JP2006518274A

JP2006518274A - 分離トレイ

Info

Publication number: JP2006518274A
Application number: JP2006502034A
Authority: JP
Inventors: コナイン，ヘーリツト
Original assignee: シエル・インターナシヨナル・リサーチ・マートスハツペイ・ベー・ヴエー
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2006-08-10
Also published as: WO2004073836A2; BRPI0407613B1; BRPI0407613A; WO2004073836A3; RU2005129330A; EP1594589A2; CN1894018A; ZA200506568B; CA2516469A1; KR20050100406A; RU2342182C2; MXPA05008873A; CA2516469C; US7841585B2; US20040195706A1

Abstract

垂直カラムに装填される分離トレイであり、この分離トレイは、内側ペース１２をそれらの間に画定する水平の上側壁面４および下側壁面２、ならびに、流体を１次ガスと液体リッチな流体とに分離するための少なくとも１つの１次分離装置を備え、１次分離装置は、垂直管状導管２５ａ、ｂ、ｃ；渦生成手段３６ａ（この渦生成手段の下流で、導管の内側表面に隣接する環状領域に液体リッチな流体の層が形成されるように、導管内に配置されている）を備え、前記分離トレイは、さらに、同伴される液体を２次ガスから取り除くための２次分離手段へ、液体リッチな流体を１次分離装置から取り出し誘導する手段４０、４５を備え、２次分離手段は上側および下側壁面の間の内側フリースペースにより形作られる。

Description

本発明は、通常は垂直であるカラムに水平に装填されるのに適する分離トレイに関する。前記カラムは、特に、液体／ガスの混合物を分離するのに適するカラムであり得る。

明細書および請求範囲において、ガスという用語は、蒸気も含むものとして使用される。

欧州特許明細書Ｎｏ．００８３８１１Ｂ１は、内側スペースをそれらの間に画定する、通常は水平である上側壁面と通常は水平である下側壁面；前記内側スペースに流体を入れる手段；前記内側スペースから液体を取り出す手段；前記内側スペースからガスを取り出す手段；流体を１次ガスと液体リッチな流体とに分離するための複数の１次分離装置を備え、それぞれの１次分離装置が、前記内側スペース内に配置されており、また、それぞれの１次分離装置が、
−通常は垂直である導管（その下側端部に流体の入口（この入口は流体を入れる前記手段と流体連通している）をもち、その上側端部に１次ガスの出口（この出口はガスを取り出す前記手段と流体連通している）をもつ）；
−前記流体入口と前記ガス出口との間で前記導管に配置された渦生成（ｓｗｉｒｌ−ｉｍｐａｒｔｉｎｇ）手段（通常運転中に、この渦生成手段の下流で、前記導管の内側表面に隣接する環状領域に液体リッチな流体が生成するように配置される）；および
−同伴する液体を２次ガスから取り除くための２次分離手段へ、前記液体リッチな流体の少なくとも一部を、前記１次分離装置から取り出し誘導する手段
を備える分離トレイを開示する。

知られている分離トレイがカラムに装填されている時、その通常の運転中に、液体とガスを含む流体は、下側トレイにある開口部を通して、渦管（ｓｗｉｒｌｔｕｂｅ）とも呼ばれる１次分離手段に入れられる。

通常の運転中、この渦管が、ガス／液体の混合物の１次分離を行う。この目的のために、羽根アセンブリの形の渦生成手段が、ガス／液体混合物に回転運動を与え、この回転運動によって、ガス／液体混合物の液滴が外向きに飛ばされて、管状壁面の内側表面に衝突し、合体する。

それぞれの渦管に供給されるガス／液体混合物のガス成分の主な部分は、同軸の一次ガス出口管を通して上側壁面より上の位置に排出される。

渦管の内側壁面に接する環状領域において、液体リッチな流体が流れている層が、液体と少量になったガス成分（いわゆる２次ガス）とにより形成される。特に、塊状（ｂｕｌｋ）液体の層が管状壁面の内側表面に形成され得る。この液体は、２次ガスと一緒に、一部分は、横または僅かに上向きに、管状壁面にある排出開口部を通して、また一部分は渦管の上側端部の流体通路を通して、出て行く。内側フリースペースに、塊状液体は取り出され、トレイ下側壁面の上に溜まり、そこから、それはカラム側壁にある出口を通して取り出される。この説明と請求範囲において、内側フリースペースという表現は、１次分離装置、渦管または他の導管の外部で、特に、１次分離装置から（複数の）２次分離装置へ液体リッチな流体を取り出し誘導する手段の外部の、上側壁面と下側壁面との間の内側スペースの一部を表すために用いられている。２次ガスは、上側壁面にある出口を通して内側フリースペースを出て行く。

