专利名称：用于从包含气体和液体的混合物中移除液体的分离装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于从包含气体和呈液滴形式的液体的混合物中移除至少部分液体的分离装置。
背景技术：
由地下储层(诸如天然气、伴生气和煤层甲烷)产生的气体流或者由(部分)氧化过程产生的气体流通常除了有关的气态产物(诸如甲烷、氢气和/或氮气)之外，还包含不定量的气态污染物(诸如二氧化碳、硫化氢、氧硫化碳、硫醇、硫化物以及芳族含硫化合物)。对于这些气体流的大部分应用，根据具体的污染物和/或用途，这些污染物需要被部分或者几乎全部移除。通常，需要移除硫化合物达到百万分之几(ppm)的水平，有时候需要移除二氧化碳达到百万分之几的水平，(例如液化天然气(LNG)应用)，或者降到2或3体积百分比(例如用作可燃气体)。可存在高级烃，该高级烃根据应用可被回收。一种用于移除这些气态污染物的方法是将它们液化并且借助于液/气分离方法将如此获得的液体移除。在WO 2008/082291A1以及WO 2005/118110A1中，已经描述了一种分离装置，该分
离装置用于从天然气流中移除已液化的污染物(诸如二氧化碳和硫化氢)。所述分离装置包括通常水平的离心分离器，以实现已液化的污染物与气体流的分离，从而获得富含污染物的液相和贫污染物的气相。然而，这些已知分离装置的缺点是仍然存在提高从进料流移除已液化的污染物的效率的相当大余地，同时确保可达到接近于污染物凝结程度的热力学预测的水平。再者， 存在用于改进液体处理系统以确保得到一种更加紧凑、重量较轻、占地面积最小的分离装置的余地。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种设备，该设备在从进料流中分离出诸如二氧化碳和硫化氢的已液化的污染物方面呈现出提高的分离效率。另一个目的是提供了一种改进的且更加紧凑的内部液体处理系统。令人惊讶的是，已经发现当使用包括特定串联(cascade)的分离部段的分离装置时，这可以得以实现。因此，本发明提供了一种用于从混合物中移除至少部分液体的分离装置，该混合物包含气体和呈液滴形式的液体，该分离装置包括a)壳体，该壳体包括用于从混合物中分离出液体的第一分离部段、第二分离部段和第三分离部段，其中第二分离部段布置在第一分离部段下方并且在第三分离部段上方， 各个分离部段彼此连通，第二分离部段包括旋转聚结器元件；b)用于将混合物引入第一分离部段中的沿切向布置的进口装置；C)用于从第一分离部段移除液体的装置；
d)用于从第三分离部段移除液体的装置；以及e)用于从第三分离部段移除贫液的气态流的装置。根据本发明的分离装置在从进料流(诸如天然气流、合成气流或烟道气流)中移除已液化的污染物(诸如二氧化碳和硫化氢)方面呈现出优良的效率。此外，本分离装置构成了一种非常引人注目的、更加紧凑的内部液体处理系统。优选地，第一分离部段包括轴向旋流器。如本领域技术人员所理解的，沿切向布置的进口装置确保混合物沿切向引入第一分离部段中，使得混合物在第一分离部段内部旋流。根据本发明使用的旋转聚结器元件优选地包括用于从混合物中分离出液滴的通道组件。根据本发明使用的适当的旋转聚结器元件例如已经在WO 2008/082291, WO 2006/087332、WO 2005/118110、WO 97/44117、WO 2007/097621 和 WO 94/23823 中有描述， 这些文件通过引用合并于本文。旋转聚结器元件本身可具有许多已知的形式，例如可包括多层丝网的床，该丝网尤其是金属丝网或非金属丝网，例如有机聚合物丝网，或者包括一层叶片或一层结构化填料。再者，可使用非结构化填料，而且还可存在一个或多个盘(tray)。在径向方向上流动是可能的或其可由于使用离散通道而受到限制，该离散通道可定位成与旋转中心平行或接近平行。可选地，具有对流动有较高阻力的层可存在于聚结器元件中或上、在流动方向上的任何位置处，该层的目的是改善沿着聚结器元件的水平进口平面的流动分布并且防止循环流动。所有这些种类的聚结器具有下列优点可从市场上获得，或者可通过已知技术制造，以及根据本发明在第二分离部段中呈现出有效操作。