RU2334542C1

RU2334542C1 - Horizontal separator

Info

Publication number: RU2334542C1
Application number: RU2007104520/15A
Authority: RU
Inventors: Генрих Карлович Зиберт (RU); Генрих Карлович Зиберт; Илшат Минуллович Валиуллин (RU); Илшат Минуллович Валиуллин; Тать на Михайловна Феоктистова (RU); Татьяна Михайловна Феоктистова; Алексей Генрихович Зиберт (RU); Алексей Генрихович Зиберт
Original assignee: Генрих Карлович Зиберт
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2008-09-27

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: separator includes portions with contact separation elements installed in the case obliquely to the horizontal separator axis. Porous sheet portions with sloping corrugation are mounted at the gas inlet, and portions with sloping porous protrusions are mounted at the gas outlet. Adjoining portions are tuned to different sides against each other around the horizontal axis of the device; each portion's turning angle is 25-35 degrees. Corrugations and protrusions of adjoining sheets in portions meet at a sharp angle at the gas flow course side.

EFFECT: increased separation efficiency and machine production rate, and improved gas composition.

3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтехимического и газового машиностроения, в частности к сепарационным, контактным и разделительным устройствам. Оно может быть использовано в процессах отделения жидкости от газового потока, контактного взаимодействия фаз, разделения несмешивающихся жидких смесей с отделением газовой фазы, преимущественно, в установках подготовки природного и нефтяного газа, установках переработки газового конденсата, например, в установках низкотемпературной сепарации газа.The invention relates to the field of petrochemical and gas engineering, in particular to separation, contact and separation devices. It can be used in the processes of separating a liquid from a gas stream, contact interaction of phases, separating immiscible liquid mixtures with separating a gas phase, mainly in gas and natural gas treatment plants, gas condensate processing plants, for example, in low-temperature gas separation plants.

Известны сепараторы вертикальные с регулярными насадками из горизонтально расположенных пакетов с противоточным течением фаз газа и жидкости параллельно вертикальной оси (патент РФ 2278728, кл. В01D 45/06). Эти аппараты не могут быть применены в установках, блоках с ограниченными высотно-габаритными характеристиками из условий транспортировки, размещения в помещениях или укрытиях, из-за недостаточности объемов кубовой части и др., в связи с чем применяются горизонтальные сепараторы. Кроме этого, при противоточном течении фаз вертикальные аппараты допускают меньшие жидкостные нагрузки и имеют более низкую эффективность по сравнению с горизонтальными аппаратами с перекрестным течением фаз.Known vertical separators with regular nozzles from horizontally arranged bags with a countercurrent flow of gas and liquid phases parallel to the vertical axis (RF patent 2278728, class B01D 45/06). These devices cannot be used in installations, blocks with limited height and dimensional characteristics from the conditions of transportation, placement in rooms or shelters, due to the insufficient volume of the still bottom, etc., in connection with which horizontal separators are used. In addition, with countercurrent flow of phases, vertical apparatuses allow less fluid loads and have lower efficiency compared to horizontal apparatuses with cross-phase flow.

Известны сепараторы горизонтальные с вертикальным расположением многослойных насадок поперек корпуса аппарата при движении газа в горизонтальном направлении через слои насадки, а отделяемой жидкости - в вертикальном по элементам насадок. Предложенное изобретение касается многослойных насадок с поперечным движением фаз. В этих сепараторах используются многослойные насадки с движением фаз через них, выполненные в виде параллельно расположенных сетчатых и нитчатых пакетов, закрепленных на рамах с помощью фиксаторов (а.с. № 599825, МПК 5: В04В 3/00, В04В 11/02; а.с. № 1044313, МПК 5: B01D 45/08; патент РФ № 2006263, МПК: B01D 45/08; а.с. № 1393454, МПК: B01D 45/00; патент США № 3006436, кл. 55-233).Known horizontal separators with a vertical arrangement of multilayer nozzles across the apparatus when the gas moves in the horizontal direction through the layers of the nozzle, and the separated liquid is vertical in the elements of the nozzles. The proposed invention relates to multilayer nozzles with a transverse phase motion. These separators use multilayer nozzles with the movement of phases through them, made in the form of parallel mesh and filament bags, fixed to the frames using clamps (A.S. No. 599825, IPC 5: V04V 3/00, V04V 11/02; a S.C. No. 1044313, IPC 5: B01D 45/08; RF patent No. 2006263, IPC: B01D 45/08; A.S. No. 1393454, IPC: B01D 45/00; US patent No. 3006436, cl. 55-233 )

Основными недостатками этих устройств являются сложность изготовления насадки, необходимость наличия множества слоев для эффективной сепарации или контакта, ненадежность фиксации.The main disadvantages of these devices are the complexity of manufacturing the nozzle, the need for multiple layers for effective separation or contact, unreliable fixation.