渦管における液体の充填および／または流れの速度が最大になっている典型的な運転条件の下で、液体は内側フリースペースを出て行く２次ガスに同伴されている。このため、２次ガスは１次ガスより湿っていることが多く、２次分離手段において２次ガスをさらに乾燥させることが必要である。知られている分離トレイにおいて、内側フリースペースを上方に出て行く２次ガスは、同伴する液体をそれから分離するために、２次分離手段への導管により誘導される。

知られている分離トレイの一実施形態において、同伴される液体を２次ガスから取り除くための２次分離手段は、上側壁面より上に配置された濾過手段により形成される。濾過手段により分離された液体は、カラム壁面にある別の側面出口から放出される。次に、乾燥された２次ガスの流れは、２次分離手段より上で、１次ガスの流れと合わされて１つになる。

別の実施形態において、知られている分離トレイは、特殊な渦管の形の２次分離手段を備える。２次ガスは、上側壁面より上の２次ガス捕集スペースに集められ、導管を通して下側壁面より下に誘導されて、前記の特殊な渦管に上向きに入れられる。

本発明の目的は、知られている分離トレイよりコンパクトで、製造し易い分離トレイを提供することである。

本発明は、通常は垂直であるカラムに水平に装填されるのに適する分離トレイを提供し、前記分離トレイは、内側スペースをそれらの間に画定する、通常は水平である上側壁面と通常は水平である下側壁面；前記内側スペースに流体を入れる手段；前記内側スペースから液体を取り出す手段；前記内側スペースからガスを取り出す手段；流体を１次ガスと液体リッチな流体とに分離するための、前記内側スペース内にある少なくとも１つの１次分離装置；を備え、前記１次分離装置は、
−通常は垂直である管状導管（その下側端部に流体の入口（この入口は流体を入れる前記手段と流体連通している）をもち、その上側端部に１次ガス出口をもち、前記出口から出口導管が前記上側壁面にある１次ガス出口開口部に延びており、前記１次ガス出口開口部は前記ガス取り出し手段の一部をなす）；
−前記流体入口と前記１次ガス出口との間で前記導管に配置された渦生成手段（通常運転中に、この渦生成手段の下流で、前記導管の内側表面に隣接する環状領域に液体リッチな流体（２次ガスを含む）の層が生成するように配置される）；
を備え、
また、前記分離トレイは、同伴される液体を２次ガスから取り除くための２次分離手段へ、液体リッチな流体を前記１次分離装置から取り出し誘導する手段をさらに備え、
同伴される液体を２次ガスから取り除くための前記２次分離手段が、前記上側壁面と前記下側壁面との間の内側フリースペースにより形作られ、前記内側フリースペースが、その下側部分の液体出口（前記液体取り出し手段と流体連通している）と、その上側部分の２次ガス出口（前記上側壁面にある２次ガス出口開口部に延びている）とをもち、前記２次ガス出口開口部が、前記１次ガス出口開口部とは別であり、前記ガス取り出し手段の一部をなし、液体リッチな流体を取り出し誘導する前記手段が、液体リッチな流体の全てを前記内側フリースペースに下向きに入れるように配置構成されている。

本発明は、複数の１次分離装置の間の内側スリースペースを、（複数の）１次分離装置を出て行く液体リッチな流体のより効率的な分離に利用できるという洞察に基づいている。従来技術において、内側フリースペースは、液体リッチな流体から大きな塊状液体の液滴を取り除くのに使用されるだけであるために、比較的湿った２次ガスが得られるが、本発明のトレイは、内側フリースペースが、同伴される液体を２次ガスから取り除くためにもまた使用されるように配置構成される。これは、液体リッチな流体を取り出し誘導する手段が、内部フリースペースに下向きに流体を入れるように配置構成されることにより実現される。この様にして実際の運転条件の下で、同伴される液体が十分に除かれた２次ガスが得られることが見出された。このように、２次ガスを上側壁面より上に誘導して２次ガス捕集スペースまたは２次分離手段に送り届ける必要がないので、従来技術により知られているものよりコンパクトで簡単な配置構成になる。１次ガスの液体含量は通常十分に小さいので、１次ガスは内側フリースペースに誘導されないで、上側壁面にある別の出口を通して直接取り出される。

