DE20023079U1

DE20023079U1 - Vorrichtung zur Verarbeitung eines Gemisches aus Gas mit flüssigem und/oder festem Material

Info

Publication number: DE20023079U1
Application number: DE20023079U
Authority: DE
Original assignee: Koch Glitsch NV; Spark Technologies and Innovations NV
Current assignee: Spark Technologies and Innovations NV; Flash Technologies NV
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2010-06-06
Also published as: AU2003244046A1; NL1012245C2; WO2000074815A2; AU5431300A; WO2000074815A3; EP1187667A2; US6702877B1; NO20015925D0; NO20015925L; AU761007B2

Description

VORRICHTUNG ZUR VERARBEITUNG EINES GEMISCHES AUS GAS MIT FLÜSSIGEM UND/ODER FESTEM MATERIAL

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Gemisches aus Gas mit flüssigem und/oder festem Material.

Es sind Gravitationstrennbehälter bekannt, die auch als &iacgr;&ogr; Zwei- oder Dreiphasenseparatoren bezeichnet werden, um Gemische aus jeweils Gas mit einer Flüssigkeit oder Gas mit einer leichten und einer schweren Flüssigkeit zu trennen. Als Folge der Einwirkung der Gravitationskraft sammelt sich das Gas am oberen Bereich des Gravitationstrennbehälters, während sich die Flüssigkeit am Boden des Behälters sammelt, wobei die leichte Flüssigkeit auf der schweren Flüssigkeit schwebend bzw. schwimmend verbleibt. Dies eröffnet die Möglichkeit zur Trennung des Gemisches.

Auch ist eine Vorrichtung bekannt, die aus einem Gravitationstrennbehälter hergestellt ist, in dem eine oder mehrere Einlaßvorrichtungen angeordnet sind. Mit derartigen Einlaßvorrichtungen kann das zugeführte Gemisch vorbehandelt werden, bevor das Gemisch in der oben beschriebenen Weise getrennt wird. Als wichtigste Funktionen weisen derartige Einlaßvorrichtungen die Reduzierung des Auftreffens bzw. der Kraft des Auftreffens des Einlaßstromes, so daß der Grad der Trennung im Inneren des Gravitationstrennbehälters maximiert werden kann, das Verhindern einer Flüssigkeitsfraktionierung, bei der kleine flüssige Tröpfchen die Folge sein können, die den Trennvorgang schwerer gestalten würden und das Verhindern eines sog. "Ausschäumens" oder des Auftretens von Schaum, auf.

Diese Einlaßvorrichtungen haben jedoch mehrere Nachteile. Da die Flüssigkeiten und die Gase von unterschiedlichen Auslässen abgegeben werden, ist es ein erster Nachteil daß beide Auslässe unterschiedliche Druckabfälle aufwei-

sen können, mit der Folge, daß Gas aus dem Flüssigkeitsauslaß ausströmen kann und/oder Flüssigkeit aus dem Gasauslaß, Ein zweites Problem besteht darin, daß die Abgabe von Gas behindert werden kann durch eine Zunahme der Menge an Flüssigkeit in der Einlaßvorrichtung.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzusehen, bei denen oben angegebene Nachteile vermieden sind und das Flüssigkeitsniveau in einer geeigneten Höhe in der Einlaßvorrichtung (Bearbeitungsbehälter) vorgesehen ist.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen zum Trennen eines Gemisches aus Gas mit Flüssigkeit und/oder Feststoffen, mit:

einem Gravitationstrennbehälter, der mit einem Einlaß zur Zuführung des Gemisches versehen ist;

- einem Bearbeitungsbehälter, der in dem Gravitationstrennbehälter
montierbar und mit dem Einlaß verbindbar ist, wobei der Verarbeitungsbehälter eine erste und eine zweite Auslaßöffnung für die Abgabe jeweils eines ersten Gemi'schteils und eines zweiten Gemischteils zu einem Raum des Gravitationstrennbehälters aufweist zur weiteren Trennung des zweiten Gemischteils;

- ' einem Strömungskörper, der im wesentlichen konzentrisch in dem Verarbeitungsbehälter angeordnet und mit einem oder mehreren Wirbelelement(en) versehen ist, um das zugeführte Gemisch in Wirbelbewegung zu versetzen;

einem Abgabekanal zur Abgabe des ersten Gemischteils zu der ersten Auslaßöffnung, wobei der Abgabekanal im wesentlichen durch das Innere des Strömungskörpers verlaufend, angeordnet ist und sich von der stromabwärts liegenden Seite des Strömungskörpers zu der ersten Auslaßöffnung erstreckt;

• ·

einem Widerstandselement mit einem vorbestimmten Strömungswiderstand, das zwischen der zweiten Auslaßöffnung und dem Strömungskörper angeordnet ist. Indem das zugeführte Gemisch in Rotation versetzt wird, kann in dem Bearbeitungssbehalter eine Druckänderung realisiert werden, mit welcher der Druckausgleich in dem Bearbeitungsbehälter voreingestellt werden kann.

