CN102369407B

CN102369407B - 多级旋流分离器

Info

Publication number: CN102369407B
Application number: CN200980158469.5A
Authority: CN
Inventors: 马尔科·贝廷; 科尼里斯·安东尼耶·特金克韦灵克; 罗伯特·帕特鲁斯·万贝克尔
Original assignee: Twister BV
Current assignee: Twister BV
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2029-02-05
Also published as: RU2509272C2; JP2012516772A; US9034082B2; JP5324670B2; AU2009339468A1; WO2010090510A1; RU2011136635A; AU2009339468B2; US20120024690A1; CN102369407A

Abstract

本发明涉及旋流分离器，包括喉部(4)，设置在合流入口段与分流出口段之间。旋流分离器设置为促进旋流朝着下游方向的分流出口段地通过合流入口段和喉部。分流出口段包括：用于可冷凝物去除的流体组分的内部主出口导管(7)和用于可冷凝物富集的流体组分的外部副出口导管(6)。旋流分离器包括另外的副出口导管(16)。外部副出口导管(6)位于沿旋流分离器的中心轴线(I)的第一位置上，并且另外的副出口导管(16)位于沿旋流分离器的中心轴线(I)的第二位置上。

Description

多级旋流分离器

技术领域

本发明涉及多级旋流分离器、用于分离液体的系统、以及从可压缩的流体流中分离液体的方法。

背景技术

将旋流分离器用于从天然气中提取液态天然气(NGL)是油气工业中的“惯例”。提取NGL以产生附加价值或者由于必须满足的某些规格，所以提取NGL。

WO03/029739A2描述了一种气旋式分离器，包括管状喉部，流体流在其内被加速至可能的超音速并且由于绝热膨胀而迅速冷却。快速冷却将导致流体流中的可冷凝蒸汽冷凝和/或凝固为小液滴或微粒。如果流体流为由天然气生产井浮起的天然气流，那么该可冷凝蒸汽可以包括水、碳氢化合物、二氧化碳、硫化氢以及水银。这些分离器还包括在喉部上游的入口段内的涡流产生叶片组件，该叶片或叶片组件相对于喉部的中心轴线倾斜或形成螺旋形，以便在分离器内形成流体流的漩涡运动。由流体混合物的漩涡运动施加的离心力将导致密度较高的冷凝和/或凝固组分旋流至喉部的内部以及分流出口段的外周边，而密度相对较低的气体组分则在分离器的中心轴线附近被浓缩。

气体组分随后通过主中央出口导管从分离器排出，而可冷凝物富集的流体流通过副出口从分离器排出，该副出口位于分流出口段的外圆周处。下面参考图1描述了气旋式分离器的更详细的说明。

如以下参考图1更详细地描述的超音速旋流分离器包括：分流分离室5(分流器)，用于从可冷凝物去除的流体组分中撇去可冷凝物富集的流体组分。分开的流体混合物的组成由在旋流分离器中外部副出口导管6的位置处的特定温度(T)和压力(P)下气相和液相之间的局部平衡条件来确定。这种分流器装置的优势是其在流上施加了允许所有流的最大静压恢复的最小干扰。

然而，如参考图1描述的旋流分离器具有一些缺点，例如：

-由于第一液滴在喉部4中或者喉部4之前沉积并且必须运送至流体分离室5，所以在高速段(喉部4与流体分离室5之间)中的液体滞留相对较高。沿该路径的滞留增加并且引起气相与液相之间耗散的相互作用，因而限制了旋流分离器内的最大容许液体负载。对于较重的气体，例如伴生气来说尤其如此；

-具有相对高沸点组分的液体将主要形成于喉部4附近，而具有相对低沸点组分的流体将主要形成于流体分离室5附近；结果是高沸点组分将与低沸点组分混合；

-在旋流分离器中水合物会黏附于墙壁形成，从而降低了旋流分离器的效率；

-进入的气流还可包括流体和固体颗粒，这些颗粒会消极地影响旋流分离器的性能；

-一旦形成液体，流的膨胀级会受到限制，从而限制了能够形成的液体总量。

WO00/23757描述了一种用于使用旋流分离器通过液化来分离气体混合物的组分的装置。根据WO00/23757，该装置包括适于放置在喉部后沿旋流分离器的中心轴线的不同位置处的不只一个副出口。考虑计算出的不同组分的露点、气流的速度以及特定组分液滴穿过墙壁的时间来选择副出口的位置。通过这样做，各种冷凝的气态组分在不同的副出口处被分开。WO00/23757描述了在喉部后位于沿旋流分离器的中心轴线的不同位置处的不同副出口处从烃类混合物中分馏出纯烃类组分。但是，这些被分开的烃类部分的纯度将不是最优的。

简短说明

目的是提供克服以上所述的缺点中的至少一个的旋流分离器以及方法。

根据一个方面，提供了旋流分离器，包括喉部，其被设置于合流入口段与分流出口段之间，

所述旋流分离器被设置为促进旋流朝着下游方向的所述分流出口段地通过所述合流入口段和所述喉部，

所述分流出口段包括：用于可冷凝物去除的流体组分的内部主出口导管和用于可冷凝物富集的流体组分的外部副出口导管，其中所述旋流分离器包括另外的副出口导管，所述外部副出口导管位于沿所述旋流分离器的中心轴线的第一位置，并且所述另外的副出口导管位于沿所述旋流分离器的中心轴线的第二位置。

根据另一方面提供了一种用于从包括可压缩流体流的入口进料中分离液体的系统，所述系统包括如以上所述的旋流分离器以及分馏塔，其中

-位于第一位置的外部副出口连接至所述分馏塔内的第一级，并且

-位于第二位置的另外的外部副出口连接至所述分馏塔内的第二级，

所述第一位置处于相对于所述第二位置的上游并且所述第一级低于所述第二级。

根据又一方面提供了一种用于从可压缩流体流中分离液体的方法，所述方法包括：

-向分别包括合流入口段、喉部以及分流出口段的旋流分离器提供旋流，

-从位于沿所述旋流分离器的中心轴线的第一位置处的外部副出口获得第一流，以及

-从内部主出口导管获得第三流，以及

-从位于沿所述旋流分离器的中心轴线的第二位置处的另外的外部副出口获得第二流。

根据又一方面提供了一种用于从作为可压缩流体流的入口进料中分离液体的方法，所述系统包括：冷却系统、根据以上所述的旋流分离器以及分离塔，其中

-冷却系统被设置为接收所述入口进料并朝向所述旋流分离器输出预冷进料，

-所述旋流分离器设置为接收所述预冷进料并朝向所述分离塔产生可冷凝物富集的第一输出进料和可冷凝物富集的第二输出进料，

-所述分离塔设置为产生所述分离塔的塔顶进料，

其中所述系统设置为将所述分离塔的塔顶进料中的至少部分引导至所述冷却系统以冷却所述入口进料。

附图说明

现在将结合示意性附图仅通过实施例来描述实施方式，在附图中相应的参考标记指示相应的部件，其中：

-图1示意性地描绘了气旋式分离器的纵剖面图；

-图2a和2b示意性地描绘了相图；

-图3、4、5示意性地描绘了根据不同的实施方式的旋流分离器；

-图6和7示意性地描绘了根据一个实施方式的旋流分离器；

-图8a和8b示意性地描绘了根据两个实施方式的旋流分离器；

-图9和10示意性地描绘了根据一些实施方式的分离系统；以及

-图11、12示意性地描绘了根据另外不同的实施方式的旋流分离器。

详细描述

作为示例，图1描绘了流体分离器的纵剖面图，流体分离器还可以被称为气旋式分离器、气旋式惯性分离器、旋流分离器。

现参看图1，图1示出了气旋式惯性分离器，包括涡流入口装置，该涡流入口装置包括梨形中央主体1，在该中央主体1上安装有一系列涡流产生叶片2，该中央主体1与该气旋式分离器的中心轴线I同轴布置并且布置在该气旋式分离器内部，以便在中央主体1与分离器外壳20之间形成环形流路3。

环形3的宽度被设计成使得该环形的横截面积在涡流产生叶片的下游逐渐减少，从而在使用中使得该环形中的流体速率增加并在涡流产生叶片的下游某一位置处达到超音速。

该气旋式分离器还包括管状喉部4，在使用中，涡旋流体流由此排入分流分离室5中，该分流分离室5装备有用于气态组分的中央主出口导管7，以及用于可冷凝物富集的流体组分的外部副出口导管6。中央主体1具有大体上圆筒形的细长尾部8，其上安装有流动矫直(flow straightening)叶片组件19。中央主体1的最大外部宽度或直径2RO最大大于管状喉部4的最小内部宽度或直径2Rn最小。

管状喉部4包括环形3的具有最小横截面积的部分。中央主体1的最大直径大于管状喉部4的最小直径。

以下描述如图1所示的气旋式分离器的各个部件。

相对于中心轴线I成角度(α)的涡流产生叶片2在流体流中形成环流。角度α可以在20°与60°之间。流体流随后被引导流动至环形流动区3中。该区的横截面定义为：

A_环形＝π(R_外 ²-R_内 ²)

