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Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung zum Abscheiden von schweren Bestandteilen aus Gasströmen, bei welcher ein Einlassrohr, ein Trennrohr und ein Auslassrohr in Strömungsrichtung axial ausgerichtet sind, wobei mit dem Einlassrohr eine Wirbelvorrichtung verbunden ist, um den in das Einlassrohr geleiteten Gasstrom in Wirbelbewegung zu versetzen, das Trennrohr mindestens einen ringförmigen periphären Auslass zur Entfernung der schweren Bestandteile aus dem Gasstrom und das Auslassrohr ein stromabgelegenes Ende für das Ausströmen des von den schweren Bestandteilen getrennten Gases aufweist.
In Reihen angeordnete Zentrifugal- oder Trägheitstrennvorrichtungen zum Trennen von Flüssigkeiten und Gas, in denen ein Trennspalt gebraucht wird, um die Flüssigkeiten aus einem Gasstrom zu trennen sind gebaut oder vorgeschlagen worden, weisen aber gewisse Nachteile auf, da sie unvollkommen in ihrer Trennwirkung sind und darum zu wünschen übrig lassen.
Es ist ein Ziel der Erfindung einen Abscheider mit Trägheitswirkung und mit einem Gasumlauf zu schaffen um eine sehr wirksame Trennung der schwereren Bestandteile aus dem Gasstrom mit einem minimalen Druckabfall zu erhalten. Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung einer relativ billigen und kompakten Trennvorrichtung, die sehr wirkungsvoll ist, aus keinen tragenden oder beweglichen Teilen besteht und ein Strömungsbild hat, das eine fast störungsfreie Strömung des Gasstroms durch die Trennvorrichtung gewährleistet.
Ein anderes Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung einer rohrförmigen Vorrichtung zum Trennen von schwereren und leichteren nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten aus einem strömenden gemischten Strom, die als eine einzige Einheit oder in einer Anzahl von Einheiten in einer Kammer gebraucht werden kann, um einen sehr wirkungsvollen Abscheider zu bilden, der für sich allein oder zusammen mit andern Stufentrennvorrichtungen gebraucht werden kann.
Dies wird bei einer Trennvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass in einem mit einem stromaufgelegenen Einlass für den Gasstrom und mit einem stromabgelegenen Auslass für den gereinigten Gasstrom versehenen Behälter eine von zwei Trennwänden begrenzte Kammer ausgebildet ist, in der mehrere aus Einlassrohr, Trennrohr und Auslassrohr gebildete Abscheider angeordnet sind, dass bei jedem der Abscheider das stromabgelegene Ende des Einlassrohrs, das Trennrohr und das stromaufgelegene Ende des Auslassrohrs in der Kammer und das stromabgelegene Ende des Auslassrohrs ausserhalb der Kammer angeordnet sind, dass bei jedem der Abscheider das Trennrohr aus zumindest zwei Stufentrennrohren besteht,
wobei das stromabgelegene Ende des Einlassrohrs und das stromaufgelegene Ende des ersten Stufentrennrohrs für den Einlass von rückgeführtem Gas eine ringförmige Einlassöffnung stromab der Wirbelvorrichtung, das stromabgelegene Ende des ersten Stufentrennrohrs und das stromaufgelegene Ende des zweiten Stufentrennrohrs für den Austritt der schweren Bestandteile des Gases eine ringförmige Auslassöffnung, und das stromabgelegene Ende des zweiten Stufentrennrohrs und das stromaufgelegene Ende des Auslassrohrs für den Austritt von im Gas verbliebenen Spuren der schweren Bestandteile zusammen mit dem durch die ringförmige Einlassöffnung rückzuführenden Teil des Gases eine ringförmige Auslassöffnung bilden und dass der Behälter, welcher eine Umhüllung der Kammer vorsieht,
innerhalb der Kammer zumindest eine Auslassöffnung zur Entfernung der vom Gas getrennten schweren Bestandteile aufweist. Das rückgeführte Gas ruft ein Stromlinienbild hervor, das die Abscheidung der Restspuren von schwereren Teilen, die der Abscheidung durch die erste Stufentrennöffnung entrinnen können, durch die Auslassöffnung unterstützt und erleichtert. Das abgeschiedene Gas fliesst aus dem Abscheider durch das Auslassrohr heraus, während die schwereren Teile, die von der Gasströmung getrennt werden, mit Hilfe einer angebrachten Vorrichtung aus der Kammer entfernt werden.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, dass das Trennrohr jedes Abscheiders ein drittes Stufentrennrohr aufweist, das mit seinem stromaufgelegenen Ende in das stromabgelegene Ende des zweiten Stufentrennrohrs eingeführt ist, und dass das Auslassrohr mit seinem stromaufgelegenen Ende in das stromabgelegene Ende des dritten Stufentrennrohrs eingeführt ist, wobei das stromabgelegene Ende des zweiten Stufentrennrohrs und das stromaufgelegene Ende des dritten Stufentrennrohrs eine zweite ringförmige Auslassöffnung, und das stromabgelegene Ende des dritten Stufentrennrohrs und das stromaufgelegene Ende des Auslassrohrs für den Austritt von im Gas verbliebenen Spuren der schweren Bestandteile zusammen mit dem durch die ringförmige Einlassöffnung rückzuführenden Teil des Gases eine ringförmige Auslassöffnung bilden.
