ES2302027T3 - Separador de gas/liquido. - Google Patents
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Abstract
Un separador de gas/líquido (1a) incluyendo: - un recipiente vertical (1) que tiene una entrada (2) para una mezcla de gas/líquido; - un dispositivo de separación de gas/líquido (3) dispuesto dentro del recipiente, dispositivo de separación que tiene una entrada en comunicación de fluido con la entrada (2) del recipiente, y unos medios de salida (17) para gas y líquido al menos parcialmente separados; - una salida (8) para gas del recipiente, encima y en comunicación de fluido con los medios de salida (17) del dispositivo de separación; - un espacio de recogida de líquido (4) en el recipiente, debajo y en comunicación de fluido con los medios de salida (17) del dispositivo de separación (3); y - una salida (5) para líquido del recipiente, que tiene un extremo de recepción en el espacio de recogida de líquido (4), donde el dispositivo de separación (3) es un dispositivo de entrada de aleta, caracterizado porque entre el dispositivo de separación (3) y el espacio de recogida de líquido (4) se ha dispuesto una bandeja promotora de la recogida de líquido (40), formando una zona de recepción para que el líquido que choca en la bandeja por arriba y que tiene un paso (50) para el líquido recibido en la zona de recepción fluya al espacio de recogida de líquido (4).
Description
Separador de gas/líquido.
La invención se refiere a un recipiente
separador vertical para separar una mezcla de gas/líquido. En
particular la invención se refiere a dicho recipiente incluyendo
una entrada para una mezcla de gas/líquido; un dispositivo de
separación de gas/líquido dispuesto dentro del recipiente,
dispositivo de separación que tiene una entrada en comunicación de
fluido con la entrada del recipiente, y unos medios de salida para
gas y líquido al menos parcialmente separados; y el recipiente
incluye además una salida de gas encima y en comunicación de fluido
con los medios de salida del dispositivo de separación; un espacio
de recogida de líquido debajo y en comunicación de fluido con los
medios de salida del dispositivo de separación; y una salida para
líquido prevista para sacar líquido del espacio de recogida de
líquido.
Hay numerosos ejemplos en la industria del
petróleo y química donde hay que separar una mezcla de gas/líquido.
En muchas aplicaciones la mezcla es un gas con un porcentaje
relativamente pequeño de líquido que hay que quitar del gas. El
líquido puede ser arrastrado en cantidades menores o mayores por el
gas circulante, normalmente menos de 10% vol, y típicamente
1-5% vol. El líquido puede estar presente en forma
de gotitas pequeñas o grandes, suspendidas en forma de una neblina,
como una espuma, etc. Los ejemplos conocidos son agua y
hidrocarbonos líquidos en gas natural, agentes de absorción de
líquido en un gas tratado con tales agentes y aceite lubricante o
aceite crudo en gas hidrógeno o hidrocarbono.
En general, se usan recipientes verticales
cuando se ha de quitar un porcentaje relativamente pequeño de
líquido de un gas. Un argumento para el uso de un recipiente
vertical para sacar líquido de gas es que ocupa poco espacio, lo
que es especialmente ventajoso para aplicación en alta mar en
plataformas de producción, pero también en refinerías.
También es deseable en general minimizar el
tamaño del recipiente vertical, por razones de requisitos de
espacio, pero también con el fin de minimizar el costo de capital
del recipiente de separación. Sin embargo, reducir el diámetro del
recipiente significa que se incrementan las velocidades de fluido,
en particular las velocidades de gas, para una producción dada. El
interior del recipiente tiene que ser capaz de proporcionar
suficiente eficiencia de separación para la capacidad requerida a
tales velocidades altas del gas.
Es habitual comparar la capacidad de los
separadores de gas/líquido (y columnas de fraccionación) en términos
del denominado factor de carga de gas. El factor de carga de gas se
define como
\lambda=Q_{g}/A_{g}*(\rho_{g}/(\rho_{1}-\rho_{g}))^{1/2}.
Q_{g} es la tasa de flujo volumétrico de gas (m^{3}/s), A_{g}
es el área en sección transversal del recipiente (m^{2}),
\rho_{g} y \rho_{1} son las densidades del gas y líquido,
respectivamente (kg/m^{3}) (Souders and Brown, Ind. Engineering
Chemistry, vol. 34 (1934) 98; Perry's Chemical's Engineers Handbook,
6ª edición, McGraw-Hill, 1984, p.
