CN105311906A - 一种大型气液分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型气液分离器，包括带有上封头和下封头的外层筒体，上封头上设有进气口，下封头上设有排气口、主排液口、重力沉降排液口的外层筒体，外层筒体内设有中层筒体和内层筒体，中层筒体和内层筒体将外层筒体内部分隔成独立的三个腔体，中层筒体和内层筒体之间的腔体与进气口以及重力沉降排液口连通，内层筒体的内腔与排气口连通，中层筒体和内层筒体之间设有多个倾斜布置的旋风子，旋风子的上、下端伸出布置于中层筒体、外层筒体之间的腔体中。本发明具有气液混合物分离效果好、连续分离性能好，尤其适用于带压气体、处理气量大、要求阻力低且需分离效率高的气液分离。

Description

一种大型气液分离器

技术领域

本发明涉及化学工程非均相分离设备，具体涉及一种大型气液分离器。

背景技术

气液分离是一种重要的化工单元操作，可实现物料的回收、目标物质的提纯等。在化工、冶金、能源和环保等行业的生产或工艺过程中，需要将气液两相混合物加以分离的情况。通常采用适当的分离方法与设备并消耗一定的物料或能量才能达到目的。气液分离基本的分离方法有重力沉降、碰撞分离、离心分离、文丘里气液分离、静电分离等，分别适用于不同的粒径范围。采用不同的分离原理，气液分离器的结构繁多且性能有较大差异，包括无分流式惯性分离器、丝网气液分离器、分液罐分离器、双相涡轮分离器、重力沉降分离器、平行蛇管分离器、旋流分离器、离心力分离器、螺旋分离器、破沫网和高效气液聚结器等形式。

气液分离器是重整裂化和加氢裂化装置中的一个重要设备，它在工艺流程中的作用是通过重整裂化和加氢裂化除去循环氢气体中的含硫液滴等杂质，保证循环氢氨液洗涤脱H₂S塔的正常操作、减少其操作负荷以及保护加氢装置的心脏设备——循环氢压缩机。再例如：醋酸装置火炬单元中火炬气进入火炬头之前先通过气液分离器，使气液完全分离，以防止火炬气中夹带液滴。

随着装置朝大型化方向发展，在化工、天然气和环保等行业需要将运行压力0.1～10.0MPa的含液气体净化，有时要求单台设备的处理气量大于30000m³/h(操作态)，而且气体含液量很高(有时会超过每小时数百吨)，就目前的技术来看，旋风分离器仍是上述苛刻工况要求下的首选。旋风分离器是利用气态非均一系，在作高速旋转时所产生的离心力，将液滴从气流中分离出来的一种分离设备。由于液滴颗粒所受的离心力远远大于重力和惯性力，所以旋风分离器能经济地分离的最小液滴粒径可达到小于5μm。此外，旋风分离器结构比较简单，操作、维护方便，性能稳定，又不受气体的浓度、温度、物性等限制，且造价较低，所以已广泛地应用于各个工业生产中。

