[發明專利]一種高速渦旋流動氣體分離裝置

有效

• 申請號: 201810412137.6
• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN108514805B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 閆家義;劉一維
• 申請（專利權）人: 閆家義;劉一維
• 主分類號: B01D53/00
• 分類號: B01D53/00;B01D5/00;B01D45/16;C10L3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種高速渦旋流動氣體分離裝置，包括依序一體構成的裝置進口端(1)、裝置噴管(3、4、5、6)、連接裝置噴管的裝置擴壓段(7)和裝置出口端(9)；所述的裝置噴管(3、4、5、6)依序由收縮段(3)、喉部(4)、擴張段(5)和工作段(6)一體構成；所述的裝置噴管(3、4、5、6)的橫截面不是同軸心圓截面、為非同軸心變形截面，消除裝置噴管的流道各橫截面中心區域的渦旋滯止區；所述的高速渦旋流動氣體分離裝置獲得干氣的產氣率達到98.5％?99.5％；在原料氣中，碳?3以上的液烴總和占比為5.52％，通過所述的高速渦旋流動氣體分離裝置的分離后，碳?3以上的液烴去除量為4.02％?5.02％。

技術領域

本發明屬于氣體分離與液化裝置，特別是一種大幅度提高分離效率的非同軸心變形截面可控渦型高速渦旋流動氣體分離裝置，為記述方便將其簡稱為非同心變截面GWF裝置，適用于天然氣、石油化工、冶金、醫療及純凈水等需要進行氣體凈化液化行業應用的先進技術設備。

背景技術

目前在天然氣、石油化工、冶金、醫療及純凈水等各行業的實際工程應用中，氣體分離和液化主要有兩種技術方法。一種是廣泛應用的膨脹機制冷的低溫分離法。這種方法是對已具有或壓縮到一定壓力的氣體，先通過換熱器降溫并以適當方式脫水，然后經膨脹機膨脹深度降溫，再進入單一氣體自循環內制冷工藝，最終達到氣液分離或氣體液化的目的。目前應用的另一種與之更近似的自循環內制冷方法是采用J-T閥(焦耳-湯姆效應)工藝，也可以達到氣液分離的目的。這兩種技術方法的主要缺點是：裝置的結構及工藝流程復雜、制造和運行成本高、分離及液化效率受進口氣源工況變化的影響較大。為解決這些問題，申請人發明了“高速渦旋流動氣體分離及液化裝置”，簡稱為同心圓截面GWF裝置，并獲得了專利權 ZL200820063624.8。這個裝置的運營實踐 證實：在裝置出口端溫度為-10℃時，它比J-T閥回收率高約30％，比膨脹機回收率高約10％；在裝置出口端溫度為-30℃時，比J-T閥和膨脹機回收率分別高約20％和7％。但是，進一步提高氣體分離與液化效率卻遇到了嚴重障礙 。考查裝置設計，障礙 來源于該裝置的氣體流道設計都是圓截面設計，包括由噴管收縮段、噴管喉部、噴管擴張段及噴管工作段構成的噴管流道設計。由于裝置的進口端連接高壓氣源，裝置出口端連接低壓氣源，裝置運行時兩端的氣壓差使高壓氣源中的氣體，通過設置在裝置進口端流道中的渦旋導流器，使沿著流道軸向運動的氣體轉變為渦旋流動，進入噴管流道后的渦旋氣流在收縮段和喉部被迅速降壓加速，再經過擴張段使渦旋氣流快速絕熱膨脹加速形成高速甚至超音速氣流，此時溫度快速降低使其部分的組份冷凝成液滴，進入噴管工作段后繼續冷凝，液滴尺寸不斷增大，含有液滴的渦旋氣流在離心力作用下，將液滴拋向工作段的壁面，從壁面的分離口分離出去。問題發生在通過渦旋導流器產生的渦旋流動氣體，同時具有軸向、圓周切向和受離心力作用的徑向離心運動。在圓形截面流道中運動的渦旋氣流，在其截面圓心周圍區域離心力較小，存在一個旋轉動量較小的渦旋滯止區，處于該區域的液滴受到的是較小的離心力作用，不容易被甩到噴管擴張段和工作段的壁面上而被分離口分流出去，因而阻止了整個裝置分離效率的進一步提高。

發明內容

本發明的目的是：針對目前同心圓截面GWF裝置，進一步提高分離效率存在的技術難題，為用戶提供一種非同心變截面GWF裝置，可以大幅度提高氣液分離效率。

該裝置的組成結構如下：