18-6). La ventana operativa de los recipientes
verticales de separación de gas/líquido es del orden de \lambda
\leq 0,07 m/s para separadores abiertos sin interior de separación
secundario o los denominados separadores de partículas, a \lambda
\geq 0,2 m/s, hasta 0,25 m/s e incluso más para separadores con
interior de separación secundario tal como ciclones o paquetes de
aletas. La presente invención es especialmente ventajosa en el caso
de que el factor de carga de gas \lambda sea aproximadamente 0,15
m/s o mayor, en particular 0,2 m/s o mayor. Cuando se usa un
separador en un factor de carga de gas por encima de su límite de
diseño, se reduce la eficiencia de separación. Típicamente, para
separadores para uso a factores de carga de gas de 0,15 o mayor, la
eficiencia de separación tiene que ser 0,98 o más alto, a menudo
0,99 o más alto, donde la eficiencia de separación se define como la
fracción del líquido total en la mezcla de alimentación que se
quita y ya no está presente en el gas de salida.
Se hace notar que el factor de carga de gas en
otros dispositivos de separación puede ser muy inferior. Por
ejemplo, un separador horizontal trifásico (gas/líquido/líquido)
opera generalmente a factores de carga de gas no superiores a
aproximadamente 0,07 m/s, y en columnas de destilación los factores
de carga de gas no exceden generalmente de aproximadamente 0,12
m/s.
La mezcla de gas/líquido se introduce
generalmente en un recipiente separador usando el denominado
dispositivo de entrada. Varios tipos de dispositivos de entrada son
conocidos en la técnica. La solicitud de patente británica
publicada número GB 2 036 606 y la solicitud de patente
internacional publicada número WO 03/033106 describen un separador
vertical con un dispositivo de entrada tangencial. Estos
dispositivos de entrada tangenciales sirven para introducir la
mezcla tangencialmente a lo largo de la pared interior del
recipiente de separación, con el fin de poner la mezcla en un
movimiento arremolinado en una zona de separación del recipiente. El
líquido se separa en la zona de separación debido a fuerzas
centrífugas y baja a la pared interior del recipiente para
acumularse en un sumidero de líquido en la parte inferior. Encima
del sumidero de líquido se ha montado una chapa deflectora de modo
que quede un agujero anular con la pared interior del recipiente. La
chapa deflectora delimita el extremo inferior de la zona de
separación, y separa el sumidero de líquido del gas arremolinado
permitiendo al mismo tiempo que baje líquido por la pared interior
del recipiente.
\newpage
La solicitud de patente francesa publicada
número 2 780 659 describe un recipiente vertical en el que se
introduce la mezcla de gas/líquido por arriba. La mezcla es
distribuida en varias corrientes verticalmente descendentes
simétricamente alrededor del eje del recipiente vertical, por una
chapa deflectora superior provista de agujeros. Cada corriente baja
por un separador helicoidal de alambre que está montado
verticalmente en un compartimiento de separación del recipiente,
debajo de la chapa deflectora superior. Los separadores de alambre
tienen sus salidas en sus extremos inferiores. El compartimiento de
separación está delimitado por un compartimiento inferior de
recogida de líquido por una chapa deflectora inferior, sobre la que
el gas y líquido separados de cada separador de alambre helicoidal
choca directamente en dirección verticalmente hacia abajo. La chapa
está provista de un agujero central a través del que se descarga
líquido a un compartimiento inferior de recogida. El gas es
desviado hacia arriba y sale del compartimiento de separación a un
lado a través de la pared del recipiente.
La presente invención se refiere a recipientes
de separación provistos de un dispositivo de entrada de aleta, que
sirve para separar al menos parcialmente la mezcla de gas/líquido ya
en su admisión al recipiente. Un dispositivo de entrada del tipo de
aletas, que también se denomina un dispositivo de entrada
Schoepentoeter, se describe, por ejemplo, en la patente británica
GB 1 119 699, y otro dispositivo de entrada se describe en
solicitud de patente internacional publicada número WO 03/070348. Un
dispositivo de entrada de aleta incluye una pluralidad de aletas
curvadas hacia fuera dispuestas una detrás de otra en la dirección
de la mezcla de gas/líquido entrante. Cada aleta se extiende de
forma curvada con respecto a la dirección de la mezcla entrante
entre una parte de interceptación que tiene un borde delantero
sustancialmente en o a un pequeño ángulo con la dirección de flujo,
y una parte de desviación que tiene un borde de salida que se
extiende hacia fuera.
