[发明专利]一超声气流的喷嘴和一惯性分离器

说明书

技术领域

本发明涉及一种产生超声雾流的会聚-发散形喷嘴，一个基于其上的惯性分离器，和一种主要的气流组分的超声分离方法。尤其是，本发明涉及通过冷凝所选的组份并接着分离而从所述气流中分离一个或多个组份。

背景技术

能发现分离应用于不同的工业设置，如油汽工业，化学工业，油漆工业和广泛的多种其它工业。分离能用于各种工业处理，如从烟道气中除去二氧化碳，空调(除水)和在天然气进入管道网之前干燥天然气。

有许多从一气态的或其它流体分离组份的方法和仪器。通常分离仪器的例子包括分裂蒸馏塔，过滤器，薄膜，沉降槽，离心分离机，静电除尘器，干燥机，冷却器，旋风分离器，涡流管分离器和吸收器。但是有与这些通常仪器的相关的缺点和/或问题，这可以使它们对于某种应用不合要求。另外，各种惯性分离器已经在现有技术中描述了，其配备有一超声喷嘴。

JP-A-02017921提到通过使用超声流的一气体混合物的分离。该装置包括一定位于一超声喷嘴上游的涡旋式喷嘴。为了形成细的颗粒，该涡流然后经过一轴流式的对称扩展形喷嘴。涡流在非常长的轴向距离上被保持并产生一大压力点滴。为了从三种组份的气流中分离出一种组份，必须通过该涡旋式喷嘴初始提供一大的上游的涡流，并且因此必须提供系统相当大的能量。

US-A-3559373提到一种超声流分离器，其包括一高压气体入口，一矩形管口，和一U形的横截面为矩形的流道。该流道包括一外部弯曲的渗透壁。气流在亚音速被提供给气体入口。气体通过管口会聚，并进入流道扩展，速度提高到超声速。在超声速区气流的扩展导致微滴聚结，较大微滴通过外部的渗透壁，并被收集在一腔室中。分离边即分出气流的不同相所需的力由流道的曲率半径来决定。但是流道的曲率半径必须受到限制，以制止正常的冲击坡。因此，US-A-3559373中所述的装置的形状约束从气流中分出液态微滴的力。另外，横过流道区没有收集液态微滴。

EP-A-0496128涉及一种从一气体混合物中分离一气体的方法和装置。该装置包括一会聚到一喷嘴，然后发散入一涡流区的圆筒。气体以亚音速进入圆筒的一入口端，并流过该喷嘴的会聚部分。气流以超声从会聚部分出来进入发散部分扩展。一对三角板赋予一涡流超声气流。超声和涡流的组合帮助从气流的气体组份中冷凝和分离一凝结的组份。为了使气流的气态组份以超声排出，一出口管在圆筒内中心地定位。液体组份继续通过一第二发散部分，其使速度降到亚音速，并且通过一风扇，最后通过一第二出口排出该圆筒。

国际申请WO99/01194描述了一种类似的将一所选气态组份从含有许多气态组份的液态流中除去的方法和相应的装置。这个装置在收集区的下游配备有一冲击流导流轮，这样的流速的轴向速度减少到亚音速。以这种方式应用一冲击波导致所形成的颗粒的更有效的分离。

这些参照描述了各种超声惯性分离器，但都没有描述要使用的喷嘴的详细说明。

适合惯性分离器的喷嘴的设计的制作与那些用于喷气发动机、推进器等的不同。两者都使用会聚-发散喷嘴(Delaval喷嘴)，它表示在子午线的部分有一最小直径，称为“喷嘴管口”。但是，用作一推进装置的喷泉嘴的发散部分能是一简单的圆锥形发散部分(比较Perry的化学工程师手册，5-32)。为了获得超声雾流(即两相包括流的凝结组份的液/固颗粒，流表现为细颗粒，其与气相一起输送)会聚部分的形状必须是特殊形状的；LIepmann和Roshko给出了设计的方法(气体动力学基础，Wiley，纽约，1957，284页)，在此其内容用作参考。

US专利5261242涉及一种从载液体分离固体颗粒或液态物质的方法和仪器，其使用了一惯性分离器，并且当需要时，在其上游有一喷嘴系统，该喷嘴系统的总的功能是转换运载要吸取的物质的液体为一允许在惯性力下分离该物质的快速气流。根据这个专利，应用一具有特殊剖面的会聚-发散喷嘴(见此US专利附图2)。所述的喷嘴在能量恢复、工业干燥、运载液化的物质的干燥和气体露点的降低、气体净化技术和悬浮颗粒的分离和气体分离部分是有用的。因此，这个专利描述了一种具有一流道的会聚-发散形喷嘴，包括沿液流方向从一管口部向上和向下的流道分别为一会聚和一发散流道部，其中为了使所述区中的压力和流速在喷嘴流道轴线上保持基本上恒定，所述喷嘴流道在所述管口部附近从那儿向上和向下地制成一剖面。

但是，仍然不清楚地是这个喷嘴必须具有什么的形状和尺寸才能实现至少15％的分离效率(空气调节的最小分离效率)、最好至少50％(天然气处理的最小分离效率)、和/或才能提供0.1到2.5微米直径的分离的颗粒。