NL2000016C2

NL2000016C2 - Inrichting en werkwijze voor het in fracties scheiden van een stromend mediummengsel.

Info

Publication number: NL2000016C2
Application number: NL2000016A
Authority: NL
Inventors: Reinoud Hoijtink; Jozef Johannes Hubert Brouwers
Original assignee: Romico Hold A V V
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2007-08-24
Also published as: US8128732B2; ATE444796T1; CN101389394A; CN101389394B; AU2007218373A1; JP2009527354A; EP2021097B1; EA013066B1; DE602007002709D1; WO2007097621A1; AU2007218373B2; MY145946A; JP5362364B2; EP2021097A1; US20090301296A1; EA200870286A1

Description

Inrichting en werkwijze voor het in fracties scheiden van een stromend medium mengsel

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het scheiden van een stromend 5 mediummengsel in ten minste twee fracties met afwijkende massadichtheid omvattende rotatiemiddelen voor het doen roteren van het stromende te scheiden mengsel. De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het scheiden van een stromend mediummengsel in ten minste twee fracties met afwijkende massadichtheid.

10 Het scheiden van een stromend mediummengsel kent zeer diverse toepassingen. Onder mediummengsel wordt daarbij verstaan een mengsel van vaste en/of vloeistof en/of gas deeltjes van micron of submicron grootte, gedispergeerd in ten minste één vloeistof of gas. Voorbeelden zijn een gas/gas-mengsel, een gas/vloeistof-mengsel of aërosol, een vloeistof/vloeistof-mengsel, een gas/vaste stof-mengsel,een vloeistof/vaste stof-mengsel 15 of zo een mengsel voorzien van één of meerdere aanvullende fracties. Het scheiden van een stromend mediummengsel is bijvoorbeeld bekend uit uiteenlopende toepassingen van vloeistofreiniging, (rookgasreiniging, en poederafscheiding. Scheiding van fracties met een groot verschil in deeltjesgrootte en/of een groot verschil in massadichtheid is relatief eenvoudig. Daartoe wordt op grote schaal gebruik gemaakt van processen zoals 20 filtratie en zeven. Bij het scheiden van fracties met een minder groot verschil in massadichtheid wordt gebruik gemaakt van chemische scheidingstechnieken en/of van scheidingstechnieken zoals bezinken en centrifiigeren. Chemische scheidingstechnieken zijn zeker bij het verwerken van grote volumes mediummengsel minder economisch en veelal ook minder milieuvriendelijk. Het door middel van bezinken scheiden van 25 fracties vraagt tijd en maakt het bij het verwerken van grotere volumes mediummengsel noodzakelijk gebruik te maken van volumineuze reservoirs hetgeen onder meer kostbaar is. Een andere op zich bekende technologie maakt gebruik van de verschillen in massadichtheid van de te scheiden fracties door een centrifugaalkracht uit te oefenen op het mengsel door het mengsel te laten roteren in een centrifuge of een cycloon. Deze 30 techniek is veelal niet voldoende selectief om in korte tijd een scheiding van het gewenste niveau te realiseren.

Een bekende inrichting van het in aanhef genoemde type wordt beschreven in NL 8700698. De bekende inrichting omvat rotatiemiddelen in de vorm van een roterend 2 samenstel van doorvoerkanalen voor het doen roteren van het stromende te scheiden mengsel, een op de rotatiemiddelen aansluitende toevoer voor het te scheiden mediummengsel, en een op de rotatiemiddelen aansluitende aivoer voor het afvoeren van de fracties van het gescheiden mediummengsel. In een roterend doorvoerkanaal 5 wordt de zwaardere fractie van het te scheiden mengsel onder invloed van de centrifugaalkracht verder buitenwaarts naar de wand ervan toe bewogen dan de lichtere fractie, zodat een scheiding ontstaat. Een nadeel van de uit NL 8700698 bekende inrichting is dat deze slechts bij relatief geringe drukken is te gebruiken, waardoor het scheiden trager verloopt dan gewenst. Ook de selectiviteit van het scheiden is voor 10 verbetering vatbaar.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel een inrichting en werkwijze te verschaffen waarmee met beperkte investeringen onder andere de snelheid en de kwaliteit van het scheiden van fracties van een stromend mediummengsel kunnen worden vergroot.

15

De uitvinding verschaft daartoe een inrichting van het in aanhef genoemde type, met de in conclusie 1 verwoorde kenmerken. Volgens de uitvinding wordt een inrichting verschaft waarvan tenminste één van de doorvoerkanalen dusdanig is gedimensioneerd dat het mediummengsel hierin een in hoofdzaak turbulente stroming vertoont. Bij 20 voorkeur is het Reynoldsgetal in het tenminste één doorvoerkanaal groter dan 2000, met meer voorkeur groter dan 2500, met nog meer voorkeur groter dan 3000, en met de meeste voorkeur groter dan 5000. Door voor gegeven procesomstandigheden tenminste één van de doorvoerkanalen dusdanig te dimensioneren dat hierin een in hoofdzaak turbulente stroming ontstaat wordt verrassenderwijs bereikt dat de snelheid van het 25 scheiden kan toenemen zonder dat dit nadelig hoeft te zijn voor het scheidend vermogen van de inrichting. Dit is verrassend omdat algemeen wordt aangenomen dat een turbulente stroming in de doorvoerkanalen hierin secundaire stromingen oproept die het migreren van de zwaardere fractie naar de wand van de doorvoerkanalen hindert. Dit is met name het geval voor mediummengsels waarvan de te scheiden fractie deeltjes en in 30 het bijzonder vaste stofdeeltjes omvat met afmetingen op micron en submicron niveau. De inrichting volgens de uitvinding is dan ook met name voordelig toe te passen voor het scheiden van een dergelijk mediummengsel. Een met de inrichting volgens de uitvinding bijzonder voordelig te scheiden mengsel omvat vaste stofdeeltjes met een diameter variërend van ongeveer 0,1 tot ongeveer 5 micron.

