CN111676077A - 一种高效雾化甘醇脱水装置及其使用方法和应用 - Google Patents

一种高效雾化甘醇脱水装置及其使用方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高效雾化甘醇脱水装置及其使用方法和应用，属于天然气脱水工艺技术领域。所述高效雾化甘醇脱水装置主要由甘醇雾化单元、气液接触和分离单元两部分组成。本发明设计的装置通过超重力技术和传统三甘醇脱水塔的有机结合，能够使原料气与甘醇接触更加充分，提高了传质效果，较好地解决了原有甘醇脱水设备体积庞大、维护不易等缺点，与原有脱水设备相比，具有设备高度低、占地面积小、维护方便、生产成本低等特点，更适合应用于海上天然气的处理，因此具有良好的实际应用之价值。

Description

一种高效雾化甘醇脱水装置及其使用方法和应用
技术领域
本发明属于天然气脱水工艺技术领域，具体涉及一种高效雾化甘醇脱水装置及其使用方法和应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
井口采出的天然气往往含有大量的水蒸汽，当管输压力和环境温度变化时，可能引起液态水的析出，一定条件下会与烷烃分子等形成固态水合物，这些物质的存在会减少管道对天然气的输送能力，严重时还会堵塞阀门、管线等。当输送的天然气中含有酸性组分时，液态水的存在会加速管壁、阀件的腐蚀，减少管线的使用寿命，严重时还会引起管道破裂，造成天然气的大量泄漏和安全事故。天然气中的含水量还会影响热值，降低燃烧效率。因此，在天然气的储存和运输之前，必须对天然气进行脱水处理。
目前，天然气脱水应用较为广泛的是以传统塔设备为核心的三甘醇(TEG)脱水工艺。其原理为：脱水塔内向上流动的天然气与贫甘醇溶液逆向接触，水被甘醇吸收，从而达到脱水目的。对于传统的三甘醇脱水装置，采用吸收塔工艺，占地面积大，传质效率低，且需要定期更换填料，不易保养，对于海上天然气田的应用存在较大局限。
中国专利201210188626.0和2016111015086公开的天然气脱水装置采用吸收塔工艺，发明人发现，设备高度较高，占地面积大，脱水效率较低；中国专利201020019690.2公开的天然气超重力脱水装置，采用多根超重力分离管和连通的两个闪蒸罐，可脱出10微米半径的液滴，但发明人发现，其压降较大，闪蒸罐占地面积大，且存在一定的安全隐患；中国专利201811635806.2公开的一种高效雾化喷淋脱硫塔及其脱硫工艺，采用塔设备，发明人发现，其占地面积大，也难以应用到海上平台；中国专利201410490633.5公开的一种超重力法三甘醇天然气脱水系统，用超重力机取代甘醇吸收和再生塔，但发明人发现，其并未对超重力机设备进行构造设计，未能解决目前技术中超重力旋转填料床分离效率低、效果差、气体易夹带液体的问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明目的在于提供一种新型高效雾化甘醇脱水装置及其使用方法和应用，本发明设计的装置能够使原料气与甘醇接触更加充分，提高了传质效果，减小了设备高度和占地面积，且无需填料、方便维护，更适用于海上天然气的处理，因此具有良好的实际应用之价值。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
本发明的第一个方面，提供一种高效雾化甘醇脱水装置，所述高效雾化甘醇脱水装置包括气液接触和分离单元，以及甘醇雾化单元；
其中，所述气液接触和分离单元包括壳体，设置于壳体内部的转动轴和转子；所述转子为动静组合式结构，包括转动盘和静止盘；
所述转动盘与转动轴连接，所述转动盘固定设置有按同心圆环方式排列的动折流圈；所述静止盘位于转动盘上方，处于静止状态，其上固定设置有按同心圆环方式排列的静折流圈；各动折流圈与静折流圈交错设置，并保持一定间距；同时，动折流圈不与上部的静止盘接触，静折流圈不与下部的转动盘接触，通过前述设置，形成多个连续迂回的环腔通道；
本发明的第二个方面，提供上述高效雾化甘醇脱水装置的使用方法，所述使用方法包括：三甘醇贫液经布液管进入液滴发生器发生雾化形成甘醇雾滴，经雾化喷嘴喷注进入折流圈之间的环腔中；
原料气从所述高效雾化甘醇脱水装置侧壁的进料口进入，在离心力的作用下，原料气由外至内在动静折流圈之间的通道中曲折地向中心流动，与甘醇雾滴充分接触吸收；
