专利名称：多级流体分离装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种多级流体分离装置及方法。
背景技术：
在许多油和/或气生产井中，井流出物可包含复杂的流体混和物，该混和物包括原油、天然气(甲烷)、水、盐水、冷凝物、硫磺、硫化氢及其他成分。
在生产过程中，井流出物膨胀，且通常从可在摄氏100和200度之间的储积温度冷却到明显较低的大气或水下温度。
这导致各种成分在生产管道和设备内冷凝和/或固化，且形成水合物、蜡和/或沥青质沉积物。
从美国专利US4026120可知，通过在节流阀内冷却井流出物，并将冷却的井流出物注入所谓的′LTX′(低温膨胀)容器内，而在井口处从生产的井流出物中去除可冷凝的和/或可固化的成分，在所述′LTX′容器中液化和/或固化的成分，比如水、蜡、沥青质和水合物滴落在底部，在此它们被加热至约摄氏20度，而生成可泵送的液浆，然后被泵送入LTX容器底部的液体排放管中。气态成分经LTX容器上端附近的气体出口管从LTX容器中排出。
美国专利US4208196公开了一种LTX容器，其中井流出物注入该容器，而没有先在节流阀内膨胀。已知的LTX容器设有垂直定向的管状入口部分，其中井流出物切向地注入，从而通过离心力增强液化和/或固化成分与气态成分的分离。所述管状入口部分是有盖子的，且在其下端设有格状结构，以阻止入口部分诱发的涡流扩展入LTX罐底部的液体汇集区。所述管状入口部分位于圆柱形的水平分离罐内，在该罐内水和油通过重力分离而汇集并互相分离，随后在所述罐底部附近经分离的水和油排放管分接排出。气态成分受诱发而从所述管状入口部分向下流经格栅，进入分离罐，井在离所述入口部分一相当距离的位置从分离罐顶部去除。
国际专利申请PCT/NL00/00382公开一种用于从气态混和物中分离较重成分比如液体或固体的分离容器，在该容器内通过位于容器中心和外圆周附近的逆流涡流传递叶片诱发产生逆流的内、外涡流。这种公知装置的缺点是涡流传递叶片易于结垢。
国际专利申请PCT/EP98/04178公开了一种超声波旋风惯性分离器，其中生产的井流出物通过绝热膨胀而急剧地冷却，这是由于它们在超声波喷嘴内加速到超音速。在超声波喷嘴内产生涡流，而从更轻的气态成分分离冷凝的和/或固化的较重成分。气态可冷凝的贫化成分经中央初级气体出口管从分离器中排出，但可冷凝的富集成分经一或多个远离喷嘴中心轴线延伸的次级出口管从分离器中排出。
已经发现，所述超声波旋风惯性分离器的可冷凝富集流体次级出口可以连接于LTX容器，但注入的液化和/或固化的可冷凝富集流体混和物的高速导致LTX容器的重力分离作用降低。
本发明的目的是提供一种混合的多级流体分离装置，其中LTX型分离容器连接于比如超声波和/或次声波旋风惯性分离器的一或多个气体冷却装置的液化和/或固化的可冷凝富集流体出口，而在气体冷却装置比如旋风惯性分离器和LTX分离容器之间实现协同作用。
另一目的是提供一种混合的多级流体分离装置，该装置比气体冷却装置比如旋风惯性分离器和普通LTX容器的组合更紧凑。
另一目的是提供一种混合的多级流体分离装置，其中多个气体冷却装置，比如旋风惯性分离器，可以通过较短的液化和/或可冷凝富集流体出口管连接于一个紧凑型LTX容器，而使固体、蜡和/或水合物沉积在这些次级出口内的危险最小化。
发明内容
本发明提供了一种多级流体分离装置，包含
