DE2411801C2 - Abscheider zum Entfernen von schwereren Bestandteilen aus einem Gasstrom - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Abscheider der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art

Bei einem bekannten Abscheider dieser Art (FR-PS 13 02 392) handelt es sich um einen einstufigen Abscheider, bei dem die Wirbelvorrichtu^g in dem zweiten Rohr, d. h. stromabwärts der Einlaßöffnung angeordnet ist Dieser bekannte Abscheider ist nur zur Abscheidung von Teilchen, nicht aber von Flüssigkeiten aus einem Fluidstrom bestimmt und geeignet weil seine Abscheideleistung zum Abscheiden von Flüssigkeit oder von mit Flüssigkeit benetzten Teilchen nicht ausreichen würde. Die Erfahrung hat gezeigt daß bei einem einstufigen Abscheider nach der Auslaßöffnung noch eine beträchtliche Menge an Flüssigkeitströpfchen oder an mit Flüssigkeit benetzten Teilchen in dem Auslaßgasstrom vorhanden sein wird, die der Abscheider nicht mehr entfernen kann, weil der Auslaßgasstrom den Abscheider über das dritte Rohr bereits verläßt Auch wenn mehrere solche Abscheider parallel angeordnet werden, ließe sich dieser Nachteil nicht vermeiden, weil jeder der parallel angeordneten Abscheider mit diesem Nachteil behaftei sein würde. Die Tatsache, daß bei dem bekannten Abscheider die Wirbelvorrichtung stromabwärts der Einlaßöffnung angeordnet ist, zeigt daß das erste Rohr zur Verbesserung der Abscheideleistung keinen Beitrag liefern kann, weil in ihm auf die Gasströmung Überhaupt noch nicht eingewirkt wird. Das Vorsehen der Wirbelvorrichtung direkt hinter der Einlaßöffnung dürfte einer wirkungsvollen Vermischung des Umlaufgasstroms (aus der Auslaßöffnung), der über die Einlaßöffnung eintritt, mit dem über das erste Rohr zugeführten Gasstrom eher entgegenwirken. Der Umlaufgsstrom trifft nämlich mit dem zugeführten Gasstrom in einem Bereich zusammen, in welchem die Wirbelströmung erst erzeugt wird, also sich noch nicht stabilisiert

haben kann. Weiter wird bei dem bekannten Abscheider im Bereich der Auslaßöffnung vorzugsweise eine weitere Beschaufelung vorgesehen, und es soll außerdem möglich sein, die Einlaßöffnung nur auf einem Bogen vorzusehen. Diese Ausbildung der Einlaßöffnung zusammen mit der vorgeschlagenen Beschaufelung im Bereich der Auslaßöffnung läßt darauf schließen, daß die Abscheideleistung bei dem bekannten Abscheider gerade ausreichen kann, um Teilchen durch Schwerkraft abzuscheiden, was aber nicht ausreicht, um Flüssigkeit oder mit Flüssigkeit benetzte schwerere Bestandteile aus einem Gasstrom abzuscheiden. Ein besonderer Nachteil besteht in diesem Zusammenhang bei dem bekannten Abscheider darin, daß die Wirbelvorrichtung und die Beschaufelung Strömungshindernisse darstellen, die den freien Gasdurchflußquerschnitt verringern und an denen sich Flüssigkeit niederschlagen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Abscheider der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art die Abscheidewirkung so erheblich zu verbessern, daß auch schwerere Bestandteile in Form von Flüssigkeit oder in Form von mit Flüssigkeit benetzten Bestandteilen aus dem Gasstrom abgeschieden werden können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Durch die bei dem Abscheider nach der Erfindung vorgesehene zweite Auslaßöffnung ergibt sich ein zweistufiger Abscheider, und durch das Anordnen der Wirbelvorrichtung innerhalb des Einlaßrohres stromaufwärts der Einlaßöffnung werden eine wirksame Vermischung der Gasströme und eine wirksame Gasumwälzung erreicht, ohne daß innerhalb der Rohre irgendwelche zusätzlichen Vorrichtungen erforderlich sind, die den freien Gasdurchiiußquersehniit behindern oder Strömungshindernisse bilden können, an denen sich Flüssigkeit niederschlagen würde. Da das in die Einlaßöffnung einströmende Umlaufgas aus den Auslaßöffnungen eine kleinere Geschwindigkeit als der bereits innerhalb des ersten Rohres in Wirbelbewegung versetzte Gasstrom hat muß die Energie, die dem Gasstrom mit Hilfe der Wirbelvorrichtung zugeführt wird, genügend groß sein, damit sich das Umlaufgas zwischen der Einlaßöffnung und der ersten Auslaßöffnung auch wirksam mit dem zugeführten Gasstrom vermischt und zu einem Teil des wirbelnden Gasstroms wird, ehe die erste Auslaßöffnung erreicht wird. Durch das Anordnen der Wirbelvorrichtung in dem ersten Rohr ist gewährleistet daß stromabwärts der Wirbelvorrichtung die erforderliche Stabilisationszone des wirbelnden Gasstroms vor dem Eintritt in das zweite Rohr vorhanden ist Bei dem wenigstens zweistufigen Abscheider nach der Erfindung wird der Hauptanteil an Flüssigkeit und anderen schwereren Bestandteilen, die in dem Gasstrom vorhanden sind, durch Trägheitswirkung an der ersten Auslaßöffnung mit nur einem kleinen Gasanteil abgeschieden. Die kleineren Tröpfchen gel^n mit dem Gasstrom weiter und werden an der zweiten Auslaßöffnung abgeschieden. Der zweistufige Abscheider nach der Erfindung ist somit eine sehr wirksame Vorrichtung zum Entfernen von Flüssigkeit aus einem Gasstrom. Der Abscheider nach der Erfindung ermöglicht daher das Abscheiden von Flüssigkeitsspuren aus sauberen Gasen, das Abscheiden von Wasser und/oder Öl aus Gasen aus Kolbengasverdichtern,das Abscheiden von Spuren flüssigen Kohlenwasserstoffes aus Brenngasströmen, das Abscheiden von Aminen, Glykolen und Sulfinolen aus Erdgas, das Abscheiden von fein verteilten Feststoffen, die in organischen Flüssigkeiten in Suspension vorliegen, das Abscheiden und Wiedergewinnen von flüssigen Kohlenwasserstoffen aus ein hohes ÖL'Gas-Verhältnis aufweisendem Erdgas, das Abscheiden von freiem Wasser aus Gasströmen, die in Trockenvorrichtungen eintreten, und das Abscheiden von synthetischen Schmierstoffen aus Gasströmen, beispielsweise bei Gaskompressoren und Gasturbinen. Dafür ist nicht nur die wenigstens zweistufige Ausbildung des Abscheiders erforderlich, sondern auch das Anordnen der Wirbelvorrichtung in dem ersten Rohr.