El gas y líquido al menos parcialmente separados
entran en el recipiente a través de los medios de salida del
dispositivo de separación. En un dispositivo de entrada del tipo de
aletas, se acumula líquido en el lado cóncavo de las aletas debido
a fuerzas centrífugas. Los medios de salida están formados por la
pluralidad de agujeros formados por aletas consecutivas, donde el
líquido sale de las puntas de las aletas desde una capa en el lado
cóncavo de las aletas, y el gas sale del resto de los agujeros. El
líquido baja posteriormente hacia la parte inferior del recipiente
y el gas sube a la parte superior.
A menudo, el dispositivo de separación de
gas/líquido sirve solamente para una separación primaria en la
entrada del recipiente, donde en particular se necesita otra
extracción de líquido arrastrado del gas. Para ello, uno o más
dispositivos de separación adicionales se pueden disponer encima del
dispositivo de separación primario, tal como se describe, por
ejemplo, en la patente de Estados Unidos número 4 767 424.
Después de que el gas y líquido (pre-)separados
han entrado en el recipiente mediante los medios de salida del
dispositivo de entrada de aleta, hay un riesgo de
re-arrastre de líquido por el gas. Se ha observado
que este problema aumenta con factores de carga de gas crecientes,
como los que se encuentran al intentar minimizar el tamaño del
recipiente para una tasa dada de alimentación de mezcla de
gas/líquido, o maximizar la tasa de alimentación para un tamaño de
recipiente dado. El gas y el líquido entran en contacto de nuevo, en
particular en el espacio directamente debajo del dispositivo de
separación (primario). Se ha hallado que para factores de carga de
gas \lambda superiores a 0,15 m/s, y en particular superiores a
0,2 m/s el re-arrastre de líquido debido a altas
velocidades del gas en este espacio es un serio problema, a causa de
la pérdida de eficiencia de separación y en consecuencia el mayor
trabajo de los separadores secundarios situados más altos en el
recipiente.
También se ha observado que el
re-arrastre en este espacio puede impedir o incluso
evitar la acumulación de líquido en el espacio de recogida de
líquido, que es normalmente el espacio en la parte inferior del
recipiente. Los tubos de salida de líquido de los separadores
secundarios se pueden disponer de manera que desemboquen en el
espacio de recogida de líquido, donde el extremo de salida de tal
tubo está sumergido en líquido durante la operación normal de modo
que estén sellados al líquido. El líquido separado es retirado
normalmente del recipiente en este espacio de recogida de
líquido.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un recipiente de separación vertical con dispositivo de
entrada de aletas, donde se mejora la acumulación de líquido en el
espacio de recogida de líquido.
La invención proporciona un separador de
gas/líquido incluyendo:
- un recipiente vertical que tiene una entrada
para una mezcla de gas/líquido;
- un dispositivo de separación de gas/líquido
dispuesto dentro del recipiente, dispositivo de separación que
tiene una entrada en comunicación de fluido con la entrada del
recipiente, y unos medios de salida para gas y líquido al menos
parcialmente separados;
- una salida de gas del recipiente, encima y en
comunicación de fluido con los medios de salida del dispositivo de
separación;
- un espacio de recogida de líquido en el
recipiente, debajo y en comunicación de fluido con los medios de
salida del dispositivo de separación; y
- una salida de líquido del recipiente, que
tiene un extremo de recepción en el espacio de recogida de líquido,
donde el dispositivo de separación de gas/líquido es un dispositivo
de entrada de aletas, y donde entre el dispositivo de separación y
el espacio de recogida de líquido se ha dispuesto una bandeja
promotora de la recogida de líquido, formando una zona de recepción
de líquido que choca en la bandeja por arriba y que tiene un paso
de líquido recibido en la zona de recepción de manera que fluya al
espacio de recogida de líquido.
