CN101380537A - 一种低流动阻力超音速气体净化分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种低流动阻力超音速气体净化分离装置，应用于天然气脱水等气体分离净化领域。天然气由气体进口进入拉伐尔喷管，其温度和压力降低，速度升高，接着高速流动的气液混合物流经旋流叶片，产生高速旋流，高速旋流进入分离管，由于温度的降低，气体中的水分或部分露点在当地压力下饱和温度以上的气体凝结形成液体，由于所受离心力的不同，从气体中凝结出的液体被“甩”到管壁上形成一层特别薄的液膜，这些液体通过分离管与扩压管之间的环形槽道流出分离管，由液体出口流出。除去水分的干气接着进入扩压管，气体由干气出口流出分离装置。本装置中无运动部件、结构简单；本装置中拉伐尔喷管的流通横截面积为环形面，比较容易加工。

Description

一种低流动阻力超音速气体净化分离装置

技术领域

本发明涉及一种低流动阻力超音速气体净化分离装置，主要应用于天然气脱水等气体分离净化领域。

背景技术

天然气脱水是天然气进入输送管路以前进行集中处理的一个非常重要的环节。天然气中含有水份，会降低天然气的热值，增大燃烧过程中的热量损失；在天然气高压输送系统中，一个相对较高的温度(接近或高于20℃)下，水份很容易同分子较小的烃类物质结合形成水合物，或者在更低的温度条件下形成液态水滴或固态的冰，所有这些形成物都会降低管道的有效流通面积，增大管路压降，甚至堵塞管路阀门，引起安全事故。所以，天然气水分离等处理技术一直是人们研究的热点问题。

目前，国内外普遍采用的天然气脱水的方法为甘醇法天然气脱水，该方法的流程示意图如图6所示：湿天然气首先进入原料气分离器20，分离出游离液体和固体杂质，分离后的气体进入吸收塔21与塔内甘醇溶液逆向接触，气体中的水蒸气被甘醇溶液吸收，离开吸收塔21的干气经过气体/贫甘醇换热器(贫甘醇冷却器)22，以冷却进入吸收塔的甘醇溶液(贫甘醇)，然后进入管道外输。

经过气体/贫甘醇换热器22后的贫甘醇进入吸收塔21后，吸收湿天然气中的水蒸气成为富甘醇，然后从吸收塔21中流出，再与再生好的热甘醇贫液(热贫甘醇)换热后进入闪蒸罐25，经过低压闪蒸分离，分离出被甘醇溶液吸收的烃类气体。

从闪蒸罐25排出的富甘醇依次经过固体过滤器(纤维过滤器)26和活性炭过滤器27，除去甘醇溶液在吸收塔中吸收与携带过来的少量固体、烃类化学剂与其它杂质。

由固体过滤器(纤维过滤器)26和活性炭过滤器27过来的富甘醇经过贫/富甘醇换热器28预热后，进入再生塔23，富甘醇中的水蒸气被脱除掉，成为浓度为99％(ω)以上的贫甘醇。

由再生塔23出来的贫甘醇先进入缓冲罐24，再流经贫/富甘醇换热器28进行冷却，然后由甘醇泵29加压后进入吸收塔21循环使用。

三甘醇脱水技术主要存在的问题有：在海上平台应用时，三甘醇流动受波浪起伏影响；三甘醇溶液发泡，主要是由于三甘醇被盐、碳氢化合物、污物及腐蚀抑制剂污染造成；三甘醇循环管路盐结晶堵塞；三甘醇损耗量较大；部件出现腐蚀现象，三甘醇受污染或分解后具有腐蚀性；

发明内容

本发明的目的在于克服了现有的甘醇法天然气脱水的上述缺陷，提供了一种低流动阻力超音速气体净化分离装置，该装置具有便于加工、节能环保等优点。

为了实现上述目的，本发明采取了如下方案。本装置包括法兰、拉伐尔喷管、分离管、扩压管壳体、扩压管、湿气出口和干气出口。所述的拉伐尔喷管包括壳体、设置在壳体内的内部实体和设置在内部实体表面的旋流叶片。其中：壳体和内部实体的左端均与法兰固定连接，在壳体和内部实体之间留有用于气体流过的间隙，该间隙通过法兰与天然气气体进口相连通，壳体的右端与分离管的左端固定连接，分离管的右端与扩压管壳体的左端固定连接，扩压管设置在扩压管壳体内并且二者之间形成一环形空腔，扩压管的右端与扩压管壳体固定连接，扩压管的左端和扩压管壳体的侧面之间留有用于湿气流过的环形槽道，环形槽道与扩压管和扩压管壳体之间的空腔相连通，在扩压管壳体的下部的侧壁上还设置有与上述空腔相连通的湿气出口。

