CN103301958B

CN103301958B - 气液分离装置

Info

Publication number: CN103301958B
Application number: CN201210061004.1A
Authority: CN
Inventors: 王靖岱; 阳永荣; 吴文清; 骆广海; 孙婧元; 黄正梁; 韩国栋; 张瑞琪; 王树芳; 杜焕军; 蒋斌波; 廖祖维; 楼佳明; 张擎; 王宇良
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Engineering Inc; Zhejiang University ZJU
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Engineering Inc; Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2032-03-09
Also published as: CN103301958A

Abstract

本发明涉及一种气液分离装置，属于化工机械领域。其包括：与输送含液气流的供给管路相连的内筒，在所述内筒的周向侧壁上布置有排液孔；以一定间隙套在所述内筒之外的外筒，在所述内筒和外筒之间形成封闭的环形腔，在所述外筒上设有排液端口；设置在所述内筒的上游侧端部和所述供给管路之间的旋流部件。本发明的气液分离装置不但具有高的气液分离效率而且气流压降小。此外，本发明的气液分离装置对不同的生产装置具有较强的适应性。

Description

气液分离装置

技术领域

本发明涉及一种气液分离装置，特别涉及一种用于聚烯烃合成过程中的气液分离装置。

背景技术

在各种技术领域中都经常需要进行气体和液体的分离。例如在聚烯烃冷凝工艺中，循环气流中冷凝液的分离对反应器的温度分布和产品性质的调控有着重要的影响。冷凝工艺通过引入易冷凝的液体、即冷凝液(一般为共聚的高级α烯烃和惰性饱和烃)，使其在流化床反应器中蒸发以强化聚合反应热的移出。依据冷凝液的导入流化床的方式，冷凝工艺通常可以分为两类：一类是冷凝液从流化床分布板的下部由循环气流带入反应器；另一类是通过使用气液分离装置，将循环气流中的冷凝液分离出来，然后再单独引入流化床。

第一类冷凝工艺虽然能一定程度地提高冷凝液的量，然而在流化床的底部易产生积液，从而导致原料结块。在第二类冷凝工艺中，将冷凝液分离后再单独引入流化床，可以精确控制进入流化床的冷凝液的量，避免在流化床的底部容易导致原料结块等的问题。因此，上述第二类冷凝工艺有广泛的应用。在该第二类冷凝工艺中，气液分离装置的分离效率直接关系到冷凝液的加入流量和比例，从而影响反应器内的温度梯度，进而对产品的性质产生重要的影响。

专利US 5541270、US 5668228、US 5733510和US 5804677披露了利用旋风分离器、使气流减速以实现分离的大容器(分离罐)、除雾型气液分离器和液体洗涤器等装置将冷凝液从循环气流中分离出来，并优选“Peerless”(DPV P8X型)商购立式除雾型分离器。但是，在此分离装置中，旋风分离器只能放置于气液分离器前，以除去循环气流中的大部分细固体颗粒，而不能进行气液分离。通过使气流减速而实现分离的大容器(分离罐)占地面积大，分离效率低且受气液流量波动的影响大，尤其难以气液分离。除雾型分离器虽能实现冷凝液量的控制，但占地面积大，内构件复杂，分离压降大，难于清洗。液体洗涤器同样存在占地面积大和分离压降大的缺点。

专利US 6455644B1、US 6815512B2、US 7025938B2披露了在冷凝工艺中气液分离不使用例如分离器、除雾器和洗涤器等液体收集装置，以及泵、压缩机和喷雾器等机械设备，而是仅凭借弯头、三通等管件结构来将循环管线中的冷凝液富集后返回流化床分布板上部，因而无机械部件和能量消耗。但是其分离效果非常有限，从分布板上部返回流化床的冷凝液含量最多仅占循环气流中冷凝液总量的28.82％，大部分的冷凝液体还是从流化床底部返回反应器中。如果进一步提高循环气流中冷凝液的含量，可能造成流化床底部积液的现象。

专利CN 200810062156.7披露了将循环气流经过气液分离器后分成两股，富含气相的流股从分布板下部通过导流器由循环气流带入流化床，富含液相的流股从分布板上部引入流化床。该专利只给出缓冲罐和旋风分离器两种形式的气液分离器，但是这两种分离装置的分离效果均不理想，大部分冷凝液还将由分布板下方进入反应器，无法在较大范围内调控冷凝液量，且装置占地面积大。