3

In een voorkeursvariant van de inrichting volgens de uitvinding omvat deze doorvoerkanalen met enkelvoudig samenhangende doorsnede. Hieronder wordt in een eerste variant verstaan dat elk doorvoerkanaal een zich nagenoeg over de gehele lengte 5 ervan uitstrekkende doorsnede heeft die zich onder een kleinere hoek dan 360° azimutaal uitstrekt rond de rotatieas zodanig dat azimutale stroming onder een hoek groter dan 360° met de rotatieas in hoofdzaak wordt voorkomen. In een tweede variant wordt onder enkelvoudig samenhangende doorsnede verstaan dat elk doorvoerkanaal zich azimutaal rond de rotatieas uitstrekt onder een kleinere hoek dan 360° zodanig dat 10 azimutale stroming onder een hoek groter dan 360° met de rotatieas in hoofdzaak wordt voorkomen in elk doorvoerkanaal, waarbij elk doorvoerkanaal is voorzien van wandgedeeltes die zich in hoofdzaak uitstrekken langs de totale lengte ervan, waarbij de scheiding wordt begrensd in radiale en azimutale richtingen ten opzichte van de rotatieas. In een derde variant wordt onder enkelvoudig samenhangende doorsnede 15 verstaan dat elk doorvoerkanaal zich azimutaal rond de rotatieas uitstrekt onder een kleinere hoek dan 360° zodanig dat azimutale stroming onder een hoek groter dan 360° met de rotatieas in hoofdzaak wordt voorkomen in elk doorvoerkanaal, waarbij elk doorvoerkanaal door een enkele wand wordt omsloten die zich in hoofdzaak uitstrekt langs de totale lengte ervan.

20

Hoewel het aantal doorvoerkanalen in beginsel binnen brede grenzen kan worden gekozen heeft het de voorkeur wanneer het aantal doorvoerkanalen in de radiale richting tenminste 5 bedraagt, zoals bijvoorbeeld 15 tot 1000, met meer voorkeur tenminste 30 en met de meeste voorkeur tenminste 50. De tenminste 5 doorvoerkanalen strekken zich 25 bij voorkeur onderling nagenoeg evenwijdig uit aan de rotatieas.

Opgemerkt zij dat in het kader van de uitvinding onder het scheiden van de fracties wordt verstaan het ten minste gedeeltelijk scheiden van de ftacties zodanig dat er een significant verschil in de gemiddelde massadichtheid van de twee fiacties ontstaat; een 30 volledige (100%) scheiding zal in de praktijk moeilijk realiseerbaar zijn. Ten gevolge van de rotatie van het mengsel van de te scheiden fiacties zal de lichtere fractie althans in hoofdzaak naar de binnenzijde van de rotatie migreren en zal de zwaardere fractie althans in hoofdzaak naar de buitenzijde van de rotatie migreren. Een mogelijke toepassing betreft een scheiding die de gebruiksmogelijkheden van ten minste één van 4 de fracties vergroot ten opzichte van het mengsel. Deze bruikbare (“gereinigde”) fractie kan ook na het scheiden nog steeds een deel van een overige ongewenste fractie bezitten (“vervuild zijn met een overige fractie”) maar de aanwezigheid van deze overige fractie is significant kleiner dan de aanwezigheid van deze ongewenste fractie in het 5 oorspronkelijke mengsel. De roterende scheider in de vorm van een roterend samenstel van doorvoerkanalen heeft als voordeel dat de gemiddelde afstand van het medium tot een wand (in radiale richting) beperkt blijft waardoor er in relatief geringe tijd (hetgeen overeenkomt met een in axiale richting relatief beperkte lengte van de roterende scheider in combinatie met een hoge axiale snelheid zodat meer debiet kan worden 10 verwerkt) een gewenste scheidingsgraad kan worden bereikt. De toe te passen stroomsnelheden kunnen situationeel worden gevarieerd respectievelijk geoptimaliseerd. De bewerking van het medium waarbij deze door althans één doorvoerkanaal wordt geleid onder turbulente condities leidt tot een onverwacht hoog scheidingsrendement zonder dat daartoe volumineuze apparatuur is benodigd (dat wil 15 zeggen de inrichting kan zeer compact zijn uitgevoerd) en waarbij het medium slechts een korte periode in de inrichting hoeft te verblijven.

