DE2858728C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung von kondensierten oder kondensierbaren Komponenten aus einem Gasgemisch oder einem Flüssigkeits- Gasgemisch, insbesondere zum Abtrennen von Wasser und Benzin aus Erdgas, mit einem Wirbelrohr, im Bereich von dessen einem Ende ein das Gemisch drall­ gebend am Umfang des Wirbelrohres einleitender Einlauf mündet und an dessen anderem Ende ein erster Gasauslaß in Form eines in das Wirbelrohr koaxial hin­ einragenden Tauchrohres ausgebildet ist, wobei am Umfang des Wirbelrohres ein Ableitrohr in den Ringspalt rings des Tauchrohres mündet und an dem einlauf­ seitigen Ende des Wirbelrohres ein zweiter Gasauslaß koaxial mündet.

Es ist bekannt, daß bei der Expansion eines kondensierte oder kondensierbare Komponenten enthaltenden Gasgemisches eine Abkühlung eintritt, welche zur vollständigen oder teilweisen Kondensation der kondensierbaren Komponenten des Gemisches führt. Die in dem Kondensat enthaltenen Komponenten können dann voneinander getrennt werden.

Bei einer bekannten Vorrichtung der einleitend genannten Art (US-PS 35 46 891, Figur 2) erfolgt dies dadurch, daß das Flüssigkeits-Gasgemisch durch den Einlauf mit hoher Geschwindigkeit in das Wirbelrohr eingeführt wird, wodurch das Gas expandiert. Die spezifisch schweren kondensierten Flüssigkeitsteilchen werden im Umfangsbereich des Wirbelrohres konzentriert und durch das Ableit­ rohr abgeführt, wohingegen durch das Tauchrohr aufgrund des Ranque-Hilsch- Wirbeleffekts ein warmer Gasstrom und durch den einlaufseitigen Gasauslaß ein kälterer Gasstrom abgeführt werden.

Als Weiterbildung der Vorrichtung der einleitend genannten Art wird mit dem Hauptpatent 28 50 019 zum Erhalten eines verbesserten Trennwirkungsgrades vorgeschla­ gen, daß auch der zweite Gasauslaß von einem in das Wirbelrohr hineinragenden Tauchrohr gebildet wird und der Einlauf in den Ringraum zwischen diesem Tauchrohr und der Wand des Wirbelrohres tangential einmündet, daß sich die Umfangswand des Ringraumes zu dem benachbarten Ende des Wirbelrohres kegelförmig erweitert und daß das Ableitrohr und eine an dem Kegelabschnitt des Wirbelrohres ausgebildete Ableitöffnung in den Gasraum eines Flüssigkeits­ separatorbehälters münden.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, die Vorrichtung nach dem Hauptpatent für einen hohen Trennwirkungsgrad weiter auszugestalten.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der äußere Durchmesser des einlaufseitigen Tauchrohres das 0,2- bis 0,5fache des Innendurchmessers des Wirbelrohres beträgt.

Außerdem beträgt vorzugsweise der Abstand zwischen dem freien Ende des einlaufseitigen Tauchrohres und der Ebene der gaseinleitenden Düse das 1,5fache des Innendurchmessers des Wirbelrohres und der Kegelwinkel des Kegelabschnittes beträgt vorzugsweise höchstens 20°.

Es ist ein Untersuchungsbericht zur Wirksamkeit eines Wirbelrohres nach Ranque und Hilsch zum Trennen von Gasen unterschiedlicher Dichte bekannt (Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 7, 1964, S. 1195-1206). Bei einer Ausführungsform des untersuchten Wirbelrohres betrug der Durchmesser der einlaufseitigen Gas­ auslaßöffnung das 0,2fache des Innendurchmessers des Wirbelrohres.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, welche in Form einer beispielhaften Aus­ führungsform aus der Zeichnung ersichtlich ist, wird anhand der Zeichnung erläu­ tert, in welcher die Figur den prinzipiellen Aufbau der Ausführungsform zeigt.

