CN109219686A - 用于分离流体的分离装置 - Google Patents
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Abstract
根据本发明，提供了一种分离装置，用于将包括多个组分的流体分离成至少两个组分，其包括：一支撑结构；至少一导管，安装在所述支撑结构之上或之内，以围绕一轴旋转；至少一入口，用于将所述流体的一流动引入所述至少一导管中；至少一出口，用于从中输出所述组分中至少一个；其中，所述至少一导管构造为使得在使用中当所述流体的所述流动施加到其上时，所述导管由此在所述支撑结构之上或在所述支撑结构之内绕所述轴旋转，从而将所述流体分成至少两个组分。
Description
技术领域
本发明涉及一种分离装置，适于将包括多个组分的流体分离成至少两个组分，并涉及一种将所述流体分离成至少两个组分的方法。
背景技术
将流体混合物分离成多个组分是许多应用中的重要工业过程，例如在提纯和提取过程中。例如，在上游石油和天然气市场中，需要稳定地从井中产生的多种流体(主要通过压力降低)，其中分离的气体流和液体流各自被处理以满足出口要求。在液体流的情形，必须从原油中除去杂质，例如盐、沙和水以及溶液中的任何气体。这些杂质会降低原油的价值，并对下游设备产生不利影响(如腐蚀和腐蚀)。类似地，对于相关的水流，需要去除水中的油和气体，并且有时还需要除去任何颗粒，例如沙子，以满足所选择的处理方法所需的特定限制。因此，从提取的流体混合物中除去污染物是非常重要的。
静态流体混合物的分离会通过重力自然发生。液滴、固体颗粒或气泡通过主要液相或气相上升或下降的自然驱动力由斯托克斯定律(式1)定义。
在该式中Vs是颗粒、液滴或气泡的沉降速度(m s-1)；ρp是颗粒、液滴或气泡的质量密度(kg m-3)；ρf是流体的质量密度(kg m-3)；g是重力加速度(m s-2)；R是颗粒、液滴或气泡的半径(m)；μ是流体的动态粘度(kg m-1s-1)。式1表明沉降速度与重力加速度成正比。因此，重力加速度的增加将增加沉降速度并按比例减少分离时间。分离技术，例如水力旋流器和离心机，基于对流体赋予高重力加速度以将流体混合物分离成其各个组分。
水力旋流器(下文称为旋流器)是静态分离装置，其使用离心力将流体混合物分离成至少两个组分。典型的旋流器如图1所示，包括一圆柱形第一腔室(或涡流室)100、一分离室110、一入口喷嘴120、一底流出口喷嘴130和一溢流出口喷嘴140。所述入口喷嘴120通常与所述圆柱形第一腔室(或涡流室)100相切。为了获得最佳性能，所述分离腔室110通常为锥形或圆锥形。通常在所述旋流分离器入口附近的所述溢流出口喷嘴还可以包括一涡流探测器150。流体混合物通过所述切向入口喷嘴在压力下进入所述圆柱形第一腔室(或涡流室)。在流体混合物进入分离室之前，涡流室有助于在流体混合物上引起旋转旋动。入口处的旋转旋动导致流体流动分布在分离室中形成自由涡流，其中离心力用于将所述流体分离成不同密度的组分。离心力导致密度较高的颗粒或相朝向锥形分离室的壁积聚，并且密度较低的颗粒或相朝向涡旋的旋转轴积聚。通常，密度较高的组分流到锥形分离室的底部，在那里它们可以通过所述底流出口喷嘴130移除。密度较低的相流到锥形分离室的顶部，在那里它们可以通过涡流探测器/溢流出口喷嘴提取。
液体/液体旋流分离器可以例如用于从水中分离油滴，然而对于直径小于约20μm的油滴，液滴去除效率迅速下降。在液体/液体旋流分离器中，较轻的液相与游离气体一起通过涡流探测器进入溢流出口。通过底流出口除去较重的液相。在液体/固体和气体/固体旋流分离器中，主体组分，即液相和气相分别通过涡流探测器进入溢流出口。通过底流出口除去密度更高的固体组分。在液体/液体和液体/固体旋流分离器中，旋流器的锥形壁有助于保持沿旋流器长度的加速力。然而，这导致入口和出口喷嘴之间的较大压降。这种压降可能导致系统设计问题，例如，如果系统压力不足，则可能需要上游泵组，这增加了所需设备的尺寸和成本。
在上游石油和天然气市场中，从井产生的流体(通常高压到达)是油、气、水和固体颗粒的组合。最常见的是使用液体/液体旋流分离器从油田采出水中除去油滴，并使用液体/固体旋流分离器除去固体颗粒。液体/液体旋流分离器(脱油设备)和液体/固体旋流分离器(脱砂设备)作为单独的和分立的设备提供。在某些情形，尤其是海上，重量和空间限制可能会妨碍使用两个单独的脱油和脱砂设备。此外，上游系统压力不足会限制旋流分离器以其最佳分离效率运行。
离心机提供了另一种离心方法，用于将流体混合物分离成其组成部分，从而通过分离壁的旋转实现分离。产生的离心力迫使密度较高的组分朝向分离室的壁积聚，而密度较低的组分则朝向旋转轴集中。用于旋转腔室的动力通过由马达驱动的轴提供。实现合适的离心力所需的外部电源和电动机可能大大增加离心机的制造和操作的尺寸和成本。由于它们的相对机械设计复杂性，以及对电动机驱动以及相关密封件、轴承、润滑和冷却回路的需求，离心机比设计用于相同容量的旋流分离器明显更昂贵、更重并且占用更多空间。离心机通常建立流体混合物的主体旋转流动，而通常没有在旋流分离器中建立自由涡流。与相同生产量的旋流分离器相比，这可导致所述轴附近的较低的离心力和降低的分离效率。