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Weiters kann erfindungsgemäss vorgesehen sein, dass die ringförmige Auslassöffnung von einer nach innen weisenden Fläche, die an dem stromabgelegenen Ende des ersten Stufentrennrohrs angeordnet ist, und von einer nach aussen weisenden Fläche die an dem stromaufgelegenen Ende des zweiten Stufentrennrohrs angeordnet ist, gebildet ist und dass die nach innen weisende Fläche und die nach aussen weisende Fläche sich nach aussen, in Stromrichtung und unter verschiedenen Winkeln zur Achse erweitern, wobei der Abstand zwischen den beiden Flächen in Stromrichtung abnimmt.
Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, dass bei einer aus zumindest zwei unter einem Winkel a zur Achse des Einlassrohrs angeordneten Platten bestehenden Wirbelvorrichtung, die eine spiralförmige, zum Teil parallelförmige Strömung entlang der Wand des ersten Stufentrennrohrs bildet, der Winkel e der nach aussen weisenden Fläche der Auslassöffnung zur Rohrachse durch die Gleichung :
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bestimmt ist, wobei D der Innendurchmesser des ersten Stufentrennrohrs ist.
Ferner besteht ein weiteres Merkmal der Erfindung darin, dass das erste Stufentrennrohr einen minimalen Innendurchmesser hat, der grösser als der Aussendurchmesser des Einlassrohrs ist, dass das zweite Stufentrennrohr einen Innendurchmesser hat, der ungefährt gleich dem minimalen Innendurchmesser des ersten Stufentrennrohrs ist, und dass das Auslassrohr einen Aussendurchmesser hat, der kleiner als der Innendurchmesser des zweiten Stufentrennrohrs ist.
Schliesslich ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass das erste Stufentrennrohr einen minimalen Innendurchmesser hat, der grösser als der Aussendurchmesser des Einlassrohrs ist, dass das zweite Stufentrennrohr einen Innendurchmesser hat, der ungefähr gleich dem minimalen Innendurchmesser des ersten Stufentrennrohrs ist, und dass das Auslassrohr einen Aussendurchmesser hat, der kleiner als der Innendurchmesser des dritten Stufentrennrohrs ist.
Nachstehend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen : Fig. l einen rohrförmigen Aufbau eines zweistufigen Ab-
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vorrichtung mit einer Vielzahl von Abscheidern gemäss Fig. l, Fig. 4 eine Wirbelvorrichtung, Fig. 5 in vergrösserter Darstellung einen Schnitt durch eine Auslassöffnung und Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen dreistufigen Abscheider.
In bezug auf Fig. l besteht die zweistufige Trennvorrichtung --21-- aus einem Einlassrohr - -23--, einem ersten Stufentrennrohr --25--, einem zweiten Stufentrennrohr --27--, und aus einem Auslassrohr --31--. Die Vorrichtung kann als einzige Einheit in einer Kammer wie in Fig. 2 veranschaulicht, gebraucht werden, oder in einer Anzahl von Einheiten in einer Kammer - -35--, wie in Fig. 3 veranschaulicht, gebraucht werden. Zuerst wird eine Trennvorrichtung--21-beschrieben, die als einzige Einheit in einer Gehäusekammer --33-- eingebaut wird, um Flüssigkeiten aus einer gemischten Flüssigkeits-Gasströmung zu trennen, die in einer Leitung strömt, die mit dem Einlassrohr --23-- verbunden wird.
In bezug auf die Fig. l und 2 besteht die zweistufige Trennvorrichtung weiters aus einer Gaswirbelvorrichtung --41--, die sich in dem Einlassrohr --23-- befindet, einer Einlassöffnung
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Leitung verbunden ist. Die Kammer --33-- hat einen Flüssigkeitsbehälter --33A-- und einen Aus- fluss --33A'--, durch den die abgetrennten Flüssigkeiten entfernt werden. Die Tragvorrichtung - ist vorgesehen, um die Kammer --33-- in einer gewünschten Höhe zu halten.
Die Rohre --23, 25,27 und 31-- werden in axialer Ausrichtung mit Hilfe der Distanzhalter --51, 53 und 55-- gehalten und befestigt. Gemäss Fig. 2 ragt das stromabwärtige Ende --23A--
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des Einlassrohrs --23-- in die Kammer --33-- hinein und ist koaxial innerhalb dem stromaufwärtigen Ende --25A-- des ersten Trennrohrs --25-- angeordnet, um die ringförmige Einlass- öffnung --43-- zu bilden. Das stromaufwärtige Ende --27A-- des zweiten Stufentrennrohrs --27-ist koaxial innerhalb dem stromabwärtigen Ende --25B-- des ersten Stufentrennrohrs --25-- angeordnet, um die ringförmige Auslassöffnung --45-- zu bilden.
Desweiteren, ist das stromaufwärtige Ende --31A-- des Auslassrohrs koaxial innerhalb dem stromabwärtigen Ende --27B-- des zweiten Stufentrennrohrs --27-- angeordnet um die Auslassöffnung --47-- zu bilden. Das stromabwärtige Ende --31B-- des Auslassrohrs ragt aus der Kammer --33-- heraus und wird mit der Leitung verbunden.
Bei Betrieb, tritt die Flüssigkeits-Gasströmung durch das Einlassrohr --23-- in die Trennvorrichtung ein und kommt sofort mit der Gaswirbelvorrichtung --41-- in Berührung, die die Strömung in eine intensive Drehbewegung versetzt, um auf diese Weise den Gasstrom sowie die schwereren Teile die in der Gasströmung vorhanden sind, gegen die äussere Wand des Einlassrohrs --23-- zu drücken. Diese starke Drehbewegung ist stabilisiert und beschränkt um in einem eingeengten Verlauf durch das Ende --23A-- des Einlassrohrs, stromabwärts von der Wirbelvorrichtung --41--, weiterbewegt zu werden.
