Устройство разделения текучей среды и способ селективного разделения смешанной текучей среды

Устройство разделения текучей среды и способ селективного разделения смешанной текучей среды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству разделения текучей среды, осуществляющему селективное отделение определенного компонента текучей среды от текучей среды, такой как газ или вода. В частности, данное изобретение относится к устройству разделения текучей среды, которое повышает производительность разделения благодаря последовательному расположению разделяющих элементов и к способу селективного разделения смешанной текучей среды путем использования устройства разделения текучей среды.

Уровень техники

В последние годы технологию мембранного разделения использовали в области обработки большого количества текучей среды, например, для разделения газов и обработки водопроводной воды, из-за ее преимущества, связанного с малой начальной стоимостью. В частности, использовали устройства, включающие разделяющий элемент, расположенный в кожухе, этот разделяющий элемент обычно изготовлен из керамического материала, так как керамическому разделяющему элементу свойственны такие преимущества, как легкость очистки, долговечность и т.д.

Разделяющий элемент включает мембрану, держатель мембраны, канальный элемент и т.д., которые соединены друг с другом, при этом форма разделяющего элемента может изменяться в зависимости от цели разделения.

Раскрыто устройство для разделения газов (Патентный документ 1, описываемый далее), включающее газоотделитель (соответствует использованному выше термину «разделяющий элемент»), в котором имеется газоразделительная мембрана, через которую может проходить только один определенный компонент газовой смеси, расположенную на поверхности пористого опорного элемента. При разделении газа с высокой температурой, плотности контакта между газоотделителем и фиксирующим элементом может стать недостаточно для термического расширения газоотделителя и фиксирующего элемента, из-за чего может произойти утечка. Если такая утечка случается, определенный газообразный компонент, прошедший через газоразделительную мембрану, может смешиваться с остальными компонентами газовой смеси, поэтому этот конкретный газообразный компонент не может быть отделен эффективным образом.

Для предотвращения этого устройство для разделения газа, описанное в Патентном документе 1, включает газоотделитель, контейнер, в котором имеется углубление, в котором находится газоотделитель, уплотнительный элемент, расположенный в зазоре между наружной периферийной поверхностью газоотделителя и боковой стенкой, зажимной элемент, который зажимает и придавливает уплотнительный элемент в осевом направлении в зазоре. Отношение коэффициента термического расширения контейнера к коэффициенту термического расширения газоотделителя лежит в диапазоне от 0,55 до 0,95, поэтому возникновение утечки в месте соединения газоотделителя и элемента, неподвижно удерживающего газоотделитель, подавляется.

Расход текучей среды, проходящей через мембрану для разделения текучей среды, ограничен определенным диапазоном, что направлено на достижение необходимой производительности разделения. Чем выше расход при обработке разделением, тем большей площади требуется мембрана. Следовательно, хотя единичный разделяющий элемент может быть использован как один блок, в случае обработки большого количества воды на водоочистной станции или обработки большого количества текучей среды с целью отделения газа большое количество разделяющих элементов устанавливают последовательно с тем, чтобы увеличить площадь мембраны и повысить производительность разделения.

С этой целью было предложено устройство для разделения текучей среды, включающее множество разделяющих элементов, каждый из которых заключен в соответствующем, одном из кожухов, соединенных друг с другом последовательно при помощи фланцев, чтобы увеличить площадь фильтрации и повысить производительность разделения воды (Патентный документ 2, описываемый ниже).

Список противопоставленных материалов

Патентные документы

Патентный документ 1: Выложенный патент Японии №2011-189335

Патентный документ 2: Выложенный патент Японии №2004-261649

Сущность изобретения

Проблемы, решаемые благодаря изобретению

Устройство разделения текучей среды, включающее установленные последовательно разделяющие элементы, обладает производительностью разделения, превышающей производительность разделения устройств разделения текучей среды, включающих единственный разделяющий элемент. Однако когда количество разделяющих элементов увеличивают, чтобы увеличить площадь мембраны и производительность разделения, пропорционально количеству разделяющих элементов возрастает число фланцевых частей, а также увеличивается общий вес устройства разделения текучей среды.

