CN108786285A - 一种气液分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气液分离装置，属于化工机械领域。其包括：与输送含液气流的供给管路相连的内筒，所述内筒由多个管段构成，各管段之间构成分液槽，降低排液阻力；以一定间隙套在所述内筒之外的外筒，在所述内筒和外筒之间形成封闭的环形腔，在所述外筒上设有U型液封型排液管；设置在所述内筒上游侧与所述供给管路之间的旋流部件；所述外筒通过弯管经旋流部件的盲板与内筒中心低压区相连，利用内外筒压差实现对外筒气体的抽吸，降低外筒压力。本发明的气液分离装置具有高气液分离效率和低压降的特点，且对不同的生产装置具有较强的适应性。
Description
技术领域
本发明涉及一种气液分离装置，特别涉及一种用于烯烃聚合冷凝态工艺中的气液分离装置。
技术背景
气液分离技术广泛应用于石油化工、尾气回收、湿法除尘、烟气余热利用等各类工业过程。例如在烯烃聚合冷凝态工艺中，循环气流中冷凝液的分离对反应器撤热能力、温度区间分布及产品性质具有重要的影响。冷凝液通常基于重力作用、惯性作用、离心作用等及其组合方式进行分离，其中，离心分离器因具有分离效率高、压降较小的优点而被广泛应用。专利ZL 201010617116.1公开了一种用于气相法聚乙烯工艺的旋流板分离器。该分离器垂直安装于循环管线上，包括内置式和外置式两种可选形式。循环气流从流化床顶部导出，经压缩、冷凝后进入旋流板分离器，液体在旋流叶片上铺展，进而被气流吹散成液滴并随气流做旋转运动。液滴在离心力的作用下被甩向壁面形成液膜，经降液管收集后排出。该装置的不足在于必须垂直放置，安装的灵活性受到限制。
专利ZL 200910005274.9公开了一种离心式气液分离器，该分离器主要由导流叶片、布置有多个排液孔的内筒、消旋器、外筒及虹吸管组成。气液两相在导流叶片的作用下发生旋转，液体在离心力的作用下向内筒壁面富集，经排液孔流入外筒，并经虹吸管排出分离器。该分离器结构紧凑，且消旋器的设计能够降低分离过程所产生的振动。专利ZL201210061004.1披露了一种用于烯烃聚合冷凝态工艺的气液分离装置，能够水平或垂直安装于循环管线上，包括周向侧壁布置有多个排液孔的内筒，以一定间隙套在内筒之外的外筒，内、外筒之间形成的封闭环形腔，外筒上设置的排液端口，以及内筒上游侧端部与供给管路之间的旋流部件。与专利ZL 201010617116.1类似，专利ZL 201210061004.1中所述的含液气流经过旋流部件时，液滴在离心力的作用下被甩向内筒壁面形成液膜，经排液孔流入外筒。上述两个专利的不足在于，当气速较高或液含量较低时，排液孔上方形成的液膜厚度较小，部分高速旋转的气流不可避免地穿透液膜经排液孔进入外筒，导致外筒压力升高，液体流经排液孔的阻力增大，进而使气液分离效率下降。与此同时，排液孔孔径较小，气液两相流经排液孔时所受阻力比流入自由空间时显著增大，同样导致分离效率下降及压降升高。因此，需要一种新的分离装置结构以提高气液分离效率、降低压降损失。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种气液分离装置，其能够进行高效的气液分离，并且分离压降小。
根据本发明，提出了一种气液分离装置，其包括与输送含液气流的供给管路相连的内筒，所述内筒由多个管段构成，各管段之间构成分液槽，降低排液阻力。以一定间隙套在所述内筒之外的外筒，在所述内筒和外筒之间形成封闭的环形腔，在所述外筒上设有U型液封型排液管。设置在所述内筒上游侧与所述供给管路之间的旋流部件。其中，所述旋流部件包括罩筒、与罩筒同心地设置在罩筒内的盲板，以及多个从盲板沿下游方向倾斜地延伸到罩筒内壁上的旋流叶片，在相邻两个旋流叶片之间形成有导流通道。所述外筒通过弯管经盲板与内筒中心低压区相连，利用内外筒压差实现对外筒气体的抽吸，降低外筒压力，提高气液分离效率。
在本文中，“上游”和“下游”均以含液气流的流向为参照。
具体的，当含有冷凝液的循环气流经过旋流叶片时，液体在旋流叶片上铺展，气液两相在旋流叶片的导流作用下做旋转运动，液滴在离心力的作用下被甩向内筒管段壁面形成液膜。为降低液膜流入外筒时所受到的阻力，将所述内筒划分为多个管段，各管段间的间隙构成分液槽，液膜经分液槽流入外筒。
在一个实施例中，为防止上游管段壁面的液膜被气流夹带进入下游管段，将除与所述旋流部件相连的第一管段之外的管段入口均设置为渐扩型，起到“挡板”的作用，促使液膜流入分液槽，同时，下游管段的扩径比等于或小于上游管段。
