CN114504882B - 一种多效梯级协同的气液分离方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种多效梯级协同的气液分离方法，将含液气体通入气脱液分离罐体，利用其中的旋流管将气流中的液滴脱除至10μm以下，引导携带有10μm以下液滴的气体先后通过聚结纤维床和分离纤维床，经聚结纤维床的分段床层多层聚结气体中的细微液滴，并在分离纤维床中实现完全分离，并提供了使用该方法进行气液分离的分离装置；使得气体中夹带的液滴能够在一体式分离罐中，通过惯性分离作用、旋流分离作用、聚结分离作用三效协同强化，从而达到完全脱除气体中的液滴的目的。

Description

一种多效梯级协同的气液分离方法和装置

技术领域

本发明涉及气液分离技术领域，具体涉及一种含液气体高效脱液的方法和实现所述气体脱液分离方法所使用的装置。

背景技术

在石油化工、天然气开采以及其他化学工业中，有许多例子表明气/液混合物必须分离。例如天然气在开采以及生产过程中会携带有油、水以及其他凝析液体和杂质，而如果不对这些液体进行脱液处理，就会对后续的加工以及使用产生重大影响；再例如在石油化工领域，在进行芳构时使用的原料一般是催化干气，但是催化干气中一般都含有胺液和水分，胺液会引起芳构催化剂中毒，降低反应效率；水分会影响反应温度，因为异构化的反应温度在380～450℃，如果水分过多会使反应温度提高过慢，最终影响产品质量，因此需要除去催化干气中的胺液和水分、提高反应效率和产品质量，诸如此类工艺过程对气体脱液都有着较高的要求。

气体脱液是一种需要从气体中去除相对较少的液体的一种工艺。流动的气体可以夹带或多或少的液体，液体浓度通常不超过10％(vol)，而液滴的大小大至几十上百微米，小至几微米甚至更细小。气体中夹带的液体可以以小液滴或大液滴的形式存在，也可以以雾状或泡沫状等形式存在。而这种含液气体如果不经过处理就进行输送或排放，将会影响化工过程产品生产甚至造成环境污染。因此，气体的脱液处理是石油化工等行业必不可少的工艺过程。

目前，基本的气液分离方法有重力分离、碰撞分离、离心分离、聚结分离、文丘里气液分离和电力沉降等，分别适合不同的粒径范围。采用不同的分离原理，气液分离器的性能和结构也有较大差异，常见的有重力沉降分离器、旋流分离器、丝网气液分离器、分液罐分离器、双相涡轮分离器、无分流式惯性分离器、平行蛇管分离器、离心分离器和高效聚结器等。但由于结构设计或者所使用的原理方法单一等原因，现在工业上应用的气液分离器大多分离效率不高，适用范围较窄，二次夹带严重，造成气液分离不彻底，未能很好满足生产以及环保需求。比如对于采用离心分离原理的分离器来说，虽然其体积小并且较为稳定，但由于其分离负荷范围窄，因此当气体流速超过一定范围后，分离效率反而会下降。因此如何高效实现气液分离从而提高分离效率以及质量成为了一种关键性的问题。

中国实用新型(CN200620168607.1)给出了一种多级气液分离器，它包括带进水口、出气口和出液口的壳体，在壳体内的中部设置高速切线分离室，在高速切线分离室内组装多个小分离室，小分离室设置切向入口和集液管，在小分离室内设置导气管，导气管通向设置在上方的旋流板分离室，旋流板分离室的外围有导流通道通向集液室。该实用新型专利结构简单，主要运用了离心分离方法，但气液分离精度不高，效果不好，无法防止二次夹带严重问题，不能适用于高精度分离场合。

中国发明(CN201110436864.4)给出了一种高效气液分离设备，该发明专利采用了旋流分离、涡流分离和丝网破沫分离等三种方法，可有效进行气液分离。不过，该设备虽然能够一定程度上有效地脱出气体中的液体，但是分离精度仍然不是很高，也无法防止二次夹带的问题，如实施例中针对胺液浓度1000-500ppm的气体的净化结果中仍然含有50ppm接近的胺液。因此该专利的适用范围较窄，无法应用于高精度分离场合。

