CN110430927A - 用于在容器中分离液体流相的入口装置以及涉及其的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于在容器中使用以促进流体流中气相与液相的分离的入口装置。所述入口装置具有分离罐(26a、26b、26c)，所述分离罐定位在流动通道(24)的出口端(44a、44b、44c)中的每个处。每个分离罐具有圆柱形壁(46)以及所述圆柱形壁中的细长入口开口(54)，以允许所述流体流沿切向方向引入到开放内部区域中，其中所述流体流涡旋以促进所述流体流中所述气相与所述液相的分离。所述液相通过所述圆柱形壁中的狭槽(56)并且通过所述开放内部区域的开放下端离开所述分离罐。所述气相通过向上上升穿过所述开放内部区域的开放上端(50)来离开所述分离罐。

Description

用于在容器中分离液体流相的入口装置以及涉及其的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年4月12日提交的美国临时专利申请No.62/484,460的优先权，该申请的公开内容以引用方式并入本文。

背景技术

本发明整体涉及其中在流体流中气相将与液相分离的容器，并且更具体地讲，涉及用于促进这样的分离的入口装置以及使用入口装置来实现在流体流中气相与液相的一些分离的方法。

在许多工业过程中，将包含气相和液相的流体流引入到容器中，其中期望实现气相与液相的至少一些分离。已经使用各种类型的入口装置来促进相的分离。一种类型的入口装置使用一个或多个旋风分离器，其中流体流旋转或涡旋以使较重的液相被抛向旋风分离器壁，然后向下流动以离开旋风分离器的开放下端。较轻的气相在旋风分离器内向下流动到中心气体管的入口，该中心气体管定位在旋风分离器的下端上方并且在流体流被引入旋风分离器的位置下方。气体管向上延伸穿过旋风分离器的其他闭合上端，使得气相能够在进入中心气体管之后上升然后离开旋风分离器。为了防止气相离开旋风分离器的开放下端，下端通常浸没在液体中以形成静液压头，该静液压头抵抗气相的破坏。如果静液压头不足，则气相能够通过旋风分离器的开放下端离开，这导致气流内不期望的液体夹带。因此，需要开发改进的入口装置，其中在分离的气流中不期望的液体夹带的机会较少。

发明内容

在一个方面，本发明涉及用于在径向引入容器时将流体流中的气相与液相分离的入口装置。入口装置包括流动通道，该流动通道具有其中流体流进入流动通道的入口端以及其中流体流的分离部分离开流动通道的出口端，出口端与入口端间隔开，以及分离罐，该分离罐定位在流动通道的出口端中的每个处。分离罐中的每个包括圆柱形壁，该圆柱形壁具有内表面和外表面并且形成在相对的上端和下端处开放的开放内部区域；细长入口开口，该细长入口开口在圆柱形壁中并且邻近流动通道的出口端中的一个定位，以允许流体流的部分中的一个在离开流动通道的出口端时切向地穿过圆柱形壁中的入口开口进入开放内部区域中，其中流体流的部分中的一个在开放内部区域内旋转或涡旋以促进在流体流中气相与液相的分离；和狭槽，该狭槽形成在圆柱形壁中以允许流体流的液相中的一些在开放内部区域内旋转或涡旋时向外穿过狭槽并且离开分离罐，同时分离的气相向上流动并且通过开放内部区域的开放上端离开分离罐。

在另一个方面，本发明涉及容器，该容器包括壳体，由壳体限定的内部区域，壳体中的径向进料喷嘴，以及如上所述的入口装置，该入口装置定位在内部区域内并且与径向入口对准。

在另外的方面，本发明涉及使用入口装置在流体流中将气相与液相分离的方法，如上所述。该方法包括以下步骤：使流动通道内的流体流从入口端流动到出口端；将流体流的分离部分通过分离罐的圆柱形壁中的入口开口从出口端递送到分离罐；使流体流的分离部分在开放内部区域内旋转或涡旋，使得由流体流的分离部分的涡旋产生的离心力导致流体流的分离部分中的液相撞击圆柱形壁的内表面和气相以与液相分离并且向上上升；通过圆柱形壁中的狭槽并且通过开放内部区域的开放下端将液相从圆柱形壁的内表面移除；以及通过开放内部区域的开放上端移除上升的气相。

