JP2020512933A - 容器内の液体流の相を分離するための入口装置及び同装置を含む方法 - Google Patents

Abstract

流体流中の液相からの気相の分離を促進するために容器内で使用するための入口装置。入口装置は、流路（２４）の出口端（４４ａ、４４ｂ、４４ｃ）の各々に位置決めされた分離缶（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）を有する。各分離缶は、円筒形壁部（４６）と、円筒形壁内の細長い入口開口部（５４）と、を有して、流体流を旋回する開放内部領域へ接線方向に導入して、流体流中の液相からの気相の分離を促進することを可能にする。液相は、円筒形壁内のスロット（５６）を通って、また開放内部領域の開放下側端部を通って、分離缶を出る。気相は、開放内部領域の開放上側端部（５０）を通って上向きに上昇することによって、分離缶を出る。

Description

本発明は、一般に、流体流中の液相から気相を分離させる容器に関し、より具体的には、かかる分離を促進するための入口装置、及び流体流中の液相からの気相のいくらかの分離をもたらすための入口装置を使用する方法に関する。

本出願は、２０１７年４月１２日に出願された、米国仮特許出願第６２／４８４，４６０号に対する優先権を主張し、その開示が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、一般に、流体流中の液相から気相を分離させる容器に関し、より具体的には、かかる分離を促進するための入口装置、及び流体流中の液相からの気相のいくらかの分離をもたらすための入口装置を使用する方法に関する。

多くの工業プロセスでは、気相及び液相を含む流体流は、容器内に導入され、この容器で、液相からの気相の少なくともいくらかの分離をもたらすことが望ましい。相の分離を促進するために、様々な種類の入口装置が使用されてきた。あるタイプの入口装置は、流体流が回転又は旋回する１つ以上のサイクロンを使用して、より重い液相をサイクロン壁に対してぶつけ、次いで、下向きに流してサイクロンの開放下側端部から出す。より軽い気相は、サイクロン内で中央ガス管の入口に向かって下向きに流れ、中央ガス管は、サイクロンの下側端部の上方、及び流体流がサイクロン内に導入される場所の下方に位置決めされる。ガス管は、サイクロンの別様に閉鎖した上側端部を通って上向きに延在し、そのため気相は、上昇し、次いで中央ガス管に入った後にサイクロンを出ることができる。気相がサイクロンの開放下側端部から出ることを防止するために、下側端部は通常、液体中に沈められて、気相の破過に抵抗する液体の静的ヘッドを形成する。液体の静的ヘッドが不十分である場合、気相は、サイクロンの開放下側端部を通って出ることができ、これにより、液体が気流中に不要に閉じ込められる。したがって、分離された気流中に液体が不要に閉じ込められる機会が少ない、改良された入口装置の開発が必要とされている。

一態様では、本発明は、容器内に径方向に導入されるときに、流体流中の液相から気相を分離するための入口装置を対象とする。入口装置は、流路であって、流体流が流路に入る入口端部、及び流体流の分離部分が流路を出る出口端部を有し、出口端部が、入口端部から離間している、流路と、流路の出口端部の各々における分離缶位置と、を含む。分離缶の各々が、内側表面及び外側表面を有し、反対側にある上側及び下側端部で開放されている開放内部領域を形成する円筒形壁、円筒形壁内の細長い入口開口部であって、流路の出口端部のうちの１つに隣接して位置決めされて、流体流の部分のうちの１つが、流路の出口端部を出るときに円筒形壁内の入口開口部を通って、開放内部領域内で回転又は旋回する開放内部領域内へ接線方向に通過して、流体流中の液相からの気相の分離を促進することを可能にする、細長い入口開口部、並びに円筒形壁内に形成されたスロットであって、流体流の液相のうちのいくらかが、開放内部領域内で回転又は旋回するときにスロットを通って外向きに通過し、分離缶を出ることを可能にする一方、分離された気相が、上向きに流れ、開放内部領域の開放上側端部を通って分離缶を出る、スロット、を含む。

