СЕПАРАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗА
GAS SEPARATOR

Изобретение относится к области очистки газа от примесей, преимущественно от различного рода жидких сред, и может быть использовано для подготовки газа в газовой, газодобывающей, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.
Известен сепаратор для очистки газа, содержащий корпус с патрубками входа неочищенного газа, выхода газа и выхода жидкости, сепарационные элементы, расположенные на тарелке, оборудованной сливной трубой, в сепараторе установлен циклон, входное отверстие трубы входа газа которого смонтировано в полости патрубка входа неочищенного газа, а осевая зона соединена с концом трубы слива жидкости, см. RU Патент №2147914, МПК8 B01D 45/12, 2000.
Недостатком такого сепаратора является низкая эффективность сепарации мелкодисперсных частиц жидкости, связанная с недостаточной поверхностью коалесценции, которая ограничена поверхностью центробежных сепарационных элементов.
Известен сепаратор для очистки газа, содержащий вертикальный корпус, входную камеру, расположенные последовательно по ходу газа ступень центробежной сепарации, включающую множество расположенных параллельно прямоточных циклонных элементов, и ступень инерционного отделения, ступень инерционного отделения выполнена в виде тарелки с продольными окнами, снабженными наклонными козырьками, при этом инерционные сепарационные элементы установлены вертикально на тарелке, верхним концом примыкая к козырьку, при этом тарелка оборудована сливной трубой, конец которой соединен с емкостью сбора жидкости, а входная камера сепаратора снабжена закручивающим устройством, см. RU Патент №2056135, МПК B01D 45/12, 1996.
Недостатками сепаратора являются малая эффективность очистки при больших факторах скорости газового потока в сепараторе, т.е. при ,
где w - скорость газового потока, м/с;
3
ρ - плотность газа, кг/м,
при которых сколесцированная на инерционных сепарационных элементах жидкость будет подхватываться газовым потоком и выноситься из сепаратора, а также невозможность работы сепаратора по очистке газа при низких температурах газа (t≤0°С), при которых происходит обледенение сепарационных элементов. Также возможна кристаллизация на рабочих поверхностях сепаратора солей, содержащихся в жидкости.
Наиболее близким по технической сущности является сепаратор для очистки газа, содержащий корпус с патрубками входа неочищенного газа, выхода газа и выхода жидкости, и установленные в корпусе газораспределительное устройство и над ним фильтрующие секции, при этом входная фильтрующая секция выполнена в виде тарелки с прямоточно-центробежными сепарационными элементами, а выходная фильтрующая секция выполнена в виде не менее чем двух расположенных одна над другой разборных тарелок с кольцевыми сетчатыми насадками, а между тарелками расположена газораспределительная решетка, см. RU Патент №2252813, МПК B01D 45/12, B01D 45/26, 2005.
Недостатками известного сепаратора являются большая металлоемкость и малая эффективность очистки при факторах скорости газового потока в сепараторе больше трех, при которых происходит захлебывание каплеуловителей с сетчатыми насадками, что приводит к вторичному каплеобразованию и выносу вторичных капель потоком газа из сепаратора. Недостатком сепаратора является также невозможность работы сепаратора по очистке газа при низких температурах газа (t≤0°C), при которых происходит обледенение каплеуловителей с сетчатыми насадками, при этом возможна кристаллизация на рабочих поверхностях сепаратора солей, содержащихся в жидкости.
Задачей изобретения является создание сепаратора, позволяющего улучшить эффективность очистки газа при увеличении фактора скорости газового потока в сепараторе больше трех при положительной и отрицательной температурах газового потока.