与旋流分离器相比，离心机可以设计为提供更高的重力加速力，因此理论上可以实现更高的分离效率，例如，在从原油中分离水滴时，离心机可以去除直径在2μm及以上范围内的水滴。离心机已用于石油生产应用中的困难分离任务，例如在油的密度接近水的密度并且超出水力旋流器的分离能力的重油田。然而，这种离心机设计通常限于相对低的生产量操作和相对低的操作压力-通常在大气压或接近大气压。离心机通常还需要专用的进料泵，这进一步增加了机器的尺寸、制造成本、运行成本和能耗。
因此，用于将流体混合物分离成多个组分的已知装置和方法具有许多与之相关的限制，并且本发明的方面在至少一些实施例中寻求解决上述问题和要求中的至少一些。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种分离装置，用于将包括多个组分的流体分离成至少两个组分，包括：
一支撑结构；
至少一导管，安装在所述支撑结构之上或之内，以围绕一轴旋转；
至少一入口，用于将所述流体的一流动引入所述至少一导管中；和
至少一出口，用于从中输出所述多个组分中至少一个；
其中，所述至少一导管构造为使得在使用中当所述流体的所述流动施加到其上时，所述导管由此在所述支撑结构之上或在所述支撑结构之内绕所述轴旋转，从而将所述流体分成至少两个组分。
所述至少一导管可以是一分离管。
所述至少一导管可以构造为使得在使用中当在平行于所述轴的方向上具有非零速度分量的所述流体的所述流动施加到其上时，所述导管由此在所述支撑结构之上或之内围绕所述轴，从而将所述流体分离成至少两个组分。
所述至少一导管可以构造为使得在使用中当所述流体的一流动在基本平行于所述轴的方向上施加时，所述导管由此在所述外部支撑结构之上或之内绕所述轴旋转，从而将所述流体分离成至少两个组分。
所述至少一导管可以构造成使得在使用中当所述流体的所述流体从所述入口施加时，所述导管由此在所述支撑结构之上或之内绕所述轴旋转，从而将所述流体分离成至少两个组分。
所述流体可以包括至少一液相。所述流体可包含至少两个液相。所述流体可以包括一水相和一油相。所述流体可包含至少一气相。流体可以包括一水相、一油相和一气相。所述流体可以包含至少一固相。所述流体可以包括一水相、一油相、一气相和一固相，或其任何组合。
至少一导管可以包括一管。所述管可沿其长度具有恒定或变化的直径。所述管可沿其长度具有恒定或变化的内径。所述管可沿其长度具有恒定或变化的外径。所述管可以是圆柱形管。
所述至少一导管可以包括一个或多个叶片，所述叶片附接到所述导管或与所述导管成一体。所述叶片可以是涡轮叶片、叶轮、螺旋桨、定子、螺旋内构件、肋片、翅片或类似物，或其任何组合(这里统称为叶片)。
所述叶片可以附接到所述导管的内表面或与所述导管的内表面成一体。
所述叶片可以包括一中心轴。所述叶片可以围绕所述中心轴自由旋转。所述中心轴可以包括一入口或一出口中的至少一个。
所述至少一导管可以安装在轴承上。所述轴承可以接触所述导管的外表面或内表面。所述轴承可以与适当类型的密封装置一起安装。
所述支撑结构可以是一内部支撑结构，使得其设置在至少一导管的内部。所述支撑结构可以是一外部支撑结构，使得其设置在至少一导管的外部。所述支撑结构可以包括一壳体。所述至少一导管可以安装在所述支撑结构或所述壳体内部或外部的轴承上。
所述至少一出口可以包括一溢流出口。所述溢流出口可以包括一涡流探测器。
所述至少一出口可以包括一底流出口。
至少一入口可以与至少一导管相切。
所述分离装置还可以包括一入口腔室。所述入口腔室可以是一涡流室。所述涡流室有助于在流体进入所述导管之前在流体上引起旋转转动。可以通过使用一切向入口来增强由所述涡流室引起的流体的旋转转动。
至少一导管的直径可以在3mm和3m之间。
所述至少一导管的直径可以优选地在30mm和60mm之间。
至少一导管的长度可以在40mm和3m之间。
至少一导管的长度可以优选地在0.5m和1.1m之间。
所述至少一导管可以是多个导管。
所述至少一入口可以将所述流体的一流动引入所述多个导管。
所述分离装置还可以包括一发电机。所述发电机可以是一外部发电机。所述至少一导管可以构造成使得在使用中当所述流体的所述流动施加到其上时，所述导管由此绕所述轴旋转，从而使所述发电机产生电力。
所述分离装置还可以包括一静电场产生装置，用于产生静电场，使得所述流体经受静电力，这增强了所述分离装置的分离效率。可以供应静电场，使得所述流体的至少一种组分聚结。聚结的所述至少一种组分可以包括液滴、颗粒或气泡。聚结的所述至少一种组分可以是液相，优选水相。所述分离装置还可以包括一静电聚结器，其适于静电聚结所述流体中的至少一种组分。
