РАЗДЕЛИТЕЛЬ НЕСМЕШИВАЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ ЛЕГКОЙ И ТЯЖЕЛЫХ ФАЗ С РАЗНОЙ ПЛОТНОСТЬЮ
SEPARATOR OF IMMISCIBLE LIGHT- AND HEAVY-PHASE DIFFERENT-DENSITY FLUIDS

Изобретение относится к газовому, нефтяному, нефтеперерабатывающему и химическому машиностроению, оно может быть использовано в процессах разделения несмешивающихся жидкостей разной плотности, например углеводородных жидкостей и водных растворов метанола или гликолей, в том числе при наличии в разделяемой смеси газа, твердых частиц. Оно может быть использовано в установках подготовки природного и попутного нефтяного газа, переработки газового конденсата, например в установках низкотемпературной сепарации и конденсации.
Известен отстойник для разделения несмешивающихся жидкостей разной плотности (патент РФ №1610614, МКИ: B01D 17/02, приоритет 05.01.1989), содержащий:
- корпус с зоной отстоя;
- отсеки для сбора тяжелой и легкой жидкостей;
- патрубки входа смеси и вывода разделенных фаз,
- отбойник капельной жидкости из газа.
Недостатками этого аппарата является низкая эффективность разделения фаз. Она вызвана неэффективным разделением смеси жидкостей в отстойной зоне при большой высоте осаждения разделяемой фазы, уносом капельной жидкости с отбираемым газовым потоком, потому что часть газа проходит в патрубок вывода газа, минуя отбойник, а также необходимостью установки регулятора раздела жидких фаз для исключения попадания в патрубок отбора тяжелой жидкости легкой.
Известен разделитель несмешивающихся жидкостей (авторское свидетельство №1502046, МКИ: B01D 17/02, приоритет 06.07.87). Разделитель содержит горизонтальный корпус с патрубками входа смеси и выхода разделенных фаз, отстойную зону с насадкой, состоящей из коалесцирующих элементов, расположенных параллельно и имеющих одинаковую длину. Коалесцирующие элементы выполнены в виде труб или перегородок, расположенных рядами друг над другом вдоль образующей корпуса аппарата. Ряды коалесцирующих элементов смещены относительно друг друга в осевом направлении, причем смещение выполнено по высоте в пределах секций, образованных наклонными перегородками.
Преимуществом этого аппарата является сокращение высоты осаждения тяжелой жидкости и всплытия легкой, дополнительное укрупнение диспергированных капель жидкости на развитой поверхности коалесценции.
Недостатком этого разделителя является движение разделенных фаз в коалесцирующих элементах от их входа до выхода без промежуточного отбора, что ведет к повторному перемешиванию фаз в элементах и на выходе из них и из секций. Смещение рядов элементов частично устраняет смешивание разделенных фаз на выходе элементов, но усложняет конструкцию и массу аппарата. Указанные недостатки ведут к ухудшению эффективности разделения.
Известен аппарат для разделения диспергированных жидких фаз по патенту Великобритании №2150039, кл. B01D 21/02 (прототип), включающий корпус с размещенным в нем тонкослойным модулем из параллельных коалесцирующих элементов, выполненных из листов в виде продольных наклонных перегородок с вогнутыми и выпуклыми желобами, направленными в сторону наклона перегородок и расположенными друг над другом. Желоба увеличивают жесткость продольных наклонных перегородок и обеспечивают диференциальный отбор тяжелой жидкой фазы по вогнутым вниз желобам и отбор легкой жидкой фазы по выпуклым вверх желобам.
Недостатками этого устройства являются:
- невозможность регулирования расстояния между наклонными перегородками, а следовательно, и высоты осаждения, т.е. уменьшения времени разделения жидких фаз и уменьшения габаритов аппарата;
- недостаточная жесткость пластин особенно для аппаратов большого диаметра и при установке их с наклоном от вертикали более 45 градусов, когда высота осаждения минимальна, что требует увеличения толщины перегородок, а следовательно, и увеличения материалоемкости;
- невозможность разделения жидкости в присутствии третьей фазы - газа.
Технический результат заключается в следующем:
- повышение эффективности разделения несмешивающихся дисперсных жидких фаз с разной плотностью;
- расширение диапазона эффективной работы разделителя;
- повышение производительности разделителя;
- повышение эффективности сепарации газового потока от капельной жидкости:
- повышение надежности и прочности тонкослойного модуля;
- упрощение монтажа и демонтажа тонкослойного модуля через люк-лаз;
- уменьшение длины отстойной зоны, при изменении технологических параметров разделяемой смеси;
- выравнивание потоков по поперечному сечению разделителя.
