NO164960B - Kolonne for fjerning av vaeske fra en gass. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en vertikal kolonne for fjerning av en væske fra en gass.

Det kan nevnes mange eksempler i petroleumindustrien og den kjemiske industri, hvor en medreven væske må fjernes fra en gass. Væsken kan være revet, med i større eller mindre mengder av en strømmende gass, i form av små eller store dråper, oppslemmet i form av en tåke, som en plugg (spesielt i rørledninger), som et skum, osv.

Velkjente eksempler er vann og væskeformige hydrocar-boner i naturgass, væskeformige absorpsjonsmidler i en gass som er blitt behandlet med slike midler, og smøreolje eller råolje i hydrogen- eller hydrocarbongass. Et argument for å benytte en vertikal kolonne for å fjerne væske fra gass er at en slik kolonne opptar bare et lite grunnareal, hvilket er særlig fordelaktig for anvendelse offshore på produk-sjonsplattformer, men også i raffinerier.

I EP patentsøknad, publ. nr. 048 508, er det beskrevet en vertikal kolonne for fjerning av en væske fra en gass, hvilken kolonne har et gassinntak, et væskeuttak anordnet under gassinntaket og et gassuttak anordnet over gassinntaket, i hvilken det mellom gassinntaket og gassuttaket er anordnet en væskesentrifugalseparator som strekker seg over hele kolonnens tverrsnitt, og som omfatter to horisontale plater, mellom hvilke det strekker seg vertikale hvirvel-strømsrør som er åpne i endene og som hvert strekker seg fra en åpning i den endre plate og til en viss avstand under en koaksial åpning i den øvre plate, innretninger for uttak av sekundær gass og væske fra rommet mellom platene på utsiden av hvirvelstrømsrørene, og innretninger anordnet i den nedre del av hvirvelstrømsrørene for å bibringe gassen en roterende bevegelse rundt en vertikal akse.

Under normal drift av den kjente kolonne blir en blan-ding av gass og medreven væske innført i kolonnen gjennom gassinntaket. Blandingen strømmer oppad og inn i væskesentrifugalseparatoren, hvor medreven væske skilles fra blandingen. Væske tas ut gjennom væskeuttaket, og gass strømmer gjennom gassuttaket. Dersom imidlertid blandingens strømningshastig-het er relativt høy, blir blandingens oppholdstid i væskesen-trif ugalseparatoren relativt kort, hvilket resulterer i en dårlig adskillelse av væske og gass, spesielt dersom den medrevne væske er tilstede i findispergert form.

Det er et siktemål med den foreliggende oppfinnelse

å tilveiebringe en kompakt, vertikal kolonne for fjerning av en væske fra en gass, i hvilken det oppnås en tilstrekkelig separasjon for et bredt område av gasshastigheter.

Med henblikk på å oppnå dette er den vertikale kolonne ifølge oppfinnelsen særpreget ved at en horisontal sammenflytningsanordning er anordnet mellom gassinntaket og væske-sentrif ugalseparatoren og slik at den strekker seg over hele kolonnens tverrsnitt, og ved at gassinntaket er forsynt med en tilførsels- og fordelingsanordning som utgjøres av en langstrakt bokslignende struktur som strekker seg horisontalt tvers over kolonnen og har minst én åpen vertikal side med en rist av ledeskovler anordnet den ene bak den andre, tvers gjennom kolonnen.

Det har vist seg at den maksimale gasshastighet for hvilken det oppnås en ønsket væskeutskillelse i en vertikal kolonne med sammenflytningsanordningen og sentrifugalseparatoren som anvendes i henhold til oppfinnelsen, er fire ganger større enn den maksimale hastighet i en vertikal kolonne som bare inneholder en horisontal tåkefjerningsmatte. Dersom imidlertid kolonnen bare er utstyrt med væskesentrifugalseparatoren vil gassene - selv ved betydelig lavere gasshastigheter enn den maksimale gasshastighet som kan tillates i henhold til oppfinnelsen - ikke bli tørret tilstrekkelig, dersom væsken er tilstede i findispergert form.