別の態様では、本発明は、シェルと、シェルによって画定される内部領域と、シェル内の径方向供給ノズルと、内部領域内に位置決めされ、径方向入口と位置合わせされている、上述した入口装置と、を含む容器を対象とする。

更なる態様では、本発明は、上述した入口装置を使用して、流体流中の液相から気相を分離する方法を対象とする。方法は、流路内の流体流を、入口端部から出口端部へ流す工程と、流体流の分離部分を、出口端部から分離缶へ分離缶の円筒形壁内の入口開口部を通して送達する工程と、流体流の分離部分を開放内部領域内で回転又は旋回させ、それにより流体流の分離部分の旋回から生じる遠心力が、流体流の分離部分の液相を円筒形壁の内側表面に衝突させ、気相を液相から分離させて上向きに上昇させる工程と、円筒形壁の内側表面から、円筒形壁内のスロットを通して、かつ開放内部領域の開放下側端部を通して、液相を除去する工程と、開放内部領域の開放上側端部を通して、上昇する気相を除去する工程と、を含む。

本明細書の一部を形成する添付図面において、同様の参照番号は、様々な図において同様の構成要素を示すために使用される。

本発明の一実施形態による入口装置を示すために、容器のシェルの一部分が破断した容器の部分斜視図である。 図１に示される容器の一部分の拡大部分図であり、図１に示されるものとは異なる視点から入口装置を示す。 図２に示される容器の一部分の上面図である。 図２及び図３に示される容器の一部分の立面図である。 図２〜図４に示され、水平区分に沿った容器及び入口装置の一部分の上面図である。 図５に示されるが、拡大寸尺である容器及び入口装置の一部分の上面図である。 図１〜図５の入口装置の斜視図である。 図６に示される、分離缶の一部分が内部旋回翼を示すために破断された状態の入口装置の更なる拡大部分図である。 図７に示されるものと同様の部分図であるが、異なる分離缶を用いる入口装置の第２の実施形態を示す。 入口装置の第３の実施形態が設置されている容器の一部分の部分図である。 図９に示される容器及び入口装置の一部分の上面図である。 図９及び図１０に示される、水平区分に沿った容器及び入口装置の上面図である。 図９に示されるものと同様であるが、入口装置の上側プレートの一部分が破断された状態の部分図である。

次に図面をより詳しく、最初に図１について参照すると、分離、物質移動、又は熱交換プロセスに使用するために好適な容器は、全体に渡って番号１０で示されている。容器１０は、多角形を含む他の形状が可能であり、本発明の範囲内であるが、概ね円筒形の形状とすることができる直立又は水平の外部シェル１２を含んでもよい。シェル１２は、任意の好適な直径及び高さ又は長さのシェルであってもよく、不活性であることが望ましいか、又はそうでなければ容器１０の稼働中に存在する流体及び条件と適合性がある１つ以上の硬質材料で構成されてもよい。

容器１０は、流体流、典型的には液体又は蒸気の流れをより重い及びより軽い分留を分離又は処理するために、及び／又は分留製品を得るために又は流体流間で物質移動若しくは熱交換を他の方法で引き起こすために使用されるタイプのものであってよい。例えば、容器１０は、原油常圧、潤滑油減圧、原油減圧、流体若しくは熱分解分留、コーカー若しくはビスブレーカの分留、コークス洗浄、原子炉オフガス洗浄、ガス焼入れ、食用油脱臭、汚染防止洗浄、又は他のプロセスが生じるものであってよい。

容器１０のシェル１２は、開放内部領域１４を画定し、その中に本発明の入口装置１６が、供給ノズル１８を通って容器１０に入る流体流を受容するように位置決めされる。供給ノズル１８は、通常、径方向供給ノズルであり、供給ライン１９に接続されている。供給ノズル１８は、供給ライン１９の円形断面から正方形又は直線断面への移行を含んでもよい。容器１０は、液体又はより重い相を除去するための下側取り出しライン２０、及び容器１０の内部領域１４からガス又はより軽い相を除去するための上側取り出しライン２２などの、他のノズル及びラインを含んでもよい。