El solicitante ha hallado que, disponiendo una
bandeja promotora de la recogida de líquido, se reduce el
re-arrastre de líquido en gas cerca de la salida
del separador primario, y que se mejora la acumulación de líquido en
el espacio de recogida de líquido. Sin querer quedar vinculado por
la explicación siguiente, el solicitante considera que el efecto
beneficioso de la bandeja promotora de la recogida de líquido es
producida por uno o ambos mecanismos siguientes. Primero: la zona
de recepción de la bandeja proporciona una superficie para que las
gotitas de líquido del espacio debajo del dispositivo de entrada de
aleta sedimenten y coalescan, líquido que entonces se pasa hacia el
espacio de recogida de líquido. Segundo: la bandeja promotora de
recogida de líquido blinda al menos parcialmente el espacio de
recogida de líquido contra las altas velocidades de gas en la
salida del dispositivo de separación (primario), creando por ello un
espacio inmediatamente encima del espacio de recogida de líquido
donde las velocidades del fluido son inferiores para contribuir a
que el líquido sedimente y para evitar el
re-arrastre.
La bandeja promotora de la recogida de líquido
está dispuesta ventajosamente de modo que cierre ópticamente la
sección transversal del recipiente cuando se vea desde el separador
de gas/líquido en dirección hacia abajo. De esta forma, se obtiene
la zona máxima de recepción de líquido para que el líquido choque y
coalesca, y el espacio debajo de la bandeja promotora de recogida
de líquido está blindado contra las velocidades más altas del
gas.
En una realización especialmente ventajosa la
bandeja promotora de la recogida de líquido está formada por un
conjunto de chapas basculadas. Cuando estas chapas están dispuestas
en solapamiento, se puede obtener una bandeja ópticamente cerrada
que deja pasos relativamente grandes entre las chapas a través de
los que puede fluir líquido hacia abajo y a través de los que puede
pasar gas. Sin embargo, la bandeja representa una restricción de
flujo del gas que fluye verticalmente hacia abajo en el recipiente.
El gas que pasa a través de la bandeja debe tener un componente de
velocidad horizontal. En efecto, el intercambio de gas entre los
espacios inmediatamente encima y debajo de la bandeja se reducirá,
y las velocidades del gas en el espacio inferior serán
considerablemente más pequeñas cuando no se disponga ninguna
bandeja promotora de la recogida de líquido.
La invención proporciona además el uso de un
separador de gas/líquido según la invención para separar una mezcla
de gas/líquido, en particular en un factor de carga de gas de 0,15
m/s o mayor, más en concreto 0,20 m/s o mayor. El uso es
beneficioso puesto que se evita el re-arrastre de
líquido, en particular a factores de carga de gas relativamente
altos. El uso del separador es equivalente a un método para separar
una mezcla de gas/líquido, donde se usa un separador según la
invención.
La invención se describirá ahora con más detalle
y con referencia a los dibujos, donde
La figura 1 representa esquemáticamente una
realización de un recipiente separador con una bandeja promotora de
recogida de líquido según la presente invención.
La figura 2 representa esquemáticamente una
vista en sección transversal a lo largo de una línea
II-II en la figura 1.
Se hace referencia a las figuras 1 y 2, que
representan un separador de gas/líquido 1a para separar un fluido
incluyendo gas y líquido en una corriente rica en gas y una
corriente rica en líquido. El separador 1a incluye un recipiente
vertical cilíndrico 1 que tiene una boquilla de entrada 2 en la
pared lateral del recipiente 1.
El recipiente 1 de la realización ilustrada de
la invención incluye un dispositivo de separación de gas/líquido 3
que tiene una entrada conectada a la boquilla de entrada de fluido 2
y dispuesto a cierta distancia encima de la parte inferior 4 del
recipiente que funciona como un espacio de recogida de líquido. La
parte inferior 4 está provista de una salida de líquido 5.
A cierta distancia encima del dispositivo de
separación primario de gas/líquido 3, se ha dispuesto un dispositivo
de coalescencia 6. El dispositivo de coalescencia 6 se extiende
horizontalmente sobre toda la sección transversal del recipiente. A
cierta distancia encima del dispositivo de coalescencia se ha
dispuesto otro dispositivo de separación de gas/líquido
(secundario) 7, que también se extiende en toda la sección
transversal del recipiente. El separador secundario 7 está situado
a cierta distancia debajo de una salida de gas 8 del recipiente 1.
Un tubo de descarga de líquido 9 se extiende debajo del separador
secundario, a través del dispositivo de coalescencia, a lo largo
del dispositivo de separación 3 (véase la figura 2) y posteriormente
al espacio de recogida de líquido 4.
