Система и способ для использования турбинных систем в составе систем обработки газов (варианты) - RU2637247C1

Чертежи

Описание

Перекрестная ссылка на родственные заявки

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет и выгоды предварительной патентной заявки США № 61/896255, озаглавленной "Система управления для регулирования уровня на основе турбины в аминной обработке газа" и поданной 28 октября 2013 г., и обычной патентной заявки США № 14/525081, озаглавленной "Системы и способы для использования турбинных систем в составе систем обработки газов" и поданной 27 октября 2014 г., которые во всей своей полноте включаются в настоящий документ посредством ссылки для всех целей.

Уровень техники

[0002] Этот раздел предназначается, чтобы представить читателю разнообразные технические аспекты, которые могут иметь отношение к разнообразным аспектам настоящего изобретения, которые описываются в настоящем описании или в приведенной ниже формуле изобретения. Данное обсуждение считается полезным для предоставления читателю исторической информации, которая способствует лучшему пониманию разнообразных аспектов настоящего изобретения. Соответственно, следует понимать, что настоящее описание следует рассматривать в таком свете, а не как допущения предшествующего уровня техники.

[0003] Предмет описания в настоящем документе относится к турбинным системам и, более конкретно, к системам и способам для управления эксплуатационными параметрами текучей среды в системах обработки газов, таких как системы отделения кислых газов.

[0004] В рамках разнообразных промышленных приложений реакционные резервуары высокого давления могут использоваться для разнообразных процессов обработки газа. Например, в рамках разнообразных нефтехимических приложений, относящихся к обработке природного газа, и других промышленных технологических установок в системах отделения кислых газов может использоваться реакционный резервуар высокого давления (например, реакционный резервуар высокого давления) в целях отделения кислых газообразных компонентов от желательного газа. По существу, природный газ, поступающий из природного месторождения, может содержать в различных количествах кислые газы (например, диоксид углерода, сероводород и т.д.). Могут оказаться полезными реакционные резервуары высокого давления, которые отделяют компоненты кислых газов от природного газа и способствуют уменьшению воздействия кислых газов на эти промышленные приложения.

[0005] В некоторых ситуациях жидкий растворитель может выходить из реакционного резервуара высокого давления и может подвергаться обработке перед тем, как он направляется обратно в реакционный резервуар высокого давления в качестве реагента. Например, жидкий растворитель можно пропускать через снижающий давление механизм, который регулируется в целях регулирования уровня жидкости внутри реакционного резервуара высокого давления. В системах отделения кислых газов можно регулировать разнообразные эксплуатационные параметры жидкого растворителя, который выходит из реакционного резервуара высокого давления, чтобы способствовать непрерывной работе системы, которая отделяет кислые газообразные компоненты от исходного газа. В определенных ситуациях значения давления и температуры жидкого растворителя увеличиваются или уменьшаются до или после того, как кислые газообразные компоненты отделяются от исходного газа. Однако механизмы, которые обычно используются для регулирования эксплуатационных параметров жидкого растворителя, такие как снижающий давление механизм, можно усовершенствовать в целях повышения эффективности и регенерации теряемой энергии. Соответственно, может оказаться полезным предложение систем и способов для усовершенствования механизмов, используемых в целях регулирования эксплуатационных параметров жидких растворителей, которые выходят из реакционных резервуаров высокого давления в рамках разнообразных промышленных процессов.

Краткое описание чертежей

[0006] Разнообразные отличительные признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения становятся более понятными при ознакомлении со следующим подробным описанием, проиллюстрированным сопровождающими чертежами, причем аналогичные условные обозначения представляют аналогичные предметы на всех чертежах, в числе которых:

[0007] фиг. 1 представляет схематическую диаграмму системы отделения кислых газов согласно варианту осуществления, иллюстрируя турбинную систему, выполненную с возможностью принимать текучую среду высокого давления из реакционного резервуара высокого давления;

[0008] фиг. 2 представляет схематическую диаграмму турбинной системы согласно варианту осуществления на фиг. 1, где турбинная система включает вспомогательный сопловой клапан, перепускной клапан, и дроссельный клапан;

[0009] фиг. 3 представляет схематическую диаграмму дроссельного клапана турбинной системы согласно варианту осуществления на фиг. 2, где дроссельный клапан занимает различные положения в составе турбинной системы;

[0010] фиг. 4 представляет схематическую диаграмму турбинной системы согласно варианту осуществления на фиг. 2, где один или несколько клапанов турбинной системы присоединяются к системе наблюдения/анализа; и

[0011] фиг. 5 представляет перспективное изображение турбины согласно варианту осуществления, которая присутствует в составе турбинной системы на фиг. 2.