次の説明に拘束されようとは思わないが、出願人は、下向きに入れることが、内側フリースペースの分離効率にいくつかのプラスの効果をもつと考えている。一方で、２次ガス（最終的には内側フリースペース内を上昇していく）は、下向きの注入により、湾曲した経路に沿って流れざるを得ないので、２次ガスが内側フリースペースを通って移動するに違いない最短流路長が最大化される。他方、液体は、直接の経路で、内側フリースペースの上側部分にある２次ガス出口に達することができない。２次ガス出口への、液体と２次ガス双方のショートカットを防ぐことにより、利用可能な内側フリースペースが最大限に利用され、その結果、全体としての流速がそこでは比較的小さい、内側フリースペース内の領域に、全ての液体リッチな流体が到達することができる（適切には、この領域は内側フリースペースの下側の領域である）。この様に、同伴される液体の分離に利用される時間が増すので、その結果、同伴される液体の液滴（液体リッチな流体の前記塊状液体の液滴よりずっと小さい）が２次ガスから分離し得る。１次ガスとほぼ同じくらいに小さい液体含量をもつ２次ガスが得られることが好ましい。

適切には、内側フリースペースに液体リッチな流体を取り出し誘導する手段は、下側の壁面から計って、上側と下側壁面との間の間隔の５０％以内、より好ましくは３０％以内の位置に、その出口をもつ。この様に、全ての２次ガスに対して、内側フリースペースの上側領域にある出口までの移動距離が十分に長くなるように配置構成されているので、内側フリースペースでのガスの滞留時間は、同伴される液体が取り除かれる特定の最小値を超えている。

欧州特許出願ＥＰ００４８５０８Ａは、図６および７において、渦管が規則的に配置されたトレイを開示していることが分かる。隣接する渦管の間に、トレイの上側壁面に取り付けられたスカート（ｓｋｉｒｔ）が配置されている。トレイの中央にある渦管は、４つのスカートにより囲まれている。このような４つのスカートにより画定される上側壁面の各部分に、２次ガスの出口が配置されている。知られているトレイにおいて、同伴される液体を２次ガスから取り除く２次分離手段は全くない。スカートは、渦管から排出された液体が隣接する渦管からの液体の排出を妨げることを防ぐのに役に立つ。運転中、液体リッチな流体は、接線方向にある開口部を通して渦管を出て行って、ほぼ横方向に内側フリースペースに入る。次に、２次ガスは、同伴する液体を一緒に運びながら、最も近い２次ガス出口管を通って上向きに内側フリースペースを出て行く。トレイの外周にある渦管は、スカートにより完全には囲まれておらず、そして、スカートは、外周に近い内側フリースペースにおける横方向の流体連通を可能にしている。

これから、本発明は、図を参照して、例によってより詳細に説明される。

図１を参照すると、図には、本発明による分離トレイ２が装填されたカラム１が示されている。分離トレイ２は垂直（これが、カラム１が運転される時の、通常の配置方向である）カラム１にほぼ水平に配置されて、示されている。

上側プレート４と下側プレート６が、分離トレイ２の上側および下側の壁面をなしており、また、それらの間に内側スペース８を画定している。下側プレート６は、開口部１０ａ、ｂ、ｃとして、内側スペース８に流体を入れる手段と、ドレイン導管１５として、内側スペース８の下側部分１２から液体を取り出す手段とを備えている。上側プレート４は、出口２０ａ、ｂ、ｃ；２１ａ、ｂ、ｃ、ｄ；および２２として、内側スペース８の上側部分１８からガスを取り出す手段を備えている。

図１は、さらに、内側スペース８に、渦管２５ａ、ｂ、ｃとして、流体を１次ガスと液体リッチな流体とに分離するための３つの１次分離装置を示している。渦管は内側スペース８内に配置されている。実際の用途に応じて、本発明による分離トレイは、１つのように少数の渦管を備え得るが、複数、例えば、数百または数千でさえある多数の渦管もまた備え得る。渦管の入口部分は、可能性として、下側プレート６より下に延びていてもよいことは明らかであろう。