Wenn die Strömung in das erste Trennrohr --25-- hineintritt, entwickelt die konzentrierte Masse der Gasströmung und der Flüssigkeiten in der Nähe der Öffnung --43-- eine starke Düsen- oder Strahlwirkung an der Öffnung, wodurch ein Ansaugvorgang des Gases aus dem Flüssigkeitssammelring der Kammer --33-- hervorgerufen wird, sowie der Umlauf eines Gasanteils durch die Öffnung --43-- von der Kammer --33-.
Der wirbelnde Gasstrom von der Wirbelvorrichtung --41-- und der Anteil des Umlaufgasstroms der durch die Einlassöffnung --43-- in den rohrförmigen Abscheider hineintritt treten in das erste Stufentrudel-oder Abscheiderrohr-25-- ein, wo die schwereren Teile an der Wand - abgesetzt werden und spiralförmig entlang dieser Rohrwand --25-- strömen. Wenn diese spiralförmige Strömung der schwereren Teile die entlang der Wand des Rohrs --25-- strömen in richtiger Perspektive betrachtet wird, erkennt man einen Teil einer Parabel, die einen mathematischen Zusammenhang mit dem Anfangsgaswirbelwinkel, der durch die Wirbelvorrichtung --41-hervorgerufen wird, hat. Die Flüssigkeiten und andere schwerere Teile die in spiralförmigen Strom-
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ausgeschieden.
Auf diese Weise wird der Hauptteil der Flüssigkeiten und andern schwereren Teilen, die in der Gasströmung vorhanden sind, zuerst durch die Trägheitswirkung durch die Öffnung --45--, mit nur einem kleinen Gasanteil abgeschieden, wobei der Umlauf an dieser Stelle zustande kommt.
Beim Verlassen des Trudelrohrs --25--, tritt die Gasströmung, die jetzt fast ganz von Flüssigkeitsteilen oder andern schwereren Teilen befreit ist, in das zweite Trudelrohr --27-- ein, das in Verbindung mit der Wirkungsweise der ersten Stufenauslassöffnung --45-- als Strömungsstabilisator wirkt, sowie eine Auffangfläche und eine Koaleszierungsoberfläche für jedes Teilchen oder Tröpfchen bildet das nicht bei dem Trennvorgang durch die Öffnung --45-- abgeschieden wurde.
Diese kleinen Teilchen oder Tröpfchen wandern innerhalb der Wandgrenzfläche des zweiten Stufenrohrs --27-- mit einer viel kleineren radialen Geschwindigkeit, in bezug auf die Trägheitstrennwirkung, die in dem ersten Stufenrohr --25-- stattfindet. Währenddem die kleineren Tröpfchen entlang der Länge des Rohrs --27-- wandern, setzen sie sich ab und koaleszieren und werden an der zweiten Stufenauslassöffnung --47-- abgeschieden. Das Abscheiden der Flüssigkeiten durch die Öffnung --47-- wird durch die Abstreifwirkung des ausströmenden Umlaufgasstroms erleichtert, der von der Öffnung --47-- durch die Kammer --33-- zu der Öffnung --43-- fliesst, wobei dieser Fluss die Umlaufgasströmung innerhalb der Trennvorrichtung bildet.
Die Auslassöffnung - ist so ausgebildet, um einen positiven Staudruck innerhalb der Kammer --33-- zu bilden, der die Strahlauslasswirkung ergänzt, die an der Öffnung --43-- stattfindet, um auf diese Weise den Gasumlauf innerhalb der Abscheiderkammer --33-- weiter zu fördern.
Auf diese Weise erhält man durch die Eigenschaft des Umlaufabstreifgases eine positive Kraft oder Treibkraft, um letzte Spuren von Flüssigkeitströpfchen, die dem Trennvorgang durch die erste Stufenauslassöffnung --45-- entronnen sind, auszutreiben. Wenn der Flüssigkeitsinhalt der
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überschritten wird, dann setzt sich der Überschuss, der kleine Flüssigkeitsanteil der dem Trennvorgang durch die Öffnung --45-- entronnen ist, ab und wird an der Wand des zweiten Stufentrudelrohrs --27-- gesammelt und koalesziert und wird durch die Öffnung --47--, unter Mitwirkung der Abstreifwirkung des Umlaufgasstroms, der zum grössten Teil, auch durch die Öffnung - 47-- herausströmt, abgeschieden.
Auf diese Weise, gewährleistet die Zweistufentrennvorrichtung eine sehr wirksame Vorrichtung zum Entfernen von Flüssigkeiten aus einer Gasströmung und ist besonders dazu geeignet, Gasströmungen mit relativ hohem Flüssigkeitsinhalt zu behandeln. Sie ist auch besonders dazu geeignet, an Stellen gebraucht zu werden, wo hohe Flüssigkeitssteigerungen in einer Gasströmung vorkommen, z. B. beim Entziehen und Zurückgewinnen von flüssigen Kohlenwasserstoffen aus Gasbehälterströmen.
Die oben erwähnten sowie andere Eigenschaften der Trennvorrichtung werden nachfolgend
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mischt, um einen Teil der wirbelnden Gasströmung zu bilden, ehe die Öffnung --45-- erreicht wird, um zu gewährleisten, dass die von dem Umlauf mitgerissene Flüssigkeit sich auf der Wand des Rohrs --25-- für die Abscheidung durch die Öffnung --45-- absetzt. Die dem Gasstrom erteilte Wirbelgeschwindigkeit ist eine Funktion des Anfangswirbelwinkels a.