Eine Vorrichtung ist per se bekannt aus der Europäischen Patentanmeldung EU 0436973 A2, bei der ein zugeführtes Gemisch aus Gas mit Flüssigkeit und/oder Gas mit Peststoffen mit Hilfe eines Wirbelelementes in einem Behälter in Wirbelbewegung versetzt wird, wobei das Verwirbeln Zentrifugalkräfte in dem Gemisch erzeugt, wobei ein erster Gemischteil, der im wesentlichen aus Flüssigkeit oder Feststoffen besteht, gegen die Wand des Bearbeitungsbehälters gedrückt wird, während ein zweiter Gemischteil, bestehend im wesentlichen aus Gas, sich zu der Mitte des Bearbeitungsbehälters bewegt. Der zweite Gemischteil wird bei der bekannten Vorrichtung über ein oben an dem Behälter vorgesehenes Auslaßrohr abgegeben, während der zweite Gemischteil über ein am Boden des Behälters vorgesehenes Auslaßrohr abgegeben wird. Die bekannte Vorrichtung ist jedoch von einem vollkommen unterschiedlichen Typ und nicht geeignet, um eine Vorbehandlung in einem Gravitationstrennbehälter vorzunehmen, in dem die Gemischteile, wenn sie einmal abgegeben wurden, in offener Verbindung in (einem Raum des) dem Gravitationstrennbehälter (S) zum Zwecke einer weiteren Behandlung verbleiben.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung ein oder mehrere erste(s) GegenwirbeleIement(e) auf, das (die) in dem Abgabekanal angeordnet ist (sind) zur Reduzierung der Wirbelbewegung des ersten Gemischteils, wobei die erste Auslaßöffnung diesbezüglich stromabwärts angeordnet ist. Durch Anordnung eines Gegen-

Wirbelelementes in dem Abgabekanal zum Zwecke der Reduzierung der Wirbelbewegung des ersten Gemischteils wird der Druckabfall über dem Abgabekanal gemindert, wobei die Abgabe des ersten Gemischteils durch den Abgabekanal verbessert wird. Überdies wird dadurch verhindert, daß der erste Gemischteil mitgerissen wird durch den zweiten Gemischteil und über die zweite Auslaßöffnung nach außen austritt.

&iacgr;&ogr; Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das Widerstandselement ein oder mehrere zweite Gegenwirbelelement (e) zur Reduzierung der Wirbelbewegung des zweiten Gemischteils. Der Druckausgleich und damit die Höhe des zweiten Gemischteils (Flüssigkeit) in dem Bearbeitungsbehälter kann mit dem zweiten Gegenwirbelelement weiter eingestellt werden.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen zum Trennen eines Gemisches aus Gas mit Flüssigkeit und/oder Feststoffen, mit:

einem Gravitationstrennbehälter, der mit einem Einlaß für die Zuführung des Gemisches versehen ist;

- einem Bearbeitungsbehälter, der in dem Gravitationstrennbehälter montierbar und mit dem Einlaß verbindbar ist, wobei der Bearbeitungsbehälter eine erste und zweite Auslaßöffnung für die Abgabe von jeweils einem ersten Gemischteil und einem zweiten Gemischteil zu einem Raum des Gravitationstrennbehälters aufweist zur weiteren Trennung des zweiten Gemischteils;

einem Strömungskörper, der in Längsrichtung des Bearbeitungsbehälters angeordnet ist;

einem Abgabekanal zur Abgabe des ersten Gemischteils der im wesentlichen durch das Innere des Strömungskörpers verlaufend, angeordnet ist und sich von der stromabwärts

liegenden Seite des Strömungskörpers zu der ersten Auslaßöffnung erstreckt;

einem Widerstandselement mit einem vorbestimmten Strömungswiderstand, das zwischen der zweiten Auslaßöffnung und dem Strömungskörper angeordnet ist, wobei das Widerstandselement ein oder mehrere Gegenwirbelelement(e) aufweist. Durch Verwendung eines Widerstandselements, das in derartiger Weise ausgestaltet ist, kann der Druck in &iacgr;&ogr; dem Bearbeitungsbehälter voreingestellt werden auf einen Wert, der unter Betriebsbedingungen geeignet ist, und zwar durch eine korrekte Anordnung und Dimensionierung der Platten und deren Orientierung relativ zueinander.