优选地，旋转聚结器元件是离散通道组件，所述离散通道允许主流动方向平行于或偏离于旋转中心。可替代地，旋转聚结器元件是具有一层或多层丝网的床，该丝网尤其是金属丝网或非金属丝网，例如有机聚合物丝网，其还允许液体和气体在径向方向上流动。根据本发明使用的旋转聚结器元件优选包括用于从混合物中分离出液滴的通道组件。优选地，旋转聚结器元件包括一束平行通道，该束平行通道布置在转动管内、平行于转动管的旋转轴线。优选地，旋转聚结器元件的通道组件或者转动管围绕轴布置，该轴使旋转聚结器元件转动，该旋转聚结器元件具有外壁和内壁，该内壁附接至轴，其中旋转聚结器元件的外半径(Ro)与旋转聚结器元件的内半径(Ri)的比值(Ro/Ri)在1. 1至15之间，该比值(Ro/ Ri)优选地在2至3之间。优选地，内半径(Ri)和轴半径(Rs)的比值在1至5之间，该比值(Ri/Rs)优选地在1至2之间。优选地，根据本发明使用的旋转聚结器元件包括在壳体轴线的一部分长度上的多根管，该多根管围绕旋转中心轴线布置，该旋转聚结器元件包括多个穿孔盘，其中盘的穿孔形成了管。将知晓的是，盘可通过在较薄的盘中钻出或切割出多个穿孔而容易地形成。通过将若干个盘附接到一起，这些盘形成分离主体。通过使这些穿孔对准，获得这些管。
现在，附接这些盘使得穿孔没有完全对准是十分容易的。通过改变未对准穿孔的数量和性质，可使得所产生的管有任何期望的形状。在这些情况下，不仅可获得不完全平行于旋转中心轴的管，而且可获得围绕旋转轴线形成螺旋形状的管。所以，以这种方式，可非常容易地获得具有不平行管的优选实施例。因此，优选的是，布置盘的穿孔，以使得管并不平行于旋转中心轴线，或者围绕旋转轴线形成螺旋形状。此外，将知晓的是，增大或减小穿孔的直径是相对容易的。从而，本领域技术人员容易在其配置时使管的(液压)直径适合，进而使雷诺数适合，以使得其可令其满意地很容易确定管中的流动是层流或湍流，或者确保获得在垂直于流动方向的平面上流动的某一分布。这些盘的使用还使得本领域技术人员能够改变沿着壳体轴线的管直径。可选择该改变的直径，以使得靠着管壁所收集的分离出的液体或固体污染物不会完全阻塞管，该阻塞妨碍设备的操作。本领域技术人员现在能够使分离主体的多孔性最大化。盘的简单结构使得本领域技术人员为盘小心地设置如他期望的一样多个穿孔。他还可选择穿孔的形状。这些穿孔可具有圆形横截面，而且还可能是正方形、五边形、六边形、八边形或椭圆横截面。所以，他可以使分离主体的壁厚以及管的壁厚最小化。他能够选择管的壁厚和形状，以使得通过壁对分离主体的横截面做出贡献的表面面积最小。这意味着可使分离主体上的压降最小化。该设备可具有小量或大量的管。正如在现有技术设备中所解释的，管的数量适当地从100到1，000, 000变化，优选地从500到500，000变化。管的横截面的直径可根据气体的量以及污染物的量和性质(例如液滴尺寸分布)以及所期望的污染物移除效率而改变。 适当地，直径从0. 05毫米到50毫米，优选地从0. 1毫米到20毫米，更优选地从0. 1毫米到 5毫米。应理解的是，在圆形横截面的情况下，直径是半径的两倍，或者在任何其他形状的情况下，直径是最大对角线。根据本发明的旋转聚结器元件可适当地具有从0. 1米到5米的范围内的径向长度，该径向长度优选地从0. 2米到2米的范围内。轴向长度便利地在从0. 1米到10米的范围内，优选地在从0. 2米到5米的范围内。盘的数量也可在很大数量内变化。可能的是，如果需要简单分离和/或在穿孔可很容易形成时，则仅仅具有两个盘。其他考虑事项可以是是否期望平行的管，或者是否想要相同直径。适当地，盘的数量从3到1000变化，优选地从4到500变化，更优选地从4到 40变化。当使用更多个盘时，本领域技术人员将发现逐渐改变管的直径和/或构造不平行的管较为容易。此外，通过增加或减少盘的数量，本领域技术人员可改变管的长度。因此， 当情况或气体成分改变时，本领域技术人员可容易使管的长度适于为本发明的设备提供最佳条件。盘的尺寸选择成使得径向直径适当地从0. 1米到5米变化，优选地从0. 2米到2 米变化。期望改变形状等时，盘的轴向长度可根据结构可能性而变化。