渦管２５ａは、軸２９ａをもつ円柱の垂直管状導管２８ａを備える。導管２８ａは、その上流端部（通常は下側端部）に、流体の入口３０ａ（この入口は開口部１０ａと流体連通している）を、その下流端部（通常は上側端部）に、１次ガスの出口３２ａをもち、この出口は１次ガス出口導管３４ａ（これは、好ましくは、管状導管２８ａと同軸である）により出口２０ａに流体連通している。導管３４ａは、ある距離だけ導管２８ａ内に延びている。

導管２８ａの下側部分に、渦生成手段３６ａが配置されている。適切には、渦生成手段は、好ましくは、図５を参照して下で説明される形態の羽根アセンブリの形をもつ。液体リッチな流体の層は、渦生成手段３６ａの下流で環状領域３７ａを流れるであろう。

これから、１次分離装置から液体リッチな流体を取り出し誘導する手段が説明される。管状導管３０ａの壁面は、適切には、垂直または傾斜スリットのようなスリットとして、出口開口部４０ａを備えている。これらの開口部は、液体リッチな流体を取り出し誘導する手段の入口となる。

キャップ（ｃａｐ）状リターンスカート４５ａは、導管２８ａよりいくらか大きい直径をもち、導管２８ａの上側部分の上方で軸を共有して延びている。１次ガス出口導管３４ａはリターンスカート４５ａの上側端部を貫いて延び、１次ガス出口導管３４ａの下側端部と導管２８ａの上側端部との間の環状領域４６ａからの流体が上向きに渦管２５ａを出て行くことができないように、リターンスカートは、導管３４ａに、流体が漏れないように接続されている。環状の開口部４８ａは、液体リッチな流体を取り出し誘導する手段のさらなる入口となり、環状領域４６ａからの流体が、導管２８ａとリターンスカート４５ａとの間の外側環状領域５０ａに流れるようにする。リターンスカートは、その下側端部では、出口４０ａの上に離れて延びており、分離トレイ２の内側フリースペース５５への環状出口５２ａを、導管２８ａと形成する。内側フリースペース５５は、プレート４および６の間の内側スペースの一部により形作られており、その部分は出口５２ａおよび他の渦管のそれぞれの環状出口の下流にある。

渦管２５ｂおよび２５ｃは、渦管２５ａと実質的に同じ形態をもつ。

分離トレイ２の通常運転中に、ガス／液体の流体混合物は、下側プレート６より下から入れられて、１次分離装置である渦管２５ａ、ｂ、ｃに入る。渦生成手段３６ａは、ガス／液体の混合物に回転運動を与え、この回転運動により、ガス／液体混合物の液滴は外向きに飛ばされる。液体を比較的含まないガスは、軸領域を上方に（すなわち、渦生成手段の下流に）流れ続け、同軸の導管３４ａを通って、分離トレイの上方に、１次ガスとして渦管を出て行く。

渦生成手段３６ａの下流の環状領域３７ａにおいて、液体リッチな流体が生成する。液滴は導管２８ａの内側壁面に衝突し、液体の流れている層を生成し得る。２次ガスもまた、この環状領域を上向きに流れ、液体もまたガスに再び同伴され得る。液体リッチな流体は、出口４０ａおよび４８ａを通して環状領域３７ａから取り出され、リターンスカート４５ａにより下方に誘導されて、環状出口５２ａを通して下向きに内側フリースペース５５に入る。

大きな液滴は内側フリースペースの下側部分に直ちに着床して下側プレートの上に液体の層を生成するであろう。液体はこの層から、導管１５を通して取り出される。出口５２ａを出る２次ガスは、渦管の間の距離が最も大きい、内側フリースペースの下側領域に直接入る。したがって、流速は十分に小さく、ガスに同伴される液体が合体し、液体の層に取り込まれるだけの余裕がある。２次ガスが、内側フリースペース５５内を上向きにさらに流れる間にも、同伴される液体はさらに取り出され得る。液体を比較的含まない２次ガスは、上側プレート４にある出口（例えば、参照番号２１ａ、ｂ、ｃ、ｄで示されているように、渦管の間に配置するこができる）を通して内側フリースペースを出て行く。別の可能性は、参照番号２２で示されるように、２次ガス出口を１次ガス出口導管の回りに環状に配置することである。