Die Vorrichtung --41-- ist so ausgebildet, um den gewünschten Anfangswirbelwinkel a zustande zu bringen und ist zusätzlich an einer Stelle in dem Einlassrohr --23-- angeordnet, die dazu ausreicht, die erwünschte Stabilisationszone in dem Einlassrohr --23-- stromabwärts davon vor dem Eintritt in das erste Stufentrennrohr --25--, zu bilden.
Die Wirbelvorrichtung --41-- der bevorzugten Ausführungsform, besteht aus einer oder mehreren halbelliptischen Umlenkplatten, die in vorbestimmten Winkeln, in bezug auf die Längsachse des Rohreinlassens angeordnet sind. Gemäss Fig. l, werden zwei halbelliptische Umlenkplatten - 61 und 63-- verwendet, um die Wirbelvorrichtung --41-- zu bilden. Diese Platten sind in be-
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vorrichtung zu bilden. Jede der Umlenkplatten hat die Form einer halben Ellipse, die entlang der Halbachse der Ellipse geteilt ist.
In der bevorzugten Ausführungsform ist a gleich 30 . In dieser Ausführung sind die halbelliptischen Umlenkplatten in Aufsicht auf den Längsschnitt durch die Leitung --23-- betrachtet, in einem Winkel von 600 zueinander angeordnet, sowie in einem Winkel von 30 in bezug auf die horizontale Achse des Gasstroms in dem Trennrohr. Die Kanten der halbelliptischen Umlenkplatten berühren sich genau in der Mitte des Strömungsrohrs --23--.
Es soll hervorgehoben werden, dass ein Gasstrom, der sich in Wirbelbewegung in einer Trennrohrvorrichtung, wie vorher beschrieben, befindet, einen freien Wirbel entwickelt, der dazu neigt, eine zylindrische oder ringförmige Konfiguration anzunehmen, die durch die abgrenzenden Wände der Trennrohrvorrichtung begrenzt wird, und so eine negative Druckzone innerhalb des Wirbelzentrums des Trennrohrkörpers erzeugt. Dieser negative Druckmittelpunkt beeinflusst die Strömung eines zurückkehrenden Wirbels in dem mittleren Teil des Trennrohrs und wird als "erzwungener" Wirbel bezeichnet. Die Drehbewegung des erzwungenen Wirbels erfolgt in derselben Richtung wie der freie Wirbel ; aber die Richtung der Strömung ist entgegengesetzt der des normalen Gasstroms, der durch die Trennvorrichtung fliesst.
Dieser innere Gasstromumlauf innerhalb der Trennvorrichtung verbraucht Energie und hat keine zweckmässige Funktion, insoweit der Trennvorgang betroffen ist.
Die Wirbel vorrichtung --41--, die aus dem halbelliptischen Plattenpaar besteht, bildet eine nabenlose Wirbelvorrichtung die bevorzugt wird, da der erzwungene Wirbel vermieden oder auf einem Minimum gehalten wird, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Abscheidung pro Energieeinheit, die in Form von Druckverlust in der Trennrohrvorrichtung aufgewendet wird, gesteigert
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wird. Als Gaswirbelvorrichtung kann ebenfalls eine konventionelle Umlenkvorrichtung gebraucht werden, die aus einer Anzahl von spiralförmigen Stellgliedern besteht, die an einem zentralen Knotenpunkt angeordnet und so eingebaut sind, dass das gesamte Gas, das die Stellgliederumlenkvorrichtung durchquert, in Berührung mit den Umlenkschaufeln kommt.
In bezug auf Fig. 5, wird die erste Stufenauslassöffnung --45-- durch eine nach innen gerichtete Fläche --25C-- bestimmt, die an dem stromabwärtigen Ende des ersten Stufentrennrohrs --25-- angeordnet ist, und durch eine nach aussen gerichtete Fläche --27C--, die an dem stromaufwärtigen Ende des zweiten Stufenrohrs --27-- angeordnet ist. In der beschriebenen Ausführungsform ist die Fläche --27C-- ein Teil des Bundes-27'-, der an dem Rohr --27-- angeschweisst ist und in der Tat ein Teil des Rohrs --27-- ist. In einer Ebene entlang der Achse der rohrförmigen Vorrichtung, sind die Flächen --25C und 27C-- gerade Flächen.
Gemäss Fig. 5 erweitern die nach innen und nach aussen gerichteten Flächen --25C und 27C-- sich in einer stromabwärtigen Richtung in verschiedenen Winkeln $ und e in bezug auf die Achse nach aussen, so dass der Abstand zwischen den nach innen und nach aussen gerichteten Flächen an Stellen die radial ausserhalb der Achse liegen,
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Flüssigkeiten in ihrer spiralförmigen Bewegung um die Wand der Leitung --25-- eingeschrieben wird, während der Winkel ! in die Ausdehnung des Wirbels löst und steuert.