Die Vorrichtung weist vorzugsweise ein oder mehrere erste Gegenwirbelelement(e) auf, das (die) in dem Abgabekanal angeordnet ist (sind) zur Reduzierung der Wirbelbewegung des ersten Gemischteils, wobei davon stromabwärts die erste Auslaßöffnung angeordnet ist,

Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen zum Trennen des Gemisches aus Gas mit Flüssigkeit und/oder Feststoffen, mit:

- einem Gravitationstrennbehälter, der mit einem Einlaß für die Zuführung des Gemisches versehen ist;

einem Bearbeitungsbehälter, der in dem Gravitationstrennbehälter montierbar und mit dem Einlaß verbindbar ist, wobei der Bearbeitungsbehälter eine erste und eine zweite Auslaßöffnung für die Abgabe jeweils eines ersten Gemischteils und eines zweiten Gemischteils zu einem Raum des Gravitationstrennbehälters aufweist zur weiteren Trennung des zweiten Gemischteils;

einem Abgabekanal zur Abgabe des ersten Gemischteils, der im wesentlichen durch das Innere des Strömungskörpers verlaufend, angeordnet ist und sich von der stromabwärts liegenden Seite des Strömungskörpers zu der ersten Auslaßöffnung erstreckt;

einem oder mehreren ersten Gegenwirbelelement(en) , das (die) in dem Abgabekanal angeordnet ist (sind) zur Reduzierung der Wirbelbewegung des ersten Gemischteils, &iacgr;&ogr; wobei davon stromabwärts die erste Auslaßöffnung angeordnet ist;

einem Widerstandselement mit einem vorbestimmten Strömungswiderstand, das zwischen der zweiten Auslaßöffnung und dem Strömungskörper angeordnet ist.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt ein Wirbelelement ein oder mehrere vorzugsweise gekrümmte(s) Wirbelblatt (Wirbelblätter), wobei die Wirbelblätter ausgebildet sind, um das Gemisch oder den daran entlangströmenden Gemischteil in Wirbelbewegung zu versetzen oder zumindest deren Wirbelbewegung zu erhöhen, während ein Gegenelement vorzugsweise ein oder mehrere vorzugsweise gekrümmte (s) Wirbelblatt (Wirbelblätter) aufweist, wobei die Wirbelblätter ausgestaltet sind, um die Wirbelbewegung des Gemisches oder eines daran entlangströmenden Gemischteils, ,. zu verringern. Durch eine korrekte Auswahl der Krümmung kann die Wirbelgeschwindigkeit des daran entlang strömenden Gemisches und damit der Druckabfall über dem Wirbelelement, modifiziert werden.

Es sei festgehalten, daß diese Krümmung variieren kann. Wenn beispielsweise die Krümmung eines Wirbelblattes in Strömungsrichtung zunimmt, so wird das daran entlangströmende Gemisch einer zunehmend schnelleren Wirbelbewegung unterworfen. Umgekehrt wird ein Gemisch, das entlang eines Wirbelblatts mit abnehmender Krümmung strömt, einer zunehmend langsameren Wirbelbewegung unterworfen.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Bearbeitungsbehälter einen inneren Mantel auf, der einen sich in Strömungsrichtung konisch verjüngenden Teil aufweist, um eine gleichförmige Strömung des ersten Gemischteils entlang des inneren Mantels zu erzielen.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Komponenten des Bearbeitungsbehälters derart ausgestaltet, daß sie durch eine Einstiegsöffnung in dem Gravitationstrennnbehälter zugeführt werden können. Die größte Abmessung einer Komponente hierbei ist maximal 150 cm. Durch Herstellung des Bearbeitungsbehälters aus derart relativ kleinen Komponenten ist es möglich, den Bearbeitungsbehälter in schon existierenden Gravitationstrennvorrichtungen bzw. -Separatoren anzuordnen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Ausgestaltung eines Trennbehälters zum Trennen eines Gemisches in eine leichte und eine schwere Fraktion, wobei der Bearbeitungsbehälter aufweist: einen Einlaß für das Gemisch, einen ersten Auslaß für die leichte Fraktion und einen zweiten Auslaß für die schwere Fraktion, zusätzlich zu Rotationsmitteln, mit denen das Gemisch in Rotation versetzt wird, wobei nahe dem Einlaß angeordnete Wirbelelemente und/oder nahe dem ersten und dem zweiten Auslaß angeordnete Gegenwirbelelemente mit Wirbelblättern versehen sind, welche derart dimensioniert sind, daß durch den gewünschten Grad an Rotation ein Druck in dem Trennbehälter zur Verfügung steht, um das Gemisch in so optimal wie möglicher Weise zu trennen.

Durch Ausgestaltung der Rotationsmittel oder der Gegenrotationsmittel in korrekter Weise in Übereinstimmung mit strömungsdynamischen Prinzipien, kann die gewünschte Rotation des Gemischs, wie auch der gewünschte Druckabfall über einem derartigen Trennbehälter in Übereinstimmung

mit den Verhältnissen vorausgewählt werden, da die Grenzfläche zwischen der schweren und der leichten Fraktion sich in so optimal wie möglicher Weise in dem Trennbehälter erstreckt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Details der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich unter Berücksichtigung der vorliegenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es wird hier Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:

Figur 1 eine teilweise aufgeschnittene, perspektivische Ansicht einer Gravitationstrennvorrichtung bzw. eines -Separators zeigt, der mit zwei Vorrichtungen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung versehen ist;

Figur 2 eine teilweise aufgeschnittene, perspektivische Ansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Figur 1 zeigt;

Figur 3 eine weitere ausgearbeitete, perspektivische Ansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Figur 2 zeigt;

Figur 4 eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Gegenwirbelelements in dem Abgabekanal zeigt;

- Figur 5 eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des konzentrisch in dem Bearbeitungsbehälter angeordneten Wirbelelements zeigt; und

Figur 6 eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Widerstandselements gemäß der Erfindung zeigt.