Een inrichting kan nog kleiner (met een kleiner volume) worden uitgevoerd, indien het mediummengsel onder hogere druk door de inrichting wordt gevoerd. In een 20 voorkeursuitvoering van de inrichting volgens de uitvinding omvat deze derhalve drukmiddelen voor het onder druk toevoeren van het mediummengsel aan de doorvoerkanalen, bij voorkeur voor een druk die tenminste 10 bar kan bedragen, en met meer voorkeur voor een druk die tenminste 100 bar kan bedragen. De bekende inrichting voor het roterend scheiden van een mediummengsel omvat doorvoerkanalen 25 die zodanig zijn gedimensioneerd dat de stroming in de kanalen laminair is. Om laminaire stroming te waarborgen in alle doorvoerkanalen dient het Reynoldsgetal Re kleiner te zijn dan 2000 waarbij Re gedefinieerd is door

Re= wodh/v, 30 waarbij w0 de gemiddelde axiale snelheid van het mediummengsel door de doorvoerkanalen is, v de kinematische viscositeit van het mediummengsel voorstelt, en dh de hydraulische diameter is van het doorvoerkanaal. De hydraulische diameter is gedefinieerd door 5 4=4Ao/S, met Ao de oppervlakte van de doorsnede van het kanaal en S de omtrek. De 5 kinematische viscositeit kan berekend worden met ν = μ/ρ waarbij μ de dynamische viscositeit is en p de dichtheid van het mediummengsel. Voor 10 gassen is de grootteorde van μ 10'5 kg/(ms). Bij atmosferische drukken is de dichtheid van gassen circa 1 kg/m3 zodat v van de grootteorde 10'5 m2/s is. Om in de bekende roterende deeltjesscheider laminaire stroming in de doorvoerkanalen te waarborgen worden de procescondities en de kanaalafmetingen in de praktijk dusdanig gekozen dat het Reynoldsgetal gevoelig lager is dan 2000 en doorgaans ongeveer 1000 bedraagt. In 15 het bekende scheidingsproces zal Wo van de grootteorde 5 m/s bedragen en dh van de grootteorde 2 mm. De inrichting volgens de uitvinding kan bij veel hogere drukken en/of hogere doorvoersnelheden worden bedreven dan de bekende inrichting. Bij het op druk brengen van het mediummengsel - bijvoorbeeld een gasmengsel - zal de dichtheid ervan toenemen terwijl de dynamische viscositeit doorgaans slechts weinig veranderd. 20 Bij een toename van de druk naar 10 bar bijvoorbeeld kan de kinematische viscositeit al gauw een factor 10 kleiner worden en daarmee het Reynoldsgetal oplopen naar een waarde van 10.000. Bij een druk van 100 bar kan het Reynoldsgetal oplopen naar een waarde van ongeveer 100.000 en hoger. De inrichting volgens de uitvinding kan bij dergelijke hoge drukken worden bedreven zonder dat hiertoe het doors troomoppervlak 25 van de doorvoerkanalen onnodig dient te worden vergroot. Dit komt het scheidend vermogen van de inrichting ten goede. Hoge drukken zijn gebruikelijk in vele praktische toepassingen waaronder deelljesafscheiding in de procesindustrie en de olie en gas industrie.

30 De doorvoerkanalen van de roterende middelen van de inrichting kunnen elke gewenste vorm hebben. Zo is het mogelijk deze in de lengterichting volgens een willekeurige kromming te laten verlopen, of juist nagenoeg rechtlijnig te laten verlopen. Hoewel niet noodzakelijk voor de uitvinding zullen meerdere doorvoerkanalen doorgaans gevormd worden door enkelvoudig samenhangende wanden die in hoofdzaak onderling 6 evenwijdig aan de rotatieas van de rotatiemiddelen gepositioneerd zijn. In de bekende inrichting voor het scheiden van een mediummengsel in tenminste twee fracties dienen de wanden van de doorvoerkanalen nagenoeg evenwijdig te verlopen met de rotatieas van de rotatiemiddelen. Is dit niet zo dan kan de component van de rotatie in het vlak 5 loodrecht op de as van het doorvoerkanaal hierin een Corioliskracht veroorzaken, waardoor in het doorvoerkanaal een interne wervel in het vlak loodrecht op de kanaalas ontstaat, wat het scheidingsproces bijzonder nadelig beïnvloedt. Een bijkomend voordeel van de uitgevonden inrichting is dat deze zelfs met doorvoerkanalen waarvan de as een van nul afwijkende hoek β vormt met de rotatieas van de rotatiemiddelen een 10 goed scheidend vermogen vertoont. De inrichting volgens de uitvinding is derhalve in bedrijf minder kritisch dan de bekende inrichting.

Gebleken is dat het voordelen heeft wanneer de hoek β dusdanig gekozen is dat voldaan wordt aan β < 10 éJL, waarbij L en dh de lengte, respectievelijk de hydraulische 15 diameter van het doorvoerkanaal voorstellen. Met de meeste voorkeur is de hoek β dusdanig gekozen dat voldaan wordt aan β <, 2 éJL. Wanneer fabricage, montage en bedrijf van het samenstel van doorvoerkanalen (het roterend filterelement) in de roterende deeltjesscheider plaatsvinden zodanig dat in het bijzonder aan bovengenoemde criteria wordt voldaan, dan zal het scheidingsproces niet 20 noemenswaard verstoord worden, zelfs niet bij hoge drukken en/of kleine kanaaldoorsneden en/of lage viscositeit van het te scheiden mediummengsel.

