DE2850019C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen von kondensierten oder kondensierbaren Komponenten aus einem Gasgemisch oder einem Flüssigkeits- Gasgemisch, insbesondere zum Abtrennen von Wasser und Benzin aus Erdgas, mit einem Wirbelrohr, im Bereich von dessen einem Ende ein das Gemisch drall­ gebend am Umfang des Wirbelrohres einleitender Einlauf mündet und an dessen anderem Ende ein erster Gasauslaß in Form eines in das Wirbelrohr koaxial hin­ einragenden Tauchrohres ausgebildet ist, wobei am Umfang des Wirbelrohres ein Ableitrohr in den Ringspalt rings des Tauchrohres mündet und an dem einlauf­ seitigen Ende des Wirbelrohres ein zweiter Gasauslaß koaxial mündet.
Es ist bekannt, daß bei der Expansion eines kondensierte oder kondensierbare Komponenten enthaltenden Gasgemisches eine Abkühlung eintritt, welche zur vollständigen oder teilweisen Kondensation der kondensierbaren Komponenten des Gemisches führt. Die in dem Kondensat enthaltenen Komponenten können dann voneinander getrennt werden.
Zu diesem Zweck sind bereits industriell verwendete Drosselventile, Arbeits­ maschinen bzw. deren Kombinationen bekannt. Bekannt ist weiter, daß eine mini­ male Abkühlung und Kondensation durch ein Verfahren erhalten werden können, bei welchem ein Drosselventil verwendet wird. Beim Drosseln werden die in dem Endzustand der Expansion herrschenden Temperatur- und Phasenverhältnisse durch die chemische Zusammensetzung des Gemisches, den Druck und die Tem­ peratur vor und nach der Drosselung bestimmt. Unter gegebenen Bedingungen geht die Expansion mit einer Aufwärmung einher.
Eine günstige Abkühlung und Kondensation können durch Anwendung von Ar­ beitsmaschinen erreicht werden. Der Nachteil dieser Verfahren besteht darin, daß die zu diesem Zweck entwickelten Expansionsturbinen nach Herstellung und Betrieb aufwendig sind. Außerdem muß die Erosion der Maschine durch die Flüssigkeit in Kauf genommen werden.
Ein gemeinsamer Nachteil sowohl der eine Arbeitsmaschine als auch ein Drosselventil verwendenden Verfahren besteht darin, daß zum Abscheiden des nach der Expansion erhaltenen Kondensats aufwendige Separatoren - die nach dem Gravitation-Aufprallprinzip betrieben sind - eingesetzt werden müssen.
Es ist auch eine Vorrichtung der einleitend genannten Art bekannt (US-PS 35 46 891, Fig. 2), bei welcher das Flüssigkeits-Gasgemisch durch den Einlauf mit hoher Geschwindigkeit in das Wirbelrohr eingeführt wird, wodurch das Gas expandiert. Die spezifisch schweren kondensierten Flüssigkeitsteilchen werden im Umfangsbereich des Wirbelrohres konzentriert und durch das Ableitrohr abgeführt, wohingegen durch das Tauchrohr aufgrund des Ranque-Hilsch-Wirbeleffekts ein warmer Gasstrom und durch den einlaufseitigen Gasauslaß ein kälterer Gasstrom abgeführt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart weiterzubilden, daß ein verbesserter Trennwirkungsgrad er­ halten wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß auch der zweite Gasauslaß von einem in das Wirbelrohr hineinragenden Tauchrohr gebildet wird und der Einlauf in den Ringraum zwischen diesem Tauchrohr und der Wand des Wirbel­ rohres tangential einmündet, daß sich die Umfangswand des Ringraumes zu dem benachbarten Ende des Wirbelrohres hin kegelförmig erweitert und daß das Ableit­ rohr und ein an dem Kegelabschnitt des Wirbelrohres mindestens zweites Ableitrohr in den Gasraum eines Flüssigkeitsseparatorbehälters münden.
