СЕПАРАТОР-КАПЛЕОТБОЙНИК ДЛЯ ТОНКОЙ ОЧИСТКИ ГАЗА ОТ ЖИДКОСТИ

Сепаратор-каплеотбойник относится к нефтяному и химическому машиностроению и может быть использован для очистки газа от жидкости, в том числе для извлечения и сбора капель широких фракций легких углеводородов (ШФЛУ) из газовых потоков в последней ступени очистки в процессах нефтегазодобычи, нефтепереработки и нефтехимии.
Известны типовые технические решения для исключения уноса жидкости из сепарационного аппарата, заключающиеся в том, что устанавливают инерционные, центробежные или комбинированные сепарационные устройства. Чаще для выделения капельной взвеси из газового потока используют инерционные отбойники, а также слои металлической сетки. Металлические сетки быстро забиваются механическими примесями, поэтому их применение ограничено. Более эффективны жалюзийные отбойники. Такой отбойник, выполненный из гофрированных листов с карманами для жидкости, снабженный сливной трубой, погруженной в жидкость гидрозатвора для исключения проскока газа, приведен в [1]. Однако они эффективно работают лишь в горизонтальных сепараторах. В вертикальных сепараторах, жидкость до входа в карманы, ввиду противоположного потока жидкости и газа, уносится потоком газа, что сильно снижает эффективность очистки.
Известна конструкция сепаратора-каплеотбойника [2], состоящего из цилиндрического корпуса, включающий в себя входной и выходной штуцеры, а также внутренние камеры, разделенные сплошной съемной перегородкой и содержащие каплеотбойники, радиатор и диспергатор. Недостатком сепаратора-каплеотбойника является также ограничение его применения в горизонтальном положении. Он не может эффективно использоваться как вертикальный сепаратор. В нем вертикальное движение газовых потоков,
которое в массообменном процессе имеет явное преимущество перед другими видами движения, ограничивает его применение по причине уноса капелек жидкости потоком газа.
Предлагаемое техническое решение направлено на повышение эффективности очистки газа от жидкости, в том числе широких фракций легких углеводородов из газа в вертикальных сепараторах. Для этой цели в сепараторе-каплеотбойнике, содержащем цилиндрический корпус со штуцерами для ввода и вывода продукции, перегородку, две камеры, контактные отбойные элементы, охладитель газа, отличающийся в том, что контактные отбойные элементы выполнены в виде продольных пластин, имеющих угол наклона 3...5 градусов к вертикали; устройство для ввода газа выполнено радиально-щелевым, направляющим поток газа в сторону сферической поверхности, являющейся естественным распылителем газа; охладитель газа выполнен в виде продольных щелей в стенках, образующих каналы для прохождения газа.
Сепаратор-каплеотбойник (фигура 1) состоит из вертикального корпуса 1 цилиндрической формы, который включает в себя входной 2 и выходной 3 штуцеры, выходной штуцер для жидкости 4, радиально-щелевой распределитель потока газа 5, перегородку 6 со сферической поверхностью, конденсатосборник 7. Стенки 8 из пластин образуют сужающиеся по вертикали расщелины 9, обеспечивающие равномерное распределение газа в отсеки 10, образованные чередующимися полками 11 с карманами 12 для стока уловленной жидкости. Стенка каждого отсека содержит газопропускную часть в виде продольных щелей 13 и газоотбойную часть 14 в виде плоской поверхности (см. фрагмент стенки канала между перегородками, фигура 1). Сток конденсата в конденсатосборник происходит по сливному каналу 15.
Принцип действия сепаратора состоит в следующем. Газ с остаточным содержанием широких фракций легких углеводородов, также находящихся в основном в газообразном состоянии и частично в виде жидкости, диспергированной в потоке газа, поступает в корпус 1 сепаратора через входной штуцер 2. При прохождении сквозь радиально-щелевой распределитель 5 газ и
находящаяся в нем жидкость взаимно дробятся, что приводит к увеличению межфазной поверхности и ускорению процесса массообмена, и достижения равновесного состояния системы, т.е. их более полного отделения друг от друга. Часть газа направляется в сторону сферической перегородки 6, отбиваясь от которой оставляет на поверхности жидкие компоненты ШФЛУ. Отбившиеся от газа капельки жидкости стекают в конденсатосборник 7, а газ рассеивается, что способствует равномерному распределению потока газа по сечению сепаратора.
Далее газ направляется в расщелину 9 между стенками 8, попадая одновременно во все отсеки 10, образованные между чередующимися полками 11 с карманами для жидкости 12. При прохождении через продольные щели 13 в стенке канала газ теряет часть своего давления и охлаждается, выделив при этом из своего состава ШФЛУ в виде жидкости. При прохождении по лабиринтам канала двухкомпонентный поток многократно сталкивается с отбойной стенкой 13, на которой адсорбируется жидкая фаза и по мере накопления стекает в карманы для жидкости 12. При этом благодаря небольшому наклону (3-5°) стенок 8 траектории движения жидкости и газового потока расходятся, что исключает их взаимный унос. Жидкость по наклонным плоскостям сливных полок 11 попадают в дренажный канал, и далее в конденсатосборник 7 и периодически по уровню отводится в дренажную емкость.
В сепараторе используется естественное охлаждение газа, способствующее созданию термодинамических условий для сжижения газообразных пропан-бутановых фракций, а также для восстановления адсорбционной способности массообменных стенок. При прохождении газа через щели в стенках происходит снижение его давления, приводящее к эффекту Джоуля-Томсона и охлаждению газа и стенок. Поэтому эффективность адсорбции и улавливания широких фракций легких углеводородов со временем не уменьшается. Более того, на наклонной поверхности стенок образуется толщина стекающей в карманы жидкости, достаточная для того, чтобы мелкодисперсные капельки жидкости отбивались не твердой поверхностью
пластин, а родственной по свойствам жидкостью, что способствует более глубокой очистки газа от жидкости.
3
Пример. Определить суточную массу широких фракций легких углеводородов, которые отбиваются в сепараторе-каплеотбойнике из газа, поступающего в факельную линию низкого давления. Состав газа приведен в таблице 1. Плотность газа при 20°С, ρ=1,94 кг/м.
Таблица 1
- Компонентный состав газа
Компоненты газа
Содержание компонентов газа
масс, %
мольн, %
Метан
1,846
5,367
Этан
10,929
16,944
Пропан
42,593
45,038
Изо-бутан
7,984
6,404
Н-бутан
20,600
16,525
Изо-пентаны
4,633
3,001
Н-пентан
5,124
3,311
Изо-гексаны
2,400
1,311
Н-гексан
1,137
0,615
Изо-гептаны
1,085
0,511
Н-гептан
0,342
0,159
Изо-октаны
0,552
0,225
Н-октан
0,130
0,053
Остаток С<sub>9+</sub>
0,341
0,124
Сумма ШФЛУ в газе, %
86,921
3
3
3
Пусть при существующих термодинамических условиях С+ находятся в жидком состоянии, а этан и метан остаются в газообразном состоянии. Тогда с 100 м газа с плотностью 1,94 кг/м можно извлекать и собрать 168 кг конденсата, что видно из следующего расчета:
Литература
1. Машины и аппараты химических производств: Учебник для вузов / И.И.Поникаров, О.А.Перелыгин, В.Н.Доронин, М.Г.Гайнуллин. - М.: Машиностроение, 1989. 368 с.
2. Сепаратор-каплеотбойник. Патент RU 2236889 С1. 7В01 45/00, 45/06. 27.09.2004 Бюл. №27.