ａ１号パンフレットについては、図１ａ及び図１ｂを参照して、下記でより詳細に説明する。
【０００６】
同様の弁が、Typhonix AS社の名義で出願された国際公開第２００７／０２４１３８Ａ１号パンフレットによって提供されている。国際公開第２００７／０２４１３８Ａ１号パンフレットは、弁を出る液滴サイズを最大化することを意図する制御弁について記載している。
【０００７】
国際公開第２００６／０７００２０Ａ１号パンフレットは、分離効率全体を改善するように、流れに渦運動を与えることによって液滴サイズを拡大するスワール弁を提供する。この弁は、圧力降下弁（pressure let-down valve）（ＪＴ−ＬＴＳシステム内で使用されるものなど）と呼ぶこともできる。
【０００８】
そのようなスワール弁の下流では、十分な分離を得るために、大型の高価な相分離器が必要とされる可能性がある。
【０００９】
本文中で提供されている例は主に液滴をガス流から分離すること（ガス流内の液滴分散）に関するが、液体流内の気泡分散を拡大するために、又は液体流内の液滴分散を拡大するために、提供されている実施形態を応用することができる。その結果、分散された多相流は、以下を含むことができる。すなわち、
− ガス担体（連続相）内の液滴（分散相）
− 液体担体（連続相）内の気泡（分散相）
− （不混和）液体担体（連続相）内の液滴（分散相）。
【００１０】
最初に、国際公開第２００６／０７００２０号パンフレットですでに開示されているスワール弁設計の一例について、より詳細に述べる。
【００１１】
分散相の平均直径の拡大
圧力降下弁（ＪＴ弁など）に関しては、３つの基本的な機構を介して液滴を形成することができる。すなわち、
１．界面せん断を介した層状相の分解
２．連続相からの核形成／キャビテーション（それぞれガスを凝縮すること／液体を蒸発させること）
３．より大きな液滴へ、さらには層状相への液滴の合体。
【００１２】
最初の２つの機構については、界面張力が支配的な特性である。界面張力が低くなるほど、液滴又は気泡形成過程から得られる液滴／気泡が小さくなる。
【００１３】
第３の機構（合体）は、液滴間の衝突頻度に比例し、衝突頻度は、ａ）液滴数密度、ｂ）乱流強度、ｃ）相対液滴速度に依存する。
【００１４】
図１ａは、Mokveld Valves B.V.社によって供給されている流れ制御業務用の従来の（非スワール）ケージ弁を概略的に示し、この弁では、ピストン型弁体２２に連結される有孔スリーブ又はケージ２３全体にわたって流体のフラックスが絞られる。
【００１５】
図１ａに示されている従来のMokveld社の絞り弁は、弁ハウジング２１を備え、その中にピストン型弁体２２が関連の有孔スリーブ２３内で摺動可能に配置され、それにより、弁シャフト２５部の歯車２４の回転により、矢印２８によって示されているように、歯の付いたピストンロッド２６がピストン型弁体２２を流体出口チャネル２７内に押し上げ、押し下げる。この弁は、環状の下流区間２９Ａを有する流体入口チャネル２９を有し、下流区間２９Ａは、ピストン２２及び／又は有孔スリーブ２３を囲むことができ、流体入口チャネル２９から流体出口チャネル２７内に流れることができる流体のフラックスが、関連の有孔スリーブ２３に対するピストン型弁体２２の軸方向位置によって制御される。
【００１６】
従来のスリーブ２３は、半径方向の配向、すなわちスリーブ２３の円筒表面に対して直交する配向を有する穿孔３０−スロット又は穴−を備える。これが、図１ａのケージ２３の横断面図を提供する図１ｂに示されている。
【００１７】
ピストン２２をスリーブ２３内で軸方向に変位させることにより、通水断面を制御することができる。
【００１８】
図１ａ及び図１ｂによるこの弁は、等エンタルピー膨張のための使用可能な自由圧力を使用し、弁トリム及び／又は弁ステムの特定の幾何形状によって課される旋回流を生み出すことによって改善することができる。そのとき、運動エネルギーは、主に、弁下流の延長されたパイプ長に沿った渦の減衰によって放散される。
【００１９】
弁内で旋回流を生み出すことの利点は２つである。すなわち、
１．規則的な速度パターン→より少ない界面せん断→より少ない液滴分解→より大きな滴
２．通水断面の周部における液滴の集中→大きな数密度→合体の改善→より大きな滴。
【００２０】
これらの利点については、流れパターン及び液滴密度分布の差を定性的に示す図３ａ〜ｂ、及び図４ａ〜ｂを参照して、下記でより詳細に説明する。
【００２１】
任意の圧力降下弁が旋回流を生み出すのに好適なものとなるが、例では、Mokveld社によって供給されているケージタイプの弁が提供されており、それについて論じる。
【００２２】
改良された弁によれば、流れが有孔円筒（ケージ）全体にわたって絞られる。図１ｂでは、これらの穿孔−スロット又は穴−は、半径方向の配向、すなわち円筒表面に対して直交する配向を有する。図１ａに示されているように、ピストンを軸方向に変位させることにより、通水断面を制御することができる。
【００２３】
図２ａに示されているスワール弁は、弁ハウジング１を備え、その中に、関連の有孔スリーブ又はケージ３内のピストン型弁体２が摺動可能に配置され、それにより、弁シャフト５部の歯車４の回転により、矢印８によって示されているように、歯の付いたピストンロッド６がピストン型弁体を流体出口チャネル７内に押し上げ、押し下げる。この弁は、環状の下流区間９Ａを有する流体入口チャネル９を有し、下流区間９Ａは、ピストン２及び／又は有孔スリーブ３を囲むことができ、流体入口チャネル９から流体出口チャネル７内に流れることができる流体のフラックスが、関連の有孔スリーブ３に対するピストン型弁体２の軸方向位置によって制御される。さらに、この弁は、円錐中心体１５を備えることができ、円錐中心体１５は、流体出口チャネル７の中心軸１１と実質的に同軸であり、下流方向で徐々に増大する横断面積を有する出口チャネル７を生成し、それにより、出口チャネル７内での流体フラックスの制御された減速と、凝縮された流体液滴の成長及び合体を促進する旋回係数を有する渦とを生成する。
【００２４】
図２ｂは、スワール弁内で有孔スリーブ３が、傾斜した又は非半径方向の穿孔１０を備えることを示し、穿孔１０は、流体出口チャネル７の中心軸１１に対して、選択された部分的に接線方向の向きで、スリーブ３の内半径Ｒの０．２〜１倍、好ましくは０．５〜０．９９倍である距離Ｄで、穿孔１０のそれぞれの長手軸１２が中心軸１１と交差するように穿孔される。
【００２５】
傾斜した穿孔１０は、矢印１４によって示されているように、流体出口チャネル７を流通する流体ストリームで旋回流を生み出す。渦運動はまた、弁トリム及び／又は弁ステムの特定の幾何形状によって課されてもよい。図２ａ及び図２ｂによる弁では、使用可能な自由圧力が断熱膨張に使用され、流体ストリーム内で旋回流を生み出す。熱力学的な仕事が、膨張する流体によってその周囲に対して加えられない、又は供給されないので、前記断熱膨張は、等エンタルピー過程に近いものである。運動エネルギーは、主に、弁下流の延長されたパイプ長に沿った渦の減衰によって放散される。
【００２６】
任意のジュール−トムソン又は他のチョーク及び／若しくは絞り型弁を、旋回流を生み出すのに好適なものとすることができるが、提供されている例は、Mokveld Valves B.V.社によって供給されている、また同社の国際特許出願公開第２００４０８３６９１号パンフレットに開示されているチョーク型絞り弁を使用する。
【００２７】
図２ａ及び図２ｂによれば、ケージ内のスロット又は穴は、流れがケージを通過した後で旋回し始めるように、接線方向で形作られている。これは、図４ａ及び図４ｂに定性的に示されているように、ケージの下流で生み出される流れパターンに対して影響を及ぼす。
【００２８】
図３ａ及び図３ｂは、例えば図１ａ及び図１ｂに示されている従来の弁に対応する流れパターン及び液滴の密度分布をそれぞれ概略的に示す。例えば図２ａ及び図２ｂに示されているスワール弁に対応する流れパターン及び液滴の密度分布が、それぞれ図４ａ及び図４ｂに概略的に示されている。
【００２９】
半径方向の開口を有するケージ弁内の流れパターンは、図３ａに示されているように非常に乱れており、したがって液滴をより小さい液滴に分解させる高いせん断力を導入する。接線方向の開口を有するスワール弁では、図４ａでわかるように、より規則的な旋回パターンが確立され、せん断力があまり導入されず、液滴の分解があまり生じない。
【００３０】
さらに、スワール弁内で生み出される旋回流体流は、液滴を通水断面の外周部に移動させ、そこで液滴は容易に集まり、より大きな液滴になる。これは、図１ａ及び図２ａによる弁の液滴の密度分布をそれぞれ示す図３ｂ及び図４ｂによって示されており、より濃い陰影がより高い液滴密度を示す。
【００３１】
全般的に、流通する流体流に渦運動が与えられる弁を、スワール弁と呼ぶ。そのようなスワール弁の下流に、液滴を分離するために、さらなる相分離器を設けることができる。多くの場合、いくつかの相分離器（分離器トレイン）が必要とされる。これは、従来技術の解決策を比較的大きく、重く、それによりあまりコスト効果的でないものにするため、不利である。
【００３２】
そのような旋回弁及びさらなる相分離器は、地下リザーバからの井戸流体（例えば、石油及びガス）など高圧で放出される流体ストリームに対して使用することができる。より一般的に言えば、考察対象の流体は、主に、水性流体（例えば水）で希釈されているか否かにかかわらず、炭化水素ガス及び炭化水素液、又は混合物を含む。前記井戸流体の処理中には、例えば流体（ガス）を冷却するために、又は揮発性流体成分（石油）を蒸発させるために、圧力が、制御された形で減少される。特に後者のプロセスについては、安定液を得るために、圧力減少が大気圧に達し、一方、ガス処理のためには、パイプラインを介してガスを経済的に輸送するのに十分な質量−密度を回復するために、圧力減少は部分的なものにすぎない。これらの圧力減少段階すべての後で、以下を分割するために相分離器を適用することができる。すなわち、
− ガスから液体（例えば、ガスから水及び凝縮液）
− 液体からガス（例えば、石油からガス）
− 液体から液体（例えば、水から石油又は石油から水）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３３】
【特許文献１】国際特許出願公開第２００６／０７００２０Ａ１号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００７／０２４１３８Ａ１号パンフレット
【特許文献３】国際特許出願公開第２００４０８３６９１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
スワール弁を備えるよりコンパクトな分離システム及び処理システム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】
【００３５】
一態様によれば、流れ入口を備えるシステムであって、分離システムが、流れ入口を介して流体流のフラックスを受け取り且つ制御するように、また中心軸周りで旋回する旋回流を生成するように構成されたスワール弁を備え、
分離システムが、スワール弁から旋回流を受け取るようにスワール弁に対して下流に配置された分離チャンバをさらに備え、分離チャンバが、第１の流れ出口と第２の流れ出口とを備え、第１の流れ出口が、旋回流の内側部分を受け取るように配置され、第２の出口が、旋回流の外側部分を受け取るように配置されている、システムが提供される。そのようなシステムを提供することにより、特に海上作業台船上で実質的なコスト節約がなり立ち得る。
【００３６】
他の態様によれば、流体を処理するための処理システムであって、上記による少なくとも１つの分離システムを備える処理システムが提供される。
【００３７】
他の態様によれば、流体流を分離する方法であって、
− スワール弁内で流体流を受け取り、それにより中心軸周りで旋回する旋回流を生成すること、
− 分離チャンバ内で旋回流の内側部分を旋回流からの外側部分から分離することであり、分離チャンバが、内側部分と外側部分とをそれぞれ受け取るように構成された第１の流れ出口と第２の流れ出口とを備えることを含む方法が提供される。
【００３８】
次に、単なる例として、対応する符号が対応する部分を示す添付の概略図を参照して、実施形態について述べる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１ａ−２ｂ】図１ａ、図１ｂ、図２ａ、図２ｂは、従来技術による弁を概略的に示す図である。
【図３ａ−４ｂ】図３ａ、図３ｂ、図４ａ、図４ｂは、従来技術による流れパターン及び液滴の密度分布を概略的に示す図である。
【図５ａ−５ｅ】異なる実施形態を概略的に示す図である。
【図６ａ−６ｂ】注入装置を備える他の実施形態を概略的に示す図である。
【図７ａ−７ｃ】ガス処理システムの実施形態を概略的に示す図である。
【図８ａ−８ｄ】石油処理システムの実施形態を概略的に示す図である。
【図９】実施形態をさらに説明するために、液滴／気泡の直径の関数として液滴／気泡密度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本明細書に記載されている実施形態は、改良された分離装置及び分離プロセスを提供する。
【００４１】
図５ａに示されているように、一実施形態によれば、流れ入口１６を備える分離システムであって、流れ入口１６を介して流体流のフラックスを受け取り且つ制御するように、また中心軸１１周りで旋回する旋回流を生成するように構成されたスワール弁１００を備え、スワール弁１００から旋回流を受け取るようにスワール弁１００に対して下流に配置された分離チャンバ４０をさらに備え、分離チャンバ４０が、第１の流れ出口４１と第２の流れ出口４２とを備え、第１の流れ出口４１が、旋回流の内側部分を受け取るように配置され、第２の出口４２が、旋回流の外側部分を受け取るように配置されている、分離システムが提供される。
【００４２】
スワール弁１００は、図２ａ及び図２ｂに示されているようなものとすることができる。スワール弁１００は、流体流内の使用可能な自由圧力を使用し、渦運動を生み出す。また、スワール弁１００を、圧力、レベル、又は流れのうちの１又は２以上を制御するように構成することができる。
【００４３】
第１の流れ出口４１及び第２の流れ出口４２を互いに同心で配置することにより、第１の流れ出口４１は、旋回流の相対的に軽い部分を受け取り、一方、第２の流れ出口４２は、旋回流の相対的に重い部分を受け取る。というのは、渦運動の結果として、重い方の部分が外周に押しやられることになるからである。
【００４４】