7

Voor een zo goed mogelijke werking is het wenselijk de massadichtheid van de te scheiden fracties zo veel mogelijk te laten verschillen. Desgewenst kan de inrichting volgens de uitvinding daartoe zijn voorzien van massadichtheid beïnvloedende 5 middelen, die zich voor de rotatiemiddelen bevinden, derhalve in stromingsrichting van het medium bovenstrooms opgesteld. De massadichtheid beïnvloedende middelen kunnen bijvoorbeeld expansiemiddelen omvatten. Door middel van (al dan niet isotropische) expansie kan de temperatuur van een medium binnen een zeer kort tijdsbestek worden verlaagd, bijvoorbeeld door toepassing van een expansiekoeler van 10 het type “joule thomson” of door een turbine. Een ander mogelijkheid is dat de koeling wordt bewerkstelligd door een koelmedium dat bijvoorbeeld in een separaat circulatiesysteem wordt geëxpandeerd om zo op het gewenste lage temperatuumiveau te worden gebracht. Door temperatuurverlaging wordt de dichtheid van de fracties beïnvloed. Bijzonder gunstige effecten kunnen zo worden verkregen indien het mengsel 15 bestaat uit fracties met een zelfde fase (bijvoorbeeld gas/gas-mengsel of een vloeistof/vloeistof-mengsel) waarvan door de temperatuurverandering er ten minste één fractie een zodanige faseverandering ondergaat dat de fasen van de te scheiden fracties van elkaar verschillen (waardoor bijvoorbeeld een gas/vloeistof-mengsel, een gas/vaste stof-mengsel of een vloeistof/vaste stof-mengsel ontstaat). Dit verschijnsel van 20 faseovergang van een stof ten gevolge van temperatuurverandering is uiteraard een algemeen bekend fenomeen. Nadrukkelijk wordt er echter opgemerkt dat het voor de scheiding middels de rotatiemiddelen geen noodzaak is tot het creëren van een fasenverschil tussen de te scheiden componenten; de inrichting is evenzeer toepasbaar voor een mengsel van fracties die in een zelfde fase verkeren (bijvoorbeeld 25 vloeistof/vloeistof-mengsels zoals een gedispergeerde vloeistof en gas/gas-mengsels). Enige voorbeelden van mogelijke toepassingen van de onderhavige uitvinding zijn het scheiden van een lucht/stikstof-mengsel, het ontluchten of ontgassen van water, het ontwateren van lucht, het reinigen van aardgas, en dies meer.

30

De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het scheiden van een stromend mediummengsel in ten minste twee fracties met afwijkende massadichtheid omvattende de bewerkingsstappen: A) het toevoeren van een te scheiden mediummengsel, B) het doen roteren van het stromende te scheiden mengsel in daartoe 8 voorziene rotatiemiddelen die een roterend samenstel van doorvoerkanalen omvatten, waarbij het Reynoldsgetal van de stroming groter is dan 2000 en het mediummengsel een in hoofdzaak turbulente stroming vertoont, en C) het afvoeren van ten minste één van de gesepareerde fracties. De werkwijze volgens de uitvinding wordt bij voorkeur 5 dusdanig uitgevoerd dat tijdens bewerkingsstap B) het Reynoldsgetal van de stroming in tenminste één doorvoerkanaal groter is dan 2500, en met nog meer voorkeur groter dan 5000. Middels de uitgevonden werkwijze kunnen de voordelen worden gerealiseerd zoals reeds bovengaand beschreven aan de hand van de inrichting overeenkomstig de uitvinding. De werkwijze kan met een relatief kleine doorstroominrichting worden 10 uitgevoerd aangezien de afzonderlijke bewerkingsstappen bij hoge drukken en binnen zeer kort tijdsbestek, bijvoorbeeld in minder dan 1 seconde, veelal in minder dan 0,1 seconde of zelfs in minder dan 10 of minder dan 5 milliseconden, kunnen worden uitgevoerd. Zoals hierboven reeds beschreven wordt de werkwijze bij voorkeur uitgevoerd bij een druk van tenminste 10 bar, en met nog meer voorkeur tenminste 100 15 bar. Dit maakt langdurige processen met bijbehorende inrichtingen die zodanig zijn gedimensioneerd dat zij grote volumes kunnen bevatten overbodig.

De inrichting volgens de uitvinding kan in beginsel voor het scheiden van alle denkbare mediummengsels in tenminste twee fracties worden toegepast. Een voorkeursuitvoering 20 wordt gekenmerkt doordat tenminste één fractie vaste stofdeeltjes omvat. Bij het scheiden van een dergelijk voorkeursmengsel worden met de uitgevonden inrichting de beste resultaten bereikt.