后面的两者为环形在选定位置的外部半径和内部半径。该环形在该位置处的平均半径定义为：

在平均环状半径的最大值R_{平均，最大}处，流体流在涡流产生叶片组件2之间以速度(U)流动，这些叶片将流体流的流动方向以与偏转角(α)成比例的方式偏转，从而获得了等于U_φ＝U.sin(α)的切向速度分量和轴向速度分量U_x＝U.cos(α)。

在涡流产生叶片2下游的环形空间3中，涡旋流体流被膨胀至高速，其中，平均环状半径从R_{平均，最大}逐渐减小至R_{平均，最小}。

可以考虑到，在该环形膨胀期间出现以下两个过程：

(1)流体中的热量或焓(h)降低的数量为Δh＝-1/2U²，从而使首先到达相平衡的那些流动组分冷凝。这导致了包含有小液滴或固体颗粒的涡流雾状流。

(2)切向速度分量U_φ随着平均环状半径基本上依照等式逆向增大：

这导致了流体颗粒的离心加速度(a_c)急剧增加，该离心加速度最终约为：

在管状喉部4中，可引导流体流以进一步膨胀至更高速，或者保持在基本恒定的速度。在第一种情况下，冷凝正在进行中并且将获得大量颗粒。在后一种情况下，冷凝将在规定的松弛时间后停止。在这两种情况下，离心作用使得颗粒漂移至被称为分离区的与分离器外壳20的内壁相邻的流动区的外部圆周。颗粒漂移至流动区的外部圆周的时间周期决定了管状喉部4的长度。可以理解，这些颗粒可以包括固体的或者被固化的颗粒。

在管状喉部4的下游，可冷凝物富集的“潮湿”流体组分倾向于在邻近分流分离室5的内表面聚集，而“干燥”的气态流体组分被聚集在中心轴线I处或者其附近，于是潮湿的可冷凝物富集的“潮湿”流体组分经由一个狭槽、一系列狭槽、或者(微型)多孔部分被排入外部副流体出口6中，而“干燥”的气态组分则被排入中央主流体出口导管7中。

在分流的主流体出口导管7中，流体流进一步减速，以便将剩余的动能转换为势能。

分流的出口导管可以装备有流动矫直装置组件，例如流动矫直叶片组件19，以回收环流能量。

这里使用的术语“流体”指的是液相、气相、以及液相与气相的组合。这里所限定的流体还可以被装载有固体颗粒。

可以用其它适当的涡流产生装置代替涡流产生叶片2。例如，涡流产生叶片2可以通过提供流体的切向流入来形成。

可以用其它适当的流动矫直装置代替流动矫直叶片9。

应该理解，气旋式分离器大体上关于中心轴线I旋转地对称。

应该强调，以上描述的气旋式分离器仅是示例，并且以下描述的实施方式也可以应用到其它类型的气旋式分离器中，例如参考WO00/23757中讨论的那个。

实施方式

图2a示意性地描绘了相图，该相图示出了烃类混合物的露点曲线。该相图是压力-温度图，示出了烃类混合物的不同相：液相L、气相G以及包括液相和气相的混合相L+G。将混合相L+G与液相L分开的线称为泡点线BP。将混合相L+G与气相G分开的线为露点线DP。露点线与泡点线在关键点CP处相交。

示意性地，在旋流分离器中进行的过程由线A-B指示。流体以气相进入该旋流分离器(点A)并经过相图到达点B，在该点处是液相和气相的混合(点B)。在点A和B之间，该过程通过冷凝开始处的露点线DP。

这里应该强调，在图2a中示出的相图对于作为不同组分例如烃类组分的混合物的流体是典型的。混合物的组成决定关键点CP的位置以及泡点线BP和露点线DP的位置和形状。

当该过程通过露点线DP时，进入液相和气相L+G区，液体将会形成。随着温度T的降低和压力P的降低，即，沿着线AB，流体的组成将改变。术语“组成”通常被定义为组分I＝1，...，N的全部混合物的各部分(基于摩尔/质量)的总和。

应该强调，尽管不同的纯组分可以具有不同的露点温度，但是在这些组分的混合物中，当沿着线AB时，这不会引起不同组分的随后冷凝。相反，当经过露点线DP时，立刻形成包括各组分的混合物的液体，当进一步朝点B行进时，该液体的组成将改变。

例如在现有技术文件WO0023757(A1)中建议的，旋流分离器被描述为包括“多个分离装置，例如环状槽；第i个组分的所述分离装置，例如环状槽，在使用中位于离冷凝气组分的露点距离Li处，这里Li＝Vi.Ti，Vi为在使用中第i个气体组分的露点处气体流动的速度，Ti为在使用中第i个气体组分的冷凝液滴从喷嘴的轴线运动到工作段的墙壁花费的时间。根据WO0023757，用多个分离装置通过相继的冷凝以及经由第一分离装置的最高沸腾组分和在第二分离装置中的第二最高沸腾组分的分离等将混合物中出现的单个组分分开。

然而，本文所示的实施方式都是基于对在WO0023757中描述的、这种将气态混合物分割成纯液化组分在物理上是不可能的应用的洞悉。通过本应用重做WO0023757中的实施例3，不会得到纯组分(丁烷、丙烷、甲烷)，而得到了这些组分的三种不同的混合物。

总结以上内容可以发现，在甲烷、乙烷、丙烷以及丁烷的这些非常好的可混溶混合物中没有明显的组分分馏发生。

本文所呈现的实施方式都是基于对图2不能由不同的组分的单独的沸腾线构成的洞悉。在相关压力下(例如，65atm)，不同的组分之间的分子相互作用太有力，以致不能假设理想的相特性。因而具有较低冷凝温度的蒸汽组分能够溶入具有较高冷凝温度的组分的流体中。因此，这些组分的相界线融入对作为整体的混合物有效的一个有效相界线内。在图2a中示出了混合物的这种相界线。

因而，在如WO0023757(A1)建议的超音速分离器中，物理上是不可能得到纯组分液体部分的。对于在WO0023757(A1)中建议的这种尖锐的切割分馏，需要利用重沸器和回流冷凝器。在WO0023757中没有这些使用方法的教导。

本发明基于对在WO0023757中提供的实施方式不能获得纯组分分馏的洞悉。因此，本文所提供的实施方式利用了该洞悉以提供改进的旋流分离器。

在图2a中所示的虚线表示在相图中具有类似液体组成的位置。因而，从露点线DP运动到点B(沿路径AB)，经由用于可冷凝物富集的流体组分的外部副出口导管6获得的液体的组成发生变化。例如，在沿路径AB的位置1处，液体的组成可以是90％的乙烷和10％的甲烷，而在沿路径AB的位置2处，液体的组成可以是60％的乙烷和40％的甲烷。当然，这仅是提及两种组分的简单示例，而在实践中，组成可以包括更多的组分(乙烷、甲烷、丙烷、丁烷，等等)。

用于提供改进的旋流分离器的这种洞悉将从下面提供的实施方式中变得显然。

实施方式1

因此，根据第一实施方式(见图3)提供了一种旋流分离器，包括如以上参看图1所解释的、用于气态组分的中央主出口导管7和用于可冷凝物富集的流体组分的外部副出口导管6，并且包括另外的副出口导管16。该另外的副出口导管16可以用于可冷凝物富集的流体组分。

外部副出口导管6可以被放置在沿分离器的中心轴线的第一位置上，并且另外的副出口导管16可以被放置在沿分离器的中心轴线I的第二位置上。第一位置与第二位置都位于关于喉部的下游。

相应地，代替两个外部副出口导管6、16，可以在关于喉部4的下游、沿旋流分离器的中心轴线I的相应的另外位置处提供任何数量的副出口。

根据一个实施方式提供了旋流分离器，包括放置在沿该旋流分离器的中心轴线(I)的相应的另外位置上的多个另外的外部副出口。

具有置于沿中心轴线I的不同位置处的两个或多个外部副出口导管6、16的旋流分离器可以被称为多级旋流分离器。多级旋流分离器可以包括n级(外部副出口导管)，这里n为等于或大于2的自然数。

可以通过在旋流分离器的外壳上提供环状槽22来提供外部副出口导管6、16。通过使用在旋流分离器的不同位置处的涡流中伸出的锥形管(形成外部副出口导管6、16)来产生环状槽22。这些锥形管的入口边23是尖锐的，以便将流动干扰(例如，边界层脱离、冲击、等等)最小化。

多级旋流分离器的优势是在该旋流分离器的高速段中的液体滞留减少，并由此还减少了能量的损失。所形成的液体在较早级处被从旋流分离器移除，因而不会干扰或滞留更远下游的流体流动。例如，在多级旋流分离器中，较早(例如在喉部4附近)形成的液体不会干扰或滞留(第一)外部副出口导管6的下游的流体流动。这可以优化更远下游的过程，例如进一步分馏的过程。

多级旋流分离器具有这样的能力，即，将深膨胀应用到包含(潜在地)大量液体的流体上，而不会产生沿分离器几何位置的过度压降。两相流动典型的这种过度压降实际上通过在开始超音速膨胀之前的初始(亚音速)膨胀期间，将(第一外部副出口导管)所形成的液体移除而得到阻止。另外，通过副出口导管以有利于额外天然气液体的液化的方式改变平衡，使得在膨胀过程“中途”形成的天然气液体离开。