对于带压气体、大处理气量、要求阻力低且需分离效率高的气体含液工况条件，通常多种分离原理的组合方式。例如中国专利CN2609665Y，公开了一种带整流式折板的大型气液分离器，该设备主要用于天然气的分离，是进气管与筒体正交时的一种整流式折板，它包括一个圆管形折板壳，其内焊有整流板，折板壳一端与分离器筒体内壁焊接，另一端由端板封闭，在折板壳圆周上开一个矩形孔。气流与端板碰撞，转90°后，从整流板、矩形孔沿切线方向进入筒体。从旋风式排气管圆周上的孔分流出的气流经分流管、分流管喷头的大头喷出，其方向与经整流式折板的气流旋转方向相反。这种结构对带压气体、大处理气量没有问题，但整流式折板主要原理是靠惯性碰撞，其分离效率不高且通常分离器具有较高的运行阻力。例如中国专利CN200981027Y，公开了一种双偏心多管旋流高效分离器，该分离器设两个与罐体相切的进料口，旋流管内心管的管心偏离旋流管的管心。由于采用双切向进料口和偏心的旋流管结构，保证了进料分配腔内流体处于旋流状态，各旋流管进料量均衡，提高了旋流管的分离效率,旋流管的大长径比，增大了旋流的旋停时间，进一部提高了分离效率。但很显然该分离器不适用于较大处理气量，由于需要布置数量众多的旋流管，势必造成分离器直径过于庞大，同时该分离器未考虑多个旋流管底部的串气返混问题，因此分离效率会受影响。例如中国专利CN102489101A，公开了一种气液分离器，该气液分离器壳体内部空间自下而上分成集液区、旋分器排液尾气聚结区、旋流分离区、升气管分离区和升气管排气尾液聚结区，一级分离采用旋流分离，二级分离采用升气管弹射分离或涡流分离，三级分离采用破沫网对气体进一步净化，实现气液分离。同样该分离器因需要布置数量众多的旋流管也不适用于较大处理气量，同时该分离器也未考虑多个旋流管底部的串气返混问题，此外该分离器设置的第一及第二两个回流管也不合理，相当于对旋流管产生短路作用，因此其分离效率不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够实现对气液混合物进行连续分离，集成了重力沉降分离、多管旋风分离及聚结分离等三重分离效应，气液混合物分离效果好、连续分离性能好，尤其适用于带压气体、处理气量大、要求阻力低且需分离效率高的工况条件的大型气液分离器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种大型气液分离器，包括带有上封头和下封头的外层筒体，所述上封头上设有进气口，所述下封头上设有排气口、主排液口、重力沉降排液口的外层筒体，所述外层筒体内设有中层筒体和内层筒体，所述中层筒体和内层筒体将外层筒体内部分隔成独立的三个腔体，所述中层筒体和内层筒体之间的腔体与进气口以及重力沉降排液口连通，所述内层筒体的内腔与排气口连通，所述中层筒体和内层筒体之间设有多个倾斜布置的旋风子，所述旋风子的上、下端伸出布置于中层筒体、外层筒体之间的腔体中。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述旋风子倾斜布置的角度α的角度大小为10～60°。

所述旋风子包括壳体，所述壳体的内侧壁上设有旋流叶片，所述壳体内的一端插设有出口管、另一端设有锥管，所述锥管上靠壳体一端的口径较大。

所述锥管的开口处设有双锥堵头，所述双锥堵头的锥角β的角度大小为30～90°。

所述双锥堵头的锥尖朝向远离壳体的一端布置，且所述双锥堵头的底面口径D1比锥管的开口口径D2小。

所述双锥堵头的底面口径D1、锥管的开口口径D2之间的比值为0.5～0.9。

所述出口管的端部设有采用疏油疏水材料制成的多层波纹结构的聚结填料，所述聚结填料的总高度H为50～500mm。

所述中层筒体和内层筒体之间的腔体下部设有偏心锥斗，所述偏心锥斗的下部设有排液管，所述偏心锥斗通过排液管和重力沉降排液口相连。

所述内层筒体的上端设有内上封头，所述内上封头上设有防冲装置。

所述外层筒体的侧壁上分别侧设有耳座、人孔和液位计，所述人孔、液位计分别和外层筒体、中层筒体之间的内腔连通，所述内层筒体的下端设有下排气管，所述内层筒体的内腔通过下排气管与排气口连通。