ほとんどの液体は、スリット４０ａの下側端部で、渦管の導管２８ａから出て行き、さらに下流で、スリットの上側端部を通して、また環状開口部４８ａを通して導管を出て行く液体リッチな流体中のガスの濃度は、より大きいであろう。大きな流速で、スリット４０ａの下側端部を通して追い出され、リターンスカート４５ａの内側壁面上に衝突する液体は、ある程度、環状領域５０ａ内を下向きに流れている２次ガスに再び同伴されるであろう。しかし、実際の運転条件の下で、この影響は、内側フリースペースにおける分離効率の増大によって補われて余りあるので、正味の効果はプラスであり十分に乾燥した２次ガスが生成するということが見出された。

これから、図２が参照され、図には、本発明により分離トレイ１０２の第２の実施形態が概略的に示されている。図１のトレイ２に実質的に似た部分は、同じ参照番号で参照される。

１次分離装置は渦管１０５ａ、ｂ、ｃとして示されている。例として、渦管１０５ａが、より詳細に説明されるであろう。他の渦管は同じようなものである。円柱状の垂直管状導管１０８ａ、これは側壁に開口部を備えていない。導管１０８ａの上側端部１０７ａの上方に、適切には渦管１０５ａと同軸である、Ｕ字型環状リターンスカート１０９ａが配置されている。リターンスカート１０９ａの半径方向での内側部分は、この実施形態においては、渦管１０５ａの１次ガス出口３２ａから出口２０ａに延びる１次ガス出口導管１３４ａとなる。こうして、１次ガスは、トレイ１０２の内側フリースペース５５に入らない。この実施形態におけるリターンスカートは上側プレート１１０と一体化していて、上側壁面１１２をなす。１次ガス出口導管１３４ａの下側端部と導管１０８ａの上側端部１０７ａとの間の環状領域１１５ａからの流体出口が、導管１０８ａの上側端部とリターンスカート１０９ａ（上側壁面１１２）との間の環状開口部１１８ａにより形成されている。環状開口部１１８ａは、１次分離装置から液体リッチな流体を取り出し誘導する手段の入口となり、導管１０８ａの上側端部とリターンスカート１０９ａとの間の外側環状開口部１１９ａはこの手段の出口をなす。内側フリースペース５５は、出口１１９ａ、ｂ、ｃの下流で、壁面１１２と１１６との間のスペースにより形作られる。

適切には、リターンスカートの下流端部は、導管１０８ａの上側端部から計って、管状導管１０８ａの長さの少なくとも１０％だけ、下側プレートにより近い位置に下向きに延びる。管状導管の長さを、上側壁面１１２と下側壁面１１６との間の間隔の目安と見なすことができる。必要であれば、２次ガス出口への２次ガスのショートカットを防ぐために、渦管１０５ｃで参照番号１２０ｃで示されているように、リターンスカートが、内側スペース８内にさらに下方に延びていて、出口１１９ｃが液体リッチな流体をさらに下方で内側フリースペース５５に入れるようにしてもよい。この場合には、渦管１０５ｃの導管１０８ｃの上側端部１０７ｃは、上側プレート１１０の面とほぼ同じ高さであってよい。

リターンスカートの入口端部を、液体リッチな流体のためのその入口開口部が、その出口開口部より高い位置に配置されるように、配置してもよく、特に、入口開口部は、渦管の上側端部の高さ、あるいはより上に配置してもよい。この選択肢は渦管１０５ｂに示されており、上側壁面１１２により形成されるリターンスカートは渦管１０５の上側端部を僅かに越えて延びており、その結果、環状入口開口部１１８ｂは、渦管１１８ａ、ｃで示されるものより高い位置に形成されている。

