CN109157939B - 气化降温-旋流聚结组合式气液分离器及其应用 - Google Patents

Abstract

本公开涉及气化降温‑旋流聚结组合式气液分离器及其应用，提供了一种气化降温‑旋流聚结组合式气液分离器，它包括：壳体，以及气化降温段、集液室和强化分离段，其中：所述气化降温段与壳体的进口连接；所述集液室(14)置于壳体内的圆形平板(15)下方，集液室底部设置液体出口(16)；以及所述强化分离段由单个或多个旋流‑聚结一体式分离器(17)并联组成，通过圆形平板(15)固定在壳体内，所述旋流‑聚结一体式分离器包括置于圆形平板(15)上方的聚结内件(18)和置于圆形平板(15)下方的旋流器(19)。

Description

气化降温-旋流聚结组合式气液分离器及其应用

技术领域

本公开属于从气体中分离可凝液体颗粒的组合机械领域，特别涉及石油化工领域，涉及实现烃类混合气体高效气液分离的气化降温-旋流聚结组合式气液分离器。

背景技术

气液分离是石油化工行业在生产过程中经常遇到的一项工艺，满足对气体进行净化、物料回收和气液分离的工艺需求。其基本的分离方法有重力分离、离心分离、聚结分离和电力沉降等，每种方法适用于不同的粒径范围。

烃类气体压缩机作为石油化工行业实现烃类气体增压并输送的关键设备，其运行的稳定性和安全性关系到工厂的正常生产运行。而烃类气体中存在的带液问题又对烃类气体压缩机的安全稳定运行产生巨大的威胁。烃类气体带液会在压缩机中发生液击，对压缩机的气阀、阀片、活塞和气缸等产生巨大的危害；如果液体进入压缩机汽缸内，则会产生机身震荡，对压缩机的排气温度和排气压力都会产生不利影响，从而降低压缩机的工作效率。因此，对烃类混合气体进行充分的气液分离和净化可以避免因为气体带液而发生的液击对设备造成的损坏和减少压缩机汽缸中的积液，从而保障烃类气体压缩机的安全稳定运行。

典型的环管聚丙烯生产工艺，如石家庄炼化的20万吨/年聚丙烯装置中烃类混合气体增压输送工艺流程如图1所示，原料烃类气体先经过内置冷凝器5的冷却塔1对气体中的气态液体冷凝从而除去大部分液体，并对气体降温，然后通过气液分离器2-1对气体中的剩余微量液态液体进行聚结分离，最后再通过过滤器3-1和3-2，最终送入压缩机4。但在整个系统运行过程中发现压缩机内仍有不少积液，制约了压缩机的长周期运行。究其原因在于现有的气液分离器气液分离不彻底，不能充分解决烃类混合气体的带液问题。

现有的气液分离器普遍存在分离机理较为单一、适用分离粒径范围较窄和效率低等问题。因此，为满足工业领域生产要求，解决烃类混合气体的带液问题，本领域迫切需要开发出一种分离机理多元化，分离精度高、处理能力强的组合式气液分离器。

发明内容

本公开提供了一种新颖的气化降温-旋流聚结组合式气液分离器，采用气化降温凝结分离、旋流离心分离和聚结分离串联组合的技术，分层次、分梯度分离气体中不同粒径范围的液体颗粒，该组合式分离器可99％分离出粒径在5um以上的液体颗粒，较现有的气液分离器分离效率提升三倍以上，充分解决了烃类混合气体的带液问题，保障了后续工艺设备安全稳定运行。

一方面，本公开提供了一种气化降温-旋流聚结组合式气液分离器，它包括：壳体，以及气化降温段、集液室和强化分离段，其中：

所述气化降温段与壳体的进口连接，包括：气体进口、注射口和混合段；

所述集液室置于壳体内的圆形平板下方，集液室底部设置液体出口；以及所述强化分离段由单个或多个旋流-聚结一体式分离器并联组成，通过圆形平板固定在壳体内，所述旋流-聚结一体式分离器包括置于圆形平板上方的聚结内件和置于圆形平板下方的旋流器，其中，所述旋流器包括：溢流管、圆柱段、圆锥段和J型底流管，并在圆柱段上端侧边设置矩形进口；强化分离段顶部设置气体出口。

