NL1020531C2

NL1020531C2 - Inrichting en systeem voor het scheiden van een mengsel.

Info

Publication number: NL1020531C2
Application number: NL1020531A
Authority: NL
Inventors: Robert Schook
Original assignee: Spark Technologies And Innovat; Koch Glitsch N V
Priority date: 2002-05-03
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2003-11-04
Also published as: EP1501636A1; WO2003092901A1; AU2003224514A8; DE60308015D1; AU2003224514A1; DE60308015T2; DK1501636T3; ATE337856T1; EP1501636B1

Description

1 " ' INRICHTING EN SYSTEEM VOOR HET SCHEIDEN VAN EEN MENGSEL

5 De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting en systeem voor het scheiden van een mengsel.

Voor het scheiden van gas/vloeistofmengsels, bijvoorbeeld voor het drogen van aardgas, zijn vele soorten scheidingsinrichtingen bekend. In een zogeheten axiale 10 cycloon wordt het binnentredende gas/vloeistofmengsel in een draaiende beweging gebracht, waardoor een zware fractie (orde grootte tot 45% van de totale stroom) waarin zich relatief veel vloeistof bevindt, tegen de buitenwand van de cycloon wordt geslingerd, terwijl een relatief lichte fractie meer in 15 of nabij het centrum van de cycloon blijft stromen. In zogeheten axiale terugvoer cyclonen (in het Engels axial recycle cyclones genoemd) wordt een deel van de in draaiing gebrachte zware fractie afgevoerd, waarbij een gedeelte van deze afgevoerde fractie opnieuw in de stroom gebracht wordt, 20 teneinde ook dit gedeelte van de zware fractie verder in een zware en lichte fractie te scheiden. Het terugvoeren van een deel van de zware fractie heeft ondermeer als doel het vergroten van de scheidingsefficiency van de cycloon.

Uit de Nederlandse octrooiaanvrage NL 101478 van 25 Aanvraagster is een axiale terugvoer cycloon bekend die bestaat uit een buis, die aan de onderzijde een inlaat voor het gas/vloeistofmengsel en aan de bovenzijde daarvan een uitstroomopening heeft. Ongeveer centraal in de door de buis omsloten ruimte is een stromingslichaam geplaatst dat 30 voorzien is van wervelbladen, ook wel "swirl-blades" of schoepen genoemd, voor het in draaiende beweging brengen van het via de inlaat ingevoerde gas/vloeistofmengsel.

•I ) ; ,· J'! 2 ~~ '

Uit constructieve overwegingen zijn de wervelbladen van de bekende cyclonen hierbij loodrecht op het stromingslichaam bevestigd.

Alhoewel het langs de aldus bevestigde wervelbladen 5 stromende mengsel in draaiing wordt gebracht, heeft het stromende mengsel geen natuurlijk stromingsprofiel. Dit heeft negatieve gevolgen voor de scheidingsefficiency van de cycloon. Een verder bezwaar is dat, gegeven bepaalde scheidings condities, de drukval over de cycloon relatief 10 groot is. Dit betekent een beperking van de capaciteit van de cycloon.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding een verbeterde inrichting en een verbeterd systeem te verschaffen voor het scheiden van een mengsel, waarin ten minste de 15 bovengenoemde bezwaren van de stand van de techniek zijn ondervangen.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt in een inrichting voor het scheiden van een mengsel, omvattende: - een stromingslichaam langs het buitenoppervlak 20 waarvan het te scheiden mengsel te voeren is; - een of meer aan het stromingslichaam aangebrachte wervelbladen voor het in een draaiende beweging brengen van daarlangs stromende mengsel voor het scheiden van het mengsel in een relatief zware en een relatief lichte fractie, waarbij 25 het wervelblad zich in hoofdzaak schuin ten opzichte van de normaal op het buitenoppervlak van het stromingslichaam uitstrekt. Door het wervelblad op dergelijke wijze schuin ten opzichte van het stromingslichaam te plaatsen, kan een meer natuurlijk stromingsprofiel van het langs de wervelbladen 30 stromende mengsel tot stand worden gebracht. De drukval over de wervelbladen kan bij gelijkblijvende scheidingsefficiency 30% of meer verlaagd worden. Voorts wordt stroomafwaarts van de wervelbladen een gelijkmatiger stroming met minder 3 ” · wervelingen verschaft, hetgeen de scheidingsefficiency van de inrichting vergroot. Tevens wordt hierdoor de "slip" geminimaliseerd. Met "slip" wordt hierin bedoeld het verschil tussen de stromingshoek van het stroomafwaartse eind van een 5 wervelblad (de geometrische hoek tussen het einddeel van een wervelblad en de axiale richting) en de effectieve stromingshoek in de schelder zelf (stroomafwaarts van het betreffende wervelblad). In het ideale geval zijn deze hoeken gelijk aan elkaar. In de praktijk is er een afwijking tussen 10 beide hoeken. Deze afwijking wordt "slip" genoemd.