この実施形態の渦生成手段３６ａは、下側壁面１１６と一体化されて示されている。図２の実施形態により、特にコンパクトなデザインと費用効率の高い製造が可能となる。

この実施形態の分離トレイ１０２の通常運転は、図１のトレイ２のそれとほぼ同じである。ガス／液体混合物は、１次分離装置、例えば、渦管１０５ａに下から入る。図１を参照して説明されたように、渦生成手段により、液体リッチな流体の層が環状領域３７ａに形成される。液体を比較的含まない１次ガスは、好ましくは同軸の１次ガス出口導管２０ａ、ｂ、ｃを通って分離トレイ１０２を出て行く。液体と２次ガスを含む液体リッチな流体は、導管１０８ａから、開口部１１８ａを通して取り出され、リターンスカートにより下方に誘導されて内側フリースペース５５に、下向きに入る。塊状液体は着床して、プレート１１６上に液体の層が生成し、出口１５を通して取り出される。２次ガスは、その運動量のために、下向きに流れ続けるので、内側フリースペース５５の大部分が利用される結果として、内側フリースペースにおける２次ガスの滞留時間は、同伴される液体が取り除かれるのに十分な長さである。個々の２次ガス出口２１ａ、ｂ、ｃ、ｄは、好ましくは、リターンスカートからできるだけ離して配置される（図３および４についての下の記載を参照）。別法として、渦管１０５ｃで参照番号２２で示されている２次ガス環状出口を配置してもよい。

ここで図３および４を参照すると、図には、分離トレイの渦管と個々の２次ガス出口開口部について、２つの異なる配置の上面図が概略的に示されている。リターンスカート２１０の外周、１次ガス出口２２０および２次ガス出口２２１だけが示されており、分かりやすいように、参照番号は、これらの各構成要素の１つにだけ付けられている。図３の配置において、それぞれの渦管は、方形セルをもつ仮想的規則格子の隅に配置されている。２次ガス出口が近くにある４つの渦管の間に対称的に配置されると、２次ガス出口はリターンスカートから最も離れる。さらに、この配置においては、２次ガス出口の下に、かなりの広さの内側フリースペースがある。図４の配置においては、それぞれの渦管は、セルが正三角形である仮想的規則格子の隅に配置されているので、それぞれの渦管には６つの最も近い渦管がある。図３の配置に比べて、渦管を互いにより近づけて配置することができるのが、このやり方では、２次ガス出口がリターンスカートにより近づいており、２次ガス出口の下で利用できる内側フリースペースはより少ない。

ここで図５および６を参照すると、図には、本発明での使用に適する渦生成手段３００の上面図と斜視図が示されている。渦生成手段は、金属プレート３１０から一体成型された羽根３０５により形作られている。示されている実施形態の８枚の羽根３０５の各々は、実質的に扇形セグメントの形をしている。このような羽根は、図５に示されているように、適切に配置された半径方向のカット３０７と中心３１２の回りの円弧状カット３０８とを入れ、続いて部分的にカットされた扇形セグメントを半径３０９に沿って、金属プレート面の外へ曲げることにより容易に作製され得る。分かりやすいように、参照番号はセグメントの１つについて記入されているだけである。

カットすること、という用語は、曲げることができるセグメントを画定するように、プレートにスリットを配置する適切なやり方を表すために用いられている。製造上の観点から、カットを入れる適切なやり方には、パンチングとスタンピングが含まれ、特に適切であるのはレーザーによりカットを入れることである。

図５から分かるように、羽根を曲げた後、渦生成手段は上から見て、光が透過するようになっている。良好な渦生成とそれによる良好な分離性能を、渦管に装填された時に得ることができることが見出された。適切には、４から１２枚の羽根が並べられる。好ましくは、全ての羽根は、金属プレート面の外に、同じ方向（通常運転中の流体の流れの方向）に曲げられる。羽根と金属プレートとの間の曲げ角度は、１０と６０度の間でよく、特定の用途に対して最適化されるべきである。良好な結果が、２５と４０度の間の角度で得られた。

渦生成手段が製造される金属プレートは、図５および６に示される円形のプレート３１０でよい。外縁を、渦管に、例えば図１の導管２８ａに、例えばスポット溶接で、取り付ければよい。別法として、外縁を、分離トレイの下側壁面に直接取り付けてもよい。さらなる可能性は、渦生成手段と下側壁面を一体化することである。図２における下側プレート１１６は、羽根を下側プレート１１６から直接カットし曲げることにより配置構成された、そのような渦生成手段３６ａ、ｂ、ｃを示している。後者の可能性により、より少数の別個の構成要素を取り扱えばよいので、本発明の分離トレイを特に効率的に製造することができる。

