СЕПАРАТОР ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ Российский патент 2008 года по МПК B01D45/08 B01J19/32 

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.

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.

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).

Основными недостатками этих устройств являются сложность изготовления насадки, необходимость наличия множества слоев для эффективной сепарации или контакта, ненадежность фиксации.

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.

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.

Недостатками этого сепаратора являются:

- неполное использование поперечного сечения аппарата, так как часть сечения аппарата занята желобами и заглушками;

- 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.

Это увеличивает гидравлическое сопротивление сепарационного устройства, и усложняет его конструкцию.

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.

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.

Удельная поверхность контактно-сепарационных элементов на входе газа увеличена относительно удельной поверхности пористых контактно-сепарационных элементов на выходе газа.

Сепаратор горизонтальный снабжен сборником жидкости с переливными патрубками, между которыми установлены аналогичные пакеты с пористыми контактно-сепарационными элементами.

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:

- использовать все поперечное сечение сепаратора (в прототипе используется частично);

- 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;

- 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;

- привести сепарируемые фазы (газ и жидкость) в состояние, близкое к гидродинамическому равновесию, за счет применения пакетов с большой удельной поверхностью контакта;

- собрать жидкую фазу на структуре листов и отвести накопленную жидкость между гофрами и по выступам в нижнюю часть аппарата.

Таким образом решается задача повышения эффективности процесса сепарации, увеличения производительности сепаратора и улучшения компонентного состава газа путем отделения из него тяжелых углеводородов.

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.

На фиг.1 представлен общий вид сепаратора.

На фиг.2 представлен общий вид сепаратора со сборником жидкости.

На фиг.3, 4 - вид на пакеты контактно-сепарационных элементов на входе газа.

На фиг.5, 6 - вид на пакеты контактно-сепарационных элементов на выходе газа.

На фиг.7 показано расположение пересекающихся выступов на смежных листах по ходу движения газового потока.

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).

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.

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.

Сепаратор горизонтальный работает следующим образом.

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.

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.

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.

Сепаратор горизонтальный может работать и как разделитель несмешивающихся жидкостей, например, для отделения тяжелой жидкой фазы от легкой.

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.

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.

Изобретение предназначено для отделения жидкости от газового потока, контактного взаимодействия фаз, разделения несмешивающихся жидких смесей с отделением газовой фазы. Сепаратор состоит из пакетов с контактно-сепарационными элементами, установленными в корпусе перпендикулярно горизонтальной оси сепаратора. На входе газа установлены пакеты из пористых листов с наклонными гофрами, на выходе газа установлены пакеты из листов с наклонными пористыми выступами. Смежные пакеты повернуты вокруг горизонтальной оси аппарата в разные стороны относительно друг друга, угол поворота каждого пакета составляет 25-35°. Гофры и выступы смежных листов в пакетах со стороны направления движения газового потока пересечены друг с другом под острым углом. Технический результат: повышение эффективности процесса сепарации, увеличение производительности аппарата и улучшение компонентного состава газа. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Сепаратор горизонтальный, состоящий из пакетов с контактно-сепарационными элементами, установленными в корпусе перпендикулярно горизонтальной оси сепаратора, отличающийся тем, что на входе газа установлены пакеты из пористых 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 относительно друг друга, угол поворота каждого пакета составляет 25-35°, при этом гофры и выступы смежных листов в пакетах со стороны направления движения газового потока пересечены друг с другом под острым углом.2. Сепаратор горизонтальный по п.1, отличающийся тем, что удельная поверхность пористых контактно-сепарационных элементов на входе газа увеличена относительно удельной поверхности пористых контактно-сепарационных элементов на выходе газа.3. Сепаратор горизонтальный по п.1, отличающийся тем, что он снабжен сборником жидкости с переливными патрубками, между которыми установлены аналогичные пакеты с пористыми контактно-сепарационными элементами.