CN102071080A - 一种天然气分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气分离装置，该天然气分离装置包括涡流管、热端管和冷端管，热端管的进气口与涡流管的热出气口相通；还包括拉瓦尔喷管，且其两端分别与涡流管的冷出气口与冷端管的进气口相通。气流在热端管到拉瓦尔喷管时，由于喷管面积缩小，气流压力升高，流速增加，在喷管喉部到达音速状态，然后，随着喷管面积增加，气流压力减低，气体继续膨胀，形成超音速气流，其温度急剧降低，在气体降温过程中，包含在气体内的CO2、硫化物等杂质类组份将结露，并由于涡流管的离心力抛向喷管的壁面，实现分离。该装置不仅结构简单，所需成本低，而且具有良好的分离效果。
Description
技术领域
本发明涉及气液分离技术领域，更具体的说，涉及一种用于天然气提纯的天然气分离装置。
背景技术
目前，天然气已是当今世界能源消耗中的重要组成部分，它与煤炭、石油并称为世界能源的三大支柱。由于天然气以气态存在，这就使得天然气的运输、调配都非常困难；因此，当前一般先将天然气进行液化。对于一些边远小气田、油井残气形成的天然气而言，对其进行液化处理几乎是对其利用的唯一方式。
从天然气气井和煤层气井中采集出来并经过粗分离的天然气，里面都含有一定量的水蒸气、二氧化碳、硫化物和烃类等杂质类组份。这些杂质类组份都要在天然气液化前对其进行回收净化，否则在液化过程中，这些杂质类组份会凝结，进而冻结，堵塞管道或换热器，造成下一步工序无法完成，严重时，造成管道设备损坏，引起天然气泄漏，发生重大事故。
对其回收净化的方式主要有分子筛脱水、溶液法脱硫脱碳等方式。按照现有的分子筛脱水、溶液法脱硫脱碳工艺进行前期处理的话，所需设备不仅投资巨大，而且设备尺寸巨大、工序繁琐，投入产出比较低。
还有一种分离设备主要利用旋流分离器依靠环境温度进行冷却、分离，虽然结构简单而且成本低，但是此分离设备受环境影响严重，在环境温度较高时，此分离设备对水蒸气和烃类的分离不彻底，而对于硫化物等更是难以起到分离的作用，总起来说，分离效果不佳。
因此，在天然气液化之前，如何有效地分离天然气中的水蒸气，特别是硫、碳等杂质类组份，是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种天然气分离装置，该天然气分离装置不仅能够有效地分离天然气中的杂质类组份，而且结构简单、成本低。
为实现上述目的，本发明提供了一种天然气分离装置，该装置包括涡流管、热端管和冷端管，所述热端管的进气口与所述涡流管的热出气口相通；还包括拉瓦尔喷管，且其两端分别与所述涡流管的冷出气口与所述冷端管的进气口相通。
优选地，还包括回收器，所述回收器呈筒状，套接于所述拉瓦尔喷管的外周；所述回收器的内壁与所述拉瓦尔喷管的外壁之间形成回收腔；所述拉瓦尔喷管外壁开有通孔，所述通孔连通所述回收腔。
优选地，所述回收器为圆筒状。
优选地，所述回收器的外形与拉瓦尔喷管的外形相同。
优选地，所述回收器设置有排液口。
优选地，还包括储存罐，所述储存罐的储存腔通过输送管道与所述回收器的排液口相通。
优选地，还包括解旋器，所述解旋器安装于所述冷端管进气口处。
优选地，还包括热端调节阀芯，且安装于所述热端管尾部端面；所述热端调节阀芯边缘与热端管端口周边之间形成热出气口。
相对于现有技术，本发明提供了一种天然气分离装置，该天然气分离装置包括涡流管、热端管和冷端管，所述热端管的进气口与所述涡流管的热出气口相通；还包括拉瓦尔喷管，且其两端分别与所述涡流管的冷出气口与所述冷端管的进气口相通。
该天然气分离装置内部气流经过拉瓦尔喷管可以加速到超音速，加速的同时，气体的温度被降到很低的程度，能够达到140K以下，使其中的水蒸气，特别是含硫、碳等杂质类组份凝结成液体滴而被分离。该天然气分离装置不仅结构简单成本低，而且具有良好的分离效果。
附图说明
图1为本发明提供的天然气分离装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种天然气分离装置，该天然气分离装置能够使天然气液化之前，有效地分离天然气中的水蒸气，特别是硫、碳等杂质类组份，不仅结构简单成本低，而且具有良好的分离效果。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明提供的技术方案作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明提供的天然气分离装置的结构示意图。
本发明提供的天然气分离装置包括涡流管1、热端管2和冷端管3，热端管2的进气口与涡流管1的热出气口相通；还包括拉瓦尔喷管4，拉瓦尔喷管4由两个锥形管构成，其中一个为收缩部分，另一个为扩张部分；在气流流动方向上，收缩部分的流通截面由大变小地向内收缩，扩张部分又由小变大地向外扩张；收缩部分流通面积最小的一端与扩张部分流通面积最小的一端相通，在中间形成一个窄喉。拉瓦尔喷管4两端分别与涡流管1的冷出气口与冷端管3的进气口相通。