例えば、液体とガスを含む流体を導入するように配置された流体入口装置を、主な内部装備として第１の垂直位置または区間にもつコンパクトな高効率分離カラムにおいて、本発明による分離トレイを、第１の位置または区間の上方に配置して、利用することができる。カラムからのガスおよび液体の出口は、それぞれ、カラムの最上部と最下部に適切に配置される。適切な流体入口装置は、例えば、英国特許明細書ＧＢ１１１９６９９に開示されている。

いくつかの用途では、本発明によるいくつかのトレイを、間隔をあけて垂直にカラムに配置することが望ましいであろう。

本発明の分離トレイは、高圧（例えば５０ｂａｒ以上）でのガス／液体の分離が実施されようとする場合に有利に使用され得る。例えば、ガス生成井を通して地下ガス層から天然ガスを製造するに際して、ガス／コンデンセート、または、ガス／水の分離に、本発明を用いることができる。本発明により、分離トレイがその中に据えつけられる高圧カラムの大きさを最小化できる、コンパクトで効率的な分離トレイが提供される。

試験実験が、１つの渦管（図１を参照して参照番号２５ａで説明された渦管とほぼ同じ）を含む分離装置を用いて実施された。渦管を、垂直に置かれた、直径３００ｍｍで高さ５００ｍｍの円柱チャンバ（上部および下部プレートをもつ）内に、共通の軸をもつように配置した。渦管を、チャンバの下側プレートにある入口からチャンバの上側端部へ延びる、直径１１０ｍｍで長さ４００ｍｍの円柱渦管導管により形成した。入口に、図５および６を参照して説明された渦生成手段を配置した。導管に、渦管の導管の周囲に対称に配置された、長さ２６０ｍｍで幅２ｍｍの４本の縦スリットを設けた。スリットの上側端部は渦管導管の上側端部から４０ｍｍ離れていた。導管の上側端部の上方に、同軸のキャップ状リターンスカート（直径１４０ｍｍの円柱リターンスカートにより形作られ、その上側端部では水平プレートにより閉じている）を配置した。前記水平プレートを渦管導管の上側端部から垂直距離で２ｍｍ離して置くことにより、環状開口部を形成した。直径５０ｍｍの同軸の１次ガス出口導管を、縦スリットの上側端部と渦管導管の上側端部との間の位置から、リターンスカートの水平プレートとチャンバの上側プレートを貫いて、上へ延ばした。チャンバの上側プレートに、渦管およびリターンスカートの外側で、チャンバのフリースペースからの２次ガスの４つの出口を配置した。２次ガス出口の大きさを調節することにより、生成する２次ガスの量を変えることができた。チャンバの下側プレートに、チャンバの内側フリースペースからの液体のための２つの出口導管を配置した。

雰囲気条件で、トリエチレングリコール（液体）と空気の混合物である流体を分離するために実験を行った。混合物は、渦管の入口に入れられた時に、０と４００ｋｇ／ｈｒの間の液体と、２５０と８００ｍ^３／ｈｒの間のガスとを含んでいた。５５０ｍ^３／ｈｒのガス流量で、液体なしで、１０ｍｂａｒのドライでの圧力低下が測定された。全ガスの約２０％以上が２次ガスとして分離装置を出て行くように２次ガス出口を調節した場合、ガスおよび液体流量の全範囲に渡って、１次同伴の程度は１％あるいは、それより良かったことが見出された。１次同伴は、１次ガスに同伴される液体として１次ガス出口導管を通して分離装置を出て行く、液体の流れ全体の比率として定義される。

本発明の第１の実施形態の概略的横断面図である。本発明の第２の実施形態の概略的横断面図である。本発明による分離トレイの渦管の第１の配置の概略図である。本発明による分離トレイの渦管の第２の配置の概略図である。本発明での使用に適する渦生成手段の上面図である。図５の渦生成手段の斜視図である。