Известна также насадка по патенту РФ № 2090256, МПК: B01J 19/32, B01D 45/08, в которой частично устранены вышеуказанные недостатки за счет упрощения крепления контактных элементов (нитей) на общих стержневых фиксаторах. Однако остались недостатки, связанные с трудоемкостью изготовления, такие как необходимость пропускания нитей в отверстия желобов, а также неэффективность контакта, обусловленного наличием множества слоев (рам), желобов из-за различной плотности расположения нитей на раме.Also known nozzle according to the patent of the Russian Federation No. 2090256, IPC: B01J 19/32, B01D 45/08, which partially eliminated the above disadvantages by simplifying the attachment of contact elements (threads) on common rod clamps. However, there remained disadvantages associated with the complexity of manufacturing, such as the need to pass threads into the holes of the gutters, as well as the inefficiency of contact due to the presence of many layers (frames), gutters due to the different density of the threads on the frame.

Известно устройство для очистки газа от капельной жидкости (описание изобретения к авторскому свидетельству № 1404096, МПК: В01D 45/08), (прототип) с наклонно расположенными между желобами слоями регулярной насадкой, в которых в поперечном сечении установлены многослойные сепарационные элементы из вертикально ориентированных стержней для улавливания при контакте с ними капель жидкости и дренажа накопленной жидкой фазы в желоба, а с них в нижнюю часть аппарата.A device is known for cleaning gas from a dropping liquid (description of the invention to copyright certificate No. 1404096, IPC: B01D 45/08), (prototype) with layers of a regular nozzle inclined between the gutters, in which multilayer separation elements from vertically oriented rods are installed in cross section for collecting drops of liquid upon contact with them and drainage of the accumulated liquid phase into the gutters, and from them to the lower part of the apparatus.

Недостатками этого сепаратора являются:The disadvantages of this separator are:

- неполное использование поперечного сечения аппарата, так как часть сечения аппарата занята желобами и заглушками;- incomplete use of the cross section of the apparatus, since part of the cross section of the apparatus is occupied by gutters and plugs;

- неравномерность распределения фаз на насадке в поперечном сечении аппарата, так как вертикально установленные стержни не распределяют газовый поток в вертикальном и горизонтальном направлениях в поперечном сечении аппарата, что требует установки перед ними распределительных решеток.- uneven phase distribution on the nozzle in the cross section of the apparatus, since vertically mounted rods do not distribute gas flow in the vertical and horizontal directions in the cross section of the apparatus, which requires the installation of distribution grids in front of them.

Это увеличивает гидравлическое сопротивление сепарационного устройства, и усложняет его конструкцию.This increases the hydraulic resistance of the separation device, and complicates its design.

Предлагаемым изобретением решаются следующие задачи: повышение эффективности процесса сепарации путем равномерного распределения в поперечном сечении аппарата жидкой и газообразной фаз, увеличение производительности сепаратора путем использования всего поперечного сечения аппарата и ориентацией выступов и гофр для отвода жидкости силами гравитации ближе к вертикали, улучшение компонентного состава газа за счет достижения практически фазового термодинамического равновесия между многокомпонентным углеводородным газом и сепарируемым из него жидкостью на развитой твердой структурированной поверхности насадки.The present invention solves the following problems: increasing the efficiency of the separation process by uniformly distributing the liquid and gaseous phases in the cross section of the apparatus, increasing the separator performance by using the entire cross section of the apparatus and orienting the protrusions and corrugations to drain the liquid by gravity closer to the vertical, improving the gas component composition over due to the achievement of almost phase thermodynamic equilibrium between a multicomponent hydrocarbon gas and a separator emym liquid therefrom on developed solid surface structured packing.

