CN109260761A - 一种组合式液-液分离装置 - Google Patents
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Abstract
一种组合式液‑液分离装置，包括旋流离心分离器和聚结分离器，聚结分离器包括横置的圆柱形封闭容器壳体，容器壳体内依次隔开设置径向整流斜板和纤维聚结填料层，将聚结分离器内腔分隔为斜板左侧进料腔、斜板与纤维聚结填料层之间的整流粗分离腔和纤维聚结填料层右侧精细分离腔，精细分离腔顶部设置轻相出口、底部设置出液口连通其下方集液室，集液室内部设置液位计、底部设置重相出口；旋流离心分离器自上而下包括圆柱段、圆锥段，圆柱段上部侧面设置一混合液相进口，圆柱段内中部竖向由溢流出口管连通进料腔上部，圆锥段底端由底流出口管连通进料腔下部。本发明可解决现有设备分离效率低、会二次夹带、操作周期长、不适宜精度分离的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于石油化工中液-液分离设备的技术领域，具体为一种组合式液-液分离装置，用于互不相容的液-液两相分离。
背景技术
液化气(LPG)是催化裂化装置(FCC)的重要产品，经过分离、裂解以及脱氢等手段，可得到乙烯、丙烯、异丁烷、丁烯、丁二烯等化工原料，用于生产MTBE、烷基化油、合成塑料、合成橡胶、合成纤维及生产医药、炸药、染料等高附加值产品，因此LPG作为一种化工基本原料，其经济价值高，应用广泛。
在生产过程中，LPG中的硫含量过高会对其加工过程及其环境的危害较大，一些硫化物的存在不但导致了LPG有恶臭，并对LPG进一步加工利用产生较大的危害。目前，醇胺法脱硫工艺是炼气厂和天然气净化中应用最为广泛的工艺，如中石化茂名分公司，永坪炼油厂，中石油长庆石化等公司都采用了MDEA法脱硫工艺处理催化液化气。即将醇胺作为脱硫剂来实现胺洗脱硫。然而在醇胺法脱硫过程中，LPG与胺液充分接触反应，不可避免地LPG会夹带胺液离开脱硫塔，如此便使得操作成本大大增加，且直接影响产品的质量，也给下游装置的正常生产带来了很大的危害；此外胺液经液化石油气管道低点排液或加热炉炉前分液罐排入污油系统或污水系统会形成二次污染，加重污水处理厂的负担。因此，在脱硫塔顶设置一台LPG/胺液分离装置成为必要的措施。目前去除液化石油气中胺液的方法主要有重力沉降法、旋流分离法和水洗法等，但这些技术手段都存在一些不足之处，需要选择适用性更好、更为稳定和更高效的技术手段。
因而，开发一台在脱硫过程中降低LPG中胺液夹带量的一种高分离、高效率、适用范围广、处理能力强、操作周期长的液液分离设备，对于提高LPG产品产量和质量、节约资源并同时避免经济价值损失具有重要的意义。
发明内容
本发明提供一种组合式液-液分离装置，目的是克服现有液液分离设备的缺点，解决塔顶脱硫后LPG夹带胺液问题，解决现有液液分离设备分离效率不高、难以防止二次夹带、操作周期长、不适宜精度分离的技术问题。
本发明采用如下的技术方案：
一种组合式液-液分离装置，包括旋流离心分离器，还包括聚结分离器，
所述聚结分离器包括横置的、两端为半球形、中段为圆柱形封闭的容器壳体，所述容器壳体内依次隔开设置径向的整流斜板和纤维聚结填料层，将所述聚结分离器内腔分隔为所述整流斜板左侧的进料腔、所述整流斜板与纤维聚结填料层之间的整流粗分离腔和所述纤维聚结填料层右侧的精细分离腔，所述精细分离腔的顶部设置轻相出口、底部设置出液口连通其下方集液室，所述集液室内部设置液位计、底部设置重相出口；
所述旋流离心分离器自上而下包括圆柱段、圆锥段，圆柱段上部侧面设置一混合液相进口，圆柱段内中部竖向设置有一旋流器溢流管，所述旋流器溢流管上端出口连接一个弯管形的溢流出口管，圆锥段底端设置一个弯管形的底流出口管；所述溢流出口管连通所述进料腔上部，所述底流出口管连通所述进料腔下部。
所述的旋流离心分离器位于所述进料腔内部，固定在所述进料腔内壁设置的支架上，所述溢流出口管末端出口悬置在所述进料腔上部，所述底流出口管末端出口悬置在所述进料腔下部。
