[发明专利]多个进气喷嘴型超声速凝结分离装置

说明书

技术领域：

本发明是一种多组分混合气体的超声速低温凝结与旋流分离技术，具体涉及多个进气喷嘴型超声速凝结分离装置。

背景技术：

随着社会经济的快速发展，世界经济对能源的依赖程度越来越高，特别是在我国，化石能源仍然占据一次能源消费的较大比重。与煤、石油等相比，天然气具有热值高、洁净、安全方便等优势，发展前景十分广阔。然而，从进口开采的天然气往往被水蒸气所饱和，并含有一些重烃组分，为了满足天然气外输和使用要求，就必需将水蒸气和重烃组分分离出来。但传统的天然气分离工艺，比如冷却法、吸收法、吸附法及膜分离法，难以适应环境恶劣地区天然气开采的要求，因此迫切需要开发出一套新型的天然气分离工艺，完善和发展天然气集输工艺。超声速旋流分离技术是天然气加工处理领域的一大创新，该技术结合了气体动力学、工程热力学和流体力学的理论，将膨胀降温、旋流式气/液分离、再压缩等处理过程在一个密闭紧凑的装置中完成，具有简单可靠、密闭无泄漏、无需化学药剂和支持无人值守等优点。

国外的Twister BV公司和ENGO石油公司对超声速旋流分离技术进行了相关的研究工作，Twister BV公司开发了“TwisterI”和“TwisterII”两种型式的超声速旋流分离器，ENGO公司分别开发出了名为“3S”的超声速旋流分离器。两个公司的产品已经开始进入商业推广应用阶段。

国内的中国石油大学(华东)、北京工业大学、大连理工大学、西安交通大学和北京航空航天大学对超声速旋流分离技术进行了相关的研究工作。

超声速旋流分离器的核心技术主要有两种：一种是将超声速翼安装在喷管后的超声速段来产生旋流，但由于速度的转化发生在超声速条件下，超声速翼后容易产生激波，破坏低温低压环境，不利于液滴的生长，降低超声速分离器的分离效率，代表性的专利主要有国外的US 6513345B1、US 6524368B2、US 3773825B2、US 6962199B1，US 7261766B2，US 7318849B2、US 7494535B2、WO 2003/092850A1、WO 2004/020074A1和国内的ZL 200410074338.8等；另一种是将旋流装置安装在喷管的入口，使气体以旋流的形式进入喷管进行膨胀降温，主要的专利有国外的US 7357825B2、US 2008/0196581A1、US 2010/0147021A1、EP 1131588B1、US 6372019B1、US 2010/0147023A1和国内的ZL200810011258.6、ZL 200910023458.8及申请号200910024347.9、200910081813.7、200910093744.1、201010597341.3等，不足之处是旋流装置的旋流能力比超声速翼要弱，降低了超声速分离器的分离效果。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种结构简单、工作稳定的用于混合气体分离的多个进气喷嘴型超声速凝结分离装置，该装置采用多个进气喷嘴使气体切向进入流道，旋流能力强，分离效率高。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：主要由进气腔、进气喷嘴、收缩段、中心体、外直管段、扩张段、定位支撑肋、扩压管、阻涡器、干气出口、积液腔、排液管和液体出口组成，其特征在于：中心体包括直管、收缩锥段、渐细锥段和圆柱段，收缩段和收缩锥段形成面积逐渐变小的环形亚声速收缩流道，直管段和渐细锥段形成面积逐渐增大的环形超声速旋流分离流道，环形亚声速收缩流道和环形超声速旋流分离流道的交界处构成面积最小的环形喉部；扩张段和扩压管之间的间隙构成积液腔，积液腔、排液管和液体出口相互连通。

本发明的进气喷嘴为渐缩喷嘴，进气喷嘴的入口内表面与直管内表面相切，均匀分布，数目为1～12个，且进气喷嘴与中心体的轴线夹角α为10～40度；中心体居于环形流道中心，与收缩段、外直管段、扩张段和扩压管同轴心，渐细锥段的锥角β为0～1度；定位支撑肋(7)的数目为3个，均匀布置。