Кроме того, когда нужно выполнить техническое обслуживание или ремонт устройства разделения текучей среды или замену разделяющих элементов, для каждого из разделяющих элементов в его кожухе нужно разобрать и собрать фланцевые части, так что замена разделяющих элементов оказывается непростой. Кроме того, во время сборки и разборки разделяющие элементы, изготовленные из керамики, могут сломаться и выйти из строя, следовательно, замена и ремонт элементов могут стать затруднительными.

Для устранения указанной проблемы целью одного из аспектов настоящего изобретения является уменьшение веса устройства разделения текучей среды и упрощение технического обслуживания устройства разделения текучей среды путем изготовления разделяющего модуля, включающего множество установленных последовательно разделяющих элементов, вставляемых и извлекаемых через один из концов кожуха.

Средства решения поставленных задач

Варианты осуществления изобретения, позволяющие решить поставленные задачи, описаны ниже.

Пункт 1 представляет собой устройство разделения текучей среды, осуществляющее селективное отделение определенного текучего компонента от смешанной текучей среды и включающее: кожух, в котором имеется впуск для смешанной текучей среды, выпуск для отделенной текучей среды, через которое отводят селективно отделенную текучую среду, и выпуск для оставшейся текучей среды, через которое отводят оставшуюся после осуществления селективного отделения текучую среду; и разделительный модуль, в котором расположен набор из множества установленных последовательно разделяющих элементов, каждый из разделяющих элементов снабжен каналом, через который смешанная текучая среда поступает в осевом направлении, и осуществляет селективное отделение определенного текучего компонента в виде поперечного потока, перпендикулярного направлению течения смешанной текучей среды, при этом разделительный модуль может быть вставлен в кожух через один из концов кожуха. В разделительном модуле имеется первое соединительное приспособление, вторые соединительные приспособления и соединительное средство. Первое соединительное приспособление расположено между соседними разделяющими элементами так, чтобы изолировать пространство вокруг наружных периферийных поверхностей разделяющих элементов от пространства между разделяющими элементами, снабжено отверстием, через которое каналы соединяются друг с другом, и имеет дискообразную форму, наружный диаметр которой больше наружного диаметра разделяющих элементов. Вторые соединительные приспособления расположены на обоих концах набора из множества установленных последовательно разделяющих элементов так, что каждое второе соединительное приспособление изолирует пространство рядом с концевой поверхностью набора установленных последовательно разделяющих элементов от пространства вокруг наружных периферийных поверхностей разделяющих элементов. Каждое второе соединительное приспособление снабжено отверстием, через которое пространство рядом с концевой поверхностью соединяется с соответствующим одним из каналов, и имеет дискообразную форму, наружный диаметр которой больше наружного диаметра разделяющих элементов. Соединительное устройство соединяет первое и вторые соединительные приспособления друг с другом.

Пункт 2 представляет собой устройство разделения текучей среды по пункту 1, дополнительно включающее: уплотнительный элемент, который изолирует пространство рядом с концевой поверхностью набора из множества установленных последовательно разделяющих элементов от пространства вокруг наружных периферийных поверхностей разделяющих элементов посредством контакта со вторыми соединительными приспособлениями и внутренней периферийной поверхностью кожуха.

Пункт 3 представляет собой устройство разделения текучей среды по пункту 1 или 2, в котором кожух включает закрывающий элемент входной стороны, в котором имеется впуск для смешанной текучей среды, закрывающий элемент выходной стороны, в котором имеется выпуск для оставшейся текучей среды, и цилиндрический корпус, в которой имеется выпуск для отделенной текучей среды и в которую вставляется разделительный модуль, при этом, по меньшей мере, один из закрывающих элементов входной и выходной стороны может быть герметично присоединен к цилиндрической основной части при помощи фланца. Устройство разделения текучей среды дополнительно включает фиксирующий элемент, расположенный между закрывающим элементом входной стороны или закрывающим элементом выходной стороны и цилиндрической основной частью. Фиксирующий элемент имеет дискообразную форму с отверстием и снабжен выступом, выдающимся к центру отверстия из положения, соответствующего внутренней периферийной поверхности кожуха и контактирующим со вторым соединительным приспособлением.