适当地，每个盘的轴向长度从0. 001米到0. 5米变化，优选地从0. 002米到0. 2米变化，更优选地从0. 005米到 0. 1米变化。虽然盘可由各种材料制成，这些材料包括纸、卡片和箔，但是优选的是用金属或陶瓷制造盘。金属盘可具有以下优点它们可被容易地穿孔并且被组合，以使坚固的分离主体稳固。根据需要被纯化的材料，可选择适当的金属。对于一些应用，碳钢是适当的，而对于另一些应用，尤其是在要分离腐蚀性材料时，可优选不锈钢。陶瓷材料具有以下优点它们可被挤压成所期望的形式，例如具有突出管的蜂窝结构。典型地，选择陶瓷的母体材料，以形成密集或低孔隙度的陶瓷。从而，固体或液体污染物被迫沿着管壁流动，而不穿过或几乎不穿过壁的陶瓷材料。陶瓷材料的例子是可选择地具有不同类型和浓度的改良剂的硅土、氧化铝、氧化锆，以使得其物理和/或化学特适应该气体和污染物。盘可以各种方式组合成分离主体。本领域技术人员将知晓的是，这可取决于制造盘的材料。便利的方式是将盘附接至轴，该轴提供旋转轴线。组合盘的适当方法包括将这些盘夹在一起，而且可将它们胶粘在一起或者焊接在一起。可替代地，盘可被叠置在圆柱形套筒中。该套筒还可至少部分地代替轴。这对于挤压出的盘是便利的，因为将不需要轴的中心开口。优选的是具有焊接在一起的金属盘。在本发明的一个适当的实施例中，旋转聚结器元件存在于第二分离部段的整个横截面上方。本分离装置的第二分离部段可包括第二旋转聚结器元件，该第二旋转聚结器元件也适当地在第二分离部段的整个横截面上。这具有以下优点更多的液滴可在第二分离部段中从混合物中移除。优选地，第二旋转聚结器是具有一层或多层丝网的床，该丝网尤其是金属丝网或非金属丝网，例如有机聚合物丝网。一旦使用一系列的两个旋转聚结器元件，将应用中间阶段的液体收集装置。优选地，旋转聚结器元件包括引导装置，该引导装置用于将液体从聚结器元件的下游部分引导到用于收集液体的装置中。适当地，这种引导装置是从旋转聚结器元件的外圆周向下延伸的套筒。更优选地，这种套筒相对于轴具有大于旋转聚结器元件(Ro)的外半径的半径。可替代地，聚结器元件的外半径的外部0. 1-20%部分中不存在开口通道。适当地，在旋转聚结器元件的端部部分处，套筒借助于从轴沿向外方向延伸的连接部分而连接到聚结器元件。适当地，连接部分具有稍微弯曲的形式。优选地，连接部分形成套筒的一部分。适当地，套筒固定到聚结器元件的底部附近的竖向位置处，例如固定到第一分离部段的收集环的底部，从而允许经由该静态套筒将液体从聚结器元件的下游部分引导到用于收集液体的装置。优选地，套筒在流动方向上具有发散的形状，以将离心液体推力增加到第三分离部段的内部收集环。适当地，静态套筒或旋转延伸的套筒设置有流道装置，以使得液体流道穿过套筒本体材料，该流道装置例如是孔、多孔部分或者直或弯的缝隙。这些装置允许液体在抵达套筒的下游端部之前有效地进入下部收集环中。可流过流道装置的任何气体可通过套筒与收集环之间的间隙流回到主气体流中。适当地，为了防止将液体再次夹带到气体流中，安装例如喷雾垫(mistmat)装置，以使得进入收集环的任何气体不得不流过该喷雾垫而到达主气体流。适当地，套筒的下游端部设置有挡板，用于将液体从下部液体收集环导走，或者当液体通过上述缝隙、孔或多孔部分已经被移除时，将气体从下部液体收集环导走。适当地，用于形成混合物在第一分离部段和/或第三分离部段中的旋转的装置在第一分离部段和/或第三分离部段中被安装在轴上。适当地，这些装置包括附接至轴的许
优选地，用于从第一分离部段移除液体的装置和用于从第三分离部段移除液体的装置包括内部收集环。在第一分离部段中使用的内部收集环包括帽，该帽罩住内部收集环的上部的一部分，该帽形成第一分离部段的底部的一部分。优选地，该帽在收集环方向上具有发散的形状。更优选地，该帽相对于分离装置的轴的角度在从90°到45°的范围内，优选地在从 88°到75°的范围内。适当地，用于从第一分离部段移除液体的装置和用于从第三分离部段移除液体的装置包括用于从分离装置收回液体的出口。适当地，所述出口与一个或多个液体收集容器连通。优选地，液体收集容器包括堰(weir)设备，该堰设备用于调节通过出口液体流量和液位，和/或调节液位，和/或确保在用于从第一分离部段移除液体的装置以及用于从第二分离部段移除液体的装置中的液体密封。