Vorzugsweise wird außerhalb des Wirbelraumes das in diesen eingeführte Gemisch durch den kalten Gasstrom vorgekühlt, indem der einlaufseitige zweite Gasauslaß an einen Wärmetauscher zum Vorkühlen des dem Einlauf zugeführten Gemisches angeschlossen ist.
Der Gasraum des Seperatorbehälters kann mit dem zweiten Gasauslaß in offener Verbindung stehen, wodurch der Druckunterschied zwischen dem höheren Druck am Umfang des Wirbelrohres und dem geringeren Druck im Wirbelkern zum Ab­ leiten der Flüssigkeitsphase in den Seperatorbehältern ausgenutzt wird.
Erfindungsgemäß werden der Wirbeleffekt, das Kraftfeld der Fliehkraft und die Expansion in entsprechender Kombination gemeinsam ausgenutzt. In dieser Weise werden aus dem die kondensierbare Komponente enthaltenden rohen Gasgemisch - als Ergebnis der Abkühlung bei der partiellen Kondensation des Gemisches - die einzelnen Komponenten abgetrennt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit Vorteil zum Abtrennen von Wasser und Benzin aus Erdgas geeignet. In diesem Fall wird der vor dem Wirbelrohr herr­ schende Druck auf einen Wert zwischen 10,5 MPa und 2,9 MPa eingestellt, während der Druck nach der Expansion auf etwa 1,6 MPa eingestellt wird.
Eine merkliche Temperatur-Inhomogenität konnte erst dann verwirklicht werden, wenn das Expansionsverhältnis größer als 2,1 war. Gleichzeitig sollte das Ver­ hältnis zwischen der Menge des aus dem Wirbelrohr abgeleiteten kalten Gas­ stromes und der Menge des in das Wirbelrohr eingeleiteten rohen Gemisches kleiner als 0,7 sein.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind darin zu sehen, daß eine wirksame Flüssigkeitsabscheidung eine größere Produktivität und eine selektive Trennung der Komponenten ermöglicht; dabei wird für das Trennen keine äußere Energie benötigt, da eine vollkommene Separation durch die in der Wirbelkammer auftretende Druckverminderung zustande kommt.
Die Erfindung wird anhand einer beispielhaften Ausführungsform erläutert, welche schematisch aus der Zeichnung ersichtlich ist.
In ein horizontales Wirbelrohr 4 wird das über Leitungen 1, 3 ankommende Rohgasgemisch tangential in den Ringraum zwischen der Wand des Wirbelrohres 4 und einem Tauchrohr eingeleitet, welches stirnseitig in das Wirbelrohr 4 an dessen einem geschlossenen Ende einmündet. Die Umfangswand des Ringraumes ist als sich zum benachbarten Ende des Wirbelrohres 4 hin kegel­ förmig erweiternder Abschnitt ausgebildet. Am anderen Ende des Wirbelrohres 4 ist ein weiteres, koaxial in dieses hineinragendes Tauchrohr angeordnet. Aus dem einlaufseitigen Tauchrohr wird der kalte Gasstrom und aus dem anderen Tauch­ rohr der warme Gasstrom abgeleitet. Am Mantel des Kegelabschnittes des Wir­ belrohres 4 ist ein zweites Ableitrohr 7 ausgebildet, welches über ein Steuerventil 13 und eine Leitung 9 in den Gasraum eines Flüssigkeitsseparatorbehälters 12 ein­ mündet. Ein zweites Ableitrohr 8 mündet am Umfang des Wirbelrohres 4 in den Ringraum zwischen dessen Wand und dem das warme Gas ableitenden Tauchrohr. Auch dieses Ableitrohr 8 ist über ein Steuerventil 14 und die Leitung 9 mit dem Gasraum des Separatorbehälters 12 verbunden. Der Gasraum des Separatorbehäl­ ters 12 steht in offener Verbindung mit dem das kalte Gas ableitenden Tauchrohr 5 und steht daher unter dem Druck des Wirbelkerns im Wirbelrohr 4, so daß die Ableitung der Flüssigkeit durch Ausnutzung des Druckunterschiedes zwischen dem höheren Druck am Umfang des Wirbelrohres 4 und dem geringeren Druck in dessen Achsenbereich erfolgt.