Claims

内側スペースをそれらの間に画定する、通常は水平である上側壁面と通常は水平である下側壁面；前記内側スペースに流体を入れる手段；前記内側スペースに流体を入れる手段；前記内側スペースからガスを取り出す手段；流体を１次ガスと液体リッチな流体とに分離するための、前記内側スペース内にある少なくとも１つの１次分離装置を備え、前記１次分離装置が、
通常は垂直である管状導管（その下側端部に流体の入口（この入口は流体を入れる前記手段と流体連通している）をもち、その上側端部に１次ガス出口をもち、前記出口から出口導管が前記上側壁面にある１次ガス出口開口部に延びており、前記１次ガス出口開口部は前記ガス取り出し手段の一部をなす）；
前記流体入口と前記１次ガス出口との間で前記導管に配置された渦生成手段（通常運転中に、この渦生成手段の下流で、前記導管の内側表面に隣接する環状領域に液体リッチな流体（２次ガスを含む）の層が生成するように配置されている）
を備え、
また、前記分離トレイが、さらに、同伴される液体を２次ガスから取り除くための２次分離手段へ、液体リッチな流体を前記１次分離装置から取り出し誘導する手段を備え、
同伴される液体を２次ガスから取り除くための前記２次分離手段が、前記上側壁面と前記下側壁面との間の内側フリースペースにより形作られ、前記内側フリースペースが、その下側部分にある液体出口（前記液体取り出し手段と流体連通している）と、その上側部分にある２次ガス出口（前記上側壁面にある２次ガス出口開口部に延びている）とをもち、前記２次ガス出口開口部が、前記１次ガス出口開口部とは別であり、前記ガス取り出し手段の一部をなし、液体リッチな流体を取り出し誘導する前記手段が、液体リッチな流体の全てを前記内側フリースペースに下向きに入れるように配置構成されている、
通常は垂直であるカラムに水平に装填されるのに適する分離トレイ。
液体リッチな流体を取り出し誘導する前記手段が、前記下側壁面から計って、上側と下側壁面との間の間隔の５０％以内、より好ましくは３０％以内の位置で、液体リッチな流体の全てを前記内側フリースペースに入れるように配置されている請求項１に記載の分離トレイ。
液体を取り出し誘導する前記手段の入口が、前記渦生成手段の下流で、前記１次分離装置の前記管状導管の壁面にある少なくとも１つの開口部により形成され、液体リッチな流体を取り出し誘導する前記手段が、前記導管の上側部分全体の外側配置されるリターンスカートを備える請求項１または２に記載の分離トレイ。
液体リッチな流体を取り出し誘導する前記手段のさらなる入口が、前記管状導管の上側端部と前記リターンスカートとの間の環状開口部により形作られる請求項３に記載の分離トレイ。
液体リッチな流体を取り出し誘導する前記手段が、前記１次分離装置の前記導管の上側端部に入口をもち、また、前記導管の上側端部の前記入口から計って、前記導管の長さの少なくとも１０％だけ前記下側壁面に近い位置で、前記液体リッチな流体を前記内側フリースペースに入れるように配置されている請求項１または２に記載の分離トレイ。
液体リッチな流体を取り出し誘導する前記手段が、前記上側壁面と一体成型されたリターンスカートにより形作られる請求項５に記載の分離トレイ。
１次および２次ガスのための別々の出口が前記上側壁面に配置されている請求項１から６のいずれか一項に記載の分離トレイ。
リターンスカートを備え、前記リターンスカートが環状のＵ字型である請求項３から７のいずれか一項に記載の分離手段。
セグメントを画定するように金属プレートにスリットを入れ、続いて前記セグメントを前記金属プレート面から外へ曲げることにより、前記渦生成手段が金属プレートから形作られる請求項１から８のいずれか一項に記載の分離トレイ。
それぞれの前記セグメントが扇形であり、前記金属プレート面の外へ半径に沿って曲げられている請求項９に記載の分離トレイ。
前記スリットがレーザー切断により提供される請求項９または１０に記載の分離トレイ。
前記渦生成手段が前記最下部壁面と一体成型される請求項９から１１のいずれか一項に記載の分離トレイ。
複数の１次分離装置が、規則格子、特に方形セルまたは正三角形セルにより形作られる格子の隅に配置される請求項１から１２のいずれか一項に記載の分離トレイ。
カラムに装填される場合の請求項１から１３のいずれか一項に記載の分離トレイ。
ガスおよび液体を含む流体をカラムにおいて分離するための、請求項１から１４のいずれか一項に記載の分離トレイの使用。