堰在液体收集装置中的功能是确保防止气体从分离器中流到收集容器中的液体密封，而与朝向液体收集容器的实际液体流速无关。即使在某时在一些位置处液体流速为零，喷嘴和堰中滞止液体池将仍起到密封件的作用。分离器与液体收集容器之间的过多气体循环将导致凝结的污染物的热量汇集和蒸发的增大，这将导致较低的总体性能。优选地，液相收集容器包括用于均衡分离装置和液体收集装置中的压力的装置。 这些装置适当地包括允许气体往返于第一分离部段或第三分离部段流动的管。优选地，轴经由第一分离部段、第二分离部段和第三分离部段延伸到壳体的底部部分，或者轴经由第一分离部段和第二分离部段延伸到旋转聚结器元件的底部部分。更优选地，轴延伸到聚结器元件的底部部分下方，其中直径逐渐增加到延伸部，以使得其将气体流从轴向方向引导向到径向方向，这允许气体的径向出口位于聚结器元件正下方，优选地位于用于将液体引导到第三分离部段的内部收集环的引导装置正下方。可替代地，轴的下部部分的在聚结器元件下方的一部分与上部部分断开连接并且是静止的。优选地，用于从第一分离部段移除液体的装置和用于从第三分离部段移除液体的装置包括用于使液体经过液体收集部段的设备，该液体收集部段布置在第三分离部段下方，该液体收集部段与第一分离部段和/或第三分离部段连通，并且包括用于从壳体收回液体的出口。这种用于使液体流过液体收集部段的装置优选地包括竖向布置的导管，所述导管从有关的分离部段延伸到液体收集部段中。适当地，旋转聚结器元件包括用于将液体引入第三分离部段的内部收集环中的装置。优选地，第一分离部段的外半径(Rol)和旋转聚结器元件的外半径(RM)的比值在1至2之间，该比值(Rol/Ro2)优选在1. 05至1. 2之间。优选地，第三分离部段的外半径(RM)与旋转聚结器元件的外半径(RM)的比值在1至2之间，该比值(Ro3/Ro2)优选在1. 05至1. 2之间。适当地，轴联接到用于使旋转聚结器元件旋转的马达。优选地，在一个或多个内部收集环中布置有挡板，以减小液体的切向速度。这可减少所收集的液体再次夹带到气体流中，因而提高了总液体移除效率。再者，其可改善所收集的液体流入喷嘴的流动，该喷嘴用于将液体从收集环运输到分离器的内部或外部的任何其他部段。在本发明的一个优选实施例中，第三分离部段包括扩散部分。该扩散部分用于收集从聚结器元件的底部流出的气体流，并且该扩散部分被设计成使得保持平滑的流型。优选地，例如如泵或风机技术领域的技术人员已知的，气体收集通道精确地调节流出聚结器元件的气体累计体积。该累计体积的方法还设置空间用于来自位于扩散部分上方的液体收集装置的引导管。这些管设置用于在壳体的底部部分中收集液体。优选地，扩散部分包括气体收集管和用于从壳体收回贫液的气态流的出口。优选地，气体收集管的宽度在用于收回气态流的出口的方向上增加。在本发明的一个优选实施例中，旋转聚结器元件中的通道长度在旋转聚结器元件的外半径方向上减小。优选地，根据本发明的分离装置包括流量传感器，该流量传感器布置在用于将混合物引入第一分离部段中的沿切向布置的进口装置中或上游，该流量传感器控制电动机， 因而控制聚结器元件的旋转速度。以这种方式，步骤3)中的聚结器元件的旋转速度取决于步骤1)中被引入第一分离部段中的混合物的旋转速度。本发明还提供了一种使用分离装置从混合物中移除至少部分液体的方法中，该混合物包括气体和呈液滴形式的液体，该方法包括1)将混合物沿切向引入分离装置的第一分离部段，在第一分离部段中，液体与气体分离；2)从第一分离部段移除液体在步骤1)中所获得的已分离的液体；3)使得在步骤2、中所获得的呈液滴形式的液体和气体的剩余混合物进入分离装置的第二分离部段，该第二分离部段包括旋转聚结器元件，在该旋转聚结器元件中，进一步将液体与气体分离；4)使得在步骤幻中所获得的呈液滴形式的液体和气体的剩余混合物进入分离装置的第三分离区，在该第三分离区中，进一步将液体与气体分离；5)从第三分离部段移除液体在步骤4)中所获得的已分离的液体；以及6)从第三分离部段移除液体贫液的气相。