專(zhuān)利名稱(chēng)：一種低流動(dòng)阻力超音速氣體凈化分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低流動(dòng)阻力超音速氣體凈化分離裝置，主要應(yīng)用于天然 氣脫水等氣體分離凈化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
天然氣脫水是天然氣進(jìn)入輸送管路以前進(jìn)行集中處理的一個(gè)非常重要的 環(huán)節(jié)。天然氣中含有水份，會(huì)降低天然氣的熱值，增大燃燒過(guò)程中的熱量損
失；在天然氣高壓輸送系統(tǒng)中， 一個(gè)相對(duì)較高的溫度(接近或高于2(TC)下，
水份很容易同分子較小的烴類(lèi)物質(zhì)結(jié)合形成水合物，或者在更低的溫度條件 下形成液態(tài)水滴或固態(tài)的冰，所有這些形成物都會(huì)降低管道的有效流通面積， 增大管路壓降，甚至堵塞管路閥門(mén)，引起安全事故。所以，天然氣水分離等 處理技術(shù)一直是人們研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用的天然氣脫水的方法為甘醇法天然氣脫水，該方法
的流程示意圖如圖6所示濕天然氣首先進(jìn)入原料氣分離器20，分離出游離 液體和固體雜質(zhì)，分離后的氣體進(jìn)入吸收塔21與塔內(nèi)甘醇溶液逆向接觸，氣 體中的水蒸氣被甘醇溶液吸收，離開(kāi)吸收塔21的干氣經(jīng)過(guò)氣體/貧甘醇換熱器 (貧甘醇冷卻器)22,以冷卻進(jìn)入吸收塔的甘醇溶液(貧甘醇)，然后進(jìn)入管 道外輸。
經(jīng)過(guò)氣體/貧甘醇換熱器22后的貧甘醇進(jìn)入吸收塔21后，吸收濕天然氣 中的水蒸氣成為富甘醇，然后從吸收塔21中流出，再與再生好的熱甘醇貧液 (熱貧甘醇)換熱后進(jìn)入閃蒸罐25，經(jīng)過(guò)低壓閃蒸分離，分離出被甘醇溶液 吸收的烴類(lèi)氣體。
從閃蒸罐25排出的富甘醇依次經(jīng)過(guò)固體過(guò)濾器(纖維過(guò)濾器)26和活性 炭過(guò)濾器27，除去甘醇溶液在吸收塔中吸收與攜帶過(guò)來(lái)的少量固體、烴類(lèi)化 學(xué)劑與其它雜質(zhì)。
由固體過(guò)濾器(纖維過(guò)濾器)26和活性炭過(guò)濾器27過(guò)來(lái)的富甘醇經(jīng)過(guò)貧 /富甘醇換熱器28預(yù)熱后，進(jìn)入再生塔23，富甘醇中的水蒸氣被脫除掉，成 為濃度為99%( )以上的貧甘醇。
由再生塔23出來(lái)的貧甘醇先進(jìn)入緩沖罐24，再流經(jīng)貧/富甘醇換熱器28 進(jìn)行冷卻，然后由甘醇泵29加壓后進(jìn)入吸收塔21循環(huán)使用。
三甘醇脫水技術(shù)主要存在的問(wèn)題有在海上平臺(tái)應(yīng)用時(shí)，三甘醇流動(dòng)受 波浪起伏影響；三甘醇溶液發(fā)泡，主要是由于三甘醇被鹽、碳?xì)浠衔铩⑽?物及腐蝕抑制劑污染造成；三甘醇循環(huán)管路鹽結(jié)晶堵塞；三甘醇損耗量較大； 部件出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，三甘醇受污染或分解后具有腐蝕性；

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服了現(xiàn)有的甘醇法天然氣脫水的上述缺陷，提供了一 種低流動(dòng)阻力超音速氣體凈化分離裝置，該裝置具有便于加工、節(jié)能環(huán)保等 優(yōu)點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下方案。本裝置包括法蘭、拉伐爾 噴管、分離管、擴(kuò)壓管殼體、擴(kuò)壓管、濕氣出口和干氣出口。