Для достижения указанного технического результата в сепараторе горизонтальном, состоящем из пакетов с многослойными контактно-сепарационными элементами, ориентированными в корпусе к вертикали на входе газа установлены пакеты из листов с наклонными гофрами, на выходе газа установлены пакеты из листов с наклонными пористыми выступами, причем смежные пакеты повернуты вокруг горизонтальной оси аппарата в разные стороны, а угол между листами и вертикалью в пакете выполнен равным 25-35°, при этом гофры и (или) выступы смежных листов в пакетах со стороны направления движения газового потока пересечены друг с другом под острым углом.To achieve the technical result, a horizontal separator consisting of packages with multilayer contact separation elements oriented in the housing vertically at the gas inlet has packages of sheets with inclined corrugations, and packages of sheets with inclined porous protrusions are installed at the gas outlet, and adjacent packages rotated around the horizontal axis of the apparatus in different directions, and the angle between the sheets and the vertical in the package is made equal to 25-35 °, while the corrugations and (or) the protrusions of adjacent sheets in packages on the side toward the gas flow direction are crossed with each other at an acute angle.

Удельная поверхность контактно-сепарационных элементов на входе газа увеличена относительно удельной поверхности пористых контактно-сепарационных элементов на выходе газа.The specific surface of the contact separation elements at the gas inlet is increased relative to the specific surface of the porous contact separation elements at the gas outlet.

Сепаратор горизонтальный снабжен сборником жидкости с переливными патрубками, между которыми установлены аналогичные пакеты с пористыми контактно-сепарационными элементами.The horizontal separator is equipped with a fluid collector with overflow nozzles, between which similar bags with porous contact separation elements are installed.

Установление в сепараторе горизонтальном на входе газа пакетов из листов с наклонными гофрами, а на выходе газа пакетов из листов с наклонными пористыми выступами таким образом, что смежные пакеты повернуты вокруг горизонтальной оси аппарата в разные стороны, а угол между листами и вертикалью в пакете равен 25-35°, при этом гофры и (или) выступы смежных листов в пакетах пересекаются под острым углом со стороны направления движения газового потока, а также выбор удельной поверхности контактно-сепарационных элементов на входе газа, увеличенной относительно удельной поверхности элементов на выходе газа и снабжение сепаратора сборником жидкости с переливными патрубками, между которыми установлены аналогичные пакеты с пористыми контактно-сепарационными элементами позволяют:The installation in the separator horizontal at the gas inlet of packages from sheets with inclined corrugations, and at the gas outlet of packages from sheets with inclined porous protrusions so that adjacent packages are rotated around the horizontal axis of the apparatus in different directions, and the angle between the sheets and the vertical in the package is 25 -35 °, while the corrugations and (or) the protrusions of adjacent sheets in the packets intersect at an acute angle from the direction of the gas flow, as well as the choice of the specific surface of the contact-separation elements at the gas inlet, increased th relative specific surface elements at the gas outlet of the separator and the supply of the liquid collector with overflow pipes, between which porous bags with similar contact-separation elements allow:

- использовать все поперечное сечение сепаратора (в прототипе используется частично);- use the entire cross section of the separator (partially used in the prototype);

- равномерно распределить газовые и жидкостные потоки на все поперечное сечение аппарата за счет поворота смежных пакетов вокруг горизонтальной оси аппарата в разные стороны и выполнения угла между листами и вертикалью в пакете равным 25-35°, обеспечивающего сток жидкости по гофрам и выступам за счет сил гравитации;- evenly distribute gas and liquid flows over the entire cross section of the apparatus by rotating adjacent packets around the horizontal axis of the apparatus in different directions and making the angle between sheets and vertical in the packet equal to 25-35 °, providing fluid flow through corrugations and protrusions due to gravitational forces ;

- равномерно распределить газовые и жидкостные потоки по вертикали аппарата за счет пересечения под острым углом гофр и (или) выступов смежных листов в пакетах со стороны входа газового потока, обеспечивающего минимальное гидравлическое сопротивление по газу и свободный сток жидкости по гофрам и выступам;- evenly distribute gas and liquid flows along the vertical of the apparatus due to the intersection of the corrugations and (or) protrusions of adjacent sheets in packages at an acute angle of the gas stream, providing minimal hydraulic resistance to gas and free flow of liquid along the corrugations and protrusions;