Техническая задача решается тем, что сепаратор для очистки газа, содержащий корпус с патрубком входа неочищенного газа, выхода очищенного газа и выхода жидкости и расположенные в корпусе газораспределительное устройство и над ним фильтрующую секцию, выполненную в виде тарелки с прямоточными центробежными сепарационными элементами, в котором каждый центробежный сепарационный элемент фильтрующей секции снабжен коалесцирующим патроном, выполненным в виде перфорированного каркаса, на боковой поверхности которого расположены чередующиеся дренажные и с увеличивающейся в радиальном направлении пористостью коалесцирующие слои нетканого материала, закрепленные снаружи металлической сеткой, при этом каждый коалесцирующий патрон установлен соосно под центробежным сепарационным элементом и сообщен с расположенным под фильтрующей секцией дренажным коллектором, а под фильтрующей секцией сепаратор дополнительно имеет промывную секцию, включающую тарелки с прямоточными центробежными сепарационными элементами, при этом нижняя тарелка заполнена промывной жидкостью, и каждый сепарационный элемент нижней тарелки выполнен в виде цилиндрической обечайки, над кромкой которой установлена ловушка отделенной жидкости, а в нижней части обечайки установлен неподвижный лопастной завихритель газового потока, под лопастями которого выполнены выпуклостью внутрь и с осями, направленными в сторону закрутки газового потока, арочные прорези, расположенные ниже уровня промывной жидкости на тарелке.
Решение технической задачи позволяет улучшить эффективность очистки газа при увеличении фактора скорости газового потока в сепараторе больше трех при положительной и отрицательной температурах газового потока.
Сепаратор для очистки газа (см. фиг.1-5) содержит корпус 1 с патрубками входа неочищенного газа 2, патрубком выхода очищенного газа 3 и патрубком выхода жидкости 4, в корпусе 1 установлены газораспределительное устройство 5 и над ним фильтрующая секция 6 с прямоточными центробежными сепарационными элементами 7, каждый центробежный сепарационный элемент 7 фильтрующей секции 6 снабжен коалесцирующим патроном 8, который выполнен (см. Фиг.2) в виде перфорированного каркаса 9, на боковой поверхности которого расположены (см. Фиг.3) чередующиеся дренажные 10 и с увеличивающейся в радиальном направлении пористостью коалесцирующие 11 слои нетканого материала, закрепленные снаружи металлической сеткой 12, при этом каждый коалесцирующий патрон 8 установлен соосно под центробежным сепарационным элементом 7 и сообщен с расположенным под фильтрующей секцией 6 дренажным коллектором 13, а под фильтрующей секцией 6 сепаратор дополнительно имеет промывную секцию 14, включающую верхнюю тарелку 15 с прямоточными центробежными сепарационными элементами и под ней, заполненную промывной жидкостью нижнюю промывную тарелку 16 с прямоточными центробежными сепарационными элементами 17, при этом каждый сепарационный элемент 17 нижней промывной тарелки 16 (см. Фиг.4) выполнен в виде цилиндрической обечайки 18, над кромкой которой установлена ловушка отделенной жидкости 19, а в нижней части обечайки установлен неподвижный лопастной завихритель газового потока 20, под лопастями 21 которого на обечайке 18 (см. Фиг.5) выполнены выпуклостью внутрь, с осями, направленными в сторону закрутки газового потока, арочные прорези 22, расположенные ниже уровня промывной жидкости, подаваемой на тарелку 16 через штуцер 23.
Заявляемый сепаратор работает следующим образом.
Неочищенный газ через патрубок входа неочищенного газа 2 корпуса сепаратора 1 подается в газораспределительное устройство 5, в котором происходит очистка газового потока от механических примесей и частично от капельной жидкости, и который равномерно распределяет газовый поток по сечению сепаратора. Далее газовый поток поступает в установленную над газораспределительным устройством промывную секцию 14, включающую верхнюю тарелку 15 с прямоточными центробежными сепарационными элементами и под ней нижнюю промывную тарелку 16, на которую подается промывная жидкость через штуцер 23, с прямоточными центробежными сепарационными элементами 17, при этом каждый сепарационный элемент 17 промывной тарелки 16 выполнен в виде цилиндрической обечайки 18, над кромкой которой установлена ловушка отделенной жидкости 19, а в нижней части обечайки установлен неподвижный лопастной завихритель газового потока 20, под лопастями 21 которого на обечайке 18 выполнены выпуклостью внутрь, с осями, направленными в сторону закрутки газового потока, арочные прорези 22, расположенные ниже уровня промывной жидкости, подаваемой на тарелку 16 через штуцер 23. Неочищенный газ, проходя через неподвижный завихритель, закручивается. При этом в обечайке 18 под лопастями 21 неподвижного лопастного завихрителя газового потока 20 создается разряжение, под действием которого промывная жидкость подсасывается через арочные прорези 22 и диспергируется газовым потоком с образованием мелкодисперсной среды, имеющей большую межфазную поверхность. Мелкие капли промывной жидкости образуют центры коалесценции, на которых коалесцирует содержащаяся в неочищенном газовом потоке жидкость, при этом снижается концентрация растворенных в ней солей, что предотвращает их кристаллизацию и выпадение на рабочих поверхностях аппарата. Под действием центробежных сил большая часть укрупненных за счет коалесценции капель осаждается на боковой поверхности цилиндрической обечайки 18, отводится через ловушку отделенной жидкости 19 и смешивается с промывной жидкостью, которая через переливной стакан стекает по трубопроводу в нижнюю часть сепаратора и выводится через патрубок выхода жидкости 4.