Volgens een eerste voorkeursuitvoeringsvorm strekt het wervelblad ter plaatse van de aansluiting van het wervelblad op het stromingslichaam zich in hoofdzaak schuin ten opzichte van het stromingslichaam uit. Dit betekent dat 15 het wervelblad schuin aansluit op het oppervlak van het stromingslichaam. Door het wervelblad schuin op het stromingslichaam aan te laten sluiten, kan een meer natuurlijk stromingsprofiel verkregen worden. De verbetering treedt reeds op indien ter plaatse van de aansluiting van het 20 betreffende wervelblad op het stromingslichaam de hoek (a) tussen het wervelblad en de normaal op het stromingslichaamoppervlak in hoofdzaak meer dan 5‘ bedraagt. Een nog natuurlijker profiel wordt verkregen wanneer de genoemde hoek (a) in hoofdzaak tussen 25' en 65' bedraagt.

25 In de hierboven genoemde uitvoering kan het wervelblad zelf radiaal naar buiten toe in de richting van het radiale einde van het wervelblad, dat wil zeggen in de richting van de vrije langsrand van het wervelblad, in hoofdzaak recht zijn. In het licht van het verkrijgen van een 30 natuurlijker stromingsprofiel heeft het echter de voorkeur om de wervelbladen in radiale richting gekromd uit te voeren. Hiermee wordt bedoeld dat vanaf de aansluiting van een wervelblad op het stromingslichaam tot aan de eerder genoemde 'i- 4 — - vrije langsrand van het wervelblad in meer of mindere mate gekromd is, waarbij bij voorkeur de hoek (a) tussen het wervelblad en de normaal op het stromingslichaamoppervlak naar buiten toe geleidelijk toeneemt.

5 Opgemerkt wordt dat een, weliswaar minder dan in de vorige uitvoering, verbeterd stromingsprofiel te verwezenlijken is indien de wervelbladen in radiale richting gekromd uitgevoerd zijn en zich derhalve in hoofdzaak schuin ten opzichte van de normaal op het oppervlak van het 10 stromingslichaam uitstrekken, terwijl de wervelbladen wel loodrecht op het stromingslichaam aansluiten.

Om het mengsel in draaiing te brengen zijn de wervelbladen in axiale (langs-) richting of stromingsrichting gekromd uitgevoerd, waarbij de kromming in axiale of 15 stromingsrichting toeneemt.