Figur 1 zeigt einen Gravitationstrennbehälter S, der häufig in der Offshore- bzw. küstennahen Industrie Verwendung findet. Über einen Zuführkanal t wird ein Gemisch aus Gas und Flüssigkeit in Richtung des Pfeils a zugeführt und dann unter dem Einfluß der Gravitation getrennt. Das Gemisch wird getrennt in einen Gemischteil mit einem hohen Gasanteil (leichte Fraktion) und einen Gemischteil mit einem geringen Gasanteil (schwere Fraktion) . Eine Trennung der schweren Fraktion (Wasser und Öl)

&iacgr;&ogr; tritt überdies in eine Fraktion mit im wesentlichen Wasser und einer Fraktion mit im wesentlichen Öl auf, wobei das leichtere Öl auf dem schwereren Wasser schwimmend bzw, schwebend verbleibt. Die Trennung der Schichten aus Wasser und öl findet des weiteren in einer für den Durch-Schnittsfachmann bekannten Weise statt, und um die Beschreibung zu vereinfachen, wird sie hier nicht weiter erläutert.

Um den Betrieb derartiger (Gravitations)Trennbehälter zu verbessern, gibt es, wie schon oben festgehalten wurde, Einlaßvorrichtungen, die in einer Reihe von Anwendungen in der öl- und gasverarbeitenden Industrie bekannt sind, welche eine Vorbehandlung bei dem zugeführten Gemisch durchführen, bevor das Gemisch weiter in bekannter Weise getrennt wird. Als wichtigste Funktionen haben derartige Einlaßvorrichtungen die Reduzierung des Auftreffends bzw. der Auftreffstärke des Einlaßstroms, so daß der Grad der Trennung im Inneren des Trennbehälters S maximiert werden kann, das Verhindern einer Flüssigkeitsfraktionierung, aus der kleine flüssige Tröpfchen resultieren können, welche den Trennprozeß schwieriger gestalten würden und das Verhindern eines sog. "Ausschäumens" oder das Auftreten von Schaum. Ein spezielles Ausführungsbeispiel von Einlaßvorrichtungen wird gebildet durch sog. Einlaßzyklone, bei denen die Flüssigkeiten und Gase einer ersten Trennung unter dem Einfluß der in dem Einlaßzyklon erzeugten Zentrifugalkräfte unterzogen werden. Die dadurch getrennten Gemischteile kommen in dem verbleibenden Teil

des Gravitationstrennbehälters S zum Liegen, wobei die schwere Fraktion am Boden des Behälters S ausgebildet ist und die leichte Fraktion im oberen Bereich des Behälters S.

Das über das Zuführrohr t zugeführte Gemisch aus Flüssigkeit und Gas wird in einen der Einlaßyklone 1 geleitet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Einlaßzylone 1 aneinander angrenzend angeordnet. Es sind aber

&iacgr;&ogr; auch Ausführungsbeispiele möglich mit lediglich einem Einlaßzyklon oder mit mehr als zwei Einlaßzyklonen, die aneinander angrenzend oder in anderer beliebiger Reihenfolge relativ zueinander angeordnet sind. Der Pfeil b in Figur 1 zeigt an, daß das Gemisch zu dem Einlaßzyklon 1 rechter Hand strömt. Das Gemisch könnte in gleicher Weise gut zu dem Einlaßzyklon 1 linker Hand strömen und in gleicher Weise behandelt werden, da der Einlaßzyklon linker Hand identisch zu dem Einlaßzyklon rechter Hand ist. Aus Gründen der Klarheit der Beschreibung wird jedoch unten lediglich der Betrieb des Einlaßzyklons 1 rechter Hand beschrieben.

Das Gemisch tritt in den Einlaßzyklon 1 (Pfeil b) ein, und., zwar in eine Kammer 2, die aus vier Teilen gebildet ist, die mit Flanschen 3 versehen und aneinander unter Verwendung von Fixiermitteln 4 fixiert sind. Das Gemisch strömt darauffolgend (Pfeil c) nach unten zwischen einen im wesentlichen zylindrischen äußeren Mantel 5 und einen konzentrisch relativ zu dem äußeren Mantel 5 angeordneten, im wesentlichen zylindrischer Strömungskörper 20. An einem Ende ragt der Strömungskörper 20 um eine gewisse Länge in den von dem äußeren Mantel 5 umschlossenen Raum, während der Strömungskörper 2 0 sich an dem anderen Ende nach oben erstreckt zu einer oberen Wand 22 der Kammer 2.