与甘醇雾滴充分接触后的天然气向上流至捕雾器，气体中携带的甘醇雾滴被分离出来，干燥后的气体从气体出口离开装置；
沉降的大液滴在折流式转子中被反复地加速、撞击，最后被甩向壳体内壁，在积液槽中汇集后经出液口排出。
本发明第三个方面，提供上述高效雾化甘醇脱水装置和/或使用方法在天然气处理中的应用。
其中，所述天然气处理具体为天然气脱水处理。
本发明的工作原理为：首先，三甘醇贫液通过雾化供给管路引流至液滴发生器内，然后在雾化喷嘴内被高速气体破碎、雾化成细滴，沿折流圈旋转方向倾斜喷注、充满环形空间；气体由壳体周向的进气管进入壳体，沿着静折流圈与动折流圈之间的间隙曲折地由外向中心流动，在此过程中，液体与气体进行逆流、顺流接触。最后气体进入捕雾器脱去夹带的甘醇雾滴，最后经出口离开壳体；沉降下来的甘醇液滴被一系列高速旋转的动折流圈反复甩向静折流圈，最后被抛向壳体流入积液槽由出液管排出；最后，经收集的富含水分的三甘醇液滴进入传统系统进行再生，再生后返回液滴发生器供再次使用。
上述一个或多个技术方案的有益技术效果：
(1)上述装置内的超声雾化喷嘴将甘醇液滴高度雾化，实现了原料气与甘醇的充分接触，传质效果佳、脱水效率高；
(2)上述装置内的气液接触单元无需填料填充，且均可设置为不锈钢材料，避免了填料材的消耗、更换和腐蚀的问题；
(3)上述技术方案通过超重力技术和传统三甘醇脱水塔的有机结合，较好地解决了原有甘醇脱水设备体积庞大、维护不易等缺点，与原有脱水设备相比，具有设备高度低、占地面积小、维护方便、生产成本低等特点，更适合应用于海上天然气的处理，因此具有良好的实际应用之价值。
说明书附图
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中高效雾化甘醇脱水装置的主剖结构示意图；
图2为本发明实施例中高效雾化甘醇脱水装置的喷嘴分布结构图；
图3为本发明实施例中高效雾化甘醇脱水装置工作过程中气体流动示意图；
图中：1.壳体；2.电机；3.转动轴；4.转动盘；5.出液口；6.进料口；7.卡口；8.静止盘；9.喷嘴；10.气体出口；11.捕雾器；12.布液管；13.静折流圈；14.动折流圈。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。同时，本说明书中用语“一”或“一种”不表示对数量的限制，而是表示所指的物体有至少一个。另外，人们应当注意，本文所用的术语“上”、“下”等方位用语除非另有指明，否则仅是为了便于描述，并不限于任何一个位置或者空间方位。
如前所述，对于传统的三甘醇脱水装置，采用吸收塔工艺，占地面积大，传质效率低，且需要定期更换填料，不易保养，对于海上天然气田的应用存在较大局限。
有鉴于此，本发明的一个典型实施方式中，提供一种高效雾化甘醇脱水装置，所述高效雾化甘醇脱水装置包括气液接触和分离单元，以及甘醇雾化单元；
其中，所述气液接触和分离单元包括壳体，设置于壳体内部的转动轴和转子；所述转子为动静组合式结构，包括转动盘和静止盘；
所述转动盘与转动轴连接，所述转动盘固定设置有按同心圆环方式排列的动折流圈；所述静止盘位于转动盘上方，处于静止状态，其上固定设置有按同心圆环方式排列的静折流圈；各动折流圈与静折流圈交错设置，并保持一定间距；同时，动折流圈不与上部的静止盘接触，静折流圈不与下部的转动盘接触，通过前述设置，形成多个连续迂回的环腔通道；
本发明的又一具体实施方式中，所述动折流圈与静折流圈都以转动轴为中心，整体呈轴对称结构；
本发明的又一具体实施方式中，各动折流圈与静折流圈均作倾斜设置；因此，在装置纵剖面上，可以看到，动折流圈与转动盘的夹角(近转动轴一侧)为钝角，优选为100～150°，如100°、120°、135°和150°，所述静折流圈与静止盘的(近转动轴一侧)夹角为锐角，优选为30～80°，如30°、45°、60°和80°；
本发明的又一具体实施方式中，所述动折流圈与转动盘的夹角和所述静折流圈与静止盘的夹角之和为180°；即在装置纵剖面上，可以看到，动折流圈与静折流圈呈平行设置。
本发明的又一具体实施方式中，所述甘醇雾化单元设置于壳体上方，包括布液管以及和布液管连通的液滴发生器。
本发明的又一具体实施方式中，所述液滴发生器具体为雾化喷嘴；优选为超声雾化喷嘴，从而使得甘醇液滴高度雾化，优选雾化为微米级液滴。