本发明的大型气液分离器具有下述优点：本发明包括带有上封头和下封头的外层筒体，上封头上设有进气口，下封头上设有排气口、主排液口、重力沉降排液口的外层筒体，外层筒体内设有中层筒体和内层筒体，中层筒体和内层筒体将外层筒体内部分隔成独立的三个腔体，中层筒体和内层筒体之间的腔体与进气口以及重力沉降排液口连通，内层筒体的内腔与排气口连通，中层筒体和内层筒体之间设有多个倾斜布置的旋风子，旋风子的上、下端伸出布置于中层筒体、外层筒体之间的腔体中，针对处理气量大且需高效分离的要求，没有使用多组较大直径旋风并联的方案，而采用了数量众多的旋风子并联处理的方式,含液气体通过旋风子与出口管之间的环形区域（中层筒体和内层筒体之间的腔体），气体在旋流叶片的导流作用下，产生高速旋转，此时由于离心力的作用，将密度大于气体的液滴甩向外层筒体的器壁并被分离出来，通过旋风子能够实现很高的气液分离效率，能够实现对气液混合物进行连续分离，集成了重力沉降分离、多管旋风分离及聚结分离等三重分离效应，尤其适用于带压气体、处理气量大、要求阻力低且需分离效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例中旋风子的结构示意图。

图例说明：1、排气口；2、主排液口；3、下封头；4、下排气管；5、液位计；6、偏心锥斗；7、旋风子；71、双锥堵头；72、锥管；73、壳体；74、旋流叶片；75、出口管；76、聚结填料；8、外层筒体；9、中层筒体；10、内层筒体；11、内上封头；12、上封头；13、进气口；14、防冲装置；15、耳座；16、人孔；17、排液管；18、重力沉降排液口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示，本实施例的大型气液分离器包括带有上封头12和下封头3的外层筒体8，上封头12上设有进气口13，下封头3上设有排气口1、主排液口2、重力沉降排液口18的外层筒体8，外层筒体8内设有中层筒体9和内层筒体10，中层筒体9和内层筒体10将外层筒体8内部分隔成独立的三个腔体，中层筒体9和内层筒体10之间的腔体与进气口13以及重力沉降排液口18连通，内层筒体10的内腔与排气口1连通，中层筒体9和内层筒体10之间设有多个倾斜布置的旋风子7，旋风子7的上、下端伸出布置于中层筒体9、外层筒体8之间的腔体中。本实施例外层筒体8、中层筒体9、内层筒体10位于同一条中心轴线上，中层筒体9和内层筒体10将外层筒体8内部分隔成独立的三个腔体，针对带压的工况条件，外层筒体8、中层筒体9、内层筒体10均采用碳钢或不锈钢支承，所有接管均符合压力容器的设计及制造等规范要求；旋风子7的数量一般数十个到数百个之间即可。

本实施例中，旋风子7倾斜布置的角度α的角度大小为10～60°。

如图2所示，旋风子7包括壳体73，壳体73的内侧壁上设有旋流叶片74，壳体73内的一端插设有出口管75、另一端设有锥管72，锥管72上靠壳体73一端的口径较大。本实施例中，旋风子7的内径在300mm以下。

本实施例中，锥管72的开口处设有双锥堵头71，双锥堵头71的锥角β的角度大小为30～90°。因本分离器内置的旋风子7的数量众多，排料口(即锥管72下端)之间的串气会引起气流的返混并导致效率的降低，为此本实施例在旋风子7的底部特别地设置了一个降低返混现象发生的双锥堵头71，双锥堵头71对气流返混有明显地抑制作用，能够有效平衡了各个旋风子7之间的阻力差别，确保了大型气液分离器的总分离效率稳定。本实施例中，数量众多的旋风子7以一定的水平夹角焊接固定在中层筒体9、内层筒体10这两个同轴筒体上，因此该结构的抗热膨胀及形变的性能优异。