Der Abscheider nach der Erfindung kann jedoch auch benutzt werden, um Feststoffe aus Gasen im »staubtrocknen« Zustand mit einem hohen Rückgewinnungsgrad abzuscheiden und wiederzugewinnen. Die Feststoffteilchen können dabei wirksam aus den »staubtrokkenen« Gasströmen entfernt werden, indem eine kleine Menge eines verträglichen flüssigen Bindemittels eingespritzt wird, wie beispielsweise Wi-jchöl, Glykol, Wasser, usw. Das Einspritzen der Flüssigkeit kann in dem ersten Rohr stromaufwärts der Wirbelvorrichtung erfolgen. Die eingespritzte Flüssigkeit wird dann als Fließmittel wirken und Feststoffteilchen einschließen, so daß die Feststoffteilchen sich sammeln und aus dem Abscheider oder der Kammer abgeleitet werden können. Die eingespritzte Flüssigkeit kann umgewälzt werden, und die fein verteilten Feststoffe werden durch Filtrieren oder Absetzen zurückgewönne!* Die Flüssigkeit die in den Gasstrom eingespritzt wird, sollte die Fähigkeit haben, die Feststoffteilchen in dem Gasstrom zu benetzen.

Der Abscheider nach der Erfindung kann auch dazu benutzt werden, gleichzeitig feste Teilchen zu entfernen und gasförmige Verunreinigungen, die in dem Gasstrom vorhanden sein können, zu absorbieren. Beispielsweise kann eine Natriumkarbonatlösung benutzt werden, um gleichzeitig Flugasche und Schwefeldioxid aus den Abgasen eines kohlegefeuerten Dampfkessels zu entfernen. Ein Beispiel für das gleichzeitige Entfernen von Feststoffteilchen und das Konditionieren von Gas würde beinhalten, Diethylenglykol in den Gasstrom einzuspritzen, um gleichzeitig Feststoffe und Flüssigkeiten sowie teilweise Wasserdampf aus dem Gasstrom zu entfernen. Das Diethylenglykol kann nach dem Aufkochen zum Entfernen von Wasser und nach der Filtrierung zum Entfernen von Feststoffen wieder in Umlauf gebracht werden.

Es ist zwar bereits ein Abscheider bekannt (BE-PS 5 14 224), bei dem axial hinter dem dritten Rohr noch ein viertes Rohr vorgesehen ist, dessen stromaufwärtiges Ende zur Bildung einer weiteren ringförmigen Auslaßöff;:.jr,g koaxial innerhalb des stromabwärtigen Endes des dritten Rohres angeordnet und in dem ersten Rohr eine Wirbelvorriuitung vorgesehen ist, es handelt sich dabei jedoch um einen Staubabscheider, dessen Abscheideleistung für Flüssigkeit oder für mit Flüssigkeit benetzte Bestandteile zu gering wäre, weil zwischen den vier Rohren keine Einlaßöffnung vorgesehen ist, über die ein Teil des Gasstroms als Umlaufgas wiedereingesaugt werden könnte. Bei diesem bekannten Abscheider umgibt das stromabwärtige Ende des ersten Rohres das stromaufwärtige Ende des zweiten Rohres und bildet so mit diesem ebenfalls eine Auslaßöffnung. Außerdem wird bei diesem bekannten Abscheider mit zwei Fluids gearbeitet, nämlich mit heißer staubhaltiger Luft, die durch die vier Rohre hindurchgeleitet wird, um aus dieser den Staub abzuscheiden, und mit vorzuwärmender

Verbrennungsluft, die aus einem Teil eines Kamins zugeführt wird, die vier Rohre innerhalb eines Konus außen umströmt und in einem anderen Teil des Kamins wieder nach oben strömt. Diese vorzuwärmende Verbrennungsluft kann an keiner Stelle in die vier Rohre eindringen, weil diese, wie dargelegt, lediglich Auslaßöffnungen zwischen sich aufweisen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigt

F i g. I einen zweistufigen Abscheider nach der Erfindung,

F i g. 2 den in einer Kammer angeordneten Abscheider nach Fig. 1,

F i g. 3 mehrere Abscheider der in F i g. i gezeigten Art, die in einer Kammer angeordnet sind,

F i g. 4 eine Wirbelvorrichtung, die in dem Einlaß des Abscheiders nach F i g. 1 angeordnet ist,

Γ i g. 5 eine vergrößerte Querschnittansicht einer in F i g. 1 dargestellten Auslaßöffnung und

F i g. 6 eine dreistufige Ausführungsform des Abscheiders nach der Erfindung.