在一个实施例中，将外筒排液管设置为U型管，利用液体在U型管中形成液封，有效防止排液管窜气。
在一个实施例中，将所述盲板镂空，通过弯管将所述环形腔与内筒中心低压区连通，利用内外筒压差实现对外筒气体的抽吸，从而降低外筒内的气体压力，强化气液分离过程。为防止外筒内液体经弯管流入内筒，所述弯管安装在分离装置底部。
在一个实施例中，所述内筒各管段(除与旋流部件相连的第一管段及伸出外筒的最末管段外)通过固定件固定在外筒内壁上。
在一个实施例中，所述内筒的长度大于外筒的长度，其中内筒的下游侧端部伸出在外筒的下游侧端部之外。
在一个实施例中，所述旋流部件与内筒形成为一体，并且所述旋流部件包含在外筒范围之内。这种一体式的设计使得本发明的气液分离装置在供给管路上的安装更加方便。
在一个实施例中，所述装置用于聚烯烃冷凝过程中的气液分离。
本发明的优点在于，通过设置多段内筒及分液槽，降低液膜流入外筒的阻力及分离压降；渐扩型的管段入口可有效防止液膜二次夹带，提高分离效率；通过将内、外筒之间的环形腔与内筒中心低压区连通，利用内外筒压差实现对外筒气体的抽吸，显著降低外筒内的气体压力，进一步提高气液分离效率；此外，本发明的气液分离装置结构简单紧凑、占地面积小，并且能直接安装在供给管路上，能很好地适应不同的生产装置。
附图说明
图1是根据本发明的水平布置的气液分离装置的结构图。
图2是根据本发明的垂直布置的气液分离装置的结构图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制，所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理变换和组合均落入本发明的保护范围。
图1示意性地显示了根据本发明的水平布置的气液分离装置14，包括内置旋流部件5的内筒6、外筒8、在内筒6与外筒8之间形成的封闭环形腔12、连通环形腔与内筒中心低压区的弯管2，以及U型液封型排液管13。
旋流部件5包括罩筒9、盲板3及多个旋流板叶片4。罩筒9为圆柱体，其构造刚好覆盖旋流叶片4的外缘。各旋流板叶片4从盲板3沿下游方向延伸到罩筒9的内壁上，因此在相邻旋流叶片4之间形成有导流通道。通过这种设置，含液气流能够在导流通道内旋转，在离心力的作用下进行气液分离。
如图1所示，内筒6与供给管路1相连以接收待处理的含液气流。内筒6由多个管段构成，管段通过固定件11固定于外筒内壁，各管段之间构成分液槽10，以减小液膜流入外筒8的阻力，优选地，除与旋流部件5相连的第一管段之外的管段入口设为渐扩型入口7，以降低液膜的二次夹带量。含液气流经旋流部件5后发生旋转，液滴被甩向内筒6壁面形成液膜，经分液槽10流入环形腔12，液体沉降并经U型排液管13排出外筒，U型管的设计使管内液体形成液封，有效防止外筒窜气。同时，外筒气流经弯管2被抽吸进入内筒6，进一步减小液膜流入外筒的阻力，使气液分离效率显著提高。内筒6的下游侧端部伸出在外筒8的下游侧端部之外，旋流部件5包含在外筒8范围之内。
如图2所示，当气液分离装置14垂直布置时，弯管2伸入环形腔的上部。
根据本发明，假定内筒6的内径为D，则分液槽10的槽宽可选择为0.05D-D，优选为0.1D-0.4D，以使液膜流入外筒8阻力减小的同时，控制气体流入外筒8的量；和/或内筒6的管段数量为2-10，优选为2-5；和/或在内筒6轴截面上，渐扩段7的斜边与内筒6轴线方向的夹角为10°-80°，优选为20°-50°，以在降低液膜二次夹带量的同时，控制含液气流撞击渐扩段7的阻力损失；和/或内筒6各管段的扩径比为1-3，优选为1.05-1.25，以减小含液气流进入各管段时的流道变化阻力损失。
根据本发明，假定罩筒9的外径为D0，则弯管2的内径可选择为0.05D0-0.3D0。
根据本发明，旋流叶片4的数量选择为6-40，优选为8-24；和/或旋流叶片4的投影重叠率为(-0.8)-(-0.2)，优选为(-0.6)-(-0.4)；和/或旋流叶片4的厚度为1-10mm，优选为2-6mm。
实施例1：
采用如图1所示的水平布置的气液分离装置14，用于生产线性低密度聚乙烯(LLDPE)流程中循环气冷凝后的气液分离。其中，内筒6的内径为600mm，分为3个管段，分液槽10的宽度为50mm，第二管段的扩径比为1.10，外筒8的内径为1000mm，罩筒9的外径为590mm，弯管2的内径为80mm，盲板3的直径为200mm，旋流叶片4的数量为15，叶片厚度为5mm，投影重叠率为-0.5。