所述的拉伐爾 噴管包括殼體、設(shè)置在殼體內(nèi)的內(nèi)部實(shí)體和設(shè)置在內(nèi)部實(shí)體表面的旋流葉片。 其中殼體和內(nèi)部實(shí)體的左端均與法蘭固定連接，在殼體和內(nèi)部實(shí)體之間留 有用于氣體流過(guò)的間隙，該間隙通過(guò)法蘭與天然氣氣體進(jìn)口相連通，殼體的 右端與分離管的左端固定連接，分離管的右端與擴(kuò)壓管殼體的左端固定連接， 擴(kuò)壓管設(shè)置在擴(kuò)壓管殼體內(nèi)并且二者之間形成一環(huán)形空腔，擴(kuò)壓管的右端與 擴(kuò)壓管殼體固定連接，擴(kuò)壓管的左端和擴(kuò)壓管殼體的側(cè)面之間留有用于濕氣 流過(guò)的環(huán)形槽道，環(huán)形槽道與擴(kuò)壓管和擴(kuò)壓管殼體之間的空腔相連通，在擴(kuò) 壓管殼體的下部的側(cè)壁上還設(shè)置有與上述空腔相連通的濕氣出口 。
所述的法蘭的內(nèi)部沿圓周方向均勻布置有三個(gè)支撐架，拉伐爾噴管中的 內(nèi)部實(shí)體的左端放置在三個(gè)支撐架形成的圓形通道內(nèi)，三個(gè)支撐架之間為用 于氣體流過(guò)的通道。
所述的旋流葉片的個(gè)數(shù)大于等于1。 所述的旋流葉片沿內(nèi)部實(shí)體的圓周方向均勻分布。
所述的支撐架左端部和拉伐爾噴管中的內(nèi)部實(shí)體的左端部被削尖以減小 氣體入口阻力。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1) 本裝置中無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作、免維護(hù)，這使 得本發(fā)明能夠在偏遠(yuǎn)或環(huán)境惡劣的地方應(yīng)用；
2) 本裝置無(wú)需動(dòng)力設(shè)備，節(jié)省了能源，減少了運(yùn)行成本；
3) 用本裝置進(jìn)行氣體凈化分離，無(wú)需加入化學(xué)藥品，同時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生有 毒物質(zhì)，既節(jié)省了原料成本，又保護(hù)了環(huán)境；
4) 本裝置中采用擴(kuò)壓管可以恢復(fù)一部分氣體壓力，使得氣體在流經(jīng)本裝 置后壓降不會(huì)很大，同時(shí)，不需要消耗任何的機(jī)械功。
5) 采用拉伐爾噴管作為加速、降溫裝置，在不消耗任何機(jī)械功的同時(shí)獲 得較高的氣流速度和較低的溫度，
6) 本裝置中拉伐爾噴管由內(nèi)部實(shí)體和殼體組成，流通橫截面積為環(huán)形面， 普通拉伐爾噴管橫截面積為圓面，二者沿軸向的變化規(guī)律相同，因此流動(dòng)規(guī) 律相似，此外，本發(fā)明中的拉伐爾噴管的結(jié)構(gòu)比較容易加工。
7) 旋流葉片同拉伐爾噴管結(jié)合在一起，同切向進(jìn)氣方法相比可以減小壓力
損失，可以通過(guò)調(diào)節(jié)旋流葉片的布置高度、長(zhǎng)度、旋轉(zhuǎn)度、個(gè)數(shù)等來(lái)調(diào)節(jié)旋 流強(qiáng)度來(lái)降低分離、凈化過(guò)程的壓力損失，并達(dá)到最佳的分離效果。
8) 可采用多個(gè)本裝置并聯(lián)的方式，通過(guò)常規(guī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)氣體流量改變時(shí)的運(yùn) 行要求。


