本发明专利技术是一种低流动阻力超音速气体净化分离装置，应用于天然气脱水等气体分离净化领域。天然气由气体进口进入拉伐尔喷管，其温度和压力降低，速度升高，接着高速流动的气液混合物流经旋流叶片，产生高速旋流，高速旋流进入分离管，由于温度的降低，气体中的水分或部分露点在当地压力下饱和温度以上的气体凝结形成液体，由于所受离心力的不同，从气体中凝结出的液体被“甩”到管壁上形成一层特别薄的液膜，这些液体通过分离管与扩压管之间的环形槽道流出分离管，由液体出口流出。除去水分的干气接着进入扩压管，气体由干气出口流出分离装置。本装置中无运动部件、结构简单；本装置中拉伐尔喷管的流通横截面积为环形面，比较容易加工。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种低流动阻力超音速气体净化分离装置，主要应用于天然 气脱水等气体分离净化领域。
技术介绍
天然气脱水是天然气进入输送管路以前进行集中处理的一个非常重要的 环节。天然气中含有水份，会降低天然气的热值，增大燃烧过程中的热量损失；在天然气高压输送系统中， 一个相对较高的温度(接近或高于2(TC)下，水份很容易同分子较小的烃类物质结合形成水合物，或者在更低的温度条件 下形成液态水滴或固态的冰，所有这些形成物都会降低管道的有效流通面积， 增大管路压降，甚至堵塞管路阀门，引起安全事故。所以，天然气水分离等 处理技术一直是人们研究的热点问题。目前，国内外普遍采用的天然气脱水的方法为甘醇法天然气脱水，该方法的流程示意图如图6所示湿天然气首先进入原料气分离器20，分离出游离 液体和固体杂质，分离后的气体进入吸收塔21与塔内甘醇溶液逆向接触，气 体中的水蒸气被甘醇溶液吸收，离开吸收塔21的干气经过气体/贫甘醇换热器 (贫甘醇冷却器)22,以冷却进入吸收塔的甘醇溶液(贫甘醇)，然后进入管 道外输。经过气体/贫甘醇换热器22后的贫甘醇进入吸收塔21后，吸收湿天然气 中的水蒸气成为富甘醇，然后从吸收塔21中流出，再与再生好的热甘醇贫液 (热贫甘醇)换热后进入闪蒸罐25，经过低压闪蒸分离，分离出被甘醇溶液 吸收的烃类气体。从闪蒸罐25排出的富甘醇依次经过固体过滤器(纤维过滤器)26和活性 炭过滤器27，除去甘醇溶液在吸收塔中吸收与携带过来的少量固体、烃类化 学剂与其它杂质。由固体过滤器(纤维过滤器)26和活性炭过滤器27过来的富甘醇经过贫 /富甘醇换热器28预热后，进入再生塔23，富甘醇中的水蒸气被脱除掉，成 为浓度为99%( )以上的贫甘醇。由再生塔23出来的贫甘醇先进入缓冲罐24，再流经贫/富甘醇换热器28 进行冷却，然后由甘醇泵29加压后进入吸收塔21循环使用。三甘醇脱水技术主要存在的问题有在海上平台应用时，三甘醇流动受 波浪起伏影响；三甘醇溶液发泡，主要是由于三甘醇被盐、碳氢化合物、污 物及腐蚀抑制剂污染造成；三甘醇循环管路盐结晶堵塞；三甘醇损耗量较大； 部件出现腐蚀现象，三甘醇受污染或分解后具有腐蚀性；
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服了现有的甘醇法天然气脱水的上述缺陷，提供了一 种低流动阻力超音速气体净化分离装置，该装置具有便于加工、节能环保等 优点。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下方案。本装置包括法兰、拉伐尔 喷管、分离管、扩压管壳体、扩压管、湿气出口和干气出口。所述的拉伐尔 喷管包括壳体、设置在壳体内的内部实体和设置在内部实体表面的旋流叶片。 其中壳体和内部实体的左端均与法兰固定连接，在壳体和内部实体之间留 有用于气体流过的间隙，该间隙通过法兰与天然气气体进口相连通，壳体的 右端与分离管的左端固定连接，分离管的右端与扩压管壳体的左端固定连接， 扩压管设置在扩压管壳体内并且二者之间形成一环形空腔，扩压管的右端与 扩压管壳体固定连接，扩压管的左端和扩压管壳体的侧面之间留有用于湿气 流过的环形槽道，环形槽道与扩压管和扩压管壳体之间的空腔相连通，在扩 压管壳体的下部的侧壁上还设置有与上述空腔相连通的湿气出口 。所述的法兰的内部沿圆周方向均匀布置有三个支撑架，拉伐尔喷管中的 内部实体的左端放置在三个支撑架形成的圆形通道内，三个支撑架之间为用 于气体流过的通道。所述的旋流叶片的个数大于等于1。 所述的旋流叶片沿内部实体的圆周方向均匀分布。所述的支撑架左端部和拉伐尔喷管中的内部实体的左端部被削尖以减小 气体入口阻力。本专利技术具有如下优点1) 本装置中无运动部件、结构简单、可以实现无人操作、免维护，这使 得本专利技术能够在偏远或环境恶劣的地方应用；2) 本装置无需动力设备，节省了能源，减少了运行成本；3) 用本装置进行气体净化分离，无需加入化学药品，同时也不会产生有 毒物质，既节省了原料成本，又保护了环境；4) 本装置中采用扩压管可以恢复一部分气体压力，使得气体在流经本装 置后压降不会很大，同时，不需要消耗任何的机械功。