CN102614781A

CN102614781A - 用于气、固、液之间的变相分离设备及其应用

Info

Publication number: CN102614781A
Application number: CN2012100723533A
Authority: CN
Inventors: 王方茂
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2032-03-19
Also published as: CN102614781B

Abstract

本发明公开一种用于气、固、液之间的变相分离设备及其应用。其分离装置前部设有拉伐尔喷射装置；拉伐尔喷射装置与分离装置之间至少设有一组脉冲装置和变相装置；拉伐尔喷射装置一端设有气或液入口；脉冲装置由至少一组细脉冲管和粗脉冲管相连组成；细脉冲管或粗脉冲管外壁的适配位置上设有固或液入口；拉伐尔喷射装置的出口与细脉冲管入口相连，脉冲装置的粗脉冲管出口与变相装置的入口相连，变相装置的出口与分离装置的入口相连，变相装置由内空的外壳构成，外壳从入口端到出口端为中段呈等粗状，从中段到入口和出口两端均呈逐渐收口状，外壳内部从中段的适配位置到入口端的适配位置设有水滴状封闭耐磨空锥体；并与外壳的内壁通过固定板固连。

Description

用于气、固、液之间的变相分离设备及其应用

技术领域

本发明涉及干化、气体的捕捉与释放、石油化工能源形式和化工产品的转化领域，尤其涉及一种用于气、固、液之间的变相分离设备及其应用。

背景技术

物质一般有气、固、液三相。在工业化中，有时需要将固液混合物变为气液混合物，分离出固相，如污泥干化；有时需要气相或液相中的某种成份的提纯，如二氧化碳的吸附和释放；有时也需要将固体能源、液体能源、气体能源转化为其它相形式的能源，如将油泥（固相）转化为碳（固相）、可燃气体（气相）、燃料油（液相）。

现有工业的变相方法，如污泥干化中采用的加温烘干变相法；二氧化碳捕捉、释放中采用的塔式的吸附与释放方法；油页岩炼油和原油炼油中采用的浮腾床和流化床的形式变相法，这些方法成本高，量小，连续化能力弱，且功能单一。所以工业化急需一种快速、量大、均匀度高、连续化强而价格低廉的综合变相工业化设备。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，经过精心研制和苦心钻研，提供一种适合于产业化生产，且气、固、液之间变相时间短、均匀度高、设备简单、造价低的用于气、固、液之间的变相分离设备及其应用。

为实现上述目的，本发明解决技术问题的技术方案是：

用于气、固、液之间的变相分离设备，包括：拉伐尔喷射装置、细脉冲管和粗脉冲管、分离装置，其在于：分离装置前部设有拉伐尔喷射装置；拉伐尔喷射装置与分离装置之间至少设有一组脉冲装置和变相装置；拉伐尔喷射装置远离脉冲装置一端设有气或液入口；所述的脉冲装置由至少一组细脉冲管和粗脉冲管相连组成；所述的细脉冲管或粗脉冲管外壁的适配位置上设有固或液入口；拉伐尔喷射装置的出口与脉冲装置的细脉冲管入口相连，脉冲装置的粗脉冲管出口与变相装置的入口相连，变相装置的出口与分离装置的入口相连，所述的变相装置由内空的外壳构成，该外壳从入口端到出口端为中段呈等粗状，从中段到入口和出口两端均呈逐渐收口状，所述的外壳内部从中段的适配位置到入口端的适配位置设有水滴状封闭耐磨空锥体；该耐磨空锥体外壁与外壳的内壁通过固定板沿周边固连。

所述的相连采用法兰连接形式。

所述的拉伐尔喷射装置由内空的壳体构成，该壳体从气或液入口端到出口端为前段呈等粗状，后段呈逐渐收口状，所述的壳体内的前段适配位置上设有稳流板；该稳流板通过支撑座沿周边与壳体的内壁固连，所述的稳流板上沿周向均布设有若干通孔。

所述的分离装置至少由一个旋风分离装置构成，该旋风分离装置上端为气体出口，该旋风分离装置下端为固体出口。

所述的变相装置与脉冲装置和分离装置之间还可设有细脉冲管。

所述的气或液入口、固或液入口，需达到气体与液体或液体与固体之间的体积流量比，至少为200：1；若固体原料太大，需要破碎，固体原料大小需小于5毫米直径。

所述的用于气、固、液之间变相分离设备在气、固、液之间变相中的应用。

本发明的功能原理在于：

1）加料方式：根据装置结构，气体原料或液体原料加温后形成的气体从拉伐尔喷射装置的气或液入口进入，液体、固体原料还可从细脉冲管或粗脉冲管的固或液入口进入，所进原料的气体与液体或液体与固体之间的体积流量比，至少为200：1；若固体原料太大，需要破碎，固体原料大小需小于5毫米直径。

