高速渦旋流動氣體分離及液化裝置的製作方法
2023-06-02 01:33:06 1
專利名稱：高速渦旋流動氣體分離及液化裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及氣體分離與液化的裝置，特別涉及可以用於石油、化工、 天然氣及冶金等行業需要的氣體分離與液化裝置。
背景技術：
目前在石油、化工、冶金等行業的工作實際應用中，氣體的分離和液化廣 泛採用的利用膨脹機製冷的低溫分離法，即具有一定壓力的氣體或壓縮到一定 壓力的氣體，首先通過換熱器冷卻，然後經膨脹機膨脹深度降溫，再經過換熱 器(或再經過節流閥)降溫，進行單一氣體的自循環製冷工藝，達到氣體液化
和分離；另一種方法採用外循環製冷工藝，達到氣體液化和分離的目的。
上述兩種方法存在的不足是裝置的結構及操作複雜，製造成本高，液化
分離的效率受進口氣體工況影響很大。
實用新型內容
本實用新型的目的是解決現有氣體分離和液化裝置結構及操作複雜、製造 成本高、效率受進口氣體工況影響大的問題，提供一種結構簡單、能耗低、液 化分離效率高、運行穩定，適合各種進口氣體工況的氣體分離及液化裝置。
本實用新型的目的通過下述技術方案來實現
高速渦旋流動氣體分離及液化裝置，為包括位於兩端的進口端與出口端的 管狀結構，該裝置的管狀腔體為多段收縮與膨脹的異型結構，進口端連接有與 之連通的進口管，進口管與出口端之間還依次設置有連通的噴管、工作段、擴 壓器段，以及設置在工作段末端側壁上與其連通的分離出口，進口端與出口端 之間的腔體內還設置有渦旋器。
所述工作段包括連通的膨脹段腔體和收縮段腔體。 所述渦旋器安裝在進口管、噴管、工作段中任意一處的內部。 所述渦旋器安裝在進口管、噴管、工作段中任意兩處或三處的內部。 所述噴管包括有依次連通的收縮段、管徑比收縮段小的噴管喉部，收縮段 與進口管連通，如果噴管內的氣流速度達到超音速，還設置有與噴管喉部連通 的擴張段，擴張段與工作段連通。
所述擴壓器段內的末端還設置有帶有葉片的轉向裝置。 所述渦旋器連接有驅動其旋轉的動力部件。所述轉向裝置連接有驅動其葉片旋轉的動力部件。
採用上述結構的本實用新型，進口端可連接至高壓氣源，而出口端連接至 低壓氣源，氣流通過兩端的壓差，流經所述裝置的通道；渦旋器(在氣流未通 過時，可以是靜止狀態的，也可以是由動力部件驅動的旋轉狀態)，可以起到 導流作用，使氣流通過其時能夠產生旋轉流動，然後氣流在噴管內絕熱膨脹， 加速流動，形成高速甚至是超音速氣流，同時氣體溫度降低，使氣體中的部分 組分冷凝，形成液滴，氣體隨後進入工作段，部分氣體繼續冷凝，液滴尺寸因 此繼續增加，渦旋流動的離心力將液滴拋向工作段的內壁，在工作段的內壁冷 凝的液滴被從氣體中分離出來，從而實現氣體分離與液化。
可見，採用上述結構的本實用新型，與現有技術相比，具有結構簡單、能 耗低、液化分離效率高、運行穩定，適合各種進口氣體工況的優點，可以用於 氣體液化及分離氣體中的部分組分，或用於降低氣體露點，達到外輸的要求。
圖1是本實用新型的結構示意圖中標號l是進口管，2是進口端，3是渦旋器，4是噴管，4a是收縮段， 4b是噴管喉部，4c是擴張段，5是工作段，5a是膨脹段腔體，5b是收縮段腔 體，6是分離出口， 7是擴壓器段，8是轉向裝置，9是出口端。
具體實施方式
下面結合具體實施例和附圖對本實用新型作進一步的說明。
如圖1所示，高速渦旋流動氣體分離及液化裝置為多段收縮與膨脹的管狀 結構，其橫截面可以是圓形、方形、多邊形等各種形狀，包括依次連通的進口 端2、進口管l、噴管4、工作段5、擴壓器段7和出口端9。
噴管4包括有依次連通的收縮段4a、管徑比收縮段小的噴管喉部4b，如 果氣流速度達到超音速，還可以設置與噴管喉部4b連通的擴張段4c。
工作段5包括連通的膨脹段腔體5a和收縮段腔體5b。
渦旋器3可以安裝在噴管4上遊處的進口管1內，也可以安裝在噴管4內， 還可以安裝噴管4下遊處的工作段5內，根據需要還可以上述三處中的任意兩 處或三處都安裝渦旋器3。
渦旋器3可以靜止的裝置，也可以是由動力部件驅動的旋轉裝置，以使氣 體在經過渦旋器後，在軸向流動的基礎上再加以徑向的離心流動和切向的旋轉 流動。
工作段5的末端，位於膨脹段腔體5a和收縮段腔體5b連接拐點的側壁上 設置有與其連通的分離出口 6。
擴壓器段7根據需要有超音速擴壓器或亞音速擴壓器，其末端內設置有轉 向裝置8，該轉向裝置8帶有靜止葉片或由動力部件驅動的旋轉葉片，以使一 部分氣流的旋轉動能轉變為軸向動能，提高氣體壓力。
使用時，進口端2連接高壓氣源，出口端9連接低壓氣源，氣流通過兩者 之間的壓差，使氣體進口端2進入進口管1、噴管4、工作段5，在渦旋器3 的作用下，軸向流動的氣流產生徑向的離心流動和切向的旋轉流動，該渦旋氣 流在噴管4內絕熱加速，氣體溫度迅速降低，部分氣體組分因此開始冷凝，形 成小液滴，小液滴在流動過程中由於更多的氣體冷凝而逐漸變成大液滴，和氣 體一直離開噴管4，進入工作段5。
