專利名稱：用于從包含氣體和液體的混合物中移除液體的分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從包含氣體和呈液滴形式的液體的混合物中移除至少部分液體的分離裝置。
背景技術(shù)：
由地下儲層(諸如天然氣、伴生氣和煤層甲烷)產(chǎn)生的氣體流或者由(部分)氧化過程產(chǎn)生的氣體流通常除了有關(guān)的氣態(tài)產(chǎn)物(諸如甲烷、氫氣和/或氮?dú)?之外，還包含不定量的氣態(tài)污染物(諸如二氧化碳、硫化氫、氧硫化碳、硫醇、硫化物以及芳族含硫化合物)。對于這些氣體流的大部分應(yīng)用，根據(jù)具體的污染物和/或用途，這些污染物需要被部分或者幾乎全部移除。通常，需要移除硫化合物達(dá)到百萬分之幾(ppm)的水平，有時候需要移除二氧化碳達(dá)到百萬分之幾的水平，(例如液化天然氣(LNG)應(yīng)用)，或者降到2或3體積百分比(例如用作可燃?xì)怏w)?？纱嬖诟呒墴N，該高級烴根據(jù)應(yīng)用可被回收。一種用于移除這些氣態(tài)污染物的方法是將它們液化并且借助于液/氣分離方法將如此獲得的液體移除。在WO 2008/082291A1以及WO 2005/118110A1中，已經(jīng)描述了一種分離裝置，該分
離裝置用于從天然氣流中移除已液化的污染物(諸如二氧化碳和硫化氫)。所述分離裝置包括通常水平的離心分離器，以實(shí)現(xiàn)已液化的污染物與氣體流的分離，從而獲得富含污染物的液相和貧污染物的氣相。然而，這些已知分離裝置的缺點(diǎn)是仍然存在提高從進(jìn)料流移除已液化的污染物的效率的相當(dāng)大余地，同時確保可達(dá)到接近于污染物凝結(jié)程度的熱力學(xué)預(yù)測的水平。再者， 存在用于改進(jìn)液體處理系統(tǒng)以確保得到一種更加緊湊、重量較輕、占地面積最小的分離裝置的余地。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種設(shè)備，該設(shè)備在從進(jìn)料流中分離出諸如二氧化碳和硫化氫的已液化的污染物方面呈現(xiàn)出提高的分離效率。另一個目的是提供了一種改進(jìn)的且更加緊湊的內(nèi)部液體處理系統(tǒng)。令人驚訝的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用包括特定串聯(lián)(cascade)的分離部段的分離裝置時，這可以得以實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明提供了一種用于從混合物中移除至少部分液體的分離裝置，該混合物包含氣體和呈液滴形式的液體，該分離裝置包括a)殼體，該殼體包括用于從混合物中分離出液體的第一分離部段、第二分離部段和第三分離部段，其中第二分離部段布置在第一分離部段下方并且在第三分離部段上方， 各個分離部段彼此連通，第二分離部段包括旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件；b)用于將混合物引入第一分離部段中的沿切向布置的進(jìn)口裝置；C)用于從第一分離部段移除液體的裝置；
d)用于從第三分離部段移除液體的裝置；以及e)用于從第三分離部段移除貧液的氣態(tài)流的裝置。根據(jù)本發(fā)明的分離裝置在從進(jìn)料流(諸如天然氣流、合成氣流或煙道氣流)中移除已液化的污染物(諸如二氧化碳和硫化氫)方面呈現(xiàn)出優(yōu)良的效率。此外，本分離裝置構(gòu)成了一種非常引人注目的、更加緊湊的內(nèi)部液體處理系統(tǒng)。優(yōu)選地，第一分離部段包括軸向旋流器。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，沿切向布置的進(jìn)口裝置確?；旌衔镅厍邢蛞氲谝环蛛x部段中，使得混合物在第一分離部段內(nèi)部旋流。根據(jù)本發(fā)明使用的旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件優(yōu)選地包括用于從混合物中分離出液滴的通道組件。根據(jù)本發(fā)明使用的適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)聚結(jié)器元件例如已經(jīng)在WO 2008/082291, WO 2006/087332、WO 2005/118110、WO 97/44117、WO 2007/097621 和 WO 94/23823 中有描述， 這些文件通過引用合并于本文。旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件本身可具有許多已知的形式，例如可包括多層絲網(wǎng)的床，該絲網(wǎng)尤其是金屬絲網(wǎng)或非金屬絲網(wǎng)，例如有機(jī)聚合物絲網(wǎng)，或者包括一層葉片或一層結(jié)構(gòu)化填料。再者，可使用非結(jié)構(gòu)化填料，而且還可存在一個或多個盤(tray)。在徑向方向上流動是可能的或其可由于使用離散通道而受到限制，該離散通道可定位成與旋轉(zhuǎn)中心平行或接近平行?？蛇x地，具有對流動有較高阻力的層可存在于聚結(jié)器元件中或上、在流動方向上的任何位置處，該層的目的是改善沿著聚結(jié)器元件的水平進(jìn)口平面的流動分布并且防止循環(huán)流動。所有這些種類的聚結(jié)器具有下列優(yōu)點(diǎn)可從市場上獲得，或者可通過已知技術(shù)制造，以及根據(jù)本發(fā)明在第二分離部段中呈現(xiàn)出有效操作。優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件是離散通道組件，所述離散通道允許主流動方向平行于或偏離于旋轉(zhuǎn)中心。可替代地，旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件是具有一層或多層絲網(wǎng)的床，該絲網(wǎng)尤其是金屬絲網(wǎng)或非金屬絲網(wǎng)，例如有機(jī)聚合物絲網(wǎng)，其還允許液體和氣體在徑向方向上流動。