因此，需要一种用于聚烯烃冷凝工艺的气液分离装置，其气液分离效率高，压降小。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种气液分离装置，其能够进行高效的气液分离，并且气流压降小。

根据本发明，提出了一种气液分离装置，其包括与输送含液气流的供给管路相连的内筒，在所述内筒的周向侧壁上布置有排液孔。以一定间隙套在所述内筒之外的外筒，在所述内筒和外筒之间形成封闭的环形腔，在所述外筒上设有排液端口。设置在所述内筒的上游侧端部和所述供给管路之间的旋流部件。其中，所述旋流部件包括罩筒、与罩筒同心地设置在罩筒内的盲板，以及多个从盲板沿下游方向倾斜地延伸到罩筒内壁上的旋流叶片，在相邻两个旋流叶片之间形成有导流通道。

在本文中，用语“上游”和“下游”均以含液气流的流向为参照。

在一个实施例中，旋流叶片以一定的仰角和一定的扭角从盲板延伸到罩筒内壁。在一个实施例中，所述各旋流叶片的仰角相同，所述仰角10-80度，优选为15-60度，更优选为30度。在另一个实施例中，所述各旋流叶片的扭角相同，所述扭角为10-80度，优选为20-60度，更优选为45度。

这里，用语“仰角”是指旋流叶片在罩筒上翘起的端点所在的直线边与罩筒横截面之间的夹角。用语“扭角”是指旋流叶片与罩筒相连的端部的弦与罩筒横截面之间的夹角。

由此，相邻旋流叶片之间的导流通道以相同的扭角倾斜，并且旋流叶片整体上构成截头圆锥状。通过这种设置，当含液气流流过盲板和旋流叶片时，液体在旋流叶片上铺展形成液膜，进而被气流吹散成液滴，跟随气流做旋转运动。由于液滴惯性大，旋转过程中在离心力的作用下被甩到内筒内壁面上，并通过排液孔离开内筒从而实现高效的气液分离。同时，旋流叶片形成的流动通道具有导流作用，促进了含液气流的旋转和离心力的形成，因而气流的阻力和压降较小。

在一个实施例中，在盲板的上游侧端面上布置有逆向气流方向延伸的导流锥。这种导流锥能够进一步降低气液分离过程中的压降并减弱气流对旋流部件的冲击。

在一个实施例中，各旋流叶片的直线边的延长线在罩筒横截面上的投影与同一个假想圆相切，优选地，各旋流叶片的直线边的延长线在罩筒横截面上的投影与盲板圆在罩筒横截面上的投影相切。

在一个实施例中，排液孔的开孔朝向与所述内筒内的液滴的旋流迹线方向一致。这样的设置，降低了排液阻力损失，有助于将液滴从内筒中排出。

在一个实施例中，当气液分离装置水平或倾斜设置时，所述排液孔布置在所述内筒的背向地面的1/4-4/5的周向表面上，这种设置使得已分离的液体沉降在外筒底部，而内筒的朝向地面的部分不开孔，避免了气流窜入外筒将已分离的液体夹带走，从而提高分离效率。在另一个实施例中，当气液分离装置垂直或弯曲设置时，所述排液孔布置在所述内筒的整个周向表面上，这种设置能够充分利用内筒周向侧壁的面积进行气液分离。

在一个实施例中，内筒的长度大于外筒的长度，其中内筒的上游侧端部与外筒的上游侧端部对齐，而内筒的下游侧端部伸出在外筒的下游侧端部之外。可以在内筒的下游侧端部上连接用于输送气流的管路。在这种实施例中，排液孔布置在内筒的与外筒重叠的周向侧壁区域中。这种设置的内筒和外筒方便了本发明的气液分离装置在供给管路上的安装。

在一个实施例中，旋流部件与内筒形成为一体，并且所述旋流部件伸出到所述外筒之外，整体地进入到供给管路中。这种形成为一体的设计使得本发明的气液分离装置在供给管路上的安装更加方便。

在一个实施例中，本发明的气液分离装置由防腐金属和/或非金属材料制成。

在一个实施例中，本发明的气液分离装置尤其可用于聚烯烃合成过程中的气液分离。在这种应用中，含液气流通过所述的旋流部件的速度为2-50m/s，优选为15-40m/s。