用于产生所述静电场的电能可以至少部分地由所述发电机产生。
根据本发明的第二方面，提供了一种方法，用于使用根据本发明的第一方面的分离装置将包含多个组分的流体分离成至少两种组分，该方法包括以下步骤：
通过所述入口将所述流体引入所述导管；
从而使所述导管在所述支撑结构之上或之内绕所述轴旋转，从而将所述流体分离成至少两个组分。
所述流动在平行于所述旋转轴的方向上可以具有一非零速度分量。
所述流动可以在基本平行于所述旋转轴的方向上。
所述流体可以包括至少一液相。所述流体可包含至少两种液相。所述流体可以包括一水相和一油相。所述流体可包含至少一气相。所述流体可以包括一水相、一油相和一气相。所述流体可以包含至少一固相。所述流体可以包括一水相、一油相、一气相和一固相，或其任何组合。
所述至少一相可以包含直径主要大于2μm的液滴、颗粒或气泡。也就是说，至少一半的液滴、颗粒或气泡可以具有大于2μm的直径。
入口和出口之间的压差取决于若干参数，包括导管直径和长度、流体流速和所述导管的旋转速度。所述分离装置可以设计成充分利用可用的系统压力以优化其性能。在许多实施例中，至少一出口中的流体压力与至少一入口中的流体压力相比可以不小于0.8巴。
使所述导管围绕所述轴旋转的步骤可以使发电机产生电力。
可以产生一静电场，使得所述流体经受静电力，这提高了所述分离装置的分离效率。可以供应静电场，使得所述流体的至少一种成分聚结。聚结的所述至少一种组分可以包括液滴、颗粒或气泡。聚结的所述至少一种组分可以是液相，优选水相。该方法可以进一步包括静电聚结流体中的至少一种组分。
用于提供静电场的电能可以至少部分地由所述发电机产生。
虽然上面已经描述了本发明，但是本发明可以扩展到上述的、或者在以下描述、附图或权利要求中的特征的任何创造性组合。例如，关于本发明的一个方面描述的任何特征也被认为也与本发明的任何其他方面有关。
附图说明
现在将仅通过示例的方式并参考附图来描述本发明的实施例，其中：
图1是旋流分离器(现有技术)的示意性剖视图；
图2是分离装置的一第一示例性实施例的示意性剖视图，该分离装置适于将包括多个组分的流体分离成至少两个组分；
图3是分离装置的第二示例性实施例的示意性剖视图，该分离装置不包括壳体；
图4是分离装置的第三示例性实施例的示意性剖视图，该分离装置在分离管外部具有叶片；
图5是包含多个分离管的分离装置的第三示例性实施例的示意图；
图6是分离装置的第四示例性实施例的示意性剖视图，该分离装置包括多个处于水平方向的分离管；和
图7是附接到一发电机的分离装置的示例性实施例的示意性剖视图。
具体实施方式
图2中示出了本发明的第一示例性实施例。分离装置10包括一外部支撑结构12、一诸如分离管14的导管、一入口喷嘴16、一底流出口喷嘴18和一溢流出口喷嘴20。在该实施例中，分离管14是一圆柱形管，但是本发明不受分离管的几何形状的限制。分离管14可相对于外部支撑结构12绕其纵向轴13旋转。在使用时，分离管14包含流体混合物。分离管14的旋转与在分离管入口处引入流体的任何旋转流动一起产生离心力，使得流体中的密度较高的组分朝向分离管14的壁积聚，而密度较低的组分在旋转轴13附近聚集。分离管14通过一系列轴承22安装在外部支撑结构12之上或之内，这使得分离管能够自由旋转，使摩擦最小化并降低了旋转分离管14和外部支撑结构12之间的机械磨损率。外部支撑结构12和分离管14可设计成承受完全的上游系统压力。在一些实施例中，外部支撑结构12可以包括一壳体15，壳体15可设计为承受完全的上游系统压力，在这种情形，可以降低分离管14的设计压力。图3示出了分离装置的第二示例性实施例，其中外部支撑结构12不包括壳体。在不同的示例性实施例中使用相同的附图标记的情况下，相同的附图标记对应于相同的特征。在另一个实施例中，分离管14可以在一中心轴上的每个端部处安装到外部支撑结构12。
流体经由入口喷嘴16进入入口腔室24。入口腔室24优选为圆柱形。入口喷嘴16优选地与圆柱形入口腔室24切向(顺时针或逆时针)，使得在进入分离管14之前部分或完全建立流体的旋转转动。进一步的实施例可以包括在入口腔室24中一入口装置诸如一旋流腔室和在出口腔室25中的一出口装置。所述入口装置或旋流腔室有助于在所述流体进入分离管之前在入口流体上引起旋转转动。所述入口装置或涡流室可以包括一涡流探测器。所述出口装置有助于分离入口流体的分离组分。