Подробное описание конкретных вариантов осуществления

[0012] Ниже приводится описание одного или более конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения. Эти описанные варианты осуществления представляют собой лишь примерные варианты осуществления настоящего изобретения. Кроме того, в целях составления краткого описания этих примерных вариантов осуществления все отличительные признаки фактического варианта осуществления не могут быть представлены в настоящем описании. Следует понимать, что для разработки какого-либо такого фактического варианта осуществления, как в любом инженерном или конструкторском проекте, должны быть созданы многочисленные специфические для варианта осуществления решения, чтобы были достигнуты конкретные цели разработчиков, такие как соблюдение связанных с системой и связанных с предприятием ограничений, которые могут различаться при переходе от одного варианта осуществления к другому. Кроме того, следует понимать, что попытка такой разработки может быть сложной и занимать много времени, но, тем не менее, она представляет собой обычную задачу проектирования, конструирования и производства для обычного специалиста, использующего преимущества настоящего изобретения.

[0013] Для представления элементов разнообразных вариантов осуществления настоящего изобретения неопределенные и определенные артикли, а также слово "вышеупомянутый" используются, чтобы показать присутствие одного или нескольких элементов. Термины "включающий", "содержащий" и "имеющий" используются для обозначения включения, и предусматривается, что могут присутствовать дополнительные элементы, не представляющие собой перечисленные элементы.

[0014] Варианты осуществления, описанные в настоящем документе, как правило, относятся к промышленным приложениям, в которых используются реакционные резервуары высокого давления в разнообразных технологиях обработки газов. Например, в разнообразных нефтехимических технологиях, технологиях обработки природного газа и других промышленных технологиях обрабатывающих установок могут использоваться реакционные резервуары высокого давления в целях обработки желательного газа жидким растворителем. В частности, можно регулировать и наблюдать уровень жидкости в реакционных резервуарах высокого давления в составе этих промышленных систем. Например, согласно определенным вариантам осуществления, жидкий растворитель можно выводить из реакционного резервуара высокого давления и пропускать через снижающий давление клапан, прежде чем он направляется обратно в реакционный резервуар высокого давления в качестве реагента. Кроме того, снижающий давление клапан может быть выполнена с возможностью регулировать уровень жидкости в реакционном резервуаре высокого давления посредством наблюдения и регулирования количества жидкого растворителя, выпускаемого из реакционного резервуара высокого давления. Однако механизмы, которые обычно используются для регулирования эксплуатационных параметров жидкого растворителя, такие как снижающий давление механизм, можно усовершенствовать, чтобы повышать эффективность и компенсировать потери энергии. Соответственно, может оказаться предпочтительным изготовление турбинной системы, которая выполнена с возможностью регулировать или оптимизировать эксплуатационные параметры жидкого растворителя, выходящего из реакционного резервуара высокого давления, как подробно описано ниже.

[0015] Следует отметить, что в проиллюстрированных примерах, описаниях и вариантах осуществления система отделения кислых газов используется в качестве примера промышленной системы, включающей турбинную систему, которая выполнена с возможностью регулировать эксплуатационные параметры жидкого растворителя, выходящего из реакционного резервуара высокого давления. Однако варианты осуществления, системы и способы, которые описываются в настоящем документе, как правило, могут применяться в любом промышленном процессе, посредством которого жидкий растворитель выводится из реакционного резервуара высокого давления. Кроме того, эти варианты осуществления, системы и способы, которые описываются в настоящем документе, как правило, могут применяться в любом промышленном процессе, посредством которого жидкий растворитель выводится из реакционного резервуара высокого давления и пропускается через снижающий давление клапан, выполненный с возможностью регулировать уровень жидкости в реакционном резервуаре высокого давления.

[0016] С учетом изложенного выше, понятно, что системы отделения кислых газов могут представлять собой пример промышленного процесса, в котором используется турбинная система, выполненная с возможностью регулировать эксплуатационные параметры жидкого растворителя (например, поток жидкости, вытекающий поток жидкости и т.д.), который выпускается из реакционного резервуара высокого давления. Кроме того, турбинная система может быть выполнена с возможностью регулировать эксплуатационные параметры реакционного резервуара высокого давления посредством регулирования или оптимизации количества жидкого растворителя, выпускаемого из реакционного резервуара высокого давления для последующей обработки. Системы отделения кислых газов могут использоваться в разнообразных промышленных технологиях, таких как нефтехимические или химические технологии, технологии обработки природного газа, технологии промышленных установок и т.д. В частности, системы отделения кислых газов могут включать турбинную систему, имеющую турбину и один или несколько клапанов, которые выполнены с возможностью регулировать поток жидкого растворителя внутри системы отделения кислых газов. Кроме того, турбинная система может способствовать регулированию давления и перепада давления потока жидкого растворителя в процессе его обработки в системе отделения кислых газов. Таким образом, турбинная система может быть выполнена с возможностью замещения других механизмов в составе систем отделения кислых газов, которые обычно используются для снижения давления желательной жидкости, такие как, например, снижающий давление клапан.