F i g. 1 zeigt einen zweistufigen Abscheider 21, der ein erstes Rohr 23, ein zweites Rohr 25, ein drittes Rohr 27 und ein viertes Rohr 31 aufweist. Der Abscheider 21 kann für sich allein in eine Kammer 33 eingebaut werden (F i g. 2), oder es können mehrere derartige Abscheider in eine Kammer 35 eingebaut werden (F i g. 3). Zuerst wird der Abscheider 21 beschrieben, der für sich allein in die Kammer 33 eingebaut ist, um Flüssigkeiten aus einem gemischten Flüssigkeits-Gasstrom abzuscheiden, der dem ersten Rohr 23 zugeführt wird.

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zweistufige Abscheider 21 eine Wirbelvorrichtung 41 auf, die in dem ersten Rohr 23 angeordnet ist, eine Einlaßöffnung 43 zum Wiedereinsaugen von Gas aus der Kammer 33, eine Auslaßöffnung 45, über die der größte Teil Jer Flüssigkeit aus dem Gasstrom austritt, und eine weitere Auslaßöffnung 47, über die restliche Spuren von Flüssigkeit und ein Teil des Gasstroms austreten, um wieder in die Einlaßöffnung 43 eingesaugt zu werden. Das Gas, aus welchem die Flüssigkeit entfernt worden ist, strömt aus dem Abscheider über das vierte Rohr aus, das ebenso wie das erste Rohr mit einer Rohrleitung (nicht dargestellt) verbunden ist Die Kammer 33 hat einen Flüssigkeitsbehälter 33Λ und einen Ablaß 33,4' zum Abführen der· aus dem Gasstrom entfernten Flüssigkeit Eine Tragvorrichtung 49 hält die Kammer 33 in der gewünschten Höhe.

Die Rohre 23, 25, 27 und 31 werden durch Distanzstücke 51,53 und 55 axial ausgerichtet und festgehalten. Gemäß F i g. 2 erstreckt sich das stromabwärtige Ende 23/1 des ersten Rohres 23 in die Kammer 33 und ist koaxial in dem stromaufwärtigen Ende 25/4 des zweiten Rohres 25 angeordnet um die ringförmige Einlaßöffnung 43 zu bilden. Das stromaufwärtige Ende 27Λ des dritten Rohres 27 ist koaxial innerhalb des stromabwärtigcn Endes 25ß des zweiten Rohres 25 angeordnet, um die ringförmige Auslaßöffnung 45 zu bilden. Weiter ist das stromaufwärtige Ende 31>4 des vierten Rohres koaxial innerhalb des strornabwärtigen Endes 27Sdes dritten Rohres 27 angeordnet, um die weitere Auslaßöffnung 47 zu bilden. Das stromabwärtige Ende 31B des vierten Rohres 31 erstreckt sich aus der Kammer 33 hinaus und dient zum Anschließen der nicht dargestellten Rohrleitung.

Im Betrieb tritt der Flüssigkeits-Gasstrom durch das erste Rohr 23 in den Abscheider 21 ein und kommt sofort mit der Wirbelvorrichtung 41 in Berührung, die den Strom in eine intensive Drehbewegung versetzt, um so den Gasstrom sowie die in ihm vorhandenen schwereren Bestandteile gegen die Wand des ersten Rohres 23 zu drücken. Die starke Drehbewegung ist stabilisiert und beschränkt sich auf einen Weg bis zu dem Ende 23/4 des ersten Rohres 23 stromabwärts der Wirbelvorrichtung 41. Wenn der Strom in das zweite Rohr 25 eintritt, erzeugt die konzentrierte Massenströmung von Gas und Flüssigkeit in der Nähe der Einlaßöffnung 43 eine starke Düsen- oder Strahlwirkung, die bewirkt, daß Gas aus der Kammer 33 durch die Einlaßöffnung 43 eingesaugt wird.

Der wirbelnde Gasstror. aus der Wirbelvorrichtung 4i pius der Anteil des eingesaugten Gasstroms, der in den Abscheider an der Einlaßöffnung 43 eingetreten ist, treten in das zweite Rohr 25 ein, wo die schwereren Bestandteile an die Wand des Rohres 25 gelangen und schraubenlinienförmig an dieser Wand entlangströmen. Wenn diese schraubenlinienförmige Strömung der schwereren Bestandteile an der Wand des zweiten Rohres 25 in richtiger Perspektive betrachtet wird, ist sie ein Abschnitt einer Parabel, welche in mathematischer Beziehung j:ti dem Anfangsgaswirbel steht, der durch die Wirbelvorrichtung 41 erzeugt wird. Die Flüssigkeit und die anderen schwereren Bestandteile, die in spiralförmigen Stromlinien gegen die Wand des Rohres 25 strömen, werden durch die Auslaßöffnung 45 ausgestoßen, welche in einem geometrischen Zusammenhang mit dem vorerwähnten Parabelabschnitt steht Auf diese Weise wird der Hauptteil der Flüssigkeit und der anderen schwereren Bestandteile, die in dem Gasstrom vor-

durch die öffnung 45 austreten, wobei an dieser Stelle ein Gasaustritt und eine Rezirkulation nur in geringem Ausmaß auftreten.