附图说明

在形成本说明书的一部分并且在各个视图中使用类似的附图标号来指示类似的部件的附图中：

图1是根据本发明的一个实施方案的容器的局部透视图，其中容器的壳体的一部分被剖开以示出入口装置；

图2是示于图1中的容器的一部分的放大局部视图，并且从与图1中所示不同的视角示出了入口装置；

图3是示于图2中的容器的部分的顶部平面图；

图4是示于图2和图3中的容器的部分的正视图；

图5是示于图2至图4中并且沿水平截面截取的容器和入口装置的部分的顶部平面图；

图5a是如图5所示的容器和入口装置的一部分的顶部平面图，但是比例放大；

图6是图1至图5的入口装置的透视图；

图7是示于图6中的入口装置的另外的放大局部视图，其中分离罐的一部分被剖开以示出内部旋流器；

图8是与图7所示类似的局部视图，但是示出采用不同分离罐的入口装置的第二实施方案；

图9是容器的一部分的局部视图，其中安装了入口装置的第三实施方案；

图10是示于图9中的容器和入口装置的部分的顶部平面图；

图11是示于图9和图10中以及沿水平截面截取的容器和入口装置的顶部平面图；并且

图12是与图9所示类似的局部视图，但是其中入口装置的上板的一部分被剖开。

具体实施方式

现在转到更详细的附图并且首先转到图1，适用于在分离、质量传递或热交换过程中使用的容器通常由数字10来表示。尽管包括多边形的其他构型为可能的并且在本发明的范围内，但是容器10可包括可为大体上圆柱形构型的竖直或水平的外部壳体12。壳体12可具有任何合适的直径和高度或长度并且可由一种或多种刚性材料来构造，该一种或多种刚性材料对于在容器10的操作期间存在的流体和条件而言有利地为惰性的或以其他方式与该流体和条件相容。

容器10可为用于将流体流(通常为液体流和蒸气流)分离或处理成较重和较轻馏分并且/或者获得分馏产物或以其他方式引起流体流之间的质量传递或热交换的类型。例如，容器10可为其中发生以下过程的容器：原油常压处理、润滑油真空处理、原油真空处理、流体或热裂解分馏、焦化或减粘裂化分馏、焦炭清理、反应器废气清理、气体淬火、食用油除臭、污染控制洗涤或其他过程。

容器10的壳体12限定开放内部区域14，本发明的入口装置16被定位在该开放内部区域内以接收通过进料喷嘴18进入容器10的流体流。进料喷嘴18通常是径向进料喷嘴并且连接到进料管线19。进料喷嘴18可包括从进料管线19的圆形横截面到正方形或直线形横截面的转变。容器10可包括其他喷嘴和管线，诸如用于移除液相或较重相的下取出管线20以及用于从容器10的内部区域14移除气相或较轻相的上取出管线22。

容器10的可能存在的其他部件诸如回流料流管线、再沸器、冷凝器、蒸气角(vaporhorn)、液体分布器等并未在附图中示出，因为它们实质上是常规性的并且这些部件的图示据信不是理解本发明所必需的。

另外转向图2至图7，入口装置16在内部区域14内水平延伸并且定位成与进料喷嘴18对准。入口装置16包括流动通道24(图4至图7)和多个分离罐26(例如，26a、26b、26c)，这些分离罐连接到流动通道24并且与流动通道24流体连通。分离罐26a、26b和26c被布置在流动通道24的相对侧面上。流动通道24具有入口端28，其中流体流进入流动通道24。入口端28邻接壳体12的内表面30。流动通道24包括多个出口端32(例如，32a、32b和32c)，这些出口端在下游流动方向上与入口端28间隔开。