- привести сепарируемые фазы (газ и жидкость) в состояние, близкое к гидродинамическому равновесию, за счет применения пакетов с большой удельной поверхностью контакта;- bring the separated phases (gas and liquid) to a state close to hydrodynamic equilibrium, due to the use of packages with a large specific contact surface;

- собрать жидкую фазу на структуре листов и отвести накопленную жидкость между гофрами и по выступам в нижнюю часть аппарата.- collect the liquid phase on the sheet structure and drain the accumulated liquid between the corrugations and along the protrusions in the lower part of the apparatus.

Таким образом решается задача повышения эффективности процесса сепарации, увеличения производительности сепаратора и улучшения компонентного состава газа путем отделения из него тяжелых углеводородов.Thus, the problem of increasing the efficiency of the separation process, increasing the capacity of the separator and improving the component composition of the gas by separating heavy hydrocarbons from it is solved.

Заявителю не известны из существующего уровня техники горизонтальные сепараторы, в которых бы подобным образом достигались эффективная сепарация жидкости от газа при перекрестном течении фаз, повышение производительности сепаратора и улучшение компонентного состава газа.The applicant does not know from the existing level of technology horizontal separators in which in this way effective separation of liquid from gas is achieved in a cross-flow of phases, an increase in separator productivity and an improvement in the gas component composition.

На фиг.1 представлен общий вид сепаратора.Figure 1 presents a General view of the separator.

На фиг.2 представлен общий вид сепаратора со сборником жидкости.Figure 2 presents a General view of the separator with a fluid collector.

На фиг.3, 4 - вид на пакеты контактно-сепарационных элементов на входе газа.Figure 3, 4 is a view of the packages of contact separation elements at the gas inlet.

На фиг.5, 6 - вид на пакеты контактно-сепарационных элементов на выходе газа.In Fig.5, 6 is a view of the packages of contact separation elements at the gas outlet.

На фиг.7 показано расположение пересекающихся выступов на смежных листах по ходу движения газового потока.7 shows the location of the intersecting protrusions on adjacent sheets along the gas flow.

Сепаратор горизонтальный 1 содержит корпус 2 со штуцерами входа 3 и выхода 4 газа и штуцером выхода жидкости 8 (фиг.1), переливными патрубками для выхода жидкости 5 и выхода конденсата 6 в сборник жидкости 7 со штуцером конденсата 9 (фиг.2). В корпусе 2 размещены контактно-сепарационные элементы 10, собранные попарно из вертикальных пакетов 11-12, 13-14, 15-16. Пакеты 11, 13, 15 повернуты вокруг горизонтальной оси аппарата в одну сторону, а смежные им пакеты 12, 14, 16 - в противоположную сторону (фиг.3-6). Пакеты на входе газа 11, 12 выполнены из листов 17 с наклонными гофрами 18 (фиг.3-4), а пакеты 13-16 на выходе газа выполнены из листов 19 с наклонными выступами 20 (фиг.5-6). Угол между листами 17, 19 в пакетах 11-16 и вертикалью выполнен равным 25-35° (фиг.3-6). Гофры 18 и выступы 20 на смежных листах 17 и 19 в пакетах 11-16 пересечены под острым углом α со стороны направления движения газового потока (фиг.7), для распределения газового потока по вертикали и обеспечения минимального гидравлического сопротивления по газу. Угол α ограничен острым углом, т.е. меньше 90° для снижения гидравлического сопротивления по газу при изменении его направления гофрами или выступами (фиг.7).The horizontal separator 1 comprises a housing 2 with gas inlet 3 and gas outlet 4 fittings and a fluid outlet fitting 8 (FIG. 1), overflow nozzles for the fluid outlet 5 and condensate outlet 6 to the fluid collector 7 with a condensate nozzle 9 (FIG. 2). The housing 2 contains contact separation elements 10, assembled in pairs from vertical bags 11-12, 13-14, 15-16. Packages 11, 13, 15 are rotated around the horizontal axis of the apparatus in one direction, and adjacent packets 12, 14, 16 are in the opposite direction (Fig.3-6). Packets at the gas inlet 11, 12 are made of sheets 17 with inclined corrugations 18 (Figs. 3-4), and packets 13-16 at the gas outlet are made of sheets 19 with inclined protrusions 20 (Figs. 5-6). The angle between the sheets 17, 19 in the packages 11-16 and the vertical is made equal to 25-35 ° (Fig.3-6). Corrugations 18 and protrusions 20 on adjacent sheets 17 and 19 in packages 11-16 are intersected at an acute angle α from the direction of the gas flow direction (Fig. 7), to distribute the gas flow vertically and provide minimal hydraulic resistance to gas. The angle α is bounded by an acute angle, i.e. less than 90 ° to reduce hydraulic resistance to gas when changing its direction with corrugations or protrusions (Fig.7).