第１の流れ出口４１と第２の流れ出口４２は共に、それぞれ第１のダクト４３と第２のダクト４４によって形成することができ、第１のダクト４３は、第２のダクト４４の直径より小さい直径を有する。第１の管４３及び第２の管４４は共に、中心軸１１に対して同心で配置することができ、それにより、第１の流れ出口４１及び第２の流れ出口４２を形成する。図５ｄは、第１の流れ出口４１及び第２の流れ出口４２の横断面図を概略的に示す（図５ｂ及び図５ｃの矢印Ｖｄを参照）。図５ｄは、流体のバルク密度をさらに示し、より濃い陰影がより高い密度の流体を示す。
【００４５】
したがって、一実施形態によれば、第１の流れ出口４１が、中心軸１１に対して、第２の流れ出口４２内で同心で配置される。
【００４６】
分離チャンバ４０は、２相流体流を軽い部分と重い部分に分離するように構成されることに留意されたい。２相という用語を使用し、旋回流内で分離が発生するような、異なる密度を有する少なくとも２つの成分を含む流れを示す。２相は、液体−液体、ガス−液体、固体−液体、又はガス−固体とすることができる。また、下記でより詳細に述べるように、これらの２相は、流れ入口１６で受け取られる流体流内に存在しても、スワール弁１００で、又はその下流で生成されても、（下記でさらに詳細に述べるように）スワール弁の下流で注入によって導入されても、或いはそれらの組合せでもよい。スワール弁１００で、又はその下流で新しい相が生成されるのは、スワール弁１００内で流体が膨張及び冷却され、その結果、液滴が凝縮によって形成され得ることの結果であってもよい。当然ながら、２相という用語は、異なる密度を有する３以上の成分を含む流れをも包含する。
【００４７】
流れの軽い部分をガスとすることができるとき、流れの重い部分は、炭化水素液を含む可能性がある。或いは、流れの軽い部分を炭化水素液とすることができるとき、流れの重い部分は、水を含む可能性がある。
【００４８】
分離が、ガスから液体を除去することを必要とする場合（ＪＴ−ＬＴＳシステム内など）、流れの軽い部分は、さらに処理する必要がない製品ストリームとすることができ、流れの重い部分は、液体（水／グリコール／炭化水素など）及び随伴ガス留分を含むことができ、これらは、（小さいサイズの）分離器装置内でさらに処理を必要とする。
【００４９】
分離プロセスが液体からガスを除去することを必要とする場合（石油安定化トレイン内など）、流れの重い部分は、さらに処理する必要がない製品ストリームとすることができ、流れの軽い部分は、還元分離器装置（reduced separator arrangement）内でさらに処理を必要とするガス（液体キャリオーバを伴う天然ガスなど）を含むことができる。或いは、これは、上記段落に記載されているように、逆にすることもできる。
【００５０】
分離が、別の不混和液から１液（例えば、石油から水）を除去することを必要とする場合、流れの軽い部分（すなわち、石油）は、さらに処理する必要がない製品ストリームとすることができ、流れの重い部分は、水性相（例えば、水、グリコールなど）及び随伴石油留分を含むことができ、これは、還元分離器装置内でさらに処理を必要とする。
【００５１】
図５ｂに概略的に示されている他の実施形態によれば、図５ａに示されているものと同様の分離システムが提供されるが、ここでは、スワール弁１００から旋回流を受け取るようにスワール弁１００と分離チャンバ４０の間に配置された沈降チャンバ３０をさらに備え、沈降チャンバ３０は、発散旋回流を生み出し、発散旋回流を分離チャンバ４０に供給するように、中心軸１１に沿って下流方向に発散させることができる。
【００５２】
沈降チャンバ３０は、渦運動により重い方の成分を外周に、且つ軽い方の成分を中央に押しやらせることによって分離効率を改善するために設けることができる。
【００５３】
沈降チャンバ３０は、（中心軸１１に対して）軸対称である、また例えば円錐形又は円筒形とすることができる壁３１によって形成することができる。
【００５４】
沈降チャンバ３０の長さＬ（図５ｂに図示）は、液滴が、回転する流体の遠心力にさらされたとき半径方向外向きで移動するのに必要とされる時間で決定される。沈降チャンバ３０の長さＬは、例えば、液滴の質量の９９．５％超が、第２の流れ出口４２の第２のダクト４４に流れ込むように、第１の流れ出口４１の第１のダクト４３の外側半径Ｒ１以上の半径位置に達しているように選択することができる。
【００５５】
或いは、気泡の多い流れを扱うとき、前記長さＬは、気泡の質量の９９．５％超が、第１の流れ出口４１の第１のダクト４３に流れ込むように、第１の流れ出口４１の第１のダクト４３の内側半径径Ｒ１以下の半径位置に達しているように選択することができる。
【００５６】
供給条件に応じて、沈降チャンバ３０の長さＬは、沈降チャンバ３０の１入口直径Ｄ−ｉｎと同程度から５０入口直径までとすることができる。沈降チャンバ３０の出口直径Ｄ−ｏｕｔは、典型的には、沈降チャンバ３０の入口直径Ｄ−ｉｎの１倍から入口直径Ｄ−ｉｎの４倍まで変わる可能性がある。
【００５７】
したがって、沈降チャンバ３０は、図面では発散型の沈降チャンバ３０として示されているが、非発散型／円筒形であってもよいことは理解されよう。
【００５８】
それにより、沈降チャンバ３０は、スワール弁１００によってもたらされる旋回流の制御された減速と、凝縮された流体液滴の成長及び合体を促進する旋回係数を有する渦とを生成する。
【００５９】
図５ｃによれば、スワール弁１００内で中心軸１１に沿って実質的に同軸で配置され、上流方向で徐々に増大する横断面積を有する円錐中心体１５をさらに備える実施形態が提供されている。それにより、円錐中心体１５は、出口チャネル内での流体フラックスの制御された減速と、液滴又は気泡の成長及び合体を促進する旋回係数を有する渦とを生成する。当然ながら、円錐中心体１５と沈降チャンバ３０は、互いに組み合わせて使用することができる。円錐中心体１５は、ピストン型弁体２に取り付けることができる。
【００６０】
円錐中心体１５を図５ａに示されている実施形態内で使用することもできることは理解されよう。
【００６１】
円錐中心体１５は、下流方向で、沈降チャンバ３０又は分離チャンバ４０内に延びてもよい。円錐中心体１５は、図５ｃに示されているように下流方向を指す鋭い先端を備える代わりに、流れを下流方向に中心流として導入することができる中心出口１７を備えることができる。そのような代替の円錐中心体１５’が図５ｅに概略的に示されている。
【００６２】
一実施形態によれば、スワール弁１００は、図２ａ及び図２ｂを参照して上述したようなものであり、スワール弁１００は、ハウジング１と、流体流が膨張及び冷却されるように、流体入口１６を流通する流体流のフラックスを制御するようにハウジング１内で移動可能に構成される弁体２と、流れ主軸周りで流体流に渦運動を課す旋回付与手段３とを備える絞り弁である。膨張及び冷却された流体流は、２相流体流となり得る。この渦運動により、この２相流体流の重い方の相が分離チャンバ４０の外周に向かって旋回するようになる。
【００６３】
重い方の相は、ガス担体又は液体担体内の液滴であることも、液体担体内の気泡であることもある。流体入口で受け取られる流体流は、２相流体流となり得る。代替として、又はそれに加えて、流体流の２相特性は、スワール弁の膨張及び冷却の結果とすることができる。
【００６４】
上記によれば、流体流を分離する方法であって、
− スワール弁１００内で流体流を受け取り、それにより中心軸１１周りで旋回する旋回流を生成すること、
− 分離チャンバ４０内で旋回流の内側部分を旋回流からの外側部分から分離することであり、分離チャンバ４０が、内側部分と外側部分とをそれぞれ受け取るように構成された第１の流れ出口４１と第２の流れ出口４２とを備えることを含む方法が提供される。この方法は、分離する前に旋回流を膨張及び冷却し、それにより、凝縮によってスワール弁１００で、又はその下流で新しい相を生成することをさらに含むことができる。
【００６５】
注入装置
他の実施形態によれば、分離システムは、追加の流入流体（inlet fluid）を旋回流に注入するように配置された注入出口６１、７１を備える注入装置６０、７０を備える。注入装置６０、７０は、追加の流入流体供給源（図示せず）に接続することができ、追加の流入流体を旋回流に注入するように構成することができ、したがって、スワール弁１００に対して下流に配置することができる。
【００６６】
追加の流入流体は、流れ入口１６によって受け取られる流体流から成分を選択的に除去するように選択される。追加の流入流体は、除去しようとする成分が気相である場合、液体であることも、除去しようとする成分が液相である場合、ガスであることもある。第１のプロセスは、通常、「吸収」と呼ばれ、第２のプロセスは、「ストリッピング」と呼ばれる。注入装置を備えるそのような分離システムの２つの例が、下記に、図６ａ及び図６ｂを参照して与えられている。
【００６７】
分離効率を最大にするために、旋回流と追加の流入流体との最大相互作用を生み出すことが有利であることは理解されよう。これは、追加の流入流体を、比較的高い粒子密度を備える噴霧として注入することによって行うことができる。例えば、注入装置６０、７０は、少なくとも約１０８／ｍ３の粒子密度を有する噴霧を生み出すように構成することができる。また、注入装置６０、７０は、約５０μｍから約０．２μｍの範囲、及び約２０μｍから約１μｍの範囲のうちの１つから選択されるサイズを有する噴霧粒子を生み出すように構成することができる。旋回流と追加の流入流体との最大相互作用は、上流方向でかなりの成分を有する方向に追加の流入流体を注入することによって達成することもできる。
【００６８】
旋回流から追加の流入流体への成分の最大の移転を得るために、以下の設計構成が提示されている。
− 液体流である追加の流入流体を注入するための、中央に取り付けられた注入管６２。注入方向は、半径方向外向きの成分を有することができ、注入方向は、沈降チャンバ３０を通過したとき第１の流れ入口１６を介して導入される第１の入口流の逆流方向にある成分を有することができ、吸収プロセスで使用される。
− ガス流である追加の流入流体を注入するための、周方向に取り付けられた注入リング７２。注入方向は、半径方向内向きの成分を有することができ、注入方向は、沈降チャンバ３０を通過したとき第１の流れ入口１６を介して導入される第１の入口流の逆流方向にある成分を有することができ、ストリッピングプロセスで使用される。
【００６９】
第１のものについては、図６ａを参照して、下記で詳細に論じ、第２のものについては、図６ｂを参照して論じる。
【００７０】
図６ａを参照すると、分離システムの他の実施形態が提供されており、注入装置６０は注入管６２を備え、注入管６２は注入出口６１を備え、注入出口６１は、中心軸１１と実質的に一致する位置から、半径方向外向きの成分及び軸方向上流成分を含む方向で追加の流入流体を注入するように構成される。
【００７１】
注入管６２は、中心軸１１と少なくとも部分的に一致してもよく、その先端に、追加の流入流体を注入するように構成された注入出口６１を有してもよい。流れと追加の流入流体との相互作用を最大にするために、注入出口６１は、追加の流入流体を（部分的に）上流方向で注入するようにさらに構成されてもよい。
【００７２】
そのような分離システムを注入装置６０と組み合わせて使用することの利点は、大きな回転運動（旋回）により、吸収液をミクロンサイズのミストに霧化することができ、相移転のための非常に大きな比接触面積を生み出し、一方、依然としてこの吸収ミストを、沈降チャンバ３０を出るガス流体から分離することができることである。
【００７３】
霧化された吸収液の好適な液滴直径は、２０マイクロメートル未満となるが、好ましくは１０マイクロメートル未満である。好適な吸収液は、メタノール、（ポリ）エチレングリコール、アルコール、ＤＭＥＡ、ＭＥＡ、ジメチルエーテル、エタン、プロパンなどを含むことができる。
【００７４】
一例によれば、追加の流入流体は、硫化水素又は二酸化炭素を吸収するための少なくとも１つの成分を含むことができる。他の例によれば、追加の流入流体は、スルホラン及びイオン液体のうちの少なくとも１つを成分として含むことができる。イオン液体は、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート及び１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウム−ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドのうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００７５】
図６ｂを参照すると、分離システムの代替の実施形態が提供されており、注入装置７０は、中心軸Ｉに対して周方向に取り付けられた注入リング７２を備え、注入出口７１は、複数の開口によって形成された注入出口７１を備え、注入出口７１は、半径方向内向きの成分及び軸方向上流成分を含む方向で追加の流入流体を注入するように構成される。
【００７６】
注入リング７２は、沈降チャンバ３０の壁３１内に設けることができる。注入出口７１を形成する開口は、注入リング７２の内側に設けることができる。この場合も、流れと追加の流入流体との相互作用を最大化するために、注入出口７１の開口は、追加の流入流体を上流方向で注入するようにさらに構成されてもよい。
【００７７】
そのような注入装置７０と組み合わされたそのような分離システムの利点は、大きな回転運動（旋回）により、ミクロンサイズの気泡が、回転する液膜を通って半径方向内側に上昇することができることである。分散されたストリッピングガスの好適な気泡サイズは、５０マイクロメートル未満から好ましくは２０マイクロメートル未満となろう。
【００７８】
好ましいストリッピングガスは、露点天然ガス、窒素などを含むことができる。
【００７９】
上記の実施形態で提供されているスワール弁は、十分な分離を得るために、スワール弁の下流で必要とされる分離器トレインのサイズを縮小することを可能にする。これは、処理システムの改善を可能にする。
【００８０】
したがって、
− 分離する前に追加の流入流体を旋回流に注入すること
を含む、上述の方法が提供される。
【００８１】
処理システム
上記の実施形態は、プロセスシステム内で使用することができ、それらの例が、図７ａ〜８ｂに提供されており、それらについて下記でより詳細に論じる。
【００８２】
一般に、上述の実施形態による少なくとも１つの分離システムＳＳ１、ＳＳ２を備える処理システムが提供される。
【００８３】
ガス処理システム
図７ａ〜７ｃによれば、
− ガス流７０１を受け取り、予冷されたガス流７０２を生成するように構成された予冷ユニットＰＵと、
− 予冷ユニットＰＵから予冷されたガス流７０２を受け取るように、また第１の流れ出口４１を介して第１の出力流７０３を、且つ第２の流れ出口４２を介して第２の出力流７０４を生成するように構成された第１の分離システムＳＳ１と、