根据另一实施方式，可以从局部轴向马赫数(Mach number)小于1的第一位置获得第一流，和从局部轴向马赫数等于或高于1的第二位置获得第二流。第一位置可以位于相对于第二位置的上游。

副出口可以在旋流分离器后再次结合或者保持分离。在这两种情况下，多级旋流分离器都是有利的，因为其比单级旋流分离器获得更高的流体产量。

通过提供多级旋流分离器，具有高液相比的气体(例如富烃类进料气)可以用相对较低的压力损失得到有利地处理，而产生例如去除甲烷流体流和富含甲烷流体流。

图2b示出了在相图中该实施方式的影响。路径AB现在被路径A-B1-B2代替。B1对应于第一出口(把流动的方向考虑在内)。由于在该位置处的物质实际被移除，所以产生了新的相包络(phaseenvelop)(露点线DP2)。因此，进一步地膨胀将通向点B2，而不是之前的点B。膨胀线的斜率(dP/dT)是用于等熵效率的测量。斜率越小，等熵效率越高，即，对于给定的压降，温差越大。通过在点B1处的中间分离，更少的液体将进入减少了摩擦损耗的、沿曲线B1-B2的第二膨胀步骤，同时由于更大的温差会产生更多新的液体。因此，沿曲线B1-B2的膨胀比属于单级过程、沿初始膨胀线A-B的膨胀更有效。

根据实施例，饱和进料气在90巴压力和-41℃温度下进入旋流分离器。气体穿过涡流产生叶片2并朝喉部4运动。在通过喉部4之后，气体在54巴压力和-63℃温度下到达外部副出口导管6。外部副出口导管6挑选出第一可冷凝物富集的流体并恢复压力，导致在54-70巴压力下的输出流。

接着，气体在25巴压力和-92℃温度下到达另外的副出口导管16。另外的副出口导管16挑选出第二可冷凝物富集的流体并恢复压力，导致在54巴压力下的输出流。第一可冷凝物富集的流体将包括相对较多具有高沸点的液体，而第二可冷凝物富集的流体包括相对较多具有低沸点的液体。

因此，这个实施方式的结果是得到了具有不同分子量的不同的液体混合物。上游槽(靠近喉部4)产生了具有最高分子量的液体混合物(例如，贫甲烷)，而下游槽产生了具有最低分子量的液体混合物(例如，富甲烷)。

这个实施方式的另一结果是撤出的液体的全部数量相对较高，即，比使用单级旋流分离器时更高。

提供了一种旋流分离器，包括喉部4，设置在合流入口段与分流出口段之间，

所述旋流分离器设置为促进旋流朝着下游方向的所述分流出口段地通过所述合流入口段和所述喉部，

所述分流出口段包括：用于可冷凝物去除的流体组分的内部主出口导管7和用于可冷凝物富集的流体组分的外部副出口导管6，其中所述旋流分离器包括另外的副出口导管16，所述外部副出口导管6位于沿所述旋流分离器的中心轴线I的第一位置，并且所述另外的副出口导管16位于沿所述旋流分离器的中心轴线I的第二位置。

还提供了从可压缩流体流中分离流体的方法，包括：

-向分别包括合流入口段、喉部4以及分流出口段的旋流分离器提供气旋式流体流，

-从位于沿所述旋流分离器的中心轴线I的第一位置处的外部副出口6获得第一流，以及

-从内部主出口导管7获得第三流，

其特征在于：

-从位于沿所述旋流分离器的中心轴线I的第二位置处的另外的外部副出口16获得第二流。

所述第一位置和所述第二位置可以处于所述分流出口段中。中央主体1的最大直径可以大于管状喉部4的最小直径。

以上所描述的多级旋流分离器可以装备有两个分离级，即，所述(第一)外部副出口导管6和所述另外的副出口导管16。这些级位于沿所述旋流分离器的膨胀几何结构的不同的轴线位置处，从而使蒸汽/液体分离能够在两个膨胀压力下进行。

根据实施例，第一分离可以发生在亚音速的流体速度处，通常移除20％的流体，其中大约50％处于液相，约50％处于汽相。

第二分离发生在超音速的流体速度处，移除处于液相(大约50％)和汽相(大约50％)的流体的(大约)30％。

所述第一分离和所述第二分离都不会得到纯的部分(即，包括单一组分)，而会得到混合物。

分离流(经由外部副出口导管6和另外的副出口导管16的流)总计高达引入旋流分离器的NGL的总量的大约98％，这与单级旋流分离器相比较高。流体的剩余物(大约56％)是来源于NGL的过热蒸汽。

根据实施例，在使用中，外部副出口导管6可以处于流动的亚音速区中并且另外的副出口导管16可以处于流动的超音速区中。

通过将进料流加速至超音速来建立以上所述的旋流分离器内的冷却。在超音速的情况下压力通常降至进料压力的1/4，同时温度通常降至关于进料温度的1/3。对于给定的进料组成的P降与每单位T降的比率可确定膨胀的等熵效率，其可以约为85％。等熵效率表示在旋流分离器内出现的摩擦损失与热损失。

图3示出了(第一)外部副出口导管6与另外的副出口导管16均放置在喉部4的下游。然而，如将在下面另一实施方式中解释的，另外的副出口导管还可以放置在喉部4的上游。

实施方式2

将参照图4描述另一实施方式。

由旋流分离器接收的流体可以包括气态组分(甲烷、乙烷、丙烷、丁烷，等等)的混合物。然而，进入旋流分离器的流体还可以包括液体组分，例如水、液化烃。进入气旋式分离器的这些液体组分将被称为自由液体。

另外，进入气旋式分离器的流体还可以包括固体组分，例如粉尘、水合物、冰、碎片。进入气旋式分离器的这些固体组分将被称为自由固体。

自由液体与自由固体都穿过旋流分离器，并且由于离心力，在图1中所示的外部副出口导管6处从通过中央主出口导管7的流中分离。然而，这些自由液体和固体对旋流分离器的效率具有消极影响，因为：

-自由固体可损害分离器的内壁，

-旋流分离器的预期的最终产物通常不包括自由液体和/或固体，

-自由液体和/或固体导致在系统中的滞留，因而在高速段中的损失最高，

-水合物可贴附于壁上，产生与损失成比例的相对较高的滞留体积。

因此，目的是提供克服在进入分离器的流体中的自由液体和/或固体的存在的这些消极影响中的至少之一的一个实施方式。

图4示意性地描绘了根据实施方式的旋流分离器的纵剖面图。如图4中所示，提供了一种旋流分离器，包括设置在合流入口段与分流出口段之间的喉部4，

所述分流出口段包括：用于可冷凝物去除的流体组分的内部主出口导管7和用于可冷凝物富集的流体组分的外部副出口导管6，其中所述旋流分离器包括另外的副出口导管17，外部副出口导管6位于沿所述旋流分离器的中心轴线I的第一位置，并且另外的副出口导管17位于沿所述旋流分离器的中心轴线I的第二位置，其中所述第一位置在关于所述喉部4的下游并且所述第二位置在关于所述喉部4的上游。

所述第二位置可以位于关于所述喉部4的上游且关于所述涡流产生叶片2的下游。

另外，所述第二位置可以位于关于所述喉部4的上游且关于设在梨形中央主体1与分离器外壳20之间的环状间隙3的平均环状半径R_{平均，最大}的最大值位置的下游。

如图4所示，在第二位置处提供了另外的副出口导管17。另外的副出口导管17被设置为输出自由液体和/或固体，因此还可以被称为自由液体和固体出口导管17。

在关于喉部4的上游第二位置处，流体具有如上所述关于轴线I的切向速度分量U_φ。由于这个切向速度分量和相应的离心加速度(a_c)，自由颗粒被迫到达旋流分离器的分离器外壳20(的外壁)并通过另外的副出口导管17离开。

同时，轴向速度分量U_x在涡流产生叶片2与管状喉部4之间相对较低，因此自由液体和/或固体不会严重损坏另外的副出口导管17上游的旋流分离器。

如图4所示，设在喉部上游的另外的副出口导管17可以连接至容器40，在容器40中的液体(和固体)的水平高度通过使用液面控制单元41保持恒定，液面控制单元41连接至容器40的下游的阀42。存在于容器40中的气体将扩散回旋流分离器内。

根据这个实施方式，(外部副出口导管(6))的第一位置位于分流出口段，并且(另外的副出口导管(17))的第二位置位于合流入口段。

根据一个实施方式，旋流分离器的最大横截流动面积为A_最大，其可以符合于涡流产生叶片2，在另外的副出口导管17的位置处的旋流分离器的横截流动面积为A₁₇，并且以下适用于第二位置：