所述的旋流离心分离器位于容器壳体外部，所述进料腔上部设置溢流进口、下部设置底流进口，所述旋流离心分离器通过溢流出口管、底流出口管分别连通所述溢流进口、底流进口。
所述溢流进口和底流进口均设置在头部的半球面上，所述溢流进口与所述容器壳体顶部垂直距离为0.1-0.15D，所述底流进口与所述容器壳体底部垂直距离为0.1-0.15D，其中D为容器壳体的直径。
所述整流斜板包括按人字形排列的多个斜板叶片，所述斜板叶片为一短板呈一30°～150°折角连接于一长板端部，多个所述斜板叶片依次连接为一排，每排相邻两个所述斜板叶片的一个长板的末端连接于另一长板上，相邻的所述短板分别位于上、下位置，折角朝向相同，构成多个朝上朝下相邻的人字形；所述整流斜板沿径向由多排所述斜板叶片平行等距水平设置，下排的所述短板位于上排的人字形内；各排之间构成流道；所述斜板叶片上开有多个直径3-5mm的圆孔；所述斜板横向外轮廓为圆形、通过挡圈固定在容器壳体内壁上。
所述斜板叶片选用耐腐蚀的金属材料。
所述纤维聚结填料层为在两块网状挡板之间填充纤维材料，所述纤维聚结填料层厚度为0.15-0.3D，其中D为容器直径；两块所述挡板固定于容器壳体内壁上。
所述纤维材料为亲分散相纤维，分散相对纤维的接触角为30-60°，孔隙率为70-95％。
所述纤维材料为金属纤维、玻璃纤维、聚四氟乙烯纤维、聚丙烯纤维中的一种或多种组合，所述纤维按照X或Ω方式编结而成。
所述的斜板、纤维聚结填料层之间的间隔距离大于0.2D，其中D为容器直径。
本发明有以下积极有益效果：将旋流离心分离、斜板物理分离、纤维聚结分离三种分离方法结合起来，该装置可以适合不同的粒径范围，具有很高的分离效率和处理能力，能有效防止二次夹带问题。
附图说明
图1是旋流离心分离器外置的组合式液-液分离装置结构示意图。
图2是旋流离心分离器内置的组合式液-液分离装置结构示意图。
图3是并入本发明的组合式液-液分离装置后的液化气醇胺法脱硫的流程图。
图4是θ为锐角时斜板叶片的结构示意图。
图5是θ为锐角时斜板叶片间组合方式示意图。
图6是斜板横断面的结构示意图。
图7是θ为135°时斜板叶片的结构示意图。
图8是θ为135°时斜板叶片间组合方式示意图。
附图编号：1-混合液相入口，2-旋流离心分离器，3-底流出口管，4-溢流出口管，5-容器壳体，51-进料腔，52-粗分离腔，53-精细分离腔，6-斜板，61-长板，62-短板，63-流道，7-纤维聚结填料层，8-轻相出口，9-液位计，10-重相出口，11-集液室，12-支架，101-脱硫塔，102-液-液分离装置，θ-折角。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
以下实施例仅是为清楚说明本发明所作的举例，而并非对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在下述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，而这些属于本发明精神所引出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
参见各附图，一种组合式液-液分离装置，包括旋流离心分离器2，还包括聚结分离器13，
参见图1、2，所述聚结分离器13包括横置的、两端为半球形、中段为圆柱形封闭的容器壳体5，所述容器壳体5内依次隔开设置径向的整流斜板6和纤维聚结填料层7，将所述聚结分离器13内腔分隔为所述整流斜板左侧的进料腔51、所述整流斜板6与纤维聚结填料层7之间的整流粗分离腔52和所述纤维聚结填料层7右侧的精细分离腔53，所述精细分离腔53的顶部设置轻相出口8、底部设置出液口连通其下方集液室11，所述集液室11内部设置液位计9、底部设置重相出口10；
所述旋流离心分离器2自上而下包括圆柱段、圆锥段，圆柱段上部侧面设置一混合液相进口1，圆柱段内中部竖向设置有一旋流器溢流管，所述旋流器溢流管上端出口连接一个弯管形的溢流出口管4，圆锥段底端设置一个弯管形的底流出口管3；所述溢流出口管4连通所述进料腔51上部，所述底流出口管3连通所述进料腔51下部。