Для достижения указанного технического результата в разделителе несмешивающихся жидкостей, включающем корпус, отсеки сбора разделенных фаз, патрубки входа смеси и выхода разделенных жидких фаз разной плотности, отстойную зону с тонкослойными модулями, из параллельных коалесцирующих элементов, выполненных из листов в виде продольных наклонных перегородок с вогнутыми и выпуклыми желобами, направленными в сторону наклона перегородок, расположенных друг над другом, при этом вдоль поверхностей смежных наклонных перегородок, обращенных друг к другу, закреплены парные прямоугольные уголки, с соприкасающимися между собой полками, которые установлены вдоль листов по направлению потока разделяемой газовой смеси, при этом соприкасающиеся полки соединены между собой фиксаторами, посредством их закрепления в одном из ряда поперечных отверстий, выполненных в соприкасающихся полках.
Полки прямоугольных уголков расположены друг над другом на разных сторонах поверхностей наклонной перегородки.
Наклонные перегородки снабжены уголками, установленными между выпуклыми и (или) вогнутыми желобами.
Группы выпуклых желобов чередуются с группами вогнутых желобов.
Верхняя поверхность каждой наклонной перегородки выполнена гидрофильной, а нижняя поверхность - леофильной.
Тонкослойные модули ограничены от перемещения упорами, закрепленными на внутренней стенке корпуса.
В корпусе перед тонкослойными модулями и (или) отсеком сбора легкой жидкой фазы установлена сепарационная насадка, соединенная с внутренней стенкой корпуса, за которой(ми) расположен штуцер отбора газа.
В корпусе под тонкослойным модулем расположена наклонная опора.
Закрепление вдоль поверхностей смежных наклонных перегородок, обращенных друг к другу, парных прямоугольных уголков, с соприкасающимися между собой полками, которые установлены вдоль листов по направлению потока разделяемой смеси, соединение соприкасающихся полок между собой фиксаторами, посредством их закрепления в одном из ряда поперечных отверстий, выполненных в соприкасающихся полках, позволяет изменять расстояние между наклонными полками, т.е. высоту осаждения и (или) всплытия дисперсных капель, и, следовательно, повысить эффективность разделения жидкой смеси легкой и тяжелых фаз с разной плотностью, уменьшить длину отстойной зоны, при изменении технологических параметров разделяемой смеси, или повысить производительность разделителя.
Расположение уголков на разных сторонах поверхностей наклонной перегородки друг под другом увеличивает жесткость тонкослойного модуля без прогиба наклонных перегородок.
Установление уголков между группами выпуклых и (или) вогнутых желобов, которыми снабжены наклонные перегородки по направлению наклона, то есть на плоских поверхностях с минимальной жесткостью, позволило исключить прогиб наклонных перегородок и увеличить жесткость и прочность тонкослойного модуля даже при выполнении наклонных перегородок из тонких листов при установке тонкослойного модуля в любой конфигурации поперечного сечения корпуса аппарата.
Расположение выпуклых желобов последовательно друг за другом группами и чередование групп выпуклых желобов с группами вогнутых желобов обеспечило возможность дискретного равномерного постоянного отбора легкой и тяжелой разделенных фаз по длине перегородки в зависимости от соотношения жидких фаз и тем самым позволило повысить эффективность процесса разделения жидкостей.
Выполнение верхней поверхности каждой наклонной перегородки гидрофильной, а нижней поверхности - леофильной, позволило смачивать и удерживать легкую жидкую фазу в верхней части объема, а тяжелую (водную) жидкую фазу в нижней части между наклонными перегородками без их перемешивания.
Закрепление упорами на внутренней стенке корпуса тонкослойных модулей позволило зафиксировать и ограничить их от перемещения и обеспечить возможность сборки тонкослойных модулей из секций с габаритами, позволяющими секции монтировать и демонтировать через люк-лаз.
Установление в корпусе перед тонкослойными модулями и (или) отсеком сбора легкой жидкой фазы сепарационной насадки, примыкающей к внутренней стенке корпуса, за которой(ми) расположен штуцер отбора газа, позволило одновременно дегазировать разделяемую жидкую смесь, сепарировать весь газ от капельной жидкости, выровнять скорости потоков в корпусе разделителя и по периметру переточной перегородки отсека сбора легкой жидкой фазы.
