CN104307288B - 一种高效旋流聚结气液分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种高效旋流聚结气液分离器，分离器主要包括容器壳体以及自下而上设置的旋流离心分离段、整流集液板、纳米纤维聚结分离段、螺旋分离段等梯度组成部分；容器壳体上设置有混合气体进口、净化气体出口和液相出口部分；所述液相出口部分设置集液室，集液室上设置液相出口，并在集液室部分设置液位计。本发明将重力沉降、离心分离和聚结分离等三种分离方法和表面改性技术有效结合起来，具有很高的分离效率和处理能力，能有效防止二次夹带问题。较普通气液分离器的分离效率提高5倍以上，提高了原料的利用率和产品回收率，降低了能源消耗。

Description

一种高效旋流聚结气液分离器

技术领域

本发明专利涉及一种天然气净化、石油化工气液分离技术领域，特别涉及一种天然气净化、石油化工领域气液分离的一种高效旋流聚结气液分离器。

背景技术

气液分离是天然气净化、石油化工等行业在生产过程中的经常遇到的一项工艺，利用气液分离进行物料回收、物质提纯等。其基本分离方法有重力分离、碰撞分离、离心分离、聚结分离、文丘里气液分离和电力沉降等，分别适合不同的粒径范围。采用不同的分离原理，气液分离器的性能和结构也有较大差异，包括重力沉降分离器、丝网气液分离器、分液罐分离器、双相涡轮分离器、无分流式惯性分离器、平行蛇管分离器、旋流分离器、离心力分离器和高效气液聚结器等。但是由于结构设计等原因，现在工业上应用的气液分离器大多分离效率不高，适用范围较窄、二次夹带严重，造成气液分离不彻底，不能很好地满足生产要求。

中国实用新型(200995173Y)公开了一种多级气液分离器，它包括带进水口、出气口和出液口的壳体，在壳体内的中部设置高速切线分离室，在高速切线分离室内组装多个小分离室，小分离室设置切向入口和集液管，在小分离室内设置导气管，导气管通向设置在上方的旋流板分离室，旋流板分离室的外围有导流通道通向集液室。该实用新型专利结构简单，主要运用了离心分离方法，但气液分离精度不高，效果不好，无法防止二次夹带严重问题，不能适用于高精度分离场合。

中国发明专利(CN102489101A)给出了一种高效气液分离设备，该发明专利含油旋流分离、涡流分离和丝网破沫分离等三种方法，可有效进行气液分离。不过，该设备虽然能够有效地进行气液分离，但是分离精度仍然不是很高，也无法防止二次夹带的问题，因此，适用范围较窄，无法应用于高精度分离场合。

为了满足工业生产的需要，必须进一步提高混合气液流的分离效率，防止二次夹带问题，提供分离效率高、适用范围广、处理能力强、操作周期长的气液分离设备。

发明内容

本发明的目的在于克服现有气液分离设备上述缺点，提供一种分离效率高、适用范围广、有效防止二次夹带、操作周期长、可适宜精度分离的气液分离器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高效旋流聚结气液分离器，其特征在于，所述的分离器主要包括容器壳体以及自下而上设置的旋流离心分离段、整流集液板、纳米纤维聚结分离段、螺旋分离段；

所述的容器壳体的顶端设置一净化气体出口，容器壳体的底部为一个带有液位计的集液室，集液室底端设有一液相出口，位于旋流离心分离段部分的容器壳体侧面上有一气体进口，气体进口处一个气体均布整流器连接在容器壳体上；

所述的旋流离心分离段位于集液室上方，由一个或多个旋流器组成；所述的旋流器通过旋流器平板连接在容器壳体上，旋流器自上而下包括圆柱段、圆锥段、U型管形底流管，圆柱段上部侧面设置一长方形进口，圆柱段内设置有一旋流器溢流管，旋流器溢流管上端出口设置防冲挡板，旋流器溢流管下端设有导流裙边，U型管形底流管位于圆锥段底端，U型管形底流管上端口处有一圆弧形隔离板、尾部连接一内径小于U型管形底流管的出口渐缩的J形渐缩管；