2）动能加速功能原理：气体原料或空气经过增压达0.6MPa～1MPa后进入产生高速气流的拉伐尔喷射装置，出口形成高速气流，可形成相当于12级台风以上风速，达15米/秒～60米/秒，然后进入脉冲装置的细脉冲管和粗脉冲管，形成气流与更相原料的混合包。

3）破相均化功能原理：从高效的拉伐尔喷射装置的气、液入口或从细脉冲管、粗脉冲管的固、液入口进入设备的固相或固、液相进行破相均化。经过细脉冲管和粗脉冲管的原料先后由收敛和扩张过渡形式进入变相装置。如固体原料还需用高压挤压机打入脉冲装置，固体原料正面受到拉伐尔出口产生气体的极大压强和空气滞止温度的加温，侧面受到极大径向扰动和空气撞击，后面又受到极大的负压真空状，这就破坏了固体原料孢子毛细管含水体系。这样经过细脉冲管、粗脉冲管的反复收敛和扩张，可达到很高的破碎度，经过反复冲击和破坏，从而完成破相均化功能。

如要对物料实施干燥，本发明的脉冲装置属于气流干燥机的一种形式。根据《化工工艺设计手册》P2-416介绍，其优点在于：干燥强度大、时间短，一般在几秒钟内完成水分蒸发，又称为闪蒸，热效率高（60～75%），设备简单，处理量大，产品质量均匀，处理湿物料一个循环的含湿量可在10～40%之间。操作温度从常温～600℃，干燥时间为0.5～2秒，管内气体流速10～35米/秒，体积传热膜系数8400～25000kj/(m³·h·℃)，全系统的压降3500Pa。本发明采用的细脉冲管与粗脉冲管直径比为1：2，管径的流速为28.3米/秒。

4）变相功能原理：破相均化后的混合相，进入三相变相装置，水滴状耐磨空锥体，迎面锥形的气、液、固经过锥形面时摩擦阻力不同，很快就形成气包水（雾状）和单纯固体混合气流，从而完成变相工序。纯相功能是变相功能的一种。

5）分离功能原理：经过气固旋风分离装置气液（雾），雾由旋风分离装置口向上排除，固相由旋风分离装置口向下排除。如需气液分离再设气液旋风分离装置分离或油水分离装置。

本发明选取CLK扩散式旋风除尘器，

风量：来程以G_总/_365×24选取；

回程

Figure 2012100723533100002DEST_PATH_IMAGE001

选取；

参考《化工工艺手册》下册。

本发明的优点效果如下：

1．变相时间短：由于变相是在高速流动中产生的，通过变相装置可在0.1～1秒钟完成气、固、液之间的变相。

2．大流量：拉伐尔喷射装置形成的大流量，很适合产业化生产，可以接收数十吨或数百吨原料。如需每年产油100万吨，则每秒输入液体原料100kg。

3．设备简单：由四个基本装置组成。

4. 应用广泛：输入原料气、液、固均可以变为需要的液相、固相和气相成品。

5. 成本低：本发明由于采用气体流动变相，摩擦阻力小耗能少，一般为浮腾床或流化床价格的1/5~1/10，具有广泛的经济价值和社会价值。

附图说明

图1是本发明设备的结构示意图；

图2是本发明设备的拉伐尔喷射装置的结构示意图；

图3是本发明图2的A-A剖视结构示意图；

图4是本发明设备的脉冲装置的结构示意图；

图5是本发明设备的变相装置的结构示意图；

图6是本发明图5的B-B剖视结构示意图；

图7是应用例1污泥干化设备的组成示意框图；

图8是应用例2二氧化碳的捕捉、释放设备的组成示意框图；

图9是应用例3生物质炼油设备的组成示意框图。

图中主要零件：气或液入口1，拉伐尔喷射装置2，细脉冲管3，粗脉冲管4，变相装置5，分离装置6，固体出口7，气体出口8，脉冲装置9，固或液入口10，稳流板11，支撑座12，壳体13，固定板14，外壳15，耐磨空锥体16。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明的保护范围不受具体的实施例所限制，以权利要求书为准。另外，以不违背本发明技术方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。

