Сепаратор горизонтальный
Владельцы патента RU 2334542:
Закрытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро нефтегазовой промышленности" (ЗАО "ЦКБ НГП") (RU)
Зиберт Генрих Карлович (RU)
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.
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 С5+B в пробах газа сепарации снизилось с 9,4 до 2,5 г/м3, С3+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.
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.