入口喷嘴16可以轴向朝向。然而，本发明不受入口喷嘴16的朝向限制，也不受并入一入口装置(例如涡流室)的限制。在压力下迫使流体从入口腔室24进入分离管14。分离管14的内孔包括多个叶片26，所述叶片26连接到分离管14的内表面或与分离管14的内表面成一体。可以包括一中心轴28以提供对所述叶片26的支撑。在一些实施例中，叶片26可以围绕所述中心轴28和其他内部部件自由旋转。所述中心轴28可以配置为管，以使得能够移除在中心处收集的流体或允许注入一外部流体。当流体沿分离管14流动并通过叶片26时，产生旋转力，使分离管14绕其纵轴旋转。叶片26优选地但不是必须地定位在分离管14的下游端，以最小化分离管14的分离部分中的湍流和剪切力。在一个示例性实施例中，如图4所示，叶片27与分离管14的下游横截面端连接或成一体。在该实施例中，叶片27位于出口腔室25中而不是分离管14的内孔中。在其他实施例之，叶片可以位于入口腔室24中并且连接到分离管14的上游横截面端。叶片26或27可以配置为使得它们以及因此分离管14在受到具有平行于旋转轴的非零速度分量(即轴向速度分量)的流体流动时旋转。在另一个实施例中，叶片26或27可以构造为使得它们以及因此分离管14在受到具有垂直于旋转轴的非零速度分量(即径向速度分量)的流体流动时旋转。在可获得足够的入口压力的情况下，可安装额外的叶片26以增加管的旋转速度和所产生的离心力。如果较长的停留时间可能是有益的，或者如果认为对该过程有益，则可以增加分离管14的长度或直径。
分离管14的旋转与在流体入口处引入的任何旋转转动一起保持或增加所述流体的螺旋或旋转流动轮廓。流体混合物在分离管14内的旋转在流体混合物中产生涡流。离心力导致流体混合物的密度较高的组分朝向分离管14的壁积聚，而密度较低的组分在旋转轴附近积聚。可以使用底流出口喷嘴18或出口喷嘴31来提取流体混合物的所述密度较高的组分。进一步的实施例可以包括多个出口喷嘴。在进一步的实施例中，分离的固体35可以通过分离管37的壁中的狭槽在一静止区域中累积到累积区域36或者在旋转分离管之外的累积区域38中累积，其中它们可以分别通过喷射或流化装置或其他的已知的方法移除，例如通过喷嘴32或33。可以从溢流出口喷嘴20或通过一额外的底流喷嘴31提取所述密度较低的组分。在另外的实施例中，溢流出口喷嘴20可以包括一涡流探测器30。分离装置可以以任何朝向安装，包括水平或垂直，这是因为产生的离心力使得重力的外部冲击最小。
图5中示出了本发明的第三示例性实施例。分离装置50包括一外部支撑结构52和多个分离管54，所述外部支撑结构52可设计为承受完整的上游系统压力。在该实施例中，所述多个分离管54中的每一个是圆柱形的。所述多个分离管54的每一个可以沿着纵向轴独立于其他分离管旋转。在使用时，所述多个分离管54的每一个含有流体混合物。每个单独的分离管的旋转与在分离管的入口处引入的流体中的任何旋转流动一起产生离心力，该离心力使得流体的密度较高的组分朝向所述旋转分离管的壁积聚，而密度较低的组分靠近旋转轴积聚。所述多个分离管54通过一系列轴承55安装在外部支撑结构52内，这使得分离管能够自由旋转，使摩擦最小化并降低旋转分离管与外部支撑结构52之间的机械磨损率。
流体经由入口喷嘴56进入分离装置50。进一步的实施例可以包括多个入口喷嘴。在压力下迫使流体从入口腔室58进入所述多个分离管54。进一步的实施例可以包括一入口装置57，例如所述入口中的一涡流室，以及所述多个分离管54中每个分离管的主出口上的出口装置59。入口装置或涡流室57有助于对入口流体引入旋转转动，并且可以包括一涡流探测器。出口装置59有助于分离入口流体的分离组分。入口装置57和出口装置59可以独立地与本发明的所有实施例结合使用，包括图2和3中所示的实施例。分离管54可以在每一端安装在管板60上。管板60为所述多个分离管54以及所述入口和出口装置57和59的每个端部提供机械支撑并形成密封。
所述多个分离管54的每个分离管的内孔包括多个叶片62，叶片62连接到所述分离管的内表面或与所述分离管的内表面成一体。可以包括一中心轴64，以对叶片62和其他内部部件提供支撑。在一些实施例中，叶片62可以围绕所述中心轴64和其他内部部件自由旋转。所述中心轴64可以配置为管，以便能够移除在中心处收集的流体，或者可以允许注入外部流体。当流体沿所述多个分离管54的每个分离管的流动通过叶片62时，产生旋转力，使得所述分离管绕其纵向轴旋转。叶片62优选地但不一定位于所述多个分离管54的每个分离管的下游端，以便最小化所述装置的分离部分中的湍流和剪切力。在可获得足够的入口压力的情形，可安装额外的叶片62以增加所述多个分离管54中的每个分离管的旋转速度，以及所产生的离心力。如果更长的停留时间可能是有益的，则可以增加所述多个分离管54的长度或直径。
在所述多个分离管54中每个分离管的旋转引起所述分离管内的流体混合物具有一螺旋或旋转的流动轮廓。此外，所述多个分离管54中的每个分离管的旋转，以及在流体入口处引入流体中的任何旋转流动，保持或增加流体的所述螺旋或旋转流动轮廓，并在所述多个分离管54的每个分离管内部产生离心力。在所述多个分离管54中的每个分离管内的流体的旋转在所述分离管内的流体混合物中形成涡流，该涡流通过所述分离管的旋转而保持和增强。离心力使得流体混合物的密度较高的组分朝向每个旋转分离管的壁积聚，而密度较低的组分在旋转轴附近积聚。可以使用底流出口喷嘴66提取流体混合物的密度较高的组分。进一步的实施例可以包括多个底流出口喷嘴。可以从溢流出口喷嘴68或通过一额外的底流喷嘴76提取密度较低的组分。