根據(jù)本發(fā)明使用的旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件優(yōu)選包括用于從混合物中分離出液滴的通道組件。優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件包括一束平行通道，該束平行通道布置在轉(zhuǎn)動管內(nèi)、平行于轉(zhuǎn)動管的旋轉(zhuǎn)軸線。優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件的通道組件或者轉(zhuǎn)動管圍繞軸布置，該軸使旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件轉(zhuǎn)動，該旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件具有外壁和內(nèi)壁，該內(nèi)壁附接至軸，其中旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件的外半徑(Ro)與旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件的內(nèi)半徑(Ri)的比值(Ro/Ri)在1. 1至15之間，該比值(Ro/ Ri)優(yōu)選地在2至3之間。優(yōu)選地，內(nèi)半徑(Ri)和軸半徑(Rs)的比值在1至5之間，該比值(Ri/Rs)優(yōu)選地在1至2之間。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明使用的旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件包括在殼體軸線的一部分長度上的多根管，該多根管圍繞旋轉(zhuǎn)中心軸線布置，該旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件包括多個穿孔盤，其中盤的穿孔形成了管。將知曉的是，盤可通過在較薄的盤中鉆出或切割出多個穿孔而容易地形成。通過將若干個盤附接到一起，這些盤形成分離主體。通過使這些穿孔對準(zhǔn)，獲得這些管。
現(xiàn)在，附接這些盤使得穿孔沒有完全對準(zhǔn)是十分容易的。通過改變未對準(zhǔn)穿孔的數(shù)量和性質(zhì)，可使得所產(chǎn)生的管有任何期望的形狀。在這些情況下，不僅可獲得不完全平行于旋轉(zhuǎn)中心軸的管，而且可獲得圍繞旋轉(zhuǎn)軸線形成螺旋形狀的管。所以，以這種方式，可非常容易地獲得具有不平行管的優(yōu)選實(shí)施例。因此，優(yōu)選的是，布置盤的穿孔，以使得管并不平行于旋轉(zhuǎn)中心軸線，或者圍繞旋轉(zhuǎn)軸線形成螺旋形狀。此外，將知曉的是，增大或減小穿孔的直徑是相對容易的。從而，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易在其配置時使管的(液壓)直徑適合，進(jìn)而使雷諾數(shù)適合，以使得其可令其滿意地很容易確定管中的流動是層流或湍流，或者確保獲得在垂直于流動方向的平面上流動的某一分布。這些盤的使用還使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠改變沿著殼體軸線的管直徑?？蛇x擇該改變的直徑，以使得靠著管壁所收集的分離出的液體或固體污染物不會完全阻塞管，該阻塞妨礙設(shè)備的操作。本領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)在能夠使分離主體的多孔性最大化。盤的簡單結(jié)構(gòu)使得本領(lǐng)域技術(shù)人員為盤小心地設(shè)置如他期望的一樣多個穿孔。他還可選擇穿孔的形狀。這些穿孔可具有圓形橫截面，而且還可能是正方形、五邊形、六邊形、八邊形或橢圓橫截面。所以，他可以使分離主體的壁厚以及管的壁厚最小化。他能夠選擇管的壁厚和形狀，以使得通過壁對分離主體的橫截面做出貢獻(xiàn)的表面面積最小。這意味著可使分離主體上的壓降最小化。該設(shè)備可具有小量或大量的管。正如在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備中所解釋的，管的數(shù)量適當(dāng)?shù)貜?00到1，000, 000變化，優(yōu)選地從500到500，000變化。管的橫截面的直徑可根據(jù)氣體的量以及污染物的量和性質(zhì)(例如液滴尺寸分布)以及所期望的污染物移除效率而改變。 適當(dāng)?shù)?，直徑?. 05毫米到50毫米，優(yōu)選地從0. 1毫米到20毫米，更優(yōu)選地從0. 1毫米到 5毫米。應(yīng)理解的是，在圓形橫截面的情況下，直徑是半徑的兩倍，或者在任何其他形狀的情況下，直徑是最大對角線。根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件可適當(dāng)?shù)鼐哂袕?. 1米到5米的范圍內(nèi)的徑向長度，該徑向長度優(yōu)選地從0. 2米到2米的范圍內(nèi)。軸向長度便利地在從0. 1米到10米的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在從0. 2米到5米的范圍內(nèi)。盤的數(shù)量也可在很大數(shù)量內(nèi)變化?？赡艿氖?，如果需要簡單分離和/或在穿孔可很容易形成時，則僅僅具有兩個盤。其他考慮事項可以是是否期望平行的管，或者是否想要相同直徑。適當(dāng)?shù)兀P的數(shù)量從3到1000變化，優(yōu)選地從4到500變化，更優(yōu)選地從4到 40變化。當(dāng)使用更多個盤時，本領(lǐng)域技術(shù)人員將發(fā)現(xiàn)逐漸改變管的直徑和/或構(gòu)造不平行的管較為容易。此外，通過增加或減少盤的數(shù)量，本領(lǐng)域技術(shù)人員可改變管的長度。