DE60317184T2 - Mit einer einstellbaren tauchrohrposition ausgestatteter zyklonfluidabscheider - Google Patents

Mit einer einstellbaren tauchrohrposition ausgestatteter zyklonfluidabscheider Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Zyklonfluidabscheider, der mit einem Wirbelaufnehmer versehen ist.
  • Ein solcher Fluidabscheider ist aus der europäischen Patentanmeldung 0 496 128 und aus der internationalen Patentanmeldung WO 99/01194 bekannt.
  • Der Zyklonfluidabscheider nach dem Stand der Technik umfaßt einen Fluideinlaßabschnitt mit einer Düse, in welcher das Fluidgemisch auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt und dadurch expandiert und auf eine Temperatur gut unterhalb 0°C gekühlt wird, derart, daß eine oder mehrere kondensierbare Komponenten, wie Wasser oder Kohlenwasserstoffkondensate, kondensieren und/oder verfestigen. Einer oder mehrere Flügel bewirken, daß das gekühlte Fluidgemisch um einen zentralen Abschnitt des rohrförmigen Abscheidergehäuses in Form eines Überschallzyklonswirbels verwirbelt wird, wodurch Zentrifugalkräfte ein kondensatangereichertes Fluidgemisch am Außenumfang des Abscheidergehäuses und ein kondensaterschöpftes Fluidgemisch nahe der zentralen Achse des Abscheidergehäuse erzeugen. Das wirbelnde Fluidgemisch strömt in einen Trennabschnitt, in welchem ein rohrförmiger Wirbelaufnehmer konzentrisch derart angeordnet ist, daß das kondensaterschöpfte Fluidgemisch in den rohrförmigen Wirbelaufnehmer und das kondensatangereicherte Fluidgemisch in einen Ringraum zwischen der Außenfläche des rohrförmigen Wirbelgehäuses und dem Gehäuse strömt.
  • Die bekannten Fluidabscheider sind befähigt, einen signifikanten Teil der kondensierbaren Komponenten aus einem Fluidgemisch abzuscheiden, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Trennwirksamkeit der Zyklonfluidabscheider weiter zu erhöhen.
  • Es sei bemerkt, daß das US-Patent 4,308,134 einen Zyklonabscheider mit einem Wirbelaufnehmerrohr offenbart, welches innerhalb einer verjüngten vertikalen Wirbelkammer vertikal bewegbar ist, derart, daß das Ausmaß der Fraktionierung der abgetrennten leichten und schweren Fluidfraktionen eingestellt werden kann.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Der Zyklonfluidabscheider gemäß der Erfindung weist ein rohrförmiges Gehäuse auf, welches umfaßt: einen Fluideinlaßabschnitt mit einer Düse zum Beschleunigen des Fluidgemisches auf Überschallgeschwindigkeit, um das Fluidgemisch zu expandieren und zu kühlen, derart, daß eine oder mehrere kondensierbare Komponenten verflüssigt und/oder wird bzw. verfestigt werden; einen oder mehrere Flügel zum Induzieren einer Wirbelbewegung des gekühlten Fluidgemisches innerhalb eines zentralen Abschnittes des rohrförmigen Gehäuses; einen Trennabschnitt, der stromabwärts des zentralen Abschnittes angeordnet ist und in welchem ein rohrförmiger Wirbelaufnehmer vorgesehen ist; einen Auslaß für kondensatangereichertes Fluid, der mit einem Ringraum zwischen der Außenfläche des rohrförmigen Wirbelaufnehmers und der Innenfläche des rohrförmigen Gehäuses angeordnet ist; und einen Auslaß für kondensaterschöpftes Fluid, der mit dem Inneren des rohrförmigen Wirbelaufnehmers verbunden ist; wobei der rohrförmige Wirbelaufnehmer in einer Längsrichtung und einer Radialrichtung relativ zur zentralen Achse des rohrförmigen Gehäuses bewegbar ist.
  • Es wurde gefunden, daß die Drehmitte des Wirbels des wirbelnden Fluids typischerweise geringfügig exzentrisch relativ zur zentralen Achse des rohrförmigen Abscheidergehäuses liegt, und daß diese Exzentrizität von der Position und Größe der Flügel abhängt, welche das Fluid zum Wirbeln innerhalb des Gehäuses veranlassen. Die Verwendung eines bewegbaren Wirbelaufnehmers gestattet das Positionieren des Wirbelaufnehmers konzentrisch zur Drehmitte des Wirbels des wirbelnden Fluids, welches exzentrisch zur zentralen Achse des rohrförmigen Abscheidergehäuses sein kann.