I praksis synes driften av sammenflytningsanordningen i kolonnen ifølge oppfinnelsen å variere med gasshastigheten. Ved relativt lave gasshastigheter fjerner sammenflytningsanordningen all væske fra gassen, og væsken strømmer som en dusj ut av sammenflytningsanordningen og taes ut fra bunnen av kolonnen. Ved høyere gasshastigheter; vil væskedråpene, selv om de flyter sammen i sammenflytningsanordningen, like-vel fraktes med oppad av gassen og ut av sammenflytningsanordningen, og de fjernes fra gassen i sentrifugalseparatoren .

En faktor som bidrar til den forbedrede utskillelses-evne hos kolonnen ifølge oppfinnelsen er trykkfallet over sammenflytningsanordningen, hvilket fører til en ideell fordeling av gassen over kolonnens tverrsnitt i og over sammenflytningsanordningen, slik at innvirkningen av den nødvendigvis ikke-ideelle gassinnstrømning til kolonnen elimineres.

Det finnes tallrike horisontale sammenflytningsan-ordninger som passer for vertikale kolonner. Et velkjent eksempel er tåkefjerningsmatten. Alle disse sammenflytnings-anordninger er relativt tynne (stor gjennomtrengelighet)

og har et relativt stort spesifikt (indre) overflateareal. Deres drift er basert på oppfanging av dråper ved kollisjon av dråper med de interne flater, med påfølgende dråpevekst på disse flater og til slutt fjerning av de utvokste dråper enten av gassen eller ved innvirkning av tyngdekraften.

Sentrifugalseparatoren funksjonerer på følgende måte. Gassen strømmer oppad, fordeler seg på hvirvelstrømsrørene og settes i rotasjon. Dette forårsaker at væskedråpene slyn-ges ut mot hvirvelstrømsrørenes vegger, og under innvirkning av den oppadrettede komponent av gassbevegelsen vil væske-filmen som dannes på rørveggene, sammen med en viss mengde sekundærgass, taes ut over den øvre kant av hvirvelstrøms-røret og føres inn i rommet mellom platene, på utsiden av hvirvelstrømsrørene. I mellomtiden forlater hovedgasstrømmen - primærgassen - sentrifugalseparatoren via de koaksiale åpninger som er anordnet i den øvre plate koaksielt med hvirvelstrømsrørene. I rommet mellom platene på utsiden av hvirvelstrømsrørene skilles væsken fra sekundærgassen ved tyngdekraftens innvirkning (idet gasshastigheten er lav der), og sekundærgassen og væsken taes ut hver for seg fra dette rom.

En fordel med denne type sentrifugalseparator som

er særlig vesentlig ved høye gasshastigheter er at den ut-skilte væske ikke strømmer som en dusj ned gjennom kolonnen og derfor ikke kan forstøves på ny av en oppadstrømmende gass under sentrifugalseparatoren. Derved hindres også sam-mensmeltningsanordningen i å bli oversprøytet av fallende væske.

Gassinntaket innbefatter en tilførsels- og fordelingsanordning som strekker seg^horisontalt i kolonnen, hvilken anordning utgjøres av en.langstrakt bokslignende struktur som er forbundet med gassinntaketog som har minst én åpen vertikal side med en rist av ledeskovler anordnet den ene bak den andre, sett i strømningsretningen i Ved hjelp av denne tilførsels- og fordelingsanordning blir gassen jevnt fordelt av ledeskovlene over kolonnens tverrsnitt, hvilket medfører en ytterligere forbedring av væskeutskillelsen i kombinasjonen av sammenflytningsanordning og sentrifugalseparator. En ytterligere fordel oppnåes derved at tilførsels- og fordelingsanordningen skiller ut fra gassen eventuelle bølger av væske som plutselig måtte forekomme i gasstrømmen, hvilket f.eks. kan forekomme i rørledninger for transport av naturgass, idet utskillelsen oppnåes ved at væsken kolliderer med ledeskovlene og faller ned på inn-siden av kolonnen. Etter å være blitt fordelt over kolonnens tverrsnitt av ledeskovlene strømmer gassen opp til sammenflytningsanordningen.