In een bijzondere voorkeurstoepassing van de werkwijze wordt een mediummengsel 25 toegevoerd aan de inrichting dat deelljes omvat waarvan de gemiddelde diameter d voldoet aan d > 2 dpioo%, waarin dpioo% de diameter voorstelt van een deeltje dat in laminaire stroming onder invloed van de optredende centrifugaalkrachten aan het stroomafwaartse einde van het doorvoerkanaal de wand ervan bereikt. Deze karakteristieke diameter kan eenvoudig door de vakman worden bepaald, bijvoorbeeld 30 door proefneming of door berekening. Extra voordelen worden bereikt indien de diameter d van de deeltjes voldoet aan d > 2,5 dpioo%. Gebleken is in het bijzonder dat onder deze condities een snelle scheiding kan worden bereikt zonder dat dit ten koste hoeft te gaan van de scheidingsgraad. Bij aanbod van deeltjes met een deeltjesgrootteverdeling met de aangegeven gemiddelde diameter blijkt nagenoeg 9 dezelfde scheidingsefficiëntie te kunnen worden bereikt als het geval is in de bekende werkwijze, waar laminaire stroming in de doorvoerkanalen optreedt.

In beginsel kan de werkwijze volgens de uitvinding worden uitgevoerd binnen een 5 breed bereik van rotatietoerentallen van de rotatiemiddelen en van verblijftijden, zolang de procescondities dusdanig worden gekozen dat tenminste in één doorvoerkanaal een turbulente stroming heerst. In een bijzondere voorkeurstoepassing van de werkwijze worden toerental en verblijftijd echter dusdanig gekozen dat voor tenminste één doorvoerkanaal geldt dat 10 Ω.τ < a.(L/dh) waarbij Ω het rotatietoerental is, τ de verblijftijd in het doorvoerkanaal voorstelt, L en dh de lengte, respectievelijk de hydraulische diameter van het doorvoerkanaal voorstellen, en α kleiner is dan 2. In een dergelijke voorkeurswerkwijze waarbij Ω < Ω„ en waarin Ω„ gegeven wordt door 15 Ω„ = α.(174)/τ zal het afscheidingsproces doorgaans zeer effectief verlopen en niet noemenswaard verstoord worden door interne circulaties. Gebleken is dat bij werkwijzen waarbij Ω > Ωοτ interne circulaties het proces zodanig aantasten dat de meeropbrengst aan afscheiding van deeltjes als gevolg van snellere rotatie dan Ω^ teniet kan worden 20 gedaan. Bij voorkeur wordt het toerental derhalve lager gekozen dan 3Ω0Γ. Aangezien hogere toerentallen tot hogere materiaal belastingen en meer energiegebruik leiden heeft het verder voordelen in de praktijk het toerental te begrenzen tot waarden die hooguit 2Ω<* of met meer voorkeur hooguit Ω<* bedragen. Met de meeste voorkeur worden werkwijzen toegepast waarbij α begrepen is tussen 0,5 en 1.

25

De werkwijze wordt in het bijzonder toegepast voor het zuiveren van aardgas. In een dergelijke voorkeurstoepassing van de werkwijze wordt tijdens bewerkingsstap A) aardgas toegevoerd, wordt tijdens een bijkomende bewerkingsstap de temperatuur van het aardgas ten gevolge van expansie verlaagd tot een temperatuur lager dan - 50°C, 30 of minder dan - 60°C, waardoor althans ten minste in hoofdzaak de in het aardgas aanwezige fracties verontreinigende stoffen, zoals bijvoorbeeld CO2 en H2S, overgaan van fase, welke verontreinigende fracties (bijvoorbeeld CO2 en H2S) tijdens bewerkingsstap B) worden gescheiden van de fractie koolwaterstoffen zodanig dat de 10 ten minste gedeeltelijk van verontreinigingen ontdane fractie koolwaterstoffen tijdens bewerkingsstap C) wordt afgevoerd. Met deze voorkeurswerkwijze kunnen met ongewenste gassen vervuilde technisch winbare aardgassen op economisch rendabele wijze in voldoende mate worden gescheiden van de erin aanwezige koolwaterstoffen.

5

De werkwijze en inrichting volgens de uitvinding kunnen tevens worden gebruikt voor het scheiden van condenseerbaie vloeistofachtige bestanddelen in aardgas, zoals bijvoorbeeld de in aardgas aanwezige waterdamp of de zwaardere fracties ervan. Door het mediummengsel voorafgaand aan de scheidingsstap te koelen bijvoorbeeld 10 condenseren dergelijke bestanddelen tot druppels. De aldus gevormde druppels worden vervolgens in de doorvoerkanalen gescheiden van de andere bestanddelen. Aldus kan aardgas op een efficiënte wijze worden gedroogd. Ook is het mogelijk, bijvoorbeeld in het geval de zwaardere fractie wordt afgescheiden, het aldus gevormde aardolieproduct op te vangen.