因此，为更好地满足工业生产，本领域迫切需要开发一种分离效率高、适用范围广、维护方便、使用周期长、处理能力强的气液分离装置，进一步提高含液气体脱液的效率。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种含液气体高效脱液方法和装置，充分净化气体中夹带的液滴，对提高化工过程产品质量、环境保护等方面均有益处。本发明提供的一种方法和装置，使得气体中夹带的液滴能够在一体式分离罐中，通过惯性分离作用、旋流分离作用、聚结分离作用三效协同强化，从而达到完全脱除气体中的液滴的目的。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了提供一种多效梯级协同的气液分离方法，包括以下步骤：

S1)将含液气体通入气脱液分离罐体，利用其中的旋流管将气流中的液滴脱除至10μm以下；

S2)引导携带有10μm以下液滴的气体先后通过聚结纤维床和分离纤维床，经聚结纤维床的分段床层多层聚结气体中的细微液滴，并在分离纤维床中实现完全分离；

本发明还提供了一种多效梯级协同的气液分离装置，包括带有物料进口、气体出口和排液出口的气脱液分离罐体，气体出口设置在罐体顶部，排液出口设置在罐体底部，物料进口设置在罐体侧面，所述气脱液分离罐体内部包括自上而下间隔设置的分离纤维床、聚结纤维床、惯性-旋流分离段，惯性-旋流分离段位于气脱液分离罐体中部；

分离纤维床、聚结纤维床和惯性-旋流分离段由上到下将气脱液分离罐体内部空间依次分为排气缓冲室、脱液缓冲室、聚结缓冲室和集液室；

聚结纤维床与分离纤维床表面的亲疏液性相反，且聚集纤维床为亲液性，分离纤维床为疏液性，其中，组成聚结纤维床与分离纤维床的纤维的比表面积比为1.5-5:1，其中，所述聚结纤维床和分离纤维床中均共同编织有10％以下的金属丝，且两者均采用单根金属丝和多根聚合物纤维混合成束后，按X型或Ω型不规则排列方式编织成纤维网，所述的纤维床是通过纤维网卷制或者层层叠加制成；

惯性-旋流分离段包括在气脱液分离罐体内部从上到下依次间隔设置的上隔板和下隔板，上隔板与下隔板之间为进料腔，两组以下物料进口连接至进料腔当中，进料腔中竖直设置有一组以上≤DN50的旋流管，旋流管上端溢流口穿过上隔板延伸至聚结缓冲室中，旋流管下端底流口穿过下隔板延伸至集液室中；

上隔板和下隔板各自上表面分别设置有延伸进入集液室的聚结降液管和进料降液管，集液室的表面上还设置有液/界位计接口。

本发明的一种实施方式在于，所述气脱液分离罐体表面还设置有连接至集液室的排气口，排气口在垂直方向上距离下隔板5-10cm。

本发明的一种实施方式在于，所述进料腔中设置有多组旋流管，旋流管沿罐体周向均匀布置，旋流管侧面的进料口偏转角度相同，且旋流管侧面的进料口与物料进口之间的垂直距离是其与上隔板之间垂直距离的四倍以上。

进一步的，所述旋流管上端溢流口末端与上隔板之间的垂直距离≥10cm，其下端底流口末端与下隔板之间的垂直距离≥10cm，且溢流口末端还设置有防冲帽。

本发明的一种实施方式在于，所述聚结降液管和进料降液管上分别设置有允许液体流入集液室的聚结单向阀和进料单向阀。

本发明的一种实施方式在于，所述聚结纤维床和分离纤维床中的金属丝为不锈钢金属丝，金属丝的直径在100-250μm之间。

进一步的，所述聚结纤维床中的改性聚合物纤维，其液滴表面接触角在15-30°之间，直径在20-50μm之间，且聚结纤维床由两组以上不同空隙率的分段床层贴合叠加而成，各分段床层的空隙率沿物料流向梯度减小，其中，聚结纤维床迎流侧的空隙率在60-95％之间，背流层的空隙率在50-80％之间，且聚结纤维床的厚度为200-500mm。