Den horisontale sammenflytningsanordning kan være utformet på mange i og for seg kjente måter og kan f.eks. utgjøres av et skikt av lag av metallduk eller et lag av skovler eller et lag av strukturert fyllmateriale. Disse tre typer sammenflytningsanordning er fordelaktige ved at de er kommersielt tilgjengelige og virker effektivt i kolonnen ifølge oppfinnelsen.

Væskeseparatoren er også fortrinnsvis utstyrt med vertikale rørstykker som strekker seg ned fra de koaksiale åpninger i den øvre plate og ned hvirvelstrømsrørene, og som har mindre diameter enn de sistnevnte. Dette arrangement forbedrer separasjonen mellom primærgass på den ene side og sekundærgass og væske på den annens side, da disse sistnevnte ikke kan strømme fra hvirvelstrømsrørene til åpningene for primærgass i den øvre plate.

I henhold til en foretrukken utførelse utgjøres innretningene for uttak av sekundærgassen,fra rommet mellom platene av vertikale små rør gjennom den øvre plate, mens innretningene for uttak av væske fra rommet mellom platene utgjøres av ett eller flere vertikale uttaksrør som strekker seg fra dette rom og til bunnen av kolonnen. Dette arrangement medfører den fordel at sekundærgassen, etter at den er blitt skilt ut fra væsken i rommet mellom platene, straks returneres til primærgasen, og at væsken tilføres til væsken i bunnen av kolonnen etter at den kommer fra sammenflytningsanordningen, slik at sekundærgassen og væsken som fjernes i sentrifugalseparatoren, ikke krever noen separat be-handling .

For ytterligere å forbedre væskeutskillelsen i sentrifugalseparatoren er det i henhold til oppfinnelsen fortrinnsvis anordnet åpninger i den øvre ende av hvirvelstrømsrørene for uttak av væske til rommet mellom platene på utsiden av hvirvelstrømsrørene. Dette medfører den fordel at mindre sekundærgass overføres til rommet mellom platene.

Oppfinnelsen skal nu beskrives nærmere under henvis-ning til de vedføyede tegninger, hvor fig. 1 skjematisk viser et vertikalt tverrsnitt gjennom en kolonne ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen, fig. 2 viser et horisontalt tverrsnitt gjennom kolonnen langs linjen II-II på fig. 1, og fig. 3 viser et vertikalt tverrsnitt gjennom et hvir-velstrømsrør i sentrifugalseparatoren ifølge en utførelses-form av oppfinnelsen.

Den normalt vertikale kolonne 1 ifølge den viste utførelse av oppfinnelsen omfatter en tilførsels- og fordelingsanordning 3 som er forbundet med et gassinntak 2 og er anordnet i en viss avstand over den nedre del 4 av kolonnen 1 som tjener som et væskeoppsamlingsrom. Denne del 4

er utstyrt med et væskeuttak 5.

I en viss avstand over tilførsels- og fordelingsanordningen 3 er det anordnet en horisontal sammenflytningsanordning 6, som strekker seg horisontalt over hele tverrsnittet av kolonnen 1. I en viss avstand over sammenflytningsanordningen 6 er det anordnet en sentrifugalseparator 7, som også strekker seg over hele tverrsnittet av kolonnen 1. Sentrifugalseparatoren 7 er plassert i en viss avstand under gassuttak 8. Et væskeuttaksrør 9?er ført ned fra sen-trif ugalseparatoren 7, gjennom den horisontale sammenflytningsanordning 6, langs anordningen 3^(se fig. 2) og deretter inn i væskeoppsamlingsrommet 4.