本实施例中，双锥堵头71的锥尖朝向远离壳体73的一端布置，且双锥堵头71的底面口径D1比锥管72的开口口径D2小。

本实施例中，双锥堵头71的底面口径D1、锥管72的开口口径D2之间的比值为0.5～0.9。

本实施例中，出口管75的端部设有采用疏油疏水材料制成的多层波纹结构的聚结填料76，聚结填料76的总高度H为50～500mm。含液气体进入旋风子7分离后，因离心机理所限不可避免的还有一些极细小的雾状液体未被分离，因此旋风子7的出口管内部设置了采用疏油疏水材料制成的多层波纹结构的聚结填料76，聚结填料76为疏油疏水材料且采用了多层过滤介质制成，具有过滤微小颗粒、聚结液体成分的双重功能，含液气体进入聚结填料76后，聚结填料76将气体中的细微雾滴逐步聚结成较大液滴，较大液滴在重力作用下沿出口管壁面回流至旋风子7内部并被分离出来。

本实施例中，中层筒体9和内层筒体10之间的腔体下部设有偏心锥斗6，偏心锥斗6的下部设有排液管17，偏心锥斗6通过排液管17和重力沉降排液口18相连。

本实施例中，内层筒体10的上端设有内上封头11，内上封头11上设有防冲装置14。

本实施例中，外层筒体8的侧壁上分别侧设有耳座15、人孔16和液位计5，人孔16、液位计5分别和外层筒体8、中层筒体9之间的内腔连通，内层筒体10的下端设有下排气管4，内层筒体10的内腔通过下排气管4与排气口1连通。

本发明大型高效气液分离器的工作原理是:含液气体由进气口13进入中层筒体9与内层筒体10之间形成的腔体中，由于气流的速度突然降低，气体中部分大直径液滴(大于50～100μm以上的液滴)因重力沉降而被分离出来，直接落入偏心锥斗6，这些汇集的液体通过排液管17由重力沉降排液口18排出。为防止含液气体由进气口13进入对内上封头11造成的冲击磨损，内上封头11的上部设置了防冲装置14。含液气体经重力沉降分离出部分大直径液滴后，含液气体分别进入数十至数百个旋风子7的壳体73与出口管75的环形区域，气体在旋流叶片74的导流作用下产生高速旋转，此时由于离心力的作用，将密度大于气体的液滴甩向壳体73的器壁，液滴一旦与器壁接触，便失去惯性力而靠入口速度的动量和向下的重力沿壁面下落，进入锥管72并继而被排入外层筒体8与中层筒体9之间的存储空间。由于旋风子7数量众多，排料口下端(即锥管72)之间的串气会引起气流的返混并导致分离效率的降低，为此旋风子7的锥管72底部特别地设置了一个降低返混现象发生的双锥堵头71，双锥堵头71对气流返混有明显地抑制作用，有效平衡了各个旋风子7之间的阻力差别，确保了大型高效气液分离器的总分离效率稳定。数量众多的旋风子7以一定的水平夹角焊接固定在两个同轴筒体(中层筒体9与内层筒体10)上，该结构的抗热膨胀及形变的性能优异。由众多旋风子7收集的液体被排入外层筒体8与中层筒体9之间的空腔中，这些液体最终从主排液口2排出分离器。含液气体及旋风子7高效分离器后，因离心分离的机理所限不可避免的还有一些极细小的雾状液体未被分离，因此旋风子7的出口管75内部设置了由波纹结构的聚结填料76组成的聚结分离器，聚结填料76为疏油疏水材料且采用了多层过滤介质，具有过滤微小颗粒、聚结液体成分的双重功能。含液气体进入聚结分离器，聚结填料76将气体中的细微雾滴逐步聚结成较大液滴，较大液滴在重力作用下沿出口管75壁面回流至旋风子7内部并被分离出来。最后被净化后的气体通过内层筒体10由下部的排气口1导出分离器。本实施例具体应用于湖北省某尿素融熔液气液分离项目，被分离的气体组成：氨气、二氧化碳、氮气及尿素融熔液(俗称尿液)，操作温度140～145℃，操作压力0.4～0.45MPa，总气体流量为360000～450000Nm³/h，尿液循环量1000m³/h，原采用国内某大学的直流降膜式旋风除雾器，该分离器由六台旋风除雾器并联操作，单台除雾器内径1300mm高度6100mm，经现场实际测定，其运行数据为：气相出口中含雾量0.139g/m³，即分离器总效率98.7%，分离器总阻力为7.7kPa。由于效果较差用户对原分离器进行了改造，采用本实施例的大型分离器，外层筒体8的内径3600mm、总高度8650mm，内置260台旋风子7，旋风子7的内直径250mm，改造后经测定其运行数据为：气相出口含雾量0.009g/m³,即大型高效气液分离器总效率99.9%，分离器总阻力为5.8kPa。比较两者实测数据可以得知：本实施例的大型分离器具有非常明显的优势，适用于带压气体、大处理气量、要求阻力低且需分离效率高的工况条件。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大型气液分离器，其特征在于：包括带有上封头（12）和下封头（3）的外层筒体（8），所述上封头（12）上设有进气口（13），所述下封头（3）上设有排气口（1）、主排液口（2）、重力沉降排液口（18）的外层筒体（8），所述外层筒体（8）内设有中层筒体（9）和内层筒体（10），所述中层筒体（9）和内层筒体（10）将外层筒体（8）内部分隔成独立的三个腔体，所述中层筒体（9）和内层筒体（10）之间的腔体与进气口（13）以及重力沉降排液口（18）连通，所述内层筒体（10）的内腔与排气口（1）连通，所述中层筒体（9）和内层筒体（10）之间设有多个倾斜布置的旋风子（7），所述旋风子（7）的上、下端伸出布置于中层筒体（9）、外层筒体（8）之间的腔体中。