Auf diese Weise gewährleistet die Öffnung --45--, dass die Flüssigkeiten oder mitgeführten Verunreinigungen, die sich nahe an der Wand in ihrer spiralförmigen Bewegung befinden, entrinnen ohne, dass die Richtung geändert wird, oder alleine durch die Trägheit. Desweiteren, da die Auslassöffnung --45-- kegel- stumpfförmig im Querschnitt ist, ist ein Vorflüssigkeissammelbereich vorgesehen, wodurch die Flüssigkeiten von dem Hauptstrom vor dem Auslass entbunden werden. Aus Versuchen hat man heraus-
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In der bevorzugten Ausführungsform beträgt der innere Durchmesser d des Einlassrohrs - -23--, 7, 6 cm, während der innere Durchmesser D des Rohrs-25-- 10, 16 cm ist. Der innere Durchmesser des Rohrs --27-- beträgt ebenfalls 10, 16 cm, während der innere Durchmesser des Auslassrohrs-31-7, 6 cm ist. Der Anfangswirbelwinkel a beträgt 30 , während der Winkel a der Öffnung --45-- 260C beträgt.
Der Winkel f der Öffnung --45-- ist ungefähr 12 . Die Gesamtlänge der rohrförmigen Abscheidervorrichtung von einem Ende bis zu dem andern beträgt 118, 75 cm. Das Einlassrohr --23-- hat eine Gesamtlänge von einem Ende bis zu dem andern von 35, 56 cm ; das erste Stufentrennrohr --25-- hat eine Gesamtlänge von 22, 86 cm ; das zweite Stufentrennrohr --27-- mit dem Bund-27'-, hat eine Gesamtlänge von 30, 48 cm ; während das Auslassrohr --31-- eine Gesamtlänge von 35, 56 cm hat. Das stromabwärtige Ende des Einlassrohrs --23-wird 2, 54 cm in das stromaufwärtige Ende des ersten Stufentrennrohrs --25-- eingeführt.
Das stromaufwärtige Ende des zweiten Stufentrennrohrs --27-- wird 1,717 cm in das stromabwärtige Ende des ersten Stufentrennrohrs --25-- eingeführt. Das stromaufwärtige Ende des Auslassrohrs - -31-- wird 1, 405 cm in das stromabwärtige Ende des zweiten Stufenrohrs --27-- eingeführt.
Der Abstand zwischen dem Ende der Wirbelvorrichtung --41-- und dem Ende --23B-- des Einlassrohrs --23-- ist gleich d, während die effektive Länge des ersten Stufentrennrohrs --25--, (der Abstand zwischen dem Ende --23B-- des Rohrs --23-- und dem stromaufwärtigen Ende --27D-des Rohrs --27--) ungefähr 2, 7 d ist, wobei d der innere Durchmesser des Einlassrohrs --23-der Trennvorrichtung ist. Der ringförmige Bereich --A1-- der Einlassöffnung --43-- entspricht 0,47.d2. Der Auslassspalt der Öffnung --45-- hat 0,254 cm und sein ringförmiger Bereich --A2-entspricht 0, 17. d2. Der ringförmige Bereich --A3-- der Öffnung --47-- entspricht 0,47.d2. Dieser Bereich reicht dazu aus, die Überschussflüssigkeit, sowie einen Teil der Gasströmung abzuscheiden, um die Umlaufeigenschaften zu schaffen.
Der innere Durchmesser der Kammer --33-- in der Aus-
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förmigen Trennvorrichtung, mit den vorher angegebenen Abmessungen, können Gasströme mit Strömungsgeschwindigkeiten, die in dem Gaseinlassrohr --23-- gemessen werden, von 0, 96 bis zu 4, 50 m/s und höher, behandelt werden, innerhalb des erlaubten Druckverlustbereichs durch die Trennvorrichtung. Aus Versuchen wurde festgelegt, dass 11% bis zu 32% des Gesamteintrittsstroms
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der zweistufigen rohrförmigen Vorrichtung als Umlaufgas innerhalb der Trennkammer benutzt werden kann.
Da die Öffnung --45-- relativ kurz ist, können die Flächen --25C und 27C-- gerade sein, wenn im vorher gezeigten und beschriebenen Querschnitt betrachtet, und der mathematische Zusammenhang des Winkels 0 mit dem Winkel a kann durch folgende Formel angegeben werden :
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D ist der vorher beschriebene Durchmesser des Rohrs-25--gemäss Fig. l.
In der Ausführungsform der Zweistufentrennvorrichtungen gemäss Fig. l ist erwünscht, dass die zweite Stufe --27-- einen inneren Durchmesser hat, der gleich dem inneren Durchmesser D des ersten Trennrohrs --25-- ist, um den Druckverlust durch die Trennvorrichtung auf einem Mindestwert zu halten. In der bevorzugten Ausführungsform, kann der Druckverlust durch die Trennvorrichtung dem kleinen Wert von 0, 0167 bar entsprechen. Der innere Durchmesser der Kammer - soll einen genügend grossen Querschnittsbereich haben, um ein Abscheiden der Flüssigkeit aus dem Umlaufgas in der Kammer zu gewährleisten, sowie, um eine Strömungsleitung mit genügend grossem Querschnittbereich vorzusehen, so dass ein vernachlässigbarer Druckverlust beim Durchfliessen des Umlaufgasstroms von --47 nach 43-- auftritt.
In neuesten Versuchen hat man herausgefunden, dass die zweistufige Trennvorrichtung gemäss Fig. 1 die 10- bis 20-fache Leistung einer einstufigen Trennvorrichtung hat und grösser ist als die Leistung von zwei, in Reihe angeordneten, einstufigen Trennvorrichtungen mit separaten Behältern. Dies ist bedingt durch die gemeinsame Trennwirkung der beiden Auslassöffnungen --45 und 47--.