Пункт 4 представляет собой устройство разделения текучей среды по любому из пунктов 1-3, в котором кожух включает закрывающий элемент входной стороны, в котором имеется впуск для смешанной текучей среды, закрывающий элемент выходной стороны, в котором имеется выпуск для оставшейся текучей среды, и цилиндрический корпус, в которой имеется выпуск для отделенной текучей среды и в которую вставляется разделительный модуль, при этом, по меньшей мере, один из закрывающих элементов входной и выходной стороны может быть герметично присоединен к цилиндрической основной части при помощи фланца, и в котором каждое второе соединительное приспособление расположено в цилиндрической основной части так, что второе соединительное приспособление может быть снято после снятия закрывающего элемента входной стороны или закрывающего элемента выходной стороны.

Пункт 5 представляет собой устройство разделения текучей среды по любому из пунктов 1-4, в котором кожух имеет стенку такой толщины, при которой кожух способен удерживать текучую среду с давлением в диапазоне от 1 до 15 МПа абс.

Пункт 6 представляет собой устройство разделения текучей среды по любому из пунктов 1-5, в котором одно из вторых соединительных приспособлений имеет наружный диаметр, превышающий внутренний диаметр кожуха, и может быть соединено в единое целое с кожухом при помощи фланца, а другое второе соединительное приспособление имеет наружный диаметр, который меньше внутреннего диаметра кожуха.

Пункт 7 представляет собой устройство разделения текучей среды по любому из пунктов 1-6, в котором соединительное средство представляет собой стержень, длина которого в осевом направлении может быть отрегулирована, и который имеет участок соединения, включающий болт и гайку.

Пункт 8 представляет собой устройство разделения текучей среды по любому из пунктов 1-7, в котором соединительное устройство является цилиндрическим.

Пункт 9 представляет собой устройство разделения текучей среды по любому из пунктов 1-8, в котором множество наборов из множества установленных последовательно разделяющих элементов установлено в разделительном модуле параллельно.

Пункт 10 представляет собой способ селективного разделения смешанной текучей среды с использованием устройства разделения текучей среды, осуществляющего селективное отделение определенного текучего компонента от смешанной текучей среды. Устройство разделения текучей среды включает кожух, в котором имеется впуск для смешанной текучей среды, выпуск для отделенной текучей среды, через которое отводят селективно отделенную текучую среду, и выпуск для оставшейся текучей среды, через которое отводят оставшуюся после осуществления селективного отделения текучую среду; и разделительный модуль, в котором расположен набор из множества установленных последовательно разделяющих элементов, каждый из разделяющих элементов снабжен каналом, через который смешанная текучая среда протекает в осевом направлении, и осуществляет селективное отделение определенного текучего компонента в виде поперечного потока, перпендикулярного направлению течения смешанной текучей среды. Разделительный модуль может быть вставлен в кожух через один из концов кожуха и включает первое соединительное приспособление, вторые соединительные приспособления и соединительное средство. Первое соединительное приспособление расположено между соседними разделяющими элементами так, чтобы изолировать пространство вокруг наружных периферийных поверхностей разделяющих элементов от пространства между разделяющими элементами, снабжено отверстием, через которое каналы соединяются друг с другом, и имеет дискообразную форму, наружный диаметр которой больше наружного диаметра разделяющих элементов. Вторые соединительные приспособления расположены на обоих концах набора из множества установленных последовательно разделяющих элементов так, что каждое второе соединительное приспособление изолирует пространство рядом с концевой поверхностью набора установленных последовательно разделяющих элементов от пространства вокруг наружных периферийных поверхностей разделяющих элементов. Каждое второе соединительное приспособление снабжено отверстием, через которое пространство рядом с концевой поверхностью соединяется с соответствующим одним из каналов, и имеет дискообразную форму, наружный диаметр которой больше наружного диаметра разделяющих элементов. Соединительное средство соединяет первый и вторые соединительные приспособления друг с другом. Данный способ включает: селективное отделение конкретного компонента текучей среды в виде поперечного потока, перпендикулярного направлению течения смешанной текучей среды, при помощи разделяющих элементов; изолирование текучей среды, которая была селективно отделена от смешанной текучей среды, при помощи первого соединительного приспособления; изолирование селективно отделенной текучей среды от смешанной текучей среды при помощи вторых соединительных приспособлений.