Tilførsels- og fordelingsanordhingen 3 utgjøres av

en langstrakt bokslignende struktur som"er forbundet med inntaket 2 og er innelukket av en vertikal frontvegg 10 festet rundt gassinntaket 2 og en vertikal bakvegg 11, og av en øvre vegg 12 og en nedre vegg 13..De sistnevnte to vegger 12 og 13 løper horisontalt, strekker seg over praktisk talt hele kolonnens 1 diameter og er trapesformede. De to vertikale sider av tilførsels- og fordélingsanordningen 3 mellom veggene 10 og 11 er åpne, og mellom den øvre vegg 12 og den nedre vegg 13 er det anordnet, vertikale ledeskovler 14 som strekker seg gjennom nevnte åpne sider og til utsiden av tilførsels- og fordélingsanordningen 3. Skovlene 14 er gruppert i to gittere av skovler anordnet det ene bak det andre sett i strømningsretningen. Hver av skovlene 14 omfatter en del 16 som strekker seg nesten parallelt med strømningsretningen 15 og en del 17 som strekker seg i det vesentlige vinkelrett på denne.

Sammenflytningsanordningen 6 omfatter to horisontale støtteinnretninger 18 og 19 som er anordnet i kolonnen 1

i en viss avstand fra hverandre, og mellom disse et sammen-flytningsskikt 33 bestående av lag av metallduk.

Sentrifugalseparatoren 7 omfatter to horisontale plater 20 og 21 (se fig. 3) samt et antall vertikale hvirvel-strømsrør 22, av hvilke ett er vist på fig. 3.

Hvirvelstrømsrøret 22 er åpent i begge ender og er montert med sin nedre nede 23 i en åpning 24 i den nedre plate 20. I den nedre del av hvirvelstrømsrøret 22 er det anordnet innretninger i form av skråstilte skovler 25 for å gi gassen som strømmer inn gjennom åpningen 24, en roterende bevegelse. I den øvre del av hvirvelstrømsrørene 22

er det anordnet vertikale spalter 26. Den åpne øvre ende 27 av hvirvelstrømsrørene 22 er plassert i en liten avstand under den øvre plate 21.

I den øvre plate 21 er det tatt ut to typer åpninger, nemlig koaksiale åpninger 28 i hvilke det er anordnet rør-stykker 29, og åpninger 30 i hvilke det er anordnet vertikale små rør 31. Rørstykkene 29 er anordnet koaksialt med hvirvelstrømsrørene 22, har mindre diameter enn hvirvel-strømsrørene 22 og strekker seg nedad og inn i hvirvelstrøms-rørene 22. De små rør 31 med relativt liten diameter er plassert lenger vekk fra aksen til det nærmeste rørstykke 2 9 enn hvirvelstrømsrørenes 22 radius.

Væskeuttaksrøret 9 som er vist på fig. 1, munner øverst ut i rommet mellom platene 2 0 og 21, utenfor hvirvel-strømsrørene 22.

Den viste kolonne funksjonerer på følgende måte: Væskeholdig gass mates via gassinntaket 2 til tilfør-sels- og fordélingsanordningen 3, og gassen avbøyes sideveis av ledeskovlene 14 og fordeles over kolonnens tverrsnitt. Større mengder væske som fraktes med gassen, skilles ut

fra gassen av ledeskovlene 14, og denne væske faller direkte ned i væskeoppsamlingsrommet 4.

I mellomtiden strømmer gassen opp i kolonnen 1 og passerer sammenflytningsanordningen 6. En bedre fordeling av gassen over kolonnens tverrsnitt oppnåes som følge av trykktapet over sammenflytningsanordningen 6. Under denne passasje flyter små væskedråper sammen til større væskedråper, og, avhengig av gasshastigheten, vil en mindre eller større del av væsken strømme som en dusj ut av sammenflytningsanordningen 6 og til slutt havne i rommet 4. I rommet mellom tilførsels- og fordélingsanordningen 3 og sammenflytningsanordningen 6 vil den nedadstrømmende væske i en viss utstrekning ta med seg væske fra gassen, slik at den sammenflytningsbefordrende virkning av sammenflytningsanordningen 6 strekker seg et stykke nedover.