实施例1

用于气、固、液之间的变相分离设备，包括：拉伐尔喷射装置2、细脉冲管3和粗脉冲管4、分离装置6，其分离装置6前部设有为变相提供动能条件的拉伐尔喷射装置3；拉伐尔喷射装置2与分离装置6之间设有两组脉冲装置9和变相装置5；拉伐尔喷射装置2远离脉冲装置9一端设有气或液入口1；脉冲装置9由一组细脉冲管3和粗脉冲管4相连组成，它们之间用椎体实行过渡，是完成破相的装置；细脉冲管3或粗脉冲管4外壁的适配位置上设有固或液入口10；拉伐尔喷射装置2的出口与脉冲装置9的细脉冲管3入口相连，脉冲装置9的粗脉冲管4出口与变相装置5的入口相连，变相装置5的出口与分离装置6的入口相连，作为完成新相的变相装置5由内空的外壳15构成，该外壳15从入口端到出口端为中段呈等粗状，从中段到入口和出口两端均呈逐渐收口状，外壳15内部从中段的适配位置到入口端的适配位置设有水滴状封闭耐磨空锥体16；该耐磨空锥体16外壁通过四个固定板14沿周边与外壳15的内壁固连。

所述的相连采用法兰连接形式。

所述的拉伐尔喷射装置2由内空的壳体13构成，该壳体13从气或液入口1端到出口端为前段呈等粗状，后段呈逐渐收口状，壳体13内的前段适配位置上设有稳流板11；该稳流板11通过支撑座12沿周边与壳体13的内壁固连，该稳流板11上沿周向均匀设有若干通孔。

所述的分离装置6是剥离新相成份的装置由两个旋风分离装置构成，该旋风分离装置上端为气体出口8，该旋风分离装置下端为固体出口7。

所述的变相装置5与脉冲装置9和分离装置6之间还设可有脉冲管。

所述的气或液入口1、固或液入口10，需达到所进入的原料气体与液体或液体与固体之间的体积流量比，至少为200：1；若固体原料太大，需要破碎，固体原料大小需小于5毫米直径。

本发明的用于气、固、液之间变相分离设备在气、固、液之间变相中的应用，具体应用例如下：

应用例1

如图7所示为年处理湿污泥2.5～3万吨污泥干化设备（已实现产业化），

污泥干化设备，由压缩机、稳压罐、转接器、本发明设备、脉冲干燥塔和输送带组成。首先湿污泥通过带压的挤压机将湿污泥挤入细脉冲管的固或液入口内。由本发明拉伐尔喷射装置的高速气流，湿污泥被干燥，经过细脉冲管和粗脉冲管的湿污泥先后由收敛和扩张过渡形式进行破相均化后进入变相装置，经过变相装置形成雾（带水）和干污泥，它们进入旋风分离器后被分离，雾从旋风分离器的上端气体出口排出，经水封去味、过滤（吸水），再回到增压机入口；干污泥从旋风分离器的下端固体出口排出，经输送带，进入卸料槽出口，然后装车被运起。本应用例的污泥干化设备每小时消耗功率158千瓦，消化湿污泥3.6吨，每小时产干污泥1.62吨。

本应用例如将湿污泥变为干污泥，成为固体燃料。若有催化剂，则是带有催化功能的变相功能，它可将能源（化工）原料进行催化，形成新相混合气，经分离装置变为新的固相、液相、气相能源（化工）产品。

应用例2

如图8所示为12万吨二氧化碳的捕捉、释放设备，由冷凝器、本发明设备的拉伐尔喷射装置、脉冲装置、变相装置和旋风分离装置、加温塔等组成。首先是捕捉过程，烟囱出口的烟气主要CO₂和N₂，经过冷凝器降至常温，而后通过压缩机挤入气或液入口到拉伐尔喷射器，从携带剂罐打入拉伐尔喷射器内的携带剂一同经过脉冲装置的细脉冲管和粗脉冲管中充分混合后变相，经过旋风分离器将N₂气排入大气。释放过程，将带有CO₂的携带剂输送到下一个拉伐尔喷射器，此时将加温塔出来的纯CO₂一同输入到拉伐尔喷射器中，经过脉冲装置（其功能同上），尔后进入旋风分离器，此时CO₂气体从上端输入到CO₂储罐，下端输出携带剂，输送到携带剂罐，反复使用。