2.根据权利要求1所述的大型气液分离器，其特征在于：所述旋风子（7）倾斜布置的角度α的角度大小为10～60°。

3.根据权利要求2所述的大型气液分离器，其特征在于：所述旋风子（7）包括壳体（73），所述壳体（73）的内侧壁上设有旋流叶片（74），所述壳体（73）内的一端插设有出口管（75）、另一端设有锥管（72），所述锥管（72）上靠壳体（73）一端的口径较大。

4.根据权利要求3所述的大型气液分离器，其特征在于：所述锥管（72）的开口处设有双锥堵头（71），所述双锥堵头（71）的锥角β的角度大小为30～90°。

5.根据权利要求4所述的大型气液分离器，其特征在于：所述双锥堵头（71）的锥尖朝向远离壳体（73）的一端布置，且所述双锥堵头（71）的底面口径D1比锥管（72）的开口口径D2小。

6.根据权利要求5所述的大型气液分离器，其特征在于：所述双锥堵头（71）的底面口径D1、锥管（72）的开口口径D2之间的比值为0.5～0.9。

7.根据权利要求6所述的大型气液分离器，其特征在于：所述出口管（75）的端部设有采用疏油疏水材料制成的多层波纹结构的聚结填料（76），所述聚结填料（76）的总高度H为50～500mm。

8.根据权利要求7所述的大型气液分离器，其特征在于：所述中层筒体（9）和内层筒体（10）之间的腔体下部设有偏心锥斗（6），所述偏心锥斗（6）的下部设有排液管（17），所述偏心锥斗（6）通过排液管（17）和重力沉降排液口（18）相连。

9.根据权利要求8所述的大型气液分离器，其特征在于：所述内层筒体（10）的上端设有内上封头（11），所述内上封头（11）上设有防冲装置（14）。

10.根据权利要求1～9中任意一项所述的大型气液分离器，其特征在于：所述外层筒体（8）的侧壁上分别侧设有耳座（15）、人孔（16）和液位计（5），所述人孔（16）、液位计（5）分别和外层筒体（8）、中层筒体（9）之间的内腔连通，所述内层筒体（10）的下端设有下排气管（4），所述内层筒体（10）的内腔通过下排气管（4）与排气口（1）连通。