适当地，本方法中的步骤1)中，液体通过使液滴在离心力作用下迁移到第三分离部段的内壁而与气体分离，在步骤幻中，经由内壁从分离装置中移除液体，或者液体流到布置在第三分离部段下方的液体收集部段。优选地，在本方法的步骤1)中，液体通过使液滴在离心力作用下迁移到第一分离部段的内壁而与气体分离，经由内壁，液体流到布置在第三分离部段下方的液体收集部段。适当地，本方法中的步骤4)中，液体通过使液滴在离心力作用下迁移到第三分离部段的内壁而与气体分离，在步骤幻中，经由内壁从分离装置中移除液体，或者液体流到布置在第三分离部段下方的液体收集部段。优选地，在本方法的步骤4)中，液体通过使液滴在离心力作用下迁移到第三分离部段的内壁而与气体分离，经过该内壁，液体流动到布置在第三分离部段下方的液体收集部段。优选地，第一分离部段中的压力比第三分离部段中的压力高。
当使用布置在第三分离部段下方的液体收集部段时，本方法适当地包括以下步骤1)将混合物沿切向引入分离装置的第一分离部段，在该第一分离部段中，液体与气体分离；2)从第一分离部段移除液体在步骤1)中所获得的已分离的液体；3)使得在步骤2、中所获得的呈液滴形式的液体和气体的剩余混合物进入分离装置的第二分离部段，该第二分离部段包括旋转聚结器元件，在该旋转聚结器元件中，进一步将液体与气体分离；4)使得在步骤幻中所获得的呈液滴形式的液体和气体的剩余混合物进入分离装置的第三分离区，在该第三分离区中，进一步将液体与气体分离；5)从第三分离部段移除液体在步骤4)中所获得的已分离的液体；6)从第三分离部段移除液体贫液的气相；7)在布置在第三分离部段下方的液体收集部段中收集在步骤幻和步骤幻中所移除的液体，其中液体收集部段的压力补偿通过保持用于在步骤幻和步骤幻中移除液体的装置(优选导管)中的液压头来实现；以及8)从液体收集部段的底部部分中移除液体。适当地，在本方法的步骤1)和/或步骤4)中，通过包括呈液滴形式的液体和气体的混合物或剩余混合物的旋流流动来产生离心力。优选地，在步骤1)中引入第一分离部段中的混合物具有旋流流动。优选地，在步骤1)中与气体分离的液滴的平均颗粒尺寸大于在步骤3)中与气相分离的液滴的平均颗粒尺寸。适当地，在步骤3)中与气体分离的液滴的平均颗粒尺寸小于在步骤4)与气体分离的液滴的平均颗粒尺寸。在步骤1)中与气体分离的液滴的平均颗粒尺寸在15-200微米的范围内。适当地，第一分离部段中的混合物的流速低于第二分离部段中的剩余混合物的流速。适当地，旋转聚结器元件以在100到3000rpm(转/分)之间的速度旋转，优选地以在1000到2000rpm之间的速度旋转。实际转速可选择成使得第三分离部段的转速与第一分离部段1中的转速的比值在1到20的范围内，优选地在1到10的范围内。该比值可通过根据混合物的实际体积流量和质量密度，适当地选择用于将混合物引入第一分离部段中的沿切向布置的进口装置的尺寸以及聚结器元件的旋转速度进行设置。优选地，在步骤3)中的聚结器元件的旋转速度取决于在步骤1)中被引入到第一分离部段中的混合物的旋转速度。例如，这可通过流量传感器来实现，该流量传感器布置在用于将混合物引入第一分离部段中的沿切向布置的进口装置中，该流量传感器控制电动机，从而控制聚结器元件的旋转速度。在本发明的一个优选实施例中，在本方法的步骤6)中所获得的贫液的气相例如通过利用化学溶剂(例如含水胺溶液，尤其是含水乙醇胺，诸如DIPA、DMA、MDEA等等)或者利用物理溶液(例如冷甲醇、DEPG、NMP等等)来提取剩余的酸性成分而被进一步纯化。适当地，液体要从其中被移除的混合物被连续地提供、连续地冷却和连续地分离。