За штуцером входа газа 3 установлен сетчатый коагулятор 21, например, сетчатого или струнного типа. В сборнике жидкости 7 установлены пакеты с контактно-сепарационными элементами 22, аналогичные пакетам 11-16 в сепараторе.A mesh coagulator 21, for example, mesh or string type, is installed behind the gas inlet fitting 3. In the fluid collector 7, packages with contact separation elements 22 are installed, similar to packages 11-16 in the separator.

Удельная поверхность сепарационно-контактных элементов на входе газа увеличена относительно удельной поверхности пористых сепарационно-контактных элементов на выходе газа для достижения фазового равновесия между газом и конденсируемой на поверхности листов 17 и 19 жидкостью до окончательной сепарации газового потока.The specific surface of the separation contact elements at the gas inlet is increased relative to the specific surface of the porous separation contact elements at the gas outlet to achieve phase equilibrium between the gas and the liquid condensed on the surface of the sheets 17 and 19 until the gas stream is completely separated.

Сепаратор горизонтальный работает следующим образом.The horizontal separator works as follows.

Поток газа, содержащий капельную жидкость, поступает через штуцер входа газа 3 в корпус 2 аппарата на сетчатый коагулятор 21, на котором отбивается свободная жидкость и укрупняются (коалесцируются) мелкодисперсные капли. Газ, выходя из коагулятора, поступает на контактно-сепарационные элементы 10, состоящие из пакетов 11-16, выполненных из наклонно установленных листов 17 и 19. Листы в пакетах 11,12 выполнены с гофрами 18, удельная поверхность которых больше удельной поверхности листов 19 пакетов 13-16, выполненных с выступами 20. Выступы 20 на листах 19 выполнены, например, из пористых жгутов, удельная поверхность которых меньше, чем удельная поверхность гофрированных листов, которые используются в пакетах 11, 12, что позволяет достигнуть в этих пакетах высокую эффективность массообмена и сепарации.A gas stream containing droplet liquid enters through a gas inlet fitting 3 into the apparatus body 2 to a mesh coagulator 21, on which free liquid is discarded and finely divided droplets coalesce (coalesce). Gas leaving the coagulator enters the contact separation elements 10, consisting of packages 11-16 made of inclined sheets 17 and 19. The sheets in packages 11,12 are made with corrugations 18, the specific surface of which is larger than the specific surface of the sheets 19 of the packages 13-16 made with protrusions 20. The protrusions 20 on the sheets 19 are made, for example, of porous bundles, the specific surface of which is less than the specific surface of the corrugated sheets used in packages 11, 12, which allows to achieve high efficiency in these packages mass transfer and separation.

Контактно-сепарационные элементы 10 смачиваются мелкодисперсными каплями жидкости, которые укрупняются и стекают по гофрам 18 листов 17, а затем по пористым выступам 20 листов 19, так как листы 17 и 19 установлены наклонно под углом 25-35° к вертикальной оси аппарата. Поворот смежных пакетов вокруг горизонтальной оси аппарата в разные стороны (фиг.3-6) обеспечивает распределение газового потока по горизонтали, а пересечение гофр 18 и (или) выступов 20 смежных листов 17, 19 в пакетах 11-16 (фиг.7) обеспечивает распределение газового потока по вертикали аппарата.The contact-separation elements 10 are wetted with finely divided drops of liquid, which coarsen and flow down the corrugations 18 of the sheets 17, and then along the porous protrusions 20 of the sheets 19, since the sheets 17 and 19 are installed obliquely at an angle of 25-35 ° to the vertical axis of the apparatus. The rotation of adjacent packages around the horizontal axis of the apparatus in different directions (Figs. 3-6) ensures the horizontal distribution of the gas flow, and the intersection of the corrugations 18 and (or) the protrusions 20 of adjacent sheets 17, 19 in the packages 11-16 (Fig. 7) provides vertical distribution of the gas flow.