在一个优选的实施方式中，所述气化降温段的设备均进行绝热保温处理。

在另一个优选的实施方式中，在所述气化降温段中，采用注射口注射液体至壳体内，注射液体因压力温度变化致其气化吸热，实现气体降温以冷凝析出气体中可凝液体颗粒。

在另一个优选的实施方式中，针对进口气体是混合烃类气体，注射液体选自该混合烃类气体组成成分中的一种或多种。

在另一个优选的实施方式中，在所述强化分离段中，所述聚结内件的形状为同心圆筒状，中心线与旋流器溢流管中心线一致，底部固定于旋流器圆柱段上端且与其平齐，同心圆筒内径大于旋流器溢流管直径。

在另一个优选的实施方式中，所述聚结内件使用纤维聚结材料，采用双层或多层复合结构。

在另一个优选的实施方式中，所述纤维聚结材料选自金属纤维、玻璃纤维、聚四氟乙烯纤维和聚丙烯纤维中的两种或更多种。

在另一个优选的实施方式中，所述纤维聚结材料的直径小于50um，空隙率为30-99％。

在另一个优选的实施方式中，在所述强化分离段中，所述旋流-聚结一体式分离器具有如下参数要求：聚结内件外径与旋流器圆柱段外径之比为0.8-1.5,聚结内件高度与旋流器圆柱段外径之比为1-10，旋流器圆柱段高度与旋流器圆柱段外径之比为1-10。

另一方面，本公开涉及所述气液分离器在炔类混合气体气液分离中的应用。

有益效果：

本发明的装置的主要优点在于：

本发明将气化降温、离心分离和聚结分离等技术相互结合，分层次、分梯度地分离气体中不同粒径范围内的液体颗粒，具有多元分离机制，可99％分离出颗粒粒径在5um以上的液滴，较普通的气液分离器的分离效率提升三倍以上，有效去除了混合烃类气体中的液体颗粒，解决了烃类气体带液对后续工段设备产生不利影响的问题，保障了后续工艺设备安全稳定运行，满足了工业领域对高精度、高效率气液分离器的需求。

附图说明

附图是用以提供对本公开的进一步理解的，它只是构成本说明书的一部分以进一步解释本公开，并不构成对本公开的限制。

图1示出了现有技术中烃类混合气体增压输送工艺流程。

图2是根据本发明一个优选实施方式的气化降温-旋流聚结组合式气液分离器的示意图。

图3是示出了根据本发明一个优选实施方式的使用气化降温-旋流聚结组合式气液分离器的烃类混合气体增压输送工艺流程。

图4是根据本发明一个优选实施方式的双层复合聚结内件的水平剖视图。

图5是根据本发明一个优选实施方式的旋流-聚结一体式分离器的示意图。

具体实施方式

本申请的发明人经过广泛而深入的研究后发现，石油化工领域烃类混合气体输送环节存在着气液分离不充分的问题，影响后续工艺设备安全稳定运行；针对现有工艺流程中气液分离器分离机理较为单一、适用分离粒径范围较窄和效率低等问题，本申请的发明人依据多年在气-液、液-液分离技术的研究和工程应用中积累的经验，采用气化降温-旋流聚结组合式气液分离技术，分层次、分梯度地分离气体中不同粒径范围内的液体颗粒，采用多元分离机制，可以99％分离气体中颗粒粒径在5um以上的液滴，较普通的气液分离器的分离效率提升三倍以上，较好地解决了烃类混合气体带液输送对压缩机造成的不良影响，满足了工业领域对高精度、高效率气液分离器的需求。基于上述发现，本发明得以完成。

在本公开的第一方面，提供了一种气化降温-旋流聚结组合式气液分离器，它主要包括壳体以及自进口至出口而设置的气化降温段、集液室和强化分离段，其中：

所述气化降温段与壳体连接，包括气体进口、注射口和混合段；气化降温段的设备均进行绝热保温处理；

所述集液室置于壳体内的圆形平板下方，集液室底部设置液体出口；

所述强化分离段由单个或多个旋流-聚结一体式分离器并联组成，通过圆形平板固定在壳体内，该旋流-聚结一体式分离器自上而下包括聚结内件和旋流器，所述旋流器包括溢流管、圆柱段、圆锥段和J型底流管，在圆柱段上端侧边设置矩形进口，强化分离段顶部设置气体出口。