所述的法兰的内部沿圆周方向均匀布置有三个支撑架，拉伐尔喷管中的内部实体的左端放置在三个支撑架形成的圆形通道内，三个支撑架之间为用于气体流过的通道。

所述的旋流叶片的个数大于等于1。

所述的旋流叶片沿内部实体的圆周方向均匀分布。

所述的支撑架左端部和拉伐尔喷管中的内部实体的左端部被削尖以减小气体入口阻力。

本发明具有如下优点：

1)本装置中无运动部件、结构简单、可以实现无人操作、免维护，这使得本发明能够在偏远或环境恶劣的地方应用；

2)本装置无需动力设备，节省了能源，减少了运行成本；

3)用本装置进行气体净化分离，无需加入化学药品，同时也不会产生有毒物质，既节省了原料成本，又保护了环境；

4)本装置中采用扩压管可以恢复一部分气体压力，使得气体在流经本装置后压降不会很大，同时，不需要消耗任何的机械功。

5)采用拉伐尔喷管作为加速、降温装置，在不消耗任何机械功的同时获得较高的气流速度和较低的温度，

6)本装置中拉伐尔喷管由内部实体和壳体组成，流通横截面积为环形面，普通拉伐尔喷管横截面积为圆面，二者沿轴向的变化规律相同，因此流动规律相似，此外，本发明中的拉伐尔喷管的结构比较容易加工。

7)旋流叶片同拉伐尔喷管结合在一起，同切向进气方法相比可以减小压力损失，可以通过调节旋流叶片的布置高度、长度、旋转度、个数等来调节旋流强度来降低分离、净化过程的压力损失，并达到最佳的分离效果。

8)可采用多个本装置并联的方式，通过常规技术实现气体流量改变时的运行要求。

附图说明

图1超音速低流动阻力气体净化分离装置结构示意图；

图2超音速低流动阻力气体净化分离装置结构示意图局部放大图；

图3本发明装置法兰1结构仰视图；

图4本发明装置法兰1结构局部放大图；

图5本发明装置法兰1结构主视图；

图6本发明装置法兰1结构左视图；

图7本发明装置拉伐尔喷管内部实体2结构主视图；

图8本发明装置拉伐尔喷管内部实体2结构左视图；

图9本发明装置拉伐尔喷管内部实体2上螺旋叶片14结构示意图；

图10本发明实施例系统图；

图11现有技术中甘醇法天然气净化、分离工艺流程示意图；

图中：1-法兰，2-拉伐尔喷管内部实体，3-拉伐尔喷管壳体，4-分离管，5-扩压管壳体，6-扩压管定位板，7-扩压管，8-气体进口，9-湿气出口，10-干气出口，11-调整垫圈，12-内部实体头部，13-法兰内支撑架，14-旋流叶片，15-环形槽道，16-冷凝器，17-气-液分离器，18-液-液分离器，19-低流动阻力气体净化分离装置，20-原料气分离器，21-吸收塔，22-气体/甘醇换热器，23-再生塔，24-缓冲罐，25-闪蒸罐，26-固体过滤器，27-活性炭过滤器，28-贫甘醇换热器，29-甘醇泵。

具体实施方式

本发明的技术方案参见图1，本发明设有气体分离和气体净化部分，特征在于它包括有用于固定内部实体2的多功能法兰1，由内部实体2和壳体3组成的用于气体增速、降温装置的拉伐尔喷管(内部实体2和壳体3间的环形流通间隙同普通拉伐尔喷管具有相似的流通横截面积，因此流动规律相似)，用于使气体产生旋流的叶片14，及与拉伐尔喷管出口相连接的用于气体净化分离的分离管4、扩压管壳体5，用于气体增压和减速的扩压管7；法兰1的左端与配套榫槽面法兰连接，为天然气气体进口8，另一端与壳体2连接，内部实体2在壳体3内部，分离管4连通扩压管7，扩压管7的另一端为干气出口10，扩压管7插入扩压管壳体5内部，扩压管壳体5的下端部设有从气体中分离出来的液体出口9。

内部实体2左端头部12插入法兰1内部三个支架13内并焊接连接，气体入口面被法兰1内部支撑架13及内部实体2左端头部分割为三个扇形气体入口8，内部实体2右端插入拉伐尔喷管壳体3并且壳体3左端同法兰1右端焊接连接，壳体3与分离管4之间、分离管4与扩压管壳体5之间采用法兰连接，扩压管壳体5与扩压管7之间由扩压管定位板6固定连接，扩压管7插入扩压管壳体5内部，且扩压管7左端面同扩压管壳体5形成环形通道15，扩压管壳体5下端部设有从气体分离出来液体出口9。

本发明中的旋流器同拉伐尔喷管结合在一起，沿内部实体2的圆周方向均匀设置有3个具有一定高度、长度、旋转角度的旋流叶片14。本实施例中螺旋叶片14布置在拉伐尔喷管喉部至拉伐尔喷管出口的不同位置，旋流叶片14可以有不同的布置位置、高度、长度、旋转度、数量会产生不同的离心加速度，数目越多、长度越长、螺旋度越大，气体得到的离心加速度越大，且压力损失越大。