圖1超音速低流動(dòng)阻力氣體凈化分離裝置結(jié)構(gòu)示意圖2超音速低流動(dòng)阻力氣體凈化分離裝置結(jié)構(gòu)示意圖局部放大圖3本發(fā)明裝置法蘭1結(jié)構(gòu)仰視圖4本發(fā)明裝置法蘭1結(jié)構(gòu)局部放大圖5本發(fā)明裝置法蘭1結(jié)構(gòu)主視圖6本發(fā)明裝置法蘭1結(jié)構(gòu)左視圖7本發(fā)明裝置拉伐爾噴管內(nèi)部實(shí)體2結(jié)構(gòu)主視圖8本發(fā)明裝置拉伐爾噴管內(nèi)部實(shí)體2結(jié)構(gòu)左視圖9本發(fā)明裝置拉伐爾噴管內(nèi)部實(shí)體2上螺旋葉片14結(jié)構(gòu)示意圖IO本發(fā)明實(shí)施例系統(tǒng)圖ll現(xiàn)有技術(shù)中甘醇法天然氣凈化、分離工藝流程示意圖中l(wèi)-法蘭，2-拉伐爾噴管內(nèi)部實(shí)體，3-拉伐爾噴管殼體，4-分離管， 5-擴(kuò)壓管殼體，6-擴(kuò)壓管定位板，7-擴(kuò)壓管，8-氣體進(jìn)口， 9-濕氣出口， 10-干 氣出口， 11-調(diào)整墊圈，12-內(nèi)部實(shí)體頭部，13-法蘭內(nèi)支撐架，14-旋流葉片， 15-環(huán)形槽道，16-冷凝器，17-氣-液分離器，18-液-液分離器，19-低流動(dòng)阻力 氣體凈化分離裝置，20-原料氣分離器，21-吸收塔，22-氣體/甘醇換熱器，23-再生塔，24-緩沖罐，25-閃蒸罐，26-固體過(guò)濾器，27-活性炭過(guò)濾器，28-貧甘 醇換熱器，29-甘醇泵。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的技術(shù)方案參見(jiàn)圖1，本發(fā)明設(shè)有氣體分離和氣體凈化部分，特征 在于它包括有用于固定內(nèi)部實(shí)體2的多功能法蘭1 ，由內(nèi)部實(shí)體2和殼體3組 成的用于氣體增速、降溫裝置的拉伐爾噴管(內(nèi)部實(shí)體2和殼體3間的環(huán)形 流通間隙同普通拉伐爾噴管具有相似的流通橫截面積，因此流動(dòng)規(guī)律相似)， 用于使氣體產(chǎn)生旋流的葉片14，及與拉伐爾噴管出口相連接的用于氣體凈化 分離的分離管4、擴(kuò)壓管殼體5，用于氣體增壓和減速的擴(kuò)壓管7;法蘭l的 左端與配套榫槽面法蘭連接，為天然氣氣體進(jìn)口8，另一端與殼體2連接，內(nèi) 部實(shí)體2在殼體3內(nèi)部，分離管4連通擴(kuò)壓管7，擴(kuò)壓管7的另一端為干氣出 口 10，擴(kuò)壓管7插入擴(kuò)壓管殼體5內(nèi)部，擴(kuò)壓管殼體5的下端部設(shè)有從氣體 中分離出來(lái)的液體出口 9。
內(nèi)部實(shí)體2左端頭部12插入法蘭1內(nèi)部三個(gè)支架13內(nèi)并焊接連接，氣 體入口面被法蘭1內(nèi)部支撐架13及內(nèi)部實(shí)體2左端頭部分割為三個(gè)扇形氣體 入口8，內(nèi)部實(shí)體2右端插入拉伐爾噴管殼體3并且殼體3左端同法蘭l右 端焊接連接，殼體3與分離管4之間、分離管4與擴(kuò)壓管殼體5之間采用法 蘭連接，擴(kuò)壓管殼體5與擴(kuò)壓管7之間由擴(kuò)壓管定位板6固定連接，擴(kuò)壓管7 插入擴(kuò)壓管殼體5內(nèi)部，且擴(kuò)壓管7左端面同擴(kuò)壓管殼體5形成環(huán)形通道15， 擴(kuò)壓管殼體5下端部設(shè)有從氣體分離出來(lái)液體出口 9。
本發(fā)明中的旋流器同拉伐爾噴管結(jié)合在一起，沿內(nèi)部實(shí)體2的圓周方向均 勻設(shè)置有3個(gè)具有一定高度、長(zhǎng)度、旋轉(zhuǎn)角度的旋流葉片14。本實(shí)施例中螺 旋葉片14布置在拉伐爾噴管喉部至拉伐爾噴管出口的不同位置，旋流葉片14 可以有不同的布置位置、高度、長(zhǎng)度、旋轉(zhuǎn)度、數(shù)量會(huì)產(chǎn)生不同的離心加速 度，數(shù)目越多、長(zhǎng)度越長(zhǎng)、螺旋度越大，氣體得到的離心加速度越大，且壓 力損失越大。
擴(kuò)壓管7由擴(kuò)壓管定位板6固定，法蘭1與殼體3之間焊接固定，殼體3 通分離管4之間、分離管4與擴(kuò)壓管殼體5之間采用法蘭連接。