本发明的一个具体实施方式中，为实现上述雾化效果，所述液滴发生器优选为以拉瓦尔喷管为雾化芯的超声雾化喷嘴；
本发明的又一具体实施方式中，所述雾化喷嘴设置有多个；优选的，所述雾化喷嘴按同心圆环排列设置，在每一同心圆环上，均匀设置有多个雾化喷嘴；如2～8个，优选为6个。
本发明的又一具体实施方式中，所述雾化喷嘴做倾斜设置，从而使得喷射出的甘醇雾滴更易进入环腔通道中；优选的，雾化喷嘴倾斜角度与静折流圈倾斜角度相同。
本发明的又一具体实施方式中，所述气液接触和分离单元还包括设置于装置上方的捕雾器，所述捕雾器与气体出口连接；工作时，完成脱水后的天然气向上进入捕雾器中将气体中夹带的甘醇雾滴分离出来，最后从气体出口离开装置。
考虑到装置需要定期维护或更换组件，因此所述装置其整体上可以是一体结构，但在轴向上应当设置便于雾化单元拆装的结构，因此，在一些具体的实施方式中，所述雾化单元和下方壳体进行装配式连接，更具体的，所述雾化单元和下方壳体通过设置的卡口配合若干螺栓进行装配连接，共同组成装置外壳。
本发明的又一具体实施方式中，所述转动轴与电机相连，通过电机带动转子高速旋转产生离心力。
本发明的又一具体实施方式中，所述装置还包括原料气进气口，所述原料气(天然气)进气口开设于壳体侧壁上；优选与静折流圈或动折流圈相对设置，从而便于气体沿着静折流圈与动折流圈之间的间隙曲折地由外向中心流动。
本发明的又一具体实施方式中，所述出液口设置于壳体下部，便于将甘醇液滴回收。
本发明的又一具体实施方式中，提供上述高效雾化甘醇脱水装置的使用方法，所述使用方法包括：三甘醇贫液经布液管进入液滴发生器发生雾化形成甘醇雾滴，经雾化喷嘴喷注进入折流圈之间的环腔中；
原料气从所述高效雾化甘醇脱水装置侧壁的进料口进入，在离心力的作用下，原料气由外至内在动静折流圈之间的通道中曲折地向中心流动，与甘醇雾滴充分接触吸收；
与甘醇雾滴充分接触后的天然气向上流至捕雾器，气体中携带的甘醇雾滴被分离出来，干燥后的气体从气体出口离开装置；
沉降的大液滴在折流式转子中被反复地加速、撞击，最后被甩向壳体内壁，在积液槽中汇集后经出液口排出。
本发明的又一具体实施方式中，排出的液滴进入甘醇再生系统再生后继续循环使用。
本发明的又一具体实施方式中，提供上述高效雾化甘醇脱水装置和/或使用方法在天然气处理中的应用。
其中，所述天然气处理具体为天然气脱水处理。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本公开的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例
如图1-3所示，所述高效雾化甘醇脱水装置主要包括甘醇雾化单元和气液接触与分离单元，甘醇雾化单元主要包括雾化供给管路和液滴发生器；液滴发生器是以拉瓦尔喷管为雾化芯的超声雾化喷嘴9；气液接触与分离单元包括静止盘8、转动盘4及其之间交错布置的动折流圈14、静折流圈13和捕雾器11；转动盘4、转动轴3、捕雾器11和气体出口10同轴连接，静止盘4焊接在壳体1上。动折流圈14与转动盘4的夹角(近转动轴3一侧)为135°，静折流圈13与静止盘8的(近转动轴3一侧)夹角为45°。所述超声雾化喷嘴9倾斜设置，倾斜角与静折流圈13相同。
上述装置中，所述的雾化单元和下方壳体1通过设置的卡口7配合若干螺栓进行装配连接，共同组成脱水装置外壳，方便雾化单元的拆装和零件更换。
所述的甘醇雾化单元包括雾化喷嘴9、布液管12，所述的雾化单元的喷嘴有三组喷嘴，每组包括六个雾化喷嘴，每组喷嘴绕周向均匀分布，采用倾斜喷注。
所述的动折流圈14、静折流圈13以焊接的方法分别固定在转动盘4、静止盘8上。
所述的转动轴3与电机2相连，通过电机带动转子高速旋转产生离心力。
所述的壳体上方的气体出口10与气体出口管连接，下方的出液口5与液体出口管连接，原料气进料口6位于壳体两侧，与进气管连接。所述的进、出液管和进、出气管分别与外部输液设备和外接输气设备螺纹连接。
本发明工作过程简述如下：