An der Außenoberfläche des Strömungskörpers 20 sind mehrere gekrümmte Wirbelblätter 25 angeordnet, die ein Verwirbeln des daran entlangströmenden Gemisches bewirken.

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Ein derartiges Wirbelblatt 25 ist hergestellt aus einem ersten Teil 25a, einem zweiten Teil 25b und einem dritten Teil 25c, die derart ausgebildet sind, daß ein Wirbelblatt 25 eine zunehmende Krümmung hat, d.h. die Krümmung des Teils 25b ist größer als diejenige von 25a, während die Krümmung von 25c größer ist als die von 25b. Das strömende Gemisch wird hierbei in zunehmend schnellere Rotation (Pfeil d) versetzt.

Als Folge der Zentrifugalkräfte wird die schwere Fraktion des Gemisches, d.h. im wesentlichen Flüssigkeit, gegen die innere Seite des äußeren Mantels 5 gedrückt und nach unten (Pfeil e) transportiert in den Bereich entlang des äußeren Mantels 5, während die leichte Fraktion des Gemisches, d.h. im wesentlichen Gas, in dem zentralen Bereich des durch den äußeren Mantel 5 (Pfeil f) eingeschlossenen Raumes, zum Liegen kommt.

Der äußere Mantel 5 ist mit einem Flansch 6 versehen, an den sich ein perforierter Mantel 7 anschließt. Der Flansch 6 schließt auch an eine sich konisch verjüngende oder trichterartige Komponente 10 an, die an der inneren Seit.e mit sechs vertikalen Rippen 11 versehen ist.

Die schwere Fraktion gelangt dann in ein Widerstandselement (Pfeil g) , das deren Verwirbelung mindert und mit dem der Druck in dem von dem äußeren Mantel 5 umschlossenen Raum, erhöht wird. Das Ausführungsbeispiel eines derartigen Widerstandselements wird zu einem späteren Zeitpunkt beschrieben.

Die schwere Fraktion strömt darauffolgend von der Unterseite über eine Auslaßöffnung nach außen und gelangt in eine trogartige Komponente 9, die an dem unteren Rand des perforierten Mantels 7 fixiert ist. Die schwere Fraktion (v) strömt dann über die Perforationen in der perforierten Platte 7 (Pfeil i, Figur 1) nach außen und gelangt in

einen Teil des Gravitationsseparators S zum Zwecke einer weiteren trennenden Behandlung. Eine gleichförmige Geschwindigkeitsverteilung der nach außen austretenden schweren Fraktion wird bewirkt durch die Anordnung einer perforierten Platte 7, welche die Trennung des Gemisches aus Öl in Wasser in eine Schicht aus Wasser mit darauf schwebendem bzw. schwimmendem Öl, verstärkt.

Der durch das Widerstandselement 12 in dem von dem äußeren Mantel 5 umschlossenen Raum bewirkte Druck stellt sicher, daß die leichte Fraktion in die Richtung des Pfeils f getrieben wird, und zwar in einen Abgabekanal, der im Inneren des Strömungskörpers 20 vorgesehen ist. Die leichte Fraktion wird dann in Richtung des Pfeils h abgegeben.

Ist jedoch in dem Abgabekanal ein zu hoher Druckabfall, so ist es möglich, daß das Gas, anstelle durch den Abgabekanal transportiert zu werden, von dem Flüssigkeitsstrom mitgerissen wird (Pfeil e) . Dies reduziert die Trennwirkung des Einlaßzyklons 1.

Um den Druckabfall in dem in dem Strömungskörper 20 ausgebildeten Abgabekanal zu reduzieren, ist daher ein Gegenwirbelelement in dem Abgabekanal angeordnet.

Figur 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines derartigen Gegenwirbelelements 60. Die leichte Fraktion strömt durch den Abgabekanal in Richtung des Pfeils h und wirbelt in der Zwischenzeit als Folge der oben erwähnten Wirbelblätter 25. Dieses Wirbeln wird insofern aufgehalten, als die leichte Fraktion entlang eines Gegenwirbelelements 60 geführt wird (Pfeil k in Figur 3) , das gebildet ist durch mehrere Wirbelblätter, von denen jedes aus einem ersten Wirbelblatteil 41 und einem zweiten Wirbelblatteil 42 besteht, wobei die Wirbelblatteile 41 und 42 einen Winkel &agr; relativ zu der Längsachse des Abgabekanals derart bilden, daß die anfänglich schnell wirbelnde

leichte Fraktion allmählich dazu veranlaßt wird, weniger schnell zu wirbeln. Der Winkel &agr; kann in der Praxis zwischen 0 und 80 Grad entsprechend der Anwendung variieren,

Die Wirbelblätter sind mit Hilfe eines Verbindungsteils 43 mit aufrecht stehenden Platten 44 verbunden, die in im wesentlichen schneidender Stellung relativ zueinander angeordnet sind und weiter die Wirbelbewegung der leichten Fraktion einschränken. Der Druckabfall über dem Abgabekanal wird durch eine derartige allmähliche Abnahme der Wirbelbewegung der leichten Fraktion reduziert.