15

De onderhavige uitvinding zal verder worden verduidelijkt aan de hand van de in navolgende figuren weergegeven niet-limitatieve uitvoeringsvoorbeelden. Hierin toont: figuur 1 een schematisch aanzicht op een inrichting overeenkomstig de uitvinding, figuur 2 schematisch het verloop van de scheidingsgraad in procenten met de 20 genormaliseerde deeltjesdiameter, en figuur 3 een schematisch aanzicht op een alternatieve uitvoeringsvariant van een meervoudige separatie-inrichting overeenkomstig de uitvinding

Figuur 1 toont een inrichting 1 voor het reinigen van een verontreinigd gas zoals 25 bijvoorbeeld aardgas. Door een toevoer 2 wordt overeenkomstig de pijl Pi het verontreinigde gas toegevoerd onder een druk die kan variëren van 100 Bar tot 500 Bar en hoger (een typische druk bedraagt bijvoorbeeld ongeveer 250 Bar) en een temperatuur van meer dan of ongeveer 100°C. Het overeenkomstig de pijl 1 toegevoerde gas wordt vervolgens volgens de getoonde voorkeurswerkwij ze in een 30 warmtewisselaar 3 gekoeld, bijvoorbeeld door middel van koeling aan de atmosfeer. Het gekoelde gas stroomt vanuit de warmtewisselaar 3 overeenkomstig de pijl P2 naar een smoorklep 4. Door middel van de smoorklep 4 wordt het overeenkomstig de pijl P2 toegevoerde gas, bij voorkeur op isotrope wijze, geëxpandeerd naar een lagere druk tussen de 5 en 20 Bar. Ten gevolge van de plotselinge drukverlaging zal de temperatuur 11 van het gas terugvallen (bijvoorbeeld tot een temperatuur lager dan -50°C) zodanig dat een deel van de in het gas aanwezige ftacties van fase verandert. Dientengevolge ontstaat er een gas/nevel-mengsel 5 (aërosol). Dit gas/nevel-mengsel 5 wordt door de doorvoerkanalen 6 van een rotor 7 gevoerd ten gevolge van de rotatie R waardoor de 5 nevel neerslaat tegen de van een rotatieas 8 afgekeerde zijden van de doorvoerkanalen 6 van de rotor 7.. Voor drukken gelegen tussen 5 en 20 Bar zal de kinematische viscositeit v van het gas/nevel-mengsel 5 van de grootteorde van 10-6 m2/s zijn. Hoewel duidelijk is dat de doorvoersnelheid van het gas/nevel-mengsel 5 door de doorvoerkanalen 6 binnen brede grenzen kan worden gekozen zal de voor een economische bedrijfsvoering 10 gebruikelijke axiale doorvoersnelheid wo doorgaans van de grootteorde van 5 m/s zijn. Op basis van de gebruikelijke procescondities worden de diameters van de doorvoerkanalen 6 dusdanig gekozen dat het Reynoldsgetal in de kanalen 6 tenminste 2000 bedraagt. In de getoonde voorkeursvariant bezitten de doorvoerkanalen 6 een hydraulische diameter van 2 mm, wat overeenkomt met een Reynoldsgetal van 15 ongeveer 10.000. De stroming in de doorvoerkanalen 6 is derhalve in hoofdzaak turbulent. De neergeslagen nevel verlaat de rotor 7 aan de van de smoorklep 4 afgekeerde zijde als vloeistofdruppels 9. De druppels 9, die bijvoorbeeld bestaan uit vloeibaar CO2 en H2S, worden afgevangen in een bekken 10 dat door middel van het activeren van een pomp 11 kan worden geleegd, zodanig dat de vloeibare CO2 en H2S 20 overeenkomstig de pijl P3 worden afgevoerd. Het gas dat de rotor 7 verlaat is aldus, ten minste voor een deel, ontdaan van CO2 en H2S en verlaat de inrichting 1 overeenkomstig de pijl P4 als gereinigd gas. Uitdrukkelijk zij vermeld dat het gebruik van een warmtewisselaar 3 en een smoorklep 4 weliswaar de voorkeur heeft doch dat deze onderdelen niet noodzakelijk zijn voor de uitvinding.

25

Het in de doorvoerkanalen verzamelde deeltjesmateriaal kan hieruit worden verwijderd door het roterend samenstel van doorvoerkanalen uit zijn behuizing te verwijderen, vervolgens te reinigen en terug te plaatsen, of te vervangen door een gereinigd roterend samenstel. Het roterend samenstel van doorvoerkanalen kan ook in situ worden 30 gereinigd - desnoods tijdens bedrijf - door het bijvoorbeeld aan trillingen te onderwerpen, door geluidsgolven te produceren, of, bij voorkeur, door de doorvoerkanalen onder hoge druk te sproeien of door te spuiten met lucht of een ander gasvormig of vloeibaar medium.