  • Das rohrförmige Gehäuse kann biegbar sein, derart, daß der Wirbelaufnehmer in einer radialen Richtung relativ zur Richtung der zentralen Achse des Einlaßabschnittes des rohrförmigen Gehäuses bewegbar ist, wobei die zentrale Achse wegen der Biegung des rohrförmigen Gehäuses gekrümmt ist.
  • Vorzugsweise ist der Flügel oder sind die Flügel zum Induzieren der Fluidverwirbelung innerhalb des zentralen Abschnittes des rohrförmigen Gehäuses auf einem Trägerkörper montiert, der koaxial und relativ zur zentralen Achse des zentralen Abschnittes des rohrförmigen Gehäuses drehbar ist. Der Trägerkörper kann durch eine Hülse geformt werden, die Teil des zentralen Abschnittes des rohrförmigen Gehäuses bildet und die relativ zu den anderen Teilen des rohrförmigen Gehäuses drehbar ist.
  • Der rohrförmige Wirbelaufnehmer kann verjüngt sein, derart, daß das Innere des rohrförmigen Wirbelaufnehmers eine allmählich zunehmende Querschnittsfläche in Richtung stromabwärts hat.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele des Zyklonabscheiders gemäß der Erfindung werden detaillierter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
  • 1 einen schematischen Längsschnitt eines Zyklonabscheiders gemäß der Erfindung, in welchem ein Wirbelaufnehmer in einem Abscheidergehäuse bewegbar angeordnet ist;
  • 2 eine schematische Längsschnittansicht eines Zyklonabscheiders gemäß der Erfindung, in welchem das Abscheidergehäuse relativ zum Wirbelaufnehmer bewegt werden kann; und
  • 3 einen schematischen Längsschnitt eines Zyklonabscheiders, in welchem das Abscheidergehäuse biegbar ist.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist in dieser ein Zyklonabscheider mit einem rohrförmigen Gehäuse 1 gezeigt, in welchem ein rohrförmiger Wirbelaufnehmer 2 bewegbar angeordnet ist, derart, daß der Wirbelaufnehmer 2 relativ zur zentralen Achse des rohrförmigen Gehäuses sowohl in einer Längsrichtung, angedeutet durch den Pfeil 4, als auch in einer radialen Richtung, angedeutet durch den Pfeil 5, bewegbar ist.
  • Der Abscheider weist ferner einen Fluideinlaßabschnitt 6 auf, in welchem eine Lavaldüse 7 angeordnet ist, in welcher das Fluidgemisch auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt und dadurch expandiert und auf eine Temperatur gut unterhalb 0°C gekühlt wird.
  • Das gekühlte Fluid strömt dann mit Überschallgeschwindigkeit aus der Düse 7 in einen zentralen Abschnitt 8 des Gehäuses, in welchem ein geneigter Flügel 9 angeordnet ist, der unter einem ausgewählten Winkel relativ zur Ebene der Zeichnung orientiert ist. Der geneigte Flügel 9 veranlaßt das Fluid innerhalb des rohrförmigen -Gehäuses zu einer Wirbelbewegung. Der geneigte Flügel 9 ist auf einer Buchse 10 montiert, die Teil des Gehäuses 1 bildet und relativ zu den anderen Teilen des Gehäuses drehbar ist, wie dies durch den Pfeil 11 angedeutet ist.
  • Als Ergebnis des Volumens des Flügels 98 und der Fluidturbulenz nahe dem Flügel 9 und der Flügelspitze 12 wird das Fluid typischerweise um eine Drehmitte 13 wirbeln, die exzentrisch relativ zur zentralen Achse 3 des rohrförmigen Gehäuses 1 ist. Die Drehmitte 13 des Wirbels kann selbst als Wendel (nicht gezeigt) relativ zur zentralen Achse 3 wirbeln.
  • Die Anordnung des Flügels 9 auf einer drehbaren Buchse 10 und die bewegbare Anordnung des Wirbelaufnehmers 2 innerhalb des Gehäuses 1 gestattet eine genaue Positionierung des Wirbelaufnehmers 2, derart, daß der Eingang 14 des Wirbelaufnehmers 2 konzentrisch relativ zur Drehmitte 13 des Wirbels ist.