Die leichte Fraktion tritt dann nach außen aus (Pfeil j) und gelangt in einen Teil des Gravitationsseparators, wo eine weitere Trennung der schweren Fraktion stattfinden wird.

Figur 6 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Widerstandselements, wobei zu Zwecken der Klarheit der äußere Mantel 12 des Widerstandselements weggelassen ist. Das Widerstandselement ist hergestellt aus einer zentralen Säule 50, auf deren Oberseite eine konische Komponente 51 montiert ist, die sich in Strömungsrichtung verbreitert. Mehrere flache Platten 52, die sich in Längsrichtung ventilatorförmig erstrecken, sind überdies an der zentralen Säule 50 angeordnet. Diese flachen Platten 52 begrenzen die Rotation des daran in Richtung des Pfeils G entlangströmenden Gemischteils, wobei eine entsprechende Druckänderung über dem Widerstandselement auftritt. Der Druckausgleich in dem Bearbeitungsbehälter kann hierbei eingestellt werden.

In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind mehrere transversale bzw. transversal verlaufende Platten an dem äußeren Mantel 12 und den longitudinalen Platten 52 angeordnet, und zwar derart, daß eine Öffnung um die Säule 50 vorgesehen ist, entlang der Flüssigkeit strömen kann. Überdies ist eine transversale Platte an der zentralen

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Säule 50 angeordnet, die einen Durchmesser aufweist, derart, daß zwischen ihrem Umfangsrand und dem äußeren Mantel 12 ein Zwischenraum besteht, entlang dem die Flüssigkeit strömen kann.

Aufgrund dieses oben beschriebenen Aufbaus wird die nach unten strömende schwere Fraktion nach unten strömen über die Öffnung in der ersten transversalen Platte, den Zwischenraum zwischen der zweiten transversalen Platte und

&iacgr;&ogr; dem äußeren Mantel 12 und die Öffnung in der dritten transversalen Platte. Mit einer korrekten Ausgestaltung der Öffnungen, der Anzahl an Platten, der Form der Platten etc. kann der Druck über dem Widerstandselement, d.h. in dem durch den äußeren Mantel 5 umschlossenen Raum, zuvor je nach Erfordernis eingestellt werden.

Der genannte Druck muß hoch genug sein, so daß die leichte Fraktion abgegeben wird über den Abgabekanal in dem Wirbelelement, und niedrig genug, um zu verhindern, daß das Flüssigkeitsniveau in dem Einlaßzyklon zu hoch wird, beispielsweise über die Unterseite des inneren Mantels 20, so daß die leichte Fraktion nicht mehr länger abgegeben werden kann.

In einem alternativen Ausführungsbeispiel (nicht gezeigt) ist ein Widerstandselement als Gegenwirbelelement ausgestaltet, wobei in gleicher Weise wie unter Bezugnahme auf das Gegenwirbelelement in dem Abgabekanal beschrieben, der Druckabfall gemindert werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Druck in dem durch den inneren Mantel 5 umschlossenen Raum eingestellt werden durch eine vorbestimmte, korrekte Dimensionierung der Wirbelblätter, Krümmung der Wirbelblätter, Anzahl an Wirbelblättern usw,

In einem anderen Ausführungsbeispiel (nicht gezeigt) umfaßt das Zuführrohr t einen tangentialen Einlaß in den Einlaßzyklon 1, d.h. dem in dem Einlaßzyklon 1 eintretendem Gemisch ist schon eine Wirbelbewegung verliehen. Auf

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die Wirbelblätter 25, mit denen dem Gemisch eine Wirbelbewegung auferlegt wird, kann hierbei verzichtet werden.

Alle Komponenten des Einlaßzyklons 1 sind derart ausgebildet und haben kleine Abmessungen, beispielsweise eine maximale Länge oder Breite von 1,5 m, daß sie über eine Einstiegsöffnung M (Figur 1) in dem Behälter S angeordnet werden können. Hierdurch wird die Möglichkeit eröffnet, den Einlaßzyklon 1 in dem Bearbeitungsbehälter S zu jedem beliebigen Zeitpunkt anzuordnen. Dadurch kann der Betrieb von beispielsweise sich schon in Verwendung befindlicher Trennbehälter S verbessert werden, indem darin später ein oder mehrere Einlaßzyklone gemäß der Erfindung eingebaut werden.

Zusätzlich zur Verwendung der Erfindung bei Einlaßzyklonen in einer Gravitationstrennvorrichtung bzw, einem Gravitationsseparator, können viele alternative Anwendungen realisiert werden, bei denen davon ausgegangen wird, daß sie im Rahmen des Bereichs der Erfindung liegen. Es ist beispielsweise möglich, einen Zyklon in einer Offshore-Pipeline einzubauen, in der der durch die Pipeline zugeführte Fluidstrom getrennt wird in mehrere unterschiedliche ,Fluidphasen. Es ist auch notwendig bei diesen alternativen Anwendungen immer das Auftreten eines sog. "Gas blowby" zu vermeiden, d.h., das Austreten von Gas aus dem Flüssigkeitsauslaß. Falls dies stattfindet, so ändert sich der Betrieb des Zyklons beachtlich: eine Emulsionsausbildung in der flüssigen Phase oder eine Schaumbildung in der flüssigen Phase führen dann zu einem kompletten Zusammenbruch des gesamten Separators.