− 第２の出力流７０４を受け取るように、またトップフロー７０５及びボトムフロー７０６を生成するように構成された第１の分離器容器Ｖ１、ＨＧと、
− 第１の分離器容器Ｖ１、ＨＧのボトムフロー７０６を受け取るように、また他の第１の流れ出口４１を介して他の第１の出力流７１３を、且つ他の第２の流れ出口４２を介して他の出力流７１４を生成するように構成された第２の分離システムＳＳ２とを備える処理システムが提供される。
【００８４】
次に、図７ａについてより詳細に述べる。
【００８５】
図７ａは、高圧天然ガス流７０１が受け取られる処理方式を示し、このガス流７０１は、予冷ユニットＰＵ内で予冷される。予冷ユニットＰＵは、多段予冷ユニットとすることができる。当然ながら、多数の異なるタイプの予冷ユニットＰＵを使用することができる。
【００８６】
予冷ユニットＰＵによって生成される、予冷されたガス流７０２は、第１の分離システムＳＳ１の流れ入口１６に連結され、分離システムＳＳ１はスワール弁１００を備え、スワール弁１００は、流れ入口１６を介して流体流のフラックスを受け取り且つ制御するように、また流れ軸周りで旋回する旋回流を生成するように構成され、上述のように分離チャンバ４０と、おそらくは沈降チャンバ３０とをさらに備える。
【００８７】
第１の分離システムＳＳ１の第１の流れ出口４１を介した第１の出力流７０３は、比較的低温であり、高圧天然ガス流７０１を冷却するように予冷ユニットＰＵに送り返される。
【００８８】
第１の分離システムＳＳ１の第２の流れ出口４２を介した第２の出力流７０４は、第１の分離器容器Ｖ１、ＨＧに連結される。
【００８９】
第１の分離器容器Ｖ１、ＨＧは、トップフロー７０５とボトムフロー７０６とを生成する。第１の分離器容器Ｖ１、ＨＧ内での分離プロセスは、重力駆動とすることができる。
【００９０】
第１の分離器容器Ｖ１、ＨＧのトップフロー７０５もまた、得られた比較的低温のガスを使用し、高圧天然ガス流７０１を冷却するために、予冷ユニットＰＵに連結される。第２の流れ出口４２を介した第２の出力流７０４と第１の分離器容器Ｖ１、ＨＧのトップフロー７０５は、組み合わされて予冷ユニットＰＵ用の冷却流７０８を形成する。
【００９１】
高圧凝縮液を含む第１の分離器容器Ｖ１、ＨＧのボトムフロー７０６は、第２の分離システムＳＳ２の流れ入口１６に連結され、第２の分離システムＳＳ２はスワール弁を備え、スワール弁は、流れ入口１６を介して流体流のフラックスを受け取り且つ制御するように、また流れ軸周りで旋回する旋回流を生成するように構成され、上述のように分離チャンバ４０と、おそらくは沈降チャンバ３０とをさらに備える。第２の分離システムＳＳ２は、他の第１の流れ出口４１を介して他の第１の出力流７１３を、且つ他の第２の流れ出口４２を介して他の出力流７１４を生成する。
【００９２】
図７ｂ及び図７ｃを参照すると、第１の分離器容器が、それぞれ液体−ガス分離器（Ｖ１）、水和物−ガス分離器（ＨＧ）のうちの１つである実施形態が提供されている。
【００９３】
水和物−ガス分離器ＨＧは、例えば欧州特許第１４６１１３４号パンフレットで公開されているモノサイクロンタイプのものである。水和物−ガス分離器ＨＧの上部セクションは、慣性及び重力沈降によって固体水和物をガスから除去する。沈降した水和物個体は底部セクションに入り、そこで水和物個体は、内部ヒータを使用して融解される。融解プロセスから生じる水は、やはり水和物−ガス分離器ＨＧのこの底部セクション内に存在し得る非混和性の炭化水素液から分離させることができる。重力により、前記２つの不混和液は、水和物−ガス分離器ＨＧの前記底部セクション内で、水の底層、水和物の中間層、及び炭化水素液の上層という層状の液体体積を形成することになる。水と炭化水素液は、前記底部セクションから別々に排液することができる。
【００９４】
他の実施形態によれば、この処理システムは、
− 第２の分離システムＳＳ２の他の第２の出力流７１４を受け取るように構成することができる第２の分離容器Ｖ２をさらに備える。第２の分離容器Ｖ２は、ＳＳ２からガス枯渇状態の炭化水素液を受け取る。第２の分離容器Ｖ２は、その炭化水素液から残りのガス留分を分離する。前記ガス留分は、他の第１の流れ出口４１を介して他の第１の出力流７１３として得られるＳＳ２のガス流出物と再び混合させることができる。
【００９５】
第２の分離システムＳＳ２の他の第１の出力流７１３は、オフガス圧縮機ＣＯＭに連結される。
【００９６】
第２の液体−ガス分離器容器Ｖ２のトップフロー７１５もまた、オフガス圧縮機ＣＯＭに連結される。オフガス圧縮機ＣＯＭは、エンジンＭによって駆動され、圧縮流出物７１８を生成する。この圧縮流出物７１８は、予冷ユニットＰＵを通過した後で冷却流７０８と組み合わされ、露点天然ガスを含むことができる。
【００９７】
或いは、トップフロー７１５として第２の分離容器Ｖ２から出る、又は圧縮機の放出物７１８から出る残りのガス留分は、第２の分離システムＳＳ２内で再循環及び再導入させることができる。これを行うために、第２の分離システムＳＳ２は、スワール弁１００内で中心軸１１に沿って実質的に同軸で配置され、上流方向で徐々に増大する横断面積を有する円錐中心体１５を備えることができる。これについては、図５ｃを参照して上記で述べた。
【００９８】
円錐中心体１５は、図５ｃに示されているように下流方向を指す鋭い先端を備える代わりに、トップ７１５を第２の分離システムＳＳ２内で中心流として再導入することができる中心出口（図示せず）を備える。
【００９９】
第２の分離システムＳＳ２の他の第２の出力流７１４は、第２の液体−ガス分離器容器Ｖ２に連結することができる。前記ストリーム７１４は主に液体であるが、少量のガス留分を含有してもよい。また、７１４内の液体は、炭化水素混合物並びに水性混合物を共に含有してもよい。したがって、容器Ｖ２は、少量のガス留分が第２の分離容器Ｖ２の上部ドーム内で収集され出口流７１５を介して取り除かれる気液界面に前記ガスが上昇するのに十分な滞留時間をもたらす３相分離器として設計されてもよい。さらに、第２の分離容器Ｖ２は、炭化水素液内に存在する水性液滴の合体を向上させるための内部構造物を含むことができる。これらの内部構造物は、傾斜板、多孔媒質、又は帯電板を含むことができる。水性液は出口流７１６を介して除去され、炭化水素液は出口流７１７を介して除去されることになる。
【０１００】
液体処理システム
図８ａ〜ｄによれば、処理システムが提供されており、この処理システムは、石油処理システムとすることができる液体処理システムである。この処理システムは、
− 高圧石油流８０２を受け取るように、また第１の流れ出口４１を介して第１の出力流８０３を、且つ第２の流れ出口４２を介して第２の出力流８０４を生成するように構成された分離システムＳＳと、
− 第１の出力流８０３及び第２の出力流８０４のうちの１つを受け取るように構成され、またトップフロー８０５、８１５及びボトムフロー８０６、８１６を生成するように構成された分離容器Ｖ３、Ｖ４とを備える。
【０１０１】
分離システムＳＳは、上述の実施形態によるものとすることができる。そのような分離システムＳＳと他の分離容器Ｖ３、Ｖ４の組合せは、効率的且つ省スペースな処理システムをもたらす。分離容器Ｖ３、Ｖ４は、処理システムの体積、重量、及び封じ込めをさらに削減するために、従来のインライン分離器又はコンパクト分離器によって置き換えられてもよいことは理解されよう。そのようなコンパクト分離器は、欧州特許第１６００２１５号パンフレット及び国際公開第２００８０２０１５５号パンフレットに開示されている。
【０１０２】
図８ａは、分離容器Ｖ３が第２の出力流８０４を受け取るように構成され、分離容器Ｖ３のトップフロー８０５が第１の出力流８０３と組み合わされ、処理システムが、組み合わされた第１の出力流８０３及び分離容器Ｖ３のトップフロー８０５を受け取るように構成されたガス圧縮機ＣＯＭをさらに備える実施形態を概略的に示す。
【０１０３】
この実施形態によれば、分離容器は、分離が重力駆動であるガス−液体分離容器Ｖ３である。この分離容器Ｖ３のボトムフロー８０６は、低圧の安定化油である。
【０１０４】
図８ｅに示されている他の実施形態によれば、これは図８ａに示されている処理システムの他の実施形態である。高圧石油流８０２は、水を含む可能性がある。水は、第２の出力流８０４を介して分離容器Ｖ３に達することになる。分離容器Ｖ３は、ガスを含むトップフロー８０５と、水性液であるボトムフロー８０６と、炭化水素液を含むサイドフロー８０７とを生成するように構成される。
【０１０５】
図８ｃは、分離容器Ｖ４が第１の出力流８０３を受け取るように構成され、分離容器Ｖ４のボトムフロー８１６が第２の出力流８０４と組み合わされ、処理システムが、分離容器Ｖ４のトップフロー８１５を受け取るように構成されたガス圧縮機ＣＯＭをさらに備える実施形態を概略的に示す。
【０１０６】
圧縮機ＣＯＭは、有利な方法、すなわち高圧石油流８０２を予熱するために使用することができる圧縮流８２０を生成する。したがって、処理システムが予熱器ユニットＰＨをさらに備え、ガス圧縮機ＣＯＭが圧縮流８２０を生成するように構成され、圧縮流８２０が、予熱器ユニットＰＨに案内され、高圧石油流８０２を予熱する実施形態が提供される。
【０１０７】
この例が、図８ａに対する代替を示す図８ｂ、及び図８ｃに対する代替を示す図８ｄに概略的に示されている。
【０１０８】
水平の分離容器Ｖ３は、使用時に主に石油／炭化水素液を出力する分離器システムＳＳの第２の流れ出口８０４によって供給を受け、残りのガス留分をその石油／炭化水素液から除去する。これらの分離容器Ｖ３は、典型的には供給温度より１０〜５０℃高い高温で動作させることができる。
【０１０９】
垂直の分離容器Ｖ４は、分離システムＳＳの第１の流れ出口８０３ガス出口によって供給を受け、ガス圧縮機ＣＯＭに入る前に残りの液相をガスから除去する。
【０１１０】
図８ｂ及び図８ｄからの方式は、ＳＳ内でのフラッシュプロセスを向上させるために、熱交換器を使用し、供給ストリーム８０２を予熱する。これは、比較的大量のガスストリーム８０３、例えば、ストリーム８０２の供給質量流量の１０％以上のガス質量流量を生成する供給ストリームに対して特に有利である。
【０１１１】
処理方法
図７ａ〜７ｃ及び図８ａ〜８ｅを参照して上記で提供されている実施形態によれば、流体を処理するための方法であって、
− 提供されている実施形態のいずれか１つに従って、分離システムＳＳ、ＳＳ１、ＳＳ２の第１の流れ出口４１を介して第１の出力流７０３、７１３、８０３を、且つ第２の流れ出口４２を介して第２の出力流７０４、７１４、８０４を生じさせることを含む方法が提供される。
【０１１２】
この方法は、ガス処理方法とすることができ、
− 予冷ユニットＰＵ内で、ガス流７０１を予冷し、予冷されたガス流７０２を生成すること、
− 第１の分離システムＳＳ１内で、予冷されたガス流７０２を分離し、第１の流れ出口４１を介して第１の出力流７０３を、且つ第２の流れ出口４２を介して第２の出力流７０４を生成すること、
− 第１の分離器容器Ｖ１、ＨＧ内で第２の出力流７０４を分離し、トップフロー７０５及びボトムフロー７０６を生成すること、
− 第２の分離システムＳＳ２内でボトムフロー７０６を分離し、他の第１の流れ出口４１を介して他の第１の出力流７１３を、且つ他の第２の流れ出口４２を介して他の出力流７１４を生成することを含む。この方法は、第２の分離システムＳＳ２の他の第２の出力流７１４を第２の分離容器Ｖ２内で分離することをさらに含むことができる。第１の分離器容器は、液体−ガス分離器Ｖ１、水和物−ガス分離器ＨＧのうちの１つとすることができる。
【０１１３】
液体処理方法である方法がさらに提供され、この方法は、
− 分離システムＳＳ内で、高圧液体流８０２を分離し、第１の流れ出口４１を介して第１の出力流８０３を、且つ第２の流れ出口４２を介して第２の出力流８０４を生成すること、
− 分離容器Ｖ３、Ｖ４内で第１の出力流８０３及び第２の出力流８０４のうちの１つを分離し、トップフロー８０５、８１５及びボトムフロー８０６、８１６を生成することを含む。分離容器は、第２の出力流８０４を受け取るように構成することができ、この方法は、
− 分離容器Ｖ３のトップフロー８０５を第１の出力流８０３と組み合わせること、
− ガス圧縮機ＣＯＭ内で、組み合わされた第１の出力流８０３及び分離容器Ｖ３のトップフロー８０５を圧縮することをさらに含む。
【０１１４】
分離容器Ｖ４は、第１の出力流８０３を受け取るように構成することができ、この方法は、
− 分離容器Ｖ４のボトムフロー８１６を第２の出力流８０４と組み合わせること、
− ガス圧縮機ＣＯＭ内で、分離容器Ｖ４のトップフロー８１５を圧縮することをさらに含む。
【０１１５】
ガス圧縮機ＣＯＭは、圧縮流８２０を生成するように構成することができ、この方法は、
− 圧縮流８２０を使用することにより、予熱器ユニットＰＨ内で高圧石油流８０２を予熱することをさらに含む。
【０１１６】
水和物
図５ａ〜８ｄを参照して上述した実施形態は、すべて流体（液体、ガス）の処理に関する。これらの流体は、固体物質をも含むことができる。石油及びガス処理の場合、これらの固体は、例えばガス水和物及びワックスを含むことがある。固体は、機器の内部表面上に堆積し得るとき、パイプライン及び機器内で狭窄部、さらにはプラグを形成する傾向がある。
【０１１７】
固体の堆積を回避するため、従来技術によれば、生産化学薬品（production chemical）がしばしば使用される。抑制化学薬品（inhibition chemical）及び／又はヒータの使用は、物流的に複雑且つ高価となる可能性があり、現場職員に対してある量のリスクをもたらすおそれがある。何よりも、結果は、最適なものにほど遠い。
【０１１８】
他の実施形態によれば、抑制化学薬品なしにガスを処理する可能性がもたらされる。
【０１１９】
例えば、水和物堆積物の蓄積を回避するために、装置の内部表面を疎氷性コーティングで被覆することができる。好適な疎氷性コーティングは、フッ素含有ダイヤモンドライクカーボン（Ｆ−ＤＬＣ）となろう。前記コーティング（及び下にある表面）の表面粗さが、全方向で０．０５マイクロメートル未満、しかしより好ましくは全方向で０．０２マイクロメートル未満であることが必要とされる。前記表面上の静水接触角が９０°超、又はより好ましくは１１０°超であり、一方、２５°未満、しかしより好ましくは１５°未満の前記表面上での前進水接触角と後退水接触角との差（すなわち、ヒステリシス）を維持している限り、任意のコーティング層を好適とすることができる。
【０１２０】
管、パイプ、弁、特に低温の流体が管を通過するところ、又は図７ａに示されている熱交換器ＰＵなど、上記で提供された実施形態の様々な部分の内部表面すべてを被覆することができる。
【０１２１】
追加の注意
