超音速分离器(Super Sonic Separator简称3S)技术项目是北京金都源泉科技发展有限公司负责引进的国际合作项目, 北京俄通设备技术有限公司提供国际合作支持。2006年，北京金都源泉科技发展有限公司与俄罗斯ENGO合作，开始引进超音速分离器(Super Sonic Separator简称3S)，该设备是由俄罗斯专家将航天技术的空气动力学成果应用于油气田天然气和石油伴生气处理、加工领域而研发的新型、高效分离设备，实现了油气田天然气脱水、脱烃技术的重大突破。
3S超音速分离装置
与传统方法相比，3S技术具有以下优势：
- 不会生成水合物
- 效率高、能耗低
- 无转动部件，运转安全可靠。
- 工艺过程和设备简单，投资省。
- 本身无消耗，运行成本低。
- 无废水、废液排出，对环境无影响。
- 体积小，占地和占有的空间小。
有关3S超音速分离装置详情及采购事宜请洽北京金都源泉科技发展有限公司。
3S超音速分离装置
一、 3S超音速分离器的研制
3S设备的研究和测试始于1996年。俄罗斯专家团的研究人员对超音速气流中液滴的形成过程进行了全面的分析研究，测定了液滴沿喷管径向和轴向的分布，并开发了一种用光学方法测定液滴的技术，建立了超音速喷管的天然气旋流的计算程序，反映了天然气的固有属性和过度阶段的状态。
该公司在俄罗斯莫斯科州建立了日处理量为30×104m3(2.5kg/s)天然气的工业性实验装置，还在加拿大卡尔加里附近建立了天然气日处理量为110×104m3(9kg/s)天然气的更大的工业性实验装置，对3S装置的各项技术性能进行验证。实验装置可以测量天然气在3S设备中不同点的流速、压力和温度。用了近4年的时间，在不同温度、压力和不同天然气气体组分的条件下，对3S设备进行了400多次测试，包括对次音速、近音速和超音速分离状况的测试，取得了大量数据和经验，并验证了3S设备的设计计算模型。2004年9月，该公司第一套工业用3S装置在西伯利亚一座处理能力超过4×108m3/y的天然气工厂的低温系统中成功投运，完成了从实验研制到工业化应用的整个过程，3S技术及其装置的工业化设计已经成熟并已经在俄罗斯、美国、德国、意大利、法国、荷兰、英国、挪威、澳大利亚、巴西等国和欧亚专利联盟获得专利，国际专利组织已向这些国家正面推荐使用3S技术。
二、 什么是3S超音速分离器
3S超音速分离器是基于天然气旋流在超音速喷管内绝热膨胀降温，分离天然气中的水分和天然气液烃(NGL)组分的一种新型、高效分离设备。
3S由旋流器、超音速喷嘴、工作段、两相分离器、扩散器和导向叶片组成，其结构见示意图。
图1 3S超音速分离器结构示意图
三、 3S的工作原理
3S的工作原理是，天然气首先进入旋流器旋转，产生加速度为106m/s2的旋流，该旋转气流在超音速喷管入口表面的切线方向产生一个或多个气体射流(这种有选择性的喷射可以对3S进行优化设计)，并在喷管内降压、降温和增速。由于天然气温度降低，其中的水蒸汽和NGL组分凝结成液滴，在旋转产生的切向速度和离心力的作用下，液滴被“甩”到管壁上从而实现气液分离。然后，液体通过专门设计的工作段出口流出，气体则进入扩散器，减速、增压、升温后流出。在超音速喷管中不会生成水合物。
天然气流在扩散器内压力回升，使3S进出口压差小于超音速喷嘴的进出口压差，因此3S与传统的、通过天然气自身压力膨胀降温的制冷设备(J-T阀和膨胀机)相比，在相同压差情况下，3S可使天然气产生更大的温降见图2。
图2.膨胀制冷设备进出口压差与温差关系图
更大的温降就能使天然气有更低的水露点和烃露点。例如：进口压力为10Mpa，温度为20℃的天然气，在3S中只需降低17-20%的压力，就可使出口天然气的水露点和烃露点达到-10℃；如果降低22-25%的压力，就可达到-15℃的水露点和烃露点。
另外，在制冷温度相同的情况下，3S具有更高的NGL收率，见图3。
图3.膨胀制冷设备的制冷温度与液烃收率关系图
根据不同用途，3S还可以采用次音速或超音速连接口，可采用不同的旋流器和扩散器。而且还可以在工作段壁体上打孔回收液体。
四、 3S用于油气田脱水、脱烃的优势
与传统的、通过天然气自身压力膨胀制冷的脱水、脱烃方法相比，3S具有以下优点：
1、 效率高
发生在超音速喷管中的膨胀降压、降温、增速过程，以及发生在扩散器中的减速、升压、升温过程，都是气体的内部能量转换，不存在能量损失。因此，3S不仅比等焓节流膨胀制冷的J-T阀效率高，而且还比等熵膨胀的膨胀机制冷的效率高。与J-T阀和膨胀机相比，在同等的电力需求下，使用3S分离器，重组分回收率可增加30%。
2、 能耗低
与J-T阀制冷相比，在NGL收率相同的情况下，3S减少压缩机电力消耗50-70%；用3S代替膨胀机，在NGL收率相同的情况下，可减少15-20%的压缩功率。特别是，当膨胀机由于技术原因(诸如进口压力太高)或因在中小油气田用膨胀机制冷不经济的场合下，3S的优势将更加突出。
3、 无转动部件、系属静设备，因此运转更加安全可靠。
4、 工艺过程和设备简单，投资省。
5、 本身无消耗，因此运行成本低。
6、 检修工作量小，因此维修费用低。
7、 无废水、废液排出，因此对环境无影响。
8、 体积小，所以占地和占有的空间小。
从已经取得的成果足以表明：3S用于石油天然气处理、加工领域，具有很高的运转安全性和可靠性，并能获得很好的经济收益，是非常适合陆上和海上油气田，在各种不同场合使用的天然气脱水、脱烃设备。