El dispositivo de separación de gas/líquido 3 de
esta realización es un dispositivo de entrada del tipo de aletas
(dispositivo de entrada Schoepentoeter), que sirve como un
dispositivo de separación primario de gas/líquido. El dispositivo
de entrada del tipo de aletas se extiende generalmente de forma
horizontal en el recipiente de la boquilla de entrada 2. Tiene la
forma de una cámara longitudinal encerrada por una pared vertical
delantera 10, una pared vertical trasera 11, una pared superior 12
y una pared inferior 13. La pared delantera 10 está provista de un
agujero al que se conecta la entrada 2. Las paredes 12 y 13 se
extienden horizontalmente prácticamente sobre todo el diámetro del
recipiente 1 y tienen una forma trapezoidal con el lado más corto en
la pared trasera 11. Los dos lados verticales de la cámara entre
las paredes 10 y 11 están abiertos con aletas de guía verticales
curvadas horizontalmente hacia fuera 14, dispuestas entre las
paredes superior e inferior 12, 13, aletas que sobresalen a través
de los lados abiertos de la cámara. Las aletas 14 están agrupadas a
ambos lados abiertos, una detrás de otra. Cada aleta 14 incluye una
parte de borde delantero 16 que se extiende generalmente hacia la
entrada 2 y forma un pequeño ángulo con la dirección principal de
flujo (flecha 15) en la cámara longitudinal, y una parte de salida
17 que se extiende sustancialmente perpendicular a la parte de borde
delantero 16.
Las partes de salida 17 forman conjuntamente los
medios de salida del dispositivo de separación de gas/líquido
3.
El dispositivo de coalescencia 6 incluye dos
medios horizontales de soporte 18 y 19 que están dispuestos en el
recipiente a cierta distancia uno de otro, y entre ellos un lecho de
coalescencia 33 que consta de una malla, que también se denomina a
veces malla de alambre o neblina. Realizaciones alternativas de un
dispositivo de coalescencia pueden ser, por ejemplo, una capa de
aletas o una capa de empaquetadura estructurada.
La bandeja de separación centrífuga 7 está
formada entre chapas de bandeja superior e inferior 20 y 21 que
definen un espacio de separación entre ellas. En el espacio de
separación se ha dispuesto una pluralidad de tubos de remolino 22.
Se representan cuatro tubos de remolino 22 en el dibujo, pero se
entenderá que se puede disponer tan sólo uno o varios cientos de
tubos de remolino. La chapa inferior de la bandeja 20 está provista
de una o más entradas 23 que están en comunicación de fluido con una
entrada de fluido de cada tubo de remolino 22.
Los tubos de remolino tienen generalmente forma
cilíndrica. En el extremo superior (hacia abajo) de cada tubo de
remolino se ha dispuesto un tubo coaxial de salida 24 de gas (gas
primario), del que un extremo se extiende al tubo de remolino y el
otro extremo se extiende a través de la chapa superior de la bandeja
21. En la parte inferior de cada tubo de remolino se ha dispuesto
unos medios de formación de remolino 25 tales como una disposición
de aletas basculadas, para impartir rotación al fluido que fluye a
lo largo del tubo de remolino. Hacia abajo de los medios de
formación de remolino se han dispuesto hendiduras 26 en la pared del
tubo de remolino, a través de cuyas hendiduras puede pasar líquido
al espacio libre interior 27 entre las chapas superior e inferior
20, 21. También hay comunicación de fluido con el espacio interior
libre 27 mediante los agujeros anulares 28 formados entre el
extremo superior de los tubos de remolino 22 y la chapa superior de
la bandeja 21. Opcionalmente los tubos de remolino se pueden
disponer agrupados en cajas separadas o pueden estar provistos de
faldillas de retorno (no representadas) que empujan el líquido y
gas secundario para que entre en el espacio interior libre en
dirección hacia abajo.
Otros agujeros de salida 29 de gas del espacio
interior libre (gas secundario) están dispuestos en la chapa
superior de la bandeja 21. Las salidas 24 y 29 están en comunicación
de fluido con la salida de gas 8 del recipiente de separación
1.
El tubo de descarga de líquido 9 se extiende
desde una entrada en la parte inferior del espacio interior libre a
una salida en el espacio de recogida de líquido 4.
Se entenderá que también se pueden usar otras
realizaciones de una bandeja de separación centrífuga en un
recipiente de separación de la presente invención.
Según la invención, una bandeja promotora de la
recogida de líquido 40 está dispuesta entre el dispositivo de
entrada del tipo de aletas 3 y el espacio de recogida de líquido
4.