因此， 當(dāng)情況或氣體成分改變時，本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易使管的長度適于為本發(fā)明的設(shè)備提供最佳條件。盤的尺寸選擇成使得徑向直徑適當(dāng)?shù)貜?. 1米到5米變化，優(yōu)選地從0. 2米到2 米變化。期望改變形狀等時，盤的軸向長度可根據(jù)結(jié)構(gòu)可能性而變化。適當(dāng)?shù)?，每個盤的軸向長度從0. 001米到0. 5米變化，優(yōu)選地從0. 002米到0. 2米變化，更優(yōu)選地從0. 005米到 0. 1米變化。雖然盤可由各種材料制成，這些材料包括紙、卡片和箔，但是優(yōu)選的是用金屬或陶瓷制造盤。金屬盤可具有以下優(yōu)點(diǎn)它們可被容易地穿孔并且被組合，以使堅固的分離主體穩(wěn)固。根據(jù)需要被純化的材料，可選擇適當(dāng)?shù)慕饘?。對于一些?yīng)用，碳鋼是適當(dāng)?shù)模鴮τ诹硪恍?yīng)用，尤其是在要分離腐蝕性材料時，可優(yōu)選不銹鋼。陶瓷材料具有以下優(yōu)點(diǎn)它們可被擠壓成所期望的形式，例如具有突出管的蜂窩結(jié)構(gòu)。典型地，選擇陶瓷的母體材料，以形成密集或低孔隙度的陶瓷。從而，固體或液體污染物被迫沿著管壁流動，而不穿過或幾乎不穿過壁的陶瓷材料。陶瓷材料的例子是可選擇地具有不同類型和濃度的改良劑的硅土、氧化鋁、氧化鋯，以使得其物理和/或化學(xué)特適應(yīng)該氣體和污染物。盤可以各種方式組合成分離主體。本領(lǐng)域技術(shù)人員將知曉的是，這可取決于制造盤的材料。便利的方式是將盤附接至軸，該軸提供旋轉(zhuǎn)軸線。組合盤的適當(dāng)方法包括將這些盤夾在一起，而且可將它們膠粘在一起或者焊接在一起?？商娲?，盤可被疊置在圓柱形套筒中。該套筒還可至少部分地代替軸。這對于擠壓出的盤是便利的，因為將不需要軸的中心開口。優(yōu)選的是具有焊接在一起的金屬盤。在本發(fā)明的一個適當(dāng)?shù)膶?shí)施例中，旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件存在于第二分離部段的整個橫截面上方。本分離裝置的第二分離部段可包括第二旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件，該第二旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件也適當(dāng)?shù)卦诘诙蛛x部段的整個橫截面上。這具有以下優(yōu)點(diǎn)更多的液滴可在第二分離部段中從混合物中移除。優(yōu)選地，第二旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器是具有一層或多層絲網(wǎng)的床，該絲網(wǎng)尤其是金屬絲網(wǎng)或非金屬絲網(wǎng)，例如有機(jī)聚合物絲網(wǎng)。一旦使用一系列的兩個旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件，將應(yīng)用中間階段的液體收集裝置。優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件包括引導(dǎo)裝置，該引導(dǎo)裝置用于將液體從聚結(jié)器元件的下游部分引導(dǎo)到用于收集液體的裝置中。適當(dāng)?shù)兀@種引導(dǎo)裝置是從旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件的外圓周向下延伸的套筒。更優(yōu)選地，這種套筒相對于軸具有大于旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件(Ro)的外半徑的半徑?？商娲兀劢Y(jié)器元件的外半徑的外部0. 1-20%部分中不存在開口通道。適當(dāng)?shù)兀谛D(zhuǎn)聚結(jié)器元件的端部部分處，套筒借助于從軸沿向外方向延伸的連接部分而連接到聚結(jié)器元件。適當(dāng)?shù)?，連接部分具有稍微彎曲的形式。優(yōu)選地，連接部分形成套筒的一部分。適當(dāng)?shù)?，套筒固定到聚結(jié)器元件的底部附近的豎向位置處，例如固定到第一分離部段的收集環(huán)的底部，從而允許經(jīng)由該靜態(tài)套筒將液體從聚結(jié)器元件的下游部分引導(dǎo)到用于收集液體的裝置。優(yōu)選地，套筒在流動方向上具有發(fā)散的形狀，以將離心液體推力增加到第三分離部段的內(nèi)部收集環(huán)。適當(dāng)?shù)?，靜態(tài)套筒或旋轉(zhuǎn)延伸的套筒設(shè)置有流道裝置，以使得液體流道穿過套筒本體材料，該流道裝置例如是孔、多孔部分或者直或彎的縫隙。這些裝置允許液體在抵達(dá)套筒的下游端部之前有效地進(jìn)入下部收集環(huán)中?？闪鬟^流道裝置的任何氣體可通過套筒與收集環(huán)之間的間隙流回到主氣體流中。適當(dāng)?shù)?，為了防止將液體再次夾帶到氣體流中，安裝例如噴霧墊(mistmat)裝置，以使得進(jìn)入收集環(huán)的任何氣體不得不流過該噴霧墊而到達(dá)主氣體流。適當(dāng)?shù)?，套筒的下游端部設(shè)置有擋板，用于將液體從下部液體收集環(huán)導(dǎo)走，或者當(dāng)液體通過上述縫隙、孔或多孔部分已經(jīng)被移除時，將氣體從下部液體收集環(huán)導(dǎo)走。適當(dāng)?shù)兀糜谛纬苫旌衔镌诘谝环蛛x部段和/或第三分離部段中的旋轉(zhuǎn)的裝置在第一分離部段和/或第三分離部段中被安裝在軸上。適當(dāng)?shù)?，這些裝置包括附接至軸的許