上述の実施形態の重要な態様は、上述のスワール弁、そのようなスワール弁を備える分離システム、及び処理システムが、すべて流体内の使用可能な自由圧力を使用し、角運動量の点で従来のインラインサイクロン分離器より１桁高い渦運動を生み出すことである。
【０１２２】
上記の実施形態のさらなる利点は、ターンダウンモードにおいて、角運動量／軸運動量の比がわずかに増大し、それにより、角運動量／軸運動量のこの比が減少する従来のインラインサイクロン分離器とは異なり、低い流量で高い分離効率を回復することである。
【０１２３】
スワール弁は、より大きな液滴を生み出し、分離効率を増大する。これについて、図９を参照してより詳細に述べる。図９は、液滴／気泡直径（μｍ）の関数としての液滴／気泡密度（ｍ−３）を示すグラフを示す。分散される混合物は、分布関数（例えば、正規分布／０次対数正規分布（ＺＯＬＤ）／ロジンラムラー分布など）になる、平均直径周りのサイズ分布（散乱）によって特徴付けることができる。
【０１２４】
大抵の分離器は、典型的な分離可能直径（すなわち、カットオフ直径）によって特徴付けることができるので、分離器と関連するスワール弁の改善は、以下のグラフによって示すことができる。カットオフ直径の意味は、カットオフ直径を超える直径を有する液滴が分離されることである。カットオフ直径は、例えば２０μｍとすることができる。
【０１２５】
スワール弁は、平均直径を増大し、それにより分離効率を増大する。この例が図９に示されており、例えば図１ａ及び図１ｂに示されている弁の分布を表す従来の第１の分布Ｄ１と、図２ａ及び図２ｂに示されているスワール弁の分布を表す第２の分布Ｄ２とを示す。また、分離器容器のカットオフ直径が示されている。供給ストリームが、サイズ分布Ｄ２を有する分散相を含むとき、より多くの液滴が前記カットオフ直径を超える直径を有するので、前記分離器容器の分離効率がより高いことがわかる。
【０１２６】
上記の説明は例示的なものであり、限定するものではない。したがって、下記の特許請求の範囲から逸脱することなしに、述べられている本発明に修正を加えることができることが、当業者には明らかであろう。
【図１ａ−ｂ】
【図２ａ−ｂ】
【図３ａ−ｂ】
【図４ａ−ｂ】
【図５ａ】
【図５ｂ−ｅ】
【図６ａ−ｂ】
【図７ａ−ｃ】
【図８ａ−ｂ】
【図８ｃ−ｄ】
【図８ｅ】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スワール弁を備える分離システム、そのような分離システムを備える処理システム、流体流を分離する方法、及び流体を処理するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油ガス業界では、圧力、レベル、温度、及び流れを制御するために制御弁が使用される。場合によっては、これらの制御弁は、十分な圧力低下が制御弁全体にわたって生じた後で、チョークド状態で動作する。天然ガスを処理する際、弁全体にわたるこの圧力減少は、ガスから熱又は仕事を取り出すことなく温度を低下させる。このいわゆる等エンタルピー膨張過程は、ジュール−トンプソン（ＪＴ）冷却としても知られる。この圧力減少を生じる弁は、ＪＴ弁と呼ばれる。ＪＴ弁全体にわたるこの冷却効果を使用し、天然ガスストリームの一部を凝縮させ、それにより液化留分を容器内で分離することができる。これらの分離器容器の大部分について、駆動力は慣性力又は重力であり、換言すれば、液化した滴の質量によって分離の効率が決まる。ＪＴ弁が前にあるそのような低温分離器（Low Temperature Separator）は、通常ＪＴ−ＬＴＳシステムと呼ばれる。
【０００３】
ＪＴ弁の主要な機能は流量制御であるが、第２の機能が分離可能な液相を生み出すことであることは、しばしば忘れられる。ガス処理業界では、ＪＴ弁全体にわたる等エンタルピー膨張に起因する平均液滴サイズは未知であり、したがって下流の相分離器の分離効率は、大いに未知である。最適とは言えない分離効率により、時折、ガス品質問題が発生する。その場合、炭化水素の露点が非常に高いままであることがしばしばであり、これは、特に炭化水素の液滴が非常に小さくなる傾向があることを示す。
【０００４】
従来技術によれば、ＪＴ弁は、流量を制御するために使用することができることが知られているが、同時に、比較的容易に分離することができる液相を生み出すように設計される。
【０００５】
国際特許出願公開第２００６／０７００２０Ａ１号パンフレットは、ハウジングと、ハウジング内に移動可能に配置され、流体ストリームが膨張及び冷却されるように弁の流体入口チャネルから流体出口チャネル内に流れる流体ストリームのフラックスを制御する弁体とを有する絞り弁について記載している。また、流体出口チャネルを流通する流体ストリームに渦運動を課す旋回付与手段が提供される。旋回付与手段は、流体ストリームが流体出口チャネルの長手軸周りで旋回し、それにより液滴が流体出口チャネルの外周に向かって旋回し、合体するように配向される。こうすることによって、流体出口チャネルを流通する液滴のサイズが相対的に大きくなり、より効率的な分離過程が可能になる。国際公開第２００６／０７００２Ａ１号パンフレットについては、図１ａ及び図１ｂを参照して、下記でより詳細に説明する。
【０００６】
同様の弁が、Typhonix AS社の名義で出願された国際公開第２００７／０２４１３８Ａ１号パンフレットによって提供されている。国際公開第２００７／０２４１３８Ａ１号パンフレットは、弁を出る液滴サイズを最大化することを意図する制御弁について記載している。
【０００７】
国際公開第２００６／０７００２０Ａ１号パンフレットは、分離効率全体を改善するように、流れに渦運動を与えることによって液滴サイズを拡大するスワール弁を提供する。この弁は、圧力降下弁（pressure let-down valve）（ＪＴ−ＬＴＳシステム内で使用されるものなど）と呼ぶこともできる。
【０００８】
そのようなスワール弁の下流では、十分な分離を得るために、大型の高価な相分離器が必要とされる可能性がある。
【０００９】
本文中で提供されている例は主に液滴をガス流から分離すること（ガス流内の液滴分散）に関するが、液体流内の気泡分散を拡大するために、又は液体流内の液滴分散を拡大するために、提供されている実施形態を応用することができる。その結果、分散された多相流は、以下を含むことができる。すなわち、
− ガス担体（連続相）内の液滴（分散相）
− 液体担体（連続相）内の気泡（分散相）
− （不混和）液体担体（連続相）内の液滴（分散相）。
【００１０】
最初に、国際公開第２００６／０７００２０号パンフレットですでに開示されているスワール弁設計の一例について、より詳細に述べる。
【００１１】
分散相の平均直径の拡大
圧力降下弁（ＪＴ弁など）に関しては、３つの基本的な機構を介して液滴を形成することができる。すなわち、
１．界面せん断を介した層状相の分解
２．連続相からの核形成／キャビテーション（それぞれガスを凝縮すること／液体を蒸発させること）
３．より大きな液滴へ、さらには層状相への液滴の合体。
【００１２】
最初の２つの機構については、界面張力が支配的な特性である。界面張力が低くなるほど、液滴又は気泡形成過程から得られる液滴／気泡が小さくなる。
【００１３】
第３の機構（合体）は、液滴間の衝突頻度に比例し、衝突頻度は、ａ）液滴数密度、ｂ）乱流強度、ｃ）相対液滴速度に依存する。
【００１４】
図１ａは、Mokveld Valves B.V.社によって供給されている流れ制御業務用の従来の（非スワール）ケージ弁を概略的に示し、この弁では、ピストン型弁体２２に連結される有孔スリーブ又はケージ２３全体にわたって流体のフラックスが絞られる。
【００１５】
図１ａに示されている従来のMokveld社の絞り弁は、弁ハウジング２１を備え、その中にピストン型弁体２２が関連の有孔スリーブ２３内で摺動可能に配置され、それにより、弁シャフト２５部の歯車２４の回転により、矢印２８によって示されているように、歯の付いたピストンロッド２６がピストン型弁体２２を流体出口チャネル２７内に押し上げ、押し下げる。この弁は、環状の下流区間２９Ａを有する流体入口チャネル２９を有し、下流区間２９Ａは、ピストン２２及び／又は有孔スリーブ２３を囲むことができ、流体入口チャネル２９から流体出口チャネル２７内に流れることができる流体のフラックスが、関連の有孔スリーブ２３に対するピストン型弁体２２の軸方向位置によって制御される。
【００１６】
従来のスリーブ２３は、半径方向の配向、すなわちスリーブ２３の円筒表面に対して直交する配向を有する穿孔３０−スロット又は穴−を備える。これが、図１ａのケージ２３の横断面図を提供する図１ｂに示されている。
【００１７】
ピストン２２をスリーブ２３内で軸方向に変位させることにより、通水断面を制御することができる。
【００１８】
図１ａ及び図１ｂによるこの弁は、等エンタルピー膨張のための使用可能な自由圧力を使用し、弁トリム及び／又は弁ステムの特定の幾何形状によって課される旋回流を生み出すことによって改善することができる。そのとき、運動エネルギーは、主に、弁下流の延長されたパイプ長に沿った渦の減衰によって放散される。
【００１９】
弁内で旋回流を生み出すことの利点は２つである。すなわち、
１．規則的な速度パターン→より少ない界面せん断→より少ない液滴分解→より大きな滴
２．通水断面の周部における液滴の集中→大きな数密度→合体の改善→より大きな滴。
【００２０】
これらの利点については、流れパターン及び液滴密度分布の差を定性的に示す図３ａ〜ｂ、及び図４ａ〜ｂを参照して、下記でより詳細に説明する。
【００２１】
任意の圧力降下弁が旋回流を生み出すのに好適なものとなるが、例では、Mokveld社によって供給されているケージタイプの弁が提供されており、それについて論じる。
【００２２】
改良された弁によれば、流れが有孔円筒（ケージ）全体にわたって絞られる。図１ｂでは、これらの穿孔−スロット又は穴−は、半径方向の配向、すなわち円筒表面に対して直交する配向を有する。図１ａに示されているように、ピストンを軸方向に変位させることにより、通水断面を制御することができる。
【００２３】
図２ａに示されているスワール弁は、弁ハウジング１を備え、その中に、関連の有孔スリーブ又はケージ３内のピストン型弁体２が摺動可能に配置され、それにより、弁シャフト５部の歯車４の回転により、矢印８によって示されているように、歯の付いたピストンロッド６がピストン型弁体を流体出口チャネル７内に押し上げ、押し下げる。この弁は、環状の下流区間９Ａを有する流体入口チャネル９を有し、下流区間９Ａは、ピストン２及び／又は有孔スリーブ３を囲むことができ、流体入口チャネル９から流体出口チャネル７内に流れることができる流体のフラックスが、関連の有孔スリーブ３に対するピストン型弁体２の軸方向位置によって制御される。さらに、この弁は、円錐中心体１５を備えることができ、円錐中心体１５は、流体出口チャネル７の中心軸１１と実質的に同軸であり、下流方向で徐々に増大する横断面積を有する出口チャネル７を生成し、それにより、出口チャネル７内での流体フラックスの制御された減速と、凝縮された流体液滴の成長及び合体を促進する旋回係数を有する渦とを生成する。
【００２４】
図２ｂは、スワール弁内で有孔スリーブ３が、傾斜した又は非半径方向の穿孔１０を備えることを示し、穿孔１０は、流体出口チャネル７の中心軸１１に対して、選択された部分的に接線方向の向きで、スリーブ３の内半径Ｒの０．２〜１倍、好ましくは０．５〜０．９９倍である距離Ｄで、穿孔１０のそれぞれの長手軸１２が中心軸１１と交差するように穿孔される。
【００２５】
傾斜した穿孔１０は、矢印１４によって示されているように、流体出口チャネル７を流通する流体ストリームで旋回流を生み出す。渦運動はまた、弁トリム及び／又は弁ステムの特定の幾何形状によって課されてもよい。図２ａ及び図２ｂによる弁では、使用可能な自由圧力が断熱膨張に使用され、流体ストリーム内で旋回流を生み出す。熱力学的な仕事が、膨張する流体によってその周囲に対して加えられない、又は供給されないので、前記断熱膨張は、等エンタルピー過程に近いものである。運動エネルギーは、主に、弁下流の延長されたパイプ長に沿った渦の減衰によって放散される。
【００２６】
任意のジュール−トムソン又は他のチョーク及び／若しくは絞り型弁を、旋回流を生み出すのに好適なものとすることができるが、提供されている例は、Mokveld Valves B.V.社によって供給されている、また同社の国際特許出願公開第２００４０８３６９１号パンフレットに開示されているチョーク型絞り弁を使用する。
【００２７】
図２ａ及び図２ｂによれば、ケージ内のスロット又は穴は、流れがケージを通過した後で旋回し始めるように、接線方向で形作られている。これは、図４ａ及び図４ｂに定性的に示されているように、ケージの下流で生み出される流れパターンに対して影響を及ぼす。
【００２８】
図３ａ及び図３ｂは、例えば図１ａ及び図１ｂに示されている従来の弁に対応する流れパターン及び液滴の密度分布をそれぞれ概略的に示す。例えば図２ａ及び図２ｂに示されているスワール弁に対応する流れパターン及び液滴の密度分布が、それぞれ図４ａ及び図４ｂに概略的に示されている。
【００２９】
半径方向の開口を有するケージ弁内の流れパターンは、図３ａに示されているように非常に乱れており、したがって液滴をより小さい液滴に分解させる高いせん断力を導入する。接線方向の開口を有するスワール弁では、図４ａでわかるように、より規則的な旋回パターンが確立され、せん断力があまり導入されず、液滴の分解があまり生じない。
【００３０】
さらに、スワール弁内で生み出される旋回流体流は、液滴を通水断面の外周部に移動させ、そこで液滴は容易に集まり、より大きな液滴になる。これは、図１ａ及び図２ａによる弁の液滴の密度分布をそれぞれ示す図３ｂ及び図４ｂによって示されており、より濃い陰影がより高い液滴密度を示す。
【００３１】
全般的に、流通する流体流に渦運動が与えられる弁を、スワール弁と呼ぶ。そのようなスワール弁の下流に、液滴を分離するために、さらなる相分離器を設けることができる。多くの場合、いくつかの相分離器（分離器トレイン）が必要とされる。これは、従来技術の解決策を比較的大きく、重く、それによりあまりコスト効果的でないものにするため、不利である。
【００３２】
そのような旋回弁及びさらなる相分離器は、地下リザーバからの井戸流体（例えば、石油及びガス）など高圧で放出される流体ストリームに対して使用することができる。より一般的に言えば、考察対象の流体は、主に、水性流体（例えば水）で希釈されているか否かにかかわらず、炭化水素ガス及び炭化水素液、又は混合物を含む。前記井戸流体の処理中には、例えば流体（ガス）を冷却するために、又は揮発性流体成分（石油）を蒸発させるために、圧力が、制御された形で減少される。特に後者のプロセスについては、安定液を得るために、圧力減少が大気圧に達し、一方、ガス処理のためには、パイプラインを介してガスを経済的に輸送するのに十分な質量−密度を回復するために、圧力減少は部分的なものにすぎない。これらの圧力減少段階すべての後で、以下を分割するために相分離器を適用することができる。すなわち、