所述的旋流离心分离器2位于所述进料腔51内部，固定在所述进料腔51内壁设置的支架12上，所述溢流出口管4末端出口悬置在所述进料腔51上部，所述底流出口管3末端出口悬置在所述进料腔51下部。
所述的旋流离心分离器2位于容器壳体5外部，所述进料腔51上部设置溢流进口、下部设置底流进口，所述旋流离心分离器2通过溢流出口管4、底流出口管3分别连通所述溢流进口、底流进口。
所述溢流进口和底流进口均设置在头部的半球面上，所述溢流进口与所述容器壳体5顶部垂直距离为0.1-0.15D，所述底流进口与所述容器壳体5底部垂直距离为0.1-0.15D，其中D为容器壳体5的直径。
参见图4～8，所述整流斜板6包括按人字形排列的多个斜板叶片，所述斜板叶片为一短板62呈一30°～150°折角θ连接于一长板61端部，多个所述斜板叶片依次连接为一排，每排相邻两个所述斜板叶片的一个长板61的末端连接于另一长板61上，相邻的所述短板62分别位于上、下位置，折角朝向相同，构成多个朝上朝下相邻的人字形；所述整流斜板6沿径向由多排所述斜板叶片平行等距水平设置，下排的所述短板62位于上排的人字形内；各排之间构成流道63；所述斜板叶片上开有多个直径3-5mm的圆孔；所述斜板6横向外轮廓为圆形、通过挡圈固定在容器壳体5内壁上。
所述斜板叶片选用耐腐蚀的金属材料。
所述纤维聚结填料层7为在两块网状挡板之间填充纤维材料，所述纤维聚结填料层7厚度为0.15-0.3D，其中D为容器直径；两块所述挡板固定于容器壳体5内壁上。
所述纤维材料为亲分散相纤维，分散相对纤维的接触角为30-60°，孔隙率为70-95％。
所述纤维材料为金属纤维、玻璃纤维、聚四氟乙烯纤维、聚丙烯纤维中的一种或多种组合，所述纤维按照X或Ω方式编结而成。
所述的斜板6、纤维聚结填料层7之间的间隔距离大于0.2D，其中D为容器直径。
所述斜板6的斜板叶片为奥氏体不锈钢304或316L。
所述纤维聚结填料层7也可为改性后的更亲分散相的玻璃纤维。
以下为对本发明的进一步详述。
支架12用于支撑容器壳体内部旋流离心分离器。
一种组合式液-液分离装置，如图1所示，包括位于液-液分离装置前部旋流离心分离器2，其中旋流离心分离器2上有混合液体进口1、底流口、溢流口，本专利所述分离装置还包括在底流口、溢流口处通过底流管3、溢流管4连接的聚结分离器13，所述聚结分离器13包括容器壳体5以及其内部的各个内件：用于粗分离和整流的斜板6、进行精细分离的纤维聚结填料层7，还有位于容器壳体5上部的轻相出口8、底部的重相出口10以及与之相连接的集液室11和用于界定液位的液位计9。
根据需要，本专利的旋流离心分离器可以设置在容器壳体内部，也可以设置在容器壳体外部。图2为旋流离心分离器置于容器壳体5内部的组合式液-液分离装置结构示意图。
图3为并入本发明的组合式液-液分离装置后的液化气醇胺法脱硫的流程图。含硫液化气、醇胺溶液分别从脱硫塔101下、上部进入，在塔内两种液体逆流接触，胺溶剂吸收液化气中的硫化氢后，液化气得到精制。然后富胺液从塔底流出进入其他工艺，而夹带胺液的液化气从塔顶流出进入本发明的组合式液-液分离装置102，依次进行旋流分离、斜板粗分离、纤维聚结精分离，分离后纯净的液化气经装置轻相口排出，分离出来的胺液经装置重相口排出。
本发明的技术原理如下：
旋流分离是利用形成高速旋转的涡流，在旋流离心分离器2内锥体作用下，离心加速逐渐升高，离心力将比重较小的液化气(轻相)则集中在旋流离心分离器2管腔的中部，形成轻相芯，从旋流离心分离器2溢流管4处排出；而比重较大的液化气中均匀分布的胺液滴(重相)甩至旋流离心分离器2腔壁，相互碰撞聚结长大后从尾管段集结后通过底流管3排出，其可把粒径大于20μm的液滴分离出来。
斜板分离是一种物理分离方法，非均匀相在板组内流动过程中，由于过流段面不断变化和波纹状流道，使得流体流速时大时小，方向不断变化，从而使液滴碰撞聚结的机率增大，小液滴在运动的过程中不断聚结变大，通过润湿、吸附、聚结等作用，在板面上形成液膜，脱落，在重力作用下沉降。