例えば、還流ライン、リボイラ、コンデンサ、蒸気ホーン、及び液体分配器などが存在し得る、容器１０の他の構成要素は、従来本質的なものであり、これらの構成要素の図が本発明の理解のために必要であるとは考えられないため、図面に例示されていない。

更に、図２〜図７を参照すると、入口装置１６は、内部領域１４内で水平に延在し、供給ノズル１８と位置合わせされて位置決めされている。入口装置１６は、流路２４（図４〜図７）及び流路２４に接続され、流路２４と流体連通している複数の分離缶２６（例えば、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）を含む。分離缶２６ａ、２６ｂ、及び２６ｃは、流路２４の両側に配置されている。流路２４は、流体流が流路２４に入る入口端部２８を有する。入口端部２８は、シェル１２の内側表面３０に当接する。流路２４は、入口端部２８から下流の流れ方向に離間される複数の出口端部３２（例えば、３２ａ、３２ｂ、及び３２ｃ）を含む。

流路２４は、上側プレート３４、下側プレート３６、２つの側壁３８、及び概ね箱形のプレナムを形成するように相互接続されている端部壁４０によって形成される。側壁３８の各々は、入口端部２８を通って入口装置１６に入るときに流体流の流れの方向に延在する個々の分割器区分４２（例えば、４２ａ、４２ｂ、及び４２ｃ）を含む。２つの側壁３８の各々の第１の分割器区分４２ａは、シェル１２から、流路２４の入口端部２８の最も近くに位置決めされている第１の分離缶２６ａまで延在する。第２の分割器区分４２ｂは、第１の分離缶２６ａと第２の分離缶２６ｂとの間に延在する。第３の分割器区分４２ｃは同様に、第２の分離缶２６ｂから第３分離缶２６ｃまで延在する。分割器区分４２ａ、４２ｂ、及び４２ｃは、流路２４が流体流の流れ方向において次第に狭い幅を有するように、位置が互いにずれた関係にある。分割器区分４２ｂ及び４２ｃは各々、隣接する上流分割分器区分４２ａ及び４２ｂの末尾部分から内向きに離間し、かつこれと重なり合うＵ字形の先端縁部をそれぞれ有する。端部壁４０は、分割器区分４２ｃの末尾部分から内向きに離間し、かつこれと重なり合う、同様のＵ字形の先端縁部を有する。分割器区分４２ａ、４２ｂ、及び４２ｃ、並びに端部壁４０のこの配置は、出口端部３２ａ、３２ｂ、及び３２ｃ、並びに分離缶２６ａ、２６ｂ、及び２６ｃにそれぞれ繋がる副通路４４ａ、４４ｂ、及び４４ｃを形成する。一実施形態では、副通路４４ａ、４４ｂ、及び４４ｃは、流体流が副通路４４ａ、４４ｂ、及び４４ｃの各々を通る流れのためにほぼ等しい部分に分割され得るように、概ね等しい断面積である。