Obschon in der bevorzugten Ausführungsform die inneren Durchmesser der Rohre--23, 31 und 25, 27--, 7, 62 cm respektive 10, 16 cm betragen, können andere Durchmesser gewählt werden. Die Innendurchmesser der Rohre --25 und 27-- und andere Abmessungen der Trennvorrichtung sind aber abhängig von dem inneren Durchmesser des Rohrs --23--. Der Wirbelwinkel, der für die Umlenkplatten --61 und 63-- gewählt wird, wird auf Grund des erlaubten Druckverlustes durch die Trennvorrichtung festgelegt, sowie durch die Menge und Grösse der Tröpfchen und Feststoffe, die aus dem Gasstrom abgeschieden und zurückgewonnen werden.
In der bevorzugten Ausführungsform, in der das Einlassrohr --23-- einen inneren Durchmesser von 7, 62 cm hat, kann eine optimale Flüssigkeitsrückgewinnung mit einem minimalen Druckverlust, bei Verwendung eines Wirbelwinkels von 300 in bezug auf die Längsachse, erhalten werden. Grössere oder kleinere Winkel können bei bestimmten Arbeitsbedingungen verwendet werden, wie sie bei der zu behandelnden Gasströmung vorkommen können. Wenn extrem kleine Tröpfchen oder Feststoffe aus einem Gasstrom zu entfernen sind, ist es wünschenswert eine Wirbelvorrichtung mit einem Winkel von 45 im Bezug auf die Längsachse zu verwenden. Es ist zu verstehen, dass, wenn a keine 300 beträgt, der Winkel 0 entsprechend Gleichung (1) verändert werden muss.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 3, ist eine Anzahl von zweistufigen Abscheidern in gleichen Abständen voneinander, in einer Kammer --35-- angeordnet. Diese Kammer ist zwischen den Platten --71 und 73-- gebildet und ist in dem stromabwärtigen Ende des Behälters --75-angeordnet. In dem stromaufwärtigen Ende des Behälters --75--, in dem Bereich --77--, befindet sich ein Vorabscheider (nähere Einzelheiten nicht gezeigt) einer konventionellen Bauart oder irgendeiner Abart. Der vermischte Gas-Flüssigkeitsstrom wird durch den Einlass --79-- zugeführt.
Der Strömungsverlauf des Gases geht durch den Vorabscheider im Bereich --77-- und durch die zweistufige Vorrichtung in der Kammer --35--. Das resultierende abgetrennte Gas wird durch den Auslauf-. 81- herausströmen. Eine Flüssigkeitsaufnahmevorrichtung ist vorgesehen, und besteht aus einem separaten Behälter --83--, um Flüssigkeiten aus dem Vorabscheider, der sich in dem Bereich --77-- befindet, aufzunehmen, sowie aus einem separaten Behälter --85-- um Flüssigkeiten aus der Kammer --35-- aufzunehmen, in der die zweifstufigen Trennvorrichtungen gemäss der Erfindung angeordnet sind. Die Platte --84-- trennt die Behälter --83 und 85--.
Die Flüssigkeit die durch den Abscheider in dem Bereich --77-- entzogen wird, wird dem Behälter - durch die Entwässerungsleitung --87-- zugeführt und wird mit Hilfe der Leitung --89--
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aus dem Behälter --83-- entfernt. Zwei Entwässerungsleitungen --91 und 93-- führen zu dem Behälter --85-- von der Kammer --35--, und eine Entwässerungsleitung --95-- dient dazu, die Flüssigkeit aus diesem Behälter zu entfernen. Der Behälter --77-- sowie die Behälter --83 und 85-werden von einer Tragvorrichtung --96-- gehalten.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 3 werden die Einlassrohre --23-- durch Öffnungen, die in der Platte --71-- gebildet sind, geführt und getragen, wie ebenfalls in Fig. l gezeigt. Die Auslassrohre --31-- werden durch Öffnungen, die in der andern Platte --73-- gebildet sind, geführt und getragen. Gemäss Fig. l wird jedes Einlassrohr in einen Rohrstutzen --97-- hineingeführt, der in jeder Öffnung der Platte --71-- angeordnet ist, wobei die Auslassleitung sich in dem Rohrstutzen befindet. Jedes Rohr --23-- kann mit Hilfe einer Setzschraube --99-- in die gewünschte Stellung gebracht und gehalten werden. Desweiteren ist jedes Rohr --23-- leicht austauschbar, sollte an dieser Stelle Rost oder Abnutzung auftreten.
Die Anordnung gemäss Fig. 3 wird verwendet, um Flüssigkeiten aus einem Gasstrom mit sehr hohem Flüssigkeitsgehalt abzuscheiden. Bei Gebrauch der Trennvorrichtung der Erfindung, in Zusammenhang mit der Absetzvorrichtung oder andern Arten von Abscheidern, kann die Flüssigkeit, mit einem minimalen Vorrichtungsaufwand vollständig aus der Gasströmung entfernt werden. In dieser Hinsicht, kann der Absetzabscheider relativ klein ausgebildet sein, um einen grossen Flüssigkeitsanteil aus der Gasströmung abzuscheiden, wobei der Restanteil der Flüssigkeit vollständig durch eine Anzahl von zweistufigen Abscheidern, die sich in der Kammer --35-- befinden, entfernt wird.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 3 sind 40 zweistufige Abscheider innerhalb der Kammer - angeordnet, die einen inneren Durchmesser von 107 cm hat.
Obschon die Ausführungsformen gemäss den Fig. 2 und 3 eine einfache zweistufige Trennvorrichtung veranschaulicht, wobei die Anzahl der zweistufigen Abscheider horizontal angeordnet sind, versteht es sich, dass in jeder Ausführungsform die Vorrichtung oder die Anzahl von Vorrichtungen und die Kammern auch senkrecht oder schräge angeordnet werden können, in Abhängigkeit von den jeweiligen Erfordernissen.