В качестве промывной жидкости может использоваться, например, чистая вода при положительной температуре газового потока для предотвращения кристаллизации солей на рабочих поверхностях сепаратора, либо водно-метанольный раствор при отрицательной или близкой к 0°С температуре газа для предотвращения кристаллизации солей и/или льдообразования на рабочих поверхностях сепаратора.
Далее газовый поток подается на верхнюю тарелку 15 промывной секции 14, где в прямоточных центробежных сепарационных элементах происходит дополнительное отделение содержащихся в газовом потоке капель жидкости.
Затем газовый поток подается в фильтрующую секцию 6 с прямоточными центробежными сепарационными элементами 7, при этом каждый центробежный сепарационный элемент 7 фильтрующей секции 6 снабжен коалесцирующим патроном 8, выполненным в виде перфорированного каркаса 9, на боковой поверхности которого расположены чередующиеся дренажные 10 и с увеличивающейся в радиальном направлении пористостью коалесцирующие 11 слои нетканого материала, закрепленные снаружи металлической сеткой 12. Газовый поток входит через боковую поверхность коалесцирующих патронов 8 и последовательно проходит через коалесцирующие слои 11 и дренажные слои 10, при этом в коалесцирующих слоях 11 происходит коалесценция содержащейся в газовом потоке мелкодисперсной жидкости, которая удерживается на поверхности нетканого материала за счет действия капиллярных сил. Скоалесцированная жидкость выносится газовым потоком в дренажные слои 10, пористость которых значительно больше пористости коалесцирующих слоев 11, при этом действие капиллярных сил в дренажном слое снижается, и часть жидкости под действием гравитационных сил стекает в дренажный коллектор 13 и отводится в нижнюю часть сепаратора. Пористость коалесцирующих слоев 11 выполнена увеличивающейся в радиальном направлении, т.е. противоположно движению газа через слои нетканого материала, т.е. газ по мере очищения направляется из слоев с большей в слои с меньшей пористостью, поверхность коалесценции жидкости в которых выше. Дополнительно при факторах скорости газового потока в сепараторе больше трех на поверхности нетканого материала происходит образование вторичных капель, размер которых значительно больше размера капель, содержащихся в газовом потоке. Далее газовый поток направляется в центробежные сепарационные элементы 7. В центробежных элементах 7 за счет центробежных сил вторичные капли жидкости отделяются от газового потока. Очищенный газ отводится через патрубок выхода очищенного газа 3, а отделившаяся жидкость по трубам отводится в нижнюю часть сепаратора и выводится через патрубок 4.
Использование в промывной секции 14 сепаратора дополнительных тарелок и абсорбента позволит использовать сепаратор не только для очистки, но и для осушки газа. Увеличение количества нижних тарелок промывной секции и использование различных промывных жидкостей на нижних тарелках этой секции позволит одновременно снизить концентрацию солей и осушить газ.
Очищенный газ подвергался контролю качества.
Контроль качества осушенного газа после сепаратора проводился путем измерения уноса дисперсной фазы в газовом потоке, см. RU Патент №2396553, МПК G01N 25/56 (2006.01), 2010. Контроль качества подтвердил эффективность сепаратора очищать газ при факторах скорости газового потока в сепараторе больше трех.
Заявляемый объект прошел промышленные испытания и подтвердил эффективность очистки газа при факторах скорости газового потока в сепараторе до 9.