扩压管7由扩压管定位板6固定，法兰1与壳体3之间焊接固定，壳体3通分离管4之间、分离管4与扩压管壳体5之间采用法兰连接。

本发明中内部实体的头部12及法兰1上用于支撑定位内部实体2的支撑架13左端气体迎风面都被削尖以减小气体流动阻力，在扩压管壳体5与扩压管7之间有一个环形槽道15，扩压管壳体5与扩压管定位板6之间设有调整垫圈11。扩压管壳体5的下端部设有的液体出口9与其相通，该环形槽道15的尺寸大小由扩压管壳体5与扩压管定位板7之间的调整垫圈11调整。

使用本发明的装置使气体增速、降温过程及气体减速、增压过程分别在拉伐尔喷管2，3和扩压管7内完成，气体净化、分离过程在旋流器14、分离管4及扩压管壳体5内完成，所有过程无需消耗任何机械功。从气体中分离出来的物质以液体形式由液体出口9流出，干气则从干气出口10流出。

具体工作流程如下：首先，天然气由气体进口8进入拉伐尔喷管2，3，其温度和压力降低，速度升高，由于温度的降低，气体中的水分或部分露点在当地压力下饱和温度以上的气体凝结形成液体，然后，高速流动的气、液混合物流经旋流叶片14，产生高速旋流，接着，高速旋流进入分离管4，由于所受离心力的不同，从气体中凝结出的液体被“甩”到管壁上形成一层特别薄的液膜，然后，这些液体通过扩压管壳体5与扩压管7之间的环形槽道15流出分离管4，通过扩压管7和扩压管壳体5之间的空腔，由液体出口9流出。最后，除去水分的干气接着进入扩压管7，气流的速度降低，温度、压力升高，气体由干气出口10流出分离装置。

下面是两个本实施例使用的例子：

例1是如图5所示的低阻力超音速气体净化分离装置的应用。当待输入气体为天然气时，气体先经冷凝器16以降低进入低阻力超音速气体净化分离装置的气体温度，再经气-液分离器17，用来初步分离气体中由于冷凝产生的液体，尔后经本发明装置，在装置的液体出口9处接液-液分离器18，用以对分离出的液体及重质烷烃进行二次分离，净化分离后的气体经扩压管7的干气出口10排出。本发明实施时，当对装置出口气体压力有特定要求时，可采用常规方法调整干气出口10的背压，以达到特定运行要求。在上述系统的实施中，可根据需要将多台低流动阻力气体净化分离装置并联使用。

例2：在其它条件不变的情况下，可以改变旋流器14的结构形式，不同的旋流叶片布置位置、高度、长度、旋转度、数量会产生不同的离心加速度，同时会有不同的压力损失。一般情况下叶片布置长度越长、旋转度越大、数量越多，产生的离心加速度越大，压力损失也会增加；反之，则产生的离心加速度越小，压力损失会减小。在上述系统的实施中，可根据需要将多台低流动阻力气体净化分离装置并联布置，根据实际工况，选择合适的单个或多个旋流器工作。

Claims (5)

1、一种低流动阻力超音速气体净化分离装置，其特征在于：包括法兰(1)、拉伐尔喷管(2)和(3)、分离管(4)、扩压管壳体(5)、扩压管(7)、湿气出口(9)和干气出口(10)；所述的拉伐尔喷管包括壳体(3)、设置在壳体(3)内的内部实体(2)和设置在内部实体(2)表面的旋流叶片(14)，其中：壳体(3)和内部实体(2)的左端均与法兰(1)固定连接，在壳体(3)和内部实体(2)之间留有用于气体流过的间隙，该间隙通过法兰(1)与天然气气体进口相连通，壳体(3)的右端与分离管(4)的左端固定连接，分离管(4)的右端与扩压管壳体(5)的左端固定连接，扩压管(7)设置在扩压管壳体(5)内并且二者之间形成一环形空腔，扩压管(7)的右端与扩压管壳体(5)固定连接，扩压管(7)的左端和扩压管壳体(5)的侧面之间留有用于湿气流过的环形槽道(15)，环形槽道(15)与扩压管(7)和扩压管壳体(5)之间的空腔相连通，在扩压管壳体(5)的下部的侧壁上还设置有与上述空腔相连通的湿气出口(9)。

2、根据权利要求1所述的一种低流动阻力超音速气体净化分离装置，其特征在于：所述的法兰(1)的内部沿圆周方向均匀布置有三个支撑架(13)，拉伐尔喷管中的内部实体(2)的左端放置在三个支撑架(13)形成的圆形通道内，三个支撑架(13)之间为用于气体流过的通道。

3、根据权利要求1所述的一种低流动阻力超音速气体净化分离装置，其特征在于：所述的旋流叶片(14)的个数大于等于1。

4、根据权利要求1所述的一种低流动阻力超音速气体净化分离装置，其特征在于：所述的旋流叶片(14)沿内部实体(2)的圆周方向均匀分布。

5、根据权利要求1所述的一种低流动阻力超音速气体净化分离装置，其特征在于：所述的支撑架(13)左端部和拉伐尔喷管中的内部实体(2)的左端部(12)被削尖以减小气体入口阻力。

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