5) 采用拉伐尔喷管作为加速、降温装置，在不消耗任何机械功的同时获 得较高的气流速度和较低的温度，6) 本装置中拉伐尔喷管由内部实体和壳体组成，流通横截面积为环形面， 普通拉伐尔喷管横截面积为圆面，二者沿轴向的变化规律相同，因此流动规 律相似，此外，本专利技术中的拉伐尔喷管的结构比较容易加工。7) 旋流叶片同拉伐尔喷管结合在一起，同切向进气方法相比可以减小压力损失，可以通过调节旋流叶片的布置高度、长度、旋转度、个数等来调节旋 流强度来降低分离、净化过程的压力损失，并达到最佳的分离效果。8) 可采用多个本装置并联的方式，通过常规技术实现气体流量改变时的运 行要求。附图说明图1超音速低流动阻力气体净化分离装置结构示意图2超音速低流动阻力气体净化分离装置结构示意图局部放大图3本专利技术装置法兰1结构仰视图4本专利技术装置法兰1结构局部放大图5本专利技术装置法兰1结构主视图6本专利技术装置法兰1结构左视图7本专利技术装置拉伐尔喷管内部实体2结构主视图8本专利技术装置拉伐尔喷管内部实体2结构左视图9本专利技术装置拉伐尔喷管内部实体2上螺旋叶片14结构示意图IO本专利技术实施例系统图ll现有技术中甘醇法天然气净化、分离工艺流程示意图中l-法兰，2-拉伐尔喷管内部实体，3-拉伐尔喷管壳体，4-分离管， 5-扩压管壳体，6-扩压管定位板，7-扩压管，8-气体进口， 9-湿气出口， 10-干 气出口， 11-调整垫圈，12-内部实体头部，13-法兰内支撑架，14-旋流叶片， 15-环形槽道，16-冷凝器，17-气-液分离器，18-液-液分离器，19-低流动阻力 气体净化分离装置，20-原料气分离器，21-吸收塔，22-气体/甘醇换热器，23-再生塔，24-缓冲罐，25-闪蒸罐，26-固体过滤器，27-活性炭过滤器，28-贫甘 醇换热器，29-甘醇泵。 具体实施例方式本专利技术的技术方案参见图1，本专利技术设有气体分离和气体净化部分，特征 在于它包括有用于固定内部实体2的多功能法兰1 ，由内部实体2和壳体3组 成的用于气体增速、降温装置的拉伐尔喷管(内部实体2和壳体3间的环形 流通间隙同普通拉伐尔喷管具有相似的流通横截面积，因此流动规律相似)， 用于使气体产生旋流的叶片14，及与拉伐尔喷管出口相连接的用于气体净化 分离的分离管4、扩压管壳体5，用于气体增压和减速的扩压管7;法兰l的 左端与配套榫槽面法兰连接，为天然气气体进口8，另一端与壳体2连接，内 部实体2在壳体3内部，分离管4连通扩压管7，扩压管7的另一端为干气出 口 10，扩压管7插入扩压管壳体5内部，扩压管壳体5的下端部设有从气体 中分离出来的液体出口 9。内部实体2左端头部12插入法兰1内部三个支架13内并焊接连接，气 体入口面被法兰1内部支撑架13及内部实体2左端头部分割为三个扇形气体 入口8，内部实体2右端插入拉伐尔喷管壳体3并且壳体3左端同法兰l右 端焊接连接，壳体3与分离管4之间、分离管4与扩压管壳体5之间采用法 兰连接，扩压管壳体5与扩压管7之间由扩压管定位板6固定连接，扩压管7 插入扩压管壳体5内部，且扩压管7左端面同扩压管壳体5形成环形通道15， 扩压管壳体5下端部设有从气体本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低流动阻力超音速气体净化分离装置，其特征在于：包括法兰（１）、拉伐尔喷管（２）和（３）、分离管（４）、扩压管壳体（５）、扩压管（７）、湿气出口（９）和干气出口（１０）；所述的拉伐尔喷管包括壳体（３）、设置在壳体（３）内的内部实体（２）和设置在内部实体（２）表面的旋流叶片（１４），其中：壳体（３）和内部实体（２）的左端均与法兰（１）固定连接，在壳体（３）和内部实体（２）之间留有用于气体流过的间隙，该间隙通过法兰（１）与天然气气体进口相连通，壳体（３）的右端与分离管（４）的左端固定连接，分离管（４）的右端与扩压管壳体（５）的左端固定连接，扩压管（７）设置在扩压管壳体（５）内并且二者之间形成一环形空腔，扩压管（７）的右端与扩压管壳体（５）固定连接，扩压管（７）的左端和扩压管壳体（５）的侧面之间留有用于湿气流过的环形槽道（１５），环形槽道（１５）与扩压管（７）和扩压管壳体（５）之间的空腔相连通，在扩压管壳体（５）的下部的侧壁上还设置有与上述空腔相连通的湿气出口（９）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘中良，庞会中，蒋文明，孙俊芳，鲍玲玲，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[]
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