进一步的，所述分离纤维床中的改性聚合物纤维，其液滴表面接触角在130-155°之间，直径在10-20μm之间，且分离纤维床的厚度为100-300mm，其空隙率为30-50％之间。

进一步的，所述聚结纤维床与分离纤维床之间的垂直距离不小于300mm。

本发明起到的技术效果是：

气脱液罐通过罐体内部自身的结构布置，实现惯性分离与旋流分离的紧凑布置，充分利用惯性分离能快速脱除大粒径液滴、而旋流分离能有效处理相对较低浓度分散相的特点，形成惯性分离降浓、旋流分离增效的作用；同时，还通过捕集精度更高的纤维聚结分离床层，充分捕获气体中的微细液滴，有效防止二次夹带问题，净化气体。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图中1-集液室、2-排气口、3-下隔板、4-物料进口、5-进料腔、6-旋流管、7-上隔板、8-聚结纤维床、9-分离纤维床、10-气体出口、11-排气缓冲室、12-脱液缓冲室、13-聚结缓冲室、14-聚结单向阀、15-聚结降液管、16-进料单向阀、17-进料降液管、18-液/界位计接口、19-排液出口。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明。

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

本发明的发明人在实际科研工作中，经过深入而广泛的研究分析后发现，现有的气脱液方法及装置一方面并不能充分地净化含液气体，或多或少存在净化后气体带液问题，另一方面，要完全脱除气体的液滴往往需要较长的流程或多台/套设备，造成投资大、占地大的问题。因此，本发明提供一种多效协同强化作用的一体式气脱液方法和装置，将惯性分离、旋流分离和聚结分离三效一体式布置，按照物料流向逐级提高分离精度，将主要分离工作区域分为惯性分离、旋流强化分离以及纤维聚结强化分离三个工作段。在前两个分离工作段内能够将≥10μm的大粒径的液滴进行分离，最后再通过纤维聚结强化分离对10μm以下的细微液滴颗粒进行充分分离，从而实现气体的脱液净化。

下面结合图1对本发明做出进一步阐述：

本发明中提供的一种多效梯级协同的气液分离装置，如图1所示，为一体式的多效协同气脱液罐。所述的气脱液罐由上隔板7和下隔板3将罐体分为三段，上段为包含有聚结纤维床8和分离纤维床9的集气腔，中段为进料腔5，下段为集液室1，且集气腔由聚结纤维床8、分离纤维床9由上到下依次分割为排气缓冲室11、脱液缓冲室12和聚结缓冲室13，气体出口10位于罐体顶端，与排气缓冲室11相连，用于将完成气液分离后的气体排出装置。

进料腔5上分别设置有物料进口4和多组旋流管6，物料进口4位于进料腔5中部，视供料情况可设置为1～2个，多组旋流管6均匀布置在进料腔5中，旋流管6的溢流口和底流口分别穿过上隔板7和下隔板3，的溢流口顶端设有防冲帽，起到降低磨损、避免大流量夹液气流直接冲击聚结纤维床8的作用，且所有的旋流管6的进口相同，侧面的进口与物料进口4之间的垂直距离是其与上隔板7之间垂直距离的四倍以上，使得物料进口4与旋流管6进口之间有足够的垂直距离，从而确保夹液气流需与旋流管6撞击后才能经进口进入旋流管6，保证了各组旋流管6的分离效率。