Nach der Figur wird der die Flüssigkeit enthaltende Gasstrom durch das Rohr 1 in den horizontal angeordneten Zentrifugal-Wirbelseparator 2 eingeleitet. Der Wirbelseparator 2 besteht aus einem Wirbelrohr 2 a, aus einer den Gemischstrom­ einlauf bildenden Düse 2 b, aus einem ersten gasabführenden Tauchrohr 2 c, aus einem zweiten gasabführenden Tauchrohr 2 d und einem Ringraum 2 e zwischen dem ersten Tauchrohr 2 c und der Umfangswand des Wirbelrohres 2 a. Der größte Teil des Wirbelrohres 2 a, welches an beiden Stirnenden geschlossen ist, ist zylin­ drisch. Der Zylinderabschnitt geht an der dem Ende des ersten Tauchrohres 2 c abgewendeten Seite der Einlaufdüse 2 b in einen divergierenden Kegelabschnitt über.

Das Tauchrohr 2 c des Wirbelseparators 2 ist an ein gasableitendes Rohr 3 an­ geschlossen.

An der Umfangswand des Wirbelrohres 2 a sind eine Ableitöffnung 4 ausgebil­ det und mündet ein Ableitrohr 5. Die Ableitöffnung 4 an dem einen Ende des Wirbelrohres ist in der Wand des Kegelabschnittes ausgebildet, während das Ab­ leitrohr 5 am anderen Ende des Wirbelrohres 2 a angeordnet ist und in den Ring­ spalt zwischen dem zweiten Tauchrohr 2 d und der Umfangswand des Wirbelrohres 2 a einmündet. Die Ableitöffnung 4 und das Ableitrohr 5 sind über Steuerventile 6 und eine Rohrleitung 7 mit dem Gasraum 8 a eines die Flüssigkeit aus dem Gas abscheidenden Separatorbehälters 8 verbunden.

Unterhalb eines Gasraumes 8 a des Separatorbehälters 8 befindet sich ein Flüssig­ keitsraum 8 b. Der Gasraum 8 a ist durch eine Rohrleitung 9 mit dem gasableiten­ den Rohr 3 des Wirbelseparators 2 verbunden. Der Flüssigkeitsraum 8 b des Separatorsbehälters 8 wird über eine mit einem Ventil 10 versehene Rohrleitung 11 angezapft.

Das zweite Tauchrohr 2 d des Wirbelseparators 2, welches an dem dem Kegelab­ schnitt und dem durch diesen ragenden ersten Tauchrohr 2 c abgewendeten Ende des Wirbelrohres 2 a koaxial zu diesem angeordnet ist, kann - wie die gestrichelte Linie darstellt - durch ein mit einem Ventil versehenes Rohr an das gasableiten­ de Rohr 3 angeschlossen werden.

Die Tauchrohre 2 c und 2 d ragen konzentrisch zum Wirbelrohr 2 a stirnseitig in dieses hinein.

Bei der Ausführungsform nach der Figur strömt das die Flüssigkeit enthaltende Gas - welches durch das Rohr 1 zugeleitet wird - mit hoher Geschwindigkeit durch die Einlaufdüse 2 b in das Wirbelrohr 2 a des Zentrifugal-Wirbelseparators 2 ein. Das Ableiten der an der Wand des Wirbelrohres 2 a abgeschiedenen Flüssig­ keit erfolgt durch die Ableitöffnung 4 und das Ableitrohr 5 über die mit den Steuerventilen 6 versehene Rohrleitung 7. Die mit der Flüssigkeit abgeleitete Gasmenge kann mittels der Steuerventile 6 eingestellt werden. Die Steuerventile 6 sind deshalb erforderlich, weil bei den turbulenten Strömungen hoher Geschwin­ digkeit die Oberfläche der an der Wand des Wirbelrohres sich drehenden Flüssigkeit geometrisch nicht definiert ist. Es soll jedoch möglicherweise alle Flüssigkeit entfernt werden, auch dann, wenn damit eine gewisse Gasmenge verlorengeht. Zum Absaugen der Flüssigkeit dient der in dem sich drehenden Gasstrom entstandene Druckunterschied. Der Druckunterschied wird dadurch ausgenutzt, daß der durch die Ableitöffnung 4 und das Ableitrohr 5 abgesaugte Strom über den Gasraum 8 a des die Flüssigkeit und das Gas trennenden Separatorbehälters mit dem Rohr 3 des Wirbelseparators 2 verbunden ist. Infolge der Wirbelung tritt an der Wand des Wirbelrohres 2 a ein hoher Druck auf, durch welchen der Flüssigkeits-Gasstrom durch die Ableitöffnung 4 und das Ableitrohr 5 hindurch ausgepreßt wird und der Gasstrom durch den Gasraum 8 a de Separators 8 in das gasableitende Rohr 3 niedrigeren Druckes entsprechend des geringen Druck im Wirbelkern eingepreßt wird.