Gassen som strømmer opp og ut av sammenflytningsanordningen 6 og som fortsatt inneholder en viss mengde væske i form av dråper som har flytt sammen (idet mengden avhenger av gassens hastighet) fordeler seg på hvirvelstrømsrørene i sentrifugalseparatoren 7.

I hvirvelstrømsrørene 22 bibringes denne gass en

roterende bevegelse, hvorved væsken preferensielt fukter rørveggen 22, mens gassen preferensielt strømmer oppad og forlater hvirvelstrømsrørene 22 via rørstykket 28 ("primær-

gassen"). Væsken drives oppad i form av en film langs rør-

veggen 22 under påvirkning av den oppadstrømmende gass,

og ankommer, via spaltene 2 6 og det ringformede rom mellom rørstykket 29, toppen 27 av hvirvelstrømsrørene 22 og bunnen av den øvre plate 21, til rommet mellom platene 20 og 21,

utenfor hvirvelstrømsrørene 22. Også en viss mengde "sekun-

dærgass" medbringes til dette rom sammen med væsken. I dette rom finner det sted en separasjon mellom væsken og sekundær-

gassen under innvirkning av tyngdekraften. Væsken strømmer via innretningen for uttak av væske fra rommet mellom platene 20 og 21 på utsiden av hvirvelstrømsrørene 22 (væskeuttaksrør 9) til rommet 4, uten på ny å komme i kontakt med gassen som strømmer gjennom kolonnen 1, og sekundærgassen strømmer via innretningene for uttak av sekundærgass fra rommet mellom platene 20 og 21 på utsiden av hvirvelstrømsrørene 22 (de små rør 29) til rommet 30 over sentrifugalseparatoren 7,

hvor den føres sammen med primærgassen fra rørstykkene 28.

Gassen fjernes fra kolonnen via gassuttaket 8 og væsken via væskeuttaket 5.

Claims (4)

1. Vertikal kolonne (1) for fjerning av en væske fra en gass, hvilken kolonne har et gassinntak (2), et væskeuttak (5) anordnet under gassinntaket (2) og et gassuttak (8) anordnet over gassinntaket (2), i hvilken det mellom gassinntaket (2) og gassuttaket (8) er anordnet en væskesentrifugalseparator (7) som strekker seg over hele kolonnens tverrsnitt, og som omfatter to horisontale plater (20,21), mellom hvilke det strekker seg vertikale hvirvelstrømsrør (22) som er åpne i endene og som hvert strekker seg fra en åpning (24) i den endre plate (20) og til en viss avstand under en koaksial åpning (28) i den øvre plate (21), innretninger (30) for uttak av sekundær gass og væske fra rommet mellom platene (20,21) på utsiden av hvirvelstrømsrørene (22), og innretninger (25) anordnet i den nedre del av hvirvelstrøms-rørene (22) for å bibringe gassen en roterende bevegelse rundt en vertikal akse, karakterisert ved at en horisontal sammenflytningsanordning (6) er anordnet mellom gassinntaket (2) og væskesentrifugalseparatoren (7) og slik at den strekker seg over hele kolonnens (1) tverrsnitt, og ved at gassinntaket (2) er forsynt med en tilførsels- og fordelingsanordning (3) som utgjøres av en langstrakt bokslignende struktur som strekker seg horisontalt tvers over kolonnen og har minst én åpen vertikal side med en rist av ledeskovler (14) anordnet den ene bak den andre, tvers gjennom kolonnen.

2. Kolonne (1) ifølge krav 1, karakterisert ved at den horisontale sammenflytningsanordning (6) utgjøres av et skikt (33) av lag av metallduk.

3. Kolonne (1) ifølge krav 1, karakterisert ved at den horisontale sammen-flytningsinnretning (6) utgjøres av et lag av skovler.

4. Kolonne (1) ifølge krav 1, karakterisert ved at den horisontale sammen-flytningsinnretning (6) utgjøres av et lag av strukturert fyllmateriale.