在进一步的实施例中，分离的固体70可以在静止区中通过分离管72的壁中的槽累积到累积区71或者累积到旋转分离管之外的累积区73，其中它们可以使用喷射或者流化装置或其他的已知的方法来移除，例如分别通过喷嘴74或75。
其他实施例可以包括多个溢流出口喷嘴。
通过将分离管分成具有其自己的入口和/或出口喷嘴的多个隔室，或通过机械、液压或电隔离，或限制单独的分离管或多个分离管，可以实现改进的调节。
作为对第三示例性实施例的修改，分离装置50在图6中作为第四示例性实施例示出。在不同的示例性实施例中使用相同的附图标记的情形，相同的附图标记对应于相同的特征。分离装置80包括一外部支撑结构52和多个水平朝向的分离管54。本发明不受多个分离管54的朝向的限制。所述多个分离管54促使密度较高的固体颗粒通过管板60c上游的分离管72的壁中的槽。分离的固体颗粒70可以在积聚区73收集，在那里它们可以通过出口喷嘴81或82除去。由于管板60c上游的固体颗粒的去除，没有必要包括出口装置59或者在该示例性实施例中的任何其他下游管板，但是它们中的任一个或两者可以包括在替代实施例中。
在下文中提供了分离装置的上述实施例的进一步实施例。
本发明的一些示例性实施例可以包括沿分离管长度的挡板，以进一步增强其性能。
本发明的实施例可以包括多个叶片，其直径大于所述分离管或其机构的直径大于分离管。
本发明的实施例可以包括多个叶片，其间距可手动或自动调节。
本发明的实施例可以包括自动监测和/或调节每个分离管的旋转速度。
本发明的实施例可以包括诸如螺旋输送器或刮刀的机构，以将从分离管的内壁收集的固体朝向固体积聚区或排出喷嘴移动。
本发明的实施例可以包括多孔或开槽的分离器管壁，其允许结合过滤或膜内壁，这将允许在分离管的内壁处或邻接分离管的内壁处保持适当尺寸或特征的组分和/或将另一种合适尺寸或特征的组分通入积聚区。
本发明的实施例可以包括绕分离管或导管的气垫，以进一步最小化由于浸没在外壁的液体中而导致的摩擦损失。
本发明的实施例可以包括将气体注入进入的流体混合物中以产生增强的引入的气体漂浮效果，从而提高分离效率。
本发明的实施例可以包括在上游注入一凝结剂以进一步提高分离效率。
本发明的实施例可以包括在上游添加一稀释液以进一步提高分离效率。
本发明的实施例可以包括与一发电机的连接。所述发电机可以是一外部发电机84，如图7所示。分离管14的旋转使发电机产生电能。在不同的示例性实施例中使用相同的附图标记的情形，相同附图标记对应于相同的特征。所述外部发电机84通过一轴86连接到分离管14。分离管14的旋转从而为外部发电机84提供动力。
本发明的实施例可以包括在分离管内使用静电场。使用静电场来提高分离装置的分离效率的方法在本领域中是已知的。例如，静电聚结器通常用于液/液分离过程，包括在上游石油和天然气市场中，用于在原油在原油输送到炼油厂之前对原油进行脱水和脱盐。这些已知方法可以适用于与本发明的所有实施例结合使用。产生静电场的电能可以使用发电机产生。
本发明的实施例可以包括连接到发电机和在分离管内使用静电场，其中分离管的旋转由此使发电机产生电力，并且静电场的电能至少部分地由所述发电机产生。
本发明的实施例可以包括在气体出口处的气体涡轮膨胀机叶片，以进一步提高分离效率或增加能量回收。
本发明的实施例可以包括在分离管的内壁或外壁上的Pelton或Francis或Kaplan型叶片或涡轮叶片，以在有多余系统压力或流体时进一步提高分离效率或增加能量回收。
一些实施例可适用于在现有的液-液或固-液旋流容器内进行改装，以提高分离效率或改善处理能力或在较低压降或其组合下操作。
本发明的示例性实施例可以提供一种分离装置，用于在离心力下将流体混合物分离成至少两种组分，其中可以实现连续的通过量而在进入和离开分离装置的流体混合物之间没有显著的压力下降。因此，与已知的类似直径的旋流分离器相比，本发明允许更高的流体混合物通过量和/或提高的分离效率。
根据各个方面的分离装置可适用于气体/固体，液体/固体，液体/液体和液体/气体相分离或多于两相的组合的分离。流体混合物可以包括气体或不同密度的多种不混溶液体或固体颗粒的任何组合。分离装置可以同时对来自油田井或类似工艺流的流体混合物进行脱水、脱油、脱气和脱砂或其任何组合，同时以类似或更高的效率和/或以与比旋风分离器相比更低的压力降操作。
根据示例性实施例的分离装置的分离效率接近离心机可实现的分离效率，同时不需要外部电机驱动，并且显示出旋流器的类似空间、重量和成本效益。用于分离的离心力通过至少一导管的旋转产生，其中流体混合物通过内部或外部叶片，其借助于流过它们的流体在管道上施加旋转力。分离管的旋转速度赋予并保持对流体混合物的离心力，从而实现流体混合物的分离。因此，外部电源或外部电机对于本发明的操作不是必需的，尽管其可以并入以进一步提高分离装置的分离效率或可操作性。此外，本分离装置不需要外部密封、轴承和相关的外部冷却和润滑回路的范围，这些通常是操作离心机所需的。