一或多个初级气体冷却装置，所述装置都具有液化和/或固化的可冷凝富集流体出口；次级流体分离容器，该容器具有管状部分，其中心轴线具有基本上垂直或倾斜的方向，该容器连接于至少所述气体冷却装置之一的所述可冷凝富集流体出口，其中在所述容器的正常操作过程中，所述的可冷凝富集流体受诱发而绕所述容器管状部分的中心轴线涡旋，从而通过重力和离心力，诱使液化和/或固化的可冷凝物构成的第三级流沿向下的方向沿所述容器管状部分的内表面涡旋，而进入在所述容器底部或附近用于收集液化和/或固化的可冷凝物构成的第三级混和物的液体收集罐，该罐设有一或多个用于加热所述第三级混和物的加热器，以减少固化的可冷凝物的量，且设有一或多个用于从所述罐中排出所述第三级混和物的出口。
优选的是，所述次级分离容器的管状部分装有第三级气体出口管，该管具有位于所述管状部分中心轴线上或附近的入口，且该第三级气体出口经所述次级分离容器的管状部分上端延伸。
合适的是，所述次级分离容器具有穹顶或盘形的顶部，该顶部安装在所述管状部分的顶部，且所述第三级气体出口管基本上与所述管状部分的中心轴线同轴地安装，且经过所述顶部的中心。
优选的是，至少一个初级冷却装置，比如旋风分离器，的液化和/或固化的可冷凝富集流体出口连接于次级流体注入管，该管将可冷凝富集流体沿至少部分相切的方向注入所述次级分离容器的管状部分中。
还优选的是，所述次级分离容器管状部分的中心轴线具有基本上垂直的方向，且多个初级气体冷却装置的多个次级流体注入管以规则的周向间隔连接于所述次级分离容器的管状部分，在使用过程所述注入管将液化和/或固化的可冷凝富集流体沿至少部分相切且部分向下的方向注入所述次级分离容器的内部。
合适的是，所述液体收集罐由所述次级分离容器的杯形管下部形成，该部分基本上与所述中心轴线同轴，且具有与所述容器上部类似或更大的内部宽度，且防涡器布置在所述次级分离容器的内部，在所述管状部分下端和所述液体收集罐之间。
该装置可设有一或多个超声波振动转换器，用于在该装置的一或多个部件，比如次级流体注入管和防涡器上施加频率在20和200KHz之间的超声波振动，以阻止固化的可冷凝物比如冰、蜡和/或水合物在该装置内沉积。
液体收集罐可以设有加热管格栅，该格栅用于将罐内的液体和固体形成的流体混和物加热到至少摄氏15度的温度。
一或多个初级气体冷却装置可以包含旋风惯性分离器，该分离器包含膨胀喷嘴，在该喷嘴内流体混和物通过基本上等熵的膨胀而冷却到低于摄氏0度的温度，且一或多个涡流传递叶片诱使流体旋转进入分叉出口部分，该部分装有中心初级可冷凝贫化流体出口管和外部次级可冷凝富集流体出口管。
合适的是，每一初级气体冷却装置，比如旋风惯性分离器，包含膨胀喷嘴，该喷嘴用于将喷嘴内的流体混和物加速到超音速，从而在使用过程中将流经喷嘴的流体温度冷却到低于摄氏-20度的温度。
本发明的流体分离装置可包含多个初级旋风惯性分离器，其中膨胀喷嘴基本上平行且相对于所述次级分离容器管状部分的中心轴线等距，且次级可冷凝富集流体出口连接于次级流体注入管，该注入管与所述次级分离容器管状部分的壁以规则的周向间隔且沿至少部分相切的方向交叉，所述次级流体注入管都具有小于4米的长度。
所述气体冷却装置可包含称为Joule-Thompson阀的节流阀，在该阀内气体通过膨胀而加速并冷却，从而产生液化和/或固化的可冷凝富集流体，随后流体送入次级流体分离容器内。
本发明还涉及一种在多级流体分离装置内从流体混和物中分离可冷凝成分的方法，该方法包含将流体混和物注入一或多个初级气体冷却装置内，在该装置内流体混和物膨胀并冷却，可冷凝成分液化和/或固化，并通过离心力与气态成分自由地分离，且可冷凝富集流体成分流被送入次级流体出口；