Gemäß der Erfindung können alle Ausgestaltungsparameter integral optimiert sein (Einlaß und beide Auslässe), so daß keine hohen Druckabfälle auftreten müssen, wobei die hohen Druckabfälle eine Emulsionsbildung der flüssigen Phase bewirken können. Allgemeiner ausgedrückt, kann der Druckausgleich über der Gas-/Flüssigkeitsoberflache in

einem rotierenden Gas-VFlüssigkeitsgemisch gemäß der Erfindung derart bestimmt werden, daß der Ort der Gas-/Flüssigkeitsoberflache eingestellt werden kann als Funktion des Durchsatzes des Gemisches, der Zusammensetzung des Gemisches, Grades der Rotation des Gemisches und des Druckabfalls über beiden Auslässen. Daher ist erreichbar, daß die flüssige Phase und die gasförmige Phase aus denjenigen Auslässen ausströmen, die zu diesem Zwecke vorgesehen sind. Die Einstellung der Position der Oberfläche

&iacgr;&ogr; findet mit Ringen von Blättern statt (die entweder in dem Einlaßabschnitt angeordnet sind, wobei der Grad an Rotation bestimmt ist, oder in dem Gasauslaß, wobei der Druckabfall über dem Gasauslaßabschnitt eingestellt werden kann, oder in einer beliebigen Kombination dieser Orte) .

Der Grad der Rotation des Gemisches wird bestimmt, indem die Blätter in dem Ring an Blättern in dem Einlaß mit einem größeren oder kleineren Abstand versehen werden. Je stärker diese Rotation ist, desto mehr wird der Gaskern in dem Gemisch dazu neigen, nach unten zu "kriechen", wo präzise der Flüssigkeitsauslaß angeordnet ist. Umgekehrt wird durch Anordnen der Gegenblätter in dem Flüssigkeitsauslaß nicht nur diese Rotation begrenzt, sondern auch der Druck wird wiedergewonnen, was genau das ist, was zu einem erhöhten "Gas-carryunder bzw. Gas-Daruntermitführen" führt, d.h. einem Gasdurchschlupfen in dem Flüssigkeitsauslaß. Dies kann wiederum verhindert werden, indem das gleiche in dem Gasauslaß durchgeführt wird, wo Gegenblätter im Prinzip eine Druckrückgewinnung in der selben Größenordnung realisieren können und den Druckaufbau im Boden des Zyklons mit einem vergleichbaren Druckaufbau im oberen Bereich des Zyklons kompensieren können. Daher ist dann erreicht, daß die Gas-Flüssigkeits-Oberfläche in dem Zyklon gehalten ist. Dies ist ein komplizierter Ausgestaltungsvorgang, der nur erfolgreich mit Hochdruckströmungsmodellen durchgeführt

werden kann, die speziell in diesem Bereich Wertigkeit haben.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf ihre oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt; die nachgesuchten Rechte werden definiert durch die folgenden Ansprüche, innerhalb deren Bereich Modifikationen vorgesehen werden können.

Claims

1. Vorrichtung zum Trennen eines Gemisches aus Gas mit Flüssigkeit und/oder Feststoffen, das einen Bearbeitungsbehälter aufweist, mit:

- einem Einlaß für die Zuführung des zu trennenden Gemisches;

- einer ersten und zweiten Auslaßöffnung zur Abgabe jeweils eines ersten Gemischteils und eines zweiten Gemischteils in einen Raum eines weiteren Behälters;

- einem Strömungskörper, der im wesentlichen konzentrisch in dem Bearbeitungsbehälter angeordnet ist und mit einem oder mehreren Wirbelelement(en) zusammenwirkt, um das zugeführte Gemisch in Wirbelbewegung zu versetzen;

- einem Abgabekanal zur Abgabe des ersten Gemischteils zu der ersten Auslaßöffnung, wobei der Abgabekanal im wesentlichen durch das Innere des Strömungskörpers verlaufend angeordnet ist und sich von der stromabwärts liegenden Seite des Strömungskörpers zu der ersten Auslaßöffnung erstreckt;

- einem ersten Widerstandselement mit einem vorbestimmten Strömungswiderstand, das zwischen der zweiten Auslaßöffnung und dem Strömungskörper angeordnet ist; und/oder