Preferiblemente la separación vertical entre el
extremo inferior del dispositivo de entrada del tipo de aletas 3 y
el extremo superior de la bandeja promotora de la recogida de
líquido 40 es igual o mayor que un diámetro de la boquilla de
entrada 2; de otro modo se producirían velocidades de fluido
demasiado grandes en el espacio intermedio 39 durante la operación.
Una separación de 200 mm, y más preferiblemente de 250 mm se
considera una separación mínima.
Se supone que el recipiente 1 tiene un diámetro
de 2 m y el diámetro de la boquilla de entrada es 250 mm. Una
bandeja promotora de la recogida de líquido adecuada 40 puede estar
formada, por ejemplo, por una disposición de 6 chapas paralelas 43,
teniendo cada chapa 400 mm de ancho y adaptándose a la pared del
recipiente en los lados que se aproximan a la pared del recipiente.
Las chapas se basculan fuera del plano horizontal, con su ángulo de
basculamiento en el plano del papel de la figura 1, y tienen su
dirección longitudinal perpendicular al plano del papel de la
figura 1, de modo que cada lado longitudinal de las chapas se
extienda sustancialmente horizontal en el recipiente.
Un pequeño ángulo de basculamiento es suficiente
para permitir que fluya líquido hacia abajo en las chapas, y el
blindaje contra el gas que fluye verticalmente hacia abajo en la
columna es mejor a ángulos pequeños. Adecuadamente, el ángulo de
basculamiento con el plano horizontal es inferior a 30 grados,
preferiblemente 5-20 grados, muy preferiblemente 10
grados. Las chapas se solapan a modo de ripias como se representa,
de modo que la bandeja 40 esté cerrada ópticamente cuando se mire
desde arriba, como en la figura 2. Se entenderá que el número y el
ángulo de basculamiento de las chapas se pueden variar y optimizar.
El ángulo de basculamiento y el número de chapas determinan el
límite inferior de la altura de la bandeja 40. Para chapas 43 de 400
mm de ancho a un ángulo de basculamiento de 10 grados, la altura
requerida es solamente aproximadamente 70 mm. La disposición
paralela de chapas forma pasos en forma de rejilla 50 a través de
los que puede fluir líquido desde la superficie superior de las
chapas al espacio de recogida de líquido 4 debajo de la bandeja
promotora de la recogida de líquido 40.
Las chapas representadas en esta realización se
extienden perpendiculares a la dirección principal de flujo 15
dentro del dispositivo de entrada del tipo de aletas 3. Gas y
líquido preseparados salen del dispositivo de entrada del tipo de
aletas en dirección generalmente transversal. Se considera que la
orientación representada de las chapas 43 minimiza la posibilidad
de que el fluido de la salida del dispositivo de entrada 3 pase
directamente a través de los pasos 50. Se entenderá, sin embargo,
que también son posibles otras disposiciones de las chapas.
La disposición de chapas se puede llevar a cabo
mecánicamente por cualesquiera medios conocidos en la técnica, por
ejemplo por un aro de soporte 58, que se une a la superficie
interior de la pared del recipiente.
Puede ser deseable disponer chapas deflectoras
que se extiendan hacia abajo en los lados longitudinales inferiores
de las chapas 43, como se representa con respecto a dos chapas 43
con los números de referencia 55. Las chapas deflectoras 55 imponen
una mayor resistencia al gas que fluye a través de los pasos 50, lo
que puede ser deseable en particular a ángulos de basculamiento más
grandes. Las chapas deflectoras 55 pueden ser, para las dimensiones
del recipiente 1 y las chapas 43 explicadas anteriormente en la
presente realización, por ejemplo, de hasta 200 mm de largo, y
preferiblemente de entre 50 y 100 mm, lo que limita la altura total
de la bandeja promotora de la recogida de líquido 40 a menos de 200
mm.
Durante la operación normal del recipiente 1,
una mezcla de gas/líquido de típicamente 0,5-5% vol
de líquido de la mezcla total, en particular 0,5-3%
vol, o 3-5% vol, es alimentada a través de la
boquilla de entrada 2 al dispositivo de entrada 3. Las aletas
curvadas 14 interceptan la mezcla de alimentación, y el gas y
líquido se preseparan debido a la fuerza centrífuga ejercida por
las aletas curvadas. Se acumula líquido en las aletas y sale de las
puntas de las aletas en la dirección lateral, y posteriormente cae
debido a gravedad generalmente hacia abajo. También sale gas en
dirección lateral, y en último término hacia arriba, pero después de
chocar en la pared del recipiente parte del gas es desviado
inicialmente hacia abajo y fluye hacia abajo juntamente con el
líquido.