Der Gasstrom, der das zweite Rohr 25 verläßt und nun fast vollständig von Flüssigkeit und anderen schwereren Bestandteilen befreit ist tritt in das dritte Rohr 27 ein, das in Verbindung mit der Wirkung der Auslaßöffnung 45 als Strömungsstabilisator wirkt und eine AbIagerungs- und Koaleszierungsoberfläche für kleinere Teilchen oder Tröpfchen bildet die nicht bei dem Trennvorgang über die Auslaßöffnung 45 abgeschieden worden sind. Diese kleineren Teilchen oder Tröpfchen wandern in der Wandgrenzschicht des dritten Rohres 27 und haben dabei eine viel kleinere radiale Geschwindigkeit als bei dem Trägheitsabscheidungsvorgang, der in dem zweiten Rohr 25 stattfindet Bei ihrer Wanderung über die Länge des dritten Rohres 27 setzen sich die kleineren Tröpfchen ab und koaleszieren und werden an der weiteren Auslaßöffnung 47 abgeschieden. Das Abscheiden von Flüssigkeit über die Auslaßöffnung 47 wird durch die Abstreifwirkung des Gasstroms erleichtert der von der Auslaßöffnung 47 durch die Kammer 33 zu der Einlaßöffnung 43 strömt und den Umlaufgasstrom innerhalb des Abscheiders 21 darstellt. Die Auslaßöffnung 47 ist so ausgebildet daß ein positiver Staudruck innerhalb der Kammer 33 erzeugt wird, der den Wiedereinsaugvorgang an der Einlaßöffnung 43 unterstützt und so den Gasumlauf innerhalb der Kammer 3 weiter fördert

Der Umlaufgssfom liefert daher eine positive Kraft oder Treibkraft um letzte Spuren von Flüssigkeitströpfchen, die dem Trennvorgang an der Auslaßöffnung 45

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entgangen sind, aus dem Gasstrom zu entfernen. Wenn der Flüssigkeitsgehalt des Gasstroms relativ niedrig ist, kann die gesamt·; Flüssigkeit über die Auslaßöffnung 45 abgestreift und ausgestoßen werden. Wenn das Flüssigkeitsfassungsvermögen der Auslaßöffnung 45 überschritten wird, dann setzt sich die überschüssige kleine Flüsv.gkeitsmenge, die dem Trennvorgang an der Auslaßöffr.ung 45 entronnen ist, ab und sammelt sich auf der Wand des dritten Rohres 27, koalesziert und tritt über die weitere Auslaßöffnung 47 aus, und zvar unterstützt durch die Abstreifwirkung des Umlaufgasstroms, der zürn größten Teil ebenfalls durch die Auslaßöffnung 47 austritt. Der zweistufige Abscheider bildet daher eine sehr wirksame Vorrichtung zum Entfernen von Flüssigkeit aus einem Gasstrom und ist besonders für Gasströme geeignet, die einen relativ hohen Flüssigkeitsgehalt haben. Der Abscheider kann insbesondere in Fällen eingesetzt werden, wo Stöße hohen Flüssigkeitsgehalts in einem Gasstrom auftreten, beispielsweise beim Entfernen und Wiedergewinnen von flüssigen Kohlenwasserstoffen aus Gasströmen, die aus Erdgasbohrlöchern austreten.

Obige und weitere Merkmale des Abscheiders 21 werden nun ausführlicher erläutert. Das Umlaufgas, das in die Einlaßöffnung 43 strömt, hat eine niedrigere Geschwindigkeit als der wirbelnde Gasstrom in dem ersten Rohr 23. Deshalb muß die Energie, die dem Gasstrom durch die Wirbelvorrichtung 41 mitgegeben wird, ausreichend groß sein, damit zwischen der Einlaßöffnung 43 υ ^d der Auslaßöffnung 45 das Umlaufgas in der Lage ist, sich mit dem wirbelnden Gasstrom wirksam zu vermischen und ein Teil desselben zu werden, bevor die Auslaßöffnung 45 erreicht wird, damit die von dem Umlaufgas mitgeführte Flüssigkeit sich auf der Wand des zweiten Rohres 25 absetzt und durch die Auslaßöffnung 45 austreten kann. Die dem Gasstrom erteilte Wirbelgeschwindigkeit ist eine Funktion des Änfangswirbeiwinkels λ. Die Wirbelvorrichtung 41 ist so ausgebildet, daß der gewünschte Anfangswirbelwinkel λ erzielt wird, und ist außerdem an einer Stelle in dem ersten Rohr 23 angeordnet, die gewährleistet, daß die gewünschte Stabilisationszone in dem ersten Rohr 23 stromabwärts derselben gebildet wird, bevor der Gasstrom in das zweite Rohr 25 eintritt.

Die Wirbelvorrichtung 41 weist zwei oder mehr als zwei halbelliptische Platten auf, die unter einem vorbestimmten Winkel gegen die Längsachse des ersten Rohres 23 angeordnet sind. Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Wirbelvorrichtung 41 aus zwei halbelliptischen Platten 61 und 63. Gemäß der Darstellung in F i g. 4 werden die beiden Platten 61 und 63 in Schlitze 6iA 63A eingeführt, welche in dem ersten Rohr 23 unter den gewünschten Winkeln gebildet sind. Jede Platte hat die Form einer halben Ellipse, wenn diese längs der Hauptachse geteilt wird. In der dargestellten Ausführungsform beträgt der Winkel λ 30°. Die beiden halbelliptischen Platten 61, 63 sind, betrachtet auf der horizontalen Achse, unter einem Winkel von 60° zueinander und unter dem Winkel α von 30° gegen die horizontale Achse des Gasstroms in dem Ascheider 21 angeordnet Die Kanten der halbelliptischen Platten berühren einander genau in der Mitte des ersten Rohres 23.