本发明的优点在于，通过使用旋流部件，使含液气流在气液分离装置中旋转起来，仅利用离心作用将液滴分离出来，气液分离的效率高而气流压降小。另外，通过在盲板上设置导流锥，还会使分离过程的压降进一步降低，并减弱气流对旋流部件的冲击。内筒上的排液孔的开口方向与液滴的旋流迹线相一致，降低了排液的阻力损失。此外，本发明的气液分离装置结构简单紧凑、占地面积小，并且能直接安装在气液输送管道上，能很好地适应不同的生产装置。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是根据本发明的水平布置的气液分离装置的结构图，

图2是根据本发明的垂直布置的气液分离装置的结构图，

图3是根据本发明的气液分离装置的优选实施例的结构图，

图4是根据本发明的气液分离装置的旋流部件的三维视图，

图5是根据本发明的气液分离装置的旋流部件的俯视图，

图6是根据本发明的气液分离装置的旋流部件的侧视图，其中，α为仰角，

图7是根据本发明的气液分离装置的旋流部件的A-A剖视图，其中，α’为扭角，

在图中，相同或相似的部分使用了相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的水平布置的气液分离装置20，其例如可由防腐蚀材料制成。如图1所示，气液分离装置20包括套在一起的外筒6和内筒7，在外筒6和内筒7之间形成两端封闭的环形腔2。在内筒7的上游侧端部布置有与内筒7相连的旋流部件5。

如图1所示，内筒7与供给管路1相连以接收待处理的含液气流。在内筒7的周向侧壁上布置有排液孔8，在外筒6上布置有排液端口9，以将透过排液孔8排到环形腔2内的液体经过排液口9从气液分离装置20中排出。优选地，外筒6的周向侧壁构造为朝向排液口9倾斜，以方便液体流出。这种结构还能防止在环形腔2中液体任意流出，而是只能从排液口9中流出。能理解地是，需要在任何布置的气液分离装置中例如图2所示的垂直布置的气液分离装置30，在外筒6和内筒7之间均形成两端封闭的环形腔2。

如图4所示，旋流部件5包括罩筒11和多个旋流叶片4。罩筒11为圆柱体，并构造为刚好覆盖旋流叶片4的外缘。

各旋流叶片4以相同的仰角(如图6中的α角)和相同的扭角(如图7中的α’角)从盲板3中沿下游方向延伸到罩筒11的内壁上，因此在相邻旋流叶片4之间形成有导流通道10。通过这种设置，含液气流能够在导流通道10内转动起来，从在离心力的作用下在内筒7中高效地进行气液分离。

在图5所示的实施例中，各个旋流叶片4在旋流部件5的横截面(即垂直于流动方向的平面)中的投影布置成彼此间间隔开，即不存在相互重叠的部分。然而，这些叶片也可以布置为彼此间部分地重叠。

如图1和2所示，内筒7的长度大于外筒6的长度。并且内筒7的上游侧端部与外筒6的上游侧端部对齐，而内筒7的下游侧端部伸出在外筒7的下游侧端部之外。在该实施例中，将排液孔8仅布置在内筒7的与外筒6重叠的周向侧壁区域中。

在一个未示出的实施例中，旋流部件5与内筒7形成为一体。其中，旋流部件5设置在内筒7的上游侧端部并完全伸出外筒6之外。在装配时，旋流部件5完全伸入到供给管路1中。这种结构使得气液分离装置20的安装更加方便，特别是对于如图2中所示的垂直使用的气液分离装置30。

根据本发明，假定内筒7的内径为D，则排液孔8的孔径可选择为0.01D-0.2D，优选为0.03D-0.08D。在一个实施例中，内筒7的周向侧壁的开孔率为2％-80％，优选为6％-40％。在一个优选的实施例中，排液孔8的开孔方向与内筒7内的液体旋流迹线方向相同，以有利于液体的排出。在一个实施例中，排液孔8的开孔方向与内筒7的轴线的夹角为10-90度，优选为30-60度。