− ガスから液体（例えば、ガスから水及び凝縮液）
− 液体からガス（例えば、石油からガス）
− 液体から液体（例えば、水から石油又は石油から水）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３３】
【特許文献１】国際特許出願公開第２００６／０７００２０Ａ１号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００７／０２４１３８Ａ１号パンフレット
【特許文献３】国際特許出願公開第２００４０８３６９１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
スワール弁を備えるよりコンパクトな分離システム及び処理システム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】
【００３５】
一態様によれば、流れ入口を備えるシステムであって、分離システムが、流れ入口を介して流体流のフラックスを受け取り且つ制御するように、また中心軸周りで旋回する旋回流を生成するように構成されたスワール弁を備え、
分離システムが、スワール弁から旋回流を受け取るようにスワール弁に対して下流に配置された分離チャンバをさらに備え、分離チャンバが、第１の流れ出口と第２の流れ出口とを備え、第１の流れ出口が、旋回流の内側部分を受け取るように配置され、第２の出口が、旋回流の外側部分を受け取るように配置されている、システムが提供される。そのようなシステムを提供することにより、特に海上作業台船上で実質的なコスト節約がなり立ち得る。
【００３６】
他の態様によれば、流体を処理するための処理システムであって、上記による少なくとも１つの分離システムを備える処理システムが提供される。
【００３７】
他の態様によれば、流体流を分離する方法であって、
− スワール弁内で流体流を受け取り、それにより中心軸周りで旋回する旋回流を生成すること、
− 分離チャンバ内で旋回流の内側部分を旋回流からの外側部分から分離することであり、分離チャンバが、内側部分と外側部分とをそれぞれ受け取るように構成された第１の流れ出口と第２の流れ出口とを備えることを含む方法が提供される。
【００３８】
次に、単なる例として、対応する符号が対応する部分を示す添付の概略図を参照して、実施形態について述べる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１ａ−２ｂ】図１ａ、図１ｂ、図２ａ、図２ｂは、従来技術による弁を概略的に示す図である。
【図３ａ−４ｂ】図３ａ、図３ｂ、図４ａ、図４ｂは、従来技術による流れパターン及び液滴の密度分布を概略的に示す図である。
【図５ａ−５ｅ】異なる実施形態を概略的に示す図である。
【図６ａ−６ｂ】注入装置を備える他の実施形態を概略的に示す図である。
【図７ａ−７ｃ】ガス処理システムの実施形態を概略的に示す図である。
【図８ａ−８ｄ】石油処理システムの実施形態を概略的に示す図である。
【図９】実施形態をさらに説明するために、液滴／気泡の直径の関数として液滴／気泡密度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本明細書に記載されている実施形態は、改良された分離装置及び分離プロセスを提供する。
【００４１】
図５ａに示されているように、一実施形態によれば、流れ入口１６を備える分離システムであって、流れ入口１６を介して流体流のフラックスを受け取り且つ制御するように、また中心軸１１周りで旋回する旋回流を生成するように構成されたスワール弁１００を備え、スワール弁１００から旋回流を受け取るようにスワール弁１００に対して下流に配置された分離チャンバ４０をさらに備え、分離チャンバ４０が、第１の流れ出口４１と第２の流れ出口４２とを備え、第１の流れ出口４１が、旋回流の内側部分を受け取るように配置され、第２の出口４２が、旋回流の外側部分を受け取るように配置されている、分離システムが提供される。
【００４２】
スワール弁１００は、図２ａ及び図２ｂに示されているようなものとすることができる。スワール弁１００は、流体流内の使用可能な自由圧力を使用し、渦運動を生み出す。また、スワール弁１００を、圧力、レベル、又は流れのうちの１又は２以上を制御するように構成することができる。
【００４３】
第１の流れ出口４１及び第２の流れ出口４２を互いに同心で配置することにより、第１の流れ出口４１は、旋回流の相対的に軽い部分を受け取り、一方、第２の流れ出口４２は、旋回流の相対的に重い部分を受け取る。というのは、渦運動の結果として、重い方の部分が外周に押しやられることになるからである。
【００４４】
第１の流れ出口４１と第２の流れ出口４２は共に、それぞれ第１のダクト４３と第２のダクト４４によって形成することができ、第１のダクト４３は、第２のダクト４４の直径より小さい直径を有する。第１の管４３及び第２の管４４は共に、中心軸１１に対して同心で配置することができ、それにより、第１の流れ出口４１及び第２の流れ出口４２を形成する。図５ｄは、第１の流れ出口４１及び第２の流れ出口４２の横断面図を概略的に示す（図５ｂ及び図５ｃの矢印Ｖｄを参照）。図５ｄは、流体のバルク密度をさらに示し、より濃い陰影がより高い密度の流体を示す。
【００４５】
したがって、一実施形態によれば、第１の流れ出口４１が、中心軸１１に対して、第２の流れ出口４２内で同心で配置される。
【００４６】
分離チャンバ４０は、２相流体流を軽い部分と重い部分に分離するように構成されることに留意されたい。２相という用語を使用し、旋回流内で分離が発生するような、異なる密度を有する少なくとも２つの成分を含む流れを示す。２相は、液体−液体、ガス−液体、固体−液体、又はガス−固体とすることができる。また、下記でより詳細に述べるように、これらの２相は、流れ入口１６で受け取られる流体流内に存在しても、スワール弁１００で、又はその下流で生成されても、（下記でさらに詳細に述べるように）スワール弁の下流で注入によって導入されても、或いはそれらの組合せでもよい。スワール弁１００で、又はその下流で新しい相が生成されるのは、スワール弁１００内で流体が膨張及び冷却され、その結果、液滴が凝縮によって形成され得ることの結果であってもよい。当然ながら、２相という用語は、異なる密度を有する３以上の成分を含む流れをも包含する。
【００４７】
流れの軽い部分をガスとすることができるとき、流れの重い部分は、炭化水素液を含む可能性がある。或いは、流れの軽い部分を炭化水素液とすることができるとき、流れの重い部分は、水を含む可能性がある。
【００４８】
分離が、ガスから液体を除去することを必要とする場合（ＪＴ−ＬＴＳシステム内など）、流れの軽い部分は、さらに処理する必要がない製品ストリームとすることができ、流れの重い部分は、液体（水／グリコール／炭化水素など）及び随伴ガス留分を含むことができ、これらは、（小さいサイズの）分離器装置内でさらに処理を必要とする。
【００４９】
分離プロセスが液体からガスを除去することを必要とする場合（石油安定化トレイン内など）、流れの重い部分は、さらに処理する必要がない製品ストリームとすることができ、流れの軽い部分は、還元分離器装置（reduced separator arrangement）内でさらに処理を必要とするガス（液体キャリオーバを伴う天然ガスなど）を含むことができる。或いは、これは、上記段落に記載されているように、逆にすることもできる。
【００５０】
分離が、別の不混和液から１液（例えば、石油から水）を除去することを必要とする場合、流れの軽い部分（すなわち、石油）は、さらに処理する必要がない製品ストリームとすることができ、流れの重い部分は、水性相（例えば、水、グリコールなど）及び随伴石油留分を含むことができ、これは、還元分離器装置内でさらに処理を必要とする。
【００５１】
図５ｂに概略的に示されている他の実施形態によれば、図５ａに示されているものと同様の分離システムが提供されるが、ここでは、スワール弁１００から旋回流を受け取るようにスワール弁１００と分離チャンバ４０の間に配置された沈降チャンバ３０をさらに備え、沈降チャンバ３０は、発散旋回流を生み出し、発散旋回流を分離チャンバ４０に供給するように、中心軸１１に沿って下流方向に発散させることができる。
【００５２】
沈降チャンバ３０は、渦運動により重い方の成分を外周に、且つ軽い方の成分を中央に押しやらせることによって分離効率を改善するために設けることができる。
【００５３】
沈降チャンバ３０は、（中心軸１１に対して）軸対称である、また例えば円錐形又は円筒形とすることができる壁３１によって形成することができる。
【００５４】
沈降チャンバ３０の長さＬ（図５ｂに図示）は、液滴が、回転する流体の遠心力にさらされたとき半径方向外向きで移動するのに必要とされる時間で決定される。沈降チャンバ３０の長さＬは、例えば、液滴の質量の９９．５％超が、第２の流れ出口４２の第２のダクト４４に流れ込むように、第１の流れ出口４１の第１のダクト４３の外側半径Ｒ１以上の半径位置に達しているように選択することができる。
【００５５】
或いは、気泡の多い流れを扱うとき、前記長さＬは、気泡の質量の９９．５％超が、第１の流れ出口４１の第１のダクト４３に流れ込むように、第１の流れ出口４１の第１のダクト４３の内側半径径Ｒ１以下の半径位置に達しているように選択することができる。
【００５６】
供給条件に応じて、沈降チャンバ３０の長さＬは、沈降チャンバ３０の１入口直径Ｄ−ｉｎと同程度から５０入口直径までとすることができる。沈降チャンバ３０の出口直径Ｄ−ｏｕｔは、典型的には、沈降チャンバ３０の入口直径Ｄ−ｉｎの１倍から入口直径Ｄ−ｉｎの４倍まで変わる可能性がある。
【００５７】
したがって、沈降チャンバ３０は、図面では発散型の沈降チャンバ３０として示されているが、非発散型／円筒形であってもよいことは理解されよう。
【００５８】
それにより、沈降チャンバ３０は、スワール弁１００によってもたらされる旋回流の制御された減速と、凝縮された流体液滴の成長及び合体を促進する旋回係数を有する渦とを生成する。
【００５９】
図５ｃによれば、スワール弁１００内で中心軸１１に沿って実質的に同軸で配置され、上流方向で徐々に増大する横断面積を有する円錐中心体１５をさらに備える実施形態が提供されている。それにより、円錐中心体１５は、出口チャネル内での流体フラックスの制御された減速と、液滴又は気泡の成長及び合体を促進する旋回係数を有する渦とを生成する。当然ながら、円錐中心体１５と沈降チャンバ３０は、互いに組み合わせて使用することができる。円錐中心体１５は、ピストン型弁体２に取り付けることができる。
【００６０】
円錐中心体１５を図５ａに示されている実施形態内で使用することもできることは理解されよう。
【００６１】
円錐中心体１５は、下流方向で、沈降チャンバ３０又は分離チャンバ４０内に延びてもよい。円錐中心体１５は、図５ｃに示されているように下流方向を指す鋭い先端を備える代わりに、流れを下流方向に中心流として導入することができる中心出口１７を備えることができる。そのような代替の円錐中心体１５’が図５ｅに概略的に示されている。
【００６２】
一実施形態によれば、スワール弁１００は、図２ａ及び図２ｂを参照して上述したようなものであり、スワール弁１００は、ハウジング１と、流体流が膨張及び冷却されるように、流体入口１６を流通する流体流のフラックスを制御するようにハウジング１内で移動可能に構成される弁体２と、流れ主軸周りで流体流に渦運動を課す旋回付与手段３とを備える絞り弁である。膨張及び冷却された流体流は、２相流体流となり得る。この渦運動により、この２相流体流の重い方の相が分離チャンバ４０の外周に向かって旋回するようになる。
【００６３】
重い方の相は、ガス担体又は液体担体内の液滴であることも、液体担体内の気泡であることもある。流体入口で受け取られる流体流は、２相流体流となり得る。代替として、又はそれに加えて、流体流の２相特性は、スワール弁の膨張及び冷却の結果とすることができる。
【００６４】
上記によれば、流体流を分離する方法であって、
− スワール弁１００内で流体流を受け取り、それにより中心軸１１周りで旋回する旋回流を生成すること、
− 分離チャンバ４０内で旋回流の内側部分を旋回流からの外側部分から分離することであり、分離チャンバ４０が、内側部分と外側部分とをそれぞれ受け取るように構成された第１の流れ出口４１と第２の流れ出口４２とを備えることを含む方法が提供される。この方法は、分離する前に旋回流を膨張及び冷却し、それにより、凝縮によってスワール弁１００で、又はその下流で新しい相を生成することをさらに含むことができる。
【００６５】
注入装置
他の実施形態によれば、分離システムは、追加の流入流体（inlet fluid）を旋回流に注入するように配置された注入出口６１、７１を備える注入装置６０、７０を備える。注入装置６０、７０は、追加の流入流体供給源（図示せず）に接続することができ、追加の流入流体を旋回流に注入するように構成することができ、したがって、スワール弁１００に対して下流に配置することができる。
【００６６】
追加の流入流体は、流れ入口１６によって受け取られる流体流から成分を選択的に除去するように選択される。追加の流入流体は、除去しようとする成分が気相である場合、液体であることも、除去しようとする成分が液相である場合、ガスであることもある。第１のプロセスは、通常、「吸収」と呼ばれ、第２のプロセスは、「ストリッピング」と呼ばれる。注入装置を備えるそのような分離システムの２つの例が、下記に、図６ａ及び図６ｂを参照して与えられている。
【００６７】
分離効率を最大にするために、旋回流と追加の流入流体との最大相互作用を生み出すことが有利であることは理解されよう。これは、追加の流入流体を、比較的高い粒子密度を備える噴霧として注入することによって行うことができる。例えば、注入装置６０、７０は、少なくとも約１０８／ｍ３の粒子密度を有する噴霧を生み出すように構成することができる。また、注入装置６０、７０は、約５０μｍから約０．２μｍの範囲、及び約２０μｍから約１μｍの範囲のうちの１つから選択されるサイズを有する噴霧粒子を生み出すように構成することができる。旋回流と追加の流入流体との最大相互作用は、上流方向でかなりの成分を有する方向に追加の流入流体を注入することによって達成することもできる。
【００６８】
旋回流から追加の流入流体への成分の最大の移転を得るために、以下の設計構成が提示されている。
− 液体流である追加の流入流体を注入するための、中央に取り付けられた注入管６２。注入方向は、半径方向外向きの成分を有することができ、注入方向は、沈降チャンバ３０を通過したとき第１の流れ入口１６を介して導入される第１の入口流の逆流方向にある成分を有することができ、吸収プロセスで使用される。