在本公开中，在所述气化降温段中，采用注射口注射液体至壳体内，注射液体因压力温度变化致其气化吸热，实现了气体降温以冷凝析出气体中可凝液体颗粒。

在本公开中，针对进口气体是混合烃类气体，注射液体为选自进口混合烃类气体组成成分中的一种或多种。

在本公开中，在所述强化分离段中，所述聚结内件的形状为同心圆筒状，中心线与旋流器溢流管中心线一致，底部固定于旋流器圆柱段上端且与其平齐，同心圆筒内径大于旋流器溢流管直径。

在本公开中，所述聚结内件使用纤维聚结材料，采用双层或多层复合结构。

在本公开中，所述纤维聚结材料选自金属纤维、玻璃纤维、聚四氟乙烯纤维和聚丙烯纤维中的两种或更多种。

在本公开中，所述纤维聚结材料的直径小于50um，空隙率为30-99％。

在本公开中，在所述强化分离段中，旋流-聚结一体式分离器具有如下参数要求：聚结内件外径与旋流器圆柱段外径之比为0.8-1.5,聚结内件高度与旋流器圆柱段外径之比为1-10，旋流器圆柱段高度与旋流器圆柱段外径之比为1-10。

在本公开的第二方面，提供了一种利用所述气化降温-旋流聚结组合式气液分离器进行炔类混合气体气液分离的方法，该方法包括以下步骤：

(i)在输送介质为烃类混合气体的条件下，在烃类混合气体中注射至少一种高压液态烃类气体，该液态炔类气体吸热气化使大颗粒可凝液体冷凝沉降至集液室；其中，所述液态炔类气体为所述炔类混合气体中的一种或多种；

(ii)进入集液室内的混合气体流入旋流器，在气压、气流的作用下混合气体中密度较大的颗粒向外向下运动流向旋流器的圆锥段进入J型底流管；以及(iii)剩余混合气体经溢流口流经聚结内件后排出。

以下参看附图。

图2是根据本发明一个优选实施方式的气化降温-旋流聚结组合式气液分离器的示意图。如图2所示，烃类混合气体从气体进口11进入组合式气液分离器，在注射口12处注射合适的液态烃类气体，气体注入量依据注射的液态烃类气体的物性参数(温度、压力、密度、比热容、气化潜热和沸点等)结合所需温降值和热力学公式即可计算得知，该液态烃类气体注射入组合式气液分离器气体进口处时，由于温度和压力的变化而迅速气化，在此过程中吸收进口气体的热量，从而达到给进口气体降温的目的，经过混合段13的混合吸热降温，进口气体中大部分可凝液体在气液分离器的集液室14冷凝沉降下来，这部分液体可以通过集液室底部设置的液体出口16排出；以上是该组合式气液分离器气液分离的第一梯度，将进口气体中大部分可凝液体大颗粒去除；其中，组合式气液分离器包括：壳体，以及气化降温段、集液室和强化分离段，所述强化分离段由单个或多个旋流-聚结一体式分离器17并联组成，通过圆形平板15固定在壳体内，所述旋流-聚结一体式分离器包括置于圆形平板上方的聚结内件18和置于圆形平板下方的旋流器19；强化分离段顶部设置气体出口10；

进入集液室的气体会在压力的推动下通过旋流器的矩形进口切向进入到旋流器中，在圆柱段内产生高速旋转的流场，密度小的气体组分向中心轴线方向运动，并在轴线中心形成一向上运动的内涡旋，然后通过溢流管从溢流口排出；气体中的液滴颗粒密度较大，在旋转场的作用下沿径向向外运动，在圆锥段沿器壁向下运动，并从底流口排出进入J型底流管；J型底流管中的液体起到液封的作用，即阻止集液室中的气体从旋流器底部进入到旋流器中；以上是该组合式气液分离器气液分离的第二梯度，在离心力的作用下可99％地分离出颗粒粒径在10um以上的液滴；

气体从溢流管的溢流口排出，通过聚结内件排出到组合式气液分离器上部，进而通过气体出口排出；所述聚结内件采用多层复合材料，其材料可以选自金属纤维、玻璃纤维、聚四氟乙烯纤维和聚丙烯纤维中的两种或更多种，根据进口气体种类和组分的不同优选相关的复合结构；以上是该组合式气液分离器气液分离的第三梯度，在聚结分离下可99％地分离出颗粒粒径在5um以上的液滴。

