JP2006518274A - 分離トレイ - Google Patents
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Abstract
垂直カラムに装填される分離トレイであり、この分離トレイは、内側ペース12をそれらの間に画定する水平の上側壁面4および下側壁面2、ならびに、流体を1次ガスと液体リッチな流体とに分離するための少なくとも1つの1次分離装置を備え、1次分離装置は、垂直管状導管25a、b、c;渦生成手段36a(この渦生成手段の下流で、導管の内側表面に隣接する環状領域に液体リッチな流体の層が形成されるように、導管内に配置されている)を備え、前記分離トレイは、さらに、同伴される液体を2次ガスから取り除くための2次分離手段へ、液体リッチな流体を1次分離装置から取り出し誘導する手段40、45を備え、2次分離手段は上側および下側壁面の間の内側フリースペースにより形作られる。
Description
本発明は、通常は垂直であるカラムに水平に装填されるのに適する分離トレイに関する。前記カラムは、特に、液体/ガスの混合物を分離するのに適するカラムであり得る。
明細書および請求範囲において、ガスという用語は、蒸気も含むものとして使用される。
欧州特許明細書No.0083811B1は、内側スペースをそれらの間に画定する、通常は水平である上側壁面と通常は水平である下側壁面;前記内側スペースに流体を入れる手段;前記内側スペースから液体を取り出す手段;前記内側スペースからガスを取り出す手段;流体を1次ガスと液体リッチな流体とに分離するための複数の1次分離装置を備え、それぞれの1次分離装置が、前記内側スペース内に配置されており、また、それぞれの1次分離装置が、
−通常は垂直である導管(その下側端部に流体の入口(この入口は流体を入れる前記手段と流体連通している)をもち、その上側端部に1次ガスの出口(この出口はガスを取り出す前記手段と流体連通している)をもつ);
−前記流体入口と前記ガス出口との間で前記導管に配置された渦生成(swirl−imparting)手段(通常運転中に、この渦生成手段の下流で、前記導管の内側表面に隣接する環状領域に液体リッチな流体が生成するように配置される);および
−同伴する液体を2次ガスから取り除くための2次分離手段へ、前記液体リッチな流体の少なくとも一部を、前記1次分離装置から取り出し誘導する手段
を備える分離トレイを開示する。
−通常は垂直である導管(その下側端部に流体の入口(この入口は流体を入れる前記手段と流体連通している)をもち、その上側端部に1次ガスの出口(この出口はガスを取り出す前記手段と流体連通している)をもつ);
−前記流体入口と前記ガス出口との間で前記導管に配置された渦生成(swirl−imparting)手段(通常運転中に、この渦生成手段の下流で、前記導管の内側表面に隣接する環状領域に液体リッチな流体が生成するように配置される);および
−同伴する液体を2次ガスから取り除くための2次分離手段へ、前記液体リッチな流体の少なくとも一部を、前記1次分離装置から取り出し誘導する手段
を備える分離トレイを開示する。
知られている分離トレイがカラムに装填されている時、その通常の運転中に、液体とガスを含む流体は、下側トレイにある開口部を通して、渦管(swirl tube)とも呼ばれる1次分離手段に入れられる。
通常の運転中、この渦管が、ガス/液体の混合物の1次分離を行う。この目的のために、羽根アセンブリの形の渦生成手段が、ガス/液体混合物に回転運動を与え、この回転運動によって、ガス/液体混合物の液滴が外向きに飛ばされて、管状壁面の内側表面に衝突し、合体する。
それぞれの渦管に供給されるガス/液体混合物のガス成分の主な部分は、同軸の一次ガス出口管を通して上側壁面より上の位置に排出される。
渦管の内側壁面に接する環状領域において、液体リッチな流体が流れている層が、液体と少量になったガス成分(いわゆる2次ガス)とにより形成される。特に、塊状(bulk)液体の層が管状壁面の内側表面に形成され得る。この液体は、2次ガスと一緒に、一部分は、横または僅かに上向きに、管状壁面にある排出開口部を通して、また一部分は渦管の上側端部の流体通路を通して、出て行く。内側フリースペースに、塊状液体は取り出され、トレイ下側壁面の上に溜まり、そこから、それはカラム側壁にある出口を通して取り出される。この説明と請求範囲において、内側フリースペースという表現は、1次分離装置、渦管または他の導管の外部で、特に、1次分離装置から(複数の)2次分離装置へ液体リッチな流体を取り出し誘導する手段の外部の、上側壁面と下側壁面との間の内側スペースの一部を表すために用いられている。2次ガスは、上側壁面にある出口を通して内側フリースペースを出て行く。