所述的整流集液板为一个固定在容器壳上的多孔均布的开孔厚板，厚板开孔处设置有长度大于板厚度的气相导流管，气相导流管上端出口封闭，上部四周开有长方形孔，厚板四周设置有出口为渐缩口的液相导流管；

所述的纳米纤维聚结分离段为填充在两块挡板之间的纳米纤维材料，两块挡板固定于容器壳体上；

所述的螺旋分离段通过一分离段平板安装在容器壳体内，包括一个或多个设置在分离段平板上的圆筒，圆筒内有一固定在分离段平板上的圆柱，螺旋板缠绕在圆柱上，导流板前端伸进圆筒内部并连接于筒壁底部边缘上。

所述的均布整流器为选自多孔管、分支管、防冲挡板、列式叶片中的一种。

所述的位于旋流器溢流管上端出口处的防冲挡板为选自圆弧板、半椭圆板或斜板中的一种。

所述的导流裙边的底边为开有槽形或锯齿形的底边。

所述的旋流器的内外壁为光滑壁面。

所述的纳米纤维材料是由选自金属纤维、玻璃纤维、聚四氟乙烯纤维、聚丙烯纤维中的一种或多种按照X或Ω方式编结而成的纳米纤维材料。一般地，以不锈钢细圆柱为骨架，以金属纤维和其他纤维混合编结而成。纳米纤维材料可以经过亲水疏油或亲油疏水改性处理，长度为100～600mm。

所述的螺旋板的上表面为光滑面，下表面为经过亲水疏油或亲油疏水改性处理的改性表面。

所述的旋流离心分离段、整流集液板、纳米纤维聚结分离段、螺旋分离段之间的间隔距离大于100mm。

本发明的有益效果在于，将旋流离心分离、重力分离和纳米纤维聚结分离等三种分离方法和表面改性技术有效结合起来，并通过螺旋聚结的方法防止二次夹带问题，可以适合不同的粒径范围，具有很高的分离效率和处理能力，能有效防止二次夹带问题。

本发明设备中采用的材料，可根据气体含液浓度、气液两相的物性特点和分离要求，对螺旋板和纳米纤维材料进行表面改性处理，能有效、迅速地将液相从气相中分离。

附图说明

图1是本发明的高效旋流聚结气液分离器结构示意图。

其中，1‐液相出口；2‐集液室；3‐液位计；4‐气体均布整流器；5‐气体进口；6‐旋流器；7‐整流集液板；8‐纳米纤维材料；9‐导流板；10‐螺旋板；11‐圆筒；12‐净化气体出口，24‐旋流器平板，25‐分离段平板，26‐上挡板，27‐下挡板。

图2是本发明的旋流器结构示意图。

其中，13‐U型管形底流管；14‐J形渐缩管；15‐圆弧型隔离板；16‐圆锥段；17‐导流裙边；18‐圆柱段；19‐旋流器溢流管；20‐长方形进口；21‐防冲挡板。

图3是整流集液板结构示意图。

其中，22‐液相导流管；23‐气相导流管。

图4是螺旋分离段导流板连接示意图。

图5‐1是纳米材料X型编制方法示意图。

图5‐2是纳米材料Ω型编制方法示意图。

具体实施方式

下面通过附图、实施方式和实施例对本发明作出阐述。

高效旋流聚结气液分离器，如图1所示，包括位于气液分离器底部的液相出口1以及与之相连接的集液室2和用于界定液位的液位计3，位于气体气液分离器旋流分离段处的气体进口5及与之连接的用于整流的均布整流器4，还包括改进结构后的旋流器6以及其上部的各个内件：用于整流和收集液体的整流集液板7、进行精细分离的纳米纤维材料8、螺旋分离段的导流板9和螺旋板10和集液导流的圆筒11，还有位于气液分离器顶部的净化气体出口12；另外，在整流集液板上还有专门用于气相导流管23和液相导流管22。

旋流器如图2所示，除了具备旋流器所应有的部件：圆柱段18、圆锥段16、溢流管19和底流管13；本发明还针对气液分离的特点，特别改进的设计的U型底流管13和出口渐缩的底流管J形渐缩管14以及圆弧型隔离板15、导流裙边17和防冲挡板21。