流动通道24由上板34、下板36、两个侧壁38和端壁40形成，它们互连以形成大致盒形的充气室。侧壁38中的每个包括单独分隔器区段42(例如，42a、42b和42c)，该单独分隔器区段在流体流通过入口端28进入入口装置16时沿流体流的流动方向延伸。两个侧壁38中的每个的第一分隔器区段42a从壳体12延伸到第一分离罐26a，该第一分离罐最靠近流动通道24的入口端28定位。第二分隔器区段42b在第一分离罐26a和第二分离罐26b之间延伸。第三分隔器区段42c类似地从第二分离罐26b延伸到第三分离罐26c。分隔器区段42a、42b和42c彼此呈交错关系，使得流动通道24在流体流的流动方向上具有逐渐变窄的宽度。分隔器区段42b和42c各自具有U形前缘，该前缘分别与相邻的上游分隔器区段42a和42b的尾部部分向内间隔开并且与之重叠。端壁40具有类似的U形前缘，该前缘与分隔器区段42c的尾部部分向内间隔开并且与之重叠。分隔器区段42a、42b和42c以及端壁40的该布置形成子通道44a、44b和44c，这些子通道分别通向出口端32a、32b和32c以及分离罐26a、26b和26c。在一个实施方案中，子通道44a、44b和44c具有大致相等的横截面积，使得流体流可被分成大致相等的部分，以流过子通道44a、44b和44c中的每个。尽管已经示出了总共六个分离罐26a、26b和26c，但应当理解，可以使用更多数量的分离罐或更少的分离罐。

分离罐26a、26b和26c中的每个在其顶部和底部处是开放的，并且包括壁46，该壁通常为圆柱形的并且形成分别在相对的上端50和下端52处开放的开放内部区域48。竖直细长入口开口54(图5和图5a)形成在圆柱形壁46中并且定位成与流动通道24的出口端32a、32b或32c相邻并且对准，使得流体流的流过子通道44a、44b或44c的部分离开出口端32a、32b或32c，并且沿着与圆柱形壁46相切的流动路径通过入口开口54进入分离罐26a、26b或26c中。由于该切向流动路径，流体流在分离罐26a、26b或26c内的开放内部区域48内旋转或涡旋，以促进流体流中一些或全部气相与液相分离，从而产生流体流的较重馏分和较轻馏分。在一个实施方案中，入口开口54的高度小于圆柱形壁46的高度，并且至少部分地定位在圆柱形壁46的下部部分中。作为一个示例，入口开口54的高度为圆柱形壁46的高度的25％和75％之间或40％和60％之间。入口开口54可从圆柱形壁46的下端附近向上延伸。

狭槽56以间隔开的关系定位在圆柱形壁46中，以允许流体流中的液相中的一些在开放内部区域48内涡旋时向外穿过狭槽56并且离开分离罐26a、26b或26c，同时分离气相向上流动并且通过开放内部区域48的开放上端50离开分离罐26a、26b或26c。狭槽56通常沿着圆柱形壁46的基本上整个高度和周长以均匀的图案放置。在一个实施方案中，狭槽56布置在竖直间隔开的多个圆周行中。狭槽56中的每个可以是竖直细长的，其高度远大于其宽度，例如，高度是宽度的10倍、20倍、30倍或更多倍。在示于图8中的实施方案中，狭槽56包括凸片58，该凸片从前缘向外弯曲，该前缘相对于圆柱形壁46内的液体流动的旋转方向定位在上游。

如图3和图7中最佳可见，分离罐26a、26b和26c中的每个可包括旋流器60，该旋流器定位在圆柱形壁46内以在流体流释放其液相中的一些并且在开放内部区域48内的气相的影响下升高时维持流体流的旋转动量。旋流器60可采取不同的形式，诸如径向延伸的叶片62，其沿流体流动的旋转方向向上成角度。在一个实施方案中，旋流器60定位在入口开口54的上边缘处或略微在其上方。

分离罐26a、26b和26c可还包括排液环64，该排液环定位在开放内部区域48的开放上端50处，并且向外延伸超过圆柱形壁46的外表面66，并且在圆柱形壁46的内表面68中向内延伸。排液环64用于在液相沿着外表面66和内表面68向上流动时阻碍液相的持续向上动量。排液环64可具有倒U形以将液相的向上动量转变为向下动量。

