专利名称：将液体从装载有液滴的流体流中分离的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1前叙部分所述的设备或装置， 用于将液体从装载有液滴的流体流中分离出去，并且也涉及一种方法，用于执行滴粒(droplet)分离。流体为气体或第二液体，其浓度小 于待分离液体的浓度。
背景技术：
在油和气工业中，在处理二相或多相混合物的时候，通常需要 对相分离，该混合物包含离散相(discrete phase),其在气相中具有水 滴的形式。在用于此目的的分离器中，分离方法可借助重力和/或离 心力形式的惯性力而得以执行。在两种方法中，装载有液滴的气体 流、流体流传送到分离表面上， 一方面，分离^"助流动的简单偏转 (deflection)而在该分离表面上发生，另一方面，分离通过引入涡流而 在该分离表面上发生。基本上，具有两个影响分离器效率的因素。 一方面，滴粒尺寸 具有影响滴粒在二相流中的尺寸越小，则将它们从流体流传输到 分离表面越困难；因为只有大滴粒才具有惯性所导致的充分偏转。 对效能的第二个基本影响是将点滴从定位于分离表面上的流体膜的 再分离，这是由于流体流速度高的缘故。另一方面，定位于分离器 结构表面上的液体膜的厚度对可获得的自由通流区域有影响。而另 一方面，随着厚度的增加，膜的稳定性减小在流体膜上形成的波 紋可导致滴粒分离。液体数量的增加，即流体流数量的增加导致分离器的溢流 (flooding),并且因此导致达到其容量极限。分离过程的效率在容量极限区域内剧烈地减小。因为容量受到分离表面上的膜厚及流体速 度的限制，减小膜厚并且因此增加分离设备的容量是有利的。一种分离器结构从US-A-4744806中获知，液滴借助该分离器结 构可从流体流中分离。此分离器结构具有横穿流动方向的异质构造。 在具有较高分离器结构密度的主区内，液体主要地被分离，而在具 有较低密度且设置在主区之间的辅区内，分离后的液体及进入这些 辅区的液体以逆流的形式从流体流流走。借助辅区排水有助于减小 主区内的膜厚，从而增加了其容量。发明内容本发明一个目的是提供一种进一步的设备，液体可借助该设备 而从装载有液滴的流体流中分离。此目的通过限定于权利要求1中 的设备而实现，该设备为多级区(stage)滴粒分离器。设备用于将液体从装载有液滴的流体流中分离，流体流可以相 对于分离后的液体以逆流的形式而导向经过分离器结构。分离后的 液体从分离器结构的表面流走。分离器结构形成至少两级区。每个 分离器结构具有用于供流体流进入的入口区域，该入口区域设置成 低于对应的出口区域。具有多个级区，每级区具有设置于其入口区 域且用于供液体从该级区回流的收集器。收集器分别借助收集通道 而连接到收集线。从属权利要求2-6涉及根椐本发明的设备有利实施例。权利要求 7涉及包括该设备，即多级区滴粒分离器的装置。用于运行设备的方 法是权利要求8-10的主题。
以下将结合附图解释本发明，附图展示了图1为根据本发明的多级区滴粒分离器，图2为从下部观察的液体收集器的一个例子，图3为穿过图2中的收集器的截面图，以及图4为一种设备，其包括^f艮据本发明的多级区滴粒分离器的进一步实施例。
具体实施方式
展示于图1中的多级区滴粒分离器为根据本发明的设备1，用于 将液体从装载有液滴的流体流中分离出去。通常为气体流的流体流5,导向经过分离器结构2，在分离器结构2的每个中，分离后的液 体以逆流的形式在分离器结构2的表面上流动。表面可相对于待分 离的液体而被打湿。在所展示的例子中，分离器结构2形成了三级 区21、 22和23。每个分离器结构2具有用于供流体流5进入的入口 区域20a，入口区域20a设置成低于对应的出口区域20b。在每种情 况下，用于供液体从分离器结构2回流的收集器3设置在入口区域 20a。包括收集器元件31的每个收集器3借助收集通道32而连接到 位于分离器结构外部的收集线4上。流体流41、42和43从三级区21、 22和23进入收集线4，它们在此结合成流体流44。在多个级区滴粒 分离器1中， 一方面，干燥流体流5从湿润的流体流5中出现，而 在另一方面，分离后的液体的流44也出现。如果提供多个级区的话，收集器3可在单级区中省略。如果收 集器3不存在的话，分离后的液体相对于流体流5而进一步流动到 相邻的级区中。如果此相邻级区具有用于分离后的液体的足够大的 吸收容量的话，那么根据本发明的设备1发挥作用的能力大致上没 有被额外的负载所削弱。然而，由于用于分离后液体的大吸收容量 通常引起减小的分离能力，当所有级区都装备有收集器3时，这是 有利的。分离能力以非线性方式取决于由分离器结构2吸收的液体数量。 因此，部分溢流的分离器2可具有较好的分离能力，尤其是对于非 常小的液滴(溢流为运行点，在此运行点，发生显著的滴粒向下一级区的夹带，并且存在分离元件内的液体阻挡的聚积)。