改进结构后的旋流器作用：为防止气流直接由底流管进入旋流器6，故设置U型底流管13和出口渐缩的底流管J形渐缩管14；为防止分离出来的液体再度被旋流气体裹挟，故设计圆弧型隔离板15；为防止在溢流管19外壁凝结的液膜脱落时被气流带入溢流管19而降低旋流器分离效率，故在溢流管19的底部设置导流裙边17，其通常开有槽形或锯齿形的底边，便于使液膜脱落；为防止气流直接冲击整流&集液板7和由纳米纤维材料8分离出来的液相直接进入溢流管19时被气流重新带起而降低分离效率，故在溢流管19的出口处设置防冲挡板21。

实施例

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实例1

重庆市某天然气净化厂的净化过滤器，试用了本发明的高效旋流聚结气液分离器，对其输送的天然气进行净化，以除去天然气中的油、水及其他凝析液体和杂质。

其具体运作过程及效果描述如下：

1.天然气净化设备的操作条件：主要成分为：95％天然气，3％凝析水，1.5％凝析油，0.5％其他杂质；处理量为8×10⁵m³/d，凝析液为3×10⁴㎏/d，操作温度为45℃，操作压力为4.0MPa。

2.实施过程：

气液混合液进入本发明的高效旋流聚结气液分离器，先经过均布整流器进行整流，然后进入容器壳体下部，先由重力分离进行初次分离，以分离出大粒径的液体颗粒；随着进入气体增多，气压增大，混合物进入结构改进后的旋流器进行再次分离，在离心力作用下，分出较小粒径的液滴；而后混合气流经整流集液板进行整流后进入纳米纤维材料进行精细分离，以分离出小粒径的液体；此时混合气流中的液体基本上被分离干净。考虑到气流流出纳米纤维时可能会产生二次夹带问题，分离出来的气流进入的螺旋分离段，小液滴会在螺旋板改性表面聚结成液膜，逐渐增大后，由于旋流离心力作用而脱落，被甩至螺旋分离段的圆筒内壁上，顺着内壁流下，由导流板(上表面)导流至纳米纤维材料的四周部位；和纳米纤维材料聚结分离出来的液体在整流集液板上收集，由液相导流管进入旋流器上方的平板，液体沿溢流管的内壁进入U型管形底流管，然后经底流管后的J形渐缩管进入集液室；分离出来的液体被收集在集液室内，由液位计检测其液位，当达到一定液位后排出分离器。

3.结果分析

通过本发明的高效旋流聚结气液分离器，梯度组合式聚结分离方法，气体脱出液体粒径在1μm以上液滴的效果达到99.9％以上。即在操作条件下，净化后天然气含液量约为4.5‰左右。

实施例2

河北某石化厂的循环加氢精制工艺中的循环氢脱烃器，试用了本发明的高效旋流聚结气液分离器，对循环氢进行净化，以除去循环氢中的重烃组分及其他杂质。

其具体运作过程及效果描述如下：

1.循环氢脱烃器设备的操作条件：重烃组分的质量分数约为3000～20000ppm；密度约为0.86～1.1㎏/m³，粒径约为1～200μm；正常流量为2.7×10⁵m³/h，最大流量为3.4×10⁵m³/h。

2.实施过程：

含有重烃组分的循环氢进入本发明的高效旋流聚结气液分离器，先经过均布整流器进行整流，然后进入容器壳体下部，先由重力分离进行初次分离，以分离出大粒径的液体颗粒；随着进入气体增多，气压增大，混合物进入结构改进后的旋流器进行再次分离，在离心力作用下，分出较小粒径的液滴；而后混合气流经整流&集液板进行整流后进入纳米纤维材料进行精细分离，以分离出小粒径的液体；此时混合气流中的液体基本上被分离干净。考虑到气流流出纳米纤维时可能会产生二次夹带问题，分离出来的气流进入的螺旋分离段，小液滴会在螺旋板改性表面聚结成液膜，逐渐增大后，由于旋流离心力作用而脱落，被甩至螺旋分离段的圆筒内壁上，顺着内壁流下，由导流板(上表面)导流至纳米纤维材料的四周部位；和纳米纤维材料聚结分离出来的液体在整流集液板上收集，由液相导流管进入旋流器上方的平板，液体沿溢流管的内壁进入U型管形底流管，然后经底流管J形渐缩管进入集液室；分离出来的液体被收集在集液室内，由液位计检测其液位，当达到一定液位后排出分离器。