聚结分离是一种新型分离回收技术，基于特殊载体形成稳定液膜，在不减压的条件下，可以实现将LPG中夹带的胺液快速分离回收；同时，由于溶解度差异，液膜还能吸收部分溶解胺液，强化回收效率。液膜载体由亲油基或亲水基的改性纤维编制而成，尤其适用于乳化严重，分离效果差的场合。对于烃类(LPG，分散相)与胺液(水相)，在正常的流动过程中，较小的水相液滴的流动跟随性很好，同时水相液滴之间的碰撞机率也很小，因此两相难以分开；当它们通过液膜载体(纤维聚结填料层7)时，由于表面张力不同，各自所受的流动阻力也不同，水相和油相会形成速度差，同时，水相湿润亲水纤维表面后形成稳定的液膜，水相液滴即便是超小粒径的水滴，在经过水相液膜时也能被马上吸收聚并，成为膜的一部分，在其饱和后，部分水膜周期脱落形成大的水相液滴，在密度差的作用下沉降，并从油相中分离出来。其可把粒径大于5μm的液滴分离出来。
将旋流分离和聚集分离结合起来，可充分发挥液液旋流技术分离效率高、停留时间少、占地面积少的优势和聚结分离技术中分离精度高、不宜堵、运转周期长的优势，充分提高分离精度和分离效率，其在液液分离领域具有广阔的应用前景。
应用实施例一
液化气厂使用本发明的组合式液-液分离装置除去烃类中含有的少量胺液。
1.主要参数及操作条件：液化气主要组成成分为丙烷、丙烯、丁烷；进口压力0.15MPa，操作温度15℃，流量：250L/h，LPG内胺液夹带量500-800ppm。
2.实施过程：
夹带胺液的液化气LPG进入本发明的组合式液-液分离装置，先进入旋流离心分离器2中，形成以速度为8-12m/s旋转的高速旋转涡流，在旋流离心分离器2内锥体作用下，离心加速逐渐升高，离心力将比重较小的烃相则集中在旋流离心分离器2管腔的中部，形成轻相芯，从旋流离心分离器2溢流管4处排入到容器壳体5上部；而比重较大的胺液相甩至旋流离心分离器2腔壁，从尾管段集结后通过底流管3排入到容器壳体5下部，在离心力作用下先进行初次分离，以分离出大粒径的液体颗粒；而后混合液流经斜板6流道63进行整流和粗分离，其可以对没有及时分离的大颗粒液滴强化分离，对小颗粒液滴增大碰撞机率，使液滴直径倍增，便于后续精细分离，同时在整流的作用下液体流动更加趋于稳定；最后进入纤维聚结填料层7进行精细分离，以分离出小粒径的液体，此时混合液流中的液体基本上被分离干净，并且烃类(LPG，分散相)与胺液(水相)有明显的分层。分离出来的胺液被收集在集液室11内，由液位计9检测其液位，当达到一定液位后经重相出口10排出分离器；净化后的液化气LPG经轻相出口8排出分离器。
3.结果分析
通过本发明的组合式液-液分离装置，采用旋流和聚结相结合的分离方法，LPG内胺液夹带量从500-800ppm可降低到50ppm以下，符合生产要求。
应用实施例二
天然气厂使用本发明的组合式液-液分离装置来净化脱硫塔顶的液化气。
1.主要参数及操作条件：液化气主要组成成分为丙烷、丙烯、丁烷；进口压力0.2MPa，操作温度20℃，LPG处理量为30t/h。LPG内胺液夹带量为600-1000ppm。
2.实施过程：
脱硫塔顶夹带胺液的液化气LPG进入本发明的组合式液-液分离装置，先进入旋流离心分离器2中，形成以速度为10m/s旋转的高速旋转涡流，在旋流离心分离器2内锥体作用下，离心加速逐渐升高，离心力将比重较小的烃相则集中在旋流离心分离器2管腔的中部，形成轻相芯，从旋流离心分离器2溢流管4处排入到容器壳体5上部；而比重较大的胺液相甩至旋流离心分离器2腔壁，从尾管段集结后通过底流管3排入到容器壳体5下部，在离心力作用下先进行初次分离，以分离出大粒径的液体颗粒；而后混合液流经斜板6流道63进行整流和粗分离，其可以对没有及时分离的大颗粒液滴强化分离，对小颗粒液滴增大碰撞机率，使液滴直径倍增，便于后续精细分离，同时在整流的作用下液体流动更加趋于稳定；最后进入纤维聚结填料层7进行精细分离，以分离出小粒径的液体，此时混合液流中的液体基本上被分离干净，并且烃类(LPG，分散相)与胺液(水相)有明显的分层。分离出来的胺液被收集在集液室11内，由液位计9检测其液位，当达到一定液位后经重相出口10排出分离器；净化后的液化气LPG经轻相出口8排出分离器。