本发明的实施例可以用作与其他上游或下游设备相关的单元操作，所述设备例如分离器、旋流分离器、浮选单元、膜、聚结器、过滤器、离心机、泵或阀等以及该分离装置的附加单元。
本发明可用于上游石油和天然气(陆上、海上和海底)、废水处理、矿物加工、采矿、纸浆和纸加工、核工业、药物、医疗、食品、饮料或汽车应用。另一个用途可以是从在压力或真空下操作的气流中除去颗粒或灰尘，其中与旋流分离器相比较低的压降将更加节能。
根据前面的描述，本领域技术人员可以理解，在不背离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对所描述的实施例进行修改和变化。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种分离装置，用于将包括多个组分的一流体分离成至少两个组分，包括：
一支撑结构；
至少一导管，安装在所述支撑结构之上或之内，以围绕一轴旋转，其中，所述至少一导管包括一管，所述至少一导管优选地包括附接到所述导管或与所述导管成一体的一个或多个叶片；
至少一入口，用于将所述流体的一流动引入所述至少一导管中；和
至少一出口，用于从中输出所述多个组分之至少一个，其中，所述至少一出口包括一溢流出口，所述溢流出口包括一涡流探测器；
其中，所述至少一导管构造为使得在使用中当所述流体的所述流动施加到其上时，所述导管由此在所述支撑结构之上或在所述支撑结构之内绕所述轴旋转，从而将所述流体分成至少两个组分。
2.如权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述至少一导管构造为使得在使用中当在平行于所述轴的一方向上具有非零速度分量的所述流体的所述流动施加到其上时，由此使所述导管绕所述轴在所述支撑结构之上或之内旋转，从而将所述流体分离成至少两个组分。
3.如权利要求1或2所述的分离装置，其特征在于，所述至少一导管构造为使得在使用中当所述流体的所述流动沿基本平行于所述轴的一方向流动施加时，所述导管由此引起在所述支撑结构之上或在所述支撑结构之内绕所述轴旋转，从而将所述流体分离成至少两个组分。
4.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述至少一导管构造为使得在使用时当所述流体的所述流动从所述入口施加时，所述导管由此在所述支撑结构之上或之内围绕所述轴旋转，从而将所述流体分离成至少两个组分。
5.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述流体包括至少一液相。
6.根据权利要求5所述的分离装置，其特征在于，所述流体包括至少两个液相。
7.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述流体包括至少一气相。
8.根据权利要求5-7之一所述的分离装置，其特征在于，所述流体包括至少一固相。
9.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述叶片附接到所述导管的内表面或外表面或与所述导管的内表面或外表面成一体。
10.根据权利要求9所述的分离装置，其特征在于，所述叶片包括一中心轴。
11.根据权利要求10所述的分离装置，其特征在于，所述中心轴包括入口或出口中的至少一个。
12.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述至少一导管安装在轴承上。
13.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述支撑结构包括一内部支撑结构。
14.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述支撑结构包括一外部支撑结构。
15.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述支撑结构包括一壳体。
16.根据权利要求15所述的分离装置，其特征在于，所述至少一导管安装在所述壳体内的轴承上。
17.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述至少一出口是底流出口。
18.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述至少一入口与至少一导管相切。
19.据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述分离装置还包括一入口腔室。
20.根据权利要求19所述的分离装置，其中所述入口腔室包括一涡流室。
21.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，至少一导管的直径在3毫米和3米之间。