该区将对应于膨胀前的区，即，在使用中流动的速度通常低于0.3马赫的区。另外，在该区中的流不是可压缩的流体。因此，在该区中基本上没有冷凝发生。

通过在喉部4的上游提供外部副出口导管17，可存在于进入旋流分离器的流体流中的自由液体和/或固体可以被移除，从而减少如以上提及的自由液体和/或固体的消极影响。

当然，根据又一实施方式，可以提供两个以上的外部副出口导管，其中至少一个放置在喉部4的上游并且至少一个放置在喉部4的下游。

实施方式3

如本文所描述的旋流分离器通常用作用于从可压缩流体流分离液体的系统的一部分。这种系统例如可以包括旋流分离器和放置在该旋流分离器下游的继续分离装置。

如图1中所示的旋流分离器的外部副出口导管6可以连接至这样的进一步的流体分离器，以向继续分离装置提供可冷凝物富集的流体组分的流。

该继续分离装置可以是技术人员已知的分馏塔(fractionationcolumn)。分馏塔(也称为“蒸馏塔”或“蒸馏柱”)是包括设在分馏塔内的不同(垂直面)级处的不同塔盘(tray)的塔。在稳态操作中，每个塔盘都充满液体。分馏塔从底部加热。

根据可选的实施方式，除了分馏塔以外，可使用其它分离塔代替，例如填充柱、内嵌柱、内嵌接触器(Rapter)。

通过在下一塔盘级处的蒸发和随后的冷凝，作为蒸汽的组分将从一个塔盘向上运动到下一个塔盘。作为液体的组分将从一个塔盘向下运动到下一个塔盘溢出。结果是，具有低沸点的组分大体上停止在最高塔盘处，而具有高沸点的组分大体上停止在最低塔盘处。

分馏塔中的温度从底部至顶部下降。而且，每级上塔盘中的液体的组成是不同的。分馏塔通常充满了包括低沸点和高沸点组分的流。该进料流通常被提供至分馏塔中间的、包含与进料流类似的低和高沸点组分比率的塔盘之一。

图5示出了包括旋流分离器和分馏塔COL-1的系统的实施方式。该旋流分离器可以是如上所述的，即，包括设在合流入口段和分流出口段之间的喉部4的旋流分离器，

所述分流出口段包括：用于可冷凝物去除的流体组分的内部主出口导管7和用于可冷凝物富集的流体组分的外部副出口导管6，其中所述旋流分离器包括另外的副出口导管16，所述外部副出口导管6位于沿所述旋流分离器的中心轴线I的第一位置上，并且所述另外的副出口导管16位于沿所述旋流分离器的中心轴线I的第二位置上。中央主体1的最大直径大于管状喉部4的最小直径。所述第一位置和所述第二位置也都位于所述分流出口段。

分馏塔COL-1包括多个塔盘31，设置在所述分馏塔COL-1内的不同(竖直)级上。

可以从在沿旋流分离器的中心轴线I的第一位置处的外部副出口导管6获得第一流，并且可以从在沿旋流分离器的中心轴线I的第二位置处的至少一个另外的外部副出口16获得第二流，第二位置比第一位置处于更下游的位置。与第二流相比，第一流包括相对更多具有高沸点的组分。例如，第一流可以包括相对较多的乙烷、而第二流可以包括相对较多的甲烷。

第一流供应至分馏塔COL-1内的第一级的特定塔盘，并且第二流供应至分馏塔COL-1内的第二级的特定塔盘。由于第一流包括具有相对较高沸点的更多组分且具有更高的温度，所以第一级低于第二级。

为了将外部副出口导管6、16连接至分馏塔COL-1，可以提供导管32、33。

因此，根据实施方式提供了一种用于从包括可压缩流体流的入口进料S-1中分离液体的系统，所述系统包括如上所述的旋流分离器和分馏塔COL-1，其中

-位于第一位置的外部副出口6连接至所述分馏塔COL-1内的第一级，并且

-位于第二位置的另外的外部副出口16连接至所述分馏塔COL-1内的第二级，

还提供了一种用于从包括可压缩流体流的入口进料S-1中分离液体的方法，所述方法使用根据权利要求16所述的旋流分离器以及分馏塔COL-1，所述方法包括：

-通过位于所述第一位置的外部副出口6获得供应至所述分馏塔COL-1内的第一级的流，和

-通过位于所述第二位置的外部副出口16获得供应至所述分馏塔COL-1内的第二级的流，

级的选择可以以这样的方式进行，即，在使用中，从在第一位置处的外部副出口导管6获得的流体流的组成大体上匹配在分馏塔COL-1内的第一级的液体的组成和/或温度，以及从在第二位置处的另外的副出口导管16获得的流体流的组成匹配在分馏塔内的第二级的液体的组成。

当然，根据另一实施方式，如果提供了两个以上的外部副出口导管，则每个外部副出口导管可以连接至在分馏塔COL-1内的其自身对应的级。

应该理解，如果利用旋流分离器获得纯组分分馏是可能的，则不需要如上所述的连接到分馏塔COL-1。然而，如以上所解释的，用如在WO00/23757的权利要求中保护的、本文所描述的多级旋流分离器不可能获得纯组分的分馏。

实施方式4

具有PCT申请号PCT/NL2008/050172和欧洲专利申请号07104888.8、由当前申请的申请人提交的较早的专利申请中描述了没有狭长尾部8的根据图1的旋流分离器。

这些专利文件确认了这样的问题，即，中央主体1及其狭长尾部8需要紧密安装，才可能与应用预应力/预张力负载结合从而阻止不需要的振动。这很难处理，因为在中央主体1和狭长尾部8的外部端需要复杂的夹钳结构。另外，为了从中央主体1将这些大预应力/预张力负载传送至分离器，这些部件之间需要较大的安装装置，这引起了不需要的摩擦损失和流动干扰。较早的专利文件描述了一种旋流分离器，包括如上参考图1所述的中央主体1，但是不包括狭长尾段8。相反，中央主体包括被引导朝向管状喉部4的出口13，被设置为朝喉部4添加中央流。该中央流取代了狭长尾段8的角色(阻止涡旋破碎)，但克服了与这种狭长尾段8关联的一些缺点，例如以上所描述的缺点。

根据这些较早的专利文件(PCT/NL2008/050172和第07104888.8号EP申请)，本文提供了一种旋流分离器，包括：

-喉部4，设置在合流入口段与分流出口段之间，所述分流出口段包括：用于可冷凝物去除的流体组分的内部主出口7和用于可冷凝物富集的流体组分的外部副出口6；和

-中央主体10，设在流体入口段中所述喉部4的上游，所述中央主体10设置为与所述旋流分离器的中心轴线I大体上同轴，

所述旋流分离器设置为促进主要流朝向所述分流出口段地通过所述合流入口段和所述喉部，

其中所述中央主体10包括出口13，被定向为朝向所述管状喉部4并且设置为朝向所述喉部4添加中央流。这一点在图6中示意性示出。

中央主体10的最大直径可以大于管状喉部4的最小直径。

图6示出了旋流分离器的横截面图。相同的参考标号用来指示如以上相同的项。再次，可以提供于其上安装有一系列涡流产生叶片2的梨形中央主体10。中央主体10被设置为与旋流分离器的中心轴线I同轴并且设置在分离器内，以使得在中央主体10与分离器外壳20之间产生环状流路3。通过该环状流路进入旋流分离器的流体流将被称为主要流。旋流分离器还包括管状喉部4、分流分离室5，该分流分离室5装备有用于气态组分的中央主出口导管7和用于可冷凝物富集的流体组分的外部副出口导管6。

根据该实施方式，中央主体10不包括如图1的狭长尾段8。相反，中央主体10包括出口13。出口13被安置在中央主体10的下游侧，被定向为朝向喉部4。出口13的位置与方向大体上与中心轴线I一致。出口13被设置为将中央流添加至旋流分离器1。出口13还可以被称为中央出口13。

可以提供导管12，以向出口13提供流体流，如图6中所示。导管可以提供来源于合适的源的流体流，该合适的源可以位于旋流分离器的外部。

在使用中，中央流大体上与中心轴线I重合并且被主要流环绕。中央流可以是旋涡流。

由出口13提供的中央流体流可确保主要流在旋流分离器各处保持稳定。中央流发挥的作用类似于如以上参考图1所描述的、大体上圆柱形的狭长尾段8，即中央流阻止在主要流的中心轴线处的涡旋破碎。

由于中央流不是刚性物体(如尾段8)并且在与主要流相同的方向移动，所以中央流与主要流之间的摩擦相对较低。这有助于旋流分离器的效率。

中央主体10可以在横轴方向具有大体上圆形的形状，并且包括涡流产生装置2的上游，该涡流产生装置2的上游的鼻段的直径逐渐增加，以使得直径增加的程度在下游方向逐渐减小；并且中央主体10还包括涡流产生装置的下游，该涡流产生装置的下游段的直径在下游方向逐渐减小。这一点在图6中示出，图6示出了大体上梨形的中央主体10。

旋流分离器可以包括外壳20，在其中设置中央主体10以使得在外壳20的内表面与中央主体10的外表面之间存在环3。

可以在外壳20与中央主体10之间设有若干辐条21，用于安装中央主体10。因此，提供了包括外壳20的旋流分离器，在外壳中，中央主体10通过若干辐条21安装。

根据实施方式，可以在涡流产生装置2的上游提供辐条21，以使得辐条21对主要流有较小的消极影响。根据可选的实施方式，涡流产生装置2和辐条21可以合并为单独部件。根据实施方式(在附图中未示出)，导管12可以穿过一个或多个辐条21或者一个或多个涡流产生装置2的内部朝向供应源。

旋流分离器可以包括出口13，出口13包括涡流产生装置，用于在至少部分的旋流分离器内产生中央流的涡流运动。涡流产生装置可以由若干涡流产生叶片14形成，例如涡轮、切向入口等等。这在图7中示意性地示出，图7示出了根据一个实施方式的中央主体10的横截面图。提供给中央流的涡流可以小于主要流的涡流(即，沿中心轴线I每秒较少旋转或者每单位轴向距离较少旋转，以使得不会发生中央流的涡旋破裂)。通过向中央流添加涡流，在中央流与主要流之间的切向方向上的速度梯度减少，导致了较小的摩擦。此外，向中央流添加涡流提高了在中央流与外部主要流混合之后出现的混合流的稳定性。

因此，中央流动量将由在轴向与切向方向的外部主要流驱动。现在，现有技术的狭长尾段8的功能(即，阻止引起涡旋破裂的进一步切向加速)由气态中央流取代。主要流动量中的部分被用于(被调动)推动中央气流，而不是在狭长尾段8的边界处动量的摩擦损耗。

可以形成在出口13中的涡流产生装置，以提供具有与中央流相同方向的涡旋或旋转，也被称为并流模式。

根据可选的实施方式，可以在出口13中形成涡流产生装置，以提供具有与中央流相反方向的涡旋或旋转，即，逆流模式。逆流模式可以被认为是逐渐耗散主要流的切向动量。

本文参考图6和7描述的实施方式可用于与本文关于多级旋流分离器的、例如参考图3描述的其它实施方式结合。

根据一个实施方式(未示出)，位于关于(第一)外部副出口导管6的更下游的另外的副出口导管16被设置为将至少部分的流接合至出口13。

根据另一实施方式且如在图8a中所示，位于关于(第二)外部副出口导管16的上游的(第一)外部副出口导管6被设置为将至少部分的流接合至出口13。

可以提供气液容器11以收集来自第一和/或另外的副出口导管16的、具有可冷凝物富集的流体组分的流体流。这些流体流主要包括被旋流分离器的流体流分离的液体和/或固体。该液体L收集在气液容器11中。气态组分G可以存在于气液容器11中。另外，气液容器11中的液体L可以蒸发形成气态组分G。因此，气液容器11可以设有用于从气体部分分离液体部分的装置。适当的分离装置能够包括：涡流管、雾垫(mist mat)、叶片型除雾器等。

因此，根据这个实施方式，外部副出口6、16中的一个或多个可以连接至气液容器11，流体流由此被引导至出口13以形成中央流。这是产生中央流的有效方式。

由副出口导管6、16提供的流体可以包括气态组分，该气态组分应该经由主出口导管7离开旋流分离器。此外，由副出口导管6、16提供的液体L可以包括被已形成的液体意外捕获的组分。这些组分通常是易于从气液容器11中的液体L蒸发的较轻组分(甲烷、乙烷、丙烷)。被蒸发组分中的这些部分从气液容器被引导至入口12内并随后经由出口13引导进旋流分离器中，被蒸发组分的可冷凝部分将再次在喉部4中冷凝并能在第二步中被分离。

根据图8a，流体流可以从气液容器11中取得，但是应该理解，流体流还可以从其它来源或者可以从副出口导管6、16中的一个或多个中直接取得，即，不需要气液容器11。

根据另一实施方式，外部副出口导管6和另外的副出口导管16均至少部分得到反馈以向出口13提供中央流。事实上，当提供甚至更多(三个、四个或者更多)的外部副出口导管时，可以结合使用这些外部副出口导管中的任何多个，从而向出口13提供中央流。

因此，根据以上权利要求中的任何一个，提供了旋流分离器的一个实施方式，该旋流分离器进一步包括：

-中央主体10，设在所述喉部4的上游、所述流体入口段中，所述中央主体10被设置为与所述旋流分离器的中心轴线I大体上同轴，以在所述中央主体10与分离器外壳20之间形成环状流路3，

所述旋流分离器被设置为促进气旋式主要流朝向所述分流出口段地通过所述合流入口段和所述喉部，

其中所述中央主体10包括出口13，所述出口13被定向为朝向管状喉部4并且被设置为添加中央流朝向所述喉部4，

其中所述外部副出口导管6、16中的至少一个导管的至少部分连接至出口13，从而在使用中提供所述中央流。在使用中，所述中央流可以大体上符合于所述中心轴线I并且可以被所述主要流环绕。

还提供了如所描述的方法，其中提供了设在所述喉部4的上游、所述流体入口段中的中央主体10，所述中央主体10被设置为与所述旋流分离器的中心轴线I大体上同轴，以在所述中央主体10与分离器外壳20之间形成环状流路3，所述方法包括：

-使用所述旋流分离器，以促进气旋式主要流朝向所述分流出口段地通过所述合流入口段和喉部，其中所述中央主体10包括出口13，所述出口13被定向为朝向管状喉部4并且被设置为朝向所述喉部4添加中央流，其中所述外部副出口导管6、16中的至少一个导管至少部分连接至出口13，从而在使用中提供所述中央流。在使用中，所述中央流可以大体上与所述中心轴线I重合并且可以被所述主要流环绕。

用于提供中央流的外部副出口导管6、16、17可以位于任何合适的位置，例如在合流段、喉部4以及分流分离室5中。外部副出口导管6还可以设有位于外部副出口导管6中的另外的副出口导管36，如下面将参考图12更详细地描述。

图8b示意性地描绘了参考图8a描述的实施方式的变体。根据该实施方式，多级旋流分离器被连接至如以上参考图5所述的分馏塔COL-1。在图8b中可以看出，根据这个实施方式，分馏塔COL-1的塔顶进料至少部分用于出口13的输入，以提供中央流。

出口13的位置可以位于在使用中获得0.3-1马赫范围内的速度的区域。出口13的位置可以是涡流产生叶片2的下游和喉部4的上游，但是必定在R_{平均，最大}的下游。

马赫数与流动导管的横截面积(A)有关。在喉部4中，在最小横截面积附近实现音速(M＝1)。最小横截面积标示为A_喉部。在使用中，最大马赫数将在所述喉部的下游超过1，即，超音速。

可与涡流产生叶片2的位置重合的最大横截面积标示为A_最大。出口13的位置处的横截面积标示为A₁₃。

出口13可以位于适用以下关系的区域中：

且

这对应于在使用中速度大于0.3马赫的区域。该区域可在使用中对应于速度大于0.3马赫且低于1马赫的区域。

实施方式5

本实施方式描述了根据一个实施方式的用于NGL回收的工艺方案。该工艺方案包括如上所述的多级旋流分离器。

图9示意性地描绘了基于多级旋流分离器的工艺方案。该多级旋流分离器可以没有如以上参考图6-8b所述的狭长尾段8。

该工艺方案可以用入口进料S-1供应，该入口进料S-1可以为可压缩流体流(例如包含天然气的进料)，例如具有入口压力≥60巴和入口温度≈40℃。入口进料S-1被预冷以形成预冷的进料S-3。

可以使用第一冷却单元E-1在一些(中间)产物流上进行预先冷却，从而产生第一预冷进料S-2。可以通过激冷装置C-1使用例如丙烷作为冷却流体来进一步冷却第一预冷进料S-2，从而产生第二预冷进料S-3。

为了获得这种激冷装置(chilling device)C-1的高热力效率，第二预冷进料S-3的温度可以设定为大约-30℃。激冷装置C-1可以例如使用丙烷作为冷却流体。当通常冷却至低于-30℃温度时，这种冷却环流会变得效率低下或者无效。

为了克服激冷装置C-1的这个限制，提供第二冷却单元E-2。第二预冷进料S-3可以进一步通过第二冷却单元E-2冷却以形成第三预冷进料S-4。在第二冷却单元E-2中，对设在工艺方案中更下游的分馏塔COL-1(也称为“蒸馏塔”或“蒸馏柱”)的塔顶产物进行冷却。以上提供了这种分馏塔COL-1的一个示例。分馏塔的塔顶进料S-22在进行到如图9描绘的工艺方案的出口之前，被引导通过第二冷却单元E-2。

分馏塔的塔顶进料S-22相继用于第二冷却单元E-2和第一冷却单元E-1中。在第一冷却单元E-1之后，分馏塔的塔顶进料(S-22、S-27)被引导通过压缩机和空气冷却器，之后其与进料S-26结合作为进料S-30离开系统。

在第三预冷进料S-4进入旋流分离器之前，包含预冷进料S-4的气体和液体可以在器具(vessel)V-1中分开。器具V-1的气态塔顶进料S-5进入旋流分离器。液态塔底进料S-12经由第一阀VLV-1引导至第三冷却单元E-3，如下面将更详细地描述。

图9示出了具有两个外部副出口导管6、16的旋流分离器：旋流分离器包括喉部4，所述喉部4设置在合流入口段与分流出口段之间，

所述分流出口段包括：用于可冷凝物去除的流体组分的内部主出口导管7和用于可冷凝物富集的流体组分的外部副出口导管6，其中所述旋流分离器包括另外的副出口导管16，所述外部副出口导管6位于沿所述旋流分离器的中心轴线I的第一位置上，并且所述另外的副出口导管16位于沿所述旋流分离器的中心轴线I的第二位置上。

然而，应该理解，还可以使用具有仅一个外部副输出导管6的单级旋流分离器，或者使用具有两个以上(例如三个、四个或更多)的外部副输出导管的多级旋流分离器。

(第一)外部副输出导管6产生第一输出进料S-7并且第二外部副输出导管16产生第二输出进料S-8。内部主出口导管7产生可冷凝物去除的进料S-6。

在图9中可以看出，可以在第一冷却单元E-1中使用可冷凝物去除的进料S-6以产生第一预冷进料S-2。该可冷凝物去除的进料S-6可以满足依照烃类混合物的露点与热值的产品规格。在离开该方案的冷却段之前，S-6通过热交换器E-1以促进进料冷却。如果进料压力减去分离器压降(通常为入口压力的40％)高于或者等于所需的出口压力，那么不需要额外的压缩机就可将进料S-26与分馏塔的(再次压缩的和冷却的)塔顶进料S-22、S-27、S-28、S-29结合。

由于分馏塔COL-1的小尺寸(仅为气体流的约50％)和可冷凝物去除的流S-6的旁路压缩，所以能够获得在操作成本和资金成本上的节省。

第一输出进料S-7与第二输出进料S-8在分馏塔COL-1中得到进一步处理，该分馏塔COL-1通常在大约22巴压力下工作。离开旋流分离器的进料S-7与S-8的压力相当高，因而应降至分馏塔COL-1的压力。

在进入分馏塔COL-1之前，通过阀VLV-2与第二器具V-2的S-7的较高压力等于S-8的较低压力。

接着第一和第二输出进料S-7、S-8被供给至第二器具V-2，以产生蒸汽塔进料S-10与液体塔进料S-15。第二器具V-2仅是一个示例。根据可选实施方式，第二器具V-2可以省略或者用两个器具代替，一个用于进料S-8而另一个用于进料S7、S-9。

蒸汽塔进料S-10通过第三阀VLV-3“直接”连接至分馏塔COL-1(产生塔进料S-11)。

非常冷的液体塔进料S-15被引导经由第四阀VLV-4，之后其继续作为冷却的进料S-16到达第三冷却单元E-3。进料S-16可以具有＜-80℃的温度。第三冷却单元E-3可以使用进料S-16用于冷却分馏塔COL-1的侧线引出S-18。在经过第三冷却单元E-3之后，进料S-16可以继续作为进料S-17并且可以被插入分馏塔COL-1内。

第三冷却单元E-3还可以使用第一器具V-1的塔底进料S-12以冷却侧线引出S-18(经由产生进料S-13的第一阀VLV-1)。塔底进料S-12、S-13比进料S-16更多，但是没那么冷。在经过第三冷却单元E-3之后，该进料可以继续作为可在第一冷却单元E-1中使用的进料S-14并且可以继续作为进入分馏塔COL-1的进料S-25。

侧线引出S-18通常可以从塔盘数3-7(从分馏塔COL-1的塔顶计算)中之一取出。然后侧线引出S-18供应给第三冷却单元E-3，在第三冷却单元E-3中其冷却间接来自旋流分离器中的产物，例如被引导经由第四阀VLV-4到达第三冷却单元E-3、之后继续作为冷却进料S-19的、非常冷的液体塔进料S-15。冷却进料S-19被再次引入分馏塔COL-1中。

冷却的侧线引出S-19的再次引入可以如图9所示地进行。冷却的侧线引出S-19可以供应至第三器具V-3，第三器具V-3的塔顶进料S-20在比侧线引出S-18取出的级高的级处再次供应给分馏塔COL-1。另外，塔底进料S-21也在比侧线引出S-18取出的级高的级处再次供应至分馏塔COL-1。这种方式产生了回流。

在分馏塔COL-1的底部可以提供重沸器RB。在底部产生了塔底进料S-23，塔底进料S-23可以离开工艺方案，如图9所描绘的、通过泵P-1产生进料S-24。进料S-24中的部分可以反馈回分馏塔COL-1内。

应该理解，分馏塔COL-1仅是可以使用的分离塔的一个示例。还可以使用其它合适的分离塔，例如填充柱、内嵌柱、内嵌接触器(Rapter)、超音速液体除气器(SCOD)

由于旁路流(即，S-6)，塔进料S-11比例如使用涡轮膨胀机而不是旋流分离器的更多传统的方案含有远远更少的甲烷。因此，围绕分馏塔COL-1的方案适于这种不同的塔进料S-11。可以通过对使用第三冷却装置E-3的塔侧线引出S-18深冷却并将包含高浓度(＞40摩尔％)乙烷的、在第三器具V-3中提取的冷液体(进料S-21)供应给分馏塔COL-1的顶部来获得最优的分馏塔性能。该富乙烷液体(S-21)在最后的分离步骤中有效地吸收丙烷。

另外，来自分馏塔的塔顶进料S-22分别通过第二冷却装置E-2和第一冷却装置E-1以冷却入口进料S-1，并且在再次压缩和(可选的)冷却(S-27、S-28、S-29)之后与可冷凝物去除的进料S-6、S-26再次结合以形成进料S-30。

这个实施方式具有许多优点。

由于在旋流分离器中的预分离，塔进料S-11较小并且被预先浓缩。塔进料S-11较小的原因是过热蒸汽流(S-6)绕过分离塔COL-1。此外，进入分离塔的塔进料S-11由于在旋流分离器中预先浓缩(进料S-7、S-8)，所以每单位总流量中包含更多NGL。由于尺寸的减少，导致了分离塔的显著节省并且由于在塔COL-1的底部重沸器热负荷的减少(高达＞40％)，导致了运行成本的显著节省。此外，由于较小的流，所以再次压缩负荷较低。

使用旋流分离器提供了关于例如使用涡轮膨胀器的进一步的优点。旋流分离器的启动几乎瞬间并且由于其没有移动件，所以维护可以减至最小。另外，在膨胀中途移除NGL液体改变了相包络(见图2a和2b)，从而当体积液体负载被限制产生更多的液体时，允许更深的膨胀和/或更有效的膨胀。此外，旋流分离器可以有效地设置为多个、平行配置，不需要减少膨胀过程的热力效率就可以允许流量减少。最后，由于更紧凑的设计，在资金成本上也可以获得类似的节省。

图10示出了更示意性地描绘的类似实施方式。图10示意性地描绘了冷却系统CS、旋流分离器以及分离塔COL。入口进料S-1首先进入冷却系统CS，在其中入口进料S-1被冷却。接着，预冷进料S-4被供应给旋流分离器。

冷却系统可以包括一些冷却部件，例如第一冷却单元E-1、激冷装置C-1以及第二冷却装置E-2，如图9所示。

如以上参考图9所指出的，在冷却系统CS与旋流分离器之间可以存在另一些装置，例如第一器具V-1。

旋流分离器产生第一输出进料S-7和第二输出进料S-8，其均被引导进分离塔COL内。第一和第二输出进料S-7和S-8可以直接联接至分离塔COL，但是也可以间接联接至分离塔COL，例如通过一个器具。

旋流分离器可以是多级旋流分离器，然而也可以是仅包括第一输出进料S-7而不是包括第一和第二输出进料S-7、S-8的单级旋流分离器。

分离塔COL例如可以是分馏塔COL-1、填充柱、内嵌柱、内嵌接触器(Rapter)。另外，系统可以以这样一种方式设置以产生底部回流和顶部回流。

如以上参考图9所指出的，在冷却系统CS与旋流分离器之间可以存在另外的装置，例如一个或多个第二器具V-2。旋流分离器还可以直接连接至分离塔COL。

为了在冷却系统CS中获得有效的冷却，在冷却系统CS中使用分馏塔的相对较冷的塔顶进料S-22以冷却入口进料S-1。

应该理解，在图10中描绘的工艺方案是对在图9中描绘的更详细的工艺方案的简化表示。

应该理解，这个实施方式也可以放入使用单级旋流分离器的实践中。根据这个实施方式提供了一种用于从为可压缩流体流的入口进料S-1中分离液体的系统，所述系统包括冷却系统CS、旋流分离器以及分离塔COL，其中

-冷却系统CS被设置为接收所述入口进料S-1并朝向所述旋流分离器输出预冷进料S-4，

-所述旋流分离器设置为接收所述预冷进料S-4并朝向所述分离塔产生可冷凝物富集的输出进料，

-所述分离塔COL设置为产生所述分离塔的塔顶进料S-22，

其中所述系统设置为将所述分离塔的塔顶进料S-22中的至少部分引导至所述冷却系统CS以冷却所述入口进料S-1。

相应地，可以提供一种用于从作为可压缩流体流的入口进料S-1中分离液体的方法，所述系统包括冷却系统CS、旋流分离器以及分离塔COL，其中

-所述分离塔COL设置为产生所述分离塔的塔顶进料S-22，

根据另一实施方式，侧线引出S-18被从分离塔COL中取出并且抵抗从旋流分离器中取出的产物而在冷却单元E-3中冷却，从而产生冷却的进料S-19，该冷却的进料S-19被再次引入分离塔COL。这个实施方式可以通过如上所述用于液体分离的系统来执行，其中所述分离塔COL包括侧面出口和继续冷却单元E-3，其中所述侧面出口连接至继续冷却单元E-3以向所述冷却单元E-3提供侧线引出S-18，所述继续冷却单元E-3设置为产生冷却的进料S-19，

其中所述继续冷却单元E-3设置为接收从所述冷却系统CS与所述分离塔COL之间取出的、至少一个侧线冷却引出S-12、S-13；S-15、S-16，其中所述继续冷却单元E-3设置为使用所述至少一个侧线冷却引出S-12、S-13；S-15、S-16以冷却从所述分离塔COL中取出的侧线引出S-18，并且其中所述冷却的进料S-19被再次引入所述分离塔COL。

此外，可以提供相应的方法，即，用于分离如上所述的液体的方法，其中所述分离塔COL包括侧面出口和继续冷却单元E-3，其中所述方法包括：

-从所述分离塔COL经由所述侧面出口取出侧线引出S-18，

-向继续冷却单元E-3提供所述侧线引出S-18以产生冷却的进料S-19，

-从所述冷却系统CS与所述分离塔COL之间取出至少一个侧线冷却引出S-12、S-13；S-15、S-16，

-向所述冷却单元E-3提供所述至少一个侧线冷却引出S-12、S-13；S-15、S-16以冷却从所述分离塔COL中取出的侧线引出S-18，以及

-将所述冷却的进料S-19再次引入所述分离塔COL。

可以使用任何合适的分离器来取代旋流分离器。

可以从分离塔的塔盘数3至7(从分离塔COL的顶部计数)中取出侧线引出S-18。

应该理解，在使用具有仅一个外部副出口导管6的单级旋流分离器的情况下，仅存在第一输出进料S-7，该第一输出进料S-7可以供应给第二器具V-2，从而产生蒸汽柱进料S-10以及液体柱进料S-15。

实施方式6

将参考图11描述又一实施方式。

根据这个实施方式，提供了旋流分离器，其中外部副出口的第一位置处于分流出口段并且第二位置处于合流入口段。旋流分离器的最大横截流动面积为A_最大，并且旋流分离器在另外的副出口导管26的位置处的横截流动面积为A₂₆，并且使得在第二位置处具有：

和

应该理解，冷凝已经在所谓的喉部4之前发生，即，在分流段中。在喉部4之前的段中，流速增加以达到在喉部4的最小横截面附近的音速以及在通过喉部4的最小横截面之后的超音速。通常在0.3马赫以上，流是密度为ρ＝ρ(v)的可压缩流，v代表速度。结果是在该段中发生冷凝。

因此，在喉部4之前提供另外的副出口导管26，换句话说，在关于喉部和/或分流分离室5的上游。

另外的副出口导管26的位置可以位于在使用中获得0.3-1马赫范围内的速度的段中。另外的副出口导管26的位置在涡流产生叶片2的下游和喉部4的上游。

马赫数与流动导管的横截面积(A)有关。音速(M＝1)在喉部4的最小横截面积附近实现。最小横截面积标示为A_喉部。在使用中，最大马赫数大体上等于M＝1并且在喉部的下游具有超过1(M＞1)即超音速的进一步的膨胀。

最大的横截面积标示为A_最大。另外的副出口导管26的位置处的横截面积标示为A₂₆。

为了正确地定位另外的副出口导管26，可以在应用以下关系的段中放置：

且

这对应于在使用中速度通常高于0.3马赫的段。

根据另一实施方式，另外的副出口导管26的位置可以位于在使用中获得0.5-1马赫范围内的速度的段中。为了根据这个实施方式放置另外的副出口导管26，可以在应用以下关系的段中放置：

且

应该强调，以上的实施方式2涉及已经存在于进入旋流分离器的流中的液体与固体的移出，而本实施方式涉及冷凝的液体颗粒的移出。这些不同的目的导致了另外的副出口导管17与26分别不同的位置。

实施方式7

将参考图12描述又一实施方式。

根据这个实施方式提供了旋流分离器，其中第一位置与第二位置都处于分流出口段中。另外的副出口导管36可以放置在外部副出口导管6中。

图12示意性地示出了如以上参考图1描述的旋流分离器，现在该旋流分离器包括放置在外部副出口导管6中的另外的副出口导管36。

如以上提及的，分流分离室5设置为从可冷凝物去除的流体组分中撇去可冷凝物富集的流体组分。然而，不仅可冷凝物富集的流体组分被撇去，而且在外部副出口导管6中的流可包括气体。

该实施方式利用了在副出口6中可获得的剩余压降。可以使用该压降在环状导管(6)中使富含液体的流体进一步膨胀，以使得发生持续的冷凝。外部副出口导管6的入口用作第二喉部37。在外部副出口导管6的入口处的压力被称为P₆。该喉部可以具有间隙宽度D₃₇，D₃₇被限定为大体上垂直于流动方向。

在旋流分离器的入口处的压力被称为P_入。

在第二喉部37之后，流被允许进一步膨胀至超音速，以使得如果来自外部副出口导管6的出口压力(P_出)变低时，膨胀率会更高。换句话说，在旋流分离器上的压降(P_降＝P_入-P_出)越高，形成越大的膨胀。

出口压力P_出可以由外部副出口导管6的下游的分馏塔(在图12中未示出)确定。通常出口压力P_出在10-35巴的范围内并且入口压力P_入通常在40-100巴的范围内。因而，在外部副出口导管6上可获得的总可用压降可以为＞50％的入口压力P_入。

由于深NGL回收所需的压降通常为40-45％，所以在外部副出口导管6中可获得过度压降(例如，5％或者更多)以产生进一步膨胀。该过度压降可因此用在外部副出口导管6中以产生进一步的膨胀和进一步的冷凝。

由于在外部副出口导管6内的流仍为涡流，所以新冷凝的液滴与已存在于外部副出口导管6的入口处(即，在第二喉部37的入口处)冷凝的液滴一起被迫进入另外的副出口导管36。为了保持涡流运动，在第二喉部37与另外的副出口导管36之间的外部副出口导管6的平均直径可以保持尽可能地小，或者至少保持恒定。

另外的副出口导管36可以放置在关于外部副出口导管6的第一位置的下游的第二位置处，以使得第一和第二位置距离X，这里X≥5*D₃₇或者X＞10*D₃₇。如果在外部副出口导管6中的过度压降大于5％，为了得到通过导管36更多的流体流，可以将距离D延伸至超过10倍的D₃₇。

第二位置可以选择以使得其与在外部副出口导管6内膨胀最大的位置重合。

通过在最低可能温度下操作该第二分离装置，可以将液体在流动导管36中进一步浓缩，从而避免低沸腾液体过度的再次蒸发。

进一步的说明

以上描述旨在图解说明，而不是限制性的。因此，对本领域技术人员显然的是可以对所描述的本发明进行修改，而不偏离所附的权利要求书的范围。

Claims

1.用于从包括可压缩流体流的入口进料中分离液体的系统，所述系统包括：

旋流分离器，所述旋流分离器包括设置在合流入口段与分流出口段之间的喉部，所述旋流分离器被设置为促进旋流朝着下游方向的所述分流出口段地通过所述合流入口段和所述喉部，所述分流出口段包括用于可冷凝物去除的流体组分的内部主出口导管和用于可冷凝物富集的流体组分的外部副出口导管，其中，所述旋流分离器包括另外的外部副出口导管，所述外部副出口导管位于沿所述旋流分离器的中心轴线的第一位置，并且所述另外的外部副出口导管位于沿所述旋流分离器的中心轴线的第二位置，其中所述第一位置与所述第二位置均位于所述分流出口段中，以及

分馏塔，其中：

-位于所述第一位置的外部副出口导管连接至所述分馏塔内的第一级，并且

-位于所述第二位置的另外的外部副出口导管连接至所述分馏塔内的第二级，

所述第一位置处于相对于所述第二位置的上游并且所述第一级低于所述第二级，

其中，在使用中，所述外部副出口导管处于所述可压缩流体流的亚音速区中，并且所述另外的外部副出口导管处于所述可压缩流体流的超音速区中。

2.用于从作为可压缩流体流的入口进料中分离液体的系统，所述系统包括冷却系统、旋流分离器以及分离塔，所述旋流分离器包括设置在合流入口段与分流出口段之间的喉部，所述旋流分离器被设置为促进旋流朝着下游方向的所述分流出口段地通过所述合流入口段和所述喉部，所述分流出口段包括用于可冷凝物去除的流体组分的内部主出口导管和用于可冷凝物富集的流体组分的外部副出口导管，其中，所述旋流分离器还包括另外的外部副出口导管，所述外部副出口导管位于沿所述旋流分离器的中心轴线的第一位置，并且所述另外的外部副出口导管位于沿所述旋流分离器的中心轴线的第二位置，其中所述第一位置与所述第二位置均位于所述分流出口段中，其中：

-所述冷却系统被设置为接收所述入口进料并朝向所述旋流分离器输出预冷进料，

-所述旋流分离器被设置为接收所述预冷进料并朝向所述分离塔产生可冷凝物富集的第一输出进料与可冷凝物富集的第二输出进料，

-所述分离塔设置为产生所述分离塔的塔顶进料，

其中所述系统被设置为将所述分离塔的塔顶进料中的至少部分引导至所述冷却系统以冷却所述入口进料，

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述分离塔包括侧面出口和继续冷却单元，其中所述侧面出口连接至所述继续冷却单元以向所述继续冷却单元提供侧线引出，所述继续冷却单元被设置为产生冷却的进料，

其中所述继续冷却单元被设置为接收从所述冷却系统与所述分离塔之间获取的至少一个侧线冷却引出，其中所述继续冷却单元设置为使用所述至少一个侧线冷却引出以冷却从所述分离塔获取的侧线引出，并且

其中所述冷却的进料被再次引入所述分离塔。

4.用于从包括可压缩流体流的入口进料中分离液体的方法，所述方法采用用于从可压缩流体流中分离液体的旋流分离器和分馏塔，所述方法包括：

-向分别包括合流入口段、喉部以及分流出口段的旋流分离器提供气旋式流体流，

-从位于沿所述旋流分离器的中心轴线的第一位置处的外部副出口获得第一流，

-从内部主出口导管获得第三流，

-从位于沿所述旋流分离器的中心轴线的第二位置处的另外的外部副出口获得第二流，

-通过位于所述第一位置的外部副出口获得供应至所述分馏塔内的第一级的流，以及

-通过位于所述第二位置的另外的外部副出口获得供应至所述分馏塔内的第二级的流，

其中，在使用中，所述外部副出口处于所述可压缩流体流的亚音速区中并且所述另外的外部副出口处于所述可压缩流体流的超音速区中。

5.用于从作为可压缩流体流的入口进料中分离液体的方法，所述方法使用冷却系统、旋流分离器以及分离塔，其中所述方法包括：

-提供所述旋流分离器，所述旋流分离器包括设置在合流入口段与分流出口段之间的喉部，

-将所述旋流分离器设置为促进旋流朝着下游方向的所述分流出口段地通过所述合流入口段和所述喉部，

-使所述分流出口段包括用于可冷凝物去除的流体组分的内部主出口导管和用于可冷凝物富集的流体组分的外部副出口导管，

其中，所述旋流分离器还包括另外的外部副出口导管，所述外部副出口导管位于沿所述旋流分离器的中心轴线的第一位置，并且所述另外的外部副出口导管位于沿所述旋流分离器的中心轴线的第二位置，

所述方法还包括：

-通过所述冷却系统接收所述入口进料并朝向所述旋流分离器输出预冷进料，

-通过所述旋流分离器接收所述预冷进料并朝向所述分离塔产生可冷凝物富集的第一输出进料与可冷凝物富集的第二输出进料，

-通过所述分离塔产生所述分离塔的塔顶进料，以及

-将所述分离塔的塔顶进料中的至少部分引导至所述冷却系统以冷却所述入口进料，

其中，在使用中，所述外部副出口导管处于所述可压缩流体流的亚音速区中并且所述另外的外部副出口导管处于所述可压缩流体流的超音速区中。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述分离塔包括：侧面出口和继续冷却单元，其中所述方法包括：

-通过所述侧面出口从所述分离塔获取侧线引出，

-向所述继续冷却单元提供所述侧线引出以产生冷却进料，

-从所述冷却系统与所述分离塔之间获取至少一个侧线冷却引出，

-向所述继续冷却单元提供所述至少一个侧线冷却引出以冷却从所述分离塔获取的所述侧线引出，以及

-将所述冷却进料再次引入所述分离塔。

7.一种旋流分离器，用于从可压缩流体流中分离液体，所述旋流分离器包括设置在合流入口段与分流出口段之间的喉部，

所述分流出口段包括：用于可冷凝物去除的流体组分的内部主出口导管和用于可冷凝物富集的流体组分的外部副出口导管，

其特征在于，所述旋流分离器包括另外的外部副出口导管，所述外部副出口导管位于沿所述旋流分离器的中心轴线的第一位置，并且所述另外的外部副出口导管位于沿所述旋流分离器的中心轴线的第二位置，

8.根据权利要求7所述的旋流分离器，其中，所述旋流分离器包括中央主体，所述中央主体在所述合流入口段中设置在所述喉部的上游，所述中央主体的最大直径大于所述喉部的最小直径。

9.根据权利要求7-8中的任一项所述的旋流分离器，其中所述第一位置与所述第二位置均位于所述分流出口段中。

10.根据权利要求7所述的旋流分离器，其中所述另外的外部副出口导管安置在所述外部副出口导管中。

11.根据权利要求7-8中任一项所述的旋流分离器，其中所述外部副出口导管的所述第一位置在所述分流出口段中并且所述第二位置在所述合流入口段中。

12.根据权利要求7-8中任一项所述的旋流分离器，其中，在使用中，从局部轴向马赫数等于或大于1的所述外部副出口导管的所述第一位置获得第一流，以及从局部轴向马赫数小于1的所述第二位置获得第二流，所述第二位置位于相对于所述第一位置的上游。

13.根据权利要求12所述的旋流分离器，其中所述旋流分离器的最大横截流动面积为A_最大，并且在所述另外的外部副出口导管的位置处所述旋流分离器的横截流动面积为A₁₇，以使得在所述第二位置处：

14.根据权利要求12所述的旋流分离器，其中所述旋流分离器的最大横截流动面积为A_最大，并且在所述另外的外部副出口导管的位置处所述旋流分离器的横截流动面积为A₂₆，所述喉部的最小横截面积为A_喉部，以使得在所述第二位置处：

15.根据权利要求7所述的旋流分离器，其中通过在所述旋流分离器的外壳中提供环状槽形成所述外部副出口导管。

16.根据权利要求7所述的旋流分离器，进一步包括：

-中央主体，在所述流体入口段中设置在所述喉部(4)的上游，所述中央主体设置为与所述旋流分离器的中心轴线基本上同轴，以在所述中央主体与分离器外壳之间形成环状流路，

所述旋流分离器设置为促进气旋式主要流朝向所述分流出口段地通过所述合流入口段和所述喉部，

其中，所述中央主体包括出口，所述出口被引导朝向所述喉部并且被设置为朝向所述喉部添加中央流，

其中，所述外部副出口导管中的至少一个的至少部分连接至所述出口，以便在使用中提供所述中央流。

17.根据权利要求16所述的旋流分离器，其中，在使用中，所述中央流基本上与所述中心轴线重合并且被所述主要流环绕。

18.根据权利要求7所述的旋流分离器，包括多个另外的外部副出口导管，所述多个另外的外部副出口导管位于沿所述旋流分离器的所述中心轴线的相应的另外位置。

19.一种从可压缩流体流中分离液体的方法，包括：

-从位于沿所述旋流分离器的中心轴线的第一位置处的外部副出口导管获得第一流，以及

-从内部主出口导管获得第三流，

其特征在于：

-从位于沿所述旋流分离器的中心轴线的第二位置处的另外的外部副出口导管获得第二流，

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一位置与所述第二位置均位于所述分流出口段。

21.根据权利要求19-20中的任一项所述的方法，其中所述另外的外部副出口导管位于所述外部副出口导管中。

22.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一位置在所述分流出口段中并且所述第二位置在所述合流入口段中。

23.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一流是从局部轴向马赫数小于1的所述第一位置获得的，并且所述第二流是从局部轴向马赫数等于或大于1的所述第二位置获得的，所述第一位置位于相对于所述第二位置的上游。

24.根据权利要求22所述的方法，其中所述旋流分离器的最大横截流动面积为A_最大，并且在所述另外的外部副出口导管的位置处所述旋流分离器的横截流动面积为A₁₇，以使得在所述第二位置处：

25.根据权利要求22所述的方法，其中所述旋流分离器的最大横截流动面积为A_最大，并且在所述另外的外部副出口导管的位置处所述旋流分离器的横截流动面积为A₂₆，所述喉部的最小横截面积为A_喉部，以使得在所述第二位置处：

26.根据权利要求19所述的方法，其中通过在所述旋流分离器的外壳中提供环状槽来形成所述外部副出口导管。

27.根据权利要求19所述的方法，其中在流体入口段中的所述喉部的上游提供中央主体，所述中央主体设置为与所述旋流分离器的中心轴线大体上同轴，从而在所述中央主体与分离器外壳之间形成环状流路，所述方法包括：

-使用所述旋流分离器促进气旋式主要流朝着所述分流出口段地通过所述合流入口段和所述喉部，其中所述中央主体包括出口，所述出口被引导朝向所述喉部并且被设置为朝向所述喉部添加中央流，其中所述外部副出口导管中的至少一个的至少部分连接至所述出口，以便在使用中提供所述中央流。

28.根据权利要求27所述的方法，其中在使用中，所述中央流大体上与所述中心轴线重合并且被所述主要流环绕。

29.根据权利要求19所述的方法，其中所述旋流分离器还包括多个另外的外部副出口导管，所述多个另外的外部副出口导管位于沿所述旋流分离器的所述中心轴线的相应的另外位置。