在工作段5內，由於渦旋流動產生的離心力將液滴拋至工作段5的內壁， 大部分液滴因此聚積在靠近壁面的區域流動，冷凝的液滴及一部分氣體可以通 過分離出口6從主氣流中分離出來，剩餘的氣體離開工作段5，進入擴壓器段 7。
氣流通過擴壓器段7，速度降低，恢復了一部分原來進口端的壓力，通過 轉向裝置8，將一部分氣流的旋轉動能轉變為軸向動能，然後經過出口端9排出。
與現有的氣體分離及液化裝置相比，本實施例具有如下優勢
1、 效率高
本實施例中，氣體在噴管4的絕熱加速、降壓、降溫過程以及隨後在擴壓 器段7中的減速、升壓、升溫過程都接近等熵過程，能量損失很少，因此不僅 比現有的節流膨脹製冷的J-T閥效率高，也比等熵膨脹的膨脹機的效率高，經 過測試，在裝置下遊冷卻溫度相同的情況下，本實施例具有更高的回收率，在 後冷器溫度為一1(TC時，本實施例比J-T閥回收率大約高30y。，比膨脹機回收 率大約高10%;在後冷器溫度為一3(TC時，本實施例比J-T閥回收率大約高 20%，比膨脹機回收率大約高7%。
2、 能耗低
在回收率相同的情況下，使用本實施例與使用J-T閥相比，可以減少功耗 50 70%;比膨脹機可以減少壓縮功15 20%，特別是進口氣源壓力太高或使 用膨脹機不經濟的情況下，本實施例的優勢更加突出。
3、 體積小
本實施例與現有技術相比，尺寸小、佔用空間小，移動性更好，可以減少 處理和安裝費用。
4、 投資少、運行成本低
本實施例的裝置結構簡單，因此投資少；能耗低並且不需要日常維護，運 行成本低。
5、 無環境汙染
本裝置不需要向氣體添加水合物抑制劑等化學添加劑，也無有毒有害氣 體、液體排出，所以對環境無影響。
6、 安全可靠
本裝置運行安全可靠、維護簡單易行。
權利要求1、高速渦旋流動氣體分離及液化裝置，為包括位於兩端的進口端(2)與出口端(9)的管狀結構，其特徵在於，該裝置的管狀腔體為多段收縮與膨脹的異型結構，進口端(2)連接有與之連通的進口管(1)，進口管(1)與出口端(9)之間還依次設置有連通的噴管(4)、工作段(5)、擴壓器段(7)，以及設置在工作段(5)末端側壁上與其連通的分離出口(6)，進口端(2)與出口端(9)之間的腔體內還設置有渦旋器(3)。
2、 如權利要求1所述高速渦旋流動氣體分離及液化裝置，其特徵在於， 所述工作段(5)包括連通的膨脹段腔體(5a)和收縮段腔體(5b)。
3、 如權利要求1所述高速渦旋流動氣體分離及液化裝置，其特徵在於， 所述渦旋器(3)安裝在進口管(1)、噴管(4)、工作段(5)中任意一處的內 部。
4、 如權利要求1所述高速渦旋流動氣體分離及液化裝置，其特徵在於， 所述渦旋器(3)安裝在進口管(1)、噴管(4)、工作段(5)中任意兩處或三 處的內部。
5、 如權利要求1或2或3或4所述高速渦旋流動氣體分離及液化裝置， 其特徵在於，所述噴管(4)包括有依次連通的收縮段(4a)、管徑比收縮段(4a) 小的噴管喉部(4b)，收縮段(4a)與進口管(1)連通。
6、 如權利要求5所述高速渦旋流動氣體分離及液化裝置，其特徵在於， 所述噴管(4)還包括與噴管喉部(4b)連通的擴張段(4c)，擴張段(4c)與 工作段(5)連通。
7、 如權利要求5所述高速渦旋流動氣體分離及液化裝置，其特徵在於， 所述擴壓器段(7)內的末端還設置有帶有葉片的轉向裝置U)。
8、 如權利要求1或2或3或4所述高速渦旋流動氣體分離及液化裝置， 其特徵在於，所述渦旋器(3)連接有驅動其旋轉的動力部件。
9、 如權利要求6所述高速渦旋流動氣體分離及液化裝置，其特徵在於， 所述渦旋器(3)連接有驅動其旋轉的動力部件。
10、 如權利要求6所述高速渦旋流動氣體分離及液化裝置，其特徵在於， 所述轉向裝置(8)連接有驅動其葉片旋轉的動力部件。
專利摘要高速渦旋流動氣體分離及液化裝置，涉及氣體分離與液化的裝置，目的是解決現有氣體分離和液化裝置結構及操作複雜、製造成本高、效率受進口氣體工況影響大的問題，包括進口端、與進口端連通的進口管及出口端，進口管與出口端之間還依次設置有連通的噴管、工作段、擴壓器段，以及設置在工作段末端側壁上與其連通的分離出口，進口端與出口端之間還設置有渦旋器；渦旋器安裝在進口管、噴管、工作段中任意一處或兩處或三處的內部，噴管包括有依次連通的收縮段、噴管喉部，收縮段與進口管連通，如果噴管內的氣流速度達到超音速，還設置有與噴管喉部連通的擴張段，擴張段與工作段連通，本實用新型可以用於氣體液化及分離氣體中的部分組分。
文檔編號F25J3/00GK201212764SQ20082006362
公開日2009年3月25日 申請日期2008年6月2日 優先權日2008年6月2日
發明者閆家義 申請人:閆家義