本发明专利技术公开了一种天然气分离装置，该天然气分离装置包括涡流管、热端管和冷端管，热端管的进气口与涡流管的热出气口相通；还包括拉瓦尔喷管，且其两端分别与涡流管的冷出气口与冷端管的进气口相通。气流在热端管到拉瓦尔喷管时，由于喷管面积缩小，气流压力升高，流速增加，在喷管喉部到达音速状态，然后，随着喷管面积增加，气流压力减低，气体继续膨胀，形成超音速气流，其温度急剧降低，在气体降温过程中，包含在气体内的CO2、硫化物等杂质类组份将结露，并由于涡流管的离心力抛向喷管的壁面，实现分离。该装置不仅结构简单，所需成本低，而且具有良好的分离效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气液分离
，更具体的说，涉及一种用于天然气提纯的天然气分1 装直。
技术介绍
目前，天然气已是当今世界能源消耗中的重要组成部分，它与煤炭、石油并称为世 界能源的三大支柱。由于天然气以气态存在，这就使得天然气的运输、调配都非常困难；因 此，当前一般先将天然气进行液化。对于一些边远小气田、油井残气形成的天然气而言，对 其进行液化处理几乎是对其利用的唯一方式。从天然气气井和煤层气井中采集出来并经过粗分离的天然气，里面都含有一定量 的水蒸气、二氧化碳、硫化物和烃类等杂质类组份。这些杂质类组份都要在天然气液化前 对其进行回收净化，否则在液化过程中，这些杂质类组份会凝结，进而冻结，堵塞管道或换 热器，造成下一步工序无法完成，严重时，造成管道设备损坏，引起天然气泄漏，发生重大事 故。对其回收净化的方式主要有分子筛脱水、溶液法脱硫脱碳等方式。按照现有的分 子筛脱水、溶液法脱硫脱碳工艺进行前期处理的话，所需设备不仅投资巨大，而且设备尺寸 巨大、工序繁琐，投入产出比较低。还有一种分离设备主要利用旋流分离器依靠环境温度进行冷却、分离，虽然结构 简单而且成本低，但是此分离设备受环境影响严重，在环境温度较高时，此分离设备对水蒸 气和烃类的分离不彻底，而对于硫化物等更是难以起到分离的作用，总起来说，分离效果不佳。因此，在天然气液化之前，如何有效地分离天然气中的水蒸气，特别是硫、碳等杂 质类组份，是本领域技术人员需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种天然气分离装置，该天然气分离装置不仅能够有效地分离天然 气中的杂质类组份，而且结构简单、成本低。为实现上述目的，本专利技术提供了一种天然气分离装置，该装置包括涡流管、热端管 和冷端管，所述热端管的进气口与所述涡流管的热出气口相通；还包括拉瓦尔喷管，且其两 端分别与所述涡流管的冷出气口与所述冷端管的进气口相通。优选地，还包括回收器，所述回收器呈筒状，套接于所述拉瓦尔喷管的外周；所述 回收器的内壁与所述拉瓦尔喷管的外壁之间形成回收腔；所述拉瓦尔喷管外壁开有通孔， 所述通孔连通所述回收腔。优选地，所述回收器为圆筒状。优选地，所述回收器的外形与拉瓦尔喷管的外形相同。优选地，所述回收器设置有排液口。优选地，还包括储存罐，所述储存罐的储存腔通过输送管道与所述回收器的排液 口相通。优选地，还包括解旋器，所述解旋器安装于所述冷端管进气口处。优选地，还包括热端调节阀芯，且安装于所述热端管尾部端面；所述热端调节阀芯 边缘与热端管端口周边之间形成热出气口。相对于现有技术，本专利技术提供了一种天然气分离装置，该天然气分离装置包括涡 流管、热端管和冷端管，所述热端管的进气口与所述涡流管的热出气口相通；还包括拉瓦尔 喷管，且其两端分别与所述涡流管的冷出气口与所述冷端管的进气口相通。该天然气分离装置内部气流经过拉瓦尔喷管可以加速到超音速，加速的同时，气 体的温度被降到很低的程度，能够达到140K以下，使其中的水蒸气，特别是含硫、碳等杂质 类组份凝结成液体滴而被分离。该天然气分离装置不仅结构简单成本低，而且具有良好的 分离效果。附图说明图1为本专利技术提供的天然气分离装置的结构示意图。 具体实施例方式本专利技术实施例公开了一种天然气分离装置，该天然气分离装置能够使天然气液化 之前，有效地分离天然气中的水蒸气，特别是硫、碳等杂质类组份，不仅结构简单成本低，而 且具有良好的分离效果。为了使本
的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面将结合附图和 具体实施例对本专利技术提供的技术方案作进一步的详细说明。请参考图1，图1为本专利技术提供的天然气分离装置的结构示意图。本专利技术提供的天然气分离装置包括涡流管1、热端管2和冷端管3，热端管2的进 气口与涡流管1的热出气口相通；还包括拉瓦尔喷管4，拉瓦尔喷管4由两个锥形管构成， 其中一个为收缩部分，另一个为扩张部分；在气流流动方向上，收缩部分的流通截面由大变 小地向内收缩，扩张部分又由小变大地向外扩张；收缩部分流通面积最小的一端与扩张部 分流通面积最小的一端相通，在中间形成一个窄喉。拉瓦尔喷管4两端分别与涡流管1的 冷出气口与冷端管3的进气口相通。高压天然气由进气导管导入涡流管1中，在涡流管1的腔室中膨胀降压后，经热出 气口沿切向进入热端管2，并在热端管2中形成涡流，经过动、热能交换分离成温度不同的 两部分，中心部分即为冷气流，边缘部分的气体集中至涡流管的另一端即为热气流。冷气流 在热端管2尾部端面中心部分的阻挡下，沿热端管中心返回涡流管1的腔室中心并进入拉 瓦尔喷管4中，冷气流在进入拉瓦尔喷管4时，由于拉瓦尔喷管4收缩部分流通面积缩小， 冷气流压力升高，流速增加，在拉瓦尔喷管4喉部到达音速状态，然后，随着拉瓦尔喷管4扩 张部分流通面积增大，冷气流压力降低，气体迅速膨胀，形成超音速气流，其温度急剧降低 到140K以下。拉法尔喷管4的张角、喷管的长度设计都与冷热端压力比和流量有密切关系。 在上述降温过程中，高露点的组份，包括二氧化碳、硫化物、烃类等杂质类组份被液化，并由 于强大的离心力而被抛向壁面。气流经过喷管后，并进入冷端段，然后流出涡流管。流出涡流管低温段的气体，便成为了液化天然气的冷源。在上述过程中，天然气能够在拉瓦尔喷管4中达到很低的温度，从而能够有效地 分离出水蒸气、二氧化碳、硫化物、烃类等高露点的杂质类组份，而且，该天然气分离装置的 结构简单，所需成本低。在上述装置的基础上，天然气分离装置还可以包括回收器5，回收器5呈筒状，可 以为圆筒状，也可以是外形与拉瓦尔喷管4相同的筒状。回收器5套接于拉瓦尔喷管4外 侧，且回收器5内壁与拉瓦尔喷管4外壁之间形成回收腔，拉瓦尔喷管4外壁开有通孔，通 孔连通回收腔。在实际工作过程中，大量的水蒸气、二氧化碳、硫化物、烃类等高露点的杂质 类组份于拉瓦尔喷管4处凝结成液体，并由于高速离心力而被抛向壁面，此时，所凝结的液 体通过拉瓦尔喷管4所开的通孔流入回收器5内壁与拉瓦尔喷管4外壁形成的回收腔中， 避免了由于被分离物过多而导致的气流通道被堵塞的问题。进一步于回收器5设置有排液口，可以将回收腔内的液体及时排出。当然，还可以 在回收器5之外设置一个储存罐，储存罐的储存腔通过输送管道与回收器5的排液口相通。 通过回收器5的排液口将回收的液体储存于储存罐内，使回收储存过程更加简单快捷。该天然气分离装置还可以进一步包括解旋器6，解旋器6具有气流导向叶片，安装 于冷端管3的进气口处。经过分离的天然气由拉瓦尔喷管4流出时，仍呈高速旋转的涡流状 态，流经解旋器6时，由于解旋器6由气流导向叶片组成，且气流导向叶片的偏转角度与呈 涡流状态的气流旋转方向相反，能够解除天然气的旋转，使天然气形成平稳地进入冷端管， 便于进行下一步的液化工序。该天然气分离装置还可以进一步包括热端调节阀芯7，热端调节阀芯7安装于热 端管2尾部端面，热端调节阀7边缘与热端管2端口周边之间形成热出气口。一部分热气 流由热端管2的热出气口流出；外部仪表能够根据流出的热气流获得预定的参数；根据预 定的参数可以判断分离过程是否正常进行；根据判断结果对天然气分离装置进行相应地调 节；若不需要调节时，该部分热气流将直接返回循环压缩机；另一部分气流被热端调节阀7 自身挡回，沿热端管2中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种天然气分离装置，包括涡流管、热端管和冷端管，所述热端管的进气口与所述涡流管的热出气口相通；其特征在于，还包括拉瓦尔喷管，且其两端分别与所述涡流管的冷出气口与所述冷端管的进气口相通。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孔松涛，赵丽君，蔡萍，刘娟，王堃，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：85
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