集液室1上分别设置有排气口2、液/界位计接口18、液体出口19组成，液体出口19位于罐体底端，液/界位计接口18用于安装液/界位计反馈液位，以适时控制排出集液室1中累积的分离后液体，排气口2位于集液室的侧上方，在垂直方向上距离下隔板3的距离在5-10cm之间，防止排气口2距离下隔离板3过远导致气体囤积在集液室1，便于充分排出旋流管6底流口混入到集液室1中的气体。

夹液气流分别在进料腔5、旋流管6、聚结纤维床8和分离纤维床9中实行惯性分离、旋流分离和聚结分离，各阶段分离出的液体均被收集到集液室1中，其中，惯性分离所脱出的液体是通过分别连接在进料腔5和集液室1的进料降液管17及进料单向阀16收集到集液室中的，进料单向阀16允许分离出的液体单向流入集液室1，避免产生回流导致进料腔5压力升高影响收集效果，而旋流分离所脱出的液体则直接通过穿过下隔板3的旋流管6底流口收集到集液室1当中的，聚结分离所脱出的液体则通过分别连接在聚结缓冲室13和集液室1的聚结降液管15及聚结单向阀14收集到集液室1中，同理聚结单向阀14允许分离出的液体单向流入集液室1，所处集液室1中的液体最终通过罐体底部的排液出口19排出脱液罐。

上隔板7和下隔板3上应分别设置的聚结降液管15和进料降液管17，各降液管均应伸出下隔板≥10cm，保证液体顺利滴落。

聚结纤维床8和分离纤维床9可通过挡圈支架固定于所述集气腔内，且组成聚结纤维床8与分离纤维床9的纤维的总比表面积比为1.5-5:1，由于分离纤维床9的纤维表面呈疏液性，对与之接触的液滴产生排斥作用，但仍具有不等于180°的接触角，不可避免地会存在液滴弱附着现象，在该比表面积比下，可控制分离纤维床9有效克服因比表面积过小而不足以完成聚结后的液滴完全脱出，或者因比表面积过大而聚结后的液滴被“撕裂”等问题；同时，所述聚结纤维床8和分离纤维床9中均共同编织有10％以下的金属丝，且两者均采用单根金属丝和多根聚合物纤维混合成束后，按X型或Ω型不规则排列方式编织成纤维网，所述的纤维床是通过纤维网卷制或者层层叠加制成，在提供纤维床强度的同时，进一步提高表面性能。

聚合物纤维的具体组成可视针对纤维床亲疏液性的要求来进行选择，即根据所需分离的夹带液体本身的性质，保证聚集纤维床8亲和所需分离的夹带液体，而分离纤维床9排斥所需分离的夹带液体；其中，纤维材料包括但不限于对聚四氟乙烯、聚丙烯、聚酰胺、玻璃纤维中的一种或几种组合的直接使用或表面改性，所述材料的相关表面亲水亲油改性方法为现有技术，任何可使得实现聚合物纤维能够适应本发明中表面性质要求的改性手段均可用于本发明中，在此不作特别限制。

聚结纤维床8采用20～50μm的亲液型聚合物纤维，制成200～500mm的床层，所述的床层由多个分段组成，且各分段的空隙率将沿夹液气流的流向梯度减小，平均空隙率为60％～80％，同时床层的迎流侧的空隙率60％～95％，而背流侧的空隙率为50％～80％，经过大液滴分离而主要夹带10μm以下液滴的夹液气流在聚结纤维床8的梯度空隙结构中逐渐提高与亲液纤维的接触效果，使得其中小液滴被充分捕获，有利于液滴在亲液性纤维床中积累和并聚，有效除去气流中的微小液滴。

分离纤维床9则采用10～20μm的疏液聚合物纤维，制成100～300mm的床层，床层致密且空隙均匀，床层的空隙率为30％～50％，经疏液纤维分离出其中剩余残留的液滴，并使其返落至聚结纤维床8上，分离纤维床与聚结纤维床相距300mm以上，为液滴提供足够的分离空间。