− ガス流である追加の流入流体を注入するための、周方向に取り付けられた注入リング７２。注入方向は、半径方向内向きの成分を有することができ、注入方向は、沈降チャンバ３０を通過したとき第１の流れ入口１６を介して導入される第１の入口流の逆流方向にある成分を有することができ、ストリッピングプロセスで使用される。
【００６９】
第１のものについては、図６ａを参照して、下記で詳細に論じ、第２のものについては、図６ｂを参照して論じる。
【００７０】
図６ａを参照すると、分離システムの他の実施形態が提供されており、注入装置６０は注入管６２を備え、注入管６２は注入出口６１を備え、注入出口６１は、中心軸１１と実質的に一致する位置から、半径方向外向きの成分及び軸方向上流成分を含む方向で追加の流入流体を注入するように構成される。
【００７１】
注入管６２は、中心軸１１と少なくとも部分的に一致してもよく、その先端に、追加の流入流体を注入するように構成された注入出口６１を有してもよい。流れと追加の流入流体との相互作用を最大にするために、注入出口６１は、追加の流入流体を（部分的に）上流方向で注入するようにさらに構成されてもよい。
【００７２】
そのような分離システムを注入装置６０と組み合わせて使用することの利点は、大きな回転運動（旋回）により、吸収液をミクロンサイズのミストに霧化することができ、相移転のための非常に大きな比接触面積を生み出し、一方、依然としてこの吸収ミストを、沈降チャンバ３０を出るガス流体から分離することができることである。
【００７３】
霧化された吸収液の好適な液滴直径は、２０マイクロメートル未満となるが、好ましくは１０マイクロメートル未満である。好適な吸収液は、メタノール、（ポリ）エチレングリコール、アルコール、ＤＭＥＡ、ＭＥＡ、ジメチルエーテル、エタン、プロパンなどを含むことができる。
【００７４】
一例によれば、追加の流入流体は、硫化水素又は二酸化炭素を吸収するための少なくとも１つの成分を含むことができる。他の例によれば、追加の流入流体は、スルホラン及びイオン液体のうちの少なくとも１つを成分として含むことができる。イオン液体は、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート及び１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウム−ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドのうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００７５】
図６ｂを参照すると、分離システムの代替の実施形態が提供されており、注入装置７０は、中心軸Ｉに対して周方向に取り付けられた注入リング７２を備え、注入出口７１は、複数の開口によって形成された注入出口７１を備え、注入出口７１は、半径方向内向きの成分及び軸方向上流成分を含む方向で追加の流入流体を注入するように構成される。
【００７６】
注入リング７２は、沈降チャンバ３０の壁３１内に設けることができる。注入出口７１を形成する開口は、注入リング７２の内側に設けることができる。この場合も、流れと追加の流入流体との相互作用を最大化するために、注入出口７１の開口は、追加の流入流体を上流方向で注入するようにさらに構成されてもよい。
【００７７】
そのような注入装置７０と組み合わされたそのような分離システムの利点は、大きな回転運動（旋回）により、ミクロンサイズの気泡が、回転する液膜を通って半径方向内側に上昇することができることである。分散されたストリッピングガスの好適な気泡サイズは、５０マイクロメートル未満から好ましくは２０マイクロメートル未満となろう。
【００７８】
好ましいストリッピングガスは、露点天然ガス、窒素などを含むことができる。
【００７９】
上記の実施形態で提供されているスワール弁は、十分な分離を得るために、スワール弁の下流で必要とされる分離器トレインのサイズを縮小することを可能にする。これは、処理システムの改善を可能にする。
【００８０】
したがって、
− 分離する前に追加の流入流体を旋回流に注入すること
を含む、上述の方法が提供される。
【００８１】
処理システム
上記の実施形態は、プロセスシステム内で使用することができ、それらの例が、図７ａ〜８ｂに提供されており、それらについて下記でより詳細に論じる。
【００８２】
一般に、上述の実施形態による少なくとも１つの分離システムＳＳ１、ＳＳ２を備える処理システムが提供される。
【００８３】
ガス処理システム
図７ａ〜７ｃによれば、
− ガス流７０１を受け取り、予冷されたガス流７０２を生成するように構成された予冷ユニットＰＵと、
− 予冷ユニットＰＵから予冷されたガス流７０２を受け取るように、また第１の流れ出口４１を介して第１の出力流７０３を、且つ第２の流れ出口４２を介して第２の出力流７０４を生成するように構成された第１の分離システムＳＳ１と、
− 第２の出力流７０４を受け取るように、またトップフロー７０５及びボトムフロー７０６を生成するように構成された第１の分離器容器Ｖ１、ＨＧと、
− 第１の分離器容器Ｖ１、ＨＧのボトムフロー７０６を受け取るように、また他の第１の流れ出口４１を介して他の第１の出力流７１３を、且つ他の第２の流れ出口４２を介して他の出力流７１４を生成するように構成された第２の分離システムＳＳ２とを備える処理システムが提供される。
【００８４】
次に、図７ａについてより詳細に述べる。
【００８５】
図７ａは、高圧天然ガス流７０１が受け取られる処理方式を示し、このガス流７０１は、予冷ユニットＰＵ内で予冷される。予冷ユニットＰＵは、多段予冷ユニットとすることができる。当然ながら、多数の異なるタイプの予冷ユニットＰＵを使用することができる。
【００８６】
予冷ユニットＰＵによって生成される、予冷されたガス流７０２は、第１の分離システムＳＳ１の流れ入口１６に連結され、分離システムＳＳ１はスワール弁１００を備え、スワール弁１００は、流れ入口１６を介して流体流のフラックスを受け取り且つ制御するように、また流れ軸周りで旋回する旋回流を生成するように構成され、上述のように分離チャンバ４０と、おそらくは沈降チャンバ３０とをさらに備える。
【００８７】
第１の分離システムＳＳ１の第１の流れ出口４１を介した第１の出力流７０３は、比較的低温であり、高圧天然ガス流７０１を冷却するように予冷ユニットＰＵに送り返される。
【００８８】
第１の分離システムＳＳ１の第２の流れ出口４２を介した第２の出力流７０４は、第１の分離器容器Ｖ１、ＨＧに連結される。
【００８９】
第１の分離器容器Ｖ１、ＨＧは、トップフロー７０５とボトムフロー７０６とを生成する。第１の分離器容器Ｖ１、ＨＧ内での分離プロセスは、重力駆動とすることができる。
【００９０】
第１の分離器容器Ｖ１、ＨＧのトップフロー７０５もまた、得られた比較的低温のガスを使用し、高圧天然ガス流７０１を冷却するために、予冷ユニットＰＵに連結される。第２の流れ出口４２を介した第２の出力流７０４と第１の分離器容器Ｖ１、ＨＧのトップフロー７０５は、組み合わされて予冷ユニットＰＵ用の冷却流７０８を形成する。
【００９１】
高圧凝縮液を含む第１の分離器容器Ｖ１、ＨＧのボトムフロー７０６は、第２の分離システムＳＳ２の流れ入口１６に連結され、第２の分離システムＳＳ２はスワール弁を備え、スワール弁は、流れ入口１６を介して流体流のフラックスを受け取り且つ制御するように、また流れ軸周りで旋回する旋回流を生成するように構成され、上述のように分離チャンバ４０と、おそらくは沈降チャンバ３０とをさらに備える。第２の分離システムＳＳ２は、他の第１の流れ出口４１を介して他の第１の出力流７１３を、且つ他の第２の流れ出口４２を介して他の出力流７１４を生成する。
【００９２】
図７ｂ及び図７ｃを参照すると、第１の分離器容器が、それぞれ液体−ガス分離器（Ｖ１）、水和物−ガス分離器（ＨＧ）のうちの１つである実施形態が提供されている。
【００９３】
水和物−ガス分離器ＨＧは、例えば欧州特許第１４６１１３４号パンフレットで公開されているモノサイクロンタイプのものである。水和物−ガス分離器ＨＧの上部セクションは、慣性及び重力沈降によって固体水和物をガスから除去する。沈降した水和物個体は底部セクションに入り、そこで水和物個体は、内部ヒータを使用して融解される。融解プロセスから生じる水は、やはり水和物−ガス分離器ＨＧのこの底部セクション内に存在し得る非混和性の炭化水素液から分離させることができる。重力により、前記２つの不混和液は、水和物−ガス分離器ＨＧの前記底部セクション内で、水の底層、水和物の中間層、及び炭化水素液の上層という層状の液体体積を形成することになる。水と炭化水素液は、前記底部セクションから別々に排液することができる。
【００９４】
他の実施形態によれば、この処理システムは、
− 第２の分離システムＳＳ２の他の第２の出力流７１４を受け取るように構成することができる第２の分離容器Ｖ２をさらに備える。第２の分離容器Ｖ２は、ＳＳ２からガス枯渇状態の炭化水素液を受け取る。第２の分離容器Ｖ２は、その炭化水素液から残りのガス留分を分離する。前記ガス留分は、他の第１の流れ出口４１を介して他の第１の出力流７１３として得られるＳＳ２のガス流出物と再び混合させることができる。
【００９５】
第２の分離システムＳＳ２の他の第１の出力流７１３は、オフガス圧縮機ＣＯＭに連結される。
【００９６】
第２の液体−ガス分離器容器Ｖ２のトップフロー７１５もまた、オフガス圧縮機ＣＯＭに連結される。オフガス圧縮機ＣＯＭは、エンジンＭによって駆動され、圧縮流出物７１８を生成する。この圧縮流出物７１８は、予冷ユニットＰＵを通過した後で冷却流７０８と組み合わされ、露点天然ガスを含むことができる。
【００９７】
或いは、トップフロー７１５として第２の分離容器Ｖ２から出る、又は圧縮機の放出物７１８から出る残りのガス留分は、第２の分離システムＳＳ２内で再循環及び再導入させることができる。これを行うために、第２の分離システムＳＳ２は、スワール弁１００内で中心軸１１に沿って実質的に同軸で配置され、上流方向で徐々に増大する横断面積を有する円錐中心体１５を備えることができる。これについては、図５ｃを参照して上記で述べた。
【００９８】
円錐中心体１５は、図５ｃに示されているように下流方向を指す鋭い先端を備える代わりに、トップ７１５を第２の分離システムＳＳ２内で中心流として再導入することができる中心出口（図示せず）を備える。
【００９９】
第２の分離システムＳＳ２の他の第２の出力流７１４は、第２の液体−ガス分離器容器Ｖ２に連結することができる。前記ストリーム７１４は主に液体であるが、少量のガス留分を含有してもよい。また、７１４内の液体は、炭化水素混合物並びに水性混合物を共に含有してもよい。したがって、容器Ｖ２は、少量のガス留分が第２の分離容器Ｖ２の上部ドーム内で収集され出口流７１５を介して取り除かれる気液界面に前記ガスが上昇するのに十分な滞留時間をもたらす３相分離器として設計されてもよい。さらに、第２の分離容器Ｖ２は、炭化水素液内に存在する水性液滴の合体を向上させるための内部構造物を含むことができる。これらの内部構造物は、傾斜板、多孔媒質、又は帯電板を含むことができる。水性液は出口流７１６を介して除去され、炭化水素液は出口流７１７を介して除去されることになる。
【０１００】
液体処理システム
図８ａ〜ｄによれば、処理システムが提供されており、この処理システムは、石油処理システムとすることができる液体処理システムである。この処理システムは、
− 高圧石油流８０２を受け取るように、また第１の流れ出口４１を介して第１の出力流８０３を、且つ第２の流れ出口４２を介して第２の出力流８０４を生成するように構成された分離システムＳＳと、
− 第１の出力流８０３及び第２の出力流８０４のうちの１つを受け取るように構成され、またトップフロー８０５、８１５及びボトムフロー８０６、８１６を生成するように構成された分離容器Ｖ３、Ｖ４とを備える。
【０１０１】
分離システムＳＳは、上述の実施形態によるものとすることができる。そのような分離システムＳＳと他の分離容器Ｖ３、Ｖ４の組合せは、効率的且つ省スペースな処理システムをもたらす。分離容器Ｖ３、Ｖ４は、処理システムの体積、重量、及び封じ込めをさらに削減するために、従来のインライン分離器又はコンパクト分離器によって置き換えられてもよいことは理解されよう。そのようなコンパクト分離器は、欧州特許第１６００２１５号パンフレット及び国際公開第２００８０２０１５５号パンフレットに開示されている。
【０１０２】
図８ａは、分離容器Ｖ３が第２の出力流８０４を受け取るように構成され、分離容器Ｖ３のトップフロー８０５が第１の出力流８０３と組み合わされ、処理システムが、組み合わされた第１の出力流８０３及び分離容器Ｖ３のトップフロー８０５を受け取るように構成されたガス圧縮機ＣＯＭをさらに備える実施形態を概略的に示す。
【０１０３】
この実施形態によれば、分離容器は、分離が重力駆動であるガス−液体分離容器Ｖ３である。この分離容器Ｖ３のボトムフロー８０６は、低圧の安定化油である。
【０１０４】
図８ｅに示されている他の実施形態によれば、これは図８ａに示されている処理システムの他の実施形態である。高圧石油流８０２は、水を含む可能性がある。水は、第２の出力流８０４を介して分離容器Ｖ３に達することになる。分離容器Ｖ３は、ガスを含むトップフロー８０５と、水性液であるボトムフロー８０６と、炭化水素液を含むサイドフロー８０７とを生成するように構成される。
【０１０５】
図８ｃは、分離容器Ｖ４が第１の出力流８０３を受け取るように構成され、分離容器Ｖ４のボトムフロー８１６が第２の出力流８０４と組み合わされ、処理システムが、分離容器Ｖ４のトップフロー８１５を受け取るように構成されたガス圧縮機ＣＯＭをさらに備える実施形態を概略的に示す。
【０１０６】
圧縮機ＣＯＭは、有利な方法、すなわち高圧石油流８０２を予熱するために使用することができる圧縮流８２０を生成する。したがって、処理システムが予熱器ユニットＰＨをさらに備え、ガス圧縮機ＣＯＭが圧縮流８２０を生成するように構成され、圧縮流８２０が、予熱器ユニットＰＨに案内され、高圧石油流８０２を予熱する実施形態が提供される。
【０１０７】
この例が、図８ａに対する代替を示す図８ｂ、及び図８ｃに対する代替を示す図８ｄに概略的に示されている。
【０１０８】
水平の分離容器Ｖ３は、使用時に主に石油／炭化水素液を出力する分離器システムＳＳの第２の流れ出口８０４によって供給を受け、残りのガス留分をその石油／炭化水素液から除去する。これらの分離容器Ｖ３は、典型的には供給温度より１０〜５０℃高い高温で動作させることができる。
【０１０９】
垂直の分離容器Ｖ４は、分離システムＳＳの第１の流れ出口８０３ガス出口によって供給を受け、ガス圧縮機ＣＯＭに入る前に残りの液相をガスから除去する。