De scheidingsinrichting is niet alleen toepasbaar op het scheiden van gas-/vloeistofmengsels zoals hierboven uiteengezet is, maar is evenzeer toepasbaar op het scheiden van mengsels in het algemeen, zoals bijvoorbeeld vloeistof-20 /vloeistof mengsels en/of gas-/vaste-stof mengsels.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een scheidingssysteem voor het scheiden van een mengsel, omvattende: - een buis, welke is voorzien van tenminste een 25 inlaatopening voor invoer van het te scheiden mengsel en ten minste een uitlaatopening voor uitvoer van het gescheiden mengsel; - een in de buis opgesteld stromingslichaam langs het buitenoppervlak waarvan het te scheiden mengsel te voeren is; 30 - een of meer aan het buitenoppervlak van het stromingslichaam en/of het binnenoppervlak van de buis aangebrachte wervelbladen waarmee het daarlangs stromende mengsel in een draaiende beweging te brengen is voor het - ύ S 3 ΐ 5 - - scheiden van het mengsel in een relatief zware en een relatief lichte fractie, waarbij een of meer van de wervelbladen zich in hoofdzaak schuin ten opzichte van de normaal op het buitenoppervlak van het stromingslichaam 5 uitstrekt. De wervelbladen kunnen hierbij aan de buis, aan het stromingslichaam of aan zowel het stromingslichaam als de buis zijn bevestigd. Voor een optimale scheidingsefficiency omvat in een verdere voorkeursuitvoeringsvorm die betrekking heeft op een een axiale terugvoer cycloon: 10 - een of meer stroomafwaarts ten opzichte van de wervelbladen aangebrachte uitstroomopeningen voor het zijdelings uit de buis laten stromen van een gedeelte van het mengsel; - een in axiale richting door de draaimiddelen heen 15 aangebrachte terugvoerleiding voor het opnieuw in de buis brengen van de via de uitstroomopeningen uitgetreden gedeelte van het mengsel.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de onderhavige uitvinding zullen worden verduidelijkt aan de 20 hand van de beschrijving van een voorkeursuitvoeringsvorm daarvan. In de beschrijving wordt verwezen naar figuren, waarin tonen:

Figuur 1 een gedeeltelijk weggebroken aanzicht in perspectief van een voorkeursuitvoering van het systeem 25 volgens de uitvinding;

Figuur 2a een foto van een dwars doorgesneden voorkeursuitvoering van de inrichting volgens de uitvinding;

Figuur 2b een gedeeltelijk weggebroken aanzicht in perspectief van een de in figuur 1 getoonde 30 voorkeursuitvoering van de inrichting volgens de uitvinding; en

Figuren 3a tot en met 3c schematische doorsnedes van enige verdere voorkeursuitvoeringsvormen.

6 -

Voor het scheiden van gas/oliemengsels zijn scheidingsvaten bekend waarmee het onder hoge druk aangevoerde gas/vloeistofmengsel kan worden gescheiden in een hoofdzakelijk gas bevattend deel en een hoofdzakelijk 5 vloeistof bevattend deel (respectievelijk de lichte en zware fractie). Na een eerste scheiding wordt het mengsel langs in het scheidingsvat aangebrachte cycloonboxen geleid. Een voorbeeld van een dergelijke cycloonbox 1 is weergegeven in figuur 1.

10 De cycloonbox 1 bestaat uit een achttal cyclonen. Het gas/vloeistofmengsel wordt van onderaf aangevoerd en in elk van de cycloonbuizen 3 van de cyclonen 2 geleid (pijlen A). Het gas/vloeistofmengsel stroomt verder opwaarts in axiale richting (pijlen B) en komt terecht bij een in de buis 3 15 gepositioneerd stromingslichaam 4. Het stromingslichaam 4 kan vele vormen aannemen. Teneinde de drukverliezen in de buis 3 te verminderen zal het buitenoppervlak van het stromingslichaam echter in de meeste gevallen gekromd zijn en een vorm hebben die lijkt op de in figuur 2 weergegeven vorm. 20 Tegen het buitenoppervlak van het stromingslichaam 4 is een aantal wervelbladen of schoepen 5 aangebracht. De wervelbladen 5 brengen het daarlangs stromende mengsel in draaiing (het mengsel krijgt daarmee een tangentiële snelheidscomponent), hetgeen is gerepresenteerd door de 25 pijlen C. Door het in draaiing brengen van het gas/vloeistofmengsel zal onder invloed van de optredende centrifugaalkrachten een relatief zwaar deel van de fractie, hetgeen in dit geval wil zeggen een relatief veel vloeistof bevattend deel, naar buiten toe geslingerd worden en tegen de 30 binnenzijde van de wand 3 terecht komen, terwijl een relatief licht deel, hetgeen in dit geval wil zeggen het relatief veel gas bevattende deel, blijft om en nabij het centrum van de buis 2 stromen.