El fluido encima del dispositivo de entrada del
tipo de aletas 3 consta principalmente de gas con típicamente
0-2% vol de líquido no separado o
re-arrastrado, en particular 0-1%
vol o 1-2% vol. El gas que fluye hacia arriba en el
recipiente, desde el dispositivo de entrada 3, es redistribuido
sobre la sección transversal del recipiente bajo la influencia de
la caída de presión a través del dispositivo de coalescencia 6 en la
posición 6 y posteriormente pasa al dispositivo de
coalescencia.
Si se usa una malla para el dispositivo de
coalescencia 6 como se representa en la figura 1, la malla
incrementa el tamaño de las gotitas de líquido durante la operación
normal, es decir cuando opera a alto régimen de carga de gas
superior a aproximadamente 0,15 m/s. A cargas de gas más bajas, tal
como durante la parada de la operación o a una tasa de alimentación
temporalmente inferior al recipiente, tal como a \lambda \leq
0,1 m/s, la malla funciona de hecho, no como un dispositivo de
coalescencia, sino como un separador propiamente dicho bastante
eficiente, y el líquido separado cae en el recipiente desde la
malla.
En el régimen de alta carga de gas la malla
mejora la eficiencia de la separación adicional en el dispositivo
secundario de separación de gas/líquido 7. En los tubos de remolino
22 se imparte un movimiento rotativo a este gas por los medios de
formación de remolino 25, por lo que el líquido es lanzado hacia
fuera contra la pared interior de los tubos de remolino 22 debido a
fuerzas centrífugas. El gas fluye preferentemente hacia arriba en
la parte axial de los tubos de remolino 22 y sale de los tubos de
remolino 22 mediante las salidas de gas primario 24. El líquido
sube en forma de una película a lo largo de la pared de tubo 22 y
puede fluir a través de aberturas/hendiduras 26 en la pared de tubo
de remolino y/o agujeros 28 en el extremo superior de los tubos de
remolino fluyendo al espacio interior libre 27 entre las chapas 20 y
21, fuera de los tubos de remolino 22. También se transporta una
cierta cantidad de gas "secundario" junto con el líquido a este
espacio interior libre 27. El líquido es recogido en la parte
inferior del espacio interior libre y fluye mediante el tubo de
descarga de líquido 9 al espacio de recogida de líquido 4, sin
entrar de nuevo en contacto con el gas que fluye a través del
recipiente. El gas secundario fluye mediante las salidas de gas
secundario 29 al espacio 30 encima del separador centrífugo 7,
donde se añade al gas primario de las salidas de gas primario 28.
El gas se saca del recipiente mediante la salida de gas 8.
Encima del separador de gas/líquido secundario
se puede disponer otra malla (no representada), que puede servir
para quitar más líquido que ha sido re-arrastrado
con el gas secundario.
El líquido preseparado que sale transversalmente
del dispositivo de entrada del tipo de aletas y parte del gas
preseparado fluirán hacia abajo. El líquido choca en la superficie
superior de la bandeja promotora de la recogida de líquido, y se
forma una película de líquido, que fluye a través de los pasos 50
hacia abajo al espacio de recogida de líquido.
El líquido es retirado del espacio de recogida
de líquido 4 mediante la salida de líquido 5.
Se entenderá que la bandeja promotora de la
recogida de líquido también puede estar formada por un número mayor
o menor de chapas basculadas. Una limitación práctica de la anchura
de la chapa puede ser el tamaño de una boca de alcantarilla en el
recipiente, a menudo 500-600 mm. Adecuadamente, las
chapas tienen 200-500 mm de ancho. Una bandeja con
chapas más anchas es más fácil de fabricar y proporciona mejor
blindaje del espacio situado debajo, pero requiere más altura en la
columna.