Расположение в корпусе под тонкослойным модулем наклонной опоры позволило создать жесткость для нижней наклонной перегородки, на которую опираются последовательно по высоте остальные перегородки.
Заявителям и авторам не известны из существующего уровня техники разделители несмешивающихся жидкостей, в которых повышение эффективности процесса разделения жидкостей, расширение диапазона эффективной работы разделителя, повышение производительности разделителя, повышение эффективности сепарации газового потока от капельной жидкости, повышение надежности, прочности и унификации тонкослойного модуля, упрощение монтажа и демонтажа тонкослойного модуля, в том числе через люк-лаз, выравнивание потоков по поперечному сечению разделителя достигались бы предложенным образом.
На фиг.1 изображен разделитель несмешивающихся жидкостей, продольный разрез.
На фиг.2 - разрез А-А по фиг.1.
На фиг.3 - вид Б на фиг.2
На фиг.4 - вид В на фиг.2.
На фиг.5 изображено расположение парных прямоугольных уголков между наклонными перегородками с горизонтальным расположением соприкасающихся полок уголков.
На фиг.6 - разрез Г-Г по фиг.5.
На фиг.7 - вид Д на фиг.5
На фиг.8 изображен вариант расположения парных прямоугольных уголков между наклонными перегородками с наклонным расположением соприкасающихся полок уголков.
На фиг.9 - вид Е на фиг.8.
Разделитель несмешивающихся жидкостей легкой и тяжелой фаз с разной плотностью (фиг.1) содержит: корпус 1; патрубок ввода смеси 2, расположенный в верхней части корпуса 1; распределитель-дегазатор 3; сепарационную насадку 4; патрубки 5, 6, вывода легкой и тяжелой фазы соответственно, расположенные в нижней части корпуса 1; патрубок отвода газа 7; отстойную зону 8, с тонкослойными модулями 9, состоящими из наклонных перегородок 10 (фиг.2), которые в каждом модуле могут иметь наклон в разные стороны и снабжены группами желобов 11 (фиг.3) для тяжелой жидкой фазы и группами желобов 12 для легкой жидкой фазы; отсек для сбора легкой фазы 13 (фиг.1); отсек для сбора тяжелой фазы 14.
Наклонные перегородки 10 тонкослойного модуля 9 установлены под углом 30÷50 градусов к горизонтали корпуса 1.
Каждая наклонная перегородка 10 снабжена группами желобов 11, 12 (фиг.3), расположенными по направлению ее наклона, причем группы желобов 11, 12, чередуясь, вогнуты в разные стороны поверхности наклонных перегородок 10. В группе желобов 11 желоба выполнены вогнутыми, а в группе желобов 12 - выпуклыми. На смежных наклонных перегородках 10 группы желобов 11 и 12 расположены друг под другом.
Для уменьшения длины тонкослойного модуля 9 он может быть выполнен из нескольких секций 15 (фиг.4).
Вдоль поверхностей смежных наклонных перегородок 10 (фиг.5), обращенных друг к другу, закреплены парные прямоугольные уголки 16, 17 (фиг.5, 7, 8, 9), с соприкасающиеся между собой полками 18, 19 (фиг.5, 6, 7, 8, 9), которые установлены вдоль листов 10 по направлению потока разделяемой жидкой смеси, при этом соприкасающиеся полки 18, 19 соединены между собой фиксаторами 20 (фиг.5, 6, 8, 9), обеспечивающими возможность изменения расстояния между смежными наклонными перегородками, посредством их закрепления в одном из ряда поперечных отверстий 21 (фиг.5, 7, 8, 9), выполненных в соприкасающихся полках.
Уголки 16, 17 на разных сторонах поверхностей наклонной перегородки установлены таким образом, что их соприкасающиеся полки 18, 19 расположены друг под другом.
На наклонных перегородках 10 установлены уголки 16, 17 между группами выпуклых 12 и (или) группами вогнутых 11 желобов.
Группы выпуклых и вогнутых желобов 12 и 11 расположены последовательно друг за другом группами и чередуются между собой.
Верхняя поверхность 22 (фиг.9) каждой наклонной перегородки 10 выполнена гидрофильной, а нижняя 23 поверхность - леофильной.
Тонкослойные модули 9 ограничены от перемещения упорами 24 (фиг.4), закрепленными на внутренней стенке корпуса 1.
