[發明專利]用于酸性氣體壓縮的方法和設備

有效

• 申請號: 201110190724.3
• 申請日: 2011-06-28
• 公開（公告）號: CN102309946A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: K·R·韋伯;M·卡馬蒂
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B01J3/00
• 分類號: B01J3/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;曹若

技術領域

本發明一般地涉及一種電機-壓縮機系統，更具體地涉及一種用于酸性氣體壓縮的電機-壓縮機系統。

背景技術

典型地，從天然氣儲器提取的氣體含有高濃度的甲烷(CH₄)，即天然氣的主要烴組分，并且還含有相當大濃度的硫化氫(H₂S)和二氧化碳(CO₂)氣體。凈化所提取的天然氣以獲得比較純凈的CH₄，其可通過管道輸送以便民用和工業使用。天然氣凈化過程的主要副產品為酸性氣體，該酸性氣體主要包括H₂S和CO₂的混合物以及不定量的水分。標準工業實踐已將酸性氣體混合物轉化為元素硫、固體、氣態CO₂和水。元素硫被儲存以便后續使用或處置而CO₂被廢棄到大氣中。然而，此類標準工業實踐提出了與巨量可燃元素硫(一種在點燃的情況下存在嚴重環境風險的物質)的產生、儲存和處置有關的挑戰。所提到的標準工業實踐還導致大量CO₂排放到大氣中，使得從業者在某些地區受到譴責。用于處理副產品酸性氣體的備選方案包括將酸性氣體混合物重注回到適當的地下地質結構如廢棄天然氣儲器中。

酸性氣體重注過程需要壓縮機來提供所需的輸送壓力以迫使酸性氣體混合物進入該適當的地下地質結構。典型地，用于該目的的壓縮機是工作壓力在100到200巴范圍內的多級離心式壓縮機。此類高壓力需要高功率，且因此使用高速電動機來驅動這些壓縮機。然而，這種類型的高速電動機典型地產生大量熱量，必須對該熱量進行管理以防止損壞電機本身和壓縮機系統的其它受影響的構件。傳統上，已使用幾種類型的冷卻系統來冷卻高速電動機。例如，可使用過程氣體本身或其組分來冷卻與作用在過程氣體上的壓縮機相關的高速電動機。然而，此類冷卻系統的效率傾向于受諸如風阻損失之類的因素影響。

在酸性氣體重注操作中，必須在重注之前壓縮的氣體混合物由于典型地占高達混合物的25％到65％之間的高濃度H₂S而很危險。盡管H₂S由于豐富的非人為資源(例如，細菌、熱泉、火山和溫泉)而在自然界中無處不在，但是它在較高的濃度下比較有毒性。大規模的酸性氣體重注包括在高壓下處理大量硫化氫并且必須采取充足的預防措施來避免酸性氣體混合物意外釋放到大氣中，從而避免對重注設備操作員和環境造成危險。因此，需要用于酸性氣體壓縮的新型、可靠和更安全的系統。

因此，本發明提供了與酸性氣體重注相關的這些和其它挑戰的多個解決方案。一方面，本發明提供了用于將一個或更多高速電動機與一個或多個可用于酸性氣體壓縮的壓縮機一體化的專用電機-壓縮機系統。

發明內容

在一個實施例中，本發明提供了一種用于壓縮酸性氣體混合物的方法，所述方法包括：(a)壓縮包含硫化氫和二氧化碳的氣體混合物，以在處于從約5巴至約20巴的范圍內的第一壓力下提供壓縮氣體混合物，所述壓縮氣體混合物包含從約10到約95體積百分比的硫化氫和從約90到約5體積百分比的二氧化碳，所述硫化氫和所述二氧化碳共同以對應于壓縮氣體混合物的總重量的從約90到約100重量百分比的量存在，所述壓縮在第一壓縮機中執行，所述第一壓縮機聯接到構造成接收壓縮氣體混合物的壓力容器上；(b)將在步驟(a)中形成的壓縮氣體混合物冷卻到處于從約20℃到約50℃的范圍內的溫度，以提供冷卻的壓縮氣體混合物；以及(c)使冷卻的壓縮氣體混合物的至少一部分與第一電動機接觸，所述第一電動機被容納在所述壓力容器內，所述第一電動機機械地聯接到所述第一壓縮機上。

在一個備選實施例中，本發明提供了一種系統，該系統包括：第一壓縮機；構造成接收來自第一壓縮機的壓縮氣體的壓力容器；聯接到壓力容器上的熱交換器，該熱交換器構造成冷卻壓縮氣體并提供冷卻的壓縮氣體；以及被容納在壓力容器內的電動機，其中該電動機機械聯接到第一壓縮機上，并且其中該壓力容器構造成接收來自熱交換器并接觸電動機的冷卻的壓縮氣體的至少一部分。

在又另一實施例中，本發明提供了一種系統，該系統包括：第一多級離心式壓縮機，其構造成將壓縮氣流導入限定壓縮氣體流動通路的壓力容器中；聯接到壓力容器上的熱交換器，其構造成冷卻壓縮氣體并提供冷卻的壓縮氣體；電動機，其被容納在壓力容器內并機械地聯接到第一多級離心式壓縮機上，其中該電動機構造成與冷卻的壓縮氣體的至少一部分相接觸；以及第二多級離心式壓縮機，其機械地聯接到被容納在壓力容器內的電動機并構造成與冷卻的壓縮氣體的至少一部分相接觸，其中第二多級離心式壓縮機構造成壓縮冷卻的壓縮氣體。