7 ~ '

De lichte fractie treedt aan de bovenzijde van de buis 3 uit (pijl F) en wordt vervolgens op niet getoonde wijze afgevoerd. De door de draaibewegingen naar buiten geslingerde zware fractie wordt gedeeltelijk via openingen 7 5 in de buis 3 afgevoerd en komt terecht in een terugvoerlleiding 8 (pijl D). De terugvoerleiding 8 strekt zich uit door het stromingslichaam 4 heen, zodat het betreffende deel van de zware fractie aan de bovenzijde van het stromingslichaam wederom in de buis wordt ingebracht 10 (pijl E). Op de terugvoerleiding 8 is voorts een leiding 9 aangesloten voor afvoer van de zware fractie, die uitmondt op een ringleiding 10 waarop de afvoerleidingen van andere cyclonen uitmonden (pijl G)

Alhoewel het in figuur 1 getoonde scheidingssysteem 15 een systeem betreft waarin zogenaamde terugvoer-cyclonen worden toegepast, is de uitvinding echter evenzeer toepasbaar op andere scheidingsinrichtingen, bijvoorbeeld axiale cyclonen zonder terugvoer, cyclonen voor het scheiden van gas en vaste stofdeeltjes, scheidingsinrichtingen voor twee of 20 meer vloeistoffen (vloeistof/vloeistofscheiders) etc..

In figuur 2 is de voorkeursuitvoering van de uitvinding in meer detail weergegeven. Figuur 2 betreft een gedeeltelijk weggesneden aanzicht in perspectief van een stromingslichaam 4 dat in een buis 3 geplaatst is. Aan het 25 buitenoppervlak 11 van het stromingslichaam 3 zijn wervelbladen 5 schuin aangebracht. Dit is verder verduidelijkt in figuur 3a. De hoek α tussen de normaal n op het buitenoppervlak 11 van het stromingslichaam en het onderste deel van het betreffende wervelblad 5 bedraagt 30 minder dan 90'. In de meeste gevallen zal de hoek α tussen de 25-65' bedragen. Dit betekent dat het daarlangs stromende mengsel meer een natuurlijk stromingsprofiel heeft hetgeen rj - ,,,, ; I f ί c- ^ ^ „ t 8 “ · een betere stroming van het mengsel langs de bladen verzekert.

In figuur 3b is een doorsnede gegeven van een andere voorkeursuitvoering, waarin de wervelbladen 5' weliswaar op 5 bekende wijze loodrecht op het stromingslichaam 4 zijn aangebracht, maar waarin de wervelbladen in radiale richting, dat wil zeggen vanaf de genoemde aansluiting aan het stromingslichaam tot aan de vrije langsrand van het betreffende wervelblad, voor een deel of geheel gekromd zijn. 10 In figuur 3c is een doorsnede gegeven van een verdere voorkeursuitvoeringsvorm, waarin de wervelbladen 5'' niet alleen schuin aansluiten op het oppervlak van het stromingslichaam 4, maar tevens in axiale richting gekromd zi jn.

15 Zoals uit figuur 1 kan worden opgemaakt, is het stroomopwaartse deel van een wervelblad, dat wil zeggen in figuur 1 het onderste deel van het wervelblad 12, axiaal, dat wil zeggen in hoofdzaak evenwijdig met de lengte-as van het stromingslichaam, aangebracht. Dit komt overeen met een zeer 20 grote kromtestraal, bijvoorbeeld in de orde van grootte van meer dan 1 a 1,5 m. Meer stroomafwaarts hiervan zal de kromming van de wervelbladen geleidelijke toenemen teneinde het daarlangs stromende mengsel gelijkmatig in draaiing te brengen. De kromtestraal aan het stroomafwaarts einde van de 25 wervelbladen neemt dan continu af tot een waarde die zo klein kan worden als 5 cm.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot de bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvorm daarvan; de gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende 30 conclusies, binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.