基于所述气液分离装置的结构，其工作时的具体步骤为：

S1)将含液气体通入气脱液分离罐体，利用其中的旋流管将气流中的液滴脱除至10μm以下，其具体过程为：

进料气流经物料进口4输入进料腔5内，然后高速撞击腔内的多组旋流管6的壁面，并快速发生折流，从而利用惯性分离脱除物料中20μm以上的大粒径液滴。然后液滴汇聚至下隔板3上。由于进料腔5脱出的液体不断堆积在腔内，在压力平衡作用下，通过进料单向阀16泄压并使得液体沿进料降液管17而进入集液室1内。

进料腔内气体物料均匀进入到多组旋流管6中的每一根微型旋流器中，在旋流场的强化作用下，旋流分离出气体中的10μm以上的液滴，而气体则夹带剩余的少量10μm以下的微细液滴经溢流口进入到集气腔中，旋流器脱出的液体则通过底流管进入到集液室1中。

S2)引导携带有10μm以下液滴的气体先后通过聚结纤维床8和分离纤维床9，经聚结纤维床8的分段床层多层聚结气体中的细微液滴，并在分离纤维床9中实现完全分离，其具体过程为：

夹液气流进入集气腔后，通过聚结纤维床8捕获气流中的微细液滴，使微细液滴在床层中不断聚并长大。聚结纤维床8为空隙率呈梯度变化的床层，空隙率沿流动方向逐渐减小，使得微细液滴在床层内容逐步被亲液材料捕获积累，未捕获的液滴也将产生并聚，便于后续脱除。

由聚结纤维床8分离后的含液气体继续进入到分离纤维床9中，分离纤维床9为具有一定厚度的致密的疏液纤维材质，能够确保气体中剩余的液滴被完全脱除。脱出的液体下落汇聚至上隔板7上，随着集气腔中压力平衡作用下，液体通过带有聚结单向阀14的聚结降液管15进入集液室1内。

集液室1设置两个液/界位计接口18，通过所连接的液/界位计并结合适当的自动控制实现腔内液体经由排液出口19排出。

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应当注意的是，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，或者按照制造厂商所建议的条件进行。

实施例1：

按照前文所述方式组装含液气体多效协同强化一体式脱液，罐体总高度H＝2900mm，直径进料口采用1个直径100mm的进料接管。采用由15根DN35的微型旋流器组成的旋流管组。聚结纤维床层采用316L不锈钢金属丝和玻璃纤维混合编织，不锈钢金属丝直径200μm，玻璃纤维直径25μm，床层厚度350mm，由7段厚度分别为50mm的纤维层段组成，各段空隙率沿流向分别为80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％，床层平均空隙率65％。分离纤维床层采用316L不锈钢金属丝和聚四氟乙烯纤维，其中，聚四氟乙烯采用基团修饰技术进行表面疏水改性(液滴接触角θ＝138°)，不锈钢金属丝直径200μm，聚四氟乙烯纤维13μm，床层厚度150mm，空隙率35％。聚结纤维床与分离纤维床的纤维的比表面积比为1.79。

气脱液过程的主要参数：脱液罐工作压力P＝0.25MPa，工作温度为常温；物料为天然气脱水，流量Q＝50m³/h，气体夹带的液滴的浓度为C＝0.05％(vol)，其中液滴的平均粒径为24μm，并含有少量粒径大至100μm左右的液滴。