使压力为2.4MPa，温度为47℃的包括氢气、氮气、甲烷、乙烷、乙烯、己烯和异戊烷的含液气流以35m/s的速度穿过气液分离装置14。在气流中，液相为密度为575kg/m3的己烯和异戊烷，气相密度为28kg/m3，冷凝液总量为20％。循环气流经过气液分离装置后，冷凝液分离效率可达88％，压降为4500Pa。气液分离效果较高，而压降较低。
实施例2：
采用如图2所示的垂直布置的气液分离装置14，用于生产线性低密度聚乙烯(LLDPE)流程中循环气冷凝后的气液分离。其中，内筒6的内径为700mm，分为4个管段，分液槽10的宽度为80mm，第2和第3管段的扩径比均为1.05，外筒8的内径为1100mm，罩筒9的外径为690mm，弯管2的内径为100mm，盲板3的直径为180mm，旋流叶片4的数量为18，叶片厚度为5mm，投影重叠率为-0.6。
将压力为2.4MPa，温度为52℃的包括氢气、氮气、甲烷、乙烷、乙烯、己烯和异戊烷的气流以25m/s的速度穿过气液分离装置14。在气流中，液相为密度为556kg/m3的己烯和异戊烷，气相密度为28kg/m3，冷凝液总量为15％。循环气流经过气液分离装置14后，冷凝液分离效率可达92％，压降为3800Pa。气液分离效果较高，而压降较低。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种气液分离装置，包括：
与输送含液气流的供给管路相连的内筒，所述内筒由多个管段构成，各管段之间构成分液槽；
以一定间隙套在所述内筒之外的外筒，在所述内筒和外筒之间形成封闭的环形腔，在所述外筒上设有U型液封型排液管；
设置在所述内筒上游侧与所述供给管路之间的旋流部件；
所述外筒通过弯管经所述旋流部件与所述内筒的中心低压区相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内筒各管段的内径相同。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内筒中除与旋流部件相连的第一管段之外的管段入口均设置为渐扩段，其中下游管段的扩径比等于或小于上游管段。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旋流部件包括罩筒、与罩筒同心地设置在罩筒内的盲板，以及多个从盲板沿下游方向倾斜地延伸到罩筒内壁上的旋流叶片，在相邻两个旋流叶片之间形成有导流通道。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，
所述内筒管段数量为2-10，和/或
在所述内筒轴截面上，所述渐扩段的斜边与内筒轴线方向的夹角为10°-80°，和/或
所述各管段的扩径比为1-3，和/或
所述分液槽的槽宽为0.05D-D，
其中，D为内筒的内径。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述内筒管段数量为2-5，和/或
在所述内筒轴截面上，所述渐扩段的斜边与内筒轴线方向的夹角为20°-50°，和/或
所述各管段的扩径比为1.05-1.25，和/或
所述分液槽的槽宽为0.1D-0.4D，
其中，D为内筒的内径。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述弯管的内径为0.05D0-0.3D0，
其中，D0为罩筒外径。
8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，
所述旋流叶片的数量为6-40，和/或
所述旋流叶片的投影重叠率为(-0.8)-(-0.2)，和/或
所述旋流叶片的厚度为1-10mm。
9.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，
所述旋流叶片的数量为8-24，和/或
所述旋流叶片的投影重叠率为(-0.6)-(-0.4)，和/或
所述旋流叶片的厚度为2-6mm。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置用于烯烃聚合冷凝态工艺中的气液分离。
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