Ein Gasstrom erzeugt, wenn er in dem Abscheider 21 wie dargelegt in eine Wirbelbewegung versetzt wird, einen freien Wirbel der bestrebt ist, eine zylindrische und ringförmige Konfiguration anzunehmen, die durch die Wände des Abscheiders begrenzt wird, so daß eine Zone negativen Druckes im Kern des Abscheiders verbleibt. Dieser Kern negativen Druckes führt zur Strömung eines zurückkehrenden Wirbels in dem mittleren Teil des Abscheiders und wird als »erzwungener« Wirbei bezeichent. Die Drehung des erzwungenen Wirbels erfolgt in derselben Richtung wie die des freien Wirbels, die Strömungsrichtung ist aber zur Richtung des normalen Gasstroms durch den Abscheider 21 entgegengesetzt. Dieser innere Gasstromumlauf in dem Abscheider

ίο verbraucht Energie und hat insoweit, als es den Trennvorgang betrifft, keine nützliche Funktion.

Die Wirbelvorrichtung 41, die aus den beiden halbelliptischen Platten 61, 63 gebildet ist, ist eine nabenlose Wirbelvorrichtung, die bevorzugt wird, da der erzwungene Wirbel vermieden oder auf einem Minimum gehalten wird, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Abscheidung pro Energieeinheit, die in Form von Druckverlust in dem Abscheider aufgewendet wird, gesteigert wird. Die Wirbelvorrichtung könnte auch aus einer herkömmlichen Umlenkvorrichtung bestehen, die mehrere schraubenlinienförmige Leitschaufeln aufweist, welche an einer zentralen Nabe befestigt und so angeordnet sind, daß das gesamte Gas, welches durch die Umlenkvorrichtung hindurch geht, mit den Umlenkschaufeln in Berührung kommt.

Gemäß F i g. 5 wird die Auslaßöffnung 45 durch eine nach innen gerichtete Fläche 25Can dem stromabwärtigen Ende 25B des zweiten Rohres 25 und durch eine nach außen gerichtete Fläche 27Can dem stromaufwärtigen Ende 27A des dritten Rohres 27 gebildet. In der dargestellten Ausführungsform ist die Fläche 27C Teil eines Bundes 27', der an dem dritten Rohr 27 angeschweißt und Teil dieses Rohres ist. In einer Ebene in und längs der Achse des Abscheiders 21 sind die Flächen 25Cund 27Cgerade Flächen. Gemäß Fig.5 erweitern sich die nach innen und nach außen gerichteten Flächen 25Cbzw. 27Cin stromabwärtiger Richtung unter unterschiedlichen Winkeln Φ und θ gegen die Achse nach außen, so daß der Abstand zwischen diesen beiden Flächen an Stellen radial außerhalb der Achse in stromabwärtiger Richtung von einem Eingang 45/4 zu der Auslaßöffnung 45 abnimmt. Der Winkel θ ist der mittlere Winkel in diesem Punkt des Wirbels der Parabel, die durch die Flüssigkeit auf deren schraubenlinienförmigen Weg um die Wand des zweiten Rohres 25 beschrieben wird, wogegen der Winkel Φ die Ausdehnung des Wirbels steuert. Die Auslaßöffnung 45 gestattet daher der Flüssigkeit oder mitgeführten Verunreinigungen, die sich nahe der Wand in ihrer schraubenlinienförmigen Bewegung befinden, austreten, ohne daß Richtungsäi.derungen notwendig sind, oder allein durch Trägheitswirkung. Da außerdem die Auslaßöffnung 45 im Querschnitt kegelstumpfförmig ist, ist eine Vorflüssigkeitssammelzone vorhanden, die der Flüssigkeit gestattet, den Hauptgasstrom vor dem Austritt zu verlassen. Tests haben gezeigt, daß eine Auslaßöffnung dieser Form die Flüssigkeitabscheideleistung des Abscheiders bedeutend erhöbt, beispielsweise gegenüber einem ringförmigen Spalt mit parallelen und geraden Wänden.

In der bevorzugten Ausführungsform ist der Innendurchmesser d des ersten Rohres 23 gleich 7,6 cm, wogegen der Innendurchmesser D des zweiten Rohres 25 gleich 10,16 cm ist Der Innendurchmesser des dritten Rohres 27 ist ebenfalls gleich 10,16 cm wogegen der innendurchmesser des vierten Rohres 31 gleich 7,6 cm ist Der Anfangswirbelwinkel <x ist gleich 30°, wogegen der Winkel θ der Auslaßöffnung 45 gleich 26° ist Der Winkel Φ der Auslaßöffnung beträgt etwa 12°. Die Ge-