携带剂的选取——建议用醇胺型液体，以下携带剂均可在市场买到。

CO₂吸收和解吸的过程：是CO₂气和携带剂溶液进行接触并伴随化学反应的吸收过程。CO₂属于酸性气体（碳酸酐）。当选用醇胺类（弱碱性水溶液）作为携带剂时，是一种常温吸附与高温（>105℃）释放的可逆过程。

RNH₂+CO₂

RNH₂·CO₂，其中R为醇基。

根据实际情况，可选乙醇胺、二乙醇胺、二异丙胺和甲基二乙醇胺，作为携带剂如表1。

应用例3

如图9所示为生物质炼油设备，由加热装置、本发明设备、精馏塔设备等组成。首先将液体原料煤焦油进行加温，变成气体，而后将气体与固体原料秸秆、催化剂一同输送本发明设备中，实施催化裂化和催化重整，并将生物碳（固相）从设备底部排出，其它混合气体进入精馏塔左下侧口，进行精馏分离出汽、柴油基础油、可燃气体、醇水（气、液相）分别排出。

本发明的应用适用于：

1、固体原料：油沙、油泥、油页岩、污泥（干化）、垃圾、酒糟、废塑料、废橡胶、秸秆、废纤维、牛粪。

2、液体原料：原油、焦油、地沟油、废油。

3、气体原料：石油伴生气、天然气、CO₂、煤气。

Claims

1.用于气、固、液之间的变相分离设备，包括：拉伐尔喷射装置（2）、细脉冲管（3）和粗脉冲管（4）、分离装置（6），其特征在于：分离装置（6）前部设有拉伐尔喷射装置（3）；拉伐尔喷射装置（2）与分离装置（6）之间至少设有一组脉冲装置（9）和变相装置（5）；拉伐尔喷射装置（2）远离脉冲装置（9）一端设有气或液入口（1）；所述的脉冲装置（9）由至少一组细脉冲管（3）和粗脉冲管（4）相连组成；所述的细脉冲管（3）或粗脉冲管（4）外壁的适配位置上设有固或液入口（10）；拉伐尔喷射装置（2）的出口与脉冲装置（9）的细脉冲管（3）入口相连，脉冲装置（9）的粗脉冲管（4）出口与变相装置（5）的入口相连，变相装置（5）的出口与分离装置（6）的入口相连，所述的变相装置（5）由内空的外壳（15）构成，该外壳（15）从入口端到出口端为中段呈等粗状，从中段到入口和出口两端均呈逐渐收口状，所述的外壳（15）内部从中段的适配位置到入口端的适配位置设有水滴状封闭耐磨空锥体（16）；该耐磨空锥体（16）外壁通过固定板（14）沿周边与外壳（15）的内壁固连。

2.根据权利要求1所述的用于气、固、液之间的变相分离设备，其特征在于所述的相连采用法兰连接形式。

3.根据权利要求1所述的用于气、固、液之间的变相分离设备，其特征在于所述的拉伐尔喷射装置（2）由内空的壳体（13）构成，该壳体（13）从气或液入口（1）端到出口端为前段呈等粗状，后段呈逐渐收口状，所述的壳体（13）内的前段适配位置上设有稳流板（11）；该稳流板（11）通过支撑座（12）沿周边与壳体（13）的内壁固连，所述的稳流板（11）上沿周向均匀设有若干通孔。

4.根据权利要求1所述的用于气、固、液之间的变相分离设备，其特征在于所述的分离装置（6）至少由一个旋风分离装置构成，该旋风分离装置上端为气体出口（8），该旋风分离装置下端为固体出口（7）。

5.根据权利要求1所述的用于气、固、液之间的变相分离设备，其特征在于所述的变相装置（5）与脉冲装置（9）和分离装置（6）之间还可设可有脉冲管。

6.根据权利要求1所述的用于气、固、液之间的变相分离设备，其特征在于所述的气或液入口（1）、固或液入口（10），需达到气体与液体或液体与固体之间的体积流量比，至少为200：1；若固体原料太大，需要破碎，固体原料大小需小于5毫米直径。

7.所述的用于气、固、液之间变相分离设备在气、固、液之间变相中的应用。