将所述可冷凝富集流体成分流注入次级流体分离容器内，该容器具有其中心轴线具有基本上垂直或倾斜的方向的管状部分，且所述可冷凝富集流体流受到诱发而产生绕所述容器管状部分的中心轴线涡旋，而通过重力和离心力诱使液化和/或固化的可冷凝物形成的第三级混和物，沿所述容器管状部分的内表面沿向下的方向，涡旋进入容器底部或附近的液体收集罐，在该罐内汇集液化和/或固化的可冷凝物形成的第三级混和物并加热，以减少固化的可冷凝物的量，且液体和/或固体成分经一或多个出口从该罐排出。
下面将参照附图详细地描述本发明的多级流体分离装置的合适实施例，其中图1是本发明的多级流体分离装置第一合适实施例的垂直剖面示意图，其中四个初级旋风惯性分离器将可冷凝富集流体混和物排入垂直定向的管状次级流体分离容器内；图2是图1的多级流体分离装置的顶视图；图3是本发明的多级流体分离装置另一合适实施例的垂直剖面示意图，其中两个初级旋风惯性分离器将可冷凝富集流体混和物排入水平定向的次级流体分离容器内；图4是将初级旋风惯性分离器剖开从上方看到的、图3的多级流体分离装置的水平剖面图；图5是简化的多级流体分离装置的水平剖面示意图，其中初级气体冷却装置包括称为Joule Thompson阀的节流阀；图6是图5所示装置的垂直剖面示意图；具体实施方式
参照图1，其中示出了通过次级可冷凝富集流体注入管3连接于次级LTX流体分离容器2的初级旋风惯性分离器1。
初级旋风惯性分离器1包含连接于天然气生产井井口(未示出)的流体入口4，其中天然气、水蒸气、冷凝物、水合物及其它可冷凝成分形成的混和物经井口生产出来。
流入初级分离器1的流体混和物首先在喷嘴5内加速到高速，优选的是超音速，从而冷却到优选的是摄氏-20度以下的温度，而使水蒸气和/或其他可冷凝物由于绝热膨胀而冷凝和/或固化，随后通过倾斜的翅片6诱发涡旋，使冷却的流体混和物通过离心力分离成可冷凝贫化天然气形成的中心流和可冷凝富集流体形成的环形外部流。
可冷凝贫化天然气形成的中心流经中心初级可冷凝贫化出口7排入气体分配管(未示出)中，可冷凝富集流体形成的环形外部流经环形可冷凝富集流体输出腔8排入次级可冷凝富集流体注入管3中，如箭头9所示。
可冷凝富集流体注入管3将可冷凝富集流体送入次级LTX流体分离容器2的垂直部分10内，以便进一步分离成基本上干燥的气体、水和液化的碳氢化合物和水合物。
如图2所示，一系列四个初级惯性分离器1、1B、1C和1D将可冷凝富集流体经一系列四个可冷凝富集流体注入管3、3B、3C和3D切向地送入次级LTX分离容器2的垂直管状部分10内。
在图1内，给出了第一初级惯性分离器1和次级LTX分离容器2的垂直剖面示意图，且以虚线示出了其他三个初级惯性分离器1B、1C和1D的轮廓。
如图1所示，次级LTX分离容器2包含在垂直管状部分10下方的大直径底部11，其中第三级液体流汇集在该底部且进一步分离，位于管状部分10和底部11之间的防涡器12和穹顶形顶部13，其中第三级气体出口管14经该顶部延伸入管状部分10内。
第三级气体出口管14的入口15位于可冷凝富集流体入口管3进入次级分离容器2的管状部分10的高度之下。
经切向流体注入管3注入管状部分10内的流体将沿管状部分10的内壁循环流动，当从上方看为沿逆时针方向，如箭头17所示。液体和/或固体成分形成的第三级蒸汽流将在管状部分10内部的外围浓缩，且将由于重力作用沿防涡器12外围的环形间隙16滴落入次级流体分离容器2的大直径底部11内的液体收集罐19内。