在这种情况下， 导致溢流的收集器3不存在也是有利的。是否有利取决于分离器结构2的选择，并且取决于流体流5内滴粒的尺寸范围。每个分离器结构2由一组分离元件和/或一组堆叠层制成，其由 丝线，尤其是金属丝线编织或针织而成。在根据本发明的设备1的 进一步实施例中，至少一个级区包括结构化的包装(packing),该包装 比如形成了交叉的沟道结构。这种包装由至少 一个复合层的皱荡或 折叠成Z字形的箔片制造而成。这些层垂直地对齐并且形成了倾斜 的流动沟道。相邻层的流动沟道互相交叉并且互相打开。分离器結构通常具有不同尺寸的特定表面区域(或密度)。特定表 面区域在流体流5的流动方向内增加了好处。收集器3由多个收集元件31组装而成。有利的两种类型的收集 器3可被区别开来。第一种类型标示于图1中。收集元件31为平行地设置的收集槽， 收集槽之间为用于供流体流直接进入分离器结构内的间隙。流动样 式直接地在进入表面或入口区域20a上形成，分离后的液体借此而被 推动到位于收集元件31后面的背风区域(lee zone)上，液体可从背风 区域流到收集元件31内，并且未受到流体流动的阻碍。在借助图2和图3而展示的第二类型收集器3中，每个收集元 件31包括至少一个收集区域34和通向收集沟道的收集槽35。从图 2中可看出，收集器3展示为从底边观察的视图，流体流5在该底边 上流动。收集器5具有用于流体流5的通道开口 36或间隙，其分布 在相关分离器结构2的入口区域20a上。在每种情况下，由于相邻收 集元件的偏转表面部分的缘故，流体流5直接地通过收集元件31神皮 完全地或部分地，直到至少50%地防止。在图2中，直接通过仅仅 在窄条37中是可能的。通过与图1中的收集器类似的方式，直接通 过也可以大于图2中的情况，并且其没有相反效果。收集器3除了具有收集器功能之外，还因为流体流偏转的缘故而具有分离器功能。这一点适用于上述两种类型的收集器，尤其适 用于第一种类型。在第二种类型中，影响流动的额外结构元件可作用于收集器表面34,或者作为分离器装置而作用于收集表面34之间。图4展示了装置r,其为根椐本发明的设备i的进一步实施例，并且其包括至少一个额外的分离器级区6，其中额外的级区6根据不 同的运行原理而工作。装置1+也包含进入级区25,分离器结构与液 体收集器可根据本发明而设置在进入级区25内。然而，进入级区25 也可以包含其它装置，比如用于影响由流体流5携带的滴粒尺寸范围的凝聚过滤器。设备r具有中心对称的构造。滴粒分离器1再一次包括三个级区21、 22和23，其在此由环形的分离器结构2与收集 器3形成。毋庸置疑，级区数量也可以为2个或多于3个。待处理流体的流动由箭头50、 50'、 50"和51标示。在通过滴粒 分离器1之后，仍然装栽有液体剩余部分的流体流50，径向地传送到 中心，并且通过叶片60(箭头50，，)，并且在这种结构中，被设置成涡 流51。涡流51经由分离器级区6的基部61处的开孔而进入区域内， 液体的剩余部分借助适当形成的结构并且借助离心力而在该区域内 进一步减小。如在该例子中所示，这种类型的离心分离优选地作为 最后的级区而设置。在根据本发明的用于运行多级滴粒分离器的方法中，分离可在 比如具有至少部分溢流的分离器结构的第一级区内执行。在该方法 中，由分离后的液体形成的连续相，作为分离相而以气泡的形式从 流体流中传走。因此，小滴粒可沉淀于位于它们表面上的单独气泡 内。流体流可以这种方式被测量，从而在具有较高液体负载的级区 内，压降达到导致溢流的数值。在根据本发明方法的一个特定应用中，这可成为必要不太大 的压差存在于包含待分离液体的湿润流体流与未包含待分离液体的干燥流体流5，之间。在这种情况下并且以装置r为例，按照以下情况进行处理是可能的在装置l +中，干燥流体流的总压降作为其容积流率的函数而被测量。装置r然后借助湿润流体流5而运行，湿润流体流5上发生 压降，该压降未超过干燥流体流的对应压降的两倍数值，或者不同的预定数值。如果超过预定数值的话，湿润流体流5以这种方式减 小，从而实现指定的条件。 '在设备1中，其为分离器结构以串联形式在流动方向内连接起 来的结构，分离器结构表面上液膜的厚度通过导离液体的中间级区 而减小。朝前的液膜厚度上出现的滴粒分离，仅仅在较高的液体流 或气体流中出现。此外，获得了单独级区的液力脱离，因为分离后 的液体不再流经所有的存气体流内定位于其前面的级区。由根据本发明的设备1导致成为可能的优点是通过选择分离 器结构的适当密度(特定表面)，并且结合分离收集与导离液体，分离 器表面上的流体膜可被控制。这也是可能的通过分离器结构的部 分溢流而有意地获得聚积，分离器结构的部分溢流可通过比如在一 个级区处省略液体排放而实现，从而在滴粒从该级区脱离的情况下， 滴粒分离可发生于下一个级区。如果分离器设备的零件设置在流体流5的下游确保必要分离效 率的话，那么可提供最低级区的溢流，因为它在空间尽可能节省的 结构意义上讲是有利的。流体截面通过一层由于溢流而形成的泡沫 液体而被阻塞具有正面效果，因为精细液滴也在液体表面上聚积。 借助自液膜分离的滴粒生产，通常经历一种机理，该机理不同于借 助流体流5而馈入设备1的滴粒生产。来源于这种分离的点滴可显 著地大于滴粒，并且因此可更容易地在下一个级区中被分离。
