Центрифуга для разделения газовыхсмесей

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

© - Н Е « 648069

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 13.06. 79 (21) 2780639/28-13 (5I)M. Кл. с присоединением заявки М (23) Приоритет

В 04 В 5/08

3Ьеударетеенный какнтет

СССР ае делам нзе4ретеннй и открытий

Опубликовано 23.07;81, Бюллетень И 27 (53) УДК 66.067. .57(088.8) Дата опубликования описания 23.07.81

В. Л. Чумаков и О.А. Глонь

i

1

Киевский филиал Научно-исследовательского института по строительству магистральных трубопроводов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

{54) ЦЕНТРИФУГА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ

СМЕСЕЙ

Йэобретение относится к устройствам для непрерывного разделения смесей газов с различными молекулярными веса- ми, а именно к центрифугам, и может быть использовано в газодобывающей промышленности для выделения тяжелых углеводородов из природного газа при подготовке его к дальнейшему транспортированию, а также в химической и других отраслях промышленности для

30 разделения изотопов.

Известны центрифуги для непрерывного разделения газовых смесей, содержащие корпус, заключенный внутри корпуса ротор и привод. В полости между ротором и корпусом создают вакуум с целью устранения трения ротора о газовую среду, вызывающего нагрев ротора и потерю мощностей привода 1) и P2).

Однако известные центрифуги имеют малую производительность вследствие недостаточно высокой скорости враще" иия ротора, так как высокий коэффи-, циент разделения смеси может быть достигнут лишь при очень высоких скоростях вращения, а скорость вращения ротора ограничена прочностью материала его обечайки на разрыв центробежными силами. Избыточное же давление газовой смеси внутри обечайки ротора создает дополнительную нагрузку, снижая тем самым допустимую скорость вращения, а следовательно и разделительную способность роторае

Естественно, что давление газовой смеси в роторе таких центрифуг, как правило, близко к атмосферному и для получения требуемой степени разделе ния заданного количества смеси необходимо включение параллельно большого числа центрифуг (многоступенчатость процесса). Кроме того, применение мощных вакуумнасосов для обеспечения вакуума в камере между ротором и кор 1пусом центрифуги усложняет и удоро- жает технологию разделения. Вслед3 84 ствие всех этих недостатков центрифуги с вакуумной камерой между ротором и корпусом применяются, в основном, в лабораторных условиях.

Известна также центрифуга дпя разделения газов, содержащая корпус с входными и выходными отверстиями, установленный в корпусе на газовых подшипниках ротор, снабженный множеством радиальных отверстий в его максимально широкой нижней части, неподвижные лопатки, расположенные в камере между ротором и корпусом у отверстий в роторе а также спиральную камеру для закрутки потока газа, поступающего непосредственно в ротор.

В этой центрифуге отверстия в стенке ротора, служащие для вывода тяжелых компонентов газа, сообщают полость ротора с камерой, образованной ротором и корпусом центрифуги, а неподвижные лопатки, установленные в камере напротив отверстий, предотвращают дальнейшее вращение изгоняемого из ротора тяжелого газа. Таким образом, газовая среда в камере и в полости ротора практически имеет одинаковое давление, вследствие чего разгруженная от избыточного внутреннего давления обечайка ротора может вращаться с большей скоростью по сравнению с центрифугой с вакуумной камерой 3).

Однако при этом возникает отрицательное действие сил трения ротора о газ в камере, а установленные в камере неподвижные лопатки, препятствуя вращательному движению выведенного из ротора газа, тормозят вращение газовой среды в камере, что увеличивает энергетические затраты на вращение ротора, способствует нагреву ротора и служит препятствием для увеличения скорости вращения, а следовательно, производительности и разделительного эффекта центрифуги.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является цент" рифуга, содержащая корпус с патрубком для подачи газовой смеси, ротор, состоящий из двух соосных, совместно вращающихся обечаек, разделенных рабочей полостью. Ротор установлен в корпусе с равномерным кольцевым зазором между наружной обечайкой ротора и корпусом. Для подачи газовой смеси в ротор слулыт,пустотелый вал, соединенный с внутренней обечайкой, иэ которой через систему от8069 ф ! верстий смесь поступает в рабочую полость, образованную обечайками ротора. Выпускные каналы для тяжелого и легкого компонентов разделены уплотнителями. В средней части корпуса центрифуги между уплотнителями установлено отверстие для инжекции газоносителя в зазор между корпусом и наружной обечайкой ротора, который, создавая незначительный подпор, препятствует проникновению через уплотнители в этот зазор разделенных фракций и их смешиванию (4 1.

Однако некоторое количество газад носителя попадает в разделенные потоки и уносится как с тяжелой, так и с .легкой фракциями, что требует постоянного подвода инертного газа в корпус центрифуги, а сами разделенные

20 продукты постоянно имеют примесь данного газа, что ограничивает область применения известного устройства.

Кроме того, в известной центрифуге скорость вращения ротора, а следова25 тельно, и производительность, ограничена и не может быть увеличена выше допустимой, обусловленной прочностью материала наружной обечайки ротора и его нагревом от трения о газ.

30 Цель изобретения — повышение производительности центрифуги.

Поставленная цель достигается тем, что в центрифуге, содержащей корпус с патрубком для подачи газовой

35 смеси, установленный в корпусе на полом приводном валу ротор, состоящий из двух соосных обечаек, полость внутренней обечайки ротора сообщена с полостью между корпусом и ротором

40 через дросселирующее отверстие, при этом патрубок для подачи газовой смеси расположен в нижней части корпуса тангенциально к нему.

На чертеже изображена предлагаемая центрифуга, обший внд в разрезе.