根据本发明，将排液口9的数量设计为1-20个，优选1-10个。其直径设计为0.05D-0.5D，优选为0.1D-0.3D。

根据本发明，假定旋流叶片4的外径为D_x，则盲板3的直径为0.1D_x-0.5D_x，优选为0.2D_x-0.4D_x；罩筒11的外径为1.01D_x-1.5D_x，优选为1.02D_x-1.3D_x；外筒6的内径为1.2D_x-5D_x，优选为1.5D_x-4D_x。应注意地是，外筒6的内径应大于内筒7的外径，以在外筒6和内筒7之间形成环形腔2。

根据本发明，将旋流叶片4的数量选择为6-40，优选为10-30，和/或叶片投影重叠度为0-1，优选为0-0.5，和/或叶片厚度为1-10mm，优选为2-6mm。

如图3所示，在一种优选的气液分离装置40中，在盲板3的上游侧端面上布置有导流锥12，其逆向气流方向(如图3中所示的箭头方向)延伸。通过增设导流锥12，可以进一步降低分离过程中的压力降，减弱气流对旋流部件5的冲击。在一个实施例中，所述导流锥12设计成其顶角为10-150度，优选为30-90度。

如图1所示，当将气液分离装置20水平布置时，将排液孔8布置在内筒7的背向地面的1/4-4/5周向表面上。

如图2所示，当将气液分离装置30垂直或弯曲布置时，将排液孔8布置在内筒7的整个周向表面上。

在气液分离装置的实际生产过程中，为了确定旋流叶片4的结构，需要确定叶片的仰角、扭角、叶片外径、盲板直径、叶片数等参数。

以图1所示的气液分离装置20为例，在使用中，含液气流沿图中所示的箭头方向从供给管路1进入气液分离装置20。当气流流过旋流部件5中的导流通道10时，在离心力的作用下旋转进入内筒7中。之后，气流中的液体穿过排液孔8从内筒7中飞出从而与气流分开。液滴在环形腔2中聚集，最后从外筒6上的排液口9中排出。而气流则沿着管路流出。

下面以具体的实施例对本发明的气液分离装置20进行描述。容易理解，尽管在下述具体实施例中是针对聚烯烃如线性低密度聚乙烯来进行介绍的，然而该气液分离装置20显然可以适用于任何需要进入气液分离的应用中。

实施例1：

采用如图1所示的水平布置的气液分离装置20，用于生产线性低密度聚乙烯(LLDPE)流程中循环气冷凝后的气液分离。其中，排液孔8分布在内筒7的周向侧壁的背向地面的2/3周向表面上，开孔率为9％，而朝向地面的1/3周向表面不开孔。排液孔8的开孔方向与内筒7的轴线夹角为45度。内筒7的内径为600mm，排液孔8的孔径为25mm，外筒6的内径为1000mm。罩筒11的外径为585mm，盲板3的直径为150mm。旋流叶片4的数量为15，叶片外径13为570mm，并且旋流叶片4以仰角20度、扭角30度布置在罩筒11和盲板3之间，叶片厚度为5mm。排液口9的数量为1，其直径为120mm。

将压力为2.4MPa，温度为47℃的包括氢气、氮气、甲烷、乙烷、乙烯、己烯和异戊烷的气流以35m/s的速度穿过气液分离装置10。在气流中，液相为密度为575kg/m³的己烯和异戊烷，气相密度为28kg/m³，冷凝液总量为20％。循环气流经过气液分离装置10后，冷凝液分离效率可达80％，压降为6000Pa。气液分离效果较高，而压降较低。

实施例2：

采用如图3所示的水平布置的气液分离装置40，用于生产线性低密度聚乙烯(LLDPE)流程中循环气冷凝后的气液分离。在其中，排液孔8分布在内筒7的周向侧壁的背向地面的2/3周向表面上，开孔率为9％，而朝向地面的1/3周向表面不开孔。排液孔8的开孔方向与内筒7的轴线夹角为30度。内筒7的内径为600mm，排液孔8的孔径为25mm，外筒6的内径为800mm。罩筒11的外径为585mm，盲板3的直径为135mm。旋流叶片4的数量为20，叶片外径13外径为570mm，并且旋流叶片4以仰角30度、扭角45度布置在罩筒11和盲板3之间，叶片厚度为5mm。在盲板3的上游侧端面上设置有逆向气流方向延伸(如图中的箭头方向)的顶角为60度的导流锥。排液口9的数量为2，其直径为60mm。