В корпусе 1 перед тонкослойным модулем 9 установлена сепарационные насадка 4 (фиг.1), соединенная с внутренней стенкой корпуса, за которыми расположен штуцер отбора газа 7.
В корпусе 1 под тонкослойным модулем 9 расположена наклонная опора 25 (фиг.5, 8).
Перед отсеком сбора легкой фазы может быть установлена дополнительная сепарационная насадка 26, для сепарации газа от жидкости и выравнивания потока легкой жидкой фазы, перетекающей в отсек сбора 13.
Устройство работает следующим образом.
Газожидкостную смесь подают через патрубок 2 (фиг.1) на распределитель-дегазатор 3, с помощью которого она распределяется в отстойной зоне 8 через сепарационную насадку 4, расположенную перед тонкослойным модулем 9, установленным тоже в отстойной зоне 8. Тонкослойный модуль 9, состоящий из наклонных перегородок 10, установленных под углом 30÷50 градусов к горизонтали, делит общий разделяемый поток жидкой смеси на множество тонкослойных потоков между наклонными перегородками 10, которые снабжены группами желобов выпуклыми 12 и вогнутыми 11. Соединение соприкасающиеся полок 18, 19 между собой фиксаторами 20 посредством их закрепления в одном из ряда поперечных отверстий 21, выполненных в соприкасающихся полках, позволяет изменять расстояние между наклонными перегородками 10, то есть высоту осаждения и (или) всплытия дисперсных капель, а следовательно, уменьшить длину отстойной зоны при изменении технологических параметров разделяемой смеси или повысить производительность разделителя. Под действием силы тяжести тяжелая жидкая фаза, проходя между наклонными перегородками 10, оседает, смачивая верхнюю гидрофильную часть наклонных перегородок 10, собирается в группе желобов, вогнутых вниз 11, по которым стекает в нижнюю часть корпуса 1, после чего перетекает в отсек для сбора тяжелой жидкой фазы 14, откуда тяжелая жидкая фаза отводится через патрубок 6. Легкая жидкая фаза всплывает на уменьшенной высоте за счет возможности изменения расстояний между перегородками под конкретную разделяемую смесь и физические свойства разделяемых жидких фаз и между наклонными перегородками 10 поднимается вверх, смачивает нижнюю леофильную часть перегородки 10, собирается в группе желобов, выгнутых вверх 12, по которым поднимается в верхнюю часть отстойной зоны разделителя, и перетекает в отсек для сбора легкой фазы 13, из которого удаляется через патрубок вывода легкой фазы 5. Газ, выделившийся в результате дегазации на распределителе-дегазаторе 3, сепарируется от жидкой фазы на насадках 4, 26 и удаляется через патрубок отвода газа 7.
Таким образом, закрепление вдоль поверхностей смежных наклонных перегородок, обращенных друг к другу, парных прямоугольных уголков, с соприкасающимися между собой полками, которые установлены вдоль листов по направлению потока разделяемой газовой смеси, и соединение соприкасающихся полок между собой фиксаторами, обеспечивающими возможность изменения расстояния между смежными наклонными перегородками, посредством их закрепления в одном из ряда поперечных отверстий, выполненных в соприкасающихся полках, а также установление уголков на разных сторонах поверхностей наклонной перегородки таким образом, что их полки расположены друг под другом, снабжение наклонных перегородок уголками, установленными между выпуклыми и (или) вогнутыми желобами, чередование группы выпуклых желобов с группами вогнутых желобов, выполнение верхней поверхности каждой наклонной перегородки гидрофильной, а нижней поверхности - леофильной, ограничение от перемещения тонкослойных модулей упорами, закрепленными на внутренней стенке корпуса, установление в корпусе перед тонкослойными модулями и (или) отсеком сбора легкой жидкой фазы сепарационных насадок, соединенных с внутренней стенкой корпуса, за которой(ми) расположен штуцер отбора газа, расположение наклонной опоры в корпусе под тонкослойным модулем позволили обеспечить технический результат, который заключается в повышении эффективности разделения несмешивающихся дисперсных жидких фаз с разной плотностью, расширении диапазона эффективной работы разделителя, повышении производительности разделителя, повышении эффективности сепарации газового потока от капельной жидкости, надежности и прочности тонкослойного модуля, упрощении монтажа и демонтажа тонкослойного модуля через люк-лаз, уменьшении длины отстойной зоны, выравнивании потоков по поперечному сечению разделителя.