22.根据权利要求21所述的分离装置，其特征在于，所述至少一导管的直径优选地在30毫米和60毫米之间。
23.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，至少一导管的长度在40毫米m和3米之间。
24.如权利要求23所述的分离装置，其特征在于，至少一导管的长度最好在0.5米到1.1米之间。
25.根据前述权利要求中之一所述的分离装置，其特征在于，所述至少一导管是多个导管
26.根据权利要求25所述的分离装置，其特征在于，所述至少一入口将所述流体的一流动引入所述多个导管。
27.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，还包括一静电场产生装置，用于产生静电场，使得所述流体经受静电力，所述静电力提高所述分离装置的分离效率。
28.一种用于分离流体的方法，使用根据权利要求1所述的分离装置将包含多种组分的所述流体分离成至少两个组分，所述方法包括以下步骤：
通过所述入口将所述流体的一流动引入所述导管；
从而使所述导管在所述支撑结构之上或之内绕所述轴旋转，从而将所述流体分离成至少两种组分。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述流动在平行于所述旋转轴的方向上具有一非零速度分量。
30.如权利要求28或29所述的方法，其特征在于，所述流动方向基本平行于所述旋转轴。
31.根据权利要求28-30之一所述的方法，其特征在于，所述流体包含至少一液相。
32.据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述流体包括至少两个液相。
33.据权利要求28-32之一所述的方法，其特征在于，所述流体包括至少一气相。
34.根据权利要求31-33之一所述的方法，其特征在于，所述流体包括至少一固相。
35.根据权利要求31或34所述的方法，其特征在于，所述至少一相包含直径主要大于2微米的液滴、颗粒或气泡。
36.根据权利要求28-35之一所述的方法，其特征在于，至少一出口中的流体压力比至少一入口中的流体压力小不超过0.8巴。
37.根据权利要求28-36之一所述的方法，其特征在于，产生静电场，使得所述流体经受静电力，这增强了所述分离装置的分离效率。
Claims (45)
1.一种分离装置，用于将包括多个组分的一流体分离成至少两个组分，包括：
一支撑结构；
至少一导管，安装在所述支撑结构之上或之内，以围绕一轴旋转；
至少一入口，用于将所述流体的一流动引入所述至少一导管中；和
至少一出口，用于从中输出所述多个组分之至少一个；
其中，所述至少一导管构造为使得在使用中当所述流体的所述流动施加到其上时，所述导管由此在所述支撑结构之上或在所述支撑结构之内绕所述轴旋转，从而将所述流体分成至少两个组分。
2.如权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述至少一导管构造为使得在使用中当在平行于所述轴的一方向上具有非零速度分量的所述流体的所述流动施加到其上时，由此使所述导管绕所述轴在所述支撑结构之上或之内旋转，从而将所述流体分离成至少两个组分。
3.如权利要求1或2所述的分离装置，其特征在于，所述至少一导管构造为使得在使用中当所述流体的所述流动沿基本平行于所述轴的一方向流动施加时，所述导管由此引起在所述支撑结构之上或在所述支撑结构之内绕所述轴旋转，从而将所述流体分离成至少两个组分。
4.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述至少一导管构造为使得在使用时当所述流体的所述流动从所述入口施加时，所述导管由此在所述支撑结构之上或之内围绕所述轴旋转，从而将所述流体分离成至少两个组分。
5.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述流体包括至少一液相。
6.根据权利要求5所述的分离装置，其特征在于，所述流体包括至少两个液相。
7.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述流体包括至少一气相。
8.根据权利要求5-7之一所述的分离装置，其特征在于，所述流体包括至少一固相。
9.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述至少一导管包括一管。
10.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述至少一导管包括附接到所述导管或与所述导管成一体的一个或多个叶片。
11.根据权利要求10所述的分离装置，其特征在于，所述叶片附接到所述导管的内表面或外表面或与所述导管的内表面或外表面成一体。
12.根据权利要求11所述的分离装置，其特征在于，所述叶片包括一中心轴。