适当地，混合物中的气体包括天然气、合成气或者烟气，而呈液滴形式的液体包括二氧化碳、一氧化碳和/或硫化氢及它们与各种烃的混合物。混合物可以是来自(局部)氧化过程中的气体流，该气体流包括二氧化碳，该二氧化碳作为已液化的气态污染物。天然气流适当地包括在0. Ivol % (体积百分比)至60Vol%之间的硫化氢，优选地在20vol%至40vol%之间的硫化氢。天然气流适当地包括在Ivol%至90vol%之间的二氧化碳，优选地在5V01%至80VOl%之间的二氧化碳。根据本发明使用的天然气流包括在20VOl%至80VOl%之间的甲烷。为了确保诸如二氧化碳和硫化氢的污染物被液化，并且以液滴的形式存在，在步骤1)中被引入第一分离部段中的混合物适当地源于相应的原料气体流，该原料气体流被冷却以确保污染物呈液滴形式。原料气体流可在外部被冷却，或者在原料气体流的压力充分高的情况下，可通过原料气体流的膨胀来实现冷却。组合也是可能的。用于冷却原料气体流的适当方法是进行几乎等熵膨胀，尤其是借助于膨胀机，优选借助于透平膨胀机或拉瓦尔喷管。另一种适当的方法是用于通过等焓膨胀来冷却原料气体流，尤其是通过节流口或阀门上的等焓膨胀，尤其是通过焦耳汤姆逊阀上的等焓膨胀。在一个优选实施例中，在膨胀之前预冷却原料气体流。这可依靠外部冷却回路来实现或者依靠冷的内部工艺流(例如液体酸污染物)来实现。优选地，在膨胀之前将气体流预冷却到在25°C至-30°C之间的温度，优选地在15°C至-10°C之间的温度。尤其是在进料气体流已被压缩时，进料气体流的温度可在100°C至150°C之间。在这种情况下，可使用空气冷却或水冷却来首先降低温度，随后可选地进行进一步冷却。另一种适当的冷却方法是与冷流体介质(尤其是外部制冷剂，例如丙烷循环、乙烷/或丙烷级联循环、或者混合制冷剂循环)进行热交换，可选地与内部处理回路组合，适当地是污染物流(液体或泥浆)、冷富甲烷流。适当地，在步骤1)中引入第一分离部段的混合物具有在-30°C至-80°C之间的温度，优选地在_40°C至_65°C之间。在这些温度下，诸如二氧化碳和硫化氢的污染物将至少部分以液滴形式存在。原料气体流可被预处理，以部分或完全地移除水和可选的一些重质烃。这可例如借助于预冷却循环，依赖外部冷却回路或者冷的内部过程流来实现。水还可借助于分子筛 (例如沸石、或者硅胶或氧化铝或其他诸如乙二醇、MEG、DEG或TEG、或甘油的干燥剂)进行预处理而被移除。原料气体流中的水量适当地少于Ivol %，优选地少于0. Ivol %，更优选地少于 0. OOOlvol %。该原料气体流，尤其是从地下地层产出的天然气流，可典型地包含水。为了防止在本过程中形成气体水合物，至少一部分水可被适当地移除。所以，在本方法中使用的气体流优选地已经被脱水。传统的方法可实现这一点。适当的方法是WO-A 2004/070297中所描述的一种方法。用于形成甲烷水合物或干燥天然气的其他方法也是可能的。其他脱水方法也是可能的，包括利用分子筛进行处理，或利用乙二醇或甲醇进行干燥处理。适当地，水被移除，直到气体流中的水量基于总气体流至多包含50ppmw，优选地至多包含20ppmw，更优选地至多包含Ippmw的水。在步骤6)中所获得的气相可用作产物。还可能的是，期望在步骤6)之后对回收的脱硫烃气体(sweet hydrocarbon gas)进行进一步处理和/或提纯。例如，脱硫烃气体可进行分馏。进一步的提纯可通过利用链烷醇胺流体进行吸收来实现，可选地该链烷醇胺流体与砜(例如四亚甲基砜(tetramethylene sulphone)(环丁砜(sulpholane)))相组合、 与N-甲丁丁内酰胺(N-methyl pyrrolidone)相组合或者与甲醇相组合进行吸收。当在较高压力想要脱硫气体时，其他处理可包括进一步压缩。
本发明将借助于图1-3进行进一步说明。
具体实施例方式参照图1，包含液体成分的天然气可借助于沿切向布置的进口装置3而被引入壳体2的第一分离部段1中。在第一分离部段1中，包含在天然气的液体通过使液滴在离心力作用下迁移到第一分离部段1的内壁4而与气体分离。经由内壁4，液体流到内部收集环5，该内部收集环包括用于将液体从壳体2中收回到液体收集容器7的出口 6，该液体收集容器包含堰8，以确保防止气体从壳体2流向液体收集容器7的液体密封。内部收集环5 设置有挡板9，以降低液体的切向速度，从而减少所收集的液体再次夹带到气体流中，产生提高的总液体移除效率。内部收集环5设置有帽10，用于减少在内部收集环5内部所收集的液体与该环上方的旋流的气体/液体混合物之间的接触，从而阻止液体再次夹带到旋流的气体/液体混合物中。剩余的天然气/液体混合物然后流过包括聚结器元件12的第二分离部段11，该聚结器元件在轴13上旋转，该轴连接到电动机14。