渦管における液体の充填および/または流れの速度が最大になっている典型的な運転条件の下で、液体は内側フリースペースを出て行く2次ガスに同伴されている。このため、2次ガスは1次ガスより湿っていることが多く、2次分離手段において2次ガスをさらに乾燥させることが必要である。知られている分離トレイにおいて、内側フリースペースを上方に出て行く2次ガスは、同伴する液体をそれから分離するために、2次分離手段への導管により誘導される。
知られている分離トレイの一実施形態において、同伴される液体を2次ガスから取り除くための2次分離手段は、上側壁面より上に配置された濾過手段により形成される。濾過手段により分離された液体は、カラム壁面にある別の側面出口から放出される。次に、乾燥された2次ガスの流れは、2次分離手段より上で、1次ガスの流れと合わされて1つになる。
別の実施形態において、知られている分離トレイは、特殊な渦管の形の2次分離手段を備える。2次ガスは、上側壁面より上の2次ガス捕集スペースに集められ、導管を通して下側壁面より下に誘導されて、前記の特殊な渦管に上向きに入れられる。
本発明の目的は、知られている分離トレイよりコンパクトで、製造し易い分離トレイを提供することである。
本発明は、通常は垂直であるカラムに水平に装填されるのに適する分離トレイを提供し、前記分離トレイは、内側スペースをそれらの間に画定する、通常は水平である上側壁面と通常は水平である下側壁面;前記内側スペースに流体を入れる手段;前記内側スペースから液体を取り出す手段;前記内側スペースからガスを取り出す手段;流体を1次ガスと液体リッチな流体とに分離するための、前記内側スペース内にある少なくとも1つの1次分離装置;を備え、前記1次分離装置は、
−通常は垂直である管状導管(その下側端部に流体の入口(この入口は流体を入れる前記手段と流体連通している)をもち、その上側端部に1次ガス出口をもち、前記出口から出口導管が前記上側壁面にある1次ガス出口開口部に延びており、前記1次ガス出口開口部は前記ガス取り出し手段の一部をなす);
−前記流体入口と前記1次ガス出口との間で前記導管に配置された渦生成手段(通常運転中に、この渦生成手段の下流で、前記導管の内側表面に隣接する環状領域に液体リッチな流体(2次ガスを含む)の層が生成するように配置される);
を備え、
また、前記分離トレイは、同伴される液体を2次ガスから取り除くための2次分離手段へ、液体リッチな流体を前記1次分離装置から取り出し誘導する手段をさらに備え、
同伴される液体を2次ガスから取り除くための前記2次分離手段が、前記上側壁面と前記下側壁面との間の内側フリースペースにより形作られ、前記内側フリースペースが、その下側部分の液体出口(前記液体取り出し手段と流体連通している)と、その上側部分の2次ガス出口(前記上側壁面にある2次ガス出口開口部に延びている)とをもち、前記2次ガス出口開口部が、前記1次ガス出口開口部とは別であり、前記ガス取り出し手段の一部をなし、液体リッチな流体を取り出し誘導する前記手段が、液体リッチな流体の全てを前記内側フリースペースに下向きに入れるように配置構成されている。
−通常は垂直である管状導管(その下側端部に流体の入口(この入口は流体を入れる前記手段と流体連通している)をもち、その上側端部に1次ガス出口をもち、前記出口から出口導管が前記上側壁面にある1次ガス出口開口部に延びており、前記1次ガス出口開口部は前記ガス取り出し手段の一部をなす);
−前記流体入口と前記1次ガス出口との間で前記導管に配置された渦生成手段(通常運転中に、この渦生成手段の下流で、前記導管の内側表面に隣接する環状領域に液体リッチな流体(2次ガスを含む)の層が生成するように配置される);
を備え、
また、前記分離トレイは、同伴される液体を2次ガスから取り除くための2次分離手段へ、液体リッチな流体を前記1次分離装置から取り出し誘導する手段をさらに備え、