Für eine weitere ausführlichere Beschreibung der zweistufigen Trennvorrichtung wird noch einmal auf Fig. 1 hingewiesen. Obschon nur drei Verbindungsstücke --51, 53 und 55-- gezeigt werden, die zur Verbindung der Rohre gebraucht werden, ist zu verstehen, dass drei Verbindungs- stücke --51-- in einem Winkelabstand von 1200 voneinander angeordnet sind, wobei ihre stromaufwärtigen Enden mit dem Rohrstutzen --97-- verbunden sind und ihre stromabwärtigen Enden mit dem Rohr --25--. Auf ähnliche Weise sind drei Verbindungsstücke --53-- in einem Winkelabstand von 1200 voneinander angeordnet, wobei ihre stromaufwärtigen Enden mit dem Rohr --25-- verbunden sind und ihre stromabwärtigen Enden mit dem Rohr --27--.
Drei Verbindungsteile --55-werden gebraucht, die ebenfalls in einem Winkelabstand von 1200 voneinander angeordnet sind und mit ihren stromaufwärtigen Enden mit dem Rohr --27-- verbunden sind und mit ihren stromabwärtigen Enden mit dem Rohr
Wenn erwünscht, kann eine dreistufige Trennvorrichtung verwendet werden, um die Abscheidungsleitung noch zu vergrössern, indem man ein drittes Stufentrennrohr stromabwärts von dem ersten Stufentrennrohr vorsieht, wie in Fig. 6 veranschaulicht. In den Zeichnungen hat das dritte Stufentrennrohr --101-- ein schmaleres stromaufwärtiges Ende --101A--, das sich innerhalb des stromabwärtigen Endes des zweiten Trennrohrs --27-- befindet.
Das stromaufwärtige Ende des Auslassrohrs --31-- ist in dem stromabwärtigen Ende des dritten Stufentrennrohrs --101-angeordnet und bildet eine Auslassöffnung --47--. Das stromaufwärtige Ende --101A--, wenn dieses sich innerhalb des stromabwärtigen Endes des zweiten Stufentrennrohrs --27-- befindet, bildet eine
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keiten, die nicht durch die Öffnung --45-- abgeschieden werden. Jede übrig geblieben Flüssigkeitsspur wird durch die Öffnung --47-- mit einem Gasanteil für Umlaufzwecke, wie bei --103-ausgestossen. Die Ausführungsform gemäss Fig. 6 kann bei einem Gasstrom mit einem relativ hohen Flüssigkeitsgehalt angewendet werden.
Sie kann als einzelne Einheit in der Kammer --33-- oder in einer Anzahl von Einheiten in der Kammer --35-- Verwendung finden.
Wie vorher erwähnt, kann, wenn der Flüssigkeitsgehalt der Gasströmung relativ klein ist,
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eine Vorrichtung mit einer einzigen Stufe benutzt werden. Diese Vorrichtung wird dieselbe Anordnung wie die Vorrichtung gemäss Fig. 1 haben, mit der Ausnahme, dass das Rohr --31-- fortgelassen wird, und dass das Rohr --27-- als Auslassrohr gebraucht wird. Um dies zu verwirklichen, wird das Rohr --27-- verlängert oder die Kammer verkürzt, wobei das stromabwärtige Ende des Rohrs aus der Kammer herausragt. In dieser Ausführungsform wird das Rohr --27-- einen inneren Durchmesser haben, der gleich dem inneren Durchmesser D des Rohrs --25-- ist. Die Öffnung --47-- wird also verschwinden, aber die Öffnung --45-- wird in derselben Anordnung verbleiben.
Flüssigkeiten werden durch die Öffnung --45-- ausgestossen sowie ein Gasanteil für den Umlauf. Die einstufige Vorrichtung kann als einzige Einheit in der Kammer --33-- oder in einer Anzahl von Einheiten in der Kammer --35-- benutzt werden.
Einige typische Anwendungsgebiete der Trennvorrichtung gemäss der Erfindung, besonders der Ausführungsform der zweistufigen Vorrichtung, die als einzelne Einheit oder in einer Anzahl von Einheiten gebraucht werden kann, werden nachfolgend aufgezählt.
Abscheiden von Flüssigkeitsspuren aus sauberen Gasen, die unter normalen Gasleitungsbedingungen fliessen.
Abscheiden von Wasser und/oder Öl aus dem Austrittsgas aus Kolbengasverdichtern.
Abscheiden von flüssigen Kohlenwasserstoffspuren aus Brenngasströmen.
Abscheiden von Aminen, Glykolen, und Sulfinolen aus behandelten Naturgasströmen, sowie der fein verteilten Feststoffe, die in Lösung in diesen organischen Flüssigkeiten vorhanden sind.
Abscheiden von Öl und/oder Kondensatoren aus Abdämpfen, vor der Kondensation oder Entlüftung in die Atmosphäre.
Abscheiden von Kondensaten oder Dampfbegleitstoffen, vor dem Überhitzen für die Krafterzeugung.
Abscheiden und Wiedergewinnen von flüssigen Kohlenwasserstoffen aus feuchten Naturgasbehälterströmen, die mit hohen Ölgasverhältnissen arbeiten.
Abscheiden von freiem Wasser aus Gasströmen, die in feste Exsiccatorfüllmittel oder glykolartige Trockenvorrichtungen eintreten.
