[发明专利]用于分离流体的分离装置

说明书

根据本发明，提供了一种分离装置，用于将包括多个组分的流体分离成至少两个组分，其包括：一支撑结构；至少一导管，安装在所述支撑结构之上或之内，以围绕一轴旋转；至少一入口，用于将所述流体的一流动引入所述至少一导管中；至少一出口，用于从中输出所述组分中至少一个；其中，所述至少一导管构造为使得在使用中当所述流体的所述流动施加到其上时，所述导管由此在所述支撑结构之上或在所述支撑结构之内绕所述轴旋转，从而将所述流体分成至少两个组分。

技术领域

本发明涉及一种分离装置，适于将包括多个组分的流体分离成至少两个组分，并涉及一种将所述流体分离成至少两个组分的方法。

背景技术

将流体混合物分离成多个组分是许多应用中的重要工业过程，例如在提纯和提取过程中。例如，在上游石油和天然气市场中，需要稳定地从井中产生的多种流体(主要通过压力降低)，其中分离的气体流和液体流各自被处理以满足出口要求。在液体流的情形，必须从原油中除去杂质，例如盐、沙和水以及溶液中的任何气体。这些杂质会降低原油的价值，并对下游设备产生不利影响(如腐蚀和腐蚀)。类似地，对于相关的水流，需要去除水中的油和气体，并且有时还需要除去任何颗粒，例如沙子，以满足所选择的处理方法所需的特定限制。因此，从提取的流体混合物中除去污染物是非常重要的。

静态流体混合物的分离会通过重力自然发生。液滴、固体颗粒或气泡通过主要液相或气相上升或下降的自然驱动力由斯托克斯定律(式1)定义。

在该式中V_s是颗粒、液滴或气泡的沉降速度(m s^-1)；ρ_p是颗粒、液滴或气泡的质量密度(kg m^-3)；ρ_f是流体的质量密度(kg m^-3)；g是重力加速度(m s^-2)；R是颗粒、液滴或气泡的半径(m)；μ是流体的动态粘度(kg m^-1s^-1)。式1表明沉降速度与重力加速度成正比。因此，重力加速度的增加将增加沉降速度并按比例减少分离时间。分离技术，例如水力旋流器和离心机，基于对流体赋予高重力加速度以将流体混合物分离成其各个组分。

水力旋流器(下文称为旋流器)是静态分离装置，其使用离心力将流体混合物分离成至少两个组分。典型的旋流器如图1所示，包括一圆柱形第一腔室(或涡流室)100、一分离室110、一入口喷嘴120、一底流出口喷嘴130和一溢流出口喷嘴140。所述入口喷嘴120通常与所述圆柱形第一腔室(或涡流室)100相切。为了获得最佳性能，所述分离腔室110通常为锥形或圆锥形。通常在所述旋流分离器入口附近的所述溢流出口喷嘴还可以包括一涡流探测器150。流体混合物通过所述切向入口喷嘴在压力下进入所述圆柱形第一腔室(或涡流室)。在流体混合物进入分离室之前，涡流室有助于在流体混合物上引起旋转旋动。入口处的旋转旋动导致流体流动分布在分离室中形成自由涡流，其中离心力用于将所述流体分离成不同密度的组分。离心力导致密度较高的颗粒或相朝向锥形分离室的壁积聚，并且密度较低的颗粒或相朝向涡旋的旋转轴积聚。通常，密度较高的组分流到锥形分离室的底部，在那里它们可以通过所述底流出口喷嘴130移除。密度较低的相流到锥形分离室的顶部，在那里它们可以通过涡流探测器/溢流出口喷嘴提取。

液体/液体旋流分离器可以例如用于从水中分离油滴，然而对于直径小于约20μm的油滴，液滴去除效率迅速下降。在液体/液体旋流分离器中，较轻的液相与游离气体一起通过涡流探测器进入溢流出口。通过底流出口除去较重的液相。在液体/固体和气体/固体旋流分离器中，主体组分，即液相和气相分别通过涡流探测器进入溢流出口。通过底流出口除去密度更高的固体组分。在液体/液体和液体/固体旋流分离器中，旋流器的锥形壁有助于保持沿旋流器长度的加速力。然而，这导致入口和出口喷嘴之间的较大压降。这种压降可能导致系统设计问题，例如，如果系统压力不足，则可能需要上游泵组，这增加了所需设备的尺寸和成本。