  • Experimente mit dem dargestellten einstellbaren Wirbelaufnehmer 2 und dem drehbaren Flügel 9 haben gezeigt, daß diese Anordnung die Wirksamkeit der Abscheidung der kondensaterschöpften und kondensatangereicherten Fluide um mehr als 10 % steigert.
  • Der einstellbare Wirbelaufnehmer 2 und/oder der drehbare Flügel 9 können durch automatisierte Positionssteuersysteme gesteuert werden, die mit Fluidzusammensetzungs- und/oder Dichtesensoren verbunden sind, welche die Zusammensetzung und/oder Dichte des kondensaterschöpften Fluids feststellen, das durch das Innere 15 des rohrförmigen Wirbelaufnehmers 2 zu einem kondensaterschöpften Fluidauslaß 16 an dem stromabwärtigen Ende des Wirbelaufnehmers 2 strömt, und des kondensatangereicherten Fluids, welches durch einen Ringraum 17, welcher den Wirbelaufnehmer 2 umgibt, zu einem kondensatangereicherten Fluidauslaß 18 strömt.
  • In den 2 und 3 werden ähnliche Bezugszeichen verwendet, um Komponenten zu identifizieren, die ähnlich den Komponenten sind, welche unter Bezugnahme auf 1 gezeigt und beschrieben wurden.
  • In 2 ist das rohrförmige Gehäuse 1 relativ zu dem feststehenden Wirbelaufnehmer 2 radial und/oder axial bewegbar, wie dies durch die Pfeile 20 und 21 angedeutet ist, um die Drehmitte 13 des Wirbels, der von dem Flügel 9 erzeugt wird, zur Mitte des Einganges 14 des Wirbelaufnehmers 2 zu leiten.
  • In 3 ist das hintere Ende des rohrförmigen Gehäuses biegbar, wie durch den Pfeil 30 angedeutet, um die Drehmitte des Wirbels, der durch den Flügel 9 induziert wird, zur Mitte des Einganges des Wirbelaufnehmers 2 zu leiten.

Claims (4)

  1. Zyklonfluidabscheider zum Trennen einer oder mehrerer kondensierbarer Komponenten und/oder Feststoffe von einem Fluidgemisch, wobei der Abscheider ein rohrförmiges Gehäuse aufweist, welches umfaßt: – einen Fluideinlaßabschnitt mit einer Düse zum Beschleunigen des Fluidgemisches auf Überschallgeschwindigkeit, um das Fluidgemisch zu expandieren und zu kühlen, derart, daß eine oder mehrere kondensierbare Komponenten verflüssigt und/oder wird bzw. verfestigt werden; – einen oder mehrere Flügel zum Induzieren einer Wirbelbewegung des gekühlten Fluidgemisches innerhalb eines zentralen Abschnittes des rohrförmigen Gehäuses; – einen Trennabschnitt, der stromabwärts des zentralen bschnittes angeordnet ist und in welchem ein rohrförmiger Wirbelaufnehmer vorgesehen ist; – einen Auslaß für kondensatangereichertes Fluid, der mit einem Ringraum zwischen der Außenfläche des rohrförmigen Wirbelaufnehmers und der Innenfläche des rohrförmigen Gehäuses angeordnet ist; und – einen Auslaß für kondensaterschöpftes Fluid, der mit dem Inneren des rohrförmigen Wirbelaufnehmers verbunden ist; – dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Wirbelaufnehmer in einer Längsrichtung und einer Radialrichtung relativ zur zentralen Achse des rohrförmigen Gehäuses bewegbar ist.
  2. Zyklonfluidabscheider nach Anspruch 1, bei welchem das rohrförmige Gehäuse biegbar ist, derart, daß der Wirbelaufnehmer in einer radialen Richtung relativ zur Richtung der zentralen Achse des Einlaßabschnittes des rohrförmigen Gehäuses bewegbar ist, wobei die zentrale Achse auf Grund der Biegung des rohrförmigen Gehäuses gekrümmt ist.
  3. Zyklonfluidabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein oder mehrere Flügel zum Induzieren einer Wirbelbewegung des Fluids innerhalb eines zentralen Abschnittes des rohrförmigen Gehäuses an einem Trägerkörper montiert ist bzw. sind, der koaxial und drehbar relativ zur zentralen Achse des zentralen Abschnittes des rohrförmigen Gehäuses ist.
  4. Zyklonfluidabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der rohrförmige Wirbelaufnehmer verjüngt ist, derart, daß das Innere des rohrförmigen Wirbelaufnehmers eine allmählich zunehmende Querschnittsfläche in stromabwärtiger Richtung hat.
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