如图1-3所示，在三甘醇雾化单元中，三甘醇贫液经雾化供给液管进入液滴发生器，并充满雾化芯与套管之间的通道，最后进入锥形环腔；作为雾化动力的天然气(一小部分原料气)经雾化供给气管线进入雾化芯内，经拉瓦尔喷管加速后高速向外喷出与液体混合，最后高速的水气混合流撞击振荡腔破碎成微米级细雾。在气液接触单元，甘醇雾滴倾斜喷射在折流圈之间的环道中；在离心力的作用下，沉降的大液滴在折流式转子中被反复地加速、撞击，最后被甩向壳体内壁，在积液槽中汇集后经出液口进入甘醇再生系统。经过预处理的原料气从本发明装置的壳体两侧进入，这样，原料气由外至内在动静折流圈之间的通道中曲折地向中心流动，与甘醇雾滴充分接触吸收。随后，天然气向上流至捕雾器，气体中携带的甘醇雾滴被分离出来，干燥后的气体最终从气体出口离开装置。
本发明巧妙的采用基于拉瓦尔喷管的超声雾化方式，将甘醇液滴的雾化程度提高至微米级别，同时引入折流式转子，极大地强化了传质过程和微观混合性能，并且无需填料，简化了内部结构。本发明具有传质效果好、占地面积小、节约生产成本、脱水效率高等优点。
应注意的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其进行限制。尽管参照所给出的实施例对本发明进行了详细说明，但是本领域的普通技术人员可根据需要对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高效雾化甘醇脱水装置，其特征在于，所述高效雾化甘醇脱水装置包括气液接触和分离单元，以及甘醇雾化单元；
其中，所述气液接触和分离单元包括壳体，设置于壳体内部的转动轴和转子；所述转子为动静组合式结构，包括转动盘和静止盘；
所述转动盘与转动轴连接，所述转动盘固定设置有按同心圆环方式排列的动折流圈；所述静止盘位于转动盘上方，处于静止状态，其上固定设置有按同心圆环方式排列的静折流圈；各动折流圈与静折流圈交错设置，并保持一定间距；同时，动折流圈不与上部的静止盘接触，静折流圈不与下部的转动盘接触，形成多个连续迂回的环腔通道。
2.如权利要求1所述的高效雾化甘醇脱水装置，其特征在于，所述动折流圈与静折流圈都以转动轴为中心，整体呈轴对称结构设置。
3.如权利要求1所述的高效雾化甘醇脱水装置，其特征在于，各动折流圈与静折流圈均作倾斜设置；
优选的，动折流圈与转动盘的夹角(近转动轴一侧)为钝角，优选为100～150°，所述静折流圈与静止盘的(近转动轴一侧)夹角为锐角，优选为30～80°；
优选的，所述动折流圈与转动盘的夹角和所述静折流圈与静止盘的夹角之和为180°。
4.如权利要求1所述的高效雾化甘醇脱水装置，其特征在于，所述甘醇雾化单元设置于壳体上方，包括布液管以及和布液管连通的液滴发生器。
5.如权利要求4所述的高效雾化甘醇脱水装置，其特征在于，所述液滴发生器具体为雾化喷嘴；优选为超声雾化喷嘴；更优选的，所述液滴发生器优选为以拉瓦尔喷管为雾化芯的超声雾化喷嘴；
优选的，所述雾化喷嘴设置有多个；优选的，所述雾化喷嘴按同心圆环排列设置，在每一同心圆环上，均匀设置有多个雾化喷嘴；
优选的，所述雾化喷嘴做倾斜设置。
6.如权利要求1所述的高效雾化甘醇脱水装置，其特征在于，所述气液接触和分离单元还包括设置于装置上方的捕雾器，所述捕雾器与气体出口连接；或，
所述雾化单元和下方壳体进行装配式连接；或，
所述转动轴与电机相连。
7.如权利要求1所述的高效雾化甘醇脱水装置，其特征在于，所述装置还包括原料气进气口，所述原料气进气口开设于壳体侧壁上；优选与静折流圈或动折流圈相对设置。
8.如权利要求1所述的高效雾化甘醇脱水装置，其特征在于，所述出液口设置于壳体下部。
9.权利要求1-8任一项所述高效雾化甘醇脱水装置的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括：三甘醇贫液经布液管进入液滴发生器发生雾化形成甘醇雾滴，经雾化喷嘴喷注进入折流圈之间的环腔中；
原料气从所述高效雾化甘醇脱水装置侧壁的进料口进入，在离心力的作用下，原料气由外至内在动静折流圈之间的通道中曲折地向中心流动，与甘醇雾滴充分接触吸收；
与甘醇雾滴充分接触后的天然气向上流至捕雾器，气体中携带的甘醇雾滴被分离出来，干燥后的气体从气体出口离开装置；
沉降的大液滴在折流式转子中被反复地加速、撞击，最后被甩向壳体内壁，在积液槽中汇集后经出液口排出；
优选的，排出的液滴进入甘醇再生系统再生后继续循环使用。
10.权利要求1-8任一项所述高效雾化甘醇脱水装置和/或权利要求9所述使用方法在天然气处理中的应用；
优选的，所述天然气处理具体为天然气脱水处理。
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