3.结果分析
通过本发明的组合式液-液分离装置，采用旋流和聚结相结合的分离方法，LPG内胺液夹带量从600-1000ppm降低到40ppm以下，完全达到了生产工艺的要求。
Claims (10)
1.一种组合式液-液分离装置，包括旋流离心分离器(2)，其特征在于，还包括聚结分离器(13)，
所述聚结分离器(13)包括横置的、两端为半球形、中段为圆柱形封闭的容器壳体(5)，所述容器壳体(5)内依次隔开设置径向的整流斜板(6)和纤维聚结填料层(7)，将所述聚结分离器(13)内腔分隔为所述整流斜板左侧的进料腔(51)、所述整流斜板(6)与纤维聚结填料层(7)之间的整流粗分离腔(52)和所述纤维聚结填料层(7)右侧的精细分离腔(53)，所述精细分离腔(53)的顶部设置轻相出口(8)、底部设置出液口连通其下方集液室(11)，所述集液室(11)内部设置液位计(9)、底部设置重相出口(10)；
所述旋流离心分离器(2)自上而下包括圆柱段、圆锥段，圆柱段上部侧面设置一混合液相进口(1)，圆柱段内中部竖向设置有一旋流器溢流管，所述旋流器溢流管上端出口连接一个弯管形的溢流出口管(4)，圆锥段底端设置一个弯管形的底流出口管(3)；所述溢流出口管(4)连通所述进料腔(51)上部，所述底流出口管(3)连通所述进料腔(51)下部。
2.如权利要求1所述的一种组合式液-液分离装置，其特征在于，所述的旋流离心分离器(2)位于所述进料腔(51)内部，固定在所述进料腔(51)内壁设置的支架(12)上，所述溢流出口管(4)末端出口悬置在所述进料腔(51)上部，所述底流出口管(3)末端出口悬置在所述进料腔(51)下部。
3.如权利要求1所述的一种组合式液-液分离装置，其特征在于，所述的旋流离心分离器(2)位于容器壳体(5)外部，所述进料腔(51)上部设置溢流进口、下部设置底流进口，所述旋流离心分离器(2)通过溢流出口管(4)、底流出口管(3)分别连通所述溢流进口、底流进口。
4.如权利要求3所述的一种组合式液-液分离装置，其特征在于，所述溢流进口和底流进口均设置在头部的半球面上，所述溢流进口与所述容器壳体(5)顶部垂直距离为0.1-0.15D，所述底流进口与所述容器壳体(5)底部垂直距离为0.1-0.15D，其中D为容器壳体(5)的直径。
5.如权利要求1所述的一种组合式液-液分离装置，其特征在于，所述整流斜板(6)包括按人字形排列的多个斜板叶片，所述斜板叶片为一短板(62)呈一30°～150°折角(θ)连接于一长板(61)端部，多个所述斜板叶片依次连接为一排，每排相邻两个所述斜板叶片的一个长板(61)的末端连接于另一长板(61)上，相邻的所述短板(62)分别位于上、下位置，折角朝向相同，构成多个朝上朝下相邻的人字形；所述整流斜板(6)沿径向由多排所述斜板叶片平行等距水平设置，下排的所述短板(62)位于上排的人字形内；各排之间构成流道(63)；所述斜板叶片上开有多个直径3-5mm的圆孔；所述斜板(6)横向外轮廓为圆形、通过挡圈固定在容器壳体(5)内壁上。
6.如权利要求5所述的组合式液-液分离装置，其特征在于，所述斜板叶片选用耐腐蚀的金属材料。
7.如权利要求1所述的一种组合式液-液分离装置，其特征在于，所述纤维聚结填料层(7)为在两块网状挡板之间填充纤维材料，所述纤维聚结填料层(7)厚度为0.15-0.3D，其中D为容器直径；两块所述挡板固定于容器壳体(5)内壁上。
8.如权利要求7所述的一种组合式液-液分离装置，其特征在于，所述纤维材料为亲分散相纤维，分散相对纤维的接触角为30-60°，孔隙率为70-95％。
9.如权利要求1所述的一种组合式液-液分离装置，其特征在于，所述纤维材料为金属纤维、玻璃纤维、聚四氟乙烯纤维、聚丙烯纤维中的一种或多种组合，所述纤维按照X或Ω方式编结而成。
10.如权利要求1所述的一种组合式液-液分离装置，其特征在于，所述的斜板(6)、纤维聚结填料层(7)之间的间隔距离大于0.2D，其中D为容器直径。
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