【０１１０】
図８ｂ及び図８ｄからの方式は、ＳＳ内でのフラッシュプロセスを向上させるために、熱交換器を使用し、供給ストリーム８０２を予熱する。これは、比較的大量のガスストリーム８０３、例えば、ストリーム８０２の供給質量流量の１０％以上のガス質量流量を生成する供給ストリームに対して特に有利である。
【０１１１】
処理方法
図７ａ〜７ｃ及び図８ａ〜８ｅを参照して上記で提供されている実施形態によれば、流体を処理するための方法であって、
− 提供されている実施形態のいずれか１つに従って、分離システムＳＳ、ＳＳ１、ＳＳ２の第１の流れ出口４１を介して第１の出力流７０３、７１３、８０３を、且つ第２の流れ出口４２を介して第２の出力流７０４、７１４、８０４を生じさせることを含む方法が提供される。
【０１１２】
この方法は、ガス処理方法とすることができ、
− 予冷ユニットＰＵ内で、ガス流７０１を予冷し、予冷されたガス流７０２を生成すること、
− 第１の分離システムＳＳ１内で、予冷されたガス流７０２を分離し、第１の流れ出口４１を介して第１の出力流７０３を、且つ第２の流れ出口４２を介して第２の出力流７０４を生成すること、
− 第１の分離器容器Ｖ１、ＨＧ内で第２の出力流７０４を分離し、トップフロー７０５及びボトムフロー７０６を生成すること、
− 第２の分離システムＳＳ２内でボトムフロー７０６を分離し、他の第１の流れ出口４１を介して他の第１の出力流７１３を、且つ他の第２の流れ出口４２を介して他の出力流７１４を生成することを含む。この方法は、第２の分離システムＳＳ２の他の第２の出力流７１４を第２の分離容器Ｖ２内で分離することをさらに含むことができる。第１の分離器容器は、液体−ガス分離器Ｖ１、水和物−ガス分離器ＨＧのうちの１つとすることができる。
【０１１３】
液体処理方法である方法がさらに提供され、この方法は、
− 分離システムＳＳ内で、高圧液体流８０２を分離し、第１の流れ出口４１を介して第１の出力流８０３を、且つ第２の流れ出口４２を介して第２の出力流８０４を生成すること、
− 分離容器Ｖ３、Ｖ４内で第１の出力流８０３及び第２の出力流８０４のうちの１つを分離し、トップフロー８０５、８１５及びボトムフロー８０６、８１６を生成することを含む。分離容器は、第２の出力流８０４を受け取るように構成することができ、この方法は、
− 分離容器Ｖ３のトップフロー８０５を第１の出力流８０３と組み合わせること、
− ガス圧縮機ＣＯＭ内で、組み合わされた第１の出力流８０３及び分離容器Ｖ３のトップフロー８０５を圧縮することをさらに含む。
【０１１４】
分離容器Ｖ４は、第１の出力流８０３を受け取るように構成することができ、この方法は、
− 分離容器Ｖ４のボトムフロー８１６を第２の出力流８０４と組み合わせること、
− ガス圧縮機ＣＯＭ内で、分離容器Ｖ４のトップフロー８１５を圧縮することをさらに含む。
【０１１５】
ガス圧縮機ＣＯＭは、圧縮流８２０を生成するように構成することができ、この方法は、
− 圧縮流８２０を使用することにより、予熱器ユニットＰＨ内で高圧石油流８０２を予熱することをさらに含む。
【０１１６】
水和物
図５ａ〜８ｄを参照して上述した実施形態は、すべて流体（液体、ガス）の処理に関する。これらの流体は、固体物質をも含むことができる。石油及びガス処理の場合、これらの固体は、例えばガス水和物及びワックスを含むことがある。固体は、機器の内部表面上に堆積し得るとき、パイプライン及び機器内で狭窄部、さらにはプラグを形成する傾向がある。
【０１１７】
固体の堆積を回避するため、従来技術によれば、生産化学薬品（production chemical）がしばしば使用される。抑制化学薬品（inhibition chemical）及び／又はヒータの使用は、物流的に複雑且つ高価となる可能性があり、現場職員に対してある量のリスクをもたらすおそれがある。何よりも、結果は、最適なものにほど遠い。
【０１１８】
他の実施形態によれば、抑制化学薬品なしにガスを処理する可能性がもたらされる。
【０１１９】
例えば、水和物堆積物の蓄積を回避するために、装置の内部表面を疎氷性コーティングで被覆することができる。好適な疎氷性コーティングは、フッ素含有ダイヤモンドライクカーボン（Ｆ−ＤＬＣ）となろう。前記コーティング（及び下にある表面）の表面粗さが、全方向で０．０５マイクロメートル未満、しかしより好ましくは全方向で０．０２マイクロメートル未満であることが必要とされる。前記表面上の静水接触角が９０°超、又はより好ましくは１１０°超であり、一方、２５°未満、しかしより好ましくは１５°未満の前記表面上での前進水接触角と後退水接触角との差（すなわち、ヒステリシス）を維持している限り、任意のコーティング層を好適とすることができる。
【０１２０】
管、パイプ、弁、特に低温の流体が管を通過するところ、又は図７ａに示されている熱交換器ＰＵなど、上記で提供された実施形態の様々な部分の内部表面すべてを被覆することができる。
【０１２１】
追加の注意
上述の実施形態の重要な態様は、上述のスワール弁、そのようなスワール弁を備える分離システム、及び処理システムが、すべて流体内の使用可能な自由圧力を使用し、角運動量の点で従来のインラインサイクロン分離器より１桁高い渦運動を生み出すことである。
【０１２２】
上記の実施形態のさらなる利点は、ターンダウンモードにおいて、角運動量／軸運動量の比がわずかに増大し、それにより、角運動量／軸運動量のこの比が減少する従来のインラインサイクロン分離器とは異なり、低い流量で高い分離効率を回復することである。
【０１２３】
スワール弁は、より大きな液滴を生み出し、分離効率を増大する。これについて、図９を参照してより詳細に述べる。図９は、液滴／気泡直径（μｍ）の関数としての液滴／気泡密度（ｍ−３）を示すグラフを示す。分散される混合物は、分布関数（例えば、正規分布／０次対数正規分布（ＺＯＬＤ）／ロジンラムラー分布など）になる、平均直径周りのサイズ分布（散乱）によって特徴付けることができる。
【０１２４】
大抵の分離器は、典型的な分離可能直径（すなわち、カットオフ直径）によって特徴付けることができるので、分離器と関連するスワール弁の改善は、以下のグラフによって示すことができる。カットオフ直径の意味は、カットオフ直径を超える直径を有する液滴が分離されることである。カットオフ直径は、例えば２０μｍとすることができる。
【０１２５】
スワール弁は、平均直径を増大し、それにより分離効率を増大する。この例が図９に示されており、例えば図１ａ及び図１ｂに示されている弁の分布を表す従来の第１の分布Ｄ１と、図２ａ及び図２ｂに示されているスワール弁の分布を表す第２の分布Ｄ２とを示す。また、分離器容器のカットオフ直径が示されている。供給ストリームが、サイズ分布Ｄ２を有する分散相を含むとき、より多くの液滴が前記カットオフ直径を超える直径を有するので、前記分離器容器の分離効率がより高いことがわかる。
【０１２６】
上記の説明は例示的なものであり、限定するものではない。したがって、下記の特許請求の範囲から逸脱することなしに、述べられている本発明に修正を加えることができることが、当業者には明らかであろう。
【図１ａ−ｂ】
【図２ａ−ｂ】
【図３ａ−ｂ】
【図４ａ−ｂ】
【図５ａ】
【図５ｂ−ｅ】
【図６ａ−ｂ】
【図７ａ−ｃ】
【図８ａ−ｂ】
【図８ｃ−ｄ】
【図８ｅ】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れ入口（１６）を備える分離システムであって、前記分離システムが、前記流れ入口（１６）を介して流体流のフラックスを受け取り且つ制御するように、また中心軸（１１）周りで旋回する旋回流を生成するように構成されたスワール弁（１００）を備え、
前記分離システムが、前記スワール弁（１００）から前記旋回流を受け取るように前記スワール弁（１００）に対して下流に配置された分離チャンバ（４０）をさらに備え、前記分離チャンバ（４０）が、第１の流れ出口（４１）と第２の流れ出口（４２）とを備え、前記第１の流れ出口（４１）が、前記旋回流の内側部分を受け取るように配置され、前記第２の出口（４２）が、前記旋回流の外側部分を受け取るように配置されている、システム。
【請求項２】
スワール弁（１００）と分離チャンバ（４０）の間に配置され、前記スワール弁（１００）から旋回流を受け取る沈降チャンバ（３０）をさらに備え、前記沈降チャンバ（３０）が、発散旋回流を生み出し、前記発散旋回流を前記分離チャンバ（４０）に供給するように、中心軸（１１）に沿って下流方向に発散している、請求項１に記載の分離システム。
【請求項３】
スワール弁（１００）内で中心軸（１１）に沿って実質的に同軸で配置され、上流方向で徐々に増大する横断面積を有する円錐中心体（１５）をさらに備える、請求項１又は２に記載の分離システム。
【請求項４】
円錐中心体（１５’）が、流れを中心流として導入することができる中心出口（１７）を備える、請求項３に記載の分離システム。
【請求項５】
スワール弁（１００）が、ハウジング（１）と、流体流が膨張及び冷却されるように、流体入口（１６）を流通する流体流のフラックスを制御するように前記ハウジング（１）内で移動可能に構成されている弁体（２）と、流れ主軸周りで前記流体流に渦運動を課す旋回付与手段（３）とを備える絞り弁である、請求項１〜４のいずれかに記載の分離システム。
【請求項６】
第１の流れ出口（４１）が、中心軸（１１）に対して、第２の流れ出口（４２）内で同心で配置される、請求項１〜５のいずれかに記載の分離システム。
【請求項７】
追加の流入流体を旋回流に注入するように配置された注入出口（６１、７１）を備える注入装置（６０、７０）を備える、請求項１〜６のいずれかに記載の分離システム。
【請求項８】
注入装置（６０）が注入管（６２）を備え、前記注入管（６２）が注入出口（６１）を備え、前記注入出口（６１）が、中心軸１１と実質的に一致する位置から、半径方向外向きの成分及び軸方向上流成分を含む方向で追加の流入流体を注入するように構成されている、請求項７に記載の分離システム。
【請求項９】
注入装置（７０）が、周方向に取り付けられた注入リング（７２）を備え、注入出口（７１）が、半径方向内向きの成分及び軸方向上流成分を含む方向で注入流を注入するように構成されている、請求項７に記載の分離システム。
【請求項１０】
流体を処理するための処理システムであって、請求項１〜９のいずれかに記載の少なくとも１つの分離システム（ＳＳ、ＳＳ１、ＳＳ２）を備える処理システム。
【請求項１１】
ガス処理システムであり、
ガス流（７０１）を受け取り、予冷されたガス流（７０２）を生成するように構成された予冷ユニット（ＰＵ）と、
前記予冷ユニット（ＰＵ）から前記予冷されたガス流（７０２）を受け取るように、また第１の流れ出口（４１）を介して第１の出力流（７０３）を、且つ第２の流れ出口（４２）を介して第２の出力流（７０４）を生成するように構成された第１の分離システム（ＳＳ１）と、
前記第２の出力流（７０４）を受け取るように、またトップフロー（７０５）及びボトムフロー（７０６）を生成するように構成された第１の分離器容器（Ｖ１、ＨＧ）と、
前記第１の分離器容器（Ｖ１、ＨＧ）の前記ボトムフロー（７０６）を受け取るように、また他の第１の流れ出口（４１）を介して他の第１の出力流（７１３）を、且つ他の第２の流れ出口（４２）を介して他の出力流（７１４）を生成するように構成された第２の分離システムＳＳ２とを備える、請求項１０に記載の処理システム。
【請求項１２】
第２の分離システム（ＳＳ２）の他の第２の出力流（７１４）を受け取るように構成された第２の分離容器（Ｖ２）をさらに備える、請求項１１に記載の処理システム。
【請求項１３】
第１の分離器容器が、液体−ガス分離器（Ｖ１）、水和物−ガス分離器（ＨＧ）のうちの１つである、請求項１〜１２のいずれかに記載の処理システム。
【請求項１４】
処理システムが石油処理方式であり、
高圧石油流（８０２）を受け取るように、また第１の流れ出口（４１）を介して第１の出力流（８０３）を、且つ第２の流れ出口（４２）を介して第２の出力流（８０４）を生成するように構成された分離システム（ＳＳ）と、
前記第１の出力流（８０３）及び前記第２の出力流（８０４）のうちの１つを受け取るように構成され、またトップフロー（８０５、８１５）及びボトムフロー（８０６、８１６）を生成するように構成された分離容器（Ｖ３、Ｖ４）とを備える、請求項１０に記載の処理システム。
【請求項１５】
分離容器（Ｖ３）が第２の出力流（８０４）を受け取るように構成され、前記分離容器（Ｖ３）のトップフロー（８０５）が第１の出力流（８０３）と組み合わされ、処理システムが、組み合わされた前記第１の出力流（８０３）及び前記分離容器（Ｖ３）の前記トップフロー（８０５）を受け取るように構成されたガス圧縮機（ＣＯＭ）をさらに備える、請求項１４に記載の処理システム。
【請求項１６】
分離容器（Ｖ４）が第１の出力流（８０３）を受け取るように構成され、前記分離容器（Ｖ４）のボトムフロー（８１６）が第２の出力流（８０４）と組み合わされ、処理システムが、前記分離容器（Ｖ４）のトップフロー（８１５）を受け取るように構成されたガス圧縮機（ＣＯＭ）をさらに備える、請求項１４に記載の処理システム。
【請求項１７】
予熱器ユニット（ＰＨ）をさらに備え、ガス圧縮機（ＣＯＭ）が圧縮流（８２０）を生成するように構成され、前記圧縮流（８２０）が、前記予熱器ユニット（ＰＨ）に誘導され、高圧石油流（８０２）を予熱する、請求項１５又は１６に記載の処理システム。
【請求項１８】
分離容器（Ｖ３）がサイドフロー（８０７）を生成するようにさらに構成され、ボトムフローが実質的に水性液であり、前記サイドフローが実質的に炭化水素液である、請求項１４〜１７のいずれかに記載の処理システム。
【請求項１９】
流体流を分離する方法であって、
スワール弁（１００）内で流体流を受け取り、それにより中心軸（１１）周りで旋回する旋回流を生成すること、
分離チャンバ（４０）内で前記旋回流の内側部分を前記旋回流からの外側部分から分離することを含み、前記分離チャンバ（４０）が、前記内側部分と前記外側部分とをそれぞれ受け取るように構成された第１の流れ出口（４１）と第２の流れ出口（４２）とを備える、方法。
【請求項２０】
分離する前に旋回流を膨張及び冷却し、それにより、凝縮によってスワール弁（１００）で、又はその下流で新しい相を生成すること
をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
分離する前に追加の流入流体を旋回流に注入すること
をさらに含む、請求項１９又は２０に記載の方法。
【請求項２２】
流体を処理するための方法であって、
請求項１９〜２１のいずれかに記載の方法に従って、分離システム（ＳＳ、ＳＳ１、ＳＳ２）の第１の流れ出口（４１）を介して第１の出力流（７０３、７１３、８０３）を、且つ第２の流れ出口（４２）を介して第２の出力流（７０４、７１４、８０４）を生じさせることを含む方法。