经切向流体注入管3、3B、3C和3D注入管状部分10内的流体混和物的低密度气态成分将在管状部分10的中心附近浓缩，并向上流入第三级气体出口14中。在切向流体注入管3、3B、3C和3D将流体注入管状部分10所在高度之下的第三级气体出口14的入口15的配置，通常将诱使气态成分涡旋，当从上方看时，如同沿相对的顺时针方向的涡流18。基本上干燥的气体形成的顺时针循环流动的涡流18进一步增强了干燥气体与液体和/或固体成分的分离，其中干燥气体由于Hirsch-Rankin效应而沿与可冷凝物外部流相反的方向循环流动。防涡器12具有锥形形状，且防涡器12的顶部作为用于干燥气体顺时针转动的中心涡流18的涡流探测器。
管状部分10是基本上开口的容器，没有涡流传递叶片，以便使容器内部堵塞和/或污染的危险最小。
液体收集罐19装有加热线圈20，该线圈使收集的液体和固体成分保持在摄氏15和25度之间基本上恒定的温度。在此温度下，蜡和水合物将熔化，且向上漂浮在液体收集罐内的水上方，而使蜡、水合物、冷凝物及其他碳氢化合物液体形成的顶层21漂浮在水形成的下层22的上方。
水(H2O)经液体收集罐19底部的排水管23排出，但蜡、水合物、冷凝物及其他碳氢化合物形成的混和物将从液体收集罐19的上边缘溢出，进入环形的碳氢化合物液体收集区25，该区装有碳氢化合物液体排放管26。排水管23装有阀(未示出)，该阀受控而使水/碳氢化合物液体界面27保持在基本上恒定的高度。
可选地，防涡器12和次级分离容器2的垂直管状部分10以及导管3、3B、3C和3D的壁被加热，和/或装有超声波振动转换器(未示出)，以阻止蜡、垢和水合物等形成的沉积物在这些部件上积垢。优选的是，超声波振动转换器以20和200KHz之间的频率振动这些容易积垢的部件的壁，振掉任何积垢。
本发明的多级分离装置的紧凑结构使其非常适用于甲板受限的海上平台，且在短管3、3B、3C和3D内以及在次级分离容器2内的小表面积，其中这些表面易于积垢且可以加热、振动而去除任何积垢，从而允许使用在其中湿气体绝热冷却到非常低温度的初级旋风分离器，所述温度可以是摄氏-20度或更低摄氏-40度以下，而使最大量的水、水合物、蜡和/或其他可冷凝物和/或可固化成分冷凝和/或固化，而不阻塞相应的外围导管3、3B、3C和3D以及次级LTX分离容器2。
现在参照图3和4，其中示出了本发明的多级流体分离装置的另一合适结构，其中两个初级旋风惯性分离器31和31A经导管33和33A将可冷凝富集流体混合物切向地排入次级LTX流体分离容器32的垂直管状部分30内。
两初级旋风惯性分离器31和31A具有水平的方向，但其他的类似于图1和2所示的初级旋风惯性分离器1-1D，而且包含湿气体入口34，喷嘴35、35A，其中湿天然气流加速到优选为超音速或接近音速，从而绝热地冷却到摄氏-20度至-40度，而使水和其他可冷凝物和/或可固化成分冷凝和/或固化，且冷却的流体混和物通过一或多个涡旋传递叶片36，36A涡旋，并通过离心惯性力分离成经中心气体出口37，37A排出的基本上干燥的气体形成的中心流，和经环形收集区38，38A排出而进入导管33和33A的可冷凝富集流体形成的环形流。
次级LTX分离容器32包含在垂直管状部分30下方收集并继续分离液体的水平定向的细长管底部41，位于所述管顶部和底部30和41之间的防涡器42，和穹顶形盖43，其中第三级气体出口管44经该盖延伸入管顶部38。