高压天然气由进气导管导入涡流管1中，在涡流管1的腔室中膨胀降压后，经热出气口沿切向进入热端管2，并在热端管2中形成涡流，经过动、热能交换分离成温度不同的两部分，中心部分即为冷气流，边缘部分的气体集中至涡流管的另一端即为热气流。冷气流在热端管2尾部端面中心部分的阻挡下，沿热端管中心返回涡流管1的腔室中心并进入拉瓦尔喷管4中，冷气流在进入拉瓦尔喷管4时，由于拉瓦尔喷管4收缩部分流通面积缩小，冷气流压力升高，流速增加，在拉瓦尔喷管4喉部到达音速状态，然后，随着拉瓦尔喷管4扩张部分流通面积增大，冷气流压力降低，气体迅速膨胀，形成超音速气流，其温度急剧降低到140K以下。拉法尔喷管4的张角、喷管的长度设计都与冷热端压力比和流量有密切关系。在上述降温过程中，高露点的组份，包括二氧化碳、硫化物、烃类等杂质类组份被液化，并由于强大的离心力而被抛向壁面。气流经过喷管后，并进入冷端段，然后流出涡流管。流出涡流管低温段的气体，便成为了液化天然气的冷源。
在上述过程中，天然气能够在拉瓦尔喷管4中达到很低的温度，从而能够有效地分离出水蒸气、二氧化碳、硫化物、烃类等高露点的杂质类组份，而且，该天然气分离装置的结构简单，所需成本低。
在上述装置的基础上，天然气分离装置还可以包括回收器5，回收器5呈筒状，可以为圆筒状，也可以是外形与拉瓦尔喷管4相同的筒状。回收器5套接于拉瓦尔喷管4外侧，且回收器5内壁与拉瓦尔喷管4外壁之间形成回收腔，拉瓦尔喷管4外壁开有通孔，通孔连通回收腔。在实际工作过程中，大量的水蒸气、二氧化碳、硫化物、烃类等高露点的杂质类组份于拉瓦尔喷管4处凝结成液体，并由于高速离心力而被抛向壁面，此时，所凝结的液体通过拉瓦尔喷管4所开的通孔流入回收器5内壁与拉瓦尔喷管4外壁形成的回收腔中，避免了由于被分离物过多而导致的气流通道被堵塞的问题。
进一步于回收器5设置有排液口，可以将回收腔内的液体及时排出。当然，还可以在回收器5之外设置一个储存罐，储存罐的储存腔通过输送管道与回收器5的排液口相通。通过回收器5的排液口将回收的液体储存于储存罐内，使回收储存过程更加简单快捷。
该天然气分离装置还可以进一步包括解旋器6，解旋器6具有气流导向叶片，安装于冷端管3的进气口处。经过分离的天然气由拉瓦尔喷管4流出时，仍呈高速旋转的涡流状态，流经解旋器6时，由于解旋器6由气流导向叶片组成，且气流导向叶片的偏转角度与呈涡流状态的气流旋转方向相反，能够解除天然气的旋转，使天然气形成平稳地进入冷端管，便于进行下一步的液化工序。
该天然气分离装置还可以进一步包括热端调节阀芯7，热端调节阀芯7安装于热端管2尾部端面，热端调节阀7边缘与热端管2端口周边之间形成热出气口。一部分热气流由热端管2的热出气口流出；外部仪表能够根据流出的热气流获得预定的参数；根据预定的参数可以判断分离过程是否正常进行；根据判断结果对天然气分离装置进行相应地调节；若不需要调节时，该部分热气流将直接返回循环压缩机；另一部分气流被热端调节阀7自身挡回，沿热端管2中心继续高速旋转，并在渐缩-渐开的拉瓦尔喷管4处被加速进入超音速状态，实现气液分离操作。热端调节阀7可以调节热气流出气口的大小，进而能够控制气流流量，使分离过程更加容易调节控制，通过控制热阀的开启度，可以获得不同的冷气流率(冷气流率：冷气流的质量流量与进口气流质量流量的比值)，调节冷、热气流比例，可以得到最佳制冷效应。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种天然气分离装置，包括涡流管、热端管和冷端管，所述热端管的进气口与所述涡流管的热出气口相通；其特征在于，还包括拉瓦尔喷管，且其两端分别与所述涡流管的冷出气口与所述冷端管的进气口相通。
2.根据权利要求1所述的天然气分离装置，其特征在于，还包括回收器，所述回收器呈筒状，套接于所述拉瓦尔喷管的外周；所述回收器的内壁与所述拉瓦尔喷管的外壁之间形成回收腔；所述拉瓦尔喷管外壁开有通孔，所述通孔连通所述回收腔。
3.根据权利要求2所述的天然气分离装置，其特征在于，所述回收器为圆筒状。
4.根据权利要求2所述的天然气分离装置，其特征在于，所述回收器的外形与拉瓦尔喷管的外形相同。
5.根据权利要求2-4任意一项所述的天然气分离装置，其特征在于，所述回收器设置有排液口。
6.根据权利要求5所述的天然气分离装置，其特征在于，还包括储存罐，所述储存罐的储存腔通过输送管道与所述回收器的排液口相通。
7.根据权利要求6所述的天然气分离装置，其特征在于，还包括解旋器，所述解旋器安装于所述冷端管进气口处。
8.根据权利要求7所述的天然气分离装置，其特征在于，还包括热端调节阀芯，且安装于所述热端管尾部端面；所述热端调节阀芯边缘与热端管端口周边之间形成热出气口。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130424 Termination date: 20140104 |