Пункт 11 представляет собой способ селективного разделения смешанной текучей среды по пункту 10, в котором смешанная текучая среда имеет давление в диапазоне от 1 до 15 МПа абс.

Значение изобретения

Устройство разделения текучей среды одного из вариантов осуществления данного изобретения сконструировано так, что разделительный модуль, в котором расположено множество установленных последовательно разделяющих элементов, может быть вставлен и вынут из одного из концов кожуха, поэтому устройство разделения текучей среды является легким и характеризуется преимуществом, заключающимся в простом техническом обслуживании. Так, может быть значительно повышена простота замены разделяющих элементов и сборки устройства разделения текучей среды.

Фиг. 1 представляет собой вид в перспективе, поясняющий один из примеров устройства разделения текучей среды.

На фиг. 2A показан пример монолитного разделяющего элемента.

На фиг. 2B показан пример полого цилиндрического разделяющего элемента.

На фиг. 2C показан пример разделяющего элемента с прямоугольными сквозными отверстиями.

На фиг. 2D показан пример трубчатого разделяющего элемента.

На фиг. 3 представлена схема, поясняющая установку в кожух и удаление из кожуха разделительного модуля.

Фиг. 4 представляет собой вид в разрезе, поясняющий один из примеров устройства разделения текучей среды.

Фиг. 5A представляет собой вид в разрезе по линии Е-Е на фиг. 4.

Фиг. 5B представляет собой вид в разрезе по линии F-F на фиг. 4.

Фиг. 6 представляет собой вид в разрезе, поясняющий один из примеров устройства разделения текучей среды, включающего три разделяющих элемента.

Фиг. 7 представляет собой вид в разрезе, поясняющий второй пример второго соединительного приспособления.

Фиг. 8A представляет собой вид в разрезе, поясняющий третий пример второго соединительного приспособления.

Фиг. 8B представляет собой вид в разрезе, поясняющий пример фиксирующего элемента.

Фиг. 8C представляет собой вид в разрезе, поясняющий второй пример кожуха.

Фиг. 9A представляет собой вид в перспективе, поясняющий второй пример соединительного устройства.

Фиг. 9B представляет собой вид в разрезе, поясняющий второй пример соединительного устройства.

Фиг. 10 представляет собой вид в разрезе, поясняющий пример устройства разделения текучей среды, включающего разделительный модуль, в котором параллельно установлено множество наборов разделяющих элементов, каждый из которых включает установленные последовательно разделяющие элементы.

Фиг. 11 поясняет пример применения устройства разделения текучей среды на месторождении природного газа.

Варианты осуществления изобретения

Далее один из вариантов осуществления данного изобретения описан со ссылкой на чертежи.

1. Устройство разделения текучей среды

Устройство разделения текучей среды данного варианта осуществления изобретения, осуществляющее селективное отделение определенного текучего компонента от смешанной текучей среды, включает:

(A) кожух 20, в котором имеется впуск 21 для смешанной текучей среды, выпуск 28 для отделенной текучей среды, через который отводят селективно отделенную текучую среду, и выпуск 22 для оставшейся текучей среды, через который отводят оставшуюся после осуществления селективного отделения текучую среду; и

(B) разделительный модуль 10, в котором расположен набор из множества установленных последовательно разделяющих элементов 2, каждый из разделяющих элементов 2 снабжен каналом, через который смешанная текучая среда протекает в осевом направлении, осуществляет селективное отделение определенного текучего компонента в виде поперечного потока, перпендикулярного направлению течения смешанной текучей среды, при этом разделительный модуль может быть вставлен в кожух через один из концов кожуха.