13.根据权利要求12所述的分离装置，其特征在于，所述中心轴包括入口或出口中的至少一个。
14.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述至少一导管安装在轴承上。
15.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述支撑结构包括一内部支撑结构。
16.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述支撑结构包括一外部支撑结构。
17.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述支撑结构包括一壳体。
18.根据权利要求17所述的分离装置，其特征在于，所述至少一导管安装在所述壳体内的轴承上。
19.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述至少一出口包括一溢流出口。
20.根据权利要求19所述的分离装置，其中所述溢流出口包括一涡流探测器。
21.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述至少一出口是底流出口。
22.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述至少一入口与至少一导管相切。
23.据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，所述分离装置还包括一入口腔室。
24.根据权利要求23所述的分离装置，其中所述入口腔室包括一涡流室。
25.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，至少一导管的直径在3毫米和3米之间。
26.根据权利要求25所述的分离装置，其特征在于，所述至少一导管的直径优选地在30毫米和60毫米之间。
27.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，至少一导管的长度在40毫米m和3米之间。
28.如权利要求27所述的分离装置，其特征在于，至少一导管的长度最好在0.5米到1.1米之间。
29.根据前述权利要求中之一所述的分离装置，其特征在于，所述至少一导管是多个导管。
30.根据权利要求29所述的分离装置，其特征在于，所述至少一入口将所述流体的一流动引入所述多个导管。
31.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，还包括一发电机，其中所述至少一导管构造为使得在使用中当所述流体的所述流动施加到其上时，所述导管因此绕所述轴旋转，从而引起所述发电机产生电能。
32.根据前述权利要求之一所述的分离装置，其特征在于，还包括一静电场产生装置，用于产生静电场，使得所述流体经受静电力，所述静电力提高所述分离装置的分离效率。
33.根据权利要求32的分离装置，其特征在于，用于产生所述静电场的电能至少部分地由所述发电机产生。
34.一种用于分离流体的方法，使用根据权利要求1所述的分离装置将包含多种组分的所述流体分离成至少两个组分，所述方法包括以下步骤：
通过所述入口将所述流体的一流动引入所述导管；
从而使所述导管在所述支撑结构之上或之内绕所述轴旋转，从而将所述流体分离成至少两种组分。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述流动在平行于所述旋转轴的方向上具有一非零速度分量。
36.如权利要求34或35所述的方法，其特征在于，所述流动方向基本平行于所述旋转轴。
37.根据权利要求34-36之一所述的方法，其特征在于，所述流体包含至少一液相。
38.据权利要求37所述的方法，其特征在于，所述流体包括至少两个液相。
39.据权利要求34-38之一所述的方法，其特征在于，所述流体包括至少一气相。
40.根据权利要求37-39之一所述的方法，其特征在于，所述流体包括至少一固相。
41.根据权利要求37或40所述的方法，其特征在于，所述至少一相包含直径主要大于2微米的液滴、颗粒或气泡。
42.根据权利要求34-41之一所述的方法，其特征在于，至少一出口中的流体压力比至少一入口中的流体压力小不超过0.8巴。
43.根据权利要求34-42之一所述的方法，其特征在于，使所述导管绕所述轴旋转的步骤使发电机产生电能。
44.根据权利要求34-43之一所述的方法，其特征在于，产生静电场，使得所述流体经受静电力，这增强了所述分离装置的分离效率。
45.根据权利要求44所述的方法，其特征在于，用于产生静电场的电能至少部分地由所述发电机产生。
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