第三级气体出口管44的入口45位于可冷凝富集流体入口管33和33A进入所述次级分离容器32的管顶部30的高度之下。
经切向流体注入管33和33A注入所述管顶部30的流体，将沿所述管顶部30的内壁循环流动，当从上方看时沿顺时针方向，如箭头47所示。液体和/或固体成分将在管状部分30内部的外围浓缩，井由于重力而经防涡器42外围的环形间隙46下落，进入次级流体分离容器32的细长管底部41内的液体收集罐49。
经切向流体注入管33和33A注入所述管顶部30的流体混和物的低密度气态成分，将在管顶部30的中心附近浓缩，并向上流入第三级气体出口44中。在切向流体注入管3、3B、3C和3D将流体注射入管状部分10所在高度之下的第三级气体出口44的入口45的配置，通常将诱使气态成分涡旋，当从上方看时，如同沿逆时针方向的涡流48。基本上干燥的气体形成的沿与可冷凝物形成的外部流47相对的方向循环流动的涡流48，进一步增强了干燥气体与液体和/或固体成分的分离。防涡器42具有锥形形状，且防涡器42的顶部作为用于干燥气体逆时针转动的中心涡流48的涡流探测器。
液体收集罐49装有加热线圈50，该线圈使收集的液体和固体成分保持在摄氏15和45度之间基本上恒定的温度。在此温度下，蜡和水合物将熔化，且向上漂浮在液体收集罐内的水上方，而使蜡、水合物、冷凝物及其他碳氢化合物液体形成的顶层51漂浮在水形成的下层52的上方。泡沫状的顶层51还将使液体碳氢化合物的再度蒸发最小化，所以，将使LTX容器2内上部的碳氢化合物露点保持较低。
水(H2O)经液体收集罐49底部的排水管53排出，但蜡、水合物、冷凝物及其他碳氢化合物形成的混和物将从液体收集罐49右侧的挡壁58的上边缘54溢出，进入装有碳氢化合物液体排放管56的碳氢化合物液体收集区55。排水管53装有阀(未示出)，该阀受控而使水/碳氢化合物液体界面57保持在基本上恒定的高度。
可选地，防涡器42和次级分离容器32的垂直管状部分30以及导管33和33的壁被加热，和/或装有超声波振动转换器(未示出)，以阻止蜡、垢和水合物等形成的沉积物在这些部件上积垢。优选的是，超声波振动转换器以20和200KHz之间的频率振动这些容易积垢的部件的壁，振掉任何积垢。
液体收集罐49的大容量和水平表面积有利于分离的水和液化的碳氢化合物成分的低液体速度，而使气态和碳氢化合物相在罐49内实现最佳的重力分离。
可以理解，可以从容器32的管底部41去除挡壁58，且碳氢化合物液体出口56可以紧接碳氢化合物液体的泡沫状顶层51的上表面下方穿过所述管底部41。
参照图5和6，其中示出了一组四个初级冷却装置61、61B、61C和61D，它们通过一组四个切向的次级可冷凝富集流体注入管63、63B、63C和63D连接于次级LTX流体分离容器62。
每一初级冷却装置包含连接于天然气生产井的井口(未示出)的流体入口64，经所述井生产出天然气、水蒸气、冷凝物、水合物及其他可冷凝成分。
流入每一初级冷却装置61、61B、61C和61D的流体混和物在节流件65，比如文氏管、节流阀，或Joule Thompson阀内加速到高速，优选超音速，从而冷却到优选的是摄氏-20度以下的温度，而使水蒸气和/或其他可冷凝物由于绝热膨胀而冷凝和/或固化，使液化和/或固化的可冷凝富集流体混和物流入狭窄的次级流体注入管63、63B、63C和63D。