Разделительный модуль включает:

(B1) первое соединительное приспособление 7, расположенное между соседними разделяющими элементами 2 так, чтобы изолировать пространство вокруг наружных периферийных поверхностей разделяющих элементов 2 от пространства между разделяющими элементами 2, снабжено отверстием, через которое каналы соединяются друг с другом, и имеет дискообразную форму, наружный диаметр которой больше наружного диаметра разделяющих элементов 2,

(B2) вторые соединительные приспособления 8, расположенные на обоих концах набора из множества установленных последовательно разделяющих элементов 2 так, что каждое второе соединительное приспособление изолирует пространство рядом с концевой поверхностью набора установленных последовательно разделяющих элементов 2 от пространства вокруг наружных периферийных поверхностей разделяющих элементов 2, каждое второе соединительное приспособление снабжено отверстием, через которое пространство рядом с концевой поверхностью соединяется с соответствующим одним из каналов, и имеет дискообразную форму, наружный диаметр которой больше наружного диаметра разделяющих элементов 2,

(B3) соединительное устройство 15, которое соединяет первый и вторые соединительные приспособления друг с другом.

Устройство разделения текучей среды дополнительно включает:

(B4) уплотнительный элемент S, который изолирует пространство рядом с концевой поверхностью набора из множества установленных последовательно разделяющих элементов 2 от пространства вокруг наружных периферийных поверхностей разделяющих элементов 2 посредством контакта со вторыми соединительными приспособлениями 8 и внутренней периферийной поверхностью кожуха 20.

Фиг. 1 представляет собой вид в перспективе, поясняющий один из примеров устройства разделения текучей среды. Как показано на фиг. 1, устройство разделения текучей среды 1 включает кожух 20 и разделительный модуль 10, которые соответственно показаны пунктирными линиями и сплошными линиями.

(B) Разделительный модуль

Разделительный модуль 10 может быть вставлен и удален через один из концов кожуха 20. В разделительном модуле 10 имеется первое соединительное приспособление 7 и два вторых соединительных приспособления 8. Первое соединительное приспособление 7 расположено между соседними разделяющими элементами 2. Каждое из вторых соединительных приспособлений 8 расположено на соответствующем одном из концов набора разделяющих элементов 2, которые соединены друг с другом. Каждый из разделяющих элементов 2 помещен между первым соединительным приспособлением 7 и соответствующим одним из вторых соединительных приспособлений 8. Первое соединительное приспособление 7 и второе соединительное приспособление 8 соединены друг с другом при помощи соединительного устройства 15. В результате этого разделяющие элементы 2 объединяются в разделительный модуль 10, тем самым, разделяющие элементы 2 могут переноситься или перевозиться не как индивидуальные разделяющие элементы 2, а в виде разделительного модуля 10.

В каждом разделительном модуле 10 осуществляется селективное отделение текучей среды, которая может пройти сквозь разделительную мембрану из смешанной текучей среды, поступающей в кожух 20 через впуск кожуха 20. Отделенная текучая среда протекает к наружной периферии разделительного модуля 10 и выводится через выпуск 28 для отделенной текучей среды. Оставшуюся текучую среду, которая остается после отделения части смешанной текучей среды, выводят в осевом направлении разделяющих элементов 2.

В каждом из разделяющих элементов 2 имеется канал, через который смешанная текучая среда перемещается в осевом направлении, и происходит селективное отделение определенного компонента текучей среды в виде поперечного потока, перпендикулярного направлению течения смешанной текучей среды. Разделяющие элементы 2 размещены в разделительном модуле 10 последовательно.

Разделяющий элемент данного варианта осуществления изобретения не осуществляет разделение всего количества подаваемой текучей среды. Напротив, разделяющий элемент представляет собой разделяющий элемент для разделения в поперечном потоке, в который исходную текучую среду подают прямоточно в направлении, параллельном поверхности мембраны, и определенный компонент текучей среды отделяется, проходя через мембрану в направлении, перпендикулярном прямоточному потоку. Следовательно, при последовательном соединении разделяющих элементов друг в друга площадь мембраны увеличивается, а производительность разделения повышается. Например, имеются следующие модификации разделяющего элемента.