同伴される液体を2次ガスから取り除くための前記2次分離手段が、前記上側壁面と前記下側壁面との間の内側フリースペースにより形作られ、前記内側フリースペースが、その下側部分の液体出口(前記液体取り出し手段と流体連通している)と、その上側部分の2次ガス出口(前記上側壁面にある2次ガス出口開口部に延びている)とをもち、前記2次ガス出口開口部が、前記1次ガス出口開口部とは別であり、前記ガス取り出し手段の一部をなし、液体リッチな流体を取り出し誘導する前記手段が、液体リッチな流体の全てを前記内側フリースペースに下向きに入れるように配置構成されている。
本発明は、複数の1次分離装置の間の内側スリースペースを、(複数の)1次分離装置を出て行く液体リッチな流体のより効率的な分離に利用できるという洞察に基づいている。従来技術において、内側フリースペースは、液体リッチな流体から大きな塊状液体の液滴を取り除くのに使用されるだけであるために、比較的湿った2次ガスが得られるが、本発明のトレイは、内側フリースペースが、同伴される液体を2次ガスから取り除くためにもまた使用されるように配置構成される。これは、液体リッチな流体を取り出し誘導する手段が、内部フリースペースに下向きに流体を入れるように配置構成されることにより実現される。この様にして実際の運転条件の下で、同伴される液体が十分に除かれた2次ガスが得られることが見出された。このように、2次ガスを上側壁面より上に誘導して2次ガス捕集スペースまたは2次分離手段に送り届ける必要がないので、従来技術により知られているものよりコンパクトで簡単な配置構成になる。1次ガスの液体含量は通常十分に小さいので、1次ガスは内側フリースペースに誘導されないで、上側壁面にある別の出口を通して直接取り出される。
次の説明に拘束されようとは思わないが、出願人は、下向きに入れることが、内側フリースペースの分離効率にいくつかのプラスの効果をもつと考えている。一方で、2次ガス(最終的には内側フリースペース内を上昇していく)は、下向きの注入により、湾曲した経路に沿って流れざるを得ないので、2次ガスが内側フリースペースを通って移動するに違いない最短流路長が最大化される。他方、液体は、直接の経路で、内側フリースペースの上側部分にある2次ガス出口に達することができない。2次ガス出口への、液体と2次ガス双方のショートカットを防ぐことにより、利用可能な内側フリースペースが最大限に利用され、その結果、全体としての流速がそこでは比較的小さい、内側フリースペース内の領域に、全ての液体リッチな流体が到達することができる(適切には、この領域は内側フリースペースの下側の領域である)。この様に、同伴される液体の分離に利用される時間が増すので、その結果、同伴される液体の液滴(液体リッチな流体の前記塊状液体の液滴よりずっと小さい)が2次ガスから分離し得る。1次ガスとほぼ同じくらいに小さい液体含量をもつ2次ガスが得られることが好ましい。
適切には、内側フリースペースに液体リッチな流体を取り出し誘導する手段は、下側の壁面から計って、上側と下側壁面との間の間隔の50%以内、より好ましくは30%以内の位置に、その出口をもつ。この様に、全ての2次ガスに対して、内側フリースペースの上側領域にある出口までの移動距離が十分に長くなるように配置構成されているので、内側フリースペースでのガスの滞留時間は、同伴される液体が取り除かれる特定の最小値を超えている。
欧州特許出願EP0048508Aは、図6および7において、渦管が規則的に配置されたトレイを開示していることが分かる。隣接する渦管の間に、トレイの上側壁面に取り付けられたスカート(skirt)が配置されている。トレイの中央にある渦管は、4つのスカートにより囲まれている。このような4つのスカートにより画定される上側壁面の各部分に、2次ガスの出口が配置されている。知られているトレイにおいて、同伴される液体を2次ガスから取り除く2次分離手段は全くない。スカートは、渦管から排出された液体が隣接する渦管からの液体の排出を妨げることを防ぐのに役に立つ。運転中、液体リッチな流体は、接線方向にある開口部を通して渦管を出て行って、ほぼ横方向に内側フリースペースに入る。次に、2次ガスは、同伴する液体を一緒に運びながら、最も近い2次ガス出口管を通って上向きに内側フリースペースを出て行く。トレイの外周にある渦管は、スカートにより完全には囲まれておらず、そして、スカートは、外周に近い内側フリースペースにおける横方向の流体連通を可能にしている。