samtlänge des Abscheiders 21 von einem Ende zum anderen beträgt 118,75 cm. Das erste Rohr 23 hat eine Gesamtlänge von einem Ende zum anderen von 35,56 cm; das zweite Rohr 25 hat eine Gesamtlänge von 22,86 cm; das dritte Rohr 27 mit dem Bund 27' hat eine Gesamtlänge von 30,48 cm; und das vierte Rohr 31 hat eine Gesamtlänge von 35,56 cm. Das stromabwärtige Ende 235des eisten Rohres 23 ist 2,54 cm in das Stromaufwärtige Ende 25A des zweiten Rohres 25 eingeführt. Das stromaufwärtige Ende 27Λ des dritten Rohres 27 ist 1,72 cm in das stromabwärtige Ende 255 des zweiten Rohres 25 eingeführt. Das stromaufwärtige Ende 3iA des vierten Rohres 31 ist 1,41 cm in das stromabwärtige Ende 275des dritten Rohres 27 eingeführt. Der Abstand zwischen dem Ende der Wirbelvorrichtung 41 und dem stromabwärtigen Ende 235 des ersten Rohres 23 ist gleich d, wogegen die effektive Länge des zweiten Rohres 25 (d. h. der Abstand zwischen dem stromabwärtigen Ende 23ßdes ersten Rohres 23 und dem stromaufwärtigen Ende 27A des dritten Rohres 27) ungefähr 2,7 d ist. Die ringförmige Fläche A\ der Einlaßöffnung 43 ist gleich 0,47 cP. Der Austrittsspalt der Auslaßöffnung 45 ist 0,254 cm breit, und seine ringförmige Fläche A₂ 'st gleich 0,17 <fi. Die ringförmige Fläche A^ der weiteren Auslaßöffnung 47 ist gleich 0,47 <P. Diese Fläche ist ausreichend, um den Austritt der überschüssigen Flüssigkeit sowie eines Teils des Gasstroms zum Bilden des Umlaufgasstroms zu gestatten. Der Innenquerschnitt der Kammer 33 ist in der Ausführungsform nach F i g. 2 gleich 0,89 d². Die in F i g. 1 angegebenen Winkel y und ω sind gleich 26°. Der Abscheider 21 mit den oben angegebenen Daten kann Gasströme handhaben, die in dem ersten Rohr 23 gemessene Geschwindigkeiten in dem Bereich von 0,96 bis 4,50 m/s und mehr innerhalb des erlaubten Druckverlustbereiches haben. Aus Tests wurde ermittelt, daß ein Bereich von 11% bis zu 32% des gesamten in den zweistufigen Abscheider eintretenden Stroms als Umlaufgas in der Kammer 33 gewertet werden kann.

Da die Auslaßöffnung 45 relativ kurz ist, können die Flächen 25Cund 27Cim Querschnitt betrachtet gerade sein, und der direkte Zusammenhang zwischen dem Winkel θ und dem Wirbelwinkel α kann durch folgende Beziehung dargestellt werden:

θ = ARCTAN

ΤΑΝβ/rß

)^; Λ

(1)

Bei dem zweistufigen Abscheider 21 nach F i g. 1 ist es erwünscht, daß das die zweite Stufe bildende dritte Rohr 27 einen Innendurchmesser hat, der gleich dem Innendurchmesser D des zweiten Rohres 25 ist, um den Druckverlust in dem Abscheider auf einem Minimum zu halten. In der bevorzugten Ausführungsform kann der Dnickverlust, der in dem Abscheider^ auftritt, den kleinen Wert 0,017 bar haben. Der Innenquerschnitt der Kammer 33 sollte einen ausreichend großen Flächeninhalt haben, um das Abscheiden der Flüssigkeit aus dem Umlaufgas in der Kammer 33 zu gewährleisten und um einen ausreichend großen Strömungsquerschnitt bereitzustellen, damit auf dem des Umlaufgasstroms von der Auslaßöffnung 47 zu der Einlaßöffnung 43 ein verrachlissigbarer Druekverlust auftritt

Tests haben gezeigt, daß der zweistufige Abscheider 21 nach Fig. 1 die 10—20facbe Leistung eines einstufigen Abscheiders und eine größere Leistung als zwei einstufige Abscheider, die in Reihe, aber in separate Behälter eingebaut, benutzt werden, hat. Der Grund dafür ist die gmeinsame Abscheidewirkung der beiden Auslaßöffnungen 45 und 47.

In der bevorzugten Ausführungsform sind die Innendurchmesser der Rohre 23, 31 und 25, 27 zwar gleich 7,62 cm bzw. 10,16 cm, es können jedoch andere Innendurchmesser benutzt werden. Die Innendurchmesser der Rohre 25 und 27 und andere Abmessungen des Abscheiders 21 sind aber von dem Innendurchmesser des ersten Rohres 23 abhängig.

Der Wirbelwinkel α für die Platten 61 und 63 wird auf der Basis des erlaubten Druckverlustes in dem Abscheider 21 sowie der Menge und der Größe der Tröpfchen und teilchenförmigen Feststoffe, die aus dem Gasstrom zu entfernen sind, bestimmt. In der Ausführungsform, in der das erste Rohr 23 einen Innendurchmesser νοιί 7,62 cm hat, wird eine optimale Flüssigkeitsrückgewinnung bei einem minimalen Druekverlust bei einem Anfangswirbelwinkel von 30° gegen die Längsachse erzielt. Größere oder kleinere Wirbelwinkel α können für spezielle Betriebsbedingungen, die in dem zu verarbeitenden Gasstrom auftreten können, benutzt werden. Wenn extrem kleine Tröpfchen oder Feststoffe aus einem Gasstrom zu entfernen sind, ist es wünschenswert, eine Wirbelvorrichtung 41 mit einem Winkel λ von 45° gegen die Längsachse zu benutzten. Wenn der Wirbelwinkel λ von 30° verschieden ist, wird der Winkel θ gemäß der Gleichung (1) geeignet modifiziert.