每一可冷凝富集流体注入管63、63B、63C和63D将液化和/或固化的可冷凝富集流体高速送入次级LTX流体分离容器62的垂直部分70，以便分离成基本上干燥的气体、水和液化的碳氢化合物及水合物。
如图5所示，一系列四个初级惯性分离器61、61B、61C和61D将液化和/或固化的富集流体混和物经一系列四个可冷凝富集流体注入管63、63B、63C和63D切向地送入次级LTX分离容器62的垂直管状部分70内。
在图6内，给出了初级惯性分离器61和61C及次级LTX分离容器62的垂直剖面示意图。
如图6所示，次级LTX分离容器62包含在垂直管状部分70下方的底部11，其中第三液体流汇集在该底部且继续分离，位于管状部分70和底部71之间的防涡器72和穹顶形顶部73，其中第三级气体出口导管74经该顶部延伸入管状部分70内。
第三级气体出口导管74的入口75位于可冷凝富集流体入口导管63、63A、63B和63C进入次级分离容器62的管状部分70的高度之下。
经切向流体注入管74注入管状部分70内的流体将沿管状部分70的内壁循环流动，当从上方看时沿逆时针方向，如箭头77所示。液体和/或固体成分形成的第三级蒸汽流将在管状部分70内部的外围浓缩，且将由于重力作用沿防涡器12外围的环形间隙76滴落入次级流体分离容器62的底部71内的液体收集罐79内。
经切向流体注入管63、63B、63C和63D注入管状部分70内的流体混和物的低密度气态成分如甲烷(CH4)等将在管状部分70的中心附近浓缩，并向上流入第三级气体出口74中。在切向流体注入管63、63B、63C和63D将流体注射入管状部分70所在高度之下的第三级气体出口74的入口75的配置，通常将诱使气态成分涡旋，当从上方看时，如同沿相对的顺时针方向的涡流78。基本上干燥的气体形成的顺时针循环流动的涡流78进一步增强了干燥气体与液体和/或固体成分的分离，其中干燥气体由于Hirsch-Rankin效应而沿与可冷凝物的外部流77相反的方向循环流动。防涡器72具有锥形形状，且防涡器72的顶部作为用于干燥气体顺时针转动的中心涡流78的涡流探测器。
容器62的底部71装有加热线圈80，该线圈使收集的液体和固体成分保持在摄氏15和25度之间基本上恒定的温度。在此温度下，蜡和水合物将熔化，且向上漂浮在液体收集罐内的水上方，而使蜡、水合物、冷凝物及其他碳氢化合物液体(CXHX)形成的顶层81漂浮在水形成的下层82的上方。
水(H2O)经容器62底部的排水管64排出，但蜡、水合物、冷凝物及其他碳氢化合物(CXHY)形成的混和物经中心碳氢化合物液体排放管83排出。排放管83和84可装有阀(未示出)，该阀可受控而使水/碳氢化合物液体界面87保持在基本上恒定的高度。
如果需要，水和碳氢化合物可以经容器62底部的一个液体出口从容器62中排出，以便在容器62下游的分离单元(未示出)内继续分离。
可选地，防涡器72和次级分离容器62的垂直管状部分70以及导管63、63B、63C和63D的壁被加热，和/或装有超声波振动转换器(未示出)，以阻止蜡、垢和水合物等形成的沉积物在这些部件上积垢。优选的是，超声波振动转换器以20和200KHz之间的频率振动这些容易积垢的部件的壁，振掉任何积垢。
本发明的多级流体分离装置也适用于从气态流体流中分离固体颗粒。在气体冷却装置中，固体颗粒将作为促进液化可冷凝物液滴生长的核源。固体颗粒将与液化的可冷凝物一起流入次级流体分离容器的液体收集罐内，从而与可冷凝的、贫化的、基本上干燥的气体形成的第三级流分离，所述气体从次级流体分离容器的顶部排出。