Será claro que, en lugar de un dispositivo de
entrada Schoepentoeter 3 como se representa en la figura 1, también
se puede utilizar un dispositivo de entrada de aleta circunferencial
como el descrito en WO 03/070348. En este caso, de forma análoga a
la realización de la figura 1, la mezcla que entra en el recipiente
es pre-separada en el dispositivo de entrada, y las
corrientes de gas y líquido preseparados entran en el recipiente
transversalmente (radialmente) o con al menos un componente de
velocidad transversal (radial), de modo que las corrientes de gas y
líquido se dirijan hacia la pared del recipiente y no al espacio de
recogida de líquido. El líquido caerá posteriormente generalmente a
la parte inferior, y parte del gas también será desviado hacia abajo
por la pared del recipiente. El líquido es recibido y guiado al
espacio de recogida de líquido de la misma forma por la bandeja
promotora de la recogida de líquido, y el líquido recogido está
protegido contra las altas velocidades del gas.
La eficiencia de separación de los recipientes
de separación para tratamiento de gas natural se puede incrementar
considerablemente por la instalación de una bandeja promotora de la
recogida de líquido. Donde no se requiere eficiencia máxima, la
invención permite aumentar la capacidad de separación de un
recipiente (producción).
Claims (12)
1. Un separador de gas/líquido (1a)
incluyendo:
- un recipiente vertical (1) que tiene una
entrada (2) para una mezcla de gas/líquido;
- un dispositivo de separación de gas/líquido
(3) dispuesto dentro del recipiente, dispositivo de separación que
tiene una entrada en comunicación de fluido con la entrada (2) del
recipiente, y unos medios de salida (17) para gas y líquido al
menos parcialmente separados;
- una salida (8) para gas del recipiente, encima
y en comunicación de fluido con los medios de salida (17) del
dispositivo de separación;
- un espacio de recogida de líquido (4) en el
recipiente, debajo y en comunicación de fluido con los medios de
salida (17) del dispositivo de separación (3); y
- una salida (5) para líquido del recipiente,
que tiene un extremo de recepción en el espacio de recogida de
líquido (4),
donde el dispositivo de separación (3) es un
dispositivo de entrada de aleta, caracterizado porque entre
el dispositivo de separación (3) y el espacio de recogida de
líquido (4) se ha dispuesto una bandeja promotora de la recogida de
líquido (40), formando una zona de recepción para que el líquido que
choca en la bandeja por arriba y que tiene un paso (50) para el
líquido recibido en la zona de recepción fluya al espacio de
recogida de líquido (4).
2. El separador de gas/líquido según la
reivindicación 1, donde la bandeja promotora de la recogida de
líquido (40) está ópticamente cerrada cuando se mira desde
arriba.
3. El separador de gas/líquido según la
reivindicación 1 o 2, donde la bandeja promotora de la recogida de
líquido (40) incluye una disposición de chapas (43) que están
basculadas fuera del plano horizontal.
4. El separador de gas/líquido según la
reivindicación 3, donde las chapas (43) tienen lados longitudinales
que se extienden horizontalmente en el recipiente, y donde las
chapas están dispuestas con sus lados longitudinales paralelos uno
a otro.
5. El separador de gas/líquido según la
reivindicación 3 o 4, donde las chapas (43) se solapan en dirección
horizontal.
6. El separador de gas/líquido según cualquiera
de las reivindicaciones 1-5, donde la bandeja
promotora de la recogida de líquido (40) se conforma a la
circunferencia del recipiente.
7. El separador de gas/líquido según cualquiera
de las reivindicaciones 1-6, donde los medios de
salida (17) del dispositivo de separación de gas/líquido están
dispuestos para recibir gas y líquido pre-separados
transversalmente o con un componente de velocidad transversal al
recipiente.
8. El separador de gas/líquido según cualquiera
de las reivindicaciones 1-7, donde el dispositivo de
separación de gas/líquido (3) es un dispositivo de separación
primario, y donde un dispositivo secundario de separación de
gas/líquido (7) está dispuesto encima del dispositivo de separación
primario.
9. El separador de gas/líquido según la
reivindicación 8, incluyendo además un dispositivo de coalescencia
(6), por ejemplo una malla, entre los dispositivos de separación
primario (3) y secundario (7).
10. El separador de gas/líquido según la
reivindicación 8 o 9, incluyendo además un dispositivo de
coalescencia, por ejemplo una malla, encima del dispositivo
secundario de separación.
11. Uso de un separador de gas/líquido según
cualquiera de las reivindicaciones 1-10 para separar
una mezcla de gas/líquido.
12. Uso según la reivindicación 11, donde el
factor de carga de gas es 0,15 m/s o mayor, en particular 0,20 m/s
o mayor.
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