合計６個の分離缶２６ａ、２６ｂ、及び２６ｃが示されているが、より多くの分離缶又はより少ない分離缶が使用されてもよいことを理解されたい。

分離缶２６ａ、２６ｂ、及び２６ｃの各々は、その上部及び底部で開放され、通常円筒形であり、それぞれ反対側にある上側及び下側端部５０及び５２で開放されている開放内部領域４８を形成する壁４６を含む。垂直に細長い入口開口部５４（図５及び図５ａ）は、円筒形壁４６内に形成され、流路２４の出口端部３２ａ、３２ｂ、又は３２ｃに隣接して位置決めされ、またこれらと位置合わせされ、そのため副通路４４ａ、４４ｂ、又は４４ｃを通って流れる流体流の一部分は、出口端部３２ａ、３２ｂ、又は３２ｃを出て、円筒形壁４６に接する流れ通路に沿って入口開口部５４を通って分離缶２６ａ、２６ｂ、又は２６ｃに入る。この接線の流れ通路の結果として、流体流は、分離缶２６ａ、２６ｂ、又は２６ｃ内の開放内部領域４８内で回転又は旋回して、流体流中の液相からの気相の一部分又は全部の分離を促進し、それによって流体流のより重い分留及びより軽い分留を生成する。一実施形態では、入口開口部５４は、円筒形壁４６の高さよりも低い高さを有し、円筒形壁部４６の下側部分に少なくとも部分的に位置決めされている。一実施例として、入口開口部５４は、円筒形壁４６の高さの２５〜７５%又は４０〜６０%の高さを有する。入口開口部５４は、円筒形壁４６の下側端部付近から上向きに延在してもよい。

スロット５６は、円筒形壁４６内で離間配置された関係に位置決めされて、流体流の液相のいくらかが、開放内部領域４８内で旋回するときにスロット５６を通って外向きに通過し、分離缶２６ａ、２６ｂ、又は２６ｃを出ることを可能にする一方、分離された気相は上向きに流れ、開放内部領域４８の開放上側端部５０を通って分離缶２６ａ、２６ｂ、又は２６ｃを出る。

スロット５６は、通常、円筒形壁４６の実質的に高さ及び円周全体に沿って均一なパターンで配置される。一実施形態では、スロット５６は、垂直に離間配置されている多数の周方向列に配置される。スロット５６の各々は、その幅よりもはるかに大きい高さ、例えば、幅の１０、２０、３０倍以上である高さを有して垂直に細長くてもよい。図８に示される実施形態では、スロット５６は、円筒形壁４６内の液体流の回転方向に対して上流に位置決めされる先端縁部から外向きに屈曲されるタブ５８を含む。

図３及び図７で最もよく分かるように、分離缶２６ａ、２６ｂ、及び２６ｃの各々は、円筒形壁４６内に位置決めされて、その液相のいくらかを解放し、開放内部領域４８内の気相の影響下で上昇するときに、流体流の回転運動量を維持する旋回翼６０を含んでもよい。旋回翼６０は、流体の流れの回転方向に上向きに角度付けされる径方向に延在するブレード６２などの異なる形態をとってもよい。一実施形態では、旋回翼６０は、入口開口部５４の上側縁部に、又はそれよりわずかに上方に位置決めされる。

分離缶２６ａ、２６ｂ、及び２６ｃはまた、開放内部領域４８の開放上側端部５０に位置決めされ、円筒形壁４６の外側表面６６を越えて外向きに、かつ円筒形壁４６の内側表面６８内で内向きに延在するドリップリング６４を含んでもよい。ドリップリング６４は、外側表面６６及び内側表面６８に沿って上向きに流れるときに、液相の上向き運動量を抑制するように機能する。ドリップリング６４は、逆Ｕ字形状を有して、液相の上向き運動量を下向き運動量に移行させることができる。

入口装置の代替的な実施形態を図９〜図１２に示し、これらの図では、先頭に付されている「１」によって先行する同じ参照番号は、図１〜図８に示されるものと同様の構成要素を示すために使用される。入口装置１１６は、流路１２４が分割されて２つの分枝部１２５ａ及び１２５ｂを形成し、等しくない数の分離缶１２６が各分岐部１２５ａ及び１２５ｂの両側に位置決めされている点で、入口装置１６とは異なる。したがって、入口装置１１６は、液体流のより大きな体積流量に対応することができる。