In der Ausführungsform nach Fig.3 sind mehrere Abscheider in gleichen Abständen voneinander in einer Kammer 35 angeordnet. Diese Kammer ist zwischen Platten 71 und 73 gebildet und in dem stromabwärtigen Ende eines Behälters 75 angeordnet In dem stromaufwärtigen Ende des Behälters 75 befindet sich in einem Bereich 77 ein Vorabscheider, der nicht ausführlicher dargestellt ist. Der gemischte Fiüssigkehs-Gasstrom wird wird einem Einlaß 79 zugeführt. Der Strömungsweg des Gases führt durch den Vorabscheider in dem Bereich 77 und durch die zweistufigen Abscheider in der Kammer 35. Das Gas, aus welchem Flüssigkeit und andere schwerere Bestandteile entfernt worden sind, tritt über einen Auslaß 81 aus. Eine Flüssigkeitsaufnahmevorrichtung besteht aus einem separaten Behälter 83, welcher Flüssigkeit aus dem Vorabscheider in dem Bereich 77 aufnimmt, und aus einem separaten Behälter 85, der Flüssigkeit aus der Kammer 35 aufnimmt, in der die zweistufigen Abscheider angeordnet sind. Eine Platte 84 trennt die Behälter 83 und 85. Die Flüssigkeit die durch den Vorabscheider in dem Bereich 77 entfernt wird, wird dem Behälter 83 über eine Auslaßleitung 87 zugeführt und über eine Leitung 89 aus dem Behälter 83 abgelassen. Zwei Ablaßleitungen 91 und 93 führen von der Kammer 35 zu dem Behälter 85, und eine Ablaßleitung 95 dient zum Ablassen der Flüssigkeit aus diesem Behälter. Der Behälter 77 sowie die Behälter 83 und 85 sind durch Tragvorrichtungen 96 gehalten.

In der Ausführungsform nach F i g. 3 sind die ersten Rohre 23 in in der Platte 71 gebildeten öffnungen gehaltert was auch in F i g. 1 gezeigt ist Die vierten Rohre 31 sind in in der anderen Platte 73 gebildeten öffnungen gehaltert Gemäß F i g. 1 ist jedes erste Rohr 23 in einen Rohrstutzen 97 eingeführt die in den in der Platte 71 gebildeten öffnungen befestigt sind, und das erste Rohr ist in dem Rohrstutzen befestigt jedes erste Rohr 23 kann in die gewünschte Position gebracht und durch eine Feststellschraube 99 festgehalten werde.!. Weiter ist jedes erste Rohr 23 leicht austauschbar, wenn an

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dieser Stelle Rost oder Abnützung auftreten sollten.

Die Anordnung nach F i g. 3 wird zum Abscheiden von Flüssigkeit aus einem Gastrom benutzt, der einen sehr hohen Flüssigkeitsgehalt hat. Durch die Verwendung der Abscheider 21 in Kombination mit dem Vorabscheider gemäß der Darstellung in Fig.3 kann die gesamte Flüssigkeit mit minimalem Vorrichtungsaufwand vollständig aus dem Gasstrom entfernt werden. Deshalb kann der Vorabscheider relativ klein ausgebildet sein, um einen großen Teil der Flüssigkeit aus dem ι ο Gasstrom abzuscheiden, wobei der Restariteil der Flüssigkeit durch die zweistufigen Abscheider, die in der Kammer 35 angeordnet sind, vollständig entfernt wird.

In der Atsführungsform nach Fig. 3 sind vierzig zweistufige Abscheider in der Kammer 35 angeordnet, \5 die einen Innendurchmesser von 107 cm hat.

Bei den Ausführungsformen nach den F i g. 2 und 3 sind die zweistufigen Abscheider zwar horizontal angeordnet, sie könnten jedoch auch senkrecht oder schräg angeordnet sein.

In F i g. 1 sind zwar nur drei Distanzstücke 51,53 und 55 zum Miteiiianderverbinden der Rohre dargestellt, es sind jedoch drei Distanzstücke 51 in einem Winkelabstand von 120° voneinander angeordnet, deren stromaufwärtige Enden mit dem Rohrstutzen 97 und deren stromabwärtige Enden mit dem zweiten Rohr 25 verbunden sind. Ebenso sind drei Distanzstücke 53 in einem Winkelabstand von 120° voneinander angeordnet, deren stromaufwärtige Enden mn dem zweiten Rohr 25 und deren stromabhängige Enden mit dem dritten Rohr 27 verbunden sind. Ebenso werden drei Distanzstücke 55 benutzt, die ebenfalls in einem Winkelabstand von 120° voneinander angeordnet sind und deren stromaufwärtige Enden mit dem dritten Rohr 27 und deren stromabwärtige Enden mit dem vierten Rohr 31 verbunden sind.