权利要求
1.一种设备(1)，用于将液体从装载有液滴的流体流(5)中分离出去，所述流体流可以相对于分离后的液体以逆流的形式而导向经过分离器结构(2)，其中分离后的液体从所述分离器结构的表面流走，所述分离器结构形成至少两个级区(21、22)，并且每个分离器结构具有用于供所述流体流进入的入口区域(20a)，所述入口区域(20a)设置成低于对应的出口区域(20b)，其特征在于，具有多个级区，在每种情况下，它们的入口区域处设置有供液体(41、42)从所述级区回流的收集器(3)，并且所述每个收集器分别借助收集通道(32)而连接到收集线(4)上。
2. 如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述每个分离器结-构(2)由一组分离元件和/或一组堆叠层制成，其由丝线，尤其是金属 丝线编织或针织而成。
3.如权利要求1或2所逸的设备，其特征在于，至少一个级区 包括有序包装，其中所述包装尤其形成了交叉的沟道结构，并具有 复合层的皱箔或折叠成Z字形的箔片，其在垂直地对齐的层内形成 了倾斜的流动沟道，并且其中所述相邻层的流动沟道互相打开地交 叉。
4. 如权利要求1到3中4壬何一项所述的设备，其特征在于，所 述分离器结构(2)具有不同尺寸的特定表面区域，并且所述特定表面 区域尤其在所述流体流(50)的流动方向上增加。
5. 如权利要求1到4中j壬何一项所述的设备，其特征在于，所 述收集器(3)由多个收集元件(31)组装而成，其中所述收集元件为平行 地设置的收集槽，所述收集槽之间有用于供所述流体流直接进入所 述分离器结构内的间隙，或者每个收集元件包括至少一个收集表面 和通向所述收集沟道的收集槽，所述收集器具有用于所述流体流的 通道开口或间隙，其分布在所述相关分离器结构的所述入口区域上，并且所述流体流的直4妄通过，借助相邻收集元件表面部分的偏转而 被完全地或直到至少50%地防止。
6. 如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述收集器(3)除了 具有所述收集功能之外，还具有作为所述流体流(5)偏转结果的分离 功能。
7. —种具有如权利要求1到6中任何一项所述设备(l)的设备 (r),其特征在于，在一个区域内，所述流体流(50)可被设置成涡流 (51)，从而使液体可在适当设计的结构内，借助离心力而被分离，并 且这种类型的离心分离优选地设置在最后的级区内。
8. —种用于运行多级滴粒分离器的方法，所述多级滴粒分离器为如权利要求1到7中任何一项所述的设备(i)或装置(r)，其特征在于，在至少两个或优选地在所有级区(21、 22、 23)内分离的液体一皮收 集器(3)收集起来，并且将所述液体从所述级区供应至所述收集线(4)。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，在至少一个级区(21) 内，分离借助至少部分溢流的分离器结构(2)而执行，其中由分离后 的液体形成的所述液体流的连续相，以气泡的形式并作为离散相而 被传走。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述流体流以这种 方式被测量，从而在具有较高液体负载的所述级区内，所述压降达 到了导致溢流的数值。
全文摘要
一种设备(1)用于将液体从装载有液滴的流体流(5)中分离出去，流体流可以相对于分离后的液体以逆流的形式而导向经过分离器结构(2)。分离后的液体从分离器结构的表面流走。分离器结构形成至少两个级区(21、22)。每个分离器结构具有用于供流体流进入的入口区域(20a)，入口区域(20a)设置成低于对应的出口区域(20b)。具有多个级区，在每种情况下，它们的入口区域处设置有供液体(41、42)从级区回流的收集器(3)。每个收集器分别借助收集通道(32)连接到收集线(4)。
文档编号B01D46/10GK101274180SQ20071030536
公开日2008年10月1日 申请日期2007年12月21日 优先权日2006年12月22日
发明者D·埃格 申请人:苏舍化学技术有限公司