[实用新型]高速涡旋流动气体分离及液化装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及气体分离与液化的装置，特别涉及可以用于石油、化工、天然气及冶金等行业需要的气体分离与液化装置。

背景技术

目前在石油、化工、冶金等行业的工作实际应用中，气体的分离和液化广泛采用的利用膨胀机制冷的低温分离法，即具有一定压力的气体或压缩到一定压力的气体，首先通过换热器冷却，然后经膨胀机膨胀深度降温，再经过换热器(或再经过节流阀)降温，进行单一气体的自循环制冷工艺，达到气体液化和分离；另一种方法采用外循环制冷工艺，达到气体液化和分离的目的。

上述两种方法存在的不足是：装置的结构及操作复杂，制造成本高，液化分离的效率受进口气体工况影响很大。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有气体分离和液化装置结构及操作复杂、制造成本高、效率受进口气体工况影响大的问题，提供一种结构简单、能耗低、液化分离效率高、运行稳定，适合各种进口气体工况的气体分离及液化装置。

本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：

高速涡旋流动气体分离及液化装置，为包括位于两端的进口端与出口端的管状结构，该装置的管状腔体为多段收缩与膨胀的异型结构，进口端连接有与之连通的进口管，进口管与出口端之间还依次设置有连通的喷管、工作段、扩压器段，以及设置在工作段末端侧壁上与其连通的分离出口，进口端与出口端之间的腔体内还设置有涡旋器。

所述工作段包括连通的膨胀段腔体和收缩段腔体。

所述涡旋器安装在进口管、喷管、工作段中任意一处的内部。

所述涡旋器安装在进口管、喷管、工作段中任意两处或三处的内部。

所述喷管包括有依次连通的收缩段、管径比收缩段小的喷管喉部，收缩段与进口管连通，如果喷管内的气流速度达到超音速，还设置有与喷管喉部连通的扩张段，扩张段与工作段连通。

所述扩压器段内的末端还设置有带有叶片的转向装置。

所述涡旋器连接有驱动其旋转的动力部件。

所述转向装置连接有驱动其叶片旋转的动力部件。

采用上述结构的本实用新型，进口端可连接至高压气源，而出口端连接至低压气源，气流通过两端的压差，流经所述装置的通道；涡旋器(在气流未通过时，可以是静止状态的，也可以是由动力部件驱动的旋转状态)，可以起到导流作用，使气流通过其时能够产生旋转流动，然后气流在喷管内绝热膨胀，加速流动，形成高速甚至是超音速气流，同时气体温度降低，使气体中的部分组分冷凝，形成液滴，气体随后进入工作段，部分气体继续冷凝，液滴尺寸因此继续增加，涡旋流动的离心力将液滴抛向工作段的内壁，在工作段的内壁冷凝的液滴被从气体中分离出来，从而实现气体分离与液化。

可见，采用上述结构的本实用新型，与现有技术相比，具有结构简单、能耗低、液化分离效率高、运行稳定，适合各种进口气体工况的优点，可以用于气体液化及分离气体中的部分组分，或用于降低气体露点，达到外输的要求。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图中标号：1是进口管，2是进口端，3是涡旋器，4是喷管，4a是收缩段，4b是喷管喉部，4c是扩张段，5是工作段，5a是膨胀段腔体，5b是收缩段腔体，6是分离出口，7是扩压器段，8是转向装置，9是出口端。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，高速涡旋流动气体分离及液化装置为多段收缩与膨胀的管状结构，其横截面可以是圆形、方形、多边形等各种形状，包括依次连通的进口端2、进口管1、喷管4、工作段5、扩压器段7和出口端9。

喷管4包括有依次连通的收缩段4a、管径比收缩段小的喷管喉部4b，如果气流速度达到超音速，还可以设置与喷管喉部4b连通的扩张段4c。

工作段5包括连通的膨胀段腔体5a和收缩段腔体5b。

涡旋器3可以安装在喷管4上游处的进口管1内，也可以安装在喷管4内，还可以安装喷管4下游处的工作段5内，根据需要还可以上述三处中的任意两处或三处都安装涡旋器3。

涡旋器3可以静止的装置，也可以是由动力部件驱动的旋转装置，以使气体在经过涡旋器后，在轴向流动的基础上再加以径向的离心流动和切向的旋转流动。

工作段5的末端，位于膨胀段腔体5a和收缩段腔体5b连接拐点的侧壁上设置有与其连通的分离出口6。

扩压器段7根据需要有超音速扩压器或亚音速扩压器，其末端内设置有转向装置8，该转向装置8带有静止叶片或由动力部件驱动的旋转叶片，以使一部分气流的旋转动能转变为轴向动能，提高气体压力。