3.结果分析

通过本发明的高效旋流聚结气液分离器，梯度组合式聚结分离方法，循环氢中C₅₊以上重烃组分的平均脱除率是92.7％；循环氢中水的平均脱除率为96.8％；从而间接地提高了循环氢的浓度，循环氢体积分数提高4.3％。

Claims (10)

1.一种高效旋流聚结气液分离器，其特征在于，所述的分离器主要包括容器壳体以及自下而上设置的旋流离心分离段、整流集液板、纳米纤维聚结分离段、螺旋分离段；

所述的容器壳体的顶端设置一净化气体出口，容器壳体的底部为一个带有液位计的集液室，集液室底端设有一液相出口，位于旋流离心分离段部分的容器壳体侧面上有一气体进口，气体进口处一个气体均布整流器连接在容器壳体上；

所述的旋流离心分离段位于集液室上方，由一个或多个旋流器组成；所述的旋流器通过平板连接在容器壳体上，旋流器自上而下包括圆柱段、圆锥段、U型管形底流管，圆柱段上部侧面设置一长方形进口，圆柱段内设置有一旋流器溢流管，旋流器溢流管上端出口设置防冲挡板，旋流器溢流管下端设有导流裙边，U型管形底流管位于圆锥段底端，U型管形底流管上端口处有一圆弧形隔离板、尾部连接一内径小于U型管形底流管的出口渐缩的J形渐缩管；

所述的整流集液板为一个固定在容器壳上的多孔均布的开孔厚板，厚板开孔处设置有长度大于板厚度的气相导流管，气相导流管上端出口封闭，上部四周开有长方形孔，厚板四周设置有出口为渐缩口的液相导流管；

所述的纳米纤维聚结分离段为填充在两块挡板之间的纳米纤维材料，两块挡板固定于容器壳体上；

所述的螺旋分离段通过一平板安装在容器壳体内，包括一个或多个设置在平板上的圆筒，圆筒内有一固定在平板上的圆柱，螺旋板缠绕在圆柱上，导流板前端伸进圆筒内部并连接于筒壁底部边缘上。

2.如权利要求1所述的高效旋流聚结气液分离器，其特征在于，所述的均布整流器为选自多孔管、分支管、防冲挡板、列式叶片中的一种。

3.如权利要求1所述的高效旋流聚结气液分离器，其特征在于，所述的位于旋流器溢流管上端出口处的防冲挡板为选自圆弧板、半椭圆板或斜板中的一种。

4.如权利要求1所述的高效旋流聚结气液分离器，其特征在于，所述的导流裙边的底边为开有槽形或锯齿形的底边。

5.如权利要求1所述的高效旋流聚结气液分离器，其特征在于，所述的旋流器的内外壁为光滑壁面。

6.如权利要求1所述的高效旋流聚结气液分离器，其特征在于，所述的纳米纤维材料是由选自金属纤维、玻璃纤维、聚四氟乙烯纤维、聚丙烯纤维中的一种或多种按照X或Ω方式编结而成的纳米纤维材料。

7.如权利要求6所述的高效旋流聚结气液分离器，其特征在于，所述的纳米纤维材料是经过亲水疏油或亲油疏水改性处理的纳米纤维材料。

8.如权利要求6或7所述的高效旋流聚结气液分离器，其特征在于，所述的纳米纤维材料的长度为100～600mm。

9.如权利要求1所述的高效旋流聚结气液分离器，其特征在于，所述的螺旋板的上表面为光滑面，下表面为经过亲水疏油或亲油疏水改性处理的改性表面。

10.如权利要求1所述的高效旋流聚结气液分离器，其特征在于，所述的旋流离心分离段、整流集液板、纳米纤维聚结分离段、螺旋分离段之间的间隔距离大于100mm。