Im Separatorbehälter 8 wird das Gas von der Flüssigkeit frei und gelangt flüssig­ keitsfrei in das gasableitende Rohr 3, von wo es dann abgeleitet wird. Die im Separatorbehälter 8 angesammelte Flüssigkeit wird durch Öffnen des Ventils 10 über die Rohrleitung 11 entfernt. Bei der aus der Figur ersichtlichen Vorrichtung beträgt der Abstand zwischen dem freien Ende des gasableitenden ersten Tauch­ rohres 2 c und der Ebene der Einlaufdüse 2 b das 1,5fache des Innendurchmessers des Wirbelrohres 2 a, wobei der kleinste äußere Durchmesser dieses Tauchrohres 2 c zumindest das 0,2fache des inneren Durchmessers des Wirbelrohres 2 a be­ trägt. Bei einem solchen Aufbau kommt keine Parasitenströmung zustande, d. i. die Flüssigkeit kriecht nicht durch das gasableitende Diaphragma am Stirnende des Tauchrohres 2 c, wodurch ein bedeutender Vorteil erzielt wird.

Das Wirbelrohr 2 a ist zweckmäßig ein Drehkörper, dessen größter innerer Durch­ messer 10 bis 400 mm ist. Der Kegelwinkel seines Kegelabschnittes beträgt höchstens 20° und der radiale Abstand zwischen dem Wirbelrohr 2 a und dem ersten Tauchrohr 2 c beträgt z. B. das 0,5fache des Innenradius des Wirbelrohres 2 a des Zentrifugal-Wirbelseparators 2.

Durch diese Ausbildung wird ein doppeltes Ziel erreicht: einerseits wird die hy­ drodynamische Stabilität der Flüssigkeit dadurch vergrößert, daß der Flüssig­ keitsfilm verdünnt wird, andererseits wird die Kriechbewegung der Flüssigkeit in das Tauchrohr 2 c verhindert.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Trennen von kondensierten oder kondensierbaren Kompo­ nenten aus einem Gasgemisch oder Flüssigkeits-Gasgemisch, insbesondere zum Abtrennen von Wasser und Benzin aus Erdgas, mit einem Wirbelrohr, im Bereich von dessen einem Ende ein das Gemisch drallgebend am Umfang des Wirbelrohres einleitender Einlauf mündet und an dessen anderem Ende ein erster Gasauslaß in Form eines in das Wirbelrohr koaxial hineinragenden Tauchrohres ausgebildet ist, wobei am Umfang des Wirbelrohres ein Ableit­ rohr in den Ringspalt rings des Tauchrohres mündet und an dem einlauf­ seitigen Ende des Wirbelrohres ein zweiter Gasauslaß koaxial mündet, wobei gemäß Patent 28 50 019 auch der zweite Gasauslaß von einem in das Wirbelrohr hineinragenden Tauchrohr gebildet wird und der Einlauf in den Ringraum zwischen diesem Tauchrohr und der Wand des Wirbelrohres tan­ gential einmündet, sich die Umfangswand des Ringraumes zu dem benach­ barten Ende des Wirbenrohres hin kegelförmig erweitert und das Ableitrohr und eine an dem Kegelabschnitt des Wirbelrohres ausgebildete Ableitöffnung in den Gasraum eines Flüssigkeitsseparatorbehälters münden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der äußere Durchmesser des einlaufseitigen Tauchrohres (2 c) das, 0,2- bis 0,5fache des Innendurchmessers des Wirbelrohres (2 a) be­ trägt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Einlaufes vom freien Ende des einlaufseitigen Tauchrohres (2 c) das 1,5fache des Innendurchmessers des Wirbelrohres (2 a) beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegel­ winkel des Kegelabschnittes höchstens 20° beträgt.