12

Door er volgens de uitvinding voor te zorgen dat in bedrijf in de doorvoerkanalen 6 een in hoofdzaak turbulente stroming ontstaat zullen hierin naast een in gemiddelde zin stationaire axiale stroming tijdsafhankelijke en plaatsafhankelijke fluctuaties in het snelheidsveld optreden. Als gevolg hiervan maken de af te scheiden fractiedeeltjes een 5 zigzag beweging rond de gemiddelde baan die overeenkomt met de baan in laminaire stroming. Deze baan wordt bepaald door de gemiddelde axiale snelheid en de radiaal naar buiten gerichte stationaire baan als gevolg van de centriiugaalkracht, opgebracht door de rotor 7. Bij afwezigheid van turbulentie zal een deeltje met diameter dpioo% nog net met 100% kans worden afgevangen. Een dergelijk deeltje heeft derhalve gedurende 10 zijn verblijf in een doorvoerkanaal (6) een radiale verplaatsing als gevolg van de centriiugaalkracht ondergaan die gelijk is aan de diameter van het kanaal 6. Doordat volgens de uitvinding in de kanalen 6 een in hoofdzaak turbulente stroming aanwezig is kan worden verwacht dat de vangstefficiëntie van deeltjes met diameter dpioo% lager zal zijn (bijvoorbeeld verlaagd van 100% naar circa 80%) dan voor de bekende inrichting, 15 die dusdanig is gedimensioneerd dat in de doorvoerkanalen 6 ervan een laminaire stroming heerst. Figuur 2 toont het verloop van de scheidingsgraad 20 (of vangstefficiëntie) uitgezet tegen de genormaliseerde fractiediameter 21, die in het kader van deze aanvraag wordt gedefinieerd als de verhouding van de gemiddelde diameter dp van de te scheiden fractie van het gas/nevel-mengsel 5 tot de gemiddelde diameter 20 dpioo% van dezelfde fractie, welke in een laminaire stroming aan het einde van de doorvoerkanalen 6 volledig zou zijn gescheiden. Deze gemiddelde diameter dpioo% is eenvoudig proefondervindelijk te bepalen door bijvoorbeeld de procescondities dusdanig aan te passen dat in de doorvoerkanalen een laminaire stroming ontstaat. Ook is het mogelijk de kanaaldiameter hiertoe te verlagen. De curve 22 geeft het verloop 25 weer voor de bekende inrichting (laminaire stroming in de doorvoerkanalen 6), curve 23 geeft het verloop weer voor de inrichting volgens de uitvinding (turbulente stroming in de doorvoerkanalen 6). In tegenstelling tot hetgeen mag worden verwacht blijkt uit figuur 2 dat de scheidingsgraad 20 niet noemenswaard minder is dan voor laminaire stroming, ondanks het feit dat de doorvoersnelheid hoger kan zijn. Bovendien blijkt dat 30 voor deeltjes kleiner dan circa 0,5 d pioo<>/0 en groter dan 2,5 dpioo% de scheidingsgraad 20 in de inrichting volgens de uitvinding zelfs op hetzelfde niveau ligt als voor de bekende inrichting.

13

Figuur 3 tenslotte toont een aanzicht op een meervoudige scheidingsinrichting 30 waaraan overeenkomstig de pijl P30 een te scheiden mengsel wordt toegevoerd. Na koeling van het mengsel in een koeler 31 stroomt het nu gekoelde mengsel overeenkomstig de pijl P31 naar een turbine 32. Na het passeren van de turbine 32 5 stroomt het mengsel met nu een vergroot verschil in massadichtheid van de te scheiden fracties naar een schematisch weergegeven rotatiescheider 33. Een eerste bijvooibeeld gasvormige fractie verlaat de rotatiescheider 33 door een afvoer 34 overeenkomstig de pijl P33. Een tweede fractie (bijvoorbeeld een koude vloeibare fractie) verlaat de rotatiescheider 33 door een tweede aiVoer 35 overeenkomstig de pijl P34. De tweede 10 fractie wordt vervolgens toegevoerd aan wederom een turbine 36 en een daarop aansluitende rotatiescheider 37 waar een hernieuwde scheidingsbewerking plaatsvindt om een in de tweede vloeibare fractie achterblijvende gasfractie (al dan niet dezelfde gasvormige fractie als reeds afgescheiden in de rotatiescheider 33) af te scheiden overeenkomstig de pijl P35 die vervolgens samenvloeit met de reeds in de eerste 15 rotatiescheider 33 afgescheiden gasvormige fractie. De in de rotatiescheider 37 afgescheiden vloeibare fractie wordt overeenkomstig de P36 door een retourleiding 38 teruggevoerd naar de warmtewisselaar 31 ter verhoging van het rendement van de warmtewisselaar 31. In de warmtewisselaar 31 fungeert de vloeibare fractie afkomstig uit de tweede rotatiescheider 37 als koelmiddel alvorens het met een aiVoer 39 20 overeenkomstig de pijl P37 uit de inrichting 30 verdwijnt. Opgemerkt wordt dat in plaats van de tweede fractie (P34) of net als de tweede fractie (P34) ook de eerste fractie (P33) die de rotatiescheider 33 aan een hernieuwde scheidingsbewerking kan worden onderworpen door middel van bijvoorbeeld een, in deze figuur niet weergegeven, turbine en een daarop aansluitende rotatiescheider die aansluiten op de aiVoer 34. Het 25 hernieuwd scheiden van reeds gescheiden fracties kan naar wens ook meer dan tweemaal opeenvolgend worden uitgevoerd.