本発明はまた、入口装置１６、１１６を使用して、流体流中の液相から気相を分離する方法も対象とする。この方法は、流体流を容器１０、１１０及び入口装置１６、１１６の中に供給ノズル１８、１１８を通して径方向に導入し、次いで、入口端部２８、１２８から出口端部３２、１３２へ流路２４、１２４内の流体流を流す工程を含む。次いで、流体流の分離部分は、分離缶２６、１２６の円筒形壁４６、１４６内の入口開口部５４、１５４を通って、出口端部３２、１３２から分離缶２６、１２６に送達される。円筒形壁４６、１４６内の流体流の接線方向の送達は、流体流の分離部分を開放内部領域４８、１４８内で回転又は旋回させ、それにより流体流の分離部分の旋回から生じる遠心力が、流体流の分離部分内の液相を円筒形壁４６、１４６の内側表面６８、１６８及び気相に衝突させて液相から分離させ、上向きに上昇させる。次いで、液相は、円筒形壁４６、１４６の内側表面６８、１６８から、円筒形壁４６、１４６のスロット５６、１５６を通って、また開放内部領域４８、１４８の開放下側端部５２、１５２を通って除去される。開放下側端部４６、１４６は、入口装置１６、１１６の下に存在し得る任意のレベルの液体の上方に離間されており、そのため流出する液体は、容器１０、１１０内に存在し得る液体収集器又は他の内部装置へ自由に下降し得る。いくつかの従来の入口装置によって必要とされるように、上昇する気相は、最初に下向きに進んで中央ガス缶に入る必要なく、開放内部領域４８、１４８の開放上側端部５０、１５０を通って除去される。

流体流の分離部分を回転又は旋回させる方法工程は、流体流の分離部分が流路２４、１２４の出口端部３２、１３２から、円筒形壁４６、１４６内の入口開口部５４、１５４を通って送達されるときに、流体流の分離部分を円筒形壁へ接線方向に流すことによって、またいくらかの液相が分離され、より軽い流体流が開放内部領域４８、１４８内で上昇するときに、上昇する流体流を旋回翼６０、１６０を通過させることによって、達成される。入口装置１６及び１１６を使用する方法は、開放内部領域４８、１４８の下側端部５２、１５２が液体内に沈められて、いくつかの従来の入口装置によって必要とされるように、気相の進行を妨げる静的ヘッドを形成することを必要としない。

以上により、本発明は、その構造に対して固有である他の利点と共に上記目的及び目標を全て実現するようによく適合された発明であることが分かるであろう。

特定の機能及びサブコンビネーションは有用なものであり、他の機能及びサブコンビネーションに関係なく使用され得ることが理解されるだろう。これは本発明の範囲によって想到されるものであり、本発明の範囲内である。

本発明の範囲から逸脱することなく多くの考えられる実施形態が本発明から作られてよいため、本明細書に記載された又は添付図面に示された全ての事項は実例として解釈されるべきで、限定する趣旨ではないことが理解されるべきである。

Claims (20)