優(yōu)選地，用于從第一分離部段移除液體的裝置和用于從第三分離部段移除液體的裝置包括內(nèi)部收集環(huán)。在第一分離部段中使用的內(nèi)部收集環(huán)包括帽，該帽罩住內(nèi)部收集環(huán)的上部的一部分，該帽形成第一分離部段的底部的一部分。優(yōu)選地，該帽在收集環(huán)方向上具有發(fā)散的形狀。更優(yōu)選地，該帽相對于分離裝置的軸的角度在從90°到45°的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在從 88°到75°的范圍內(nèi)。適當(dāng)?shù)?，用于從第一分離部段移除液體的裝置和用于從第三分離部段移除液體的裝置包括用于從分離裝置收回液體的出口。適當(dāng)?shù)?，所述出口與一個或多個液體收集容器連通。優(yōu)選地，液體收集容器包括堰(weir)設(shè)備，該堰設(shè)備用于調(diào)節(jié)通過出口液體流量和液位，和/或調(diào)節(jié)液位，和/或確保在用于從第一分離部段移除液體的裝置以及用于從第二分離部段移除液體的裝置中的液體密封。堰在液體收集裝置中的功能是確保防止氣體從分離器中流到收集容器中的液體密封，而與朝向液體收集容器的實(shí)際液體流速無關(guān)。即使在某時在一些位置處液體流速為零，噴嘴和堰中滯止液體池將仍起到密封件的作用。分離器與液體收集容器之間的過多氣體循環(huán)將導(dǎo)致凝結(jié)的污染物的熱量匯集和蒸發(fā)的增大，這將導(dǎo)致較低的總體性能。優(yōu)選地，液相收集容器包括用于均衡分離裝置和液體收集裝置中的壓力的裝置。 這些裝置適當(dāng)?shù)匕ㄔ试S氣體往返于第一分離部段或第三分離部段流動的管。優(yōu)選地，軸經(jīng)由第一分離部段、第二分離部段和第三分離部段延伸到殼體的底部部分，或者軸經(jīng)由第一分離部段和第二分離部段延伸到旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件的底部部分。更優(yōu)選地，軸延伸到聚結(jié)器元件的底部部分下方，其中直徑逐漸增加到延伸部，以使得其將氣體流從軸向方向引導(dǎo)向到徑向方向，這允許氣體的徑向出口位于聚結(jié)器元件正下方，優(yōu)選地位于用于將液體引導(dǎo)到第三分離部段的內(nèi)部收集環(huán)的引導(dǎo)裝置正下方?？商娲?，軸的下部部分的在聚結(jié)器元件下方的一部分與上部部分?jǐn)嚅_連接并且是靜止的。優(yōu)選地，用于從第一分離部段移除液體的裝置和用于從第三分離部段移除液體的裝置包括用于使液體經(jīng)過液體收集部段的設(shè)備，該液體收集部段布置在第三分離部段下方，該液體收集部段與第一分離部段和/或第三分離部段連通，并且包括用于從殼體收回液體的出口。這種用于使液體流過液體收集部段的裝置優(yōu)選地包括豎向布置的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管從有關(guān)的分離部段延伸到液體收集部段中。適當(dāng)?shù)?，旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件包括用于將液體引入第三分離部段的內(nèi)部收集環(huán)中的裝置。優(yōu)選地，第一分離部段的外半徑(Rol)和旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件的外半徑(RM)的比值在1至2之間，該比值(Rol/Ro2)優(yōu)選在1. 05至1. 2之間。優(yōu)選地，第三分離部段的外半徑(RM)與旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件的外半徑(RM)的比值在1至2之間，該比值(Ro3/Ro2)優(yōu)選在1. 05至1. 2之間。適當(dāng)?shù)?，軸聯(lián)接到用于使旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)。優(yōu)選地，在一個或多個內(nèi)部收集環(huán)中布置有擋板，以減小液體的切向速度。這可減少所收集的液體再次夾帶到氣體流中，因而提高了總液體移除效率。再者，其可改善所收集的液體流入噴嘴的流動，該噴嘴用于將液體從收集環(huán)運(yùn)輸?shù)椒蛛x器的內(nèi)部或外部的任何其他部段。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，第三分離部段包括擴(kuò)散部分。該擴(kuò)散部分用于收集從聚結(jié)器元件的底部流出的氣體流，并且該擴(kuò)散部分被設(shè)計成使得保持平滑的流型。優(yōu)選地，例如如泵或風(fēng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的，氣體收集通道精確地調(diào)節(jié)流出聚結(jié)器元件的氣體累計體積。該累計體積的方法還設(shè)置空間用于來自位于擴(kuò)散部分上方的液體收集裝置的引導(dǎo)管。這些管設(shè)置用于在殼體的底部部分中收集液體。優(yōu)選地，擴(kuò)散部分包括氣體收集管和用于從殼體收回貧液的氣態(tài)流的出口。優(yōu)選地，氣體收集管的寬度在用于收回氣態(tài)流的出口的方向上增加。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件中的通道長度在旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件的外半徑方向上減小。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的分離裝置包括流量傳感器，該流量傳感器布置在用于將混合物引入第一分離部段中的沿切向布置的進(jìn)口裝置中或上游，該流量傳感器控制電動機(jī)， 因而控制聚結(jié)器元件的旋轉(zhuǎn)速度。以這種方式，步驟3)中的聚結(jié)器元件的旋轉(zhuǎn)速度取決于步驟1)中被引入第一分離部段中的混合物的旋轉(zhuǎn)速度。