图3是示出了根据本发明一个优选实施方式的使用气化降温-旋流聚结组合式气液分离器的烃类混合气体增压输送工艺流程。如图3所示，原料烃类气体先经过内置冷凝器5的冷却塔1对气体中的气态液体冷凝从而除去大部分液体，从气体进口进入本发明的气化降温-旋流聚结组合式气液分离器2-2(在注射口12处注射合适的液态烃类气体)，对气体中的剩余微量液态液体进行气化降温、离心分离和聚结分离，最后再通过过滤器3-1和3-2，最终送入压缩机4。

图4是根据本发明一个优选实施方式的双层复合聚结内件的水平剖视图。如图4所示，黑色部分和虚线部分分别是两种材质的纤维层A和纤维层B，多种材质纤维复合有助于提升聚结效率。

图5是根据本发明一个优选实施方式的旋流-聚结一体式分离器的示意图。如图5所示，所述旋流-聚结一体式分离器包括置于圆形平板15上方的聚结内件18和置于圆形平板15下方的旋流器19，其中，所述旋流器包括：溢流管20、圆柱段21、圆锥段22和J型底流管23，并在圆柱段上端侧边设置矩形进口24。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。

实施例1：

重庆市某天然气净化厂烃类混合气体输送工艺流程使用了本发明的气化降温-旋流聚结组合式气液分离器，对其输送的烃类气体进行充分的气液分离，以保证后续工艺设备的安全稳定运行。

其具体的操作工况和运行效果描述如下：

1.操作工况：进口混合烃类气体主要组成如下：丙烷10％、丙烯70％、正丁烯20％；进口气量3183kg/h，进口气体温度35℃，压力0.05MPa；注射口注入的是液态丙烯，其温度为0℃，压力2MPa，注射量207L/h。

2.实施过程：如图2-3和5所示，经过冷凝器初步冷却后的气体进入组合式气液分离器，通过注射口注入的丙烯气化吸热，混合烃类气体得到进一步的冷却，一部分冷凝的液体大颗粒在集液室被收集；接着气体从旋流器矩形进口进入旋流器，在离心力的作用下进行精细分离，以分离出粒径在10um以上的液体颗粒；接着气体通过溢流管进入聚结内件内部，通过聚结内件复合材料后排出组合式气液分离器，在此过程中可以分离出粒径在5um以上的液滴颗粒；聚结纤维上的大液滴又会在重力的作用下顺着溢流口进入溢流管，最终被收集排出。其中，聚结内件中纤维层A和纤维层B分别为玻璃纤维和金属纤维，占比面积为70％和30％，如图4所示。

3.结果分析

通过本发明的气化降温-旋流聚结组合式气液分离器，气体脱出粒径在5um以上的液滴颗粒的效果达到99％以上，较之前的气液分离器(如图1所示)的分离效率提升到5倍。

实施例2：

河北某石化厂聚丙烯装置中的混合烃类气体输送工艺流程使用了本发明的气化降温-旋流聚结组合式气液分离器，对其输送的烃类气体进行净化，去除气体中的液体颗粒，保证烃类气体压缩机的长周期稳定运行。

其具体的操作工况和运行效果描述如下：

1.操作工况：进口混合烃类气体主要组成如下：丙烷5％、丙烯95％；操作温度30℃，压力0.15MPa，处理量8000kg/h；注射口注入的是丙烯和丙烷混合液体。

2.实施过程：如图2-3和5所示，气体进入容器壳体内，在混合段与注射口注入的气体混合并整体降温，丙烷和丙烯中可凝液体冷凝成大的液滴，最终在集液室被收集；接着气体进入旋流-聚结一体式分离器，通过离心分离和聚结分离的作用机理最终通过容器上部的气体出口排出容器；聚结内件收集的液体会顺着溢流管进入旋流器，而旋流器内部的液体会流入J形底流管，最终进入集液室；待集液室底部收集的液体达到一定液位后排出气液分离器。其中，聚结内件中纤维层A和纤维层B分别为玻璃纤维和金属纤维，占比面积为65％和35％，如图4所示。