本發(fā)明中內(nèi)部實(shí)體的頭部12及法蘭1上用于支撐定位內(nèi)部實(shí)體2的支撐 架13左端氣體迎風(fēng)面都被削尖以減小氣體流動(dòng)阻力，在擴(kuò)壓管殼體5與擴(kuò)壓 管7之間有一個(gè)環(huán)形槽道15，擴(kuò)壓管殼體5與擴(kuò)壓管定位板6之間設(shè)有調(diào)整 墊圈ll。擴(kuò)壓管殼體5的下端部設(shè)有的液體出口9與其相通，該環(huán)形槽道15 的尺寸大小由擴(kuò)壓管殼體5與擴(kuò)壓管定位板7之間的調(diào)整墊圈11調(diào)整。
使用本發(fā)明的裝置使氣體增速、降溫過(guò)程及氣體減速、增壓過(guò)程分別在拉 伐爾噴管2， 3和擴(kuò)壓管7內(nèi)完成，氣體凈化、分離過(guò)程在旋流器14、分離管 4及擴(kuò)壓管殼體5內(nèi)完成，所有過(guò)程無(wú)需消耗任何機(jī)械功。從氣體中分離出來(lái) 的物質(zhì)以液體形式由液體出口9流出，干氣則從干氣出口 IO流出。
具體工作流程如下首先，天然氣由氣體進(jìn)口 8進(jìn)入拉伐爾噴管2， 3，其溫度和壓力降低，速度升高，由于溫度的降低，氣體中的水分或部分露
點(diǎn)在當(dāng)?shù)貕毫ο嘛柡蜏囟纫陨系臍怏w凝結(jié)形成液體，然后，高速流動(dòng)的氣、
液混合物流經(jīng)旋流葉片14，產(chǎn)生高速旋流，接著，高速旋流進(jìn)入分離管4， 由于所受離心力的不同，從氣體中凝結(jié)出的液體被"甩"到管壁上形成一層 特別薄的液膜，然后，這些液體通過(guò)擴(kuò)壓管殼體5與擴(kuò)壓管7之間的環(huán)形槽 道15流出分離管4，通過(guò)擴(kuò)壓管7和擴(kuò)壓管殼體5之間的空腔，由液體出口 9流出。最后，除去水分的干氣接著進(jìn)入擴(kuò)壓管7，氣流的速度降低，溫度、 壓力升高，氣體由干氣出口 IO流出分離裝置。 下面是兩個(gè)本實(shí)施例使用的例子-
例1是如圖5所示的低阻力超音速氣體凈化分離裝置的應(yīng)用。當(dāng)待輸入 氣體為天然氣時(shí)，氣體先經(jīng)冷凝器16以降低進(jìn)入低阻力超音速氣體凈化分離 裝置的氣體溫度，再經(jīng)氣-液分離器17，用來(lái)初步分離氣體中由于冷凝產(chǎn)生的 液體，爾后經(jīng)本發(fā)明裝置，在裝置的液體出口9處接液-液分離器18，用以對(duì) 分離出的液體及重質(zhì)烷烴進(jìn)行二次分離，凈化分離后的氣體經(jīng)擴(kuò)壓管7的干 氣出口10排出。本發(fā)明實(shí)施時(shí)，當(dāng)對(duì)裝置出口氣體壓力有特定要求時(shí)，可采 用常規(guī)方法調(diào)整干氣出口 IO的背壓，以達(dá)到特定運(yùn)行要求。在上述系統(tǒng)的實(shí) 施中，可根據(jù)需要將多臺(tái)低流動(dòng)阻力氣體凈化分離裝置并聯(lián)使用。
例2:在其它條件不變的情況下，可以改變旋流器14的結(jié)構(gòu)形式，不同 的旋流葉片布置位置、高度、長(zhǎng)度、旋轉(zhuǎn)度、數(shù)量會(huì)產(chǎn)生不同的離心加速度， 同時(shí)會(huì)有不同的壓力損失。 一般情況下葉片布置長(zhǎng)度越長(zhǎng)、旋轉(zhuǎn)度越大、數(shù) 量越多，產(chǎn)生的離心加速度越大，壓力損失也會(huì)增加；反之，則產(chǎn)生的離心 加速度越小，壓力損失會(huì)減小。在上述系統(tǒng)的實(shí)施中，可根據(jù)需要將多臺(tái)低 流動(dòng)阻力氣體凈化分離裝置并聯(lián)布置，根據(jù)實(shí)際工況，選擇合適的單個(gè)或多 個(gè)旋流器工作。
權(quán)利要求