权利要求
1.一种多级流体分离装置，包含一或多个初级气体冷却装置，所述装置都具有液化和/或固化的可冷凝富集流体出口；次级流体分离器容器，该容器具有其中心轴线具有基本上垂直或倾斜的方向的管状部分，该容器连接于至少所述气体冷却装置之一的所述可冷凝富集流体出口，其中在所述容器的正常操作过程中，所述可冷凝富集流体受诱发而绕所述容器管状部分的中心轴线涡旋，从而通过重力和离心力诱使液化和/或固化的可冷凝物构成的第三级流，沿向下的方向沿所述容器管状部分的内表面涡旋，而进入在所述容器底部或附近用于收集液化和/或固化的可冷凝物构成的第三级混和物的液体收集罐，该罐设有一或多个用于加热所述第三级混和物的加热器，以减少固化的可冷凝物的量，且设有一或多个用于从所述罐中排出所述第三级混和物的出口。
2.如权利要求1所述的流体分离装置，其特征在于，所述液体收集罐包含用于低密度液体成分的上部液体出口和用于高密度液体成分的下部液体出口。
3.如权利要求1或2所述的流体分离装置，其特征在于，所述次级分离容器的管状部分装有第三级气体出口管，该管具有位于所述管状部分中心轴线上或附近的入口。
4.如权利要求3所述的流体分离装置，其特征在于，所述次级分离容器具有穹顶或盘形顶部，该顶部安装在所述管状部分的顶部，且所述第三级气体出口管基本上与所述管状部分的中心轴线同轴地安装，且经过所述顶部的中心。
5.如权利要求1所述的流体分离装置，其特征在于，至少一个初级冷却装置的液化和/或固化的可冷凝富集流体出口连接于次级流体注入管，在使用时该管将可冷凝富集流体沿至少部分相切的方向注入所述次分离容器的管状部分中。
6.如权利要求5所述的流体分离装置，其特征在于，所述次级分离容器管状部分的中心轴线具有基本上垂直的方向，且多个初级气体冷却装置的多个次级流体注入管以规则的周向间隔连接子所述次级分离容器的管状部分，在使用过程注入管将液化和/或固化的可冷凝富集流体沿至少部分相切且部分向下的方向注入所述次级分离容器的内部。
7.如权利要求1所述的流体分离装置，其特征在于，所述液体汇集罐由所述第二级分离容器的杯形管下部形成，该部分基本上与所述中心轴线同轴，且具有比所述容器的上部更大的内部宽度。
8.如权利要求1所述的流体分离装置，其特征在于，防涡器布置在所述次级分离容器的内部，在所述管状部分的下端和所述液体汇集罐之间。
9.如权利要求1所述的流体分离装置，其特征在于，所述装置可设有一或多个超声波振动转换器，用于在该装置的一或多个部件上施加超声波振动，以阻止固化的可冷凝物比如冰、蜡和/或水合物在该装置内沉积。
10.如权利要求5、8和9所述的流体分离装置，其特征在于，至少所述次级流体注入管和防涡器装有超声波振动转换器。
11.如权利要求9或10所述的流体分离装置，其特征在于，所述超声波振动转换器用于在使用时以20和200KHz之间的频率振动该装置的一或多个部件。
12.如权利要求1所述的流体分离装置，其特征在于，所述液体收集罐设有加热管格栅，该格栅用于将罐内的液体和固体流体混和物加热到至少摄氏15度的温度。
13.如前述任一权利要求所述的流体分离装置，其特征在于，每一气体冷却装置包含初级旋风惯性分离器，该分离器包含膨胀喷嘴，在该喷嘴内流体混和物通过基本上等熵的膨胀而冷却到低于摄氏0度的温度，且一或多个涡流传递叶片诱使流体旋转进入分叉出口部分，该部分装有中心初级可冷凝贫化流体出口管和外部次级可冷凝富集流体出口管。