これから、本発明は、図を参照して、例によってより詳細に説明される。
図1を参照すると、図には、本発明による分離トレイ2が装填されたカラム1が示されている。分離トレイ2は垂直(これが、カラム1が運転される時の、通常の配置方向である)カラム1にほぼ水平に配置されて、示されている。
上側プレート4と下側プレート6が、分離トレイ2の上側および下側の壁面をなしており、また、それらの間に内側スペース8を画定している。下側プレート6は、開口部10a、b、cとして、内側スペース8に流体を入れる手段と、ドレイン導管15として、内側スペース8の下側部分12から液体を取り出す手段とを備えている。上側プレート4は、出口20a、b、c;21a、b、c、d;および22として、内側スペース8の上側部分18からガスを取り出す手段を備えている。
図1は、さらに、内側スペース8に、渦管25a、b、cとして、流体を1次ガスと液体リッチな流体とに分離するための3つの1次分離装置を示している。渦管は内側スペース8内に配置されている。実際の用途に応じて、本発明による分離トレイは、1つのように少数の渦管を備え得るが、複数、例えば、数百または数千でさえある多数の渦管もまた備え得る。渦管の入口部分は、可能性として、下側プレート6より下に延びていてもよいことは明らかであろう。
渦管25aは、軸29aをもつ円柱の垂直管状導管28aを備える。導管28aは、その上流端部(通常は下側端部)に、流体の入口30a(この入口は開口部10aと流体連通している)を、その下流端部(通常は上側端部)に、1次ガスの出口32aをもち、この出口は1次ガス出口導管34a(これは、好ましくは、管状導管28aと同軸である)により出口20aに流体連通している。導管34aは、ある距離だけ導管28a内に延びている。
導管28aの下側部分に、渦生成手段36aが配置されている。適切には、渦生成手段は、好ましくは、図5を参照して下で説明される形態の羽根アセンブリの形をもつ。液体リッチな流体の層は、渦生成手段36aの下流で環状領域37aを流れるであろう。
これから、1次分離装置から液体リッチな流体を取り出し誘導する手段が説明される。管状導管30aの壁面は、適切には、垂直または傾斜スリットのようなスリットとして、出口開口部40aを備えている。これらの開口部は、液体リッチな流体を取り出し誘導する手段の入口となる。
キャップ(cap)状リターンスカート45aは、導管28aよりいくらか大きい直径をもち、導管28aの上側部分の上方で軸を共有して延びている。1次ガス出口導管34aはリターンスカート45aの上側端部を貫いて延び、1次ガス出口導管34aの下側端部と導管28aの上側端部との間の環状領域46aからの流体が上向きに渦管25aを出て行くことができないように、リターンスカートは、導管34aに、流体が漏れないように接続されている。環状の開口部48aは、液体リッチな流体を取り出し誘導する手段のさらなる入口となり、環状領域46aからの流体が、導管28aとリターンスカート45aとの間の外側環状領域50aに流れるようにする。リターンスカートは、その下側端部では、出口40aの上に離れて延びており、分離トレイ2の内側フリースペース55への環状出口52aを、導管28aと形成する。内側フリースペース55は、プレート4および6の間の内側スペースの一部により形作られており、その部分は出口52aおよび他の渦管のそれぞれの環状出口の下流にある。
渦管25bおよび25cは、渦管25aと実質的に同じ形態をもつ。
分離トレイ2の通常運転中に、ガス/液体の流体混合物は、下側プレート6より下から入れられて、1次分離装置である渦管25a、b、cに入る。渦生成手段36aは、ガス/液体の混合物に回転運動を与え、この回転運動により、ガス/液体混合物の液滴は外向きに飛ばされる。液体を比較的含まないガスは、軸領域を上方に(すなわち、渦生成手段の下流に)流れ続け、同軸の導管34aを通って、分離トレイの上方に、1次ガスとして渦管を出て行く。
渦生成手段36aの下流の環状領域37aにおいて、液体リッチな流体が生成する。液滴は導管28aの内側壁面に衝突し、液体の流れている層を生成し得る。2次ガスもまた、この環状領域を上向きに流れ、液体もまたガスに再び同伴され得る。液体リッチな流体は、出口40aおよび48aを通して環状領域37aから取り出され、リターンスカート45aにより下方に誘導されて、環状出口52aを通して下向きに内側フリースペース55に入る。
大きな液滴は内側フリースペースの下側部分に直ちに着床して下側プレートの上に液体の層を生成するであろう。液体はこの層から、導管15を通して取り出される。出口52aを出る2次ガスは、渦管の間の距離が最も大きい、内側フリースペースの下側領域に直接入る。したがって、流速は十分に小さく、ガスに同伴される液体が合体し、液体の層に取り込まれるだけの余裕がある。2次ガスが、内側フリースペース55内を上向きにさらに流れる間にも、同伴される液体はさらに取り出され得る。液体を比較的含まない2次ガスは、上側プレート4にある出口(例えば、参照番号21a、b、c、dで示されているように、渦管の間に配置するこができる)を通して内側フリースペースを出て行く。別の可能性は、参照番号22で示されるように、2次ガス出口を1次ガス出口導管の回りに環状に配置することである。
ほとんどの液体は、スリット40aの下側端部で、渦管の導管28aから出て行き、さらに下流で、スリットの上側端部を通して、また環状開口部48aを通して導管を出て行く液体リッチな流体中のガスの濃度は、より大きいであろう。大きな流速で、スリット40aの下側端部を通して追い出され、リターンスカート45aの内側壁面上に衝突する液体は、ある程度、環状領域50a内を下向きに流れている2次ガスに再び同伴されるであろう。しかし、実際の運転条件の下で、この影響は、内側フリースペースにおける分離効率の増大によって補われて余りあるので、正味の効果はプラスであり十分に乾燥した2次ガスが生成するということが見出された。
これから、図2が参照され、図には、本発明により分離トレイ102の第2の実施形態が概略的に示されている。図1のトレイ2に実質的に似た部分は、同じ参照番号で参照される。
1次分離装置は渦管105a、b、cとして示されている。例として、渦管105aが、より詳細に説明されるであろう。他の渦管は同じようなものである。円柱状の垂直管状導管108a、これは側壁に開口部を備えていない。導管108aの上側端部107aの上方に、適切には渦管105aと同軸である、U字型環状リターンスカート109aが配置されている。リターンスカート109aの半径方向での内側部分は、この実施形態においては、渦管105aの1次ガス出口32aから出口20aに延びる1次ガス出口導管134aとなる。こうして、1次ガスは、トレイ102の内側フリースペース55に入らない。この実施形態におけるリターンスカートは上側プレート110と一体化していて、上側壁面112をなす。1次ガス出口導管134aの下側端部と導管108aの上側端部107aとの間の環状領域115aからの流体出口が、導管108aの上側端部とリターンスカート109a(上側壁面112)との間の環状開口部118aにより形成されている。環状開口部118aは、1次分離装置から液体リッチな流体を取り出し誘導する手段の入口となり、導管108aの上側端部とリターンスカート109aとの間の外側環状開口部119aはこの手段の出口をなす。内側フリースペース55は、出口119a、b、cの下流で、壁面112と116との間のスペースにより形作られる。
適切には、リターンスカートの下流端部は、導管108aの上側端部から計って、管状導管108aの長さの少なくとも10%だけ、下側プレートにより近い位置に下向きに延びる。管状導管の長さを、上側壁面112と下側壁面116との間の間隔の目安と見なすことができる。必要であれば、2次ガス出口への2次ガスのショートカットを防ぐために、渦管105cで参照番号120cで示されているように、リターンスカートが、内側スペース8内にさらに下方に延びていて、出口119cが液体リッチな流体をさらに下方で内側フリースペース55に入れるようにしてもよい。この場合には、渦管105cの導管108cの上側端部107cは、上側プレート110の面とほぼ同じ高さであってよい。
リターンスカートの入口端部を、液体リッチな流体のためのその入口開口部が、その出口開口部より高い位置に配置されるように、配置してもよく、特に、入口開口部は、渦管の上側端部の高さ、あるいはより上に配置してもよい。この選択肢は渦管105bに示されており、上側壁面112により形成されるリターンスカートは渦管105の上側端部を僅かに越えて延びており、その結果、環状入口開口部118bは、渦管118a、cで示されるものより高い位置に形成されている。
この実施形態の渦生成手段36aは、下側壁面116と一体化されて示されている。図2の実施形態により、特にコンパクトなデザインと費用効率の高い製造が可能となる。
この実施形態の分離トレイ102の通常運転は、図1のトレイ2のそれとほぼ同じである。ガス/液体混合物は、1次分離装置、例えば、渦管105aに下から入る。図1を参照して説明されたように、渦生成手段により、液体リッチな流体の層が環状領域37aに形成される。液体を比較的含まない1次ガスは、好ましくは同軸の1次ガス出口導管20a、b、cを通って分離トレイ102を出て行く。液体と2次ガスを含む液体リッチな流体は、導管108aから、開口部118aを通して取り出され、リターンスカートにより下方に誘導されて内側フリースペース55に、下向きに入る。塊状液体は着床して、プレート116上に液体の層が生成し、出口15を通して取り出される。2次ガスは、その運動量のために、下向きに流れ続けるので、内側フリースペース55の大部分が利用される結果として、内側フリースペースにおける2次ガスの滞留時間は、同伴される液体が取り除かれるのに十分な長さである。個々の2次ガス出口21a、b、c、dは、好ましくは、リターンスカートからできるだけ離して配置される(図3および4についての下の記載を参照)。別法として、渦管105cで参照番号22で示されている2次ガス環状出口を配置してもよい。
ここで図3および4を参照すると、図には、分離トレイの渦管と個々の2次ガス出口開口部について、2つの異なる配置の上面図が概略的に示されている。リターンスカート210の外周、1次ガス出口220および2次ガス出口221だけが示されており、分かりやすいように、参照番号は、これらの各構成要素の1つにだけ付けられている。図3の配置において、それぞれの渦管は、方形セルをもつ仮想的規則格子の隅に配置されている。2次ガス出口が近くにある4つの渦管の間に対称的に配置されると、2次ガス出口はリターンスカートから最も離れる。さらに、この配置においては、2次ガス出口の下に、かなりの広さの内側フリースペースがある。図4の配置においては、それぞれの渦管は、セルが正三角形である仮想的規則格子の隅に配置されているので、それぞれの渦管には6つの最も近い渦管がある。図3の配置に比べて、渦管を互いにより近づけて配置することができるのが、このやり方では、2次ガス出口がリターンスカートにより近づいており、2次ガス出口の下で利用できる内側フリースペースはより少ない。
ここで図5および6を参照すると、図には、本発明での使用に適する渦生成手段300の上面図と斜視図が示されている。渦生成手段は、金属プレート310から一体成型された羽根305により形作られている。示されている実施形態の8枚の羽根305の各々は、実質的に扇形セグメントの形をしている。このような羽根は、図5に示されているように、適切に配置された半径方向のカット307と中心312の回りの円弧状カット308とを入れ、続いて部分的にカットされた扇形セグメントを半径309に沿って、金属プレート面の外へ曲げることにより容易に作製され得る。分かりやすいように、参照番号はセグメントの1つについて記入されているだけである。
カットすること、という用語は、曲げることができるセグメントを画定するように、プレートにスリットを配置する適切なやり方を表すために用いられている。製造上の観点から、カットを入れる適切なやり方には、パンチングとスタンピングが含まれ、特に適切であるのはレーザーによりカットを入れることである。
図5から分かるように、羽根を曲げた後、渦生成手段は上から見て、光が透過するようになっている。良好な渦生成とそれによる良好な分離性能を、渦管に装填された時に得ることができることが見出された。適切には、4から12枚の羽根が並べられる。好ましくは、全ての羽根は、金属プレート面の外に、同じ方向(通常運転中の流体の流れの方向)に曲げられる。羽根と金属プレートとの間の曲げ角度は、10と60度の間でよく、特定の用途に対して最適化されるべきである。良好な結果が、25と40度の間の角度で得られた。
渦生成手段が製造される金属プレートは、図5および6に示される円形のプレート310でよい。外縁を、渦管に、例えば図1の導管28aに、例えばスポット溶接で、取り付ければよい。別法として、外縁を、分離トレイの下側壁面に直接取り付けてもよい。さらなる可能性は、渦生成手段と下側壁面を一体化することである。図2における下側プレート116は、羽根を下側プレート116から直接カットし曲げることにより配置構成された、そのような渦生成手段36a、b、cを示している。後者の可能性により、より少数の別個の構成要素を取り扱えばよいので、本発明の分離トレイを特に効率的に製造することができる。
例えば、液体とガスを含む流体を導入するように配置された流体入口装置を、主な内部装備として第1の垂直位置または区間にもつコンパクトな高効率分離カラムにおいて、本発明による分離トレイを、第1の位置または区間の上方に配置して、利用することができる。カラムからのガスおよび液体の出口は、それぞれ、カラムの最上部と最下部に適切に配置される。適切な流体入口装置は、例えば、英国特許明細書GB 1 119 699に開示されている。
いくつかの用途では、本発明によるいくつかのトレイを、間隔をあけて垂直にカラムに配置することが望ましいであろう。
本発明の分離トレイは、高圧(例えば50bar以上)でのガス/液体の分離が実施されようとする場合に有利に使用され得る。例えば、ガス生成井を通して地下ガス層から天然ガスを製造するに際して、ガス/コンデンセート、または、ガス/水の分離に、本発明を用いることができる。本発明により、分離トレイがその中に据えつけられる高圧カラムの大きさを最小化できる、コンパクトで効率的な分離トレイが提供される。
試験実験が、1つの渦管(図1を参照して参照番号25aで説明された渦管とほぼ同じ)を含む分離装置を用いて実施された。渦管を、垂直に置かれた、直径300mmで高さ500mmの円柱チャンバ(上部および下部プレートをもつ)内に、共通の軸をもつように配置した。渦管を、チャンバの下側プレートにある入口からチャンバの上側端部へ延びる、直径110mmで長さ400mmの円柱渦管導管により形成した。入口に、図5および6を参照して説明された渦生成手段を配置した。導管に、渦管の導管の周囲に対称に配置された、長さ260mmで幅2mmの4本の縦スリットを設けた。スリットの上側端部は渦管導管の上側端部から40mm離れていた。導管の上側端部の上方に、同軸のキャップ状リターンスカート(直径140mmの円柱リターンスカートにより形作られ、その上側端部では水平プレートにより閉じている)を配置した。前記水平プレートを渦管導管の上側端部から垂直距離で2mm離して置くことにより、環状開口部を形成した。直径50mmの同軸の1次ガス出口導管を、縦スリットの上側端部と渦管導管の上側端部との間の位置から、リターンスカートの水平プレートとチャンバの上側プレートを貫いて、上へ延ばした。チャンバの上側プレートに、渦管およびリターンスカートの外側で、チャンバのフリースペースからの2次ガスの4つの出口を配置した。2次ガス出口の大きさを調節することにより、生成する2次ガスの量を変えることができた。チャンバの下側プレートに、チャンバの内側フリースペースからの液体のための2つの出口導管を配置した。
雰囲気条件で、トリエチレングリコール(液体)と空気の混合物である流体を分離するために実験を行った。混合物は、渦管の入口に入れられた時に、0と400kg/hrの間の液体と、250と800m3/hrの間のガスとを含んでいた。550m3/hrのガス流量で、液体なしで、10mbarのドライでの圧力低下が測定された。全ガスの約20%以上が2次ガスとして分離装置を出て行くように2次ガス出口を調節した場合、ガスおよび液体流量の全範囲に渡って、1次同伴の程度は1%あるいは、それより良かったことが見出された。1次同伴は、1次ガスに同伴される液体として1次ガス出口導管を通して分離装置を出て行く、液体の流れ全体の比率として定義される。
Claims (15)
- 内側スペースをそれらの間に画定する、通常は水平である上側壁面と通常は水平である下側壁面;前記内側スペースに流体を入れる手段;前記内側スペースに流体を入れる手段;前記内側スペースからガスを取り出す手段;流体を1次ガスと液体リッチな流体とに分離するための、前記内側スペース内にある少なくとも1つの1次分離装置を備え、前記1次分離装置が、
通常は垂直である管状導管(その下側端部に流体の入口(この入口は流体を入れる前記手段と流体連通している)をもち、その上側端部に1次ガス出口をもち、前記出口から出口導管が前記上側壁面にある1次ガス出口開口部に延びており、前記1次ガス出口開口部は前記ガス取り出し手段の一部をなす);
前記流体入口と前記1次ガス出口との間で前記導管に配置された渦生成手段(通常運転中に、この渦生成手段の下流で、前記導管の内側表面に隣接する環状領域に液体リッチな流体(2次ガスを含む)の層が生成するように配置されている)
を備え、
また、前記分離トレイが、さらに、同伴される液体を2次ガスから取り除くための2次分離手段へ、液体リッチな流体を前記1次分離装置から取り出し誘導する手段を備え、
同伴される液体を2次ガスから取り除くための前記2次分離手段が、前記上側壁面と前記下側壁面との間の内側フリースペースにより形作られ、前記内側フリースペースが、その下側部分にある液体出口(前記液体取り出し手段と流体連通している)と、その上側部分にある2次ガス出口(前記上側壁面にある2次ガス出口開口部に延びている)とをもち、前記2次ガス出口開口部が、前記1次ガス出口開口部とは別であり、前記ガス取り出し手段の一部をなし、液体リッチな流体を取り出し誘導する前記手段が、液体リッチな流体の全てを前記内側フリースペースに下向きに入れるように配置構成されている、
通常は垂直であるカラムに水平に装填されるのに適する分離トレイ。 - 液体リッチな流体を取り出し誘導する前記手段が、前記下側壁面から計って、上側と下側壁面との間の間隔の50%以内、より好ましくは30%以内の位置で、液体リッチな流体の全てを前記内側フリースペースに入れるように配置されている請求項1に記載の分離トレイ。
- 液体を取り出し誘導する前記手段の入口が、前記渦生成手段の下流で、前記1次分離装置の前記管状導管の壁面にある少なくとも1つの開口部により形成され、液体リッチな流体を取り出し誘導する前記手段が、前記導管の上側部分全体の外側配置されるリターンスカートを備える請求項1または2に記載の分離トレイ。
- 液体リッチな流体を取り出し誘導する前記手段のさらなる入口が、前記管状導管の上側端部と前記リターンスカートとの間の環状開口部により形作られる請求項3に記載の分離トレイ。
- 液体リッチな流体を取り出し誘導する前記手段が、前記1次分離装置の前記導管の上側端部に入口をもち、また、前記導管の上側端部の前記入口から計って、前記導管の長さの少なくとも10%だけ前記下側壁面に近い位置で、前記液体リッチな流体を前記内側フリースペースに入れるように配置されている請求項1または2に記載の分離トレイ。
- 液体リッチな流体を取り出し誘導する前記手段が、前記上側壁面と一体成型されたリターンスカートにより形作られる請求項5に記載の分離トレイ。
- 1次および2次ガスのための別々の出口が前記上側壁面に配置されている請求項1から6のいずれか一項に記載の分離トレイ。
- リターンスカートを備え、前記リターンスカートが環状のU字型である請求項3から7のいずれか一項に記載の分離手段。
- セグメントを画定するように金属プレートにスリットを入れ、続いて前記セグメントを前記金属プレート面から外へ曲げることにより、前記渦生成手段が金属プレートから形作られる請求項1から8のいずれか一項に記載の分離トレイ。
- それぞれの前記セグメントが扇形であり、前記金属プレート面の外へ半径に沿って曲げられている請求項9に記載の分離トレイ。
- 前記スリットがレーザー切断により提供される請求項9または10に記載の分離トレイ。
- 前記渦生成手段が前記最下部壁面と一体成型される請求項9から11のいずれか一項に記載の分離トレイ。
- 複数の1次分離装置が、規則格子、特に方形セルまたは正三角形セルにより形作られる格子の隅に配置される請求項1から12のいずれか一項に記載の分離トレイ。
- カラムに装填される場合の請求項1から13のいずれか一項に記載の分離トレイ。
- ガスおよび液体を含む流体をカラムにおいて分離するための、請求項1から14のいずれか一項に記載の分離トレイの使用。
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