本發(fā)明還提供了一種使用分離裝置從混合物中移除至少部分液體的方法中，該混合物包括氣體和呈液滴形式的液體，該方法包括1)將混合物沿切向引入分離裝置的第一分離部段，在第一分離部段中，液體與氣體分離；2)從第一分離部段移除液體在步驟1)中所獲得的已分離的液體；3)使得在步驟2、中所獲得的呈液滴形式的液體和氣體的剩余混合物進(jìn)入分離裝置的第二分離部段，該第二分離部段包括旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件，在該旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件中，進(jìn)一步將液體與氣體分離；4)使得在步驟幻中所獲得的呈液滴形式的液體和氣體的剩余混合物進(jìn)入分離裝置的第三分離區(qū)，在該第三分離區(qū)中，進(jìn)一步將液體與氣體分離；5)從第三分離部段移除液體在步驟4)中所獲得的已分離的液體；以及6)從第三分離部段移除液體貧液的氣相。適當(dāng)?shù)?，本方法中的步驟1)中，液體通過使液滴在離心力作用下遷移到第三分離部段的內(nèi)壁而與氣體分離，在步驟幻中，經(jīng)由內(nèi)壁從分離裝置中移除液體，或者液體流到布置在第三分離部段下方的液體收集部段。優(yōu)選地，在本方法的步驟1)中，液體通過使液滴在離心力作用下遷移到第一分離部段的內(nèi)壁而與氣體分離，經(jīng)由內(nèi)壁，液體流到布置在第三分離部段下方的液體收集部段。適當(dāng)?shù)兀痉椒ㄖ械牟襟E4)中，液體通過使液滴在離心力作用下遷移到第三分離部段的內(nèi)壁而與氣體分離，在步驟幻中，經(jīng)由內(nèi)壁從分離裝置中移除液體，或者液體流到布置在第三分離部段下方的液體收集部段。優(yōu)選地，在本方法的步驟4)中，液體通過使液滴在離心力作用下遷移到第三分離部段的內(nèi)壁而與氣體分離，經(jīng)過該內(nèi)壁，液體流動到布置在第三分離部段下方的液體收集部段。優(yōu)選地，第一分離部段中的壓力比第三分離部段中的壓力高。
當(dāng)使用布置在第三分離部段下方的液體收集部段時，本方法適當(dāng)?shù)匕ㄒ韵虏襟E1)將混合物沿切向引入分離裝置的第一分離部段，在該第一分離部段中，液體與氣體分離；2)從第一分離部段移除液體在步驟1)中所獲得的已分離的液體；3)使得在步驟2、中所獲得的呈液滴形式的液體和氣體的剩余混合物進(jìn)入分離裝置的第二分離部段，該第二分離部段包括旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件，在該旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件中，進(jìn)一步將液體與氣體分離；4)使得在步驟幻中所獲得的呈液滴形式的液體和氣體的剩余混合物進(jìn)入分離裝置的第三分離區(qū)，在該第三分離區(qū)中，進(jìn)一步將液體與氣體分離；5)從第三分離部段移除液體在步驟4)中所獲得的已分離的液體；6)從第三分離部段移除液體貧液的氣相；7)在布置在第三分離部段下方的液體收集部段中收集在步驟幻和步驟幻中所移除的液體，其中液體收集部段的壓力補(bǔ)償通過保持用于在步驟幻和步驟幻中移除液體的裝置(優(yōu)選導(dǎo)管)中的液壓頭來實(shí)現(xiàn)；以及8)從液體收集部段的底部部分中移除液體。適當(dāng)?shù)?，在本方法的步驟1)和/或步驟4)中，通過包括呈液滴形式的液體和氣體的混合物或剩余混合物的旋流流動來產(chǎn)生離心力。優(yōu)選地，在步驟1)中引入第一分離部段中的混合物具有旋流流動。優(yōu)選地，在步驟1)中與氣體分離的液滴的平均顆粒尺寸大于在步驟3)中與氣相分離的液滴的平均顆粒尺寸。適當(dāng)?shù)?，在步驟3)中與氣體分離的液滴的平均顆粒尺寸小于在步驟4)與氣體分離的液滴的平均顆粒尺寸。在步驟1)中與氣體分離的液滴的平均顆粒尺寸在15-200微米的范圍內(nèi)。適當(dāng)?shù)兀谝环蛛x部段中的混合物的流速低于第二分離部段中的剩余混合物的流速。適當(dāng)?shù)?，旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件以在100到3000rpm(轉(zhuǎn)/分)之間的速度旋轉(zhuǎn)，優(yōu)選地以在1000到2000rpm之間的速度旋轉(zhuǎn)。實(shí)際轉(zhuǎn)速可選擇成使得第三分離部段的轉(zhuǎn)速與第一分離部段1中的轉(zhuǎn)速的比值在1到20的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在1到10的范圍內(nèi)。該比值可通過根據(jù)混合物的實(shí)際體積流量和質(zhì)量密度，適當(dāng)?shù)剡x擇用于將混合物引入第一分離部段中的沿切向布置的進(jìn)口裝置的尺寸以及聚結(jié)器元件的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行設(shè)置。優(yōu)選地，在步驟3)中的聚結(jié)器元件的旋轉(zhuǎn)速度取決于在步驟1)中被引入到第一分離部段中的混合物的旋轉(zhuǎn)速度。例如，這可通過流量傳感器來實(shí)現(xiàn)，該流量傳感器布置在用于將混合物引入第一分離部段中的沿切向布置的進(jìn)口裝置中，該流量傳感器控制電動機(jī)，從而控制聚結(jié)器元件的旋轉(zhuǎn)速度。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，在本方法的步驟6)中所獲得的貧液的氣相例如通過利用化學(xué)溶劑(例如含水胺溶液，尤其是含水乙醇胺，諸如DIPA、DMA、MDEA等等)或者利用物理溶液(例如冷甲醇、DEPG、NMP等等)來提取剩余的酸性成分而被進(jìn)一步純化。適當(dāng)?shù)?，液體要從其中被移除的混合物被連續(xù)地提供、連續(xù)地冷卻和連續(xù)地分離。