14.如权利要求13所述的流体分离装置，其特征在于，每一初级旋风惯性分离器，包含膨胀喷嘴，该喷嘴用于将该喷嘴内的流体混和物加速到超音速，从而在使用过程中将流经喷嘴的流体温度冷却到低于摄氏-20度的温度。
15.如权利要求13或14所述的流体分离装置，其特征在于，包含多个初级旋风惯性分离器，其中膨胀喷嘴基本上平行且相对于所述次级分离容器管状部分的中心轴线等距，且次级可冷凝富集流体出口连接于次级流体注入管，该注入管与所述次级分离容器管状部分的壁以规则的周向间隔且沿至少部分相切的方向交叉，所述次级流体注入管都具有小于4米的长度。
16.如权利要求1所述的流体分离装置，其特征在于，所述气体冷却装置包含比如Joule-Thompson阀的节流阀。
17.一种在多级流体分离装置内从流体混和物中分离可冷凝成分的方法，该方法包含将流体混和物注入一或多个初级气体冷却装置内，在该装置内流体混和物膨胀并冷却，可冷凝成分液化和/或固化，并通过离心力与气态成分自由地分离，且可冷凝富集流体成分流被送入次级流体出口；将所述可冷凝富集流体成分流注入次级流体分离容器内，该容器具有其中心轴线具有基本上垂直或倾斜的方向的管状部分，且所述可冷凝富集流体流受到诱发而产生绕所述容器管状部分的中心轴线涡旋，而通过重力和离心力诱使液化和/或固化的可冷凝物形成的第三级混和物，沿所述容器管状部分的内表面沿向下的方向，涡旋进入容器底部或附近的液体收集罐，在该罐内汇集液化和/或固化的可冷凝物形成的第三级混和物并加热，以减少固化的可冷凝物的量，且液体和/或固体成分经一或多个出口从该罐排出。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述流体混和物是天然气流，该气流在包含一或多个初级旋风惯性分离器的气体冷却装置内冷却到摄氏0度之下的温度，从而使含水的和碳氢化合物冷凝物以及气体水合物冷凝和/或固化，第三级流体混和物包含水、冰、碳氢化合物冷凝物和气体水合物，且在第三级流体收集罐内加热到摄氏15度以上的温度，以减少气体水合物的量，且低密度的碳氢化合物冷凝物经上部液体出口排出，高密度含水成分经下部液体出口排出。
全文摘要
本发明公开了一种多级流体分离装置，该装置包含一或多个初级气体冷却装置(1)，所述装置都具有液化和/或固化的可冷凝富集流体出口(8)；次级流体分离器容器(2)，该容器具有管状垂直部分(10)，该容器(2)经切向导管(3)连接于所述初级气体冷却装置(1)的可冷凝富集流体出口(8)，其中该切向导管将所述可冷凝富集流体切向地注入管状部分(10)内，从而通过重力和离心力诱使液化和/或固化的可冷凝物构成的第三级流(17)沿向下的方向沿所述容器管状部分(10)的内表面涡旋，而进入在所述容器(2)底部或附近用于汇集液化和/或固化的可冷凝物构成的第三级混和物的液体收集罐(19)，该罐(19)设有一或多个用于加热所述第三级混和物的加热器(20)，以减少固化的可冷凝物的量，比如蜡、石蜡和水合物，且设有一或多个液体出口(23，26)。
文档编号B04C7/00GK1610574SQ02826474
公开日2005年4月27日 申请日期2002年12月31日 优先权日2001年12月31日
发明者希勒贡达·巴克, 马克斯·R·A·特尔·哈尔, 弗雷德·T·奥基莫托, 科内利斯·A·谢恩克·威林克 申请人:国际壳牌研究有限公司