入口装置的替代实施方案示于图9至图12中，其中前面加上前缀“1”的相同附图标记用于表示与图1至图8中所示的那些部件相同的部件。入口装置116与入口装置16的不同之处在于，流动通道124被分开以形成两个分支125a和125b，并且不相等数量的分离罐126定位在每个分支125a和125b的相对侧上。入口装置116因此能够容纳更大体积流量的液体流。

本发明还涉及使用入口装置16、116在流体流中分离气相与液相的方法。该方法包括以下步骤：通过进料喷嘴18、118将流体流径向引入到容器10、110和入口装置16、116中，然后使流动通道24、124内的流体流从入口端28、128流动到出口端32、132。然后，将流体流的分离部分通过分离罐26、126的圆柱形壁46、146中的入口开口54、154从出口端32、132递送到分离罐26、126。圆柱形壁46、146内的流体流的切向递送使流体流的分离部分在开放内部区域48、148内旋转或涡旋，使得由流体流的分离部分的涡旋产生的离心力导致流体流的分离部分中的液相撞击圆柱形壁46、146的内表面68、168和气相以与液相分离并且向上上升。然后通过圆柱形壁46、146中的狭槽56、156并且通过开放内部区域48、148的开放下端52、152将液相从圆柱形壁46、146的内表面68、168移除。开放下端46、146在可能存在于入口装置16、116下方的任何液位上方间隔开，使得排出的液体可自由下降到可能存在于容器10、110内的液体收集器或其他内部装置。通过开放内部区域48、148的开放上端50、150移除上升的气相，而不必像一些常规入口装置所需的那样首先向下导航以进入中心气体管。

使得流体流的分离部分旋转或涡旋的方法步骤通过以下方式实现：当流体流的分离部分从流动通道24、124的出口端32、132通过圆柱形壁46、146中的入口开口54、154递送时使流体流中的分离部分沿切向方向流动到圆柱形壁；以及当液相中的一些被分离并且较轻的流体流在开放内部区域48、148内上升时，使上升的流体流通过旋流器60、160。使用入口装置16和116的方法不需要将开放内部区域48、148的下端52、152浸没在液体中以产生静压头，该静压头阻碍气相的突破，如一些常规入口装置所要求的。

从上述内容可看出，本发明非常适于实现上文阐述的所有目的和目标，并且具有结构所固有的其他优点。

应当理解，某些特征和子组合具备实用性并且可被采用，而无需参考其他特征和子组合。这是本发明所预期的并且在本发明的范围内。

由于多种可行实施方案在不脱离本发明的范围的情况下可根据本发明作出，因此应当理解，在本文中阐述或在附图中示出的所有内容均被理解为具有示例性而非限制性的意义。

Claims (20)

1.一种用于在径向引入容器时将流体流中的气相与液相分离的入口装置，所述入口装置包括：

流动通道，所述流动通道具有其中所述流体流进入所述流动通道的入口端以及其中所述流体流的分离部分离开所述流动通道的出口端，所述出口端与所述入口端间隔开；

分离罐，所述分离罐定位在所述流动通道的所述出口端中的每个处，所述分离罐中的每个包括：

圆柱形壁，所述圆柱形壁具有内表面和外表面并且形成在相对的上端和下端处开放的开放内部区域；

细长入口开口，所述细长入口开口在所述圆柱形壁中并且邻近所述流动通道的所述出口端中的一个定位，以允许所述流体流的所述部分中的一个在离开所述流动通道的所述出口端时切向地穿过所述圆柱形壁中的所述入口开口进入所述开放内部区域中，其中所述流体流的所述部分中的一个在所述开放内部区域内涡旋以促进在所述流体流中所述气相与所述液相的分离；和

狭槽，所述狭槽形成在所述圆柱形壁中以允许所述流体流的所述液相中的一些在所述开放内部区域内涡旋时向外穿过所述狭槽并且离开所述分离罐，同时所述分离的气相向上流动并且通过所述开放内部区域的所述开放上端离开所述分离罐。

