Центрифуга для разделения газовыхсмесей

Сокьз СоветскихСоциалистическихреспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИяК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пц 848069(23) Приоритет В 04 В 5/08 3 Ьеударвтевнный квинтет СССР ае делам нзебретеннй н открытий(53) УДК 66.067 е .57(088.8) дата опубликования описания 23.07.81 В. Л. Чумаков и О.А. ГлоньКиевский филиал Научно-исследовательского института по строительству магистральных трубопроводов(54) ЦЕНТРИФУГА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВЫХСМЕСЕЙ 1Йэобретение 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 для1 О 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 И и 21.20Однако 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 рото раЕстественно, 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 1 пусом центрифуги усложняет и удоро:жает технологию разделения. Вслед 3 84ствие 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 свходными и выходными отверстиями, установленный в корпусе на газовых подшипниках ротор, снабженный множествомрадиальных отверстий в его максимально широкой нижней части, неподвижныелопатки, расположенные в камере междуротором и корпусом у отверстий в роторе а также спиральную камеру длязакрутки потока газа, поступающегонепосредственно в ротор.В этой центрифуге отверстия в стенке ротора, служащие для вывода тяжелых компонентов газа, сообщают полостьротора с камерой, образованной ротором и корпусом центрифуги, а неподвижные лопатки, установленные в камере напротив отверстий, предотвращаютдальнейшее вращение изгоняемого изротора тяжелого газа. Таким образом,газовая среда в камере и в полостиротора практически имеет одинаковоедавление, вследствие чего разгруженная от избыточного внутреннего давления обечайка ротора может вращаться с большей скоростью по сравнениюс центрифугой с вакуумной камерой 3.1.Однако при этом возникает отрицательное действие сил трения роторао газ в камере, а установленные в камере неподвижные лопатки, препятствуявращательному движению выведенногоиз ротора газа, тормозят вращениегазовой среды в камере, что увеличивает энергетические затраты на вращение ротора, способствует нагревуротора и служит препятствием дляувеличения скорости вращения, а следовательно, производительности иразделительного эффекта центрифуги.Наиболее близкой к предлагаемойпо технической сущности является цент"рифуга, содержащая корпус с патрубком для подачи газовой смеси, ротор,состоящий из двух соосных, совместно вращающихся обечаек, разделенныхрабочей полостью. Ротор установленв корпусе с равномерным кольцевымзазором между наружной обечайкой ротора и корпусом, Для подачи газовойсмеси в ротор слупит, пустотелыйвал, соединенный с внутренней обечайкой, иэ которой через систему от 8069 фверстий смесь поступает в рабочуюполость, образованную обечайкамиротора. Выпускные каналы для тяжелогои легкого компонентов разделены уплотнителями. В средней части корпусацентрифуги между уплотнителями установлено отверстие для инжекции газоносителя в зазор между корпусом инаружной обечайкой ротора, который,10 создавая незначительный подпор, препятствует проникновению через уплотнители в этот зазор разделенных фракций и их смешиванию Я.Однако некоторое количество газа 15 носителя попадает в разделенные пото"ки и уносится как с тяжелой, так и слегкой фракциями, что требует постоянного подвода инертного газа в корпус центрифуги, а сами разделенные20 продукты постоянно имеют примесь данного газа, что ограничивает областьприменения известного устройства.Кроме того, в известной центрифугескорость вращения ротора, а следова 25 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 газовойсмеси, установленный в корпусе на по.лом приводном валу ротор, состоящийиз двух соосных обечаек, полость внутренней обечайки ротора сообщена с полостью между корпусом и ротором40 через дросселирующее отверстие, приэтом патрубок для подачи газовой смеси расположен в нижней части корпусатангенциально к нему.На чертеже изображена предлагаемаяФ 5 центрифуга, общий внд в разрезе.