適當(dāng)?shù)兀旌衔镏械臍怏w包括天然氣、合成氣或者煙氣，而呈液滴形式的液體包括二氧化碳、一氧化碳和/或硫化氫及它們與各種烴的混合物。混合物可以是來自(局部)氧化過程中的氣體流，該氣體流包括二氧化碳，該二氧化碳作為已液化的氣態(tài)污染物。天然氣流適當(dāng)?shù)匕ㄔ?. Ivol % (體積百分比)至60Vol%之間的硫化氫，優(yōu)選地在20vol%至40vol%之間的硫化氫。天然氣流適當(dāng)?shù)匕ㄔ贗vol%至90vol%之間的二氧化碳，優(yōu)選地在5V01%至80VOl%之間的二氧化碳。根據(jù)本發(fā)明使用的天然氣流包括在20VOl%至80VOl%之間的甲烷。為了確保諸如二氧化碳和硫化氫的污染物被液化，并且以液滴的形式存在，在步驟1)中被引入第一分離部段中的混合物適當(dāng)?shù)卦从谙鄳?yīng)的原料氣體流，該原料氣體流被冷卻以確保污染物呈液滴形式。原料氣體流可在外部被冷卻，或者在原料氣體流的壓力充分高的情況下，可通過原料氣體流的膨脹來實(shí)現(xiàn)冷卻。組合也是可能的。用于冷卻原料氣體流的適當(dāng)方法是進(jìn)行幾乎等熵膨脹，尤其是借助于膨脹機(jī)，優(yōu)選借助于透平膨脹機(jī)或拉瓦爾噴管。另一種適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ怯糜谕ㄟ^等焓膨脹來冷卻原料氣體流，尤其是通過節(jié)流口或閥門上的等焓膨脹，尤其是通過焦耳湯姆遜閥上的等焓膨脹。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，在膨脹之前預(yù)冷卻原料氣體流。這可依靠外部冷卻回路來實(shí)現(xiàn)或者依靠冷的內(nèi)部工藝流(例如液體酸污染物)來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，在膨脹之前將氣體流預(yù)冷卻到在25°C至-30°C之間的溫度，優(yōu)選地在15°C至-10°C之間的溫度。尤其是在進(jìn)料氣體流已被壓縮時，進(jìn)料氣體流的溫度可在100°C至150°C之間。在這種情況下，可使用空氣冷卻或水冷卻來首先降低溫度，隨后可選地進(jìn)行進(jìn)一步冷卻。另一種適當(dāng)?shù)睦鋮s方法是與冷流體介質(zhì)(尤其是外部制冷劑，例如丙烷循環(huán)、乙烷/或丙烷級聯(lián)循環(huán)、或者混合制冷劑循環(huán))進(jìn)行熱交換，可選地與內(nèi)部處理回路組合，適當(dāng)?shù)厥俏廴疚锪?液體或泥漿)、冷富甲烷流。適當(dāng)?shù)?，在步驟1)中引入第一分離部段的混合物具有在-30°C至-80°C之間的溫度，優(yōu)選地在_40°C至_65°C之間。在這些溫度下，諸如二氧化碳和硫化氫的污染物將至少部分以液滴形式存在。原料氣體流可被預(yù)處理，以部分或完全地移除水和可選的一些重質(zhì)烴。這可例如借助于預(yù)冷卻循環(huán)，依賴外部冷卻回路或者冷的內(nèi)部過程流來實(shí)現(xiàn)。水還可借助于分子篩 (例如沸石、或者硅膠或氧化鋁或其他諸如乙二醇、MEG、DEG或TEG、或甘油的干燥劑)進(jìn)行預(yù)處理而被移除。原料氣體流中的水量適當(dāng)?shù)厣儆贗vol %，優(yōu)選地少于0. Ivol %，更優(yōu)選地少于 0. OOOlvol %。該原料氣體流，尤其是從地下地層產(chǎn)出的天然氣流，可典型地包含水。為了防止在本過程中形成氣體水合物，至少一部分水可被適當(dāng)?shù)匾瞥?。所以，在本方法中使用的氣體流優(yōu)選地已經(jīng)被脫水。傳統(tǒng)的方法可實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ荳O-A 2004/070297中所描述的一種方法。用于形成甲烷水合物或干燥天然氣的其他方法也是可能的。其他脫水方法也是可能的，包括利用分子篩進(jìn)行處理，或利用乙二醇或甲醇進(jìn)行干燥處理。適當(dāng)?shù)兀灰瞥?，直到氣體流中的水量基于總氣體流至多包含50ppmw，優(yōu)選地至多包含20ppmw，更優(yōu)選地至多包含Ippmw的水。在步驟6)中所獲得的氣相可用作產(chǎn)物。還可能的是，期望在步驟6)之后對回收的脫硫烴氣體(sweet hydrocarbon gas)進(jìn)行進(jìn)一步處理和/或提純。例如，脫硫烴氣體可進(jìn)行分餾。進(jìn)一步的提純可通過利用鏈烷醇胺流體進(jìn)行吸收來實(shí)現(xiàn)，可選地該鏈烷醇胺流體與砜(例如四亞甲基砜(tetramethylene sulphone)(環(huán)丁砜(sulpholane)))相組合、 與N-甲丁丁內(nèi)酰胺(N-methyl pyrrolidone)相組合或者與甲醇相組合進(jìn)行吸收。當(dāng)在較高壓力想要脫硫氣體時，其他處理可包括進(jìn)一步壓縮。


本發(fā)明將借助于圖1-3進(jìn)行進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式參照圖1，包含液體成分的天然氣可借助于沿切向布置的進(jìn)口裝置3而被引入殼體2的第一分離部段1中。在第一分離部段1中，包含在天然氣的液體通過使液滴在離心力作用下遷移到第一分離部段1的內(nèi)壁4而與氣體分離。經(jīng)由內(nèi)壁4，液體流到內(nèi)部收集環(huán)5，該內(nèi)部收集環(huán)包括用于將液體從殼體2中收回到液體收集容器7的出口 6，該液體收集容器包含堰8，以確保防止氣體從殼體2流向液體收集容器7的液體密封。內(nèi)部收集環(huán)5 設(shè)置有擋板9，以降低液體的切向速度，從而減少所收集的液體再次夾帶到氣體流中，產(chǎn)生提高的總液體移除效率。內(nèi)部收集環(huán)5設(shè)置有帽10，用于減少在內(nèi)部收集環(huán)5內(nèi)部所收集的液體與該環(huán)上方的旋流的氣體/液體混合物之間的接觸，從而阻止液體再次夾帶到旋流的氣體/液體混合物中。剩余的天然氣/液體混合物然后流過包括聚結(jié)器元件12的第二分離部段11，該聚結(jié)器元件在軸13上旋轉(zhuǎn)，該軸連接到電動機(jī)14。軸13延伸到殼體2的底部部分。液體從聚結(jié)器元件12的底部連同剩余的氣體/液體混合物一起被引入第三分離部段16中，在該處，進(jìn)一步的液體通過使液滴在離心力作用下經(jīng)由延伸的套筒15遷移到殼體2的內(nèi)壁4而與氣體分離。