Abscheiden von synthetischen Brennstoffen aus Kompressorauslassströmen.
Abscheiden von synthetischen Brennstoffen aus Brenngaszuführungen von Gasturbinen.
Es ist zu verstehen, dass ebenfalls die Trennvorrichtung der Erfindung dazu verwendet
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Gasströmen entfernt werden, indem man eine kleine Menge eines verträglichen flüssigen Bindemittels zuführt, wie Waschöl, Glykol, Wasser. usw. Das Einspritzen der Flüssigkeit kann in dem Einlassrohr stromaufwärts von der Wirbelvorrichtung stattfinden. Die eingespritzte Flüssigkeit wird dann als Fliessmittel wirken und Feststoffteilchen anlagern, und gewährleisten, dass solche Feststoffe zusammengehäuft werden und aus der Trennvorrichtung oder Kammer entfernt werden. Die Einspritzflüssigkeit kann in Umlauf gesetzt werden und die fein verteilten Feststoffe werden durch Filtrieren, Absetzen oder durch andere bekannte Verfahren zurückgewonnen.
Die Flüssigkeit die in die Gasströmung hineingespritzt wird ist dazu geeignet, die Feststoffteilchen die in der Gasströmung vorhanden sind, leicht zu benetzen.
Die Trennvorrichtung der Erfindung ist ebenfalls dazu geeignet, zur gleichen Zeit feste Teilchen zu entfernen sowie Gaseinschlüsse, die in der Gasströmung vorhanden sind, zu absorbieren. Zum Beispiel kann eine Natriumkarbonatlösung gebraucht werden, um gleichzeitig Flugasche und Schwefeldioxyd aus den Abgasen eines mit Kohle betriebenen Dampfmaschinenkessels zu entfernen. Zur Zeit wird der bekannte Venturiskrubber für diesen Zweck gebraucht, aber beim Venturiskrubber muss nach dem Skrubber eine Trennvorrichtung für die Wiedergewinnung der Skrubberflüssigkeit vorgesehen werden. Bei der Trennvorrichtung der Erfindung ist dies nicht erforderlich, da sowohl die Skrubberwirkung, als auch Skrubberflüssigkeitstrennvorrichtung in demselben Behälter vorhanden ist.
Ein Beispiel von gleichzeitigem Entfernen von Feststoffteilchen und Gasbehandeln wird das Einspritzen von Diäthylenglykol in die Gasströmung, für das gleichzeitige Abscheiden von Feststoffen und Flüssigkeiten mit sich bringen, sowie das teilweise Abscheiden von Wasserdampf aus dem Gasstrom. Der ! äthylenglykol kann nach dem Aufkochen wieder
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umlaufen, um Wasser abzuscheiden, und zur Filtrierung für das Abscheiden der Feststoffe. PATENTANSPRÜCHE :
1.
Trennvorrichtung zum Abscheiden von schweren Bestandteilen aus Gasströmen, bei welcher ein Einlassrohr, ein Trennrohr und ein Auslassrohr in Strömungsrichtung axial ausgerichtet sind, wobei mit dem Einlassrohr eine Wirbelvorrichtung verbundden ist, um den in das Einlassrohr geleiteten Gasstrom in Wirbelbewegung zu versetzen, das Trennrohr mindestens einen ringförmigen periphären Auslass zur Entfernung der schweren Bestandteile aus dem Gasstrom und das Auslassrohr ein stromabgelegenes Ende für das Ausströmen des von den schweren Bestandteilen getrennten Gases aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem mit einem stromaufgelegenen Einlass (79) für den Gasstrom und mit einem stromabgelegenen Auslass (81) für den gereinigten Gasstrom versehenen Behälter (75) eine von zwei Trennwänden (71,73) begrenzte Kammer (35) ausgebildet ist, in der mehrere aus Einlassrohr (23),
Trennrohr und Auslassrohr (31) gebildete Abscheider angeordnet sind, dass bei jedem der Abscheider das stromabgelegene Ende (23B) des Einlassrohrs (23), das Trennrohr und das stromaufgelegene Ende (31A) des Auslassrohrs (31) in der Kammer (35) und das stromabgelegene Ende (31B) des Auslassrohrs (31) ausserhalb der Kammer (35) angeordnet sind, dass bei jedem der Abscheider das Trennrohr aus zumindest zwei Stufentrennrohren (25,27) besteht, wobei das stromabgelegene Ende (23B) des Einlassrohrs (23) und das stromaufgelegene Ende (25A) des ersten Stufentrennrohrs (25) für den Einlass von rückgeführtem Gas eine ringförmige Einlassöffnung (43) stromab der Wirbelvorrichtung (41), das stromabgelegene Ende (25B) des ersten Stufentrennrohrs (25) und das stromaufgelegene Ende (27A) des zweiten Stufentrennrohrs (27)
für den Austritt der schweren Bestandteile des Gases eine ringförmige Auslassöffnung (45), und das stromabgelegene Ende (27B) des zweiten Stufentrennrohrs (27) und das stromaufgelegene Ende (31A) des Auslassrohrs (31) für den Austritt von im Gas verbliebenen Spuren der schweren Bestandteile zusammen mit dem durch die ringförmige Einlassöffnung (43) rückzuführenden Teil des Gases eine ringförmige Auslassöffnung (47) bilden und dass der Behälter (75), welcher eine Umhüllung der Kammer (35) vorsieht, innerhalb der Kammer (35) zumindest eine Auslassöffnung zur Entfernung der vom Gas getrennten schweren Bestandteile aufweist.