Отсепарированная жидкость собирается в нижней части сепаратора, откуда отбирается или через штуцер выхода жидкости 8 (фиг.1) из аппарата или через переливные патрубки 5, 6 в сборник жидкости 7 (фиг.2). Из сборника жидкости 7 она отводится через штуцер 9, а часть газа, прошедшая через переливной патрубок 5 в сборник жидкости 7, поступает на контактно-сепарационные элементы 22, сепарируется и выходит через переливной патрубок 6 и вместе с газом, отсепарированным от капель жидкости в сепараторе, отводится через штуцер выхода газа 4.The separated liquid is collected in the lower part of the separator, from where it is taken either through the fluid outlet fitting 8 (Fig. 1) from the apparatus or through overflow pipes 5, 6 into the fluid collector 7 (Fig. 2). From the fluid collector 7, it is discharged through the nozzle 9, and the part of the gas that has passed through the overflow pipe 5 to the fluid collector 7, enters the contact separation elements 22, is separated and exits through the overflow pipe 6 and together with the gas separated from the liquid droplets in the separator is discharged through the gas outlet fitting 4.

Сепаратор горизонтальный может работать и как разделитель несмешивающихся жидкостей, например, для отделения тяжелой жидкой фазы от легкой.The horizontal separator can also work as a separator of immiscible liquids, for example, to separate the heavy liquid phase from the light one.

Результаты испытаний показали, что содержание С_5+B в пробах газа сепарации снизилось с 9,4 до 2,5 г/м³, С_3+B - с 74,3 до 47,7 г/м³. Производительность сепаратора увеличилась от 130 до 201 тыс. м³/ч.The test results showed that the content of C _{5 + B} in the samples of the separation gas decreased from 9.4 to 2.5 g / m ³ , C _{3 + B} - from 74.3 to 47.7 g / m ³ . The separator capacity increased from 130 to 201 thousand m ³ / h.

Промышленные испытания предлагаемого горизонтального газового сепаратора подтвердили теоретические предпосылки о том, что за счет достижения фазового термодинамического равновесия между многокомпонентным углеводородным газом и конденсирующейся из него жидкостью на развитой твердой структурированной поверхности увеличивается выход жидких углеводородов и снижается унос жидкой фазы с газом в трубопровод или технологические аппараты, чем и достигается повышение эффективности процесса сепарации, производительности сепаратора, а также улучшение компонентного состава отсепарированного газа, уменьшение содержания в нем конденсируемых углеводородов.Industrial tests of the proposed horizontal gas separator confirmed the theoretical assumptions that, due to the achievement of phase thermodynamic equilibrium between a multicomponent hydrocarbon gas and a liquid condensing from it on a developed solid structured surface, the yield of liquid hydrocarbons increases and the entrainment of the liquid phase with the gas into the pipeline or process devices is reduced, what is achieved by increasing the efficiency of the separation process, the performance of the separator, and that also improving the component composition of the separated gas, reducing the content of condensable hydrocarbons in it.

Claims

1. The horizontal separator, consisting of packages with contact separation elements installed in the housing perpendicular to the horizontal axis of the separator, characterized in that packages of porous sheets with inclined corrugations are installed at the gas inlet, packages of sheets with inclined porous protrusions are installed at the gas outlet, moreover, adjacent packages are rotated around the horizontal axis of the apparatus in different directions relative to each other, the angle of rotation of each package is 25-35 °, while the corrugations and protrusions of adjacent sheets in packages with on the side of the direction of gas flow are crossed with each other at an acute angle.

2. The horizontal separator according to claim 1, characterized in that the specific surface of the porous contact separation elements at the gas inlet is increased relative to the specific surface of the porous contact separation elements at the gas outlet.

3. The horizontal separator according to claim 1, characterized in that it is equipped with a fluid collector with overflow nozzles, between which similar bags with porous contact separation elements are installed.