Bei Bedarf kann ein dreistufiger Abscheider benutzt werden, um die Abscheideleistung noch zu steigern, indem ein fünftes Rohr 101 stromabwärts von dem dritten Rohr 27 vorgesehen wird, was in F i g. 6 dar eilt ist. Das fünfte Rohr 101 hat ein schmaleres strc.^ufwärtiges Ende 1OM, das sich innerhalb des stromabwärtigen Endes 27 ß des dritten Rohres 27 befindet. Das stromaufwärtige Ende 3iA des vierten Rohres 31 ist in dem stromabwärtigen Ende 101B des fünften Rohres 101 angeordnet und bildet mit diesem die weitere Auslaßöffnung 47. Das stromaufwärtige Ende 101A bildet mit dem stromabwärtigen Ende 27 ß des dritten Rohres 27 eine zweite weitere ringförmige Auslaßöffnung 103, die zv/ischen den Auslaßöffnungen 45 und 47 gelegen ist, für den Auslaß von Flüssigkeit die nicht durch die Auslaßöffnung 45 abgeschieden worden ist Alle verbliebenen Flüssigkeitsspuren worden über die Auslaßöffnungen 47 zusammen mit einem Teil des Gases für Umlaufzwecke wie an der AuslaBöffnung 103 ausgestoßen. Die Ausführungsform nach F i g. 6 kann bei einem Gasstrom benutzt werden, der einen relativ hohen Flüssigkeitsgehalt hat Sie kann als einzelner Abscheider in der Kammer 33 oder in Form von mehreren Abscheidern in der Kammer 35 benutzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

Patentansprüche:

1. Abscheider zum Entfernen von schweren Bestandteilen aus einem Gasstrom, mit wenigstens drei in Strömungsrichtung hintereinander axial in einer linie angeordneten Rohren, von denen zur Bildung wenigstens einer ringförmigen Auslaßöffnung für die schwereren Bestandteile das stromaufwärtige Ende des in Strömungsrichtung dritten Rohres koaxial innerhalb des stromabwärtigen Endes des zweiten Rohres und zur Bildung wenigstens einer ringförmigen Einlaßöffnung zum Wiedereinsaugen von durch die Auslaßöffnung ausgetretenem Gas das stromabwärtige Ende des ersten Rohres koaxial innerhalb des stromaufwärtigen Endes des zweiten Rohres angeordnet ist, mit einer in einem der Rohre angeordneten Wirbelvorrichtung, die dem Gasstrom eine Wirbelbewegung gibt, mit einer Vorrichtung zum Abführen der aus dem Gasstrom entfernten schwereren Bestandteile und mit einer Kammer, innerhalb welcher sich die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung befinden, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung axial hinter dem dritten Rohr (27) wenigstens noch ein viertes Rohr (31) vorgesehen ist, dessen stvomaufwärtiges Ende (3M;zur Bildung wengistens noch einer weiteren in der Kammer (33) befindlichen ringförmigen Auslaßöffnung (47) koaxial innerhalb des stromabwärtigen Endes (27ß) des dritten Rohres (27) angeordnet ist, und daß die Wirbelvorrichtung (41) stromaufwärts der Einlaßöffnung (43) ai dem ersten Rohr (23) angeordnet ist

2. Abscheider nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Rohr (25) einen minimalen innendurchmesser (D) hat, der größer ist als der Außendurchmesser des ersten Rohres (23), und daß das stromaufwärtige Ende (27/lJdes dritten Rohres (27) einen Innendurchmesser hat, der etwa gleich dem minimalen Innendurchmesser (D) des zweiten Rohres (25) ist

3. Abscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte dritte Rohr (27) einen Innendurchmesser hat, der etwa gleich dem minimalen Innendurchmesser (D) des zweiten Rohres (25) ist, und daß das vierte Rohr (31) einen Außendurchmesser hat, der kleiner ist als der Innendurchmesser des dritten Rohres (27).

4. Abscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung axial zwischen dem dritten Rohr (27) und dem vierten Rohr (31) ein fünftes Rohr (101) vorgesehen ist, dessen stromaufwärtiges Ende (\Q\A)z\it Bildung einer zweiten weiteren in der Kammer (33) befindlichen ringförmigen Auslaßöffnung (103) koaxial innerhalb des stromabwärtigen Enc .s (275,) des dritten Rohres (27) angeordnet ist, und daß das stromaufwärtige Ende (3\A) des vierten Rohres (31) zur Bildung der ersten weiteren Auslaßöffnung (47) koaxial innerhalb des stromabwärtigen Endes (101 B) des fünften Rohres (101) angeordnet ist.

5. Abscheider nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das fünfte Rohr (101) einen Innendurchmesser (D 3) auf dem größten Teil seiner Länge hat, der ungefähr gleich dem Innendurchmesser des dritten Rohres (27) ist, und daß das vierte Rohr (31) einen Außendurchmesser hat, der kleiner ist als der Innendurchmesser (D3) des fünften Rohres

6. Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die ringförmige Auslaßöffnung durch eine nach innen gerichtete Fläche aa dem stromabwärtigen Ende des zweiten Rohres und durch eine nach außen gerichtete Räche an dem stromaufwärtigen Ende des dritten Rohres gebildet ist dadurch gekennzeichnet daß die beiden Flächen (25C 17Qsich in stromabwärdger Richtung unter verschiedenen Winkeln {Φ, Θ) gegen die Achse nach außen erweitern, so daß ihr gegenseitiger Abstand in stromabwärtiger Richtung abnimmt

7. Abscheider nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Wirbelvorrichtung (41) aus wenigstens zwei Platten (61, 63) besteht die zur Erzeugung einer spiralförmigen Strömung, die Teil einer Parabel ist an der Wand des zweiten Rohres (25) innerhalb des ersten Rohres (23) unter einem bestimmten Winkel (λ) gegen die Achse des ersten Rohres (23) angeordnet sind und daß der Winkel lß\ der nach außen gerichteten Fläche (27Q gegeben ist durch: