液/气分离技术

从气流中去除液体和固体在炼油和气体处理应用中是非常重要的。ob体育app下载官方app下载有效地去除这些污染物可以避免压缩机、涡轮机和燃烧器等下游设备出现昂贵的问题和停机时间。此外，碳氢化合物和固体污染物可诱导泡沫胺接触器塔在催化过程中会导致催化剂过早更换。在使用润滑油润滑气缸的压缩机中，润滑油经常进入排放气体，对下游造成污染。沉积在热交换器上的碳氢化合物薄膜会变厚并结焦，降低传热效率，增加能源消耗，并产生热点和泄漏的风险。


液体气和固体气的分离有几种技术可供选择。本文将首先提供以下气液分离技术的选择标准:

• 重力分选机
• 离心分隔符
• 过滤片分隔符
• 除雾器垫
• 液体/气体聚结器

然后专注于利用液/气凝聚技术从气体中分离细气溶胶。

删除机制

在评估特定技术之前，重要的是要了解用于固体气体和液体气体分离的机制。这些可以分为四种不同的类别。第一个也是最容易理解的是重力沉降，当液滴或颗粒的重量(即液滴或颗粒的重量)。重力)超过流动气体产生的阻力。

一个相关的和更有效的机制是离心分离，当离心力超过流动气体产生的阻力时发生。离心力可以比引力大几倍。

第三种固液气体分离机制被称为惯性撞击，当气体通过网络，如纤维和撞击屏障时发生。在这种情况下，气流沿着一个曲折的路径绕过这些障碍物，而固体或液体液滴倾向于沿着更直的路径，撞击这些障碍物。一旦发生这种情况，液滴或粒子就会失去速度和/或合并，最终落到容器底部或被困在纤维介质中。

最后，在非常小的气溶胶(小于0.1 μ m)下进行第四次液固气分离。这种机制被称为扩散拦截或布朗运动，当小气溶胶与气体分子碰撞时就会发生。这些碰撞导致气溶胶偏离障碍物周围的流体流动路径，增加了气溶胶撞击纤维表面并被清除的可能性。

在这一页中，液滴和颗粒的尺寸将以微米为单位。1微米是1毫米的1/1000或1英寸的39/1,000,000。图1显示了各种材料的微米尺寸。

删除机制

在评估具体的气液分离技术之前，了解用于从气体中去除液体和固体的机制是很重要的。这些可以分为四种不同的类型第一个也是最容易理解的是重力沉降，当液滴或颗粒的重量(即液滴或颗粒的重量)。重力)超过流动气体产生的阻力。

一个相关的和更有效的机制是离心分离，当离心力超过流动气体产生的阻力时发生。离心力可以比引力大几倍。

第三种固液气体分离机制被称为惯性冲击，当气体通过网络，如纤维和冲击屏障时发生。在这种情况下，气流沿着一个曲折的路径绕过这些障碍物，而固体或液体液滴倾向于沿着更直的路径，撞击这些障碍物。一旦发生这种情况，液滴或粒子就会失去速度和/或合并，最终落到容器底部或被困在纤维介质中。
第四种机制是在很小的气溶胶(小于0.1 μ m)下实现液固气分离。这种机制被称为扩散拦截或布朗运动，当小气溶胶与气体分子碰撞时就会发生。这些碰撞导致气溶胶偏离障碍物周围的流体流动路径，增加了气溶胶撞击纤维表面并被清除的可能性

在本文中，参考液滴和颗粒的大小将以微米为单位。1微米是1毫米的1/1000或1英寸的39/1,000,000。

图1显示了各种材料的微米尺寸。

液体/气体分离技术

重力分选机

在重力分离器或敲出鼓中，重力控制分离。气速越低，容器尺寸越大，液气分离效率越高。由于实现沉降需要很大的容器尺寸，重力分离器很少被设计用来去除小于300微米的液滴。敲除滚筒通常用于大宗分离或作为一级洗涤器。35 .在救援系统或犯规发球中，当需要将船体内部构件保持在最低限度时，击倒鼓也很有用。如果需要较高的分离效率，不建议使用重力分离器作为分离的灵魂源。

离心分隔符

在离心式或旋风分离器中，离心力可以作用在气溶胶上的力比重力大几倍。一般采用旋风分离器去除直径大于100 μ m的气溶胶，大小合适的旋风分离器对直径小于10 μ m的气溶胶的去除效率也比较合理。对于小于10 μ m的雾粒，旋风的去除效率非常低。对于蜡质或焦化物料，建议使用旋风分离器和敲除桶。

除雾

除雾器垫块的固液气分离机理是惯性碰撞。一般来说，除雾器垫(由纤维或针织网组成)可以去除1-5微米以下的液滴，但包含液滴的容器相对较大，因为它们必须以较低的速度操作，以防止液体再夹带。

过滤片分隔符

叶片分离器是在容器内的一系列挡板或板。再次控制分离的机构是惯性碰撞。叶片分离器对去除效率的质量速度很敏感，但通常可以以比除雾器更高的速度运行，主要是因为更有效的液体排水减少了液体再吸入。但是，由于组成曲折网络的板之间的路径比较大，叶片分离器只能去除比较大的液滴尺寸(10微米及以上)。通常，当气速超过设计速度为⁷局时，使用叶片分离器改装除雾器垫容器。

液体/气体聚结器

液体/气体聚结器粉盒结合了除雾器垫和叶片分离器的特点，但通常不指定用于清除散装液体。在散装液体系统中，高效聚结器通常放置在敲除鼓或撞击分离器的下游。气体通过一个非常细的包裹在外部表面的结合的纤维材料流动，以促进液体的排出(见下面的图2)。聚结器可以将液滴捕获到0.1微米以下。经过适当的设计和尺寸，从纤维包中排出聚结的液滴，气体流速比除雾器垫和叶片分离器的情况下要高得多，没有液体再夹带或增加整个组件的压降。

表1总结了每一种技术，并提供了正确选择的指南。正如你所看到的，对于含有非常细的气溶胶的系统，在5µm以下，应该选择一个聚结器。从气体中去除非常细的气溶胶对压缩机系统的经济、可靠性和维护都有很大的好处。

细气溶胶的形成

有几种不同的方式可以使非常细的液体气溶胶进入气流。

•饱和蒸汽凝结，
雾化(通过流量限制产生喷雾效果)
•液体集尘的再飞散。⁸

最近对天然气气流中气溶胶尺寸分布的研究已经确定，当节流阀和其他限制条件存在时，或当蒸汽处于它们的露点时，5微米以下的大量液滴是常事。如图3所示的测量是为了确定叶片分离器(重力分离器和水平过滤屏障的组合，相当于一个除雾垫)下游采样的天然气流中液体气溶胶的浓度。结果表明，在许多情况下，大量的气溶胶可以通过这种类型的分离器，因为液滴太小，不能被这些分离设备捕获。因此，当需要高回收率来保护下游设备或回收有价值的液体产品时，液体/气体聚结器应该是首选的技术。

评级/大小

需要注意的是，聚结器不同于过滤器，它既能过滤细小的固体颗粒，又能将气流中的液体气溶胶聚结。聚结器的尺寸和评级标准与液体的去除有关，对聚结器的最终性能非常关键。小尺寸的聚结器会导致连续的液体再夹带，非常低的液气分离效率，并且容易受到任何工艺变化的影响。图4说明了聚结器粒径的关键性质，它表明，一旦聚结器受到太多液体的挑战(要么是因为气流中的气溶胶浓度高，要么是因为气体流速高)，聚结器的性能会迅速下降。这标志着与大多数其他分离设备的显著不同，这些设备的性能随着超过额定最大值而逐渐下降。

传统的聚结剂性能验证方法是邻苯二甲酸二辛酯(DOP)试验。在本试验中，DOP蒸汽在可控条件下连续凝结产生直径为0.3 μ m的单分散气溶胶。当气溶胶生成稳定(粒径和气溶胶浓度不变)时，用光散射光度计测量聚结器上游和下游的DOP浓度。结果以所用流速下DOP渗透率的百分比表示。

DOP测试的主要缺点包括¹²
1.测试是在干燥或不饱和的药筒上进行的。从本质上讲，干燥的墨盒就像海绵一样，吸收任何穿过它的液体。DOP测试没有测量的是，当液体饱和聚结剂介质时，聚结剂保持液体的能力，并可能在下游重新夹带。

2.这就导致了第二个缺点;与饱和元件的实际压降相比，整个总成测量的压降被低估了。饱和DP大约是清洁DP的2-4倍。

3.测试是在部分真空环境下进行的，在这种环境下气体的性质(密度和粘度)与实际操作压力下的情况非常不同。DOP测试条件往往会夸大聚结器元件的效率。

为了避免DOP测试的缺点，Pall开发了液体气溶胶分离效率(LASE)测试。该测试完全是为了测量聚结器在压缩气体流中的性能而开发的，其条件更类似于炼油厂或天然气处理厂的条件。用于此测试的系统如图5所示。

LASE测试与DOP测试的区别如下:

1.它给出了一个更准确、更有意义的效率衡量标准。DOP效率基本上告诉你0.3 μ m的邻苯二甲酸二酯液滴将被干燥的聚结器除去的百分比;LASE测试可以告诉你聚结器下游气体中污染物的含量。换句话说，LASE测试告诉你的是你的下游设备会暴露在多少污染物中。

2.DOP使用单分散(即;相同大小的)DOP液滴，DOP是一种在气体处理或炼厂气流中不常见的液体;LASE测试使用的润滑油滴大小在0.1-0.9 μ m之间。

3.LASE测试更接近模拟工艺条件，通过在饱和的药筒上运行，并在正压力下进行。

表2显示了DOP和LASE测试的比较。

设计及其对尺寸的影响

改进聚结器设计的目标是最大化效率，同时防止液体再夹带。当聚集在聚结器元件上的液滴被排出气体带走时，就会发生再夹带。当流出气体的速度，或环空速度超过排水液滴的重力时，就会发生这种情况。

我们前面讨论了正确的聚结剂粒径的重要性。在设计和确定聚结器尺寸时，必须考虑以下参数:

• 气体通过介质的速度，
• 气体流出介质的环形速度，
• 进口气体中的固体和液体气溶胶浓度
• 聚结器的排水能力

除入口气溶胶浓度外，上述每一个因素都是可以控制的。在气体流量恒定的情况下，可以通过改变介质孔隙结构的粗糙度或增加或减少使用的筒数来控制介质的速度。然而，介质越粗，聚结器去除液体的效率就越低。

在恒定的气体流量下，气体的出口速度可以通过增加或减少容器的尺寸或盒之间的空间来控制。

可以通过选择低表面能聚结剂材料或用一种化学物质处理聚结剂介质来改善排水，这种化学物质可以降低介质的表面能，使其低于待聚液体的表面张力。具有低表面能的材料可以防止液体润湿过滤介质，并加速液体沿着介质的纤维向下排水。聚集在纤维材料上的液体通过纤维网络迅速下落，而没有在孔隙中积聚，否则它会被气体推过并重新夹带。图6显示了化学处理对聚结剂的影响。它表明，经过化学处理的药筒的最大流量是未经过化学处理的类似药筒的两倍多。

我们可以从这些设计参数中得出这样的结论:带有大量具有非常细孔的筒体的大壳体可以很容易地消除气流中可能遇到的任何液体问题。显然，与这种容器相关的成本是非常高的。随着容器尺寸和药筒数量的减少，再夹带的概率也会降低，去除效率也会降低。此外，随着总成尺寸的减小，压降也会增加，从而导致作业成本增加。因此，需要进行优化。在评估聚结器总成时，确保在确定总成尺寸时将所有这些参数都考虑在内。聚结器最好与敲除鼓或其他撞击分离器一起使用。

液体/气体聚结器的现场测试

需要排除液体的气体流的现场测试可以提供以下信息:

1.气体中的液体量，
2.高效凝聚液体的能力
3.固体颗粒物质的数量。

因此，准确的采样变得至关重要。通过测试聚结器筒准确测量气体流速，以确定气体中存在的液体的数量和性质是非常重要的。

为此，设计了一个完整的测试套件来进行侧流液/气聚结器测试。这个测试套件如图7所示。它包括:(1)通过小球阀连接到独立油底壳的一个药筒的聚结器壳体;(2)聚结器壳体下游的孔板流量计，包括法兰、孔板和差压表;(3)针阀，用于调节通过聚结器壳体的气体流量;(4)聚结器壳体的上游和下游两个样品端口，两个气体检测套件可同时连接到该端口，分析进水和出水气体质量;以及(5)两根长柔性不锈钢软管，将检测组件连接到主气体管路和排放管路。

测试程序

在前往现场进行现场测试之前，要联系设备以获得系统条件(压力、温度、气体流量、气体类型以及如果可能的话气流中的液体浓度)。根据这些信息，选择孔板来测量指定范围内的气体流量。所述孔板的选择也可将压降降至最小，从而不会导致气体冷凝和水合物形成。

侧流测试组件上线后，流量调整到临界流量以下，以避免二次夹带。一旦聚结器滤筒达到饱和状态，将测试膜插入聚结器壳体上游和下游的测试夹具中，将滤筒饱和期间可能积聚的任何液体清空，然后开始实际的测试。

在测试结束时，测量水池中积累的液体体积，并收集到样品瓶中，用于后续的实验室分析。测试膜也被收集来确定悬浮在气体中的固体的数量，并用于固体污染物的定性鉴定。液体气溶胶浓度由液体凝聚量和气体采样量决定。

现场试验结果

在气体处理厂和炼油厂对49种气体流(天然气、二氧化碳、氢气和燃料气)的现场测试结果表明，大多数气体流中存在大量液体。图8总结了这些测试的结果。在49个测试流中，超过85%(49个测试中的43个)的液体浓度大于1 ppmw。这种液体浓度会导致严重的旋转设备问题，并会导致胺接触单元的工艺操作不良。

结论

1.选择气/液分离技术不仅需要了解工艺条件，还需要了解液体污染物的特性。应根据液滴大小、浓度以及液体是否有结蜡或结垢倾向来选择。

2.通过现场数据分析表明，由于在大多数气体处理过程中存在非常细的液滴(低于1微米)，当需要高回收率来保护下游设备或回收有价值的液体时，应推荐使用高效的液/气聚结器。

3.聚结器的尺寸和设计是至关重要的。一旦聚结器遇到过多的液体，无论是由于气溶胶浓度过高还是气体流速过大，其效率都会迅速下降。

4.液体气溶胶分离效率(LASE)测试是一项有意义的液体/气体聚结器性能测试，因为它允许在接近实际操作条件(饱和元素、真实的压降和气体特性(密度、粘度))的条件下测试聚结器筒。

5.聚结剂介质的表面处理改善了纤维材料中的液体排出，并将处理给定流量所需的筒体数量减少了50%。

6.现场测试表明，炼油厂和天然气处理厂的气流中存在大量的液体。

参考文献

1.C.R. Pauley, D.G. Langston和f.c. Betts，“重新设计的过滤器解决路易斯安那州天然气厂的发泡和胺损失问题”，《石油与天然气杂志》，1991年2月4日。

2.佩里的化学工程师手册，第6版，McGraw-Hill，纽约，1984，第18章，第48-56页。

3.佩里的化学工程师手册，第6版，McGraw-Hill，纽约，1984，第18章，第48-56页。

4.K. J. Fewel Jr.， J. A. Kean，“计算机建模辅助分离器改造”，《石油与天然气杂志》，1992年7月6日。

5.A. K. Coker，“计算机程序改进气液分离设计指南”，《石油与天然气杂志》，1993年5月10日。

6.佩里的化学工程师手册，第6版，McGraw-Hill，纽约，1984，第18章，第48-56页。

7.K. J. Fewel Jr.， J. A. Kean，“计算机建模辅助分离器改造”，《石油与天然气杂志》，1992年7月6日。

8.佩里的化学工程师手册，第6版，McGraw-Hill，纽约，1984，第18章，第48-56页。

9.C. A. G. Regan和M. Baker，“一种新型分离器/洗涤器设计方案——上下游设备对分离性能的影响”，论文发表于1992年5月14-15日第九届天然气加工协会欧洲分会大陆会议。

10.佩里的化学工程师手册，第6版，McGraw-Hill，纽约，1984，第18章，第48-56页。

11.C. Dickenson，《过滤器和过滤手册》，第三版，Elsevier Adv. Tech，牛津，1992，第44-47页。

12.K. Williamson, S. Tousi和R. Hashemi，“气/液聚结器性能分级的最新发展”，论文发表于3月21-25日美国过滤学会第1届年会，海洋城，马里兰州。

13.J. D. Miller, E. E. Koslow, K. W. Williamson，美国专利4,676,807,1987年6月30日;id。美国专利4,759,782号，1988年7月26日。