3.结果分析

通过本发明的气化降温-旋流聚结组合式气液分离器，混合烃类气体中液体颗粒的脱除率达到99％以上，即在使用本发明的气化降温-旋流聚结组合式气液分离器后可以充分解决烃类气体带液问题。

实施例3：

武汉市某石化厂的混合烃类气体输送工艺中使用了本发明的气化降温-旋流聚结组合式气液分离器，对其输送的烃类气体进行除液处理，以满足后续工艺设备对洁净干燥的混合烃类气体的需求。

其具体的操作工况和运行效果描述如下：

1.操作工况：进口混合烃类气体主要组成：丙烷50％，正丁烯30％，正丁烷20％；操作温度38℃，压力0.08MPa，处理量4000kg/h；注射口注入的是液态丙烷。

2.实施过程：如图2-3和5所示，气体进入气体进口处，与注射口注入的少量气体在混合段混合，在此过程中温度下降，析出混合烃类气体中大部分可凝液体颗粒；接着混合烃类气体进入集液室，通过旋流-聚结一体式分离器中设置的矩形进口进入到旋流-聚结一体式分离器中，不同粒径的液体颗粒在离心分离和聚结分离机理的作用下被分离出来，洁净干燥的混合烃类气体则通过旋流-聚结一体式分离器上部设置的气体出口排出；过程中的液体则最终会在集液室中被收集并排出。其中，聚结内件中纤维层A和纤维层B分别为玻璃纤维和金属纤维，占比面积为75％和25％，如图4所示。

3.结果分析

通过本发明的气化降温-旋流聚结组合式气液分离器，混合烃类气体中液体颗粒被充分分离出来，满足了该石化厂在混合烃类气体输送工艺中对洁净干燥的混合烃类气体的需求。

上述所列的实施例仅仅是本公开的较佳实施例，并非用来限定本公开的实施范围。即凡依据本申请专利范围的内容所作的等效变化和修饰，都应为本公开的技术范畴。

在本公开提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本公开的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本公开作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种气化降温-旋流聚结组合式气液分离器，它包括：壳体，以及气化降温段、集液室和强化分离段，其中：

所述气化降温段与壳体的进口连接，包括：气体进口(11)、注射口(12)和混合段(13)；

所述集液室(14)置于壳体内的圆形平板(15)下方，集液室底部设置液体出口(16)；以及

所述强化分离段由单个或多个旋流-聚结一体式分离器(17)并联组成，通过圆形平板(15)固定在壳体内，所述旋流-聚结一体式分离器包括置于圆形平板(15)上方的聚结内件(18)和置于圆形平板(15)下方的旋流器(19)，其中，所述旋流器包括：溢流管(20)、圆柱段(21)、圆锥段(22)和J型底流管(23)，并在圆柱段上端侧边设置矩形进口(24)；强化分离段顶部设置气体出口(10)。

2.如权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，所述气化降温段的设备均进行绝热保温处理。

3.如权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，在所述气化降温段中，采用注射口注射液体至壳体内，注射液体因压力温度变化致其气化吸热，实现气体降温以冷凝析出气体中可凝液体颗粒。

4.如权利要求2所述的气液分离器，其特征在于，针对进口气体是混合烃类气体，注射液体选自该混合烃类气体组成成分中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，在所述强化分离段中，所述聚结内件的形状为同心圆筒状，中心线与旋流器溢流管中心线一致，底部固定于旋流器圆柱段上端且与其平齐，同心圆筒内径大于旋流器溢流管直径。

6.如权利要求5所述的气液分离器，其特征在于，所述聚结内件使用纤维聚结材料，采用双层或多层复合结构。

7.如权利要求6所述的气液分离器，其特征在于，所述纤维聚结材料选自金属纤维、玻璃纤维、聚四氟乙烯纤维和聚丙烯纤维中的两种或更多种。

8.如权利要求5或6所述的气液分离器，其特征在于，所述纤维聚结材料的直径小于50um，空隙率为30-99％。

9.如权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，在所述强化分离段中，所述旋流-聚结一体式分离器具有如下参数要求：聚结内件外径与旋流器圆柱段外径之比为0.8-1.5,聚结内件高度与旋流器圆柱段外径之比为1-10，旋流器圆柱段高度与旋流器圆柱段外径之比为1-10。

10.权利要求1-9中任一项所述的气液分离器在炔类混合气体气液分离中的应用。

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