- einem zweiten Widerstandselement mit einem vorbestimmten Strömungswiderstand, das in dem Abgabekanal angeordnet ist und dem gegenüber stromabwärts die erste Auslaßöffnung angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das erste Widerstandselement ein oder mehrere Gegenwirbelelement(e) aufweist zur Reduzierung der Wirbelbewegung des dort dazwischen strömenden ersten Gemischteils.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das zweite Widerstandselement ein oder mehrere Gegenwirbelelement(e) aufweist zur Reduzierung der Wirbelbewegung des dort dazwischen strömenden zweiten Gemischteils.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das zweite Widerstandselement eine zentrale Säule 50 aufweist, auf deren Oberseite eine konische Komponente 51 montiert ist, die sich in Strömungsrichtung verbreitert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher flache Platten 52 vorgesehen sind zur Begrenzung der Rotation des dort dazwischen strömenden Gemischteils.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Einlaßöffnung des Bearbeitungsbehälters versehen ist mit Mitteln zum Einführen des zu trennenden Gemisches bei erhöhter tangentialer Geschwindigkeit.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer perforierten Platte, die nahe der zweiten Auslaßöffnung und davon stromabwärts angeordnet ist, um ein im wesentlichen gleichförmiges Geschwindigkeitsprofil an deren stromabwärts liegenden Seite sicherzustellen.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher ein Wirbelelement ein oder mehrere Wirbelblatt (Wirbelblätter) aufweist, wobei die Wirbelblätter derart ausgestaltet sind, daß sie das dort dazwischen strömende Gemisch oder den Gemischteil in Wirbelbewegung versetzen oder zumindest deren Wirbelbewegung erhöhen.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher ein Gegenwirbelelement ein oder mehrere Wirbelblatt (Wirbelblätter) aufweist, wobei die Wirbelblätter derart ausgebildet sind, daß sie die Wirbelbildung des dort dazwischen strömenden Gemisches oder Gemischteils mindern.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher sich der Winkel zwischen der Längsrichtung des Bearbeitungsbehälters und eines Wirbelblatts von zwischen 0 und 80 Grad beläuft.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei welcher die Wirbelblätter gekrümmt sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Bearbeitungsbehälter einen inneren Mantel aufweist, der einen sich in Strömungsrichtung konisch verjüngenden Teil 10 aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher der sich konisch verjüngende Teil zwischen dem Wirbelelement und dem Widerstandselement angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der erste Gemischteil durch eine leichte Fraktion gebildet ist, während der zweite Gemischteil durch eine schwere Fraktion gebildet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher die leichte Fraktion ein oder mehrere Gas(e) aufweist und die schwere Fraktion eine oder mehrere Flüssigkeit(en) aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher die leichte Fraktion Erdgas und die schwere Fraktion Öl und Wasser aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der erste Gemischteil 1 Volumen-% Wasser und/oder Feststoffe und der zweite Gemischteil wenigstens 95 Volumen-% Flüssigkeit und/oder Feststoffe aufweist.

18. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Komponenten des Bearbeitungsbehälters derart ausgestaltet sind, daß sie durch eine Einstiegsöffnung in einen Gravitationstrennbehälter zuführbar sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei welcher die größte Abmessung einer Komponente sich auf ein Maximum von 150 cm beläuft.

20. Vorrichtung zum Trennen eines Gemisches aus Gas mit Flüssigkeit und/oder Feststoffen, mit:

- einem Gravitationstrennbehälter, der mit einem Einlaß zur Zuführung des Gemisches versehen ist;

- einem Bearbeitungsbehälter nach einem der vorstehenden Ansprüche, der in dem Gravitationstrennbehälter montierbar ist und dessen Einlaß an dem Einlaß des Gravitations-trennbehälters angeschlossen ist, wobei die erste und die zweite Auslaßöffnung des Bearbeitungsbehälters derart angeordnet sind, daß sie den ersten Gemischteil und den zweiten Gemischteil in einen Raum des Gravitationstrennbehälters abgeben können zwecks weiterer Trennung des zweiten Gemischteils.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei der zweite Auslaß des Bearbeitungsbehälters zumindest teilweise in dem in dem Raum angeordneten zweiten Gemischteil angeordnet ist, um eine offene Verbindung zwischen dem Bearbeitungsbehälter und dem Raum im Inneren des Trennbehälters aufrechtzuerhalten.

22. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19 zur Trennung eines Gemisches in eine leichte und schwere Fraktion, wobei der Bearbeitungsbehälter einen Einlaß für das Gemisch, einen ersten Auslaß für die leichte Fraktion und einen zweiten Auslaß für die Schwere Fraktion aufweist, zusätzlich zu Rotationsmitteln, mit denen das Gemisch in Rotation versetzt wird, wobei Wirbelelemente, die nahe dem Einlaß angeordnet sind und/oder Gegenwirbelelemente, die nahe dem ersten und dem zweiten Auslaß angeordnet sind, mit Wirbelblättern versehen sind, welche derart dimensioniert sind, daß über den gewünschten Grad bzw. das Maß an Rotation ein vorgewählter Druck verfügbar ist, wobei die Grenzfläche zwischen der schweren und der leichten Fraktion sich auf ein vorgewähltes Niveau innerhalb des Bearbeitungsbehälters erstreckt.