Das in der Eingangsleitung 1 zugeführte Rohgas wird - noch bevor es in die Wir­ belkammer eintritt - mit Hilfe des aus der Wirbelkammer 4 ausströmenden kalten Gases in einem Wärmetauscher 2 vorgekühlt.
Die Menge des kalten Gases und dessen Temperatur werden durch eine Regelaus­ rüstung 15 - durch welche der warme Gasstrom gesteuert wird - eingestellt. Die Regelausrüstung 15 ist in der Praxis ein unmittelbar an dem Wirbelrohr 4 mon­ tiertes Kegelventil, wobei der Kegel koaxial zu dem Wirbelrohr 4 verläuft. Der warme Gasstromteil wird durch eine Leitung 6 abgeführt, welche in eine Abführ­ leitung 11 des kalten Gasstromteils hinter dem Wärmetauscher 2 mündet.
Durch die geschilderte Vorrichtung wird der Wirbeleffekt erfolgreich ausgenutzt und es werden die Abkühlung des Gemisches und die partielle Kondensation desselben auch dann gewährleistet, wenn im Verlauf der Drossel-Expansion die Kühlung gering ist oder in einem gegebenen Fall keine Temperaturänderung auf­ tritt oder gegebenenfalls die Temperatur ansteigt.
Die Flüssigkeitsphase wird durch eine im Flüssigkeitsraum des Separatorbehälters 12 mündende Rohrleitung 10 aus diesem abgeleitet. Durch eine gasabführende Rohrleitung 11 wird der kondensatfreie, an flüchtigeren Komponenten reichere Strom abgeführt.
Von dem Separatorbehälter 12 wird das darin abgeschiedene Gas durch den das kalte Gas aus der Wirbelkammer 4 ableitenden Gasauslaß 5 in den kalten Gas­ strom eingeleitet. Die aus dem Separatorbehälter 12 abgeleitete Gasmenge ist im Vergleich zu dem durch den Gasauslaß 5 strömenden Gasstromteil vernachlässigbar.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Trennen von kondensierten oder kondensierbaren Kompo­ nenten aus einem Gasgemisch oder Flüssigkeits-Gasgemisch, insbesondere zum Abtrennen von Wasser und Benzin aus Erdgas, mit einem Wirbelrohr, im Bereich von dessen einem Ende ein das Gemisch drallgebend am Umfang des Wirbelrohres einleitender Einlauf mündet und an dessen anderem Ende ein erster Gasauslaß in Form eines in das Wirbelrohr koaxial hineinragenden Tauchrohres ausgebildet ist, wobei am Umfang des Wirbelrohres ein Ableit­ rohr in den Ringspalt rings des Tauchrohres mündet und an dem einlauf­ seitigen Ende des Wirbelrohres ein zweiter Gasauslaß koaxial mündet, dadurch gekennzeichnet, daß auch der zweite Gasauslaß (5) von einem in das Wirbelrohr (4) hineinragenden Tauchrohr gebildet wird und der Einlauf in den Ringraum zwischen diesem Tauchrohr und der Wand des Wirbelrohres (4) tangential einmündet, daß sich die Umfangswand des Ringraumes zu dem benachbarten Ende des Wirbelrohres (4) hin kegelförmig erweitert und daß das Ableitrohr (8) und ein an dem Kegelabschnitt des Wirbelrohres (4) mündendes zweites Ableitrohr (7) in den Gasraum eines Flüssigkeitsseparatorbe­ hälters (12) münden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gasauslaß (5) an einen Wärmetauscher (2) zum Vorkühlen des dem Einlauf zugeführten Gemisches angeschlossen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas­ raum des Separatorbehälters (12) mit dem zwiten Gasauslaß (5) in offener Verbindung steht.
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