CN102378650A - 用于从气体混合物分离油的设备和用于从气体混合物分离油的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于从化石气体混合物分离以微粒和/或雾的形式的油以获取分离气体的设备和方法。该设备包括离心分离器，其带有限定分离空间的固定外壳。该外壳容许在分离空间中的处于至少10巴的压力。该离心分离器包括用于气体混合物的进口(14)、用于分离气体的气体出口(18)和用于排出分离油的油出口(38)。用于分离气体混合物的分离部件(32)包括多个分离盘并且在分离空间中提供。驱动马达(30)经由心轴(31)连接到分离部件并且使该分离部件围绕旋转轴线(x)旋转。
Description
技术领域
本发明涉及天然气的清洁，并且尤其地从天然气分离油。此外，本发明涉及依靠离心分离器从化石气体混合物分离以微粒、优选地液体微粒和/或雾的形式的油，该离心分离器包括固定外壳，其限定了容许气体流通过其中的分离空间。更确切地说，本发明涉及根据权利要求1的前序部分的设备，参见US-A-4,687,585。本发明还涉及用于从化石气体混合物分离以微粒和/或雾气的形式的油的方法。
背景技术
当生产天然气用于经由例如气体管路的输送时，天然气以非常高的压力从来源接收。该天然气包括较大或较小量的不希望的物质，诸如以液体微粒形式的油、水、重质碳氢化合物等。在天然气例如经由管线的输送之前，气体必须处理并且不希望的物质，诸如油，被移除。其后，压力必须降低到能够处理的水平。现今利用以所谓洗涤器形式用于从天然气中分离油的分离部件。该表达化石气体混合物在本申请中可涉及天然气。该表达还可涉及在从天然石油来源中生产油期间获得的气体或气体混合物。该气体或气体混合物可包含大量的液体微粒。
WO 2008/111909公开了用于从气体混合物中分离微粒的微粒分离器。分离器包括：固定外壳，其限定了容许气体流通过其中的分离空间；和进口，其用于气体混合物通过外壳进入分离空间。旋转部件在分离空间中关于气体流在进口下游处提供并且布置成引起气体混合物旋转。用于分离气体混合物的分离部件包括带有多个分离盘的心轴并且在分离空间中关于气体流在旋转部件下游处提供。驱动马达连接到心轴并且布置成在分离期间在围绕旋转轴线的旋转方向上以位于转数范围内的若干转数经由心轴使分离部件旋转。分离部件构造成依靠离心力从气体混合物分离微粒。此外，气体出口关于气体流在分离部件下游处提供，用于排出分离气体。用于排出油的油出口延伸通过外壳。公开的分离器不适合于处理化石气体混合物，且尤其不适合于从化石气体混合物中分离油。
US-A-4,687,585公开了用于在使用包括离心转子的装置期间从化石流体，诸如原油或天然气，分离至少一种组分的设备和方法。已知装置中的离心转子包括中心中空输入腔和若干锥形分离盘。化石流体居中地输送进中心腔并且然后径向朝外地在分离盘之间的缝隙中流动。
US-A-5,755,096公开了布置成连接到天然气来源的动态过滤器。该动态过滤器包括固定外壳，其带有包括主要轴向延伸的分离盘的旋转分离转子。分离部件似乎依靠天然气流驱动。
FR-A-2 476 505公开了用于从气体分离微粒的旋风器。该旋风器包括转子部件，其包括若干盘并且在旋风器中用于清洁气体的旋风器的出口的紧接内部处提供。
SE-525 432公开了离心分离器，其用于清洁来自压缩器并且到机动车辆的制动***的加压空气。离心分离器布置成从压缩器移除杂质。
发明内容
本发明的目的为提供油从诸如例如天然气的化石气体混合物的高效分离。此外，目的为紧接或大致紧接在化石气体混合物从来源抽取之后的高效分离，即：在高压下的高效分离。
该目的由初始限定的设备达到，该设备包括权利要求1的特征。
因为固定外壳构造成使得容许在分离空间中在分离期间的至少10巴或优选地至少20巴的压力，所以离心分离器可用于刚在气体混合物的抽取之后油从化石气体混合物或天然气的高效分离。离心分离器使直接在气体混合物抽取之后或在一个或少量在先处理阶段，例如在洗涤器中的油的在先分离之后的分离能够实现。
根据本发明，设备构造成用于逆流分离，其意味着旋转的气体混合物径向地从分离部件的周向外部导引进分离部件并且进入存在于朝向中心的分离盘与中心输出腔之间的间隙。存在于气体混合物中的油和可能的其它物质将开始附连到分离盘并且朝外输送，并且朝向固定外壳的内壁抛出，同时，清洁气体朝内输送进中心输出腔并且从该处通过出口离开。
根据本发明的一实施例，气体出口包括气体出口管道，其布置成容许连接到气体管路用于从离心分离器接收分离气体，其中该连接构造成耐受所述压力。在气体管路中的和在分离空间中的压力相同，并且固定外壳因而将具有与运输气体的气体管路相同的抗压强度。此外，进口还可包括进口管道，其布置成容许连接到气体管路用于供应气体混合物到离心分离器，其中该连接还构造成耐受所述压力。
根据本发明的一实施例，离心分离器包括旋转部件，其在分离空间中关于气体流在进口下游和分离部件上游处提供并且布置成引起气体混合物旋转。由于该旋转部件，引入的气体混合物获得初始旋转运动，其有助于油和可能的其它液体或颗粒物质从气体的某些分离。结果，在分离部件中达到更高的清洁度。引入的气体混合物的动能还可以以此方式有助于用于驱动分离部件的更低的能量消耗。有利地，旋转部件具有切向开口，其构造成导引气体混合物以切向从进口进入分离空间，以便引起气体混合物旋转。依靠该旋转，至少部分油将从气体混合物分离并且借助离心力朝向分离空间的内壁朝外运动。作为补充或备选方案，旋转部件还可包括在心轴上提供的涡轮叶轮。该涡轮叶轮将以类似于旋风器状设计的方式引起气体混合物旋转并且提供油从气体混合物的初始分离。有利地，驱动马达可提供以在分离期间与涡轮叶轮协同驱动分离部件。涡轮叶轮将由于气体混合物的流动速率而由流动的气体混合物引起旋转。该旋转可用于驱动分离部件。
根据本发明的一实施例，转数范围为1000到3000转/分钟。分离部件因而以相对低的旋转速率旋转。
根据本发明的一实施例，驱动马达包括液压马达。应当注意，还可利用其它种类的马达，例如电马达或气动马达。还能够依靠涡轮驱动分离部件和心轴。
根据本发明的一实施例，驱动马达在固定外壳内部提供。以此方式，心轴彻底封闭在固定外壳中。因而不需要通过固定外壳的运动元件的任何穿过。这是有利地，因为高压在分离空间中为主要的且比周围压力高很多。
根据本发明的一实施例，离心分离器构造成以使得旋转轴线大致竖直延伸的方式提供。
根据本发明的一实施例，离心分离器构造成以使得旋转轴线大致水平延伸的方式提供。
根据本发明的一实施例，设备包括在离心分离器上游处提供在气体管路上的分离装置。分离装置可包括洗涤器。
该目的还由在权利要求14中限定的初始限定的方法达到。
附图说明
现在通过各种实施例的描述并且参考附图，更详细地解释本发明。
图1公开了用于化石气体混合物的抽取的设备的示意图。
图2公开了穿过根据本发明的第一实施例的设备的离心分离器的截面视图。
图3公开了穿过根据本发明的第二实施例的设备的离心分离器的截面视图。
图4公开了穿过根据本发明的第三实施例的设备的离心分离器的截面视图。
具体实施方式
图1示意性地公开了用于化石气体混合物的抽取，并且尤其地天然气的抽取的设备。从天然气来源1，化石气体混合物在气体管路2中输送到第一分离装置3。分离装置3在设备中构造成提供优选地以液体形式的油和其它物质从化石气体混合物的第一分离或预分离。
第一分离装置3可包括一个或可能数个类型本身已知的洗涤器。
来自来源1的化石气体混合物具有大约10-70巴的高压。在第一分离装置3中初始清洁的化石气体混合物然后仍处于高压通过气体管路2输送到以离心分离器4的形式的另一分离装置。离心分离器4构造成用于化石气体混合物的进一步清洁和油及可能的其它液体和/或微粒物质从气体混合物中的分离。
从离心分离器4排出的清洁气体在气体管路2中进一步输送用于分配或用于进一步可能的处理。来自分离装置3的分离产物经由排出管路5输送到合适的收集器。分离产物，主要是油，从离心分离器经由排出管路6输送到合适的收集器。
应当注意图1中公开的设备可包括许多另外的构件，例如压缩器和用于调节气体混合物的压力的装置。该设备和离心分离器4被描述用于从诸如天然气的化石气体混合物中生产分离气体或清洁气体。
设备和离心分离器4还可用于从原油中生产分离气体或清洁气体，其中待清洁的化石气体混合物通过卸压获得。
现在参考图2到4更详细地描述离心分离器4的各种实施例。应当注意相同参考符号用于标记带有相同或类似功能的构件。
图2公开了离心分离器4，其尤其构造成用于从化石气体混合物中分离气体，化石气体混合物包含气体和以微粒和/或雾的形式的油，及可能的其它液体或微粒物质。离心分离器4包括固定外壳11，其限定了气体混合物可流过其中的分离空间12。固定外壳11具有面向分离空间12的内壁13。
固定外壳11具有柱形或大致柱形的形状，且尤其地圆柱形或大致圆柱形的形状。
离心分离器4包括用于气体混合物的进口14。进口14延伸通过外壳11并且因而容许气体混合物注入分离空间12。进口14包括进口管道15，其布置成容许连接到气体管路2，对照图1。进口管道15包括凸缘16，其布置成连接到气体管路2的对应凸缘。在进口管道15的凸缘16与气体管路2的对应凸缘之间，可提供垫圈17。离心分离器还包括用于分离气体的气体出口18。气体出口18延伸通过外壳11并且包括气体出口管道19，其布置成容许连接到气体管路2，对照图1。气体管路19还包括凸缘20，其构造成连接到气体管路2的对应凸缘。在出口管道19的凸缘20与气体管路2的凸缘之间可提供垫圈21。
离心分离器4还包括旋转部件25，其在分离空间12中关于流过离心分离器的气体在进口14下游或紧接下游处提供。旋转部件25布置成引起引入的气体混合物旋转。因而，气体混合物获得旋转运动以便存在于气体混合物中的油和/或液体的至少部分将由于离心力朝外壳11的内壁13朝外抛出。
在第一实施例中，旋转部件25包括具有示意性示出的涡轮叶片27的涡轮叶轮26。
离心分离器4还包括驱动马达30、连接到驱动马达30的心轴31和连接到心轴31的分离部件32。驱动马达依靠附连部件33附连到外壳11。驱动马达30布置成使心轴31并且因而使分离部件32在围绕旋转轴线x的旋转方向r上以位于转数范围内的若干转数旋转。在上下文中，转数范围相对低并且更确切地为1000到3000转每分钟。在第一实施例中，旋转轴线x竖直地或大致竖直地延伸。
分离部件32包括中心输出腔35和很多分离盘36，其在中心输出腔35外部提供。分离盘36关于旋转轴线x旋转对称。分离盘36可具有逐渐变细的形状。在公开的实施例中分离盘36以朝向进口14的方向逐渐变细。尤其地，分离盘36可具有锥形形状。然而，应当注意，该形状可稍微偏离纯锥形形状，即：分离盘36可具有稍微弯曲的母线。各分离盘36可有利地包括若干距离部件(未示出)，其有助于降低压降和/或改进分离。该距离部件还限定了在分离部件32的邻接分离盘36之间形成的间隙的尺寸。该距离部件可为点状或拉伸为具有直的或弯曲的延伸。
结果，分离部件32构造成从化石气体混合物分离油和可能的其它液体和微粒物质。离心分离器4构造成用于逆流分离，即：分离油和可能的其它物质从分离部件32逆着气体混合物流输送出，该气体混合物流旋转且输送进分离部件32。因而，存在于分离空间12中的气体混合物旋转。旋转的气体混合物径向地从外部输送进分离部件32，即：从分离部件32的周向外部的径向外部位置进入在分离盘36之间的间隙。气体混合物然后朝向中心输出腔35的中心输送进间隙。由于分离部件32的旋转，油和可能的其它剩余微粒将开始附连到分离盘36，朝向分离部件32的周向朝外输送，并且依靠离心力朝向外壳11的内壁13径向朝外抛出。油和可能的其它液体可然后朝向油出口38朝下沿内壁13流动，油出口38构造成用于从分离空间12排出油和可能的其它液体物质到管路6，对照图1。油出口38包括出口管道39，其带有用于连接到管路6的对应凸缘的凸缘40。垫圈41可在凸缘41与管路6的对应凸缘之间提供用于连接的密封。
如上所述，化石气体混合物具有高压。离心分离器4构造成在至少10巴的这种高压下提供分离。固定外壳11因而构造成容许至少10巴，优选地至少15、20、30、40、50、60、70或更多巴的压力。进口14，气体出口18和油出口38也以如下方式构造，即使得它们耐受上述高压并且使得能够连接到也抵抗该压力的气体管路2和管路6。
涡轮叶轮26在心轴31上提供。涡轮叶轮26可相对于心轴31旋转，其中引入的气体混合物流将提供涡轮叶轮26的旋转。涡轮叶轮26还可固定地连接到心轴31。在此情况中，引入的气体混合物流将有助于涡轮叶轮6的驱动以及同样经由心轴31的分离部件32的驱动。如果气体流为强有力的，则驱动马达30可不重要且仅作为辅助马达、控制马达等起作用。如果气体流微弱，则驱动马达30可形成分离部件32的主要驱动且可能也是涡轮叶轮26的主要驱动。
心轴31依靠未公开的轴承利用轴颈连接在驱动马达30中。心轴31还可经由连接到固定外壳11的未公开的轴承在较低端部中利用轴颈连接。如图2所示，离心分离器4还包括板片43，其倾斜地朝下延伸到出口38。该板片43包括管道44，其与旋转轴线x同心并且延伸进或到分离部件32。管道44可支撑所述较低轴承。中心输出腔35因而具有进入管道44的开口，即：清洁气体管道从中心输出腔35输送进管道44。
从管道44，清洁气体混合物输送到板片43下游的空间并且到气体出口18。
为了防止未清洁气体或油渗入中心输出腔35和/或管道44，密封件(未公开)优选地在管道44与分离部件32之间提供。该密封件可包括任何合适形式的离心密封件、机械密封件或间隙密封件或由这些密封件构成。
在公开实施例中驱动马达30在固定外壳11内部提供。以此形式，不需要延伸通过外壳11的运动元件。然而，应当注意在本发明的范围内还能够在外壳11外部提供驱动马达30。在公开实施例中，驱动马达30依靠附连部件33固定地连接到固定外壳11的盖11’。在离心分离器4的维护期间，盖11’可容易地提起，其中，驱动马达30、心轴31、涡轮叶轮26和分离部件32从分离空间12提起出。驱动马达30可有利地包括液压马达。还能够使驱动马达30包括其它种类的马达，例如电马达或气动马达。
图3公开了离心分离器4的第二实施例。第二实施例与第一实施例不同在于，旋转部件25包括在内壁13中的切向开口46。开口46构造成导引气体从进口14以切向进入分离空间12以便引起气体混合物旋转并且获得上述初始旋转运动，从而有助于油和其它液体或微粒物质从气体的第一分离。以此方式，气体混合物的动能用于提供分离，这还有助于降低用于驱动分离部件32的能量消耗。
图4公开了离心分离器4的第三实施例。该第三实施例与第一实施例不同在于，旋转轴线x水平，或大致水平，但不是竖直地延伸。
在第三实施例中，进口14和气体出口18都轴向延伸并且彼此对齐。旋转部件25包括涡轮叶轮26，其也在心轴31上提供，并且布置成为轴向流动的引入的气体混合物给予径向运动分量，从而有助于为气体混合物给予初始旋转运动。以此方式，旋转部件25在第三实施例中还将有助于油和可能的其它液体或微粒物质的某些分离。涡轮叶轮26在该实施例中还可相对于心轴31旋转或在心轴31上固定地提供。板片43在第三实施例中关于旋转轴线x径向延伸。
本发明不受限于公开的实施例，而是可在权利要求的范围内变化和修改。
上文描述了离心分离器4，用于所谓的逆流分离，即：气体混合物径向或大致径向地朝内通过分离部件32输送，而分离油在分离部件32的分离盘35上朝外输送。
Claims (14)
1.一种设备，其用于从化石气体混合物分离以微粒和/或雾的形式的油，以获取分离气体，其中，所述装置包括气体管路(2)和在所述气体管路(2)上提供的离心分离器(4)，其中，所述离心分离器包括：
固定外壳(11)，其限定了容许气体流通过其中的分离空间(12)，
进口(14)，其用于所述气体混合物通过所述外壳(11)进入所述分离空间(12)，
分离部件(32)，其用于分离所述气体混合物，所述分离部件(32)包括多个分离盘和在所述分离盘(36)内部提供的中心输出腔(35)，并且在所述分离空间(12)中提供，
驱动马达(30)，其经由心轴(31)连接到所述分离部件(32)并且布置成在所述分离期间经由所述心轴(31)使所述分离部件(32)在围绕旋转轴线(x)的旋转方向(r)上以位于转数范围内的若干转数旋转，其中，所述分离部件构造成依靠离心力从所述气体混合物分离油，
气体出口(18)，其关于所述燃料流在所述分离部件下游处提供并且直接连接到所述中心输出腔(35)，用于排出所述分离气体，
油出口(38)，其用于排出油，其中，所述油出口延伸通过所述外壳(11)，
其特征在于，所述固定外壳(11)构造成使得它容许在所述分离空间(12)中在所述分离期间至少10巴的压力，并且
所述设备构造成用于逆流分离，使得引起所述气体混合物旋转，并且导引所述气体混合物从外侧且朝向所述中心和所述中心输出腔(35)径向地进入所述分离部件(32)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述气体出口(18)包括气体出口管道(19)，其布置成容许连接到所述气体管路(2)用于从所述离心分离器(4)接收所述分离气体，并且其中，该连接构造成耐受所述压力。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述进口(14)包括进口管道(15)，其布置成容许连接到所述气体管路(2)用于所述气体混合物到所述离心分离器(4)的供应，并且其中，该连接构造成耐受所述压力。
4.根据权利要求1到3中的任一项所述的设备，其特征在于，所述离心分离器包括旋转部件(25)，其在所述分离空间(12)中关于所述气体流在所述进口(14)下游和所述分离部件(2)上游处提供，并且布置成引起所述气体混合物旋转。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述旋转部件包括通过所述固定外壳(11)的切向开口(46)，并且构造成从所述进口(14)以切向输送所述气体混合物进入所述分离空间(12)，以便引起所述气体混合物旋转。
6.根据权利要求4和5中的任一项所述的设备，其特征在于，所述旋转部件(25)包括在所述心轴(31)上提供的涡轮叶轮(26)。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，提供所述驱动马达(30)以在所述分离期间与所述涡轮叶轮协同驱动所述分离部件。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述转数范围为1000到3000转每分钟。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述驱动马达(30)包括液压马达。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述驱动马达(30)在所述固定外壳(11)内部提供。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述离心分离器(4)构造成以使得所述旋转轴线(x)大致竖直延伸的方式提供。
12.根据权利要求1到10中的任一项所述的设备，其特征在于，所述离心分离器(4)构造成以使得所述旋转轴线(x)大致水平延伸的方式提供。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括分离装置(30)，其在所述离心分离器(4)上游处提供在所述气体管路上。
14.一种方法，其用于依靠离心分离器从化石气体混合物分离以微粒和/或雾的形式的油，以获取分离气体，所述离心分离器包括限定容许气体流通过其中的分离空间的固定外壳，其中，所述方法包括如下步骤：
将所述气体混合物通过进口注入所述分离空间，其中，在所述分离空间中主要为至少10巴的压力，
引起所述气体混合物旋转并且从外侧通过分离部件径向输送所述气体混合物到在所述分离盘内部提供的中心输出腔，该分离部件包括带有多个分离盘的心轴并且在分离空间中关于气体流在所述进口下游处提供，其中，因为所述分离部件在围绕旋转轴线(x)的旋转方向(r)上以位于转数范围内的若干转数旋转，所以油依靠离心力从所述气体混合物分离，
从所述中心输出腔通过气体出口排出所述分离气体，所述气体出口直接连接到所述中心输出腔并且关于所述气体流在所述分离部件下游处提供，并且
通过延伸通过所述外壳的油出口排出油。
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