2.根据权利要求1所述的入口装置，包括沿着所述流动通道的相对侧面定位的所述分离罐中的一个。

3.根据权利要求1所述的入口装置，包括定位在所述流动通道中的分隔器，用于将所述流体流分离成所述分离部分。

4.根据权利要求1所述的入口装置，包括定位在所述分离罐中的每个中的所述开放内部区域中的旋流器。

5.根据权利要求1所述的入口装置，包括排液环，所述排液环定位在所述开放内部区域的所述开放上端处并且向外延伸超过所述分离罐的所述圆柱形壁的所述外表面以在沿着所述外表面向上流动时阻碍液体的向上动量。

6.根据权利要求1所述的入口装置，其中所述分离罐的所述圆柱形壁中的所述细长入口开口定位在所述圆柱形壁的下部部分内。

7.根据权利要求1所述的入口装置，包括与所述分离罐的所述圆柱形壁中的所述狭槽相关联的凸片。

8.根据权利要求1所述的入口装置，其中所述流动通道被分成分支，并且所述分离罐中的一个沿着所述分支中的每个的相对侧面定位。

9.根据权利要求1所述的入口装置，其中所述流动通道由接合在一起的上壁、下壁和侧壁形成。

10.一种容器，包括壳体，由所述壳体限定的内部区域，所述壳体中的径向进料喷嘴，以及根据权利要求1所述的入口装置，所述入口装置定位在所述内部区域中并且与所述径向入口对准。

11.根据权利要求10所述的容器，包括沿着所述流动通道的相对侧面定位的所述分离罐中的一个。

12.根据权利要求10所述的容器，包括定位在所述流动通道中的分隔器，用于将所述流体流分离成所述分离部分。

13.根据权利要求10所述的容器，包括定位在所述分离罐中的每个中的所述开放内部区域中的旋流器。

14.根据权利要求10所述的容器，包括排液环，所述排液环定位在所述开放内部区域的所述开放上端处并且向外延伸超过所述分离罐的所述圆柱形壁的所述外表面以在沿着所述外表面向上流动时阻碍液体的向上动量。

15.根据权利要求10所述的容器，其中所述分离罐的所述圆柱形壁中的所述细长入口开口定位在所述圆柱形壁的下部部分内。

16.根据权利要求10所述的容器，其中所述流动通道被分成分支，并且所述分离罐中的一个沿着所述分支中的每个的相对侧面定位。

17.一种使用根据权利要求1所述的入口装置将流体流中的气相与液相分离的方法，包括以下步骤：

使所述流动通道内的所述流体流从所述入口端流动到所述出口端；

将所述流体流的分离部分通过所述分离罐的所述圆柱形壁中的所述入口开口从所述出口端递送到所述分离罐；

使所述流体流的所述分离部分在所述开放内部区域内涡旋，使得由所述流体流的所述分离部分的所述涡旋产生的离心力导致所述流体流的所述分离部分中的所述液相撞击所述圆柱形壁的所述内表面和所述气相以与所述液相分离并且向上上升；

通过所述圆柱形壁中的所述狭槽并且通过所述开放内部区域的所述开放下端将所述液相从所述圆柱形壁的所述内表面移除；以及

通过所述开放内部区域的所述开放上端移除所述上升的气相。

18.根据权利要求17所述的方法，其中使所述流体流的分离部分涡旋的所述步骤包括在将所述流体流的分离部分通过所述圆柱形壁中的所述入口开口从所述出口端递送的所述步骤期间使所述流体流的所述分离部分沿切向方向流动到所述圆柱形壁。

19.根据权利要求18所述的方法，其中使所述流体流的分离部分涡旋的所述步骤另外包括使所述流体流的所述分离部分通过所述开放内部区域中的每个中的旋流器流动。

20.根据权利要求18所述的方法，其中在移除所述液相的所述步骤期间，所述开放内部区域的所述开放下端未浸没在液体中。