1、一種低流動(dòng)阻力超音速氣體凈化分離裝置，其特征在于包括法蘭(1)、拉伐爾噴管(2)和(3)、分離管(4)、擴(kuò)壓管殼體(5)、擴(kuò)壓管(7)、濕氣出口(9)和干氣出口(10)；所述的拉伐爾噴管包括殼體(3)、設(shè)置在殼體(3)內(nèi)的內(nèi)部實(shí)體(2)和設(shè)置在內(nèi)部實(shí)體(2)表面的旋流葉片(14)，其中殼體(3)和內(nèi)部實(shí)體(2)的左端均與法蘭(1)固定連接，在殼體(3)和內(nèi)部實(shí)體(2)之間留有用于氣體流過(guò)的間隙，該間隙通過(guò)法蘭(1)與天然氣氣體進(jìn)口相連通，殼體(3)的右端與分離管(4)的左端固定連接，分離管(4)的右端與擴(kuò)壓管殼體(5)的左端固定連接，擴(kuò)壓管(7)設(shè)置在擴(kuò)壓管殼體(5)內(nèi)并且二者之間形成一環(huán)形空腔，擴(kuò)壓管(7)的右端與擴(kuò)壓管殼體(5)固定連接，擴(kuò)壓管(7)的左端和擴(kuò)壓管殼體(5)的側(cè)面之間留有用于濕氣流過(guò)的環(huán)形槽道(15)，環(huán)形槽道(15)與擴(kuò)壓管(7)和擴(kuò)壓管殼體(5)之間的空腔相連通，在擴(kuò)壓管殼體(5)的下部的側(cè)壁上還設(shè)置有與上述空腔相連通的濕氣出口(9)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低流動(dòng)阻力超音速氣體凈化分離裝置，其特征 在于所述的法蘭(1)的內(nèi)部沿圓周方向均勻布置有三個(gè)支撐架(13)，拉 伐爾噴管中的內(nèi)部實(shí)體(2)的左端放置在三個(gè)支撐架(13)形成的圓形通道 內(nèi)，三個(gè)支撐架(13)之間為用于氣體流過(guò)的通道。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種低流動(dòng)阻力超音速氣體凈化分離裝置，其特征 在于所述的旋流葉片(14)的個(gè)數(shù)大于等于l。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種低流動(dòng)阻力超音速氣體凈化分離裝置，其特征 在于所述的旋流葉片(14)沿內(nèi)部實(shí)體(2)的圓周方向均勻分布。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低流動(dòng)阻力超音速氣體凈化分離裝置，其特征 在于所述的支撐架(13)左端部和拉伐爾噴管中的內(nèi)部實(shí)體(2)的左端部(12)被削尖以減小氣體入口阻力。
全文摘要
本發(fā)明是一種低流動(dòng)阻力超音速氣體凈化分離裝置，應(yīng)用于天然氣脫水等氣體分離凈化領(lǐng)域。天然氣由氣體進(jìn)口進(jìn)入拉伐爾噴管，其溫度和壓力降低，速度升高，接著高速流動(dòng)的氣液混合物流經(jīng)旋流葉片，產(chǎn)生高速旋流，高速旋流進(jìn)入分離管，由于溫度的降低，氣體中的水分或部分露點(diǎn)在當(dāng)?shù)貕毫ο嘛柡蜏囟纫陨系臍怏w凝結(jié)形成液體，由于所受離心力的不同，從氣體中凝結(jié)出的液體被“甩”到管壁上形成一層特別薄的液膜，這些液體通過(guò)分離管與擴(kuò)壓管之間的環(huán)形槽道流出分離管，由液體出口流出。除去水分的干氣接著進(jìn)入擴(kuò)壓管，氣體由干氣出口流出分離裝置。本裝置中無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；本裝置中拉伐爾噴管的流通橫截面積為環(huán)形面，比較容易加工。
文檔編號(hào)C10L3/00GK101380537SQ200810224499
公開(kāi)日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月17日
發(fā)明者劉中良, 孫俊芳, 龐會(huì)中, 蔣文明, 鮑玲玲 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)