轴13延伸到壳体2的底部部分。液体从聚结器元件12的底部连同剩余的气体/液体混合物一起被引入第三分离部段16中，在该处，进一步的液体通过使液滴在离心力作用下经由延伸的套筒15迁移到壳体2的内壁4而与气体分离。经由内壁4，液体流到内部收集环17，该内部收集环包括用于将液体从壳体2回收到液体收集容器19的出口 18，该液体收集容器19包括堰20，以确保防止了气体从壳体2流向液体收集容器19的液体密封。该内部收集环17设置有挡板 21，用于降低液体的切向速度，从而减少所收集的液体再次夹带到气体流中，产生提高的总液体移除效率。气体流然后借助于出口装置22从壳体2的底部部分中被移除，该气体流是贫液的。参照图2，包含液体成分的天然气借助于切向设置的进口装置3而被引导入壳体2 的第一分离部段1。在第一分离部段1，包含在天然气中的液体通过在离心力作用下将液滴迁移到第一分离部段1的内壁4而从气体中被分离。经由内壁4，液体流到内部收集环5， 该内部收集环包括用于将所收集的液体从内部收集环5导向到液体收集部段7的管6。为了确保液体密封，该液体密封防止气体从分离部段1流到液体收集部段7，该管6延伸接近液体收集部段7的底部。内部收集环5设置有挡板9，以降低液体切向速度，从而减少所收集的液体再次夹带到气体流中，导致了改善的全部液体移除效率。内部收集环5设置有帽 10，以减少内部收集环5内部所收集的液体与该环上面的旋流气体/液体混合物之间的摩擦，从而阻止液体再次夹带在旋流的气体/液体混合物中。然后，剩余的天然气体/液体混合物流过第二分离部段11，该第二分离部段包括聚结器元件12，该聚结器元件在轴13上旋转，该轴连接到电动机14。该轴13延伸到聚结器元件12的底部，或者可被延伸到扩散部分16中或正下方。然后，液体与剩余的气体/液体混合物一起从聚结器元件12的底部被导入第三分离部段15中，在该处，进一步的液体通过使液滴在离心力的作用下经由延伸的套筒17迁移到壳体2的内壁4而与气体分离。在该扩散部分16中，从聚结器元件12的底部排出的气体流被收集，并且其被设计成使得保持平滑的流型。优选地，如泵或风机技术领域的技术人员所知晓的，气体收集通道精确地调节排出聚结器元件12的气体的累计体积。 经由液体导向管18，液体从第三分离部段15流经扩散部分16而流到液体收集部段7。贫液的气体流从第三分离部段15经由出口装置19被移除，而液体流从壳体2的底部部分借助于出口装置20被移除。 在图3中，显示出如图2所示壳体2的横截面。包含液体成分的天然气借助于沿切向布置的进口装置3被引入壳体2的第一分离部段中。聚结器元件12围绕轴13布置， 该轴延伸到扩散部段16，该扩散部段包括气体收集管21和出口装置19，贫液的气态流从壳体2通过该出口装置被收回。气体收集管21优选具有在朝向出口装置19的方向上增大的宽度。另外，示出了管22，该管在壳体2的底部处将来自第三分离部段15(图幻的液体管 18(图幻和来自液体收集环5(图幻的液体管6(图幻引导到液体收集部段7。
权利要求
1.一种用于从混合物中移除至少部分液体的分离装置，所述混合物包括气体和呈液滴形式的液体，所述分离装置包括a)壳体，所述壳体包括用于从混合物中分离出液体的第一分离部段、第二分离部段和第三分离部段，其中第二分离部段布置在第一分离部段下方并且在第三分离部段上方，各个分离部段彼此连通，以及第二分离部段包括旋转聚结器元件；b)用于将混合物引入第一分离部段中的沿切向布置的进口装置；c)用于从第一分离部段移除液体的装置；d)用于从第三分离部段移除液体的装置；以及e)用于从第三分离部段移除贫液的气态流的装置。
2.根据权利要求1所述的分离装置，其中第一分离部段包括轴向旋流器。
3.根据权利要求1或2所述的分离装置，其中，旋转聚结器元件包括用于使液体与气相分离的通道组件。
4.根据权利要求3所述的分离装置，其中，旋转聚结器元件包括一束平行通道，所述一束平行通道布置在转动管内、平行于转动管的旋转轴线。