将压力为2.4MPa，温度为52℃的包括氢气、氮气、甲烷、乙烷、乙烯、己烯和异戊烷的气流以25m/s的速度穿过气液分离装置10。在气流中，液相为密度为556kg/m³的己烯和异戊烷，气相密度为28kg/m³，冷凝液总量为15％。循环气流经过气液分离装置10后，冷凝液分离效率可达85％，压降为5200Pa。气液分离效果较高，而压降较低。

从以上两个实施例中可以看出，利用根据本发明的气液分离装置，可以实现较高的气液分离效率，同时压降能够保持为较低。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims

1.一种气液分离装置，包括：

与输送含液气流的供给管路相连的内筒，在所述内筒的周向侧壁上布置有排液孔；

以一定间隙套在所述内筒之外的外筒，在所述内筒和外筒之间形成封闭的环形腔，在所述外筒上设有排液端口；

设置在所述内筒的上游侧端部和所述供给管路之间的旋流部件；

其中，所述旋流部件包括罩筒、与罩筒同心地设置在罩筒内的盲板，以及多个从盲板沿下游方向倾斜地延伸到罩筒内壁上的旋流叶片，在相邻两个旋流叶片之间形成有导流通道；

所述气液分离装置为水平设置；

所述旋流叶片以一定的仰角和一定的扭角从盲板延伸到罩筒内壁；

各所述旋流叶片的仰角角度相同，所述仰角为10-80度；

各所述旋流叶片的扭角角度相同，所述扭角为10-80度；

含液气流在流过气液分离装置时，液体分散成液滴并跟随气流做旋转运动，在离心力的作用下与气流分离。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述仰角为15-60度。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述仰角为30度。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述扭角为20-60度。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述扭角为45度。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述各旋流叶片的直线边的延长线在罩筒横截面上的投影与同一个假想圆相切。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述各旋流叶片的直线边的延长线在罩筒横截面上的投影与盲板圆在罩筒横截面上的投影相切。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述排液孔的开孔朝向与所述内筒内的液滴的旋流迹线方向一致。

9.根据权利要求1或8所述的装置，其特征在于，所述排液孔布置在所述内筒的背向地面的1/4-4/5的周向表面上。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述盲板的上游侧端面上布置有逆向气流方向延伸的导流锥。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述导流锥的顶角为10-150度。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述导流锥的顶角为30-90度。

13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内筒的长度大于外筒的长度，其中内筒的上游侧端部与外筒的上游侧端部对齐，而内筒的下游侧端部伸出在外筒的下游侧端部之外。

14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旋流部件与内筒形成为一体，并且所述旋流部件伸出到所述外筒之外，整体地进入到供给管路中。

15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述旋流叶片的数量为6-40，和/或

叶片投影重叠度为0-1，和/或

叶片厚度为1-10mm。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，

所述旋流叶片的数量为10-30，和/或

叶片投影重叠度为0-0.5，和/或

叶片厚度为2-6mm。

17.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述排液孔的开孔方向与所述装置的中心轴线的夹角为10-90度，和/或

所述内筒的开孔率为2％-80％，和/或

所述排液孔的孔径为0.01D-0.2D，

其中，D为内筒的内径。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述排液孔的开孔方向与所述装置的中心轴线的夹角为30-60度，和/或

所述内筒的开孔率为6％-40％，和/或

所述排液孔的孔径为0.03D-0.08D，

其中，D为内筒的内径。

19.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述盲板的直径为0.1D_x-0.5D_x，和/或

所述罩筒的外径为1.01D_x-1.5D_x，和/或

所述外筒的内径为1.2D_x-5D_x，

其中，D_x为所述旋流叶片的外径。

20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，

所述盲板的直径为0.2D_x-0.4D_x，和/或

所述罩筒的外径为1.02D_x-1.3D_x，和/或

所述外筒的内径为1.5D_x-4D_x，

其中，D_x为所述旋流叶片的外径。

21.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述排液端口的直径为0.05D-0.5D，

其中，D为内筒的内径；

所述排液端口的数量为1-20。

22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，

所述排液端口的直径为0.1D-0.3D，

其中，D为内筒的内径；

所述排液端口的数量为1-10。

23.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置由防腐金属和/或非金属材料制成。

24.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置用于聚烯烃冷凝过程中的气液分离。