Claims

1. Inrichting voor het scheiden van een stromend mediummengsel in ten minste twee fracties met afwijkende massadichtheid omvattende: 5. rotatiemiddelen in de vorm van een roterend samenstel van doorvoerkanalen voor het doen roteren van het stromende te scheiden mengsel, - een op de rotatiemiddelen aansluitende toevoer voor het te scheiden mediummengsel, en - een op de rotatiemiddelen aansluitende afvoer voor het afvoeren van tenminste 10 één van de fracties van het gescheiden mediummengsel, met het kenmerk dat tenminste één van de doorvoerkanalen dusdanig is gedimensioneerd dat het mediummengsel hierin een in hoofdzaak turbulente stroming vertoont.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat tenminste één van de doorvoerkanalen dusdanig is gedimensioneerd dat het Reynoldsgetal hierin groter is dan 2500.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk dat tenminste één van de 20 doorvoerkanalen dusdanig is gedimensioneerd dat het Reynoldsgetal hierin groter is dan 3000.

4. Inrichting volgens één der conclusies 1 tot 3, met het kenmerk dat de inrichting drukmiddelen omvat voor het onder druk toevoeren van het mediummengsel. 25

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de druk tenminste 10 bar kan bedragen.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk dat de druk tenminste 100 bar 30 kan bedragen.

7. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat tenminste één fractie vaste stofdeeltjes omvat.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk dat de diameter d van de vaste stofdeeltjes voldoet aan d > 2 dpioo%, waarin dpioo% de diameter voorstelt van een deeltje dat in laminaire stroming onder invloed van de optredende centrifugaalkrachten aan het stroomafwaartse einde van het doorvoerkanaal de wand ervan bereikt. 5

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk dat de diameter d van de vaste stofdeeltjes voldoet aan d > 2,5 dpioo%, waarin dpioo% de diameter voorstelt van een deeltje dat in laminaire stroming onder invloed van de optredende centrifugaalkrachten aan het stroomafwaartse einde van het doorvoerkanaal de wand ervan bereikt. 10

10. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat tenminste één doorvoerkanaal in hoofdzaak rechtlijnig verloopt en waarvan de as een hoek β maakt met de rotatieas van de rotatiemiddelen.

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk dat de hoek β dusdanig is gekozen dat voldaan wordt aan β < 10 dh/L, waarbij L en dh de lengte, respectievelijk de hydraulische diameter van het doorvoerkanaal voorstellen.

12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk dat de hoek β dusdanig is 20 gekozen dat voldaan wordt aan β £ 2 dh/L.

13. Werkwijze voor het scheiden van een stromend mediummengsel in ten minste twee fracties met afwijkende massadichtheid omvattende de bewerkingsstappen: A) het toevoeren van een te scheiden mediummengsel,

25 B) het doen roteren van het stromende te scheiden mengsel in daartoe voorziene rotatiemiddelen die een roterend samenstel van doorvoerkanalen omvatten, en C) het afVoeren van ten minste één van de gesepareerde fracties, met het kenmerk dat tijdens bewerkingsstap B) het Reynoldsgetal van de stroming groter is dan 2000 en het mediummengsel een in hoofdzaak turbulente stroming 30 vertoont.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk dat tijdens bewerkingsstap B) het Reynoldsgetal van de stroming in tenminste één doorvoerkanaal groter is dan 2500.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk dat tijdens bewerkingsstap B) het Reynoldsgetal van de stroming in tenminste één doorvoerkanaal groter is dan 5000.

16. Werkwijze volgens één der conclusies 13-15, met het kenmerk dat tijdens 10 bewerkingsstap B) de druk in het te scheiden mediummengsel tenminste 10 bar bedraagt.

17. Werkwijze volgens conclusie 16, met het kenmerk dat tijdens bewerkingsstap B) de druk in het te scheiden mediummengsel tenminste 100 bar bedraagt. 15

18. Werkwijze volgens één der conclusies 13-17, met het kenmerk dat tenminste één van de fracties vaste stofdeeltjes omvat waarvan de diameter d voldoet aan d > 2 dpioo%, waarin dpioo% de diameter voorstelt van een deeltje dat in laminaire stroming onder invloed van de optredende centriiugaalkrachten aan het stroomafwaartse einde 20 van het doorvoerkanaal de wand ervan bereikt.

19. Werkwijze volgens conclusie 18, met het kenmerk dat tenminste één van de fracties vaste stofdeeltjes omvat waarvan de diameter d voldoet aan d > 2,5 dpioo%, waarin dpioo% de diameter voorstelt van een deeltje dat in laminaire stroming onder 25 invloed van de optredende centriiugaalkrachten aan het stroomafwaartse einde van het doorvoerkanaal de wand ervan bereikt.

20. Werkwijze volgens één der conclusies 13-19, met het kenmerk dat voor tenminste één doorvoerkanaal geldt dat 30 Ω.τ <, a.(L/dh) waarbij Ω het rotatietoerental is, τ de verblijftijd in het doorvoerkanaal voorstelt, L en dh de lengte, respectievelijk de hydraulische diameter van het doorvoerkanaal voorstellen, en <x kleiner is dan 2.

21. Werkwijze volgens conclusie 20, met het kenmerk dat α kleiner is dan 1.

22. Werkwijze volgens conclusie 21, met het kenmerk dat α begrepen is tussen 0,5 5 en 1.