Центрифуга содержит корпус 1 с патрубком 2 для подачи газовой смеси и патрубками 3 и 4 для вывода тяжело"

ro компонента после грубой и тонкой очистки, соответственно, ротор, состоящий из наружной 5 и внутренней 6 обечаек, установленный в корпусе 1 на подшипниках 7. Полость внутренней обечайки 6 сообщена с полостью между

S5 корпусом 1 и ротором через дросселирующее отверстие 8, Отверстия 9 в нижней части внутренней обечайки 6 сообщают полость последней с рабочей

3S

5 8 полостью ротора, образованной обечайками 5 и 6. Внутренняя и наружная обечайки 6 и 5 ротора соединены внижней части отбойным диском 10, влсдествие чего обе обечайки вращаются как одно целое. Отбойный диск

10 имеет на периферии ряд отверстий

11, служащих для вывода тяжелых компонентов смеси после тонкой очистки в рабочей полости ротора, Отверстия

11 сообщаются с зазором, образован- ным отбойным диском 10 и днищем наружной обечайки 5. Ротор приводится во вращение радиальной турбиной 12 (на фиг. l показана условно) при помощи приводного вала 13, полость которого сообщена с рабочей полостью ротора и служит для вывода легкого компонента газовой смеси.

Центрифуга работает следующим о6разом.

Газовая смесь из скважины под вы.соким давлением (100-150 атм) поступает в корпус 1 через тангенциальный патрубок 2 и приобретает вращательное.движение, совпадающее по направлению с вращением ротора, одновременно двигаясь вверх в сужающуюся часть корпуса 1. При этом, чтобы исключить трение наружной обечайки 5 ротора о газ в кольцевом зазоре, давление подаваемой через патрубок 2 газовой смеси должно быть таким, чтобы скорость вращения смеси в зазоре была близка к скорости вращения ротора.

При вращении смеси в кольцевом зазоре тяжелые компоненты под действием центробежных сил концентрируются у стенки корпуса 1 и выводятся из него через патрубок 3 (грубая очистка).

Для предотвращения нагрева корпуса от трения вращающегося в зазоре газа может быть предусмотрено охлаждение стенки корпуса любым известным способом.

После грубой очистки гаэ поступает в полость внутренней обечайки

6 ротора. Проходя через дросселирующее отверстие 8, гаэ за счет дросселирования при перепадах давления значительно охлаждается, что спо собствует увеличению коэффициента разделения центрифуги. При этом часть тяжелых углеводородов при резком охлаждении и расширении в полости внутренней обечайки 6 конденсируется и вместе с остальным газом чеpcs отверстия 9 поступает в рабочую

48069 6 полость ротора, образованную обечайками 5 и 6, способствуя охлаждению стенок быстровращающегося ротора.

Вращение ротора осуществляется радиальной турбиной 12, установленной на одном валу 13 с ротором.

В рабочей полости ротора под действием центробежных сип тяжелые компоненты смеси концентрируются у наружной обечайки 5, а легкие - у внутренней обечайки 6. Благодаря сужению наружной обечайки 5 кверху, устанавливается направление потоков (вверх-легкого компонента, внизтяжелого), что обеспечивает продольные градиенты концентраций обоих потоков. Тяжелый компонент выводится через отверстия 11 в зазор между отбойным диском 10 и днищем наружной обечайки 5 и затем через патрубок 4 выходит иэ корпуса l.

Легкий компонент после тонкой очистки в роторе поступает через полость пустотелого приводного вала 13 в газовую магистраль.

Таким образом, разделение газовой смеси на легкую и тяжелую фракции в предлагаемой центрифуге происходит в три этапа: сначала грубая очистка от капель и наиболее тяжелых компонентов в кольцевом зазоре между ротором и корпусом (на этом участке центрифуга работает в качестве циклонного центробежного сепаратора), затем в полости внутренней обечайки

6 ротора осуществляется дроссельная сепарация газа и, наконец, в рабочей полости ротора происходит тонкая очистка. Разделительный эффект в предлагаемой центрифуге, при прочих равных условиях, повышается также se счет увеличения допустимой скорости вращения ротора, которое достигается благодаря более высокому давлению rasa в кольцевом зазоре (противодавлению) по сравнению с давлением газа в роторе иэ- .

sa наличия дросселирующего отверстия, так как при этом уменьшается нагрузка на наружную обечайку 5 ротора (результирующий вектор центробежйой силы и внутреннего давления rasa в роторе частично уравновешивается противоположно направленным вектором силы внешнего для ротора давления газа в кольцевом зазоре);

Использование предлагаемой центрифуги эффективно на газовых промыс7 848069 8 лах для очистки газа от тяжелых угле- щ а я с я тем, что, с целью повыводородов перед его дальнейшим транс шения производительности,.полость портированием по трубопроводам. По внутренней обечайки ротора сообщена мере падения давления в скважине в с полостью между корпусом и ротором схему перед центрифугой целесообраз- через дросселирующее отверстие,при но включать дожимной компрессор для этом патрубок для подачи газовой обеспечения достаточно высокого смеси расположен в нижней части кор- давления в: циклонной части центри- пуса тангенциально к нему. фуги. Источники информации, .

1е принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии В 49-6252, формула изобретения кл. В 04 В 5/08, 1974.

2. Клименко А.П. Сниженные угле-.

Центрифуга для.разделения газовых водородные газы. М., "Недра", 1974, смесей, содержащая корпус с патрубком 1з с. 56-58. для подачи газовой,"меси, установ- 3. Патент Великобритании В 1269219, ленный в корпусе на пслом привод- кл. В 04 В 5(08, 1972. ном валу ротор, состоящий из двух 4. Патент Японии В 49-8144, соосных обечаек, о т л и ч а ю— кл. В 05 В 5/08, 1974 (прототи ).