經(jīng)由內(nèi)壁4，液體流到內(nèi)部收集環(huán)17，該內(nèi)部收集環(huán)包括用于將液體從殼體2回收到液體收集容器19的出口 18，該液體收集容器19包括堰20，以確保防止了氣體從殼體2流向液體收集容器19的液體密封。該內(nèi)部收集環(huán)17設(shè)置有擋板 21，用于降低液體的切向速度，從而減少所收集的液體再次夾帶到氣體流中，產(chǎn)生提高的總液體移除效率。氣體流然后借助于出口裝置22從殼體2的底部部分中被移除，該氣體流是貧液的。參照圖2，包含液體成分的天然氣借助于切向設(shè)置的進(jìn)口裝置3而被引導(dǎo)入殼體2 的第一分離部段1。在第一分離部段1，包含在天然氣中的液體通過在離心力作用下將液滴遷移到第一分離部段1的內(nèi)壁4而從氣體中被分離。經(jīng)由內(nèi)壁4，液體流到內(nèi)部收集環(huán)5， 該內(nèi)部收集環(huán)包括用于將所收集的液體從內(nèi)部收集環(huán)5導(dǎo)向到液體收集部段7的管6。為了確保液體密封，該液體密封防止氣體從分離部段1流到液體收集部段7，該管6延伸接近液體收集部段7的底部。內(nèi)部收集環(huán)5設(shè)置有擋板9，以降低液體切向速度，從而減少所收集的液體再次夾帶到氣體流中，導(dǎo)致了改善的全部液體移除效率。內(nèi)部收集環(huán)5設(shè)置有帽 10，以減少內(nèi)部收集環(huán)5內(nèi)部所收集的液體與該環(huán)上面的旋流氣體/液體混合物之間的摩擦，從而阻止液體再次夾帶在旋流的氣體/液體混合物中。然后，剩余的天然氣體/液體混合物流過第二分離部段11，該第二分離部段包括聚結(jié)器元件12，該聚結(jié)器元件在軸13上旋轉(zhuǎn)，該軸連接到電動機(jī)14。該軸13延伸到聚結(jié)器元件12的底部，或者可被延伸到擴(kuò)散部分16中或正下方。然后，液體與剩余的氣體/液體混合物一起從聚結(jié)器元件12的底部被導(dǎo)入第三分離部段15中，在該處，進(jìn)一步的液體通過使液滴在離心力的作用下經(jīng)由延伸的套筒17遷移到殼體2的內(nèi)壁4而與氣體分離。在該擴(kuò)散部分16中，從聚結(jié)器元件12的底部排出的氣體流被收集，并且其被設(shè)計成使得保持平滑的流型。優(yōu)選地，如泵或風(fēng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所知曉的，氣體收集通道精確地調(diào)節(jié)排出聚結(jié)器元件12的氣體的累計體積。 經(jīng)由液體導(dǎo)向管18，液體從第三分離部段15流經(jīng)擴(kuò)散部分16而流到液體收集部段7。貧液的氣體流從第三分離部段15經(jīng)由出口裝置19被移除，而液體流從殼體2的底部部分借助于出口裝置20被移除。 在圖3中，顯示出如圖2所示殼體2的橫截面。包含液體成分的天然氣借助于沿切向布置的進(jìn)口裝置3被引入殼體2的第一分離部段中。聚結(jié)器元件12圍繞軸13布置， 該軸延伸到擴(kuò)散部段16，該擴(kuò)散部段包括氣體收集管21和出口裝置19，貧液的氣態(tài)流從殼體2通過該出口裝置被收回。氣體收集管21優(yōu)選具有在朝向出口裝置19的方向上增大的寬度。另外，示出了管22，該管在殼體2的底部處將來自第三分離部段15(圖幻的液體管 18(圖幻和來自液體收集環(huán)5(圖幻的液體管6(圖幻引導(dǎo)到液體收集部段7。
權(quán)利要求
1.一種用于從混合物中移除至少部分液體的分離裝置，所述混合物包括氣體和呈液滴形式的液體，所述分離裝置包括a)殼體，所述殼體包括用于從混合物中分離出液體的第一分離部段、第二分離部段和第三分離部段，其中第二分離部段布置在第一分離部段下方并且在第三分離部段上方，各個分離部段彼此連通，以及第二分離部段包括旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件；b)用于將混合物引入第一分離部段中的沿切向布置的進(jìn)口裝置；c)用于從第一分離部段移除液體的裝置；d)用于從第三分離部段移除液體的裝置；以及e)用于從第三分離部段移除貧液的氣態(tài)流的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離裝置，其中第一分離部段包括軸向旋流器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分離裝置，其中，旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件包括用于使液體與氣相分離的通道組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分離裝置，其中，旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件包括一束平行通道，所述一束平行通道布置在轉(zhuǎn)動管內(nèi)、平行于轉(zhuǎn)動管的旋轉(zhuǎn)軸線。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的分離裝置，其中，旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件包括在殼體的軸線的一部分長度上的多根管，所述多根管圍繞旋轉(zhuǎn)中心軸線布置，其中旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件由多個穿孔盤構(gòu)成，其中所述穿孔盤的穿孔形成所述多根管。