На фиг. 2A представлен пример монолитного разделяющего элемента. В данном случае, термин «монолитный» означает структуру, в которой имеются опорный элемент и пористые мембраны. Опорный элемент проставляет собой цилиндрический пористый массив с множеством сквозных отверстий, выполняющих роль каналов для текучей среды и проходящих в осевом направлении. Пористые мембраны образованы на внутренних стенках сквозных отверстий и характеризуются меньшим средним диаметром пор, чем у опорного элемента. Разделяющий элемент 2, показанный на фиг. 2A, включает опорный элемент и разделительные мембраны. Опорный элемент представляет собой цилиндрический пористый массив, в котором имеется множество сквозных отверстий 3, выполняющих роль каналов для смешанной текучей среды. Разделительные мембраны представляют собой тонкие мембраны, изготовленные из пористого материала и образованные на внутренних стенках сквозных отверстий 3 и/или на наружной периферийной поверхности пористого массива. Разделительные мембраны характеризуются меньшим средним диаметром пор, чем у опорного элемента, через них может проходить часть смешанной текучей среды. Когда смешанная текучая среда проходит через сквозные отверстия, определенный компонент смешанной текучей среды, который может пройти сквозь разделительную мембрану, проходит сквозь разделительную мембрану, и его отводят в виде отделенной текучей среды в радиальном направлении.

На фиг. 2B показан пример полого цилиндрического разделяющего элемента. Как показано на фиг. 2B, может иметься только одно сквозное отверстие 3, выполняющее роль канала для текучей среды.

На фиг. 2C показан пример разделяющего элемента с прямоугольными сквозными отверстиями. Разделяющий элемент 2, показанный на фиг. 2C, имеет прямоугольные сквозные отверстия. Длину канала для текучей среды можно увеличить путем герметизации концов части сквозных отверстий 3, показанных на фиг. 2C, так, чтобы текучая среда перемещалась в концевых частях из одного сквозного отверстия 3 в соседнее сквозное отверстие 3.

На фиг. 2D показан пример трубчатого разделяющего элемента. Трубчатый разделяющий элемент включает пучок, состоящий из большого числа трубок 3а, один или оба конца которых закреплены. Каждая из трубок 3а служит опорным элементом, выполняющим функцию разделения.

Средний диаметр пор пористого материала разделительной мембраны и средний диаметр пор пористого массива опорного элемента надлежащим образом определяют в соответствии с производительностью разделения (диаметр частиц вещества, которое должно проходить через мембрану, и диаметр частиц вещества, которое должно быть задержано), которую нужно обеспечить, и количеством текучей среды, которую нужно пропустить (обрабатываемое количество). Вообще, средний диаметр пор пористого материала разделительной мембраны лежит в диапазоне от примерно 0,1 нм до 1,0 мкм, а средний диаметр пор пористого массива опорного элемента лежит в диапазоне от примерно одного до нескольких сот микрометров.

Материалы опорного элемента и разделительной мембраны разделяющего элемента 2, представляющие собой неорганические материалы, не имеют определенных ограничений при условии, что из этого неорганического материала может быть сформирована пористая структура. К примерам таких неорганических материалов относятся цеолиты, оксид циркония, α-оксид алюминия, γ-оксид алюминия, оксид кремния, кордиерит, муллит, оксид титана, плавленый кварц, карбид кремния, нитрид кремния, титанат алюминия и алюмосиликат лития. Разделяющий элемент 2 может быть изготовлен из углерода.

Цеолитовая мембрана является одним из примеров разделительной мембраны, предназначенной для отделения диоксида углерода (далее в настоящем документе обозначаемого CO₂). Цеолитовая мембрана представляет собой мембрану, осуществляющую отделение газа посредством пор в кристаллической структуре, представителем которой является цеолит типа Deca-Dodecasil 3R (DDR). Цеолит типа DDR, предпочтительно используемый в качестве мембраны для отделения CO₂, образован, главным образом, из оксида кремния (SiO₂) и имеет полиэдрическую структуру, поры которой образованы восьмичленным кольцом атомов кислорода. Диаметр пор цеолита типа DDR мал - 4,4×3,6 ангстрем, поэтому цеолит типа DDR селективно отделяет CO₂.

При использовании разделительной мембраны для отделения CO₂ CO₂ может быть селективно отделен, например, от смешанной текучей среды, содержащей метан и CO₂.

Металлическая мембрана с избирательной проницаемостью для водорода является примером разделительной мембраны для отделения водорода. Металлическая мембрана с избирательной проницаемостью для водорода представляет собой мембрану, в которой используется растворяемость водорода в металле с избирательной проницаемостью для водорода (таком как палладий (Pd) или сплав палладия).

2. Способ установки/удаления разделительного модуля в кожух/из кожуха

На фиг. 3 представлена схема, поясняющая установку в кожух и удаление из кожуха разделительного модуля. Размер разделительного модуля 10 таков, что он может быть вставлен в цилиндрический корпус 26 кожуха 20. Следовательно, как показано стрелкой 100, разделительный модуль 10 может быть вставлен в кожух 20 путем проталкивания разделительного модуля 10 вниз через один из концов кожуха 20, удаление разделительного модуля 10 из кожуха 20 может быть осуществлено путем вытягивания разделительного модуля 10 вверх через один из концов кожуха 20. На фиг. 3 разделительный модуль 10 вставляется или извлекается вертикально. Однако когда устройство разделения текучей среды 1 размещено горизонтально, разделительный модуль 10 устанавливают или удаляют горизонтально.

Когда разделительный модуль 10 удален из кожуха 20, разделяющие элементы 2 могут быть сразу же заменены путем удаления соединительных устройств 15. Разделительный модуль 10 может быть перенесен в другое производственное помещение, где он может быть тщательно проверен и отремонтирован, а также может быть произведена замена.

Таким образом, разделительный модуль 10 может быть установлен в кожух 20 и удален из кожуха 20 через один из концов кожуха 20. Следовательно, эффективность замены разделяющего элемента и эффективность сборки устройства разделения текучей среды может быть значительно повышена по сравнению с устройством разделения текучей среды, описанным в Патентном документе 2, где фланцы нужно демонтировать для каждого разделяющего элемента.

Фиг. 4 представляет собой вид в разрезе, поясняющий один из примеров устройства разделения текучей среды. Далее со ссылкой на фиг. 4 компоненты устройства разделения текучей среды описаны более подробно. Разделению может быть подвергнута любая текучая среда, такая как газ, жидкость или сверхкритическая текучая среда.

(A) Кожух

Кожух 20 включает: впуск 21 для смешанной текучей среды; выпуск 28 для отделенной текучей среды, через которое отводят селективно отделенную текучую среду; и выпуск 22 для оставшейся текучей среды, через которое отводят оставшуюся после осуществления селективного отделения текучую среду.

Кожух 20 может включать закрывающий элемент 24 входной стороны, закрывающий элемент 25 выходной стороны и цилиндрический корпус 26, расположенную между элементами 24 и 25. В данном случае фланцевые части F1 сделаны на торце закрывающего элемента 24 входной стороны и на одном из концов цилиндрической основной части 26; фланцевые части F1 герметично соединяются друг с другом при помощи уплотнительного элемента, такого как прокладка или уплотнительное кольцо. Фланцевые части F2 сделаны на торце закрывающего элемента 25 выходной стороны и на другом конце цилиндрической основной части 26; фланцевые части F2 герметично соединяются друг с другом так же, как и фланцевые части F1. Кожух 20 устройства 1 разделения текучей среды не имеет других фланцевых частей.

Материал кожуха 20 надлежащим образом выбирают из таких материалов, как нержавеющая сталь, принимая во внимание условия обработки и коррозионную активность текучей среды. На фиг. 1 цилиндрическая основная часть 26 кожуха 20 показана штриховыми линиями. На чертежах выпуск 28 для отделенной текучей среды показан расположенным со стороны одного из разделяющих элементов, который находится рядом с выпуском для оставшейся текучей среды. Однако в кожухе 20 может быть сделано множество выпусков 28 для отделенной текучей среды, соответствующих положению разделяющих элементов.

Кожух может иметь стенку такой толщины, при которой кожух способен удерживать текучую среду с давлением в диапазоне от 1 до 15 МПа абс.