本例结果：经过本发明的方法与装置净化分离后，脱液罐气相出口中液滴含量不超过8ppm，液相出口排出的是从气体中脱出的水，取得优异的分离效果。

实施例2：

按照前文所述方式组装含液气体多效协同强化一体式脱液，罐体总高度H＝3200mm，直径进料口采用1个直径130mm的进料接管。采用由22根DN35的微型旋流器组成的旋流管组。聚结纤维床层采用316L不锈钢金属丝和聚酰胺纤维混合编织，其中聚酰胺采用化学接枝共聚技术进行表面亲油疏水改性(液滴接触角θ＝15°)，不锈钢金属丝直径220μm，聚酰胺纤维直径28μm。床层厚度450mm，由5段厚度分别为90mm的纤维层段组成，各段空隙率沿流向分别为75％、70％、65％、60％、55％床层平均空隙率65％。分离纤维床层采用316L不锈钢金属丝和聚四氟乙烯纤维，其中聚四氟乙烯采用基团修饰技术进行表面疏油亲水改性(液滴接触角θ＝142°)，不锈钢金属丝直径200μm，改性聚四氟乙烯纤维10μm，床层厚度150mm，空隙率35％。聚结纤维床与分离纤维床的纤维的比表面积比为2.45。

气脱液过程的主要参数：脱液罐工作压力P＝0.55MPa，工作温度为T＝35℃；物料为循环氢气脱烃，流量Q＝65m³/h，气体夹带的液体的浓度为C＝0.02％(vol)，其中液滴的平均粒径为18μm，并含有少量粒径大至65μm左右的液滴。

本例结果：经过本发明的方法与装置净化分离后，脱液罐气相出口中液滴含量不超过4ppm，液相出口排出的是从气体中脱出的液态烃，取得优异的分离效果。

实施例3：

按照前文所述方式组装含液气体多效协同强化一体式脱液，罐体总高度H＝2500mm，直径进料口采用1个直径100mm的进料接管。采用由14根DN30的微型旋流器组成的旋流管组。聚结纤维床层采用316L不锈钢金属丝和聚四氟乙烯纤维混合编织，其中聚四氟乙烯采用表面基团修饰技术进行亲油疏水改性(液滴接触角θ＝18°)，进一步提高疏水性能，不锈钢金属丝直径200μm，改性聚四氟乙烯纤维直径17μm。纤维床层厚度350mm，由7段厚度分别为50mm的纤维层段组成，各段空隙率沿流向分别为75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％，床层平均空隙率60％。分离纤维床层采用316L不锈钢金属丝和聚丙烯纤维，其中聚丙烯采用接枝共聚技术进行表面疏油亲水改性(液滴接触角θ＝148°)，不锈钢金属丝直径200μm，聚丙烯纤维10μm，床层厚度150mm，空隙率32％。聚结纤维床与分离纤维床的纤维的比表面积比为3.22。

气脱液过程的主要参数：脱液罐工作压力P＝0.15MPa，工作温度为T＝75℃；物料为尾气脱油，流量Q＝48m³/h，气体夹带的液体的浓度为C＝0.062％(vol)，其中液滴的平均粒径为12μm，并含有少量粒径大至50μm左右的液滴。

本例结果：经过本发明的方法与装置净化分离后，脱液罐气相出口中液滴含量不超过5ppm，液体出口排出的是从气体中脱出的油相，取得优异的分离效果。

由上述的三个实施例可知，经过使用本发明的方法和装置，在气脱液罐中的多效协同强化的分离作用下气相出口的均未检测到明显的液滴，本发明的方法和装置完全达到了后续生产工艺的要求。相比而言，传统的气液分离器无论采用单级还是多级分离、分体还是一体式，气相出口中均会存在液滴夹带的问题，这是由于单体的机理本身的限制，比如旋流场精度仅能达到10μm，又比如单纯的聚结存在二次夹带等问题。通过本发明的方法和装置，可有效改进这些弊端，取得优异的分离效果。

在本发明的描述中，需指出的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本发明的限制。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种多效梯级协同的气液分离装置，包括带有物料进口（4）、气体出口（10）和排液出口（19）的气脱液分离罐体，气体出口（10）设置在罐体顶部，排液出口（19）设置在罐体底部，物料进口（4）设置在罐体侧面，其特征在于，所述气脱液分离罐体内部包括自上而下间隔设置的分离纤维床（9）、聚结纤维床（8）、惯性-旋流分离段，惯性-旋流分离段位于气脱液分离罐体中部；