1. 容器内に径方向に導入されるときに、流体流中の液相から気相を分離するための入口装置であって、
   入口端部、及び、前記入口端部から離間する出口端部を有する流路であって、前記入口端部では前記流体流が前記流路に入り、前記出口端部では前記流体流の分離部分が前記流路を出る、流路と、
   前記流路の前記出口端部の各々に設けられる分離缶、
   を備え、
   前記分離缶の各々が、
   内側表面及び外側表面を有し、反対側にある上側及び下側端部で開放されている開放内部領域を形成する円筒形壁、
   前記流体流の前記分離部分のうちの１つが、前記流路の前記出口端部を出るときに前記円筒形壁内の前記入口開口部を接線方向に通過して、前記開放内部領域内で旋回する前記開放内部領域内へ流入することで、前記流体流中の前記液相からの前記気相の分離を促進することを可能にするように、前記流路の前記出口端部のうちの１つに隣接して設けられる、前記円筒形壁内の細長い入口開口部、並びに
   前記円筒形壁内に形成されたスロット、
   を含み、
   前記流体流の前記液相のうちの一部は、前記開放内部領域内で旋回するときに前記スロットを外向きに通過し、前記分離缶を出ることを可能にする一方、前記分離された気相は、上向きに流れ、前記開放内部領域の前記開放上側端部を通って分離缶を出る、
   入口装置。
2. 前記流路の両側に沿うように設けられる前記分離缶を含む、請求項１に記載の入口装置。
3. 前記流体流を前記分離部分に分離するために、前記流路内に設けられた分割器を含む、請求項１に記載の入口装置。
4. 前記分離缶の各々の前記開放内部領域に設けられた旋回翼を含む、請求項１に記載の入口装置。
5. 前記開放内部領域の前記開放上側端部に設けられ、前記分離缶の前記円筒形壁の前記外側表面を越えて外向きに延在して、前記外側表面に沿って上向きに流れるときに液体の上向きの運動量を抑制するドリップリングを含む、請求項１に記載の入口装置。
6. 前記分離缶の前記円筒形壁内の前記細長い入口開口部が、前記円筒形壁の下側部分内に設けられている、請求項１に記載の入口装置。
7. 前記分離缶の前記円筒形壁内の前記スロットに関連付けられているタブを含む、請求項１に記載の入口装置。
8. 前記流路が、分枝状に分割され、前記分離缶は、前記分枝部の各々の両側に沿って設けられている、請求項１に記載の入口装置。
9. 前記流路が、互いに接合される上壁、下壁、及び側壁によって形成されている、請求項１に記載の入口装置。
10. シェルと、前記シェルによって画定される内部領域と、前記シェル内の径方向供給ノズルと、前記内部領域に設けられ、前記径方向入口と位置合わせされた、請求項１に記載の入口装置と、を備える、容器。
11. 前記流路の両側に沿って設けられた前記分離缶を含む、請求項１０に記載の容器。
12. 前記流体流を前記分離部分に分離するために、前記流路内に位置決めされた分割器を含む、請求項１０に記載の容器。
13. 前記分離缶の各々の前記開放内部領域に設けられた旋回翼を含む、請求項１０に記載の容器。
14. 前記開放内部領域の前記開放上側端部に位置決めされ、前記分離缶の前記円筒形壁の前記外側表面を越えて外向きに延在して、前記外側表面に沿って上向きに流れるときに液体の上向きの運動量を抑制するドリップリングを含む、請求項１０に記載の容器。
15. 前記分離缶の前記円筒形壁内の前記細長い入口開口部が、前記円筒形壁の下側部分内に設けられている、請求項１０に記載の容器。
16. 前記流路が、複数の分枝部に分割され、前記分離缶が、前記複数の分枝部の各々の両側に沿って設けられている、請求項１０に記載の容器。
17. 請求項１に記載の入口装置を使用して、流体流中の液相から気相を分離する方法であって、
    前記流路内の前記流体流を、前記入口端部から前記出口端部へ流す工程と、
    前記流体流の分離部分を、前記出口端部から前記分離缶へ前記分離缶の前記円筒形壁内の前記入口開口部を通して送達する工程と、
    前記流体流の前記分離部分を前記開放内部領域内で旋回させ、それにより前記流体流の前記分離部分の前記旋回から生じる遠心力が、前記流体流の前記分離部分の前記液相を前記円筒形壁の前記内側表面に衝突させ、前記気相を前記液相から分離させて上向きに上昇させる工程と、
    前記円筒形壁の前記内側表面から、前記円筒形壁内の前記スロット及び前記開放内部領域の前記開放下側端部を通して、前記液相を除去する工程と、
    前記開放内部領域の前記開放上側端部を通して、前記上昇する気相を除去する工程と、を含む、方法。
18. 前記流体流の分離部分を旋回させる前記工程が、前記流体流の前記分離部分を、前記出口端部から前記円筒形壁内の前記入口開口部を通して送達する前記工程の間に、前記流体流の前記分離部分を、前記円筒形壁へ接線方向に流すことを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記流体流の分離部分を旋回させる前記工程が、前記流体流の前記分離部分を、前記開放内部領域の各々の旋回翼を通して流すことを更に含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記開放内部領域の前記開放下側端部が、前記液相を除去する前記工程の間に液体中に沈められない、請求項１８に記載の方法。

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