Например, в случае отделения CO₂ от соответствующего нефтяного газа, получаемого из нефтяной скважины в процессе добычи нефти способами повышения нефтеотдачи (enhanced oil recovery - EOR), давление газа низкое, так как газ был отделен от нефти при пониженном давлении. Чтобы уменьшить объемный расход газа и площадь мембраны, газообразную текучую среды сжимают до давления более 1 МПа абс., после чего подвергают обработке с использованием устройства 1 разделения текучей среды.

В случае отделения CO₂ от природного газа, получаемого на месторождении природного газа, с целью получения в качестве оставшейся текучей среды обогащенного метаном газа, давление природного газа достаточно высокое, и расчетное давление может составлять 15 МПа абс. Следовательно, устройство 1 разделения текучей среды должно выдерживать высокое давление. Например, в соответствии с «Pipe Flanges and Flanged Fittings (ASME B16.2-2009)» (трубные фланцы и фланцевые фитинги), в случае процесса EOR расчетное давление может быть 1 МПа абс., и минимальная толщина фланца равна 31,8 мм (если расчетный диапазон температур составляет от -29 до 100°C, и внутренний диаметр кожуха 20 равен 12 дюймов (305 мм) (класс 150)). В случае обработки природного газа расчетное давление может быть высоким - 15 МПа абс.(при том же размере), и минимальная толщина фланца равна 123,9 мм.

То есть, чем выше давление текучей среды, тем толще фланцы F1 и F2. Если посередине кожуха имеется тяжелый и толстый фланец, вес устройства разделения текучей среды увеличивается, тем самым, усложняется техническое обслуживание устройства. Напротив, кожух данного варианта осуществления изобретения не имеет фланца посередине, поэтому техническое обслуживание может быть проведено без труда.

(B1) Первое соединительное приспособление

В первом соединительном приспособлении 7 имеется отверстие, через которое каналы разделяющих элементов 2 соединяются друг с другом. Первое соединительное приспособление 7 имеет дискообразную форму, его наружный диаметр больше диаметра разделяющих элементов. Первое соединительное приспособление 7 расположено между соседними разделяющими элементами так, чтобы изолировать пространство вокруг наружных периферийных поверхностей разделяющего элемента 2 от пространства между разделяющими элементами 2.

Первое соединительное приспособление 7 предназначено для последовательного и герметичного соединения разделяющих элементов 2 в кожухе 20. Уплотнительный элемент S, описываемый далее, расположен в местах соединения между первым соединительным приспособлением 7 и разделяющими элементами 2. Наружный диаметр первого соединительного приспособления 7 меньше внутреннего диаметра кожуха 20, но больше наружного диаметра разделяющего элемента 2. Внутренний диаметр первого соединительного приспособления 7 меньше наружного диаметра разделяющего элемента 2.

Форма первого соединительного приспособления 7 не имеет определенных ограничений при условии, что возможна реализация заданной функции. Как показано на фиг. 5А, первое соединительное приспособление 7 представляет собой кольцевой элемент с отверстиями. В примере, показанном на фиг. 4, вертикальное сечение первого соединительного приспособления 7 имеет, по существу, Т-образную форму. Первое соединительное приспособление 7 может иметь множество отверстий, через которые разделяющие элементы соединяются друг с другом.

Фиг. 5А представляет собой вид в разрезе по Е-Е на фиг. 4. Первое соединительное приспособление 7, вертикальное сечение которого имеет, по существу, Т-образную форму, как показано на фиг. 4, имеет горизонтальное сечение дискообразной формы с отверстиями, как показано на фиг. 5А. Между кожухом 20 и первым соединительным приспособлением 7 имеется зазор 13, и отделенная текучая среда может проходить по зазору 13, так как наружный диаметр первого соединительного приспособления 7 меньше внутреннего диаметра кожуха 20. В первом соединительном приспособлении 7 имеется отверстие 14, через которое разделяющие элементы соединяются друг с другом.

Фиг. 5B представляет собой вид в разрезе по F-F на фиг. 4. Уплотнительный элемент S расположен между первым соединительным приспособлением 7 и разделяющими элементами 2 так, чтобы блокировать прохо