Центрифуга содержит корпус 1 спатрубком 2 для подачи газовой смесии патрубками 3 и 4 для вывода тяжело"го компонента после грубой и тонкой50 очистки, соответственно, ротор, состоящий из наружной 5 и внутренней 6обечаек, установленный в корпусе 1на подшипниках 7. Полость внутреннейобечайки 6 сообщена с полостью между55 корпусом 1 и ротором через дросселирующее отверстие 8, Отверстия 9 в нижней части внутренней обечайки 6 со"общают полость последней с рабочей20 30 3 45 5 8полостью ротора, образованной обечайками 5 и 6. Внутренняя и наружнаяобечайки 6 и 5 ротора соединены в .нижней части отбойным диском 10,влсдествие чего обе обечайки вращаются как одно целое. Отбойный диск10 имеет на периферии ряд отверстий11, служащих для вывода тяжелых компонентов смеси после тонкой очисткив рабочей полости ротора, Отверстия11 сообщаются с зазором, образован-ным отбойным диском 1 О и днищем наружной обечайки 5. Ротор приводитсяво вращение радиальной турбиной 12(на фиг, 1 показана условно) при помощи приводного вала 13, полость которого сообщена с рабочей полостьюротора и служит для вывода легкогокомпонента газовой смеси,Центрифуга работает следующим образом,Газовая смесь из скважины под вы..соким давлением (100-150 атм) поступает в корпус 1 через тангенциальныйпатрубок 2 и приобретает вращательное.движение, совпадающее по направлению с вращением ротора, одновременно двигаясь вверх в сужающуюся частькорпуса 1, При этом, чтобы исключитьтрение наружной обечайки 5 ротора огаз в кольцевом зазоре, давлениеподаваемой через патрубок 2 газовойсмеси должно быть таким, чтобы скорость вращения смеси в зазоре былаблизка к скорости вращения ротора.При вращении смеси в кольцевом зазоретяжелые компоненты под действиемцентробежных сил концентрируются устенки корпуса 1 и выводятся из него через патрубок 3 (грубая очистка),Для предотвращения нагрева корпусаот трения вращающегося в зазоре газаможет быть предусмотрено охлаждениестенки корпуса любым известныи способом,После грубой очистки гаэ поступает в полость внутренней обечайки6 ротора. Проходя через дросселирующее отверстие 8, гаэ за счетдросселирования при перепадах давления значительно охлаждается, что способствует увеличению коэффициентаразделения центрифуги. При этомчасть тяжелых углеводородов при резком охлаждении и расширении в полости внутренней обечайки 6 конденсируется и вместе с остальным газом через 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 действиеи центробежных сип тяжелые кои" поненты смеси концентрируются у наружной обечайки 5, а легкие - у внутренней обечайки 6. Благодарясужению 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 1. Легкий компонент после тонкой очистки в роторе поступает через полость пустотелого приводного вала 13 в газовую магистраль.Таким образои, 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 за счет уве. личения допустимой скорости вращения ротора, которое достигается благодаря более высокому давлению газа в кольцевом зазоре (противодавлению) по сравнению с давлением газа в роторе иэза наличия дросселирующего отверстия, так как при этом уменьшается нагрузка на наружную обечайку 5 ротора (ре- зультирующий вектор центробежйой силы и внутреннего давления газа в роторе частично уравновешивается противоположно направленным вектором силы внешнего для ротора давления газа в кольцевом зазоре);Использование предлагаемой центрифуги эффективно на газовых промыс 7 848069 8лах для очистки газа от тяжелых угле" щ а я с я тем, что, с целью повыводородов перед его дальнейшим транс щения производительности,.полостьпортированием по трубопроводам. Повнутренней обечайки ротора сообщенамере падения давления в скважине в с полостью между корпусом и роторомсхему перед центрифугой целесообраз-через дросселирующее отверстие,прино включать дожимной компрессор для этом патрубок для подачи газовойобеспечения достаточно высокого смеси расположен в нижней части кор-давления в: циклонной части центри" пуса тангенциально к нему.фуги. Источники информации е1 р принятые во внимание при экспертизе1. 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. И., "Недра", 974,смесей, содержащая корпус с патрубком 1 з с. 56-58.для подачи газовой"меси, установ- Э. 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 (прототил).