分离纤维床（9）、聚结纤维床（8）和惯性-旋流分离段由上到下将气脱液分离罐体内部空间依次分为排气缓冲室（11）、脱液缓冲室（12）、聚结缓冲室（13）和集液室（1）；

聚结纤维床（8）与分离纤维床（9）表面的亲疏液性相反，且聚结纤维床（8）呈亲液性，分离纤维床（9）呈疏液性，其中，组成聚结纤维床（8）与分离纤维床（9）的纤维的比表面积比为1.5-5:1，所述聚结纤维床（8）和分离纤维床（9）中均共同编织有10%以下的金属丝，且两者均采用单根金属丝和多根聚合物纤维混合成束后，按X型或Ω型不规则排列方式编织成纤维网，所述的纤维床是通过纤维网卷制或者层层叠加制成；

其中，所述聚结纤维床（8）中的改性聚合物纤维，其液滴表面接触角在15-30°之间，直径在20-50μm之间，且聚结纤维床（8）由两组以上不同空隙率的分段床层贴合叠加而成，各分段床层的空隙率沿物料流向梯度减小，其中，聚结纤维床（8）迎流侧的空隙率在60-95%之间，背流层的空隙率在50-80%之间，且聚结纤维床（8）的厚度为200-500mm；

所述分离纤维床（9）中的改性聚合物纤维，其液滴表面接触角在130-155°之间，直径在10-20μm之间，且分离纤维床（9）的厚度为100-300mm，其空隙率为30-50%之间；

惯性-旋流分离段包括在气脱液分离罐体内部从上到下依次间隔设置的上隔板（7）和下隔板（3），上隔板（7）与下隔板（3）之间为进料腔（5），两组以下物料进口（4）连接至进料腔（5）当中，进料腔（5）中竖直设置有一组以上≤DN50的旋流管（6），旋流管（6）上端溢流口穿过上隔板（7）延伸至聚结缓冲室（13）中，旋流管（6）下端底流口穿过下隔板（3）延伸至集液室（1）中；

进料腔（5）中设置有多组旋流管（6），旋流管（6）沿罐体周向均匀布置，旋流管（6）侧面的进料口偏转角度相同，且旋流管（6）侧面的进料口与物料进口（4）之间的垂直距离是其与上隔板（7）之间垂直距离的四倍以上；

旋流管（6）上端溢流口末端与上隔板（7）之间的垂直距离≥10cm，其下端底流口末端与下隔板（3）之间的垂直距离≥10cm，且溢流口末端还设置有防冲帽；

上隔板（7）和下隔板（3）各自上表面分别设置有延伸进入集液室（1）的聚结降液管（15）和进料降液管（17），集液室（1）的表面上还设置有液/界位计接口（18），其中，所述聚结降液管（15）和进料降液管（17）上分别设置有允许液体流入集液室的聚结单向阀（14）和进料单向阀（16）。

2.根据权利要求1所述的一种多效梯级协同的气液分离装置，其特征在于：所述气脱液分离罐体表面还设置有连接至集液室（1）的排气口（2），排气口（2）在垂直方向上距离下隔板（3）5-10cm。

3.根据权利要求1所述的一种多效梯级协同的气液分离装置，其特征在于：所述聚结纤维床（8）和分离纤维床（9）中的金属丝为不锈钢金属丝，金属丝的直径在100-250μm之间。

4.根据权利要求1所述的一种多效梯级协同的气液分离装置，其特征在于：所述聚结纤维床（8）与分离纤维床（9）之间的垂直距离不小于300mm。

5.一种使用权利要求1-4中任一所述的多效梯级协同的气液分离装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1）将含液气体通入气脱液分离罐体，利用其中的旋流管将气流中的液滴脱除至10μm以下；

S2）引导携带有10μm以下液滴的气体先后通过聚结纤维床（8）和分离纤维床（9），经聚结纤维床（8）的分段床层多层聚结气体中的细微液滴，并在分离纤维床（9）中实现完全分离。