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項所述的分離裝置，其中，旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件的通道組件或者轉(zhuǎn)動管圍繞使旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件旋轉(zhuǎn)的軸布置，所述旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件具有外壁和內(nèi)壁， 所述內(nèi)壁附接至所述軸，其中旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件的外半徑(Ro)與旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件的內(nèi)半徑 (Ri)的比值(Ro/Ri)在1. 1至15之間，所述比值(Ro/Ri)優(yōu)選地在2至3之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分離裝置，其中，旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件的內(nèi)半徑(Ri)與軸半徑 (Rs)之比在1至5之間，旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件的內(nèi)半徑與軸半徑之比(Ri/Rs)優(yōu)選地在1至2 之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項所述的分離裝置，其中，旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件包括引導(dǎo)裝置，所述引導(dǎo)裝置用于將液體從旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件的下游部分導(dǎo)入用于收集液體的裝置中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的分離裝置，其中，引導(dǎo)裝置是從旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件的外圓周向下延伸的套筒，其中所述套筒優(yōu)選地固定在聚結(jié)器元件底部附近的豎向位置處。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項所述的分離裝置，其中在第一分離部段和/或第三分離部段中、在軸上安裝有用于實(shí)現(xiàn)第一分離部段和/或第三分離部段中混合物的旋轉(zhuǎn)的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的分離裝置，其中，用于從第一分離部段移除液體的裝置和用于從第三分離部段移除液體的裝置包括內(nèi)部收集環(huán)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項所述的分離裝置，其中用于從第一分離部段移除液體的裝置和用于從第三分離部段移除液體的裝置包括用于從分離裝置收回液體的出口。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的分離裝置，其中，所述出口與一個或多個液體收集容器連通ο
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的分離裝置，其中，液體收集容器包括堰設(shè)備，所述堰設(shè)備用于調(diào)節(jié)流過出口的流動和/或調(diào)節(jié)液位和/或確保在用于從第一分離部段移除液體的裝置和用于從第二分離部段移除液體的裝置中的液體密封。14.根據(jù)權(quán)利要求6-13中任一項所述的分離裝置，其中所述軸經(jīng)由第一分離部段和第三分離部段延伸到殼體的底部部分，或者所述軸經(jīng)由第一分離部段延伸到旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件的底部部分。
15.一種用于從混合物中移除至少部分液體的方法，所述混合物包括氣體和呈液滴形式的液體，在所述方法中使用根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的分離裝置，所述方法包括1)將混合物沿切向引入分離裝置的第一分離部段，在所述第一分離部段中，液體與氣體分離；2)從第一分離部段移除在步驟1)中所獲得的已分離的液體；3)使得在步驟幻中所獲得的呈液滴形式的液體和氣體的剩余混合物進(jìn)入分離裝置的第二分離部段，所述第二分離部段包括旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件，在所述旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件中，進(jìn)一步將液體與氣體分離；4)使得在步驟幻中所獲得的呈液滴形式的液體和氣體的剩余混合物進(jìn)入分離裝置的第三分離部段，在第三分離部段中，進(jìn)一步將液體與氣體分離；5)從第三分離部段移除在步驟4)中所獲得的已分離的液體；以及6)從第三分離部段移除貧液的氣相。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于從混合物中移除至少部分液體的分離裝置，該混合物包含氣體和呈液滴形式的液體，該分離裝置包括a)殼體，該殼體包括用于從混合物中分離出液體的第一分離部段、第二分離部段和第三分離部段，其中第二分離部段布置在第一分離部段下方并且在第三分離部段上方，各個分離部段彼此連通，第二分離部段包括旋轉(zhuǎn)聚結(jié)器元件；b)用于將混合物引入第一分離部段中的沿切向布置的裝置；c)用于從第一分離部段移除液體的裝置；d)用于從第三分離部段移除液體的裝置；以及e)用于從第三分離部段移除貧液的氣態(tài)流的裝置。本發(fā)明還提供了一種使用分離裝置從混合物中移除至少部分液體的分離方法，該混合物包括呈液滴形式的液體。
文檔編號B01D45/14GK102413896SQ201080018707
公開日2012年4月11日 申請日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者H·比利, N·馬丁, R·范德瓦爾特, Y·A·波奇亞德 申請人:國際殼牌研究有限公司