Claims

9 ' 5
1. Inrichting voor het scheiden van een mengsel, omvattende: - een stromingslichaam langs het buitenoppervlak 10 waarvan het te scheiden mengsel te voeren is; - een of meer aan het stromingslichaam aangebrachte wervelbladen voor het in een draaiende beweging brengen van daarlangs stromende mengsel voor het scheiden van het mengsel in een relatief zware en een relatief lichte fractie, 15 met het kenmerk, dat het wervelblad zich in hoofdzaak schuin ten opzichte van de normaal op het buitenoppervlak van het stromingslichaam uitstrekt.
2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij het wervelblad ter plaatse van de aansluiting van het wervelblad 20 op het stromingslichaam zich in hoofdzaak schuin ten opzichte van het stromingslichaam uitstrekt.
3. Inrichting volgens conclusie 2, waarbij ter plaatse van de aansluiting van een wervelblad op het stromingslichaam de hoek (a) tussen het wervelblad en de 25 normaal op het stromingslichaamoppervlak in hoofdzaak meer dan 5’ bedraagt.
4. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij ter plaatse van de aansluiting van een wervelblad op het stromingslichaam de hoek (a) tussen het wervelblad en de 30 normaal op het stromingslichaamoppervlak tussen in hoofdzaak tussen 25* en 65‘ bedraagt. 10 “ - ♦
5. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij een of meer van de wervelbladen in radiale richting gekromd is.
6. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, 5 waarbij de hoek (a) tussen het wervelblad en de normaal op het stromingslichaamoppervlak radiaal naar buiten toe geleidelijk toeneemt.
7. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij een of meer van de wervelbladen axiaal een toenemende 10 kromming heeft.
8. Inrichting volgens conclusie 7, waarbij het stroomopwaartse einde van het wervelblad zich in hoofdzaak axiaal uitstrekt en het stroomafwaartse deel een toenemende kromming heeft.
9. Inrichting volgens een der conclusies 1-8, waarin het te scheiden mengsel een vloeistof-vloeistof mengsel, een vloeistof-gas mengsel en/of een gas-vaste stof mengsel is.
10. Scheidingssysteem voor het scheiden van een mengsel, omvattende: 20. een buis, welke is voorzien van tenminste een inlaatopening voor invoer van het te scheiden mengsel en ten minste een uitlaatopening voor uitvoer van het gescheiden mengsel; - een in de buis opgesteld stromingslichaam langs het 25 buitenoppervlak waarvan het te scheiden mengsel te voeren is; - een of meer aan het buitenoppervlak van het stromingslichaam en/of het binnenoppervlak van de buis aangebrachte wervelbladen waarmee het daarlangs stromende mengsel in een draaiende beweging te brengen is voor het 30 scheiden van het mengsel in een relatief zware en een relatief lichte fractie, met het kenmerk, dat een of meer van de wervelbladen zich in hoofdzaak schuin ten opzichte van de ¥ normaal op het buitenoppervlak van het stromingslichaam uitstrekt.
11. Scheidingssysteem volgens conclusie 10, omvattende: 5. een of meer stroomafwaarts ten opzichte van de wervelbladen aangebrachte uitstroomopeningen voor het zijdelings uit de buis laten stromen van een gedeelte van het mengsel; - een in axiale richting door de draaimiddelen heen 10 aangebrachte terugvoerleiding voor het opnieuw in de buis brengen van de via de uitstroomopeningen uitgetreden gedeelte van het mengsel.
13. Scheidingssysteem volgens een der conclusies 10 en 11 met een inrichting volgens een der conclusies 1-9. 15 20 25 30