【請求項２３】
ガス処理方法であり、
予冷ユニット（ＰＵ）内で、ガス流（７０１）を予冷し、予冷されたガス流（７０２）を生成すること、
第１の分離システム（ＳＳ１）内で、前記予冷されたガス流（７０２）を分離し、第１の流れ出口（４１）を介して第１の出力流（７０３）を、且つ第２の流れ出口（４２）を介して第２の出力流（７０４）を生成すること、
第１の分離器容器（Ｖ１、ＨＧ）内で前記第２の出力流（７０４）を分離し、トップフロー（７０５）及びボトムフロー（７０６）を生成すること、
第２の分離システム（ＳＳ２）内で前記ボトムフロー（７０６）を分離し、他の第１の流れ出口（４１）を介して他の第１の出力流（７１３）を、且つ他の第２の流れ出口（４２）を介して他の出力流（７１４）を生成することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
第２の分離システム（ＳＳ２）の他の第２の出力流（７１４）を第２の分離容器（Ｖ２）内で分離すること
をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
液体処理方法であり、
分離システム（ＳＳ）内で、高圧液体流（８０２）を分離し、第１の流れ出口（４１）を介して第１の出力流（８０３）を、且つ第２の流れ出口（４２）を介して第２の出力流（８０４）を生成すること、
分離容器（Ｖ３、Ｖ４）内で第１の出力流（８０３）及び第２の出力流（８０４）のうちの１つを分離し、トップフロー（８０５、８１５）及びボトムフロー（８０６、８１６）を生成することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
分離容器（Ｖ３）が第２の出力流（８０４）を受け取るように構成され、
前記分離容器（Ｖ３）のトップフロー（８０５）を第１の出力流（８０３）と組み合わせること、
ガス圧縮機（ＣＯＭ）内で、組み合わされた前記第１の出力流（８０３）及び前記分離容器（Ｖ３）の前記トップフロー（８０５）を圧縮することをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
分離容器（Ｖ４）が第１の出力流（８０３）を受け取るように構成され、
前記分離容器（Ｖ４）のボトムフロー（８１６）を第２の出力流（８０４）と組み合わせること、
ガス圧縮機（ＣＯＭ）内で、前記分離容器（Ｖ４）のトップフロー（８１５）を圧縮することをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
ガス圧縮機（ＣＯＭ）が圧縮流（８２０）を生成するように構成され、
前記圧縮流（８２０）を使用することにより、予熱器ユニット（ＰＨ）内で高圧石油流（８０２）を予熱することをさらに含む、請求項２６又は２７に記載の方法。
【請求項１】
流れ入口（１６）を備える分離システムであって、前記分離システムが、前記流れ入口（１６）を介して流体流のフラックスを受け取り且つ制御するように、また中心軸（１１）周りで旋回する旋回流を生成するように構成されたスワール弁（１００）を備え、
前記分離システムが、前記スワール弁（１００）から前記旋回流を受け取るように前記スワール弁（１００）に対して下流に配置された分離チャンバ（４０）をさらに備え、前記分離チャンバ（４０）が、第１の流れ出口（４１）と第２の流れ出口（４２）とを備え、前記第１の流れ出口（４１）が、前記旋回流の内側部分を受け取るように配置され、前記第２の出口（４２）が、前記旋回流の外側部分を受け取るように配置されている、システム。
【請求項２】
スワール弁（１００）と分離チャンバ（４０）の間に配置され、前記スワール弁（１００）から旋回流を受け取る沈降チャンバ（３０）をさらに備え、前記沈降チャンバ（３０）が、発散旋回流を生み出し、前記発散旋回流を前記分離チャンバ（４０）に供給するように、中心軸（１１）に沿って下流方向に発散している、請求項１に記載の分離システム。
【請求項３】
スワール弁（１００）内で中心軸（１１）に沿って実質的に同軸で配置され、上流方向で徐々に増大する横断面積を有する円錐中心体（１５）をさらに備える、請求項１又は２に記載の分離システム。
【請求項４】
円錐中心体（１５’）が、流れを中心流として導入することができる中心出口（１７）を備える、請求項３に記載の分離システム。
【請求項５】
スワール弁（１００）が、ハウジング（１）と、流体流が膨張及び冷却されるように、流体入口（１６）を流通する流体流のフラックスを制御するように前記ハウジング（１）内で移動可能に構成されている弁体（２）と、流れ主軸周りで前記流体流に渦運動を課す旋回付与手段（３）とを備える絞り弁である、請求項１〜４のいずれかに記載の分離システム。
【請求項６】
第１の流れ出口（４１）が、中心軸（１１）に対して、第２の流れ出口（４２）内で同心で配置される、請求項１〜５のいずれかに記載の分離システム。
【請求項７】
追加の流入流体を旋回流に注入するように配置された注入出口（６１、７１）を備える注入装置（６０、７０）を備える、請求項１〜６のいずれかに記載の分離システム。
【請求項８】
注入装置（６０）が注入管（６２）を備え、前記注入管（６２）が注入出口（６１）を備え、前記注入出口（６１）が、中心軸１１と実質的に一致する位置から、半径方向外向きの成分及び軸方向上流成分を含む方向で追加の流入流体を注入するように構成されている、請求項７に記載の分離システム。
【請求項９】
注入装置（７０）が、周方向に取り付けられた注入リング（７２）を備え、注入出口（７１）が、半径方向内向きの成分及び軸方向上流成分を含む方向で注入流を注入するように構成されている、請求項７に記載の分離システム。
【請求項１０】
流体を処理するための処理システムであって、請求項１〜９のいずれかに記載の少なくとも１つの分離システム（ＳＳ、ＳＳ１、ＳＳ２）を備える処理システム。
【請求項１１】
ガス処理システムであり、
ガス流（７０１）を受け取り、予冷されたガス流（７０２）を生成するように構成された予冷ユニット（ＰＵ）と、
前記予冷ユニット（ＰＵ）から前記予冷されたガス流（７０２）を受け取るように、また第１の流れ出口（４１）を介して第１の出力流（７０３）を、且つ第２の流れ出口（４２）を介して第２の出力流（７０４）を生成するように構成された第１の分離システム（ＳＳ１）と、
前記第２の出力流（７０４）を受け取るように、またトップフロー（７０５）及びボトムフロー（７０６）を生成するように構成された第１の分離器容器（Ｖ１、ＨＧ）と、
前記第１の分離器容器（Ｖ１、ＨＧ）の前記ボトムフロー（７０６）を受け取るように、また他の第１の流れ出口（４１）を介して他の第１の出力流（７１３）を、且つ他の第２の流れ出口（４２）を介して他の出力流（７１４）を生成するように構成された第２の分離システムＳＳ２とを備える、請求項１０に記載の処理システム。
【請求項１２】
第２の分離システム（ＳＳ２）の他の第２の出力流（７１４）を受け取るように構成された第２の分離容器（Ｖ２）をさらに備える、請求項１１に記載の処理システム。
【請求項１３】
第１の分離器容器が、液体−ガス分離器（Ｖ１）、水和物−ガス分離器（ＨＧ）のうちの１つである、請求項１〜１２のいずれかに記載の処理システム。
【請求項１４】
処理システムが石油処理方式であり、
高圧石油流（８０２）を受け取るように、また第１の流れ出口（４１）を介して第１の出力流（８０３）を、且つ第２の流れ出口（４２）を介して第２の出力流（８０４）を生成するように構成された分離システム（ＳＳ）と、
前記第１の出力流（８０３）及び前記第２の出力流（８０４）のうちの１つを受け取るように構成され、またトップフロー（８０５、８１５）及びボトムフロー（８０６、８１６）を生成するように構成された分離容器（Ｖ３、Ｖ４）とを備える、請求項１０に記載の処理システム。
【請求項１５】
分離容器（Ｖ３）が第２の出力流（８０４）を受け取るように構成され、前記分離容器（Ｖ３）のトップフロー（８０５）が第１の出力流（８０３）と組み合わされ、処理システムが、組み合わされた前記第１の出力流（８０３）及び前記分離容器（Ｖ３）の前記トップフロー（８０５）を受け取るように構成されたガス圧縮機（ＣＯＭ）をさらに備える、請求項１４に記載の処理システム。
【請求項１６】
分離容器（Ｖ４）が第１の出力流（８０３）を受け取るように構成され、前記分離容器（Ｖ４）のボトムフロー（８１６）が第２の出力流（８０４）と組み合わされ、処理システムが、前記分離容器（Ｖ４）のトップフロー（８１５）を受け取るように構成されたガス圧縮機（ＣＯＭ）をさらに備える、請求項１４に記載の処理システム。
【請求項１７】
予熱器ユニット（ＰＨ）をさらに備え、ガス圧縮機（ＣＯＭ）が圧縮流（８２０）を生成するように構成され、前記圧縮流（８２０）が、前記予熱器ユニット（ＰＨ）に誘導され、高圧石油流（８０２）を予熱する、請求項１５又は１６に記載の処理システム。
【請求項１８】
分離容器（Ｖ３）がサイドフロー（８０７）を生成するようにさらに構成され、ボトムフローが実質的に水性液であり、前記サイドフローが実質的に炭化水素液である、請求項１４〜１７のいずれかに記載の処理システム。
【請求項１９】
流体流を分離する方法であって、
スワール弁（１００）内で流体流を受け取り、それにより中心軸（１１）周りで旋回する旋回流を生成すること、
分離チャンバ（４０）内で前記旋回流の内側部分を前記旋回流からの外側部分から分離することを含み、前記分離チャンバ（４０）が、前記内側部分と前記外側部分とをそれぞれ受け取るように構成された第１の流れ出口（４１）と第２の流れ出口（４２）とを備える、方法。
【請求項２０】
分離する前に旋回流を膨張及び冷却し、それにより、凝縮によってスワール弁（１００）で、又はその下流で新しい相を生成すること
をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
分離する前に追加の流入流体を旋回流に注入すること
をさらに含む、請求項１９又は２０に記載の方法。
【請求項２２】
流体を処理するための方法であって、
請求項１９〜２１のいずれかに記載の方法に従って、分離システム（ＳＳ、ＳＳ１、ＳＳ２）の第１の流れ出口（４１）を介して第１の出力流（７０３、７１３、８０３）を、且つ第２の流れ出口（４２）を介して第２の出力流（７０４、７１４、８０４）を生じさせることを含む方法。
【請求項２３】
ガス処理方法であり、
予冷ユニット（ＰＵ）内で、ガス流（７０１）を予冷し、予冷されたガス流（７０２）を生成すること、
第１の分離システム（ＳＳ１）内で、前記予冷されたガス流（７０２）を分離し、第１の流れ出口（４１）を介して第１の出力流（７０３）を、且つ第２の流れ出口（４２）を介して第２の出力流（７０４）を生成すること、
第１の分離器容器（Ｖ１、ＨＧ）内で前記第２の出力流（７０４）を分離し、トップフロー（７０５）及びボトムフロー（７０６）を生成すること、
第２の分離システム（ＳＳ２）内で前記ボトムフロー（７０６）を分離し、他の第１の流れ出口（４１）を介して他の第１の出力流（７１３）を、且つ他の第２の流れ出口（４２）を介して他の出力流（７１４）を生成することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
第２の分離システム（ＳＳ２）の他の第２の出力流（７１４）を第２の分離容器（Ｖ２）内で分離すること
をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
液体処理方法であり、
分離システム（ＳＳ）内で、高圧液体流（８０２）を分離し、第１の流れ出口（４１）を介して第１の出力流（８０３）を、且つ第２の流れ出口（４２）を介して第２の出力流（８０４）を生成すること、
分離容器（Ｖ３、Ｖ４）内で第１の出力流（８０３）及び第２の出力流（８０４）のうちの１つを分離し、トップフロー（８０５、８１５）及びボトムフロー（８０６、８１６）を生成することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
分離容器（Ｖ３）が第２の出力流（８０４）を受け取るように構成され、
前記分離容器（Ｖ３）のトップフロー（８０５）を第１の出力流（８０３）と組み合わせること、
ガス圧縮機（ＣＯＭ）内で、組み合わされた前記第１の出力流（８０３）及び前記分離容器（Ｖ３）の前記トップフロー（８０５）を圧縮することをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
分離容器（Ｖ４）が第１の出力流（８０３）を受け取るように構成され、
前記分離容器（Ｖ４）のボトムフロー（８１６）を第２の出力流（８０４）と組み合わせること、
ガス圧縮機（ＣＯＭ）内で、前記分離容器（Ｖ４）のトップフロー（８１５）を圧縮することをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
ガス圧縮機（ＣＯＭ）が圧縮流（８２０）を生成するように構成され、
前記圧縮流（８２０）を使用することにより、予熱器ユニット（ＰＨ）内で高圧石油流（８０２）を予熱することをさらに含む、請求項２６又は２７に記載の方法。
【図９】
【公表番号】特表２０１２−５２２６４０（Ｐ２０１２−５２２６４０Ａ）
【公表日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０４６３７（Ｐ２０１２−５０４６３７）
【出願日】平成２１年４月７日（２００９．４．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＬ２００９／０５０１８１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１７２５９
【国際公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（５０９２６７０８５）ツイスター ビー．ブイ． (3)
【氏名又は名称原語表記】ＴＷＩＳＴＥＲ Ｂ．Ｖ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月７日（２００９．４．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＬ２００９／０５０１８１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１７２５９
【国際公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（５０９２６７０８５）ツイスター ビー．ブイ． (3)
【氏名又は名称原語表記】ＴＷＩＳＴＥＲ Ｂ．Ｖ．
【Ｆターム（参考）】
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