[0017] Как правило, системы отделения кислых газов могут использоваться для отделения кислых газообразных компонентов желательного исходного газа, и в результате этого исходный газ превращается в чистый газ (например, очищенный от кислых веществ газ), в котором практически отсутствуют кислые газообразные компоненты. Например, неочищенный природный газ представляет собой тип желательного исходного газа, который поступает из месторождений природного газа и может содержать в различных количествах кислые газы, такие как диоксид углерода или сероводород. Система отделения кислых газов может быть выполнена с возможностью отделять кислые газообразные компоненты природного газа и способствовать уменьшению воздействия кислых газов на промышленные системы или процессы. Как правило, в системах отделения кислых газов осуществляются последовательные процессы, в которых используются в водных растворах разнообразные жидкие растворители (например, алкиламины, амины) для отделения кислых газообразных компонентов. В частности, кислые газообразные компоненты желательного исходного газа абсорбируются водным раствором растворителя при высоких давлениях (составляющих, например, приблизительно от 1000 фунтов на квадратный дюйм (6,895 МПа) до 1500 фунтов на квадратный дюйм (10,34 МПа)) и относительно низких температурах). Аналогичным образом, кислые газообразные компоненты отделяются водным раствором растворителя при низких давлениях (например, приблизительно при атмосферном давлении) и относительно высоких температурах. Соответственно, системы отделения кислых газов, как правило, включают процесс циркуляции в целях повторного использования водного раствора растворителя. Например, кислые газообразные компоненты желательного исходного газа, такого как природный газ, приводятся в контакт с раствором растворителя при высоких давлениях (составляющих, например, приблизительно от 1000 фунтов на квадратный дюйм (6,895 МПа) до 1500 фунтов на квадратный дюйм (10,34 МПа)) и относительно низких температурах внутри реакционного резервуара высокого давления, и в результате этого раствор растворителя абсорбирует кислые газообразные компоненты, и образуется чистый (например, очищенный от кислых веществ) исходный газ. Очищенный от кислых веществ газ производится системой отделения кислых газов. Кроме того, раствор растворителя, который содержит абсорбированный кислые газообразные компоненты (например, поток обогащенного текучего растворителя высокого давления), может выходить из реакционного резервуара высокого давления при высоком давлении и низкой температуре. Снижение давления и увеличение температуры обогащенного текучего растворителя высокого давления может способствовать очищению потока обогащенного растворителя высокого давления от абсорбированных кислых газообразных компонентов, и в результате этого поток жидкого растворителя может рециркулировать в реакционный резервуар высокого давления. Как правило, в определенных системах отделения кислых газов и ситуациях, снижающий давление клапан можно использоваться для снижения давления обогащенного текучего растворителя высокого давления. Однако снижающий давление клапан не может использовать энергию, производимую за счет перепада давления обогащенного текучего растворителя, и в результате этого происходит потеря эффективности.

[0018] Как отмечено выше, согласно вариантам осуществления, которые описаны в настоящем документе, турбинная система может быть выполнена с возможностью способствовать снижению давления обогащенного текучего растворителя высокого давления. По существу, как подробно описано ниже, в определенных ситуациях турбинная система может устанавливаться, чтобы способствовать замещению снижающего давление клапана в составе разнообразных систем отделения кислых газов. В частности, турбинная система может быть выполнена с возможностью регенерировать часть энергии давления, которая производится, когда снижается давление обогащенного раствора растворителя, и она может преобразовывать эту энергию давления в механическую энергию вращательного движения. Согласно определенным вариантам осуществления, механическая энергия вращательного движения можно использоваться и/или преобразовываться в другие формы энергии в пределах системы отделения кислых газов и/или промышленной системы. Например, энергия вращательного движения, которая производится турбинной системой, может использоваться, чтобы приводить в движение насос, который повышает давление дополнительных технологических текучих сред внутри системы, чтобы преобразовываться в электрическую энергию посредством приведения в действие электрического генератора, или она может использоваться любым другим способом в пределах системы отделения кислых газов.

[0019] С учетом изложенного выше, фиг. 1 представляет схематическую диаграмму системы отделения кислых газов 10 с турбинной системой 12 согласно варианту осуществления. Турбинная система 12 включает турбину 10 (например, гидравлическую турбину, жидкостную турбину и т.д.) и один или более клапанов, как подробно описано в отношении фиг. 2-5. В частности, как отмечено выше, турбинная система может быть выполнена с возможностью замещать снижающий давление клапан 14, который присутствует в составе типичных систем отделения кислых газов, как подробно описано ниже. Кроме того, хотