NO20120414A1

NO20120414A1 - Gas water removal tower inlet device

Info

Publication number: NO20120414A1
Application number: NO20120414A
Authority: NO
Inventors: Dag Kvamsdal; Knut Sveberg; Mauritz Talseth; Fredrik Carlson
Original assignee: Cameron Systems As
Priority date: 2012-04-08
Filing date: 2012-04-08
Publication date: 2013-10-09
Also published as: NO335198B1; WO2013154436A1

Abstract

En innløpsinnretning (17) for en gravitasjonsseparator (18) for separering aven fluidblanding som omfatter gass og væske. Innløpsinnretningen (17) omfatteren innløpsmunning (1) forfluidblandingen, et fordelingskammer (2) som er koblet til innløpsmunningen for fordeling av fluidblandingen til skorsteinsbrett (27) som er montert på toppen av en seksjonsplate (4) for å dele beholderen og inn i en nedre skrubberseksjon (5) og vannfjerningsseksjon (6), idetseksjonsplaten (4) utgjøren integrert del av innløpsinnretningen (17) ved å være koblet til fordelingskammeret.An inlet device (17) for a gravity separator (18) for separating a fluid mixture comprising gas and liquid. The inlet device (17) comprises the inlet mouth (1) the pre-fluid mixture, a distribution chamber (2) coupled to the inlet mouth for distribution of the fluid mixture to the chimney tray (27) mounted on top of a sectional plate (4) for dividing the container into a lower scrubber section (5) and water removal section (6);

Description

Innledning Introduction

Foreliggende oppfinnelse vedrører separasjon av væske fra en gasstrøm, spesielt ved produksjon av olje og gass. Mer presist vedrører den foreliggende oppfinnelse en innløpsinnretning som er beregnet for bruk i vannfjerningstårn konstruert typisk for fjerning og drenering av væske fra en gass-strøm som kommer inn i vannfjerningstårnet. The present invention relates to the separation of liquid from a gas stream, particularly in the production of oil and gas. More precisely, the present invention relates to an inlet device which is intended for use in water removal towers typically constructed for the removal and drainage of liquid from a gas stream entering the water removal tower.

Bakgrunn Background

Under produksjon av olje og gass fra et underjordisk reservoar vil brønnstrømmen normalt inneholde olje, gass, vann og noen faste partikler. For å separere de forskjellige fluider og faste stoffer, er det konstruert et dedikert prosessystem for brønnstrømmen. Naturgassen må gå gjennom flere prosesstrinn før den går inn i forsyningsnettet. Vanligvis blir tunge hydrokarboner, vann og sand fjernet i flere trinn som involverer ekspansjon, oppvarming eller kjøling og separasjon. Separeringen skjer i flere trinn, hvor "bulkseparasjon" av de ulike fasene skjer ved tyngdekraften alene, hvor de ikke-blandbare fluider separeres basert på forskjell i tetthet, og "finseparasjonen" eller rensing ofte blir gjort ved bruk av sentrifugalkrefter og treghetskrefter sammen med tyngdekraften. During the production of oil and gas from an underground reservoir, the well stream will normally contain oil, gas, water and some solid particles. In order to separate the different fluids and solids, a dedicated process system has been constructed for the well stream. The natural gas must go through several process steps before it enters the supply network. Typically, heavy hydrocarbons, water and sand are removed in several steps involving expansion, heating or cooling and separation. The separation occurs in several stages, where "bulk separation" of the various phases occurs by gravity alone, where the immiscible fluids are separated based on difference in density, and the "fine separation" or purification is often done using centrifugal forces and inertial forces together with gravity .

En utfordring som opptrer i mange separasjonstrinn er å fjerne væskedråper fra en gasstrøm hvor væskeinnholdet i gassen er lavt, typisk mindre enn 3 volum % av den totale volumstrøm. Det er av avgjørende betydning for å fjerne det meste av denne væske for å beskytte etterfølgende utstyr, som kompressorer og utstyr for vannfjerning idet bare spor av væske kan skape driftsproblemer. I det følgende er separatorer som er dedikert til å separere gass/ væskeblandinger inneholdende mindre enn nevnte 3 vol % væske, betegnet gassvaskere. A challenge that occurs in many separation steps is to remove liquid droplets from a gas flow where the liquid content in the gas is low, typically less than 3% by volume of the total volume flow. It is crucial to remove most of this liquid to protect downstream equipment, such as compressors and water removal equipment, as even traces of liquid can cause operational problems. In the following, separators that are dedicated to separating gas/liquid mixtures containing less than the aforementioned 3% by volume of liquid are referred to as gas scrubbers.

Naturgassen blir prosessert i løpet av flere trinn med re-komprimering, oppvarming og skrubbing før den er klar for transport. Denne prosessen regulerer hydrokarbon-duggpunktet til gassen, noe som sikrer den korrekte verdi for oppvarming av gassen før transport. Et annet viktig kriterium for den fete gass er vanninnholdet, eller mer presist vannets duggpunkt. Denne beskrivelse skal garantere at absolutt ikke noe fritt vann dannes uansett operasjonen som utføres. Den typiske duggpunktspesifikasjonen er -18 °C ved 70 bara. Fritt vann kan føre til både hydrat plugging og korrosjonsproblemer. Vannfjerningen starter allerede i brønnen, på grunn av temperatur- og trykkreduksjon. Vann blir ytterligere fjernet i separatorene, hvor det som nevnt fjernes bulk-væske. Den endelige fjerning av vann blir vanligvis gjort ved to teknikker: absorbsjon inn i en glykol eller adsorpsjon til et fast materiale (typisk molekyl sil eller silikagel). The natural gas is processed during several stages of re-compression, heating and scrubbing before it is ready for transport. This process regulates the hydrocarbon dew point of the gas, which ensures the correct value for heating the gas before transport. Another important criterion for the fatty gas is the water content, or more precisely the water's dew point. This description shall guarantee that absolutely no free water is formed regardless of the operation carried out. The typical dew point specification is -18 °C at 70 bara. Free water can lead to both hydrate plugging and corrosion problems. Water removal already starts in the well, due to temperature and pressure reduction. Water is further removed in the separators, where, as mentioned, bulk liquid is removed. The final removal of water is usually done by two techniques: absorption into a glycol or adsorption to a solid material (typically molecular sieve or silica gel).

Absorpsjonsprosessen gjøres vanligvis i en vertikalt orientert beholder, ofte kalt et kontaktortårn. The absorption process is usually done in a vertically oriented vessel, often called a contactor tower.

Et kontaktortårn består av en sprøyteinnretning mekanisme som skal sprøyte gassen jevnt med glykol. Trietylenglykol, TEG, brukes normalt i Norskehavet. Den våte gassen blir matet inn i bunnen av kontaktoren gjennom en skrubberseksjon. Denne seksjon skal fjerne faste stoffer og væsker som kan forurense glykolen. Skrubberseksjonen og absorpsjonsseksjonen er skilt fra hverandre med en plate omfattende såkalte "skorsteinsbrett" ("chimney trays") som tillater faststoffri og væskefri gass å komme inn i absorpsjonsseksjonen. Det vannfattige glykol kommer inn i toppen av absorpsjonsbrettet og renner nedover på grunn av tyngdekraften, mens gassen på samme tid strømmer oppover. En masseoverføring finner sted på grunn av affiniteten glykol har til vannmolekylene og vanninnholdet i gassen derved oppover i kolonnen. Vanligvis er det flere brett eller en eller annen form for pakking inne I absorbsjonsseksjonen som skal blande gass og glykol, slik at masseoverføring av vannøker. En dråpefjerningsseksjon er vanligvis plassert på toppen av vannfjerningstårnet slik at overløp av glykol blir redusert. A contactor tower consists of a spray device mechanism that should spray the gas evenly with glycol. Triethylene glycol, TEG, is normally used in the Norwegian Sea. The wet gas is fed into the bottom of the contactor through a scrubber section. This section must remove solids and liquids that can contaminate the glycol. The scrubber section and the absorption section are separated from each other by a plate comprising so-called "chimney trays" which allow solid-free and liquid-free gas to enter the absorption section. The anhydrous glycol enters the top of the absorption tray and flows downwards due to gravity, while the gas at the same time flows upwards. A mass transfer takes place due to the affinity glycol has for the water molecules and the water content in the gas thereby upwards in the column. Usually there are several trays or some form of packing inside the absorption section that will mix gas and glycol, so that mass transfer of water increases. A droplet removal section is usually located at the top of the water removal tower so that overflow of glycol is reduced.

Brønnstrømmen kommer inn i separatorinnløpet, hvor gass og væske blir separert. Gassen forlater toppen av separatoren, og strømmer videre til den første skrubber. Gassen blir videre behandlet i en sur gass-absorber, hvor typisk H2S og C02blir fjernet. Etter fjerning av sure komponenter, er det typisk en skrubber før vannfjerningstårnet. I tillegg til skrubberen oppstrøms av vannfjerningstårnet er det svært ofte en skrubber i bunnen av vannfjerningstårnet for å fjerne all væske kondensert i rørsystemet. Skrubberen i den nedre seksjon av kontaktortårnet inneholder vanligvis en innløpsenhet sammen med en trådmatte. Høyden og diameteren på kontaktortårnet er i hovedsak bestemt av masseoverføringen mellom glykol og vann. Ofte er det et kriterium på den maksimale høyde av kontaktortårnet som begrenser valget av innhold i den nedre seksjon av kontaktortårnet, f.eks. 12 meter. En god og kompakt skrubber i den nedre seksjon av kontaktortårnet kan redusere behovet for en skrubber oppstrøms den vannfjerningstårnet. Behovet for en kompakt og effektiv skrubber i den nedre seksjon av kontaktortårnet er klar. The well stream enters the separator inlet, where gas and liquid are separated. The gas leaves the top of the separator and flows on to the first scrubber. The gas is further treated in an acid gas absorber, where typically H2S and C02 are removed. After removal of acidic components, there is typically a scrubber before the water removal tower. In addition to the scrubber upstream of the water removal tower, there is very often a scrubber at the bottom of the water removal tower to remove all liquid condensed in the pipe system. The scrubber in the lower section of the contactor tower usually contains an inlet assembly together with a wire mat. The height and diameter of the contactor tower are mainly determined by the mass transfer between glycol and water. Often there is a criterion of the maximum height of the contactor tower which limits the choice of content in the lower section of the contactor tower, e.g. 12 meters. A good and compact scrubber in the lower section of the contactor tower can reduce the need for a scrubber upstream of the water removal tower. The need for a compact and efficient scrubber in the lower section of the contactor tower is clear.

Inne i gasskrubberen i den nedre seksjon av kontaktortårnet, finner separasjonen vanligvis sted i flere trinn. Først kommer gassen inn gjennom en innløpsmunning, som - for vertikalt orienterte skrubbere. Ved innløpsmunningen kan det være plasserten momentbrytende plate, en skovldiffusor eller hvilken som helst enhet for å kunne fordele fluider på tvers av skrubberens tverrsnittsareal. Allerede her blir de største dråpene skilt fra og faller ned I væskereservoaret i den nedre del av beholderen. Inside the gas scrubber in the lower section of the contactor tower, the separation usually takes place in several stages. First, the gas enters through an inlet, which - for vertically oriented scrubbers. At the inlet, there may be a torque-breaking plate, a vane diffuser or any device to distribute fluids across the cross-sectional area of the scrubber. Already here, the largest drops are separated and fall into the liquid reservoir in the lower part of the container.

Gassen vil strømme oppover inn i en rolig sone eller avsetning sone, hvor ytterligere dråper som følge av gravitasjon faller ned til væskeflaten under, evt. avsettes på separatorveggen og dreneres nedover langs denne. The gas will flow upwards into a calm zone or deposition zone, where further drops due to gravity fall to the liquid surface below, possibly deposit on the separator wall and drain downwards along this.

Nær toppen av beholderen, blir gassen tvunget til å passere gjennom rør som forbinder den nedre skrubberseksjonen til vannfjerningsseksjon, de såkalte skorsteinsbrett. Det er i hovedsak tre kategorier av dråpefjerningsutstyr, trådmatte, platebasert dråpefanger ("vane pack") og parallelt arrangerte, aksialstrømmende sykloner. På grunn av trykkfallet over dråpe-fjerningsutstyret blir den separerte væske normalt drenert ned til væskereservoaret gjennom et nedløpsrør som nevnt, idet nedre ende av dette er neddykket i væskereservoaret. Near the top of the container, the gas is forced to pass through pipes connecting the lower scrubber section to the water removal section, the so-called chimney trays. There are essentially three categories of droplet removal equipment, wire mat, plate-based droplet catcher ("vane pack") and parallel-arranged, axial-flow cyclones. Due to the pressure drop across the droplet removal equipment, the separated liquid is normally drained down to the liquid reservoir through a downpipe as mentioned, the lower end of which is submerged in the liquid reservoir.

Det er viktig at separatorens innløpsinnretning er riktig utformet relativt til separatorens tverrsnittsareal for å fjerne så mye væske som mulig, for å minimere mengden av væske som tilføres dråpefjerningsutstyret. Dette er spesielt viktig for vertikale skrubbere og kontaktorkolonner for å fjerne vanndamp fra en gasstrøm. En dårlig fungerende innløpsinnretning i skrubberen kan forårsake at væske blir overført til vannfjerningsseksjonen, noe som fører til forurenset glykol og feil vann-duggpunkt for naturgassen. I verste fall kan dette forårsake hydratdannelse under rørtransport. De fleste innløpsinnretninger av kjent teknologi bruker tyngdekraften alene for å separere væske i skrubberens innløpskammer, noe som gir strenge begrensninger for gasshastigheten for å unngå at betydelige mengder væske følger gassen til dråpefjerningsutstyret. It is important that the separator's inlet device is properly designed relative to the separator's cross-sectional area to remove as much liquid as possible, in order to minimize the amount of liquid supplied to the droplet removal equipment. This is particularly important for vertical scrubbers and contactor columns to remove water vapor from a gas stream. A poorly functioning inlet device in the scrubber can cause liquid to be transferred to the water removal section, leading to contaminated glycol and incorrect water dew point for the natural gas. In the worst case, this can cause hydrate formation during pipe transport. Most prior art inlet devices use gravity alone to separate liquid in the scrubber inlet chamber, which places strict limits on the gas velocity to avoid significant amounts of liquid following the gas to the droplet removal equipment.

En grundigere beskrivelse av teknikkens stand er gitt i den bestemte del av beskrivelsen med henvisning til tegningene. A more thorough description of the state of the art is given in the specific part of the description with reference to the drawings.

Formål Purpose

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en mer kompakt, men likevel effektiv skrubberseksjon i den nedre skrubber inne i kontaktortårnet, ved å koble innløpsinnretninger sammen med de såkalte skorsteinsbrettene. The purpose of the present invention is to provide a more compact, yet efficient scrubber section in the lower scrubber inside the contactor tower, by connecting inlet devices together with the so-called chimney trays.

Foreliggende oppfinnelse Present invention

De ovenfor nevnte formål er oppfylt med foreliggende oppfinnelse, som er en innløpsinnretning som angitt i krav 1. Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav. Skrubberbeholderen vil typisk være en vertikal seksjon av et glykol-kontaktortårn, typisk omfattende: en beholder som har et øvre gassfylt kammer og et nedre væske fylt kammer en innløpsseksjon vanligvis utformet for å redusere innløpsmomentet fra røret inn i beholderen og sikre en god strømningsfordeling i beholderen, mens det også finnes innløpsseksjoner som tar sikte på å gjøre pre-separasjon av væske fra gass, og den foreliggende oppfinnelse representerer et slikt enhet. The above-mentioned purposes are fulfilled by the present invention, which is an inlet device as stated in claim 1. Preferred embodiments of the invention appear from the independent patent claims. The scrubber vessel will typically be a vertical section of a glycol contactor tower, typically comprising: a vessel having an upper gas-filled chamber and a lower liquid-filled chamber an inlet section usually designed to reduce the inlet torque from the pipe into the vessel and ensure a good flow distribution in the vessel , while there are also inlet sections which aim to pre-separate liquid from gas, and the present invention represents such a device.

• en agglomeratorenhet plassert mellom innløpsseksjonen og den siste behandlingsseksjon som brukes for å øke dråpestørrelsen og forbedre gass- og væskefordelingen inn i det siste behandlingstrinn i beholderen. • an agglomerator unit located between the inlet section and the final processing section used to increase droplet size and improve gas and liquid distribution into the final processing stage in the vessel.

et dråpefjerningstrinn for fjerning av siste rest av væske. a drop removal step to remove the last remaining liquid.

et nedløpsrør for transport av væske som fjernes i den siste behandlingsinnretning tilbake til den nedre, væskefylte seksjon av beholderen • en nedre utløpsåpning for å lede ut den i hovedsak væskeholdige del av blandingen fra det nedre kammer • et sett av skorsteinsbrett som forbinder skrubberseksjonen med vannfjerningsseksjonen, og som tillater den magre, flytende hydrokarbongass å forlate skrubber seksjonen og strømme inn I vannfjerningsseksjonen. a downcomer for transporting liquid removed in the final treatment device back to the lower, liquid-filled section of the vessel • a lower outlet opening for discharging the essentially liquid portion of the mixture from the lower chamber • a set of chimney trays connecting the scrubber section to the dewatering section , and which allows the lean liquid hydrocarbon gas to leave the scrubber section and flow into the water removal section.

Den nye oppfinnelsen vil være innløpsseksjonen i den nedre skrubber seksjon og inkluderer et dråpefjerningstrinn som er i stand til å fjerne den vesentlige del av væsken. Den oppfinneriske utforming tillater fjerning av mer enn 97 %, men vanligvis 99 % eller mer av væsken før gassen innføres i vannfjerningsseksjonen av tårnet. Ved å fjerne den vesentlige del av væsken, vil gasskvaliteten ut fra beholderen bli forbedret. The new invention will be the inlet section of the lower scrubber section and includes a drop removal stage capable of removing the essential part of the liquid. The inventive design allows the removal of more than 97%, but usually 99% or more of the liquid before the gas is introduced into the water removal section of the tower. By removing the essential part of the liquid, the gas quality from the container will be improved.

Den nye innløpsseksjonen vil behandle innløpsblandingen ved hjelp av sentrifugalkrefter og vil typisk omfatte: • Et innløpsfordelingskammer som vil fordele blandingen som kommer inn i beholderen gjennom innløpsmunningn inn i en eller flere behandlingsinnretninger for fluidet. Fordelingskammeret vil også vanligvis ha et utløp som gjør det mulig for en hvilken som helst væske separert inne i fordelingskammeret å strømme ut inn i den vertikale beholder. Fordelingskammeret omfatter minst en bunnvegg, en toppvegg og en eller flere sidevegger i tillegg til innløp og utløp. • én eller flere innretninger montert i parallell på innløpsfordelingskammer og / eller inn i de såkalte skorsteinsbrett for behandling av gass-væske blandingen, og som typisk omfatter The new inlet section will treat the inlet mixture using centrifugal forces and will typically include: • An inlet distribution chamber that will distribute the mixture entering the container through the inlet mouth into one or more fluid treatment devices. The distribution chamber will also typically have an outlet that enables any liquid separated within the distribution chamber to flow out into the vertical container. The distribution chamber comprises at least one bottom wall, one top wall and one or more side walls in addition to inlets and outlets. • one or more devices mounted in parallel on the inlet distribution chamber and / or into the so-called chimney trays for treating the gas-liquid mixture, and which typically include

- et sylindrisk rør - a cylindrical tube

- et virvelinduserende element for å sette innløpsstrømmen i rotasjon nær innløpsseksjonen - en utløpsåpning nedstrøms av strømningselementet for den hovedsakelig gassholdige del av blandingen å strømme ut av behandlingsinnretningen - en utløpsåpning nedstrøms av strømningselementet hvor den hovedsakelig væskeholdige del av blandingen kan flyte ut av behandlingsinnretningen, vanligvis lateralt i forhold til sylinderaksen. - a vortex inducing element to set the inlet flow in rotation near the inlet section - an outlet opening downstream of the flow element for the mainly gaseous part of the mixture to flow out of the treatment device - an outlet opening downstream of the flow element where the mainly liquid part of the mixture can flow out of the treatment device, usually laterally in relation to the cylinder axis.

- et oppsamlingskammer for den i hovedsak væskeholdige del av blandingen, som samler denne blandingen og leder den under innløpsseksjonen av beholderen. - a collection chamber for the essentially liquid part of the mixture, which collects this mixture and directs it under the inlet section of the container.

Ifølge oppfinnelsen vil den vertikale gravitasjonsbeholderen inneholde en indre beholder som fordeler gassen til et sett av sykloner hvor innløpsfluidet blir satt i rotasjon ved hjelp av en virvel-induserende innretning som er utad begrenset av syklonlegemet, slik at det innkommende fluid utsettes for en sentrifugalkraft i tillegg til tyngdekraften. Mesteparten av væsken vil på grunn av sentrifugalkraften umiddelbart bli separert mot syklonens vegger og følger veggen inntil de kommer ut av lateralt anordnet åpninger. I noen arrangementer kan også gass tillates å følge væsken gjennom væskeåpningene. Blandingen som hovedsakelig omfatter gass vil gå ut av syklonrøret i motsatt ende av inngangen med det virvelinduserende element. Separatorinnretningen som sådan er i henhold til kjent teknologi, normalt betegnet som aksialstrømmende sykloner eller dråpefjerningssykloner. De aksielle sykloner er godt egnet for en flerfaset blanding som vil bestå av hovedsakelig gass. Gassen vil passere gjennom røret i en enkelt passering fra innløpet til utløpet. Dette er i motsetning til en reversibel syklon for gass hvor gassen kommer inn på toppen av syklonen og går ut ved toppen av syklonen. Gassen som typisk utgjør mer enn 97 % av volumet av føden, må snu inne av syklonen før den kan strømme ut av syklonen. Derav kan omtrent halvparten av det tilgjengelige strømningsareal ideelt bli benyttet til gassen som beveger seg oppover i syklonen, mens halvparten av det tilgjengelige gjennomstrømningsareal blir benyttet av gassen som beveger seg nedover i syklonen. For den aksialstrømmende syklon gassen vil gassen som strømmer fra innløpet ved den ene siden mot utløpet ved den andre siden utnytte hele tverrsnitt, og vil derfor være bedre egnet for en strøm som hovedsakelig inneholder gass. I henhold til oppfinnelsen vil gassutløp for innløpsinnretningen bli koblet direkte inn i skorsteinsbrett som skiller skrubberseksjonen fra vannfjerningsseksjon inne i et kontaktortårn, eller de aksialstrømmende sykloner kan være anordnet i brettene for å redusere den nødvendige plass for den nedre skrubberseksjonen av vannfjerningstårnet. According to the invention, the vertical gravity container will contain an inner container which distributes the gas to a set of cyclones where the inlet fluid is set in rotation by means of a vortex-inducing device which is externally limited by the cyclone body, so that the incoming fluid is subjected to an additional centrifugal force to gravity. Due to the centrifugal force, most of the liquid will immediately be separated against the walls of the cyclone and follow the wall until they come out of laterally arranged openings. In some arrangements, gas may also be allowed to follow the liquid through the liquid ports. The mixture, which mainly comprises gas, will exit the cyclone tube at the opposite end of the entrance with the vortex-inducing element. The separator device as such is, according to known technology, normally referred to as axial flow cyclones or drop removal cyclones. The axial cyclones are well suited for a multiphase mixture which will consist mainly of gas. The gas will pass through the pipe in a single pass from the inlet to the outlet. This is in contrast to a reversible cyclone for gas where the gas enters at the top of the cyclone and exits at the top of the cyclone. The gas, which typically makes up more than 97% of the volume of the feed, must turn inside the cyclone before it can flow out of the cyclone. Therefore, approximately half of the available flow area can ideally be used for the gas that moves upwards in the cyclone, while half of the available flow area is used by the gas that moves downwards in the cyclone. For the axially flowing cyclone gas, the gas that flows from the inlet on one side towards the outlet on the other side will utilize the entire cross-section, and will therefore be better suited for a flow that mainly contains gas. According to the invention, gas outlets for the inlet device will be connected directly into chimney trays that separate the scrubber section from the water removal section inside a contactor tower, or the axial flow cyclones may be arranged in the trays to reduce the space required for the lower scrubber section of the water removal tower.

Innløpsrøret inn til beholderen er forbundet med innløpsfordelingskammer som fordeler gass og væske inn i de vertikalt orienterte syklonrør. Enhver væske separert ved tyngdekraften i innløpskammeret oppstrøms syklonen vil bli drenert i et separat rør fra innløpskammeret. Syklonrørene er utformet som sykloner hvor gassen settes i rotasjon i et spinnelement ved innløpsende og kommer ut av utløpet ved den andre enden av syklonen. Gasstrømmen vil dermed aldri bli reversert som i vendbare gass sykloner og dette gir høyere gasshastighet i de aksialstrømmende sykloner. Væske som treffer innerveggen av syklonen blir drenert gjennom spalter i syklonveggen til ytre væskeoppsamlingskamre. Væsken blir så drenert fra væskeoppsamlingskamrene til under innløpsseksjonen. Oppfinnelsen er ytterligere beskrevet med henvisninger i det følgende. Oppfinnelsen skal separere gass fra væske ved hjelp av aksialstrømmende sykloner. Væsken og gassen vil da bli innført som en hovedsakelig gass-inneholdende strøm og en hovedsakelig væskeinneholdende strøm inn i skrubberseksjonen ved et felles trykk. Dette er i motsetning til andre innløpstyper hvor gassen og væsken kommer ut av beholderen og inn i ulike kamre ved forskjellige trykk. The inlet pipe to the container is connected to the inlet distribution chamber which distributes gas and liquid into the vertically oriented cyclone tubes. Any liquid separated by gravity in the inlet chamber upstream of the cyclone will be drained into a separate pipe from the inlet chamber. The cyclone tubes are designed as cyclones where the gas is set into rotation in a spinning element at the inlet end and comes out of the outlet at the other end of the cyclone. The gas flow will thus never be reversed as in reversible gas cyclones and this results in a higher gas velocity in the axially flowing cyclones. Liquid that hits the inner wall of the cyclone is drained through slits in the cyclone wall to outer liquid collection chambers. The liquid is then drained from the liquid collection chambers to below the inlet section. The invention is further described with references in the following. The invention is to separate gas from liquid by means of axially flowing cyclones. The liquid and the gas will then be introduced as a mainly gas-containing stream and a mainly liquid-containing stream into the scrubber section at a common pressure. This is in contrast to other inlet types where the gas and liquid come out of the container and into different chambers at different pressures.

Foreliggende oppfinnelse tar sikte på å utnytte de beste elementene fra hver av de tidligere beskrevne separasjonsteknologier for å oppnå en effektiv skrubber ved høyere gass-strømningshastigheter. Oppfinnelsen er for en to-trinns separator hvor separasjonen skjer i to separate trinn. Gassen vil derfor passere to skrubbertrinn der det første fjerner bulken av væske, typisk 98 % eller mer, og det andre trinn renser ut den væske som er igjen i gassen vanligvis mer enn 98 % av den gjenværende væske, noe som sikrer en høy effektivitet. Den foreliggende oppfinnelse skal løse problemene ved den for tiden kjente teknologi og tar sikte på å være kompakt, ha lavt trykkfall og være i stand til å kombinere væskestrømmene fra første og andre behandlingstrinn i beholderen. Trykkforskjellene blir alle balansert ut ved hjelp av nedløpsrør og høydeforskjeller mellom de enkelte elementene. The present invention aims to utilize the best elements from each of the previously described separation technologies to achieve an efficient scrubber at higher gas flow rates. The invention is for a two-stage separator where the separation takes place in two separate stages. The gas will therefore pass through two scrubber stages where the first removes the bulk of liquid, typically 98% or more, and the second stage cleans out the liquid remaining in the gas, usually more than 98% of the remaining liquid, which ensures a high efficiency. The present invention will solve the problems of the currently known technology and aims to be compact, have a low pressure drop and be able to combine the liquid flows from the first and second treatment stages in the container. The pressure differences are all balanced out using downpipes and height differences between the individual elements.

Oppfinnelsen anvender aksialstrømmende sykloner hvor gass- og væskeblandingen kommer inn i syklonen i én ende og gassen strømmer ut ved den andre enden av røret. Væsken vil bli trukket gjennom veggen av syklonen gjennom åpninger utformet for å trekke ut væske fra gasstrømmen. Fordelen med å bruke aksialstrømmende sykloner for skrubbing hvor gassinnholdet typisk er mellom 95 % og 100 % volumetrisk, er at i motsetning til reverserte sykloner vil gassen utnytte den fulle legeme av syklonen for separering og bare foreta en passering gjennom syklonen. For sykloner med reversert strømning vil gasstrømmen først være rettet nedover i syklonen før vending og deretter strømme ut av syklonen i samme ende som innløpet. The invention uses axial-flow cyclones where the gas and liquid mixture enters the cyclone at one end and the gas flows out at the other end of the tube. The liquid will be drawn through the wall of the cyclone through openings designed to extract liquid from the gas stream. The advantage of using axial flow cyclones for scrubbing where the gas content is typically between 95% and 100% volumetric is that, unlike reversed cyclones, the gas will utilize the full body of the cyclone for separation and only make one pass through the cyclone. For cyclones with reversed flow, the gas flow will first be directed downwards in the cyclone before reversal and then flow out of the cyclone at the same end as the inlet.

Foreliggende innløpsinnretning er ment for ettrinns skrubbere hvor væsken blir separert fra gassen i ett trinn før den går inn i vannfjerningsseksjonen. The present inlet device is intended for single-stage scrubbers where the liquid is separated from the gas in one stage before it enters the water removal section.

Det vanlige skrubberdesign vil ha et innløp som ikke bidrar til separasjon. Deretter kommer et beholdervolum som hvor mesteparten av separasjon skjer og en stor del av væsken blir separert. Gassen vil passere en koalescerende og strømningsfordelende seksjon som vanligvis enten er en trådmatte eller en platebasert separator før dråpeutskilleren. Dråpeutskilleren kan være en annen trådmatte eller det kan være en platebasert separator eller dråpefangersykloner som forårsaker noe trykkfall. For å transportere væske fra dråpeutskilleren ned i væskereservoaret benyttes et rør eller et såkalt nedløpsrør. Nedløpsrøret strekker seg fra dråpeutskillerseksjonen ned i væskereservoaret. Forskjellen i trykk mellom væskeoppsamlingskammeret i nedløpsrør og væskereservoaret i beholderen vil bli kompensert av at væske blir trukket opp i nedløpsrøret. The usual scrubber design will have an inlet that does not contribute to separation. Next comes a container volume where most of the separation takes place and a large part of the liquid is separated. The gas will pass a coalescing and flow-distributing section which is usually either a wire mat or a plate-based separator before the droplet separator. The droplet separator may be another wire mat or it may be a plate-based separator or droplet cyclones which cause some pressure drop. To transport liquid from the droplet separator down into the liquid reservoir, a pipe or a so-called downpipe is used. The downpipe extends from the droplet separator section down into the liquid reservoir. The difference in pressure between the liquid collection chamber in the downpipe and the liquid reservoir in the container will be compensated by liquid being drawn up into the downpipe.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i nærmere detalj med henvisning til tegningene, som også viser eksempler på tidligere kjente teknologi. The invention will now be described in more detail with reference to the drawings, which also show examples of previously known technology.

Figurliste Figure list

Fig. 1 er et skjematisk riss av en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Fig. 1 is a schematic view of an embodiment of the present invention.

Fig. 2 viser et tverrsnitt av gasskrubber ifølge kjent teknikk, utstyrt med en skovldiffusor innløpsinnretning, dråpefangerutstyr og intern nedløp. Figurene 3 a, b, c, d, og e viser funksjonsprinsippet av aksialstrømmende sykloner som anvendes til separasjon i den nye innløpsseksjonen. Figurene 4 a og b viser tverrsnitt av tidligere kjente gasskrubbere utstyrt med en syklon-formet innløpsinnretning, dråpefjerningsutstyr og intern nedløp. Fig. 2 shows a cross-section of gas scrubbers according to known technology, equipped with a paddle diffuser inlet device, droplet catcher equipment and internal downspout. Figures 3 a, b, c, d, and e show the functional principle of axially flowing cyclones used for separation in the new inlet section. Figures 4 a and b show cross-sections of previously known gas scrubbers equipped with a cyclone-shaped inlet device, droplet removal equipment and internal downspout.

Fig. 5 viser et tverrsnitt av en tidligere kjent ettrinns syklonskrubber. Fig. 5 shows a cross-section of a previously known single-stage cyclone scrubber.

Fig. 6 viser et tverrsnittsriss av en tidligere kjent ettrinns "inline" skrubber. Fig. 6 shows a cross-sectional view of a previously known single-stage "inline" scrubber.

Fig. 7 a, b og c viser tverrsnitt av tidligere kjente multi-syklon skrubberinnløp anordnet i en vertikal skrubbe rbeholder. Fig. 7 a, b and c show cross-sections of previously known multi-cyclone scrubber inlets arranged in a vertical scrubber container.

Fig. 8 viser tverrsnitt av skrubbere som benytter forlengningen av innløpsrøret som en syklon. Fig. 8 shows a cross-section of scrubbers that use the extension of the inlet pipe as a cyclone.

Den foreliggende oppfinnelse er en innløpsinnretning 17 som vil skille væske fra gassen før gassen kommer inn i vannfjerningstårnet. Oppfinnelsen, som installert i en vannfjerningsbeholder, er vist i The present invention is an inlet device 17 which will separate liquid from the gas before the gas enters the water removal tower. The invention, as installed in a water removal vessel, is shown in

Figur 1. Gass- og væskeblandingen kommer inn i beholderen gjennom innløpsmunningen 1. Til høyre er innløpsinnretningen 17 vist forstørret, med to forskjellige grader av forstørrelse. Strømmen går deretter inn i fordelingskammer 2 som brukes til å fordele gass og væske jevnt inn i skorsteinsbrettene 3 montert på toppen av seksjonsplate 4 som deler beholderen inn i den nedre skrubberseksjon 5 og vannfjerningsseksjon 6. Seksjonsplaten 4 utgjøres i en utførelsesform av den øverste platen av fordelingskammeret for derved å muliggjøre en spesielt kompakt struktur av innløpsinnretningen ifølge foreliggende oppfinnelse. En væskefjerningsinnretning er montert inne i eller delvis inne i skorsteinsbrett for å skille ut væske. I figur 1 er væskefjerningsenheten vist som aksielle sykloner 28, men kan være en hvilken som helst form for væskefjerninnretning. De aksielle sykloner 28 er montert sammen i væskeoppsamlingskamre 8. Antallet av aksialstrømmende sykloner 28 i disse kamre 8 varierer. Det kan være noe separasjon av væske i fordelingskammeret 2. Den væske som separeres ut i fordelingskammeret 2, føres ut og under innløpsseksjonen gjennom et nedløpsrør 29 for væske. Dette vil være en strøm som inneholder væskedel av fluidet og utløpet av dette rør er utvidet under fordelingskammeret 2 inn i skrubberseksjonen 5. Den største delen av gassen blir transporteres gjennom aksialstrømmende sykloner 28 hvor væsken blir separert fra gassen ved hjelp av sentrifugalkraft. Figure 1. The gas and liquid mixture enters the container through the inlet opening 1. On the right, the inlet device 17 is shown enlarged, with two different degrees of enlargement. The flow then enters distribution chamber 2 which is used to distribute gas and liquid evenly into the chimney trays 3 mounted on top of section plate 4 which divides the container into the lower scrubber section 5 and water removal section 6. Section plate 4 is constituted in one embodiment by the top plate of the distribution chamber to thereby enable a particularly compact structure of the inlet device according to the present invention. A liquid removal device is mounted inside or partially inside the chimney tray to separate liquid. In Figure 1, the liquid removal unit is shown as axial cyclones 28, but may be any form of liquid removal device. The axial cyclones 28 are mounted together in liquid collection chambers 8. The number of axially flowing cyclones 28 in these chambers 8 varies. There may be some separation of liquid in the distribution chamber 2. The liquid that is separated out in the distribution chamber 2 is led out and under the inlet section through a downpipe 29 for liquid. This will be a flow that contains the liquid part of the fluid and the outlet of this pipe is extended below the distribution chamber 2 into the scrubber section 5. The largest part of the gas is transported through axially flowing cyclones 28 where the liquid is separated from the gas by means of centrifugal force.

En av fordelene med den foreliggende oppfinnelse er bruken av parallelle elementer for separasjon. Disse elementene vil være små i størrelse i forhold til størrelsen av den vertikale beholder. For store skrubbere med høy gassbelastning, legges flere sykloner til i parallell for å oppnå høyere kapasiteter som vil opprettholde den høye effektiviteten som representerer en utfordring for separatorer som er avhengig av sentrifugalkraft til å forbedre separasjon når benyttet i større separatorbeholdere. One of the advantages of the present invention is the use of parallel elements for separation. These elements will be small in size relative to the size of the vertical container. For large scrubbers with high gas loads, multiple cyclones are added in parallel to achieve higher capacities that will maintain the high efficiency that represents a challenge for separators that rely on centrifugal force to improve separation when used in larger separator vessels.

Syklonen vil skille innløps-blandingen inn i en del som inneholder den største delen av væsken som vil ha et utløp 30 på undersiden av innløpsseksjonen. Siden det er høyere trykk i syklonens væskeoppsamlingskammer 8 enn i beholderen, kan noe gass følge væsken i nedløpsrøret 30. Det vil være noe gass i forbindelse med væsken i væskedrenrør 29 og nedløpsrør 30. Mengden av gass vil typisk være mindre enn 20 % av den totale gassmengde og gassbelastning under innløpsseksjonen vil være lav. Den lille mengde gass som følger væsken under innløpsseksjonen vil bli polert i trådmatten 31. Mengden av væske separert i syklonene og transportert under innløpsseksjonen vil typisk være mer enn 99 % av den totale væske i tilførselen. Under innløpsseksjonen vil det være en gass-væskeblanding som vanligvis inneholder mindre enn 20 % av gassen og 99 % eller mer av væsken i innløpsmunningen. Væsken vil deretter bli separert i sonen under innløpsseksjonen, både av tyngdekraften og i trådmatten 31, og faller ned i væskereservoaret 7 av gravitasjonsseparatoren før væsken forlater beholderen gjennom væskeutløpsmunnstykket 20. Gassen følger væsken under innløpsseksjonen vil strømme oppover forbi innløpsseksjonen og gjennom minst én eller flere av skorsteinsbrettene 25 som ikke er koblet direkte til innløpsinnretningen, men til innløpsfordelingskammer 2, hvor den vil bli blandet med den store del av gassen som kommer ut gjennom toppen av resten av skorsteinsbrettene 27 og inn i vannfjerningssone 6, idet vannfjerningssone mest sannsynlig vil inneholde et arrangement somøker masseoverføring av vann til glykol, vanligvis en strukturert eller ustrukturert pakning 26. Gasstrømmen som følger væsken under innløpsseksjonen vil typisk omfatte 99 % eller mer av væsken mens mengden av gass vil typisk representere mindre enn 20 % av den totale gasstrøm. Væsken må skilles fra denne slippstrømmen av gass før gassen blir re kombinert med gassen som kommer ut på toppen av skorsteinsbrettene 27. The cyclone will separate the inlet mixture into a section containing the largest part of the liquid which will have an outlet 30 on the underside of the inlet section. Since there is a higher pressure in the cyclone's liquid collection chamber 8 than in the container, some gas may follow the liquid in the downpipe 30. There will be some gas in connection with the liquid in liquid drain pipe 29 and downpipe 30. The amount of gas will typically be less than 20% of the total gas quantity and gas load under the inlet section will be low. The small amount of gas that follows the liquid below the inlet section will be polished in the wire mat 31. The amount of liquid separated in the cyclones and transported below the inlet section will typically be more than 99% of the total liquid in the feed. Below the inlet section, there will be a gas-liquid mixture that typically contains less than 20% of the gas and 99% or more of the liquid in the inlet mouth. The liquid will then be separated in the zone below the inlet section, both by gravity and in the wire mat 31, and fall into the liquid reservoir 7 of the gravity separator before the liquid leaves the container through the liquid outlet nozzle 20. The gas following the liquid below the inlet section will flow upwards past the inlet section and through at least one or more of the chimney trays 25 which are not connected directly to the inlet device, but to the inlet distribution chamber 2, where it will be mixed with the large part of the gas that comes out through the top of the rest of the chimney trays 27 and into the water removal zone 6, the water removal zone most likely containing a arrangement which increases the mass transfer of water to glycol, usually a structured or unstructured packing 26. The gas flow following the liquid below the inlet section will typically comprise 99% or more of the liquid while the amount of gas will typically represent less than 20% of the total gas flow. The liquid must be separated from this discharge stream of gas before the gas is re-combined with the gas that comes out at the top of the chimney trays 27.

Væsken som følger gassen på undersiden av innløpsseksjonen vil bli separert i rommet under innløpsseksjonen. Separasjonen vil dels skje på grunn av tyngdekraften. Gassbelastningen under The liquid that follows the gas on the underside of the inlet section will be separated in the space below the inlet section. The separation will partly take place due to gravity. The gas load below

innløpsseksjonen vil være mye lavere enn oppstrøms for innløpsseksjonen siden bare typisk 20 % eller mindre av gassen vil gå ut gjennom nedløpsrør 30. Den lave gassbelastning under innløpsseksjonen vil redusere væskemedrivning. I tillegg vil den lave gassbelasting gjøre dette volumet godt egnet for bruk av en tradisjonell dråpeutskillerseksjon for ytterligere å rense opp gassen. Dette vil typisk være en trådmatte 31, men dråpeutskilleren kan også være en platebasert dråpeutskiller eller en aksialstrømmende syklon. Syklonen kan være plassert i skorsteinsbrettet 25 som ikke er omfattet av innløpsinnretningen. Dråpeutskilleren vil sikre at gassen som har fulgt væsken under innløpsseksjonen er ren. Innløpsseksjonen vil typisk bli konstruert for å oppnå 99% eller mer separasjonseffektivitet. the inlet section will be much lower than upstream of the inlet section since only typically 20% or less of the gas will exit through downcomer 30. The low gas load below the inlet section will reduce liquid entrainment. In addition, the low gas load will make this volume well suited for using a traditional droplet separator section to further clean up the gas. This will typically be a wire mat 31, but the droplet separator can also be a plate-based droplet separator or an axially flowing cyclone. The cyclone can be placed in the chimney tray 25 which is not covered by the inlet device. The droplet separator will ensure that the gas that has followed the liquid below the inlet section is clean. The inlet section will typically be designed to achieve 99% or more separation efficiency.

Væsken som blir skilt ut i syklonene 28, dreneres gjennom innløpsinnretningen ved hjelp av nedløpsrør 30. Nedløpsrørene 30 som strekker seg gjennom innløpsinnretningen, vil også fungere som mekanisk støtte av innløpsinnretningen, men nedløpsrør 30 kan også føres utenfor innløps-enheten dersom dette er mer installeringsvennlig. Arrangementet av nedløpsrør 30 på undersiden av innløpsseksjonen kan være slik utført at hver av nedløpsrørene 30 er forlenget under innløpsinnretningen. Rørene fra syklonene kan også bli samlet i manifolder fra hvilke ett eller flere rør strekker seg videre ned fra slike manifolder. The liquid that is separated in the cyclones 28 is drained through the inlet device using downpipes 30. The downpipes 30 that extend through the inlet device will also function as mechanical support for the inlet device, but downpipes 30 can also be led outside the inlet unit if this is more installation-friendly . The arrangement of downpipes 30 on the underside of the inlet section can be designed so that each of the downpipes 30 is extended below the inlet device. The pipes from the cyclones can also be collected in manifolds from which one or more pipes extend further down from such manifolds.

Et alternativ til å la gassen følge væsken nedover under innløpsseksjonen er å la nedløpsrør 30 strekker seg inn i væskereservoaret 7 i gravitasjonsseparatoren. Ved å forlenge rørene ned i væsken, vil rørene være forseglet av væskevolumet og bare væske vil strømme ned nedløpsrøret. Fordelen med en slik konfigurasjon vil være at det ikke blir noen gasstrøm under innløpsseksjonen som følger væskestrømmen gjennom nedløpsrør 30 og som må behandles i beholderen. An alternative to letting the gas follow the liquid downwards under the inlet section is to let the downpipe 30 extend into the liquid reservoir 7 in the gravity separator. By extending the pipes into the liquid, the pipes will be sealed by the liquid volume and only liquid will flow down the downpipe. The advantage of such a configuration will be that there will be no gas flow under the inlet section which follows the liquid flow through the downpipe 30 and which must be treated in the container.

For det tilfellet at nedløpsrørene ikke strekker seg inn i væskereservoaret, bør man fortrinnsvis bruke en diffusor 13 på enden av hvert nedløpsrør. Diffusoren vil redusere momentet av gassen ut fra rørene. I tillegg bør diffusoren være utformet slik at gasstrømmen er rettet horisontalt i beholderen og ikke nedover. Gasshastigheten ut fra nedløpsrørene bør ikke rettes direkte mot væskevolumet i beholderen, for å minimere medrivning av væske fra beholderen. In the event that the downpipes do not extend into the liquid reservoir, a diffuser 13 should preferably be used at the end of each downpipe. The diffuser will reduce the momentum of the gas from the pipes. In addition, the diffuser should be designed so that the gas flow is directed horizontally into the container and not downwards. The gas velocity out of the downpipes should not be directed directly at the volume of liquid in the container, in order to minimize entrainment of liquid from the container.

Et alternativ til det beskrevne rørsystem under innløpskammer for den væskerike strøm ut av syklonene, er en der væsken tillates å strømme fritt ut av væskeoppsamlingskammer 8 gjennom hull i væskeoppsamlingskammer 8, ut i den nedre seksjons skrubber 5. På grunn av det høyere trykk i væskeoppsamlingskammer 8, vil væsken inneholde noe gass når den kommer inn i nedre seksjons skrubber 5. Den væskerike blanding fra væskeoppsamlingskammer 8 vil da typisk bli drenert til toppen av fordelingskammer 2 I stedet for å bli styrt ned til væskeseksjonen ved bruk av nedløpsrør 30. An alternative to the described pipe system below the inlet chamber for the liquid-rich stream out of the cyclones is one where the liquid is allowed to flow freely out of the liquid collection chamber 8 through holes in the liquid collection chamber 8, into the lower section scrubber 5. Due to the higher pressure in the liquid collection chamber 8, the liquid will contain some gas when it enters the lower section scrubber 5. The liquid-rich mixture from the liquid collection chamber 8 will then typically be drained to the top of the distribution chamber 2 Instead of being directed down to the liquid section using the downpipe 30.

Strømningen ut av toppen av syklonene 9 vil være hovedsakelig gass med spor av væske. Gassen som kommer ut gjennom toppen av sykloner og skorsteinsbrettene, vil bli blandet med gassen som kommer ut med væsken som kommer opp rundt innløpsseksjonen, ved å tillate denne slippstrømmen av gass å forlate skrubberseksjonen gjennom ett eller flere av det samlede antall skorsteinsbrett. Gassen vil da være ren når den går inn i vannfjerningsseksjonen. Fordelen med den nye innløp 17 er at det forbedrer gasskvaliteten inn i beholderen ved å fjerne væsken som allerede er i innløpsseksjonen, med muligheten for å redusere beholderens størrelse (og) ved å unngå væsketetningen av nedløpsrørene. The flow out of the top of the cyclones 9 will be mainly gas with traces of liquid. The gas exiting through the top of the cyclones and stack trays will be mixed with the exit gas with the liquid coming up around the inlet section by allowing this slip stream of gas to exit the scrubber section through one or more of the total number of stack trays. The gas will then be clean when it enters the water removal section. The advantage of the new inlet 17 is that it improves the gas quality into the container by removing the liquid already in the inlet section, with the possibility of reducing the size of the container (and) by avoiding the liquid sealing of the downpipes.

For å regulere mengden av gass som følger den separerte væske fra de aksiale sykloner, kan væskedreneringen for innløpsinnretningen bli erstattet av en hvilken som helst trykk-motstandsinnretning eller aksialstrømmende sykloner som er plassert på undersiden av innløpskammeret istedenfor væskedreneringsrør 29 fra fordelingskammeret 2. Syklonene som erstatter dreneringsrør 4 kan være like syklonene som er rettet oppover. All væske separert i fordelingskammeret 2 ved hjelp av tyngdekraften, vil renne ut gjennom syklonene på undersiden av kammeret. Mengden av gass behandlet av syklonene som har et gassutløp i undersiden av innløpskammeret, vil typisk være mindre enn for de sykloner som er rettet oppover, men typisk mindre enn 20 % av den totale gass-strømmen inn i innløp 1. Gassen som behandles under innløpskammeret vil måtte passere innløpsseksjonen igjen på vei oppover og øke gassbelastningen når gassen strømmer forbi innløpsseksjonen, siden innløpsseksjonen selv vil fortrenge noe av det tilgjengelige strømningsarealet. In order to regulate the amount of gas following the separated liquid from the axial cyclones, the liquid drainage for the inlet device can be replaced by any pressure resistance device or axial flow cyclones placed on the underside of the inlet chamber instead of the liquid drainage pipe 29 from the distribution chamber 2. The cyclones that replace drainage pipe 4 can be like the cyclones which are directed upwards. All liquid separated in the distribution chamber 2 by means of gravity will flow out through the cyclones on the underside of the chamber. The amount of gas treated by the cyclones that have a gas outlet at the bottom of the inlet chamber will typically be less than for the cyclones that are directed upwards, but typically less than 20% of the total gas flow into inlet 1. The gas that is treated below the inlet chamber will have to pass the inlet section again on the way up and increase the gas load as the gas flows past the inlet section, since the inlet section itself will displace some of the available flow area.

Innløps-fordelingskammeret 2 er utformet for å sikre at innløpsstrømmen blir jevnt fordelt til de flere sykloner 28 anordnet på innløpskammeret. Syklonene kan ordnes innenfor eller delvis inne i skorsteinsbrett. Utformingen av innløps-fordelingskammeret 2 viser dette idet innløps-fordelingskammeret har et større tverrsnitts-strømningsareal nær innløpsmunning enn lenger borte fra innløpsmunningen, noe som vanligvis oppnås ved en skråstilt underside av innløps-fordelingskammer, slik at innløpet kammer er høyest nær innløpsmunningen og lavest ved den motsatte enden av innløps-seksjonen. I tillegg kan det være anordnet skovler ved innløpet for å bidra til å spre innløpsfluidet på tvers av hele tverrsnittet av innløps-fordelingskammeret for å bedre strømningsfordeling i innløpskammeret ytterligere. The inlet distribution chamber 2 is designed to ensure that the inlet flow is evenly distributed to the several cyclones 28 arranged on the inlet chamber. The cyclones can be arranged inside or partly inside chimney trays. The design of the inlet distribution chamber 2 shows this in that the inlet distribution chamber has a larger cross-sectional flow area near the inlet mouth than further away from the inlet mouth, which is usually achieved by an inclined underside of the inlet distribution chamber, so that the inlet chamber is highest near the inlet mouth and lowest at the opposite end of the inlet section. In addition, vanes can be arranged at the inlet to help spread the inlet fluid across the entire cross-section of the inlet distribution chamber to further improve flow distribution in the inlet chamber.

Utformingen av innløps-fordelingskammeret 2 kan også ta hensyn til drenering av faste stoffer fra kammeret. For anvendelser der væsken inneholder store mengder faststoffer, bør innløps-fordelingskammer 2 utformes med hellende bunn for å sikre at ingen faste stoffer akkumuleres på bunnen av innløps-kamrene. Platene bør vanligvis være skråstilt 45 ° eller mer mot dreneringsrøret 4 av innløps-fordelingskammeret, for å sikre at faststoffer ikke samler seg i bunnen av fordelingskammeret 2, men i stedet glir ned gjennom dreneringsrøret 4 hjulpet av tyngdekraften. The design of the inlet distribution chamber 2 can also take into account the drainage of solids from the chamber. For applications where the liquid contains large amounts of solids, the inlet distribution chamber 2 should be designed with a sloping bottom to ensure that no solids accumulate at the bottom of the inlet chambers. The plates should usually be inclined 45° or more towards the drain pipe 4 of the inlet distribution chamber, to ensure that solids do not collect at the bottom of the distribution chamber 2, but instead slide down through the drain pipe 4 assisted by gravity.

Sammenligning med kjent teknologi Comparison with known technology

Fig. 2 viser en separator for fjerning av en tåke av små dråper i henhold til kjent teknologi, omfattende en skovldiffusor innløpsinnretning 102 som mottar innløpsgass fra innløpsmunning 101 så skånsom som mulig og fordeler gass- og væskeblanding i separeringssonen 109 jevnt for å utnytte beholdervolumet. I to-trinns gravitasjonsseparatorer representerer sonen 109 det første trinn av separasjonen hvor væsken blir separert fra gassen ved hjelp av tyngdekraften. Separasjonseffektiviteten vil være en funksjon av mengden av gass. Størrelsen på beholderen vil da bli bestemt for å sikre skrubber-effektiviteten, ved å regulere gassbelastningen i beholderen. Skovldiffusor-innløpsinnretninger er for tiden den foretrukne teknologi for innløpsinnretninger i gasskrubbere. Fig. 2 shows a separator for removing a mist of small droplets according to known technology, comprising a vane diffuser inlet device 102 which receives inlet gas from inlet mouth 101 as gently as possible and distributes gas and liquid mixture in the separation zone 109 evenly to utilize the container volume. In two-stage gravity separators, zone 109 represents the first stage of separation where the liquid is separated from the gas by gravity. The separation efficiency will be a function of the amount of gas. The size of the container will then be determined to ensure scrubber efficiency, by regulating the gas load in the container. Vane diffuser inlet devices are currently the technology of choice for inlet devices in gas scrubbers.

Gass som passerer gjennom separeringssonen 109 vil typisk inneholde mange små og noen mellomstore dråper inn i dråpefjerningsutstyret 111, her illustrert som aksialstrømmende sykloner installert i skorsteinsbrett 117, hvor ytterligere mengder væske blir fraseparert. Væske separert ved dråpefjerning utstyret 111 samles opp i et kammer 113, og blir deretter drenert via nedløpsrør 115. Som tidligere forklart vil trykket på nedstrømssiden av de aksialstrømmende sykloner være lavere enn trykket oppstrøms de aksialstrømmende sykloner, og derfor må nedløpsrørene 115 være neddykket i den væskereservoaret 107 for å unngå at gass som strømmer motstrøms I forhold til væsken i nedløpsrør 115 på grunn av trykkforskjellen. Væskesøylen som trekkes opp i nedløpsrør 115 balanserer denne trykkforskjellen mellom kammeret 113 og gravitasjonsseparatorsone 109. Væskenivået 116 i nedløpsrøret 115 vil derfor være høyere enn nivået av væskereservoaret 107 i skrubberen. Den tilgjengelige høyde over væskenivået 116 er en design parameter med hensyn til dimensjoneringen av gasskrubberen. Ved for høy gasstrømningshastighet relativt til skrubberen høyde, vil væske bli suget opp i kammeret 113 og videre inn i gassutløp 112, noe som er kritisk for operasjonen. Gas passing through the separation zone 109 will typically contain many small and some medium-sized droplets into the droplet removal equipment 111, here illustrated as axially flowing cyclones installed in the chimney tray 117, where further quantities of liquid are separated. Liquid separated by droplet removal equipment 111 is collected in a chamber 113, and is then drained via downpipe 115. As previously explained, the pressure on the downstream side of the axial-flowing cyclones will be lower than the pressure upstream of the axial-flowing cyclones, and therefore the downpipes 115 must be immersed in the the liquid reservoir 107 to avoid that gas flowing countercurrently in relation to the liquid in the downpipe 115 due to the pressure difference. The liquid column that is drawn up in the downpipe 115 balances this pressure difference between the chamber 113 and the gravity separator zone 109. The liquid level 116 in the downpipe 115 will therefore be higher than the level of the liquid reservoir 107 in the scrubber. The available height above the liquid level 116 is a design parameter with regard to the dimensioning of the gas scrubber. If the gas flow rate is too high relative to the scrubber height, liquid will be sucked up into the chamber 113 and further into the gas outlet 112, which is critical for the operation.

Aksialstrømnings sykloner vil være en integrert del av den foreliggende oppfinnelse og flere typer av aksialstrømmende sykloner er kjent. Fig. 3a viser et eksempel på en aksialstrømmende syklon av kjent type, beskrevet blant annet i patentsøknader PCT/NL97/00350, PCT/NL99/00677 og NL20001016114. Begrepet "aksialsyklon" skyldes at hovedgasstransporten er i den langsgående retning av syklonen hvor strømningsinnløpet er lokalisert i motsatt ende I forhold til gassutløpet. Det vil være minst ett virvelinduserende element lokalisert ved innløpssiden av syklonen. Vanligvis vil syklonen vil ha spalter eller perforeringer i deler av syklonrøret for å tillate væskefasen å gå ut av syklonen lateralt. Aksialstrømmende sykloner har med hell vært installert for høytrykks dråpefjerningsapplikasjoner på grunn av det lave trykkfall og høy separasjonseffektivitet. Den aksialstrømmende syklon 29 omfatter et sylindrisk rør som gassen passerer gjennom. Inne i røret er et virvelinduserende element 21 anordnet som omfatter et aksesymmetrisk, konsentrisk legeme med stasjonære skovler 22 som setter gasstrømmen i rotasjon inn i separasjonskammeret 23. På grunn gassens rotasjonsbevegelse, vil væskedråper som følge av tetthetsdifferansen bli slynget mot veggen av syklonrøret 29. Væsken som treffer veggen av syklonen vil danne en tynn væskefilm som vil bli fjernet fra gasstrømmen gjennom veggen av syklonrøret 29 via spalter 24 anordnet ved utløpsenden av syklonen. Væsken vil bli samlet i et dreneringskammer 25 hvor væsken samles opp og dreneres gjennom nedløpsrør 26 til væskeseksjonen av separatoren. Axial flow cyclones will be an integral part of the present invention and several types of axial flow cyclones are known. Fig. 3a shows an example of an axially flowing cyclone of a known type, described among other things in patent applications PCT/NL97/00350, PCT/NL99/00677 and NL20001016114. The term "axial cyclone" is due to the fact that the main gas transport is in the longitudinal direction of the cyclone where the flow inlet is located at the opposite end in relation to the gas outlet. There will be at least one vortex-inducing element located at the inlet side of the cyclone. Typically, the cyclone will have slots or perforations in parts of the cyclone tube to allow the liquid phase to exit the cyclone laterally. Axial flow cyclones have been successfully installed for high pressure droplet removal applications due to the low pressure drop and high separation efficiency. The axially flowing cyclone 29 comprises a cylindrical tube through which the gas passes. Inside the tube, a vortex-inducing element 21 is arranged which comprises an axisymmetric, concentric body with stationary vanes 22 which sets the gas flow in rotation into the separation chamber 23. Due to the rotational movement of the gas, liquid droplets will be thrown against the wall of the cyclone tube 29 as a result of the density difference. The liquid which hits the wall of the cyclone will form a thin liquid film which will be removed from the gas flow through the wall of the cyclone tube 29 via slits 24 arranged at the outlet end of the cyclone. The liquid will be collected in a drainage chamber 25 where the liquid is collected and drained through downpipe 26 to the liquid section of the separator.

I figur 3B syklonen er arrangert som en resirkulerings-type syklon hvor en liten strømning av gass forlater syklonen gjennom spaltene 24 før den blir re-introdusert i syklonen gjennom sentrum av det virvelinduserende elementet 21. Dette gjøres for å hjelpe væsken å passere gjennom spaltene 24. En gasspylestrøm settes normalt til å gi en netto strøm av gass ut gjennom spaltene i samme retning som væsken. Dette oppnås ved å koble dreneringskammeret 25 til lavtrykks-område i sentrum av syklonrøret 29 gjennom en kanal 27 forbundet med den sentrale, hule strømningspassasje 28 i virvelelementet eller skovlkaskaden 21. Denne spylegass er vanligvis 2-10 % av den totale gasstrøm. Spylegassen representerer en sløyfe fra separasjonskammeret 23 ut til dreneringskammeret 25 og tilbake til separasjonskammeret 23. Spylestrømmen vil også blåse av væske som følger det virvelinduserende element 21 som en film. In Figure 3B the cyclone is arranged as a recirculation type cyclone where a small flow of gas leaves the cyclone through the slits 24 before being re-introduced into the cyclone through the center of the vortex inducing element 21. This is done to help the liquid pass through the slits 24 A gas purge flow is normally set to give a net flow of gas out through the slits in the same direction as the liquid. This is achieved by connecting the drainage chamber 25 to the low-pressure area in the center of the cyclone tube 29 through a channel 27 connected to the central, hollow flow passage 28 in the vortex element or vane cascade 21. This purge gas is usually 2-10% of the total gas flow. The purge gas represents a loop from the separation chamber 23 out to the drainage chamber 25 and back to the separation chamber 23. The purge stream will also blow off liquid that follows the vortex-inducing element 21 as a film.

Figur 3c viser en annen variant av en aksialstrømmende syklon benyttet som ikke har noen resirkulering av gass fra væskedreneringskammeret 25. Hovedgasstrømmen kommer inn i syklonen gjennom åpningen 20 og blir satt i rotasjon med det virvelinduserende element 21. Den tyngre væske slynges mot veggen av syklonrøret 29 av sentrifugalakselerasjon og danner en film på innsiden av syklonen. Væskefilmen fjernes deretter fra syklonveggen gjennom spaltene 24 og oppsamles i væskedreneringskammeret 25. Dette er tilsvarende de to syklonene tidligere omtalt og vist i fig. 3a og fig. 3b. Forskjellen er at denne versjonen har en kanal 30 gjennom det virvelinduserende element 21 hvor en liten del av gassen i innløpet vil passere. Kanalen 30 er fortrinnsvis utstyrt med tangentiale innløp eller styreskovler for også å sette denne strømning i rotasjon. Den lille mengde gass som passerer gjennom kanalen 30 brukes til å blåse av væske som matte følge det virvelinduserende elementet 21 inn i separasjonskammeret 23. Figure 3c shows another variant of an axial flow cyclone used which has no recirculation of gas from the liquid drainage chamber 25. The main gas flow enters the cyclone through the opening 20 and is set into rotation with the vortex inducing element 21. The heavier liquid is flung against the wall of the cyclone tube 29 of centrifugal acceleration and forms a film on the inside of the cyclone. The liquid film is then removed from the cyclone wall through the slits 24 and collected in the liquid drainage chamber 25. This corresponds to the two cyclones previously mentioned and shown in fig. 3a and fig. 3b. The difference is that this version has a channel 30 through the vortex-inducing element 21 through which a small part of the gas in the inlet will pass. The channel 30 is preferably equipped with tangential inlets or guide vanes to also set this flow in rotation. The small amount of gas that passes through the channel 30 is used to blow liquid which mat follows the vortex inducing element 21 into the separation chamber 23.

Syklonene i figur 3 a, b, c kan videre være utstyrt med dobbeltkrumme skovler. De dobbeltkrumme skovler som er beskrevet i patentsøknaden WO 03039755 vil gi forbedret separasjon siden krypstrøm av væske langs skovlene vil bli tvunget mot den ytre side av skovlene av deres geometri. De dobbeltkrumme skovler vil bli konfigurert til å oppnå høyere tangentiell hastighet nær sentrum av syklonen enn ved veggen og derved gi en tangential hastighet i beholderen som er lik den frie virvelstrøm satt opp av frie roterende fluidstrømmer som styres av konserveringen av vinkelmoment. The cyclones in Figure 3 a, b, c can also be equipped with double-curved blades. The double curved vanes described in patent application WO 03039755 will provide improved separation since creep flow of liquid along the vanes will be forced towards the outer side of the vanes by their geometry. The doubly curved vanes will be configured to achieve higher tangential velocity near the center of the cyclone than at the wall and thereby provide a tangential velocity in the container equal to the free vortex set up by free rotating fluid streams governed by the conservation of angular momentum.

I figurene 3d og 3e vises alternative virvelinduserende elementer. På figur 3d blir et sett tangentiale styreskovler 32 brukt til å sette strømmen i rotasjon. I figur 3e benyttes tangential port til å sette strømmen i rotasjon. Funksjonaliteten til syklonene som vist i figurene 3d og 3e er lik de sykloner som er vist i figurene a, b og c nedstrøms for det virvelinduserende element. In Figures 3d and 3e, alternative vortex-inducing elements are shown. In figure 3d, a set of tangential guide vanes 32 is used to set the flow in rotation. In Figure 3e, a tangential port is used to set the flow in rotation. The functionality of the cyclones shown in figures 3d and 3e is similar to the cyclones shown in figures a, b and c downstream of the vortex inducing element.

Figur 4a viser et tverrsnitt av en tidligere kjent gasskrubber utstyrt med en syklonisk innløpsinnretning, med dråpefjemingsutstyr og et internt dreneringsrør som beskrevet i GB patentsøknad 2329857. Denne konfigurasjonen erkarakterisert vedforbindelsen mellom innløpsmunning 51 og én eller flere sykloner gjennom et fordelingskammer 52. Syklonrøret har et virvelinduserende element 53 for å sette det innkommende fluid i rotasjon inne i syklonrøret 54.1 figur 4a er det virvelinduserende element vist som en skovlkaskade, men virvelen kan også bli indusert ved hjelp av et teller flere eller tangentiale innløp til syklonen. Mesteparten av væsken blir separert i syklonrøret 54 ved hjelp av sentrifugalkreftene nedstrøms av det virvelinduserende elementet 53, hvoretter den roterende gassen kommer ut av syklonrøret 54 gjennom et gassutløpsrør 55. Ytterligere dråpefjerning gjøres med aksialstrømmende sykloner 56 oppstrøms skrubberens gassutløp 57. Væsken som separeres i de aksialstrømmende sykloner 56, dreneres gjennom ett eller flere nedløpsrør 58 tilbake til væskereservoaret av beholderen. Væske separert i syklonrøret 54 vil dreneres langs den indre veggen av syklonrøret 54 og bli ledet gjennom væskeutløpet 59 av syklonen. Væskenivået 61 i separatoren blir normalt regulert av en ventil på separatorens væskeutløp 60. Figure 4a shows a cross-section of a previously known gas scrubber equipped with a cyclonic inlet device, with drop removal equipment and an internal drainage pipe as described in GB patent application 2329857. This configuration is characterized by the connection between the inlet mouth 51 and one or more cyclones through a distribution chamber 52. The cyclone pipe has a vortex-inducing element 53 to set the incoming fluid in rotation inside the cyclone tube 54.1 figure 4a, the vortex inducing element is shown as a vane cascade, but the vortex can also be induced by means of a counter several or tangential inlets to the cyclone. Most of the liquid is separated in the cyclone tube 54 by the centrifugal forces downstream of the vortex inducing element 53, after which the rotating gas exits the cyclone tube 54 through a gas outlet tube 55. Further droplet removal is done by axial flow cyclones 56 upstream of the scrubber gas outlet 57. The liquid separated in the axially flowing cyclones 56, are drained through one or more downpipes 58 back to the liquid reservoir of the container. Liquid separated in the cyclone tube 54 will drain along the inner wall of the cyclone tube 54 and be led through the liquid outlet 59 of the cyclone. The liquid level 61 in the separator is normally regulated by a valve on the separator's liquid outlet 60.

En vesentlig ulempe å benytte denne type sykloninnløp, er risikoen for gassgjennombrudd i syklonrørets væskeutløp 59. På grunn av trykkfallet fra utløpet på det virvelinduserende element 53 til toppen av gassutløpsrør eller "vortex finder" 55, vil trykket ved væskeoverflaten 63 inne i syklonen være høyere enn trykket ved væskeflaten 61 ved separatorens avsetningssone 62. Dersom trykkfallet blir for høyt, vil væskeoverflaten 63 inne i syklonrøret 54 bli tvunget ned til syklonrørets væskeutløp 59, og gass vil bli blåst ut av væskeutløpet og derved forårsake skumdannelse og deretter innblanding væske til skrubberens gassutløpsmunnstykke samt gassforurenset væske i væskeutløpet. Fra denne situasjonen, kan hele skrubberen "kollapse". Trykkfallet over gassutløpet blir forårsaket av hastighetsøkningen når gassen passerer det virvelinduserende element eller skovlkaskadens 53 utløp til gassutløpet 55. Hastighetsøkningen har to grunner: i) at gassen får en høy aksial hastighet når den tvinges gjennom gassutløpsrøret 55, og ii) at rotasjonskomponenten av gassen grunnet bevaring av rotasjonsmoment vil øke fordi gassen tvinges til en mindre diameter. Den sistnevnte effekten forklarer hvorfor "isballerina"øker sin rotasjonshastighet når hun trekker armene mot kroppen sin. I henhold til lov om bevaring av moment (Bernoullis ligning), vil den totale hastighetsøkning dermed krever et fall i trykket (trykket i avsetningssone 62 er lavere enn trykket inne syklonrøret 54). Økte gasstrømningshastigheter gir dermed økt total hastighet og følgelig økt trykkfall. A significant disadvantage of using this type of cyclone inlet is the risk of gas breakthrough in the cyclone tube's liquid outlet 59. Due to the pressure drop from the outlet of the vortex-inducing element 53 to the top of the gas outlet tube or "vortex finder" 55, the pressure at the liquid surface 63 inside the cyclone will be higher than the pressure at the liquid surface 61 at the separator's deposition zone 62. If the pressure drop becomes too high, the liquid surface 63 inside the cyclone tube 54 will be forced down to the cyclone tube's liquid outlet 59, and gas will be blown out of the liquid outlet, thereby causing foam formation and then admixture of liquid to the scrubber's gas outlet nozzle as well as gas-contaminated liquid in the liquid outlet. From this situation, the entire scrubber can "collapse". The pressure drop across the gas outlet is caused by the increase in velocity when the gas passes the vortex-inducing element or the outlet of the vane cascade 53 to the gas outlet 55. The increase in velocity has two reasons: i) that the gas acquires a high axial velocity when it is forced through the gas outlet pipe 55, and ii) that the rotational component of the gas due to conservation of rotational torque will increase because the gas is forced to a smaller diameter. The latter effect explains why the "ice ballerina" increases her rotational speed when she pulls her arms towards her body. According to the law of conservation of momentum (Bernoulli's equation), the total speed increase will thus require a drop in pressure (the pressure in the deposition zone 62 is lower than the pressure inside the cyclone tube 54). Increased gas flow rates thus result in increased total velocity and consequently increased pressure drop.

En annen ulempe er utnyttelsen av strømningsvolum i syklonen. På grunn av den geometriske utforming av syklonen hvor gassutløpet befinner seg ved den samme enden som innløpet til syklonen, må gassen strømme nedover i syklonrøret 54 hvor gass-væske separasjonen finner sted. Etter separasjon av væske fra gassen, strømmer den rene gassen i motsatt retning gjennom gassutløpsrøret 55. Dersom gassutløpsrør 55 representerer 50 % av strømningsarealet i syklonen, vil området utenfor gassutløpet oppta de øvrige 50 %. Følgelig vil gasshastigheten i syklonen vil være minst to ganger hastigheten i den aksiale av syklonen som vist i figur 3 a-e, hvor innløpet og utløpet er plassert ved hver ende av syklonrøret. Deøkte gasshastighetene inne i syklonen vil gi økt trykkfall og redusert separasjonsytelse. Another disadvantage is the utilization of flow volume in the cyclone. Due to the geometric design of the cyclone where the gas outlet is located at the same end as the inlet to the cyclone, the gas must flow downwards in the cyclone tube 54 where the gas-liquid separation takes place. After separation of liquid from the gas, the clean gas flows in the opposite direction through gas outlet pipe 55. If gas outlet pipe 55 represents 50% of the flow area in the cyclone, the area outside the gas outlet will occupy the other 50%. Consequently, the gas velocity in the cyclone will be at least twice the velocity in the axial part of the cyclone as shown in Figure 3 a-e, where the inlet and outlet are located at each end of the cyclone tube. The increased gas velocities inside the cyclone will result in increased pressure drop and reduced separation performance.

En annen ulempe ved å benytte sykloninnløpsinnretningen som vist i figur 4a er vanskeligheten med å etablere en praktisk ordning for fordelingskammeret 52, særlig i de tilfeller hvor separatorens innvendige deler må være utskiftbare. I disse tilfellene må det gjøres en boltet forbindelse mellom fordelingskanal, separatorveggen og syklonrørene, noe som fører til begrensninger I syklonrørets diameter og / eller antall av syklonrør som kan settes inn i beholderen. Hvis syklonrøret ikke behøver å være utskiftbart, blir fordelingskammeret 52, som da bør være sylindrisk, sveiset til separatorveggen. Another disadvantage of using the cyclone inlet device as shown in Figure 4a is the difficulty in establishing a practical arrangement for the distribution chamber 52, particularly in cases where the internal parts of the separator must be replaceable. In these cases, a bolted connection must be made between the distribution channel, the separator wall and the cyclone tubes, which leads to limitations in the diameter of the cyclone tube and/or the number of cyclone tubes that can be inserted into the container. If the cyclone tube does not need to be replaceable, the distribution chamber 52, which should then be cylindrical, is welded to the separator wall.

Den siste ulempe ved syklonen, som illustrert i figur 4A, er at den vil gi en betydelig medrivning av væske fra gassiden av syklonen. Det er vanskelig å oppnå to rene sider fra sykloner, og det er vanlig å prioriteres en ren væskeside. Resultatet er at gassiden blir ganske forurenset. The final disadvantage of the cyclone, as illustrated in Figure 4A, is that it will cause a significant entrainment of liquid from the gas side of the cyclone. It is difficult to achieve two clean sides from cyclones, and it is common to prioritize a clean liquid side. The result is that the gas side becomes quite polluted.

Fig. 4b viser en variant av denne teknologi hvor væskeutløpet 59 av syklonen ikke er neddykket. Fordelen er at denne syklonen vil ikke gi rive med gass ned I væskereservoaret i beholderen. Ulempen er at væskeutløpet vil inneholde gass som må behandles i den nedre del av beholderen. Den annen ulempe er den forholdsvis lange avstanden som trengs under innløpet til syklonen, noe som krever en høy beholder. Fig. 4b shows a variant of this technology where the liquid outlet 59 of the cyclone is not submerged. The advantage is that this cyclone will not tear gas down into the liquid reservoir in the container. The disadvantage is that the liquid outlet will contain gas which must be treated in the lower part of the container. The other disadvantage is the relatively long distance needed under the inlet to the cyclone, which requires a tall container.

Fig. 5 viser et tverrsnitt av tidligere kjent enkelttrinns syklon-separator, som for eksempel beskrevet i norsk patent nr. 175569. En slik konfigurasjon er kjennetegnet ved at væskeseparasjonen finner sted i ett enkelt trinn, og at trykkbeholderen representerer syklonrøret. Prinsipielt er syklonseparatoren vist i figur 5 lik innløpssyklonen vist i figur 4a, men her blir gravitasjonsbeholderveggen 74 benyttes som syklonlegeme. Separatoren har et virvelinduserende element 73 som setter innkommende væske i rotasjonsbevegelse. Væsken separeres i syklonseparatoren av sentrifugalkreftene nedstrøms av det virvelinduserende elementet 73. Den rene gassen snur og strømmer gjennom gassutløp 75, som er forbundet med gassutløpsmunningen 77 av separatoren. Ingen ytterligere dråpefjerning blir gjort, og dette er følgelig en ettrinns skrubberbeholder. Væske separert i syklonseparatoren dreneres langs syklonseparatorens indre vegg 74 og føres ut gjennom syklonseparatorens væskeutløpsmunnstykke 70. Fordelen med et slikt arrangement i forhold til innløpssykloner er eliminering av problemer knyttet til medriving av gass, fordi væskenivået 72 i syklonseparatoren blir direkte målt og regulert. Ulempen med ordningen er mindre separasjonseffektivitet fordi nedstrøms dråpefjerningsutstyr er ikke til stede. Patentet beskriver én enkelt syklon som vil ha en diameter lik diameteren til beholderen. Det er også beskrevet en løsning som brukes inne i beholderen hvor det er en enhet som er plassert i forlengelsen av innløpsrøret og som bruker røret som den ytre omkretsen for beholderen. Dette er ulikt det foreliggende patent som bruker et fordelingskammer foran aksialsykloner. Bruken av et fordelingskammer og flere aksialsykloner vil ha flere fordeler sammenlignet med én enkelt syklon. Effektiviteten av syklonen vil være en funksjon av syklondiameteren og gassbelastningen. En syklon er Fig. 5 shows a cross-section of a previously known single-stage cyclone separator, as for example described in Norwegian patent no. 175569. Such a configuration is characterized by the fact that the liquid separation takes place in a single stage, and that the pressure vessel represents the cyclone tube. In principle, the cyclone separator shown in Figure 5 is similar to the inlet cyclone shown in Figure 4a, but here the gravity container wall 74 is used as the cyclone body. The separator has a vortex-inducing element 73 which sets incoming liquid in rotational motion. The liquid is separated in the cyclone separator by the centrifugal forces downstream of the vortex inducing element 73. The clean gas turns and flows through gas outlet 75, which is connected to the gas outlet mouth 77 of the separator. No further droplet removal is done and this is therefore a single stage scrubber tank. Liquid separated in the cyclone separator is drained along the cyclone separator's inner wall 74 and is led out through the cyclone separator's liquid outlet nozzle 70. The advantage of such an arrangement compared to inlet cyclones is the elimination of problems related to entrainment of gas, because the liquid level 72 in the cyclone separator is directly measured and regulated. The disadvantage of the scheme is less separation efficiency because downstream droplet removal equipment is not present. The patent describes a single cyclone which will have a diameter equal to the diameter of the container. Also described is a solution which is used inside the container where there is a device which is placed in the extension of the inlet pipe and which uses the pipe as the outer circumference of the container. This is different from the present patent, which uses a distribution chamber in front of axial cyclones. The use of a distribution chamber and several axial cyclones will have several advantages compared to a single cyclone. The efficiency of the cyclone will be a function of the cyclone diameter and the gas load. A cyclone is

2 2

w basert på den økte akselerasjon I et rotasjonsseparasjonsfelt. Akselerasjonen er uttrykt som a = —„ w based on the increased acceleration In a rotational separation field. The acceleration is expressed as a = —„

r der a er akselerasjonen im/s, w er den tangentielle hastigheten og r er radiene. Følgelig, for å opprettholde en høy sentrifugalakselerasjon og drivkraft for separasjonen, må man øke den tangentielle hastigheten vedøkning av radiene til syklonen. Den høyere hastighet vil øke skjær som påføres væskefilmen av gassen i syklonen. Dette vil øke gjeninnblanding av væske og effektivitet som funksjon av gassbelastning vil avta medøkende gass-belastning eller -hastighet. Dersom en slik enkelt-syklon skal skaleres så vel med hensyn til radiene, vil lengden av syklonen øke lineært med økende radier og lengden av syklonen blir typisk 5-10 ganger diameteren til syklonen, hvorfor lengden av syklonen raskt vil bli et problem for beholderen. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et optimalt r where a is the acceleration im/s, w is the tangential velocity and r is the radii. Consequently, to maintain a high centrifugal acceleration and driving force for the separation, one must increase the tangential velocity by increasing the radii of the cyclone. The higher velocity will increase the shear applied to the liquid film by the gas in the cyclone. This will increase re-mixing of liquid and efficiency as a function of gas load will decrease with increasing gas load or velocity. If such a single cyclone is to be scaled as well with regard to the radii, the length of the cyclone will increase linearly with increasing radii and the length of the cyclone will typically be 5-10 times the diameter of the cyclone, which is why the length of the cyclone will quickly become a problem for the container. The present invention provides an optimal

forhold mellom gass-belastning og hastigheter i syklonene siden syklonelementene vil være utformet lik for alle lave hastigheter. Når gasstrømningshastigheteneøker, vil antallet sykloner i parallelløkes. Figur 6 viser et eksempel på en tidligere kjent syklon som beskrevet i GB 1233347A. Gassen kommer inn i syklonen ved enden og blir satt i rotasjon i den virvelinduserende innretning. Det virvelinduserende elementet består av et hult nav 81 og skovler 82 som strekker seg mellom nevnte nav 81 og syklonveggen 89. Rotasjonshastigheten av gassen som beveges inne i syklonen, skaper et sentrifugalfelt som tvinger de tyngre flytende partikler ut mot syklonens vegg. Væsken som treffer den ytre vegg vil bli samlet og danne en film. Ved enden av syklonrøret er det en spalte 84 hvor denne væskefilm tillates å strømme ut og inn i ringrommet mellom beholderveggen 86 og syklonveggen 89. En liten andel av gassen tillates også å følge væsken ut og vil bli resirkulert til sentrum av syklonen gjennom sentrum av det virvelinduserende navet 81 via spalten 84. Gassen føres inn i sentrum av syklonen hvor trykket er lavt på grunn av den roterende strøm. Væsken vil strømme i ringrommet, og bli samlet i væskeoppsamlingskammeret. Gassen forlater syklonen gjennom en innsatt rørdel 87 ofte referert til som en virvelsøker ("vortex finder"). Utformingen som vist i figur 6 blir ofte referert til som en ettrinns skrubber ettersom gassen blir separert i ett enkelt trinn. Figur 7 viser et eksempel på tidligere kjent multisykloninnløp, blant annet beskrevet i US 2372514. Innløpsfluidet inneholdende gass, fluider og eventuelle faste stoffer kommer inn i beholderen gjennom munningen 91, inn til fordelingskammeret 92. Gassen separeres fra væsken og faststoffene i de mange sykloner 93 og gassen samles i gasskammeret 99 over syklonene før gassen strømmer ut gjennom utløpsmunningen 97. De flytende og faste stoffer faller ned i væskekammeret 94 av beholderen hvorfra væsken og faststoffene fjernes gjennom munningen 90. De faste stoffer kan bli fjernet i separate spyleledninger hvis det legger seg i bunnen av beholderen. Separasjonen av gass og væske vil skje i sykloner og trykket i innløpsfordelingskammeret 92, gasskammeret 99, og væskekammeret 94 vil være forskjellig, og disse er fysisk adskilt. Denne separatoren vil også benytte ettrinns separasjon da det ikke vil være noe behov for å blande sammen strømmer inne i beholderen som ved totrinns skrubbere. relationship between gas load and velocities in the cyclones since the cyclone elements will be designed the same for all low velocities. As the gas flow rates increase, the number of cyclones in parallel will increase. Figure 6 shows an example of a previously known cyclone as described in GB 1233347A. The gas enters the cyclone at the end and is set into rotation in the vortex-inducing device. The vortex-inducing element consists of a hollow hub 81 and vanes 82 which extend between said hub 81 and the cyclone wall 89. The rotational speed of the gas moving inside the cyclone creates a centrifugal field which forces the heavier liquid particles out towards the cyclone wall. The liquid that hits the outer wall will collect and form a film. At the end of the cyclone tube there is a gap 84 where this liquid film is allowed to flow out and into the annulus between the container wall 86 and the cyclone wall 89. A small proportion of the gas is also allowed to follow the liquid out and will be recycled to the center of the cyclone through the center of the vortex inducing hub 81 via slot 84. The gas is fed into the center of the cyclone where the pressure is low due to the rotating current. The liquid will flow in the annulus, and be collected in the liquid collection chamber. The gas leaves the cyclone through an inserted tube part 87 often referred to as a vortex finder. The design shown in Figure 6 is often referred to as a single stage scrubber as the gas is separated in a single stage. Figure 7 shows an example of a previously known multicyclone inlet, described among other things in US 2372514. The inlet fluid containing gas, fluids and any solids enters the container through the mouth 91, into the distribution chamber 92. The gas is separated from the liquid and solids in the many cyclones 93 and the gas is collected in the gas chamber 99 above the cyclones before the gas flows out through the outlet mouth 97. The liquid and solid substances fall into the liquid chamber 94 of the container from which the liquid and solids are removed through the mouth 90. The solid substances can be removed in separate flushing lines if it settles at the bottom of the container. The separation of gas and liquid will take place in cyclones and the pressure in the inlet distribution chamber 92, the gas chamber 99, and the liquid chamber 94 will be different, and these are physically separated. This separator will also use one-stage separation as there will be no need to mix streams inside the container as with two-stage scrubbers.

En detalj av en multisyklon 93 som vist i figur 7a, er vist i detalj i figur 7c. Strømmen kommer inn gjennom det tangentielle innløp 95. Gassen, væsken og faststoffene settes i rotasjon gjennom innløpsporter 95. Væsken slynges mot syklonens legeme 96 mens gassen migrerer mot sentrum av syklonen og forlater syklonen gjennom gassutløp 97 ofte referert til som en virvelsøker. Syklonlegemet 96 vil ofte ha en konisk seksjon mot væskeutløpet 100. Den koniske formen av væskeutløpet vil bidra til transport av væske ut av syklonen. Det roterende felt inne i syklonen skaper en sentrifugalakselerasjon vanligvis flere dekader høyere enn tyngdekraftens akselerasjon. Det kraftige sentrifugalfeltet vil sette opp trykkgradienter som er orientert radielt i forhold til syklon-aksen. Enhver væskefilm på innsiden av syklonen i den koniske seksjonen vil da bli ført med trykkgradienter mot sentrum av syklonen og væskeutløpet 100. Den største utfordringen ved hjelp av multisykloninnløp er det høye trykkfall. Det høye trykkfall skyldes utformingen av syklonen i seg selv, I form av en reversert syklon. Gassen kommer inn i syklonen ved midten og beveges nedover i syklonlegemet 96 før den snur oppover gjennom virvelsøker 97. Trykkfallet i syklonen vil oppstå når gassen akselererer gjennom den lille virvelsøker 97. Det vil både være en akselerasjon aksialt men også tangentielt grunn av bevaring av vinkelmoment. I multisyklon-oppsettet som vist i figur 7 vil det høye trykkfall bli håndtert ved fysisk inndeling av separatoren inn i tre volumer. Trykket i innløpsseksjonen 92 vil være høyere enn trykket i væskekammer 94 som vil være høyere enn trykket i gass-kammeret 99. Det høye trykkfall vil også representere en utfordring med hensyn til separasjonsytelse. Separasjonseffektivitet vil være en balanse mellom separasjon som følge av sentrifugalakselerasjon og gjen-medriving samt dråpebryting som følge av viskøs bremsing. Det høye trykkfall indikerer høy viskøs bremsevirkning og redusert effektivitet. A detail of a multicyclone 93 as shown in Figure 7a is shown in detail in Figure 7c. The flow enters through the tangential inlet 95. The gas, liquid and solids are set into rotation through inlet ports 95. The liquid is flung towards the body of the cyclone 96 while the gas migrates towards the center of the cyclone and leaves the cyclone through gas outlet 97 often referred to as a vortex finder. The cyclone body 96 will often have a conical section towards the liquid outlet 100. The conical shape of the liquid outlet will contribute to the transport of liquid out of the cyclone. The rotating field inside the cyclone creates a centrifugal acceleration usually several decades higher than the acceleration of gravity. The strong centrifugal field will set up pressure gradients that are oriented radially in relation to the cyclone axis. Any liquid film inside the cyclone in the conical section will then be carried with pressure gradients towards the center of the cyclone and the liquid outlet 100. The biggest challenge with multi-cyclone inlets is the high pressure drop. The high pressure drop is due to the design of the cyclone itself, in the form of a reversed cyclone. The gas enters the cyclone at the center and is moved downwards in the cyclone body 96 before it turns upwards through vortex finder 97. The pressure drop in the cyclone will occur when the gas accelerates through the small vortex finder 97. There will be both an acceleration axially but also tangentially due to conservation of angular momentum . In the multi-cyclone setup as shown in Figure 7, the high pressure drop will be handled by physically dividing the separator into three volumes. The pressure in the inlet section 92 will be higher than the pressure in liquid chamber 94 which will be higher than the pressure in gas chamber 99. The high pressure drop will also represent a challenge with respect to separation performance. Separation efficiency will be a balance between separation as a result of centrifugal acceleration and re-entrainment as well as droplet breaking as a result of viscous braking. The high pressure drop indicates a high viscous braking effect and reduced efficiency.

Figur 8 viser et eksempel på en tidligere kjent innløpsseksjon som bruker innløpsrøret som syklon, som beskrevet eksempelvis i norsk patent nr. 321170. Her er innløpsseksjonen montert som en forlengelse av innløpsrøret. Antallet sykloner og deres orientering vil dermed være begrenset av rørenes layout. Syklonens ytelse vil være en balanse mellom nødvendig sentrifugalakselerasjon for å sikre dråpeseparasjon og trykkfallet som kan godtas over enheten. Et høyt trykkfall over enheten vil redusere effektiviteten på grunn av økt skjærkraft på væskefilmen inne i syklonen. Figure 8 shows an example of a previously known inlet section that uses the inlet pipe as a cyclone, as described for example in Norwegian patent no. 321170. Here the inlet section is mounted as an extension of the inlet pipe. The number of cyclones and their orientation will thus be limited by the layout of the pipes. The performance of the cyclone will be a balance between the centrifugal acceleration required to ensure droplet separation and the pressure drop that can be accepted across the unit. A high pressure drop across the unit will reduce efficiency due to increased shear on the liquid film inside the cyclone.

Sentrifugalakselerasjon vil generelt bli beskrevet ved a = w/// nvor w er den tangentielle hastigheten og r er radien. Trykkfallet kan generelt beskrives som P = y^- £ ■ P u<2>der £ er en tapsfaktor i hovedsak avhengig av W, er p gasstettheten og u er den aksiale hastighet. Innløpsseksjonen er et statisk virvelelement som setter den innkommende gassen i rotasjon, og den tangentielle hastigheten vil være direkte proporsjonal med den aksiale hastighet. Følgelig, for å oppnå tilsvarende sentrifugalakselerasjon i en syklon med stort radius som en syklon med liten radius, må man øke hastighet og derved trykkfallet over syklonen. Centrifugal acceleration will generally be described by a = w/// where w is the tangential velocity and r is the radius. The pressure drop can generally be described as P = y^- £ ■ P u<2>where £ is a loss factor mainly dependent on W, p is the gas density and u is the axial velocity. The inlet section is a static vortex element that sets the incoming gas in rotation, and the tangential velocity will be directly proportional to the axial velocity. Consequently, in order to achieve the same centrifugal acceleration in a cyclone with a large radius as a cyclone with a small radius, one must increase speed and thereby the pressure drop across the cyclone.

Claims

1. Innløpsinnretning (17) for en skrubberseksjon (5) av et vannfjerningstårn for separering av en fluidblanding som omfatter gass og væske, idet nevnte innløpsinnretning (17) omfatter en innløpsmunning (1) for fluidblandingen, et fordelingskammer (2) forbundet med innløpsmunningen for fordeling av fluidblandingen til skorsteinsbrett (27) som er montert på toppen av en seksjonsplate (4) som deler beholderen inn i en nedre skrubberseksjon (5) og en vannfjerningsseksjon (6), idet seksjonsplaten (4) utgjør en integrert del av innløpsinnretningen (17) ved å være forbundet med fordelingskammeret.1. Inlet device (17) for a scrubber section (5) of a water removal tower for separating a fluid mixture comprising gas and liquid, said inlet device (17) comprising an inlet opening (1) for the fluid mixture, a distribution chamber (2) connected to the inlet opening for distribution of the fluid mixture to the chimney tray (27) which is mounted on top of a section plate (4) which divides the container into a lower scrubber section (5) and a water removal section (6), the section plate (4) forming an integral part of the inlet device (17 ) by being connected to the distribution chamber.

2. Innløpsinnretning som angitt i patentkrav 1, idet seksjonsplaten (4) er anordnet over fordelingskammeret (2).2. Inlet device as stated in patent claim 1, the section plate (4) being arranged above the distribution chamber (2).

3. Innløpsinnretning som angitt i patentkrav 1, idet seksjonsplaten (4) utgjøres av den øvre vegg av fordelingskammeret (2).3. Inlet device as stated in patent claim 1, the section plate (4) being formed by the upper wall of the distribution chamber (2).

4. Innløpsinnretning som angitt i patentkrav 1, videre omfattende væske-dreneringsrør (29) for å drenere væskerikt fluid fra fordelingskammeret (2).4. Inlet device as stated in patent claim 1, further comprising liquid drainage pipe (29) for draining liquid-rich fluid from the distribution chamber (2).

5. Innløpsinnretning som angitt i patentkrav 1, videre omfattende dråpefjerneutstyr for å fjerne ytterligere dråper fra det væskerike fluid som blir drenert gjennom væskedreneringsrøret (29), hvoretter det således gassanrikede fluid tillates å passere oppover utenfor fordelingskammeret.5. Inlet device as stated in patent claim 1, further comprising droplet removal equipment to remove further drops from the liquid-rich fluid which is drained through the liquid drainage pipe (29), after which the thus gas-enriched fluid is allowed to pass upwards outside the distribution chamber.

6. Innløpsinnretning som angitt i patentkrav 5, idet dråpefjerningsutstyret som renser gassen som går utenfor fordelingskammeret, er lokalisert inne i de resterende skorsteinsbrettene (25).6. Inlet device as specified in patent claim 5, in that the droplet removal equipment that cleans the gas that goes outside the distribution chamber is located inside the remaining chimney trays (25).

7. Innløpsinnretning som angitt i patentkrav 4,karakterisert vedat væske-dreneringsrøret (29) er forlenget ned i væskereservoaret (7) og forsegler derved væske-dreneringen mot transport av gass til under innløpsseksjonen.7. Inlet device as specified in patent claim 4, characterized in that the liquid drainage pipe (29) is extended down into the liquid reservoir (7) and thereby seals the liquid drainage against transport of gas to below the inlet section.