5.根据权利要求3或4所述的分离装置，其中，旋转聚结器元件包括在壳体的轴线的一部分长度上的多根管，所述多根管围绕旋转中心轴线布置，其中旋转聚结器元件由多个穿孔盘构成，其中所述穿孔盘的穿孔形成所述多根管。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的分离装置，其中，旋转聚结器元件的通道组件或者转动管围绕使旋转聚结器元件旋转的轴布置，所述旋转聚结器元件具有外壁和内壁， 所述内壁附接至所述轴，其中旋转聚结器元件的外半径(Ro)与旋转聚结器元件的内半径 (Ri)的比值(Ro/Ri)在1. 1至15之间，所述比值(Ro/Ri)优选地在2至3之间。
7.根据权利要求6所述的分离装置，其中，旋转聚结器元件的内半径(Ri)与轴半径 (Rs)之比在1至5之间，旋转聚结器元件的内半径与轴半径之比(Ri/Rs)优选地在1至2 之间。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的分离装置，其中，旋转聚结器元件包括引导装置，所述引导装置用于将液体从旋转聚结器元件的下游部分导入用于收集液体的装置中。
9.根据权利要求8所述的分离装置，其中，引导装置是从旋转聚结器元件的外圆周向下延伸的套筒，其中所述套筒优选地固定在聚结器元件底部附近的竖向位置处。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的分离装置，其中在第一分离部段和/或第三分离部段中、在轴上安装有用于实现第一分离部段和/或第三分离部段中混合物的旋转的装置。
11.根据权利要求1-9中任一项所述的分离装置，其中，用于从第一分离部段移除液体的装置和用于从第三分离部段移除液体的装置包括内部收集环。
12.根据权利要求1-10中任一项所述的分离装置，其中用于从第一分离部段移除液体的装置和用于从第三分离部段移除液体的装置包括用于从分离装置收回液体的出口。
13.根据权利要求11所述的分离装置，其中，所述出口与一个或多个液体收集容器连通ο
14.根据权利要求12所述的分离装置，其中，液体收集容器包括堰设备，所述堰设备用于调节流过出口的流动和/或调节液位和/或确保在用于从第一分离部段移除液体的装置和用于从第二分离部段移除液体的装置中的液体密封。14.根据权利要求6-13中任一项所述的分离装置，其中所述轴经由第一分离部段和第三分离部段延伸到壳体的底部部分，或者所述轴经由第一分离部段延伸到旋转聚结器元件的底部部分。
15.一种用于从混合物中移除至少部分液体的方法，所述混合物包括气体和呈液滴形式的液体，在所述方法中使用根据权利要求1至14中任一项所述的分离装置，所述方法包括1)将混合物沿切向引入分离装置的第一分离部段，在所述第一分离部段中，液体与气体分离；2)从第一分离部段移除在步骤1)中所获得的已分离的液体；3)使得在步骤幻中所获得的呈液滴形式的液体和气体的剩余混合物进入分离装置的第二分离部段，所述第二分离部段包括旋转聚结器元件，在所述旋转聚结器元件中，进一步将液体与气体分离；4)使得在步骤幻中所获得的呈液滴形式的液体和气体的剩余混合物进入分离装置的第三分离部段，在第三分离部段中，进一步将液体与气体分离；5)从第三分离部段移除在步骤4)中所获得的已分离的液体；以及6)从第三分离部段移除贫液的气相。
全文摘要
本发明提供了一种用于从混合物中移除至少部分液体的分离装置，该混合物包含气体和呈液滴形式的液体，该分离装置包括a)壳体，该壳体包括用于从混合物中分离出液体的第一分离部段、第二分离部段和第三分离部段，其中第二分离部段布置在第一分离部段下方并且在第三分离部段上方，各个分离部段彼此连通，第二分离部段包括旋转聚结器元件；b)用于将混合物引入第一分离部段中的沿切向布置的装置；c)用于从第一分离部段移除液体的装置；d)用于从第三分离部段移除液体的装置；以及e)用于从第三分离部段移除贫液的气态流的装置。本发明还提供了一种使用分离装置从混合物中移除至少部分液体的分离方法，该混合物包括呈液滴形式的液体。
文档编号B01D45/14GK102413896SQ201080018707
公开日2012年4月11日 申请日期2010年4月27日 优先权日2009年4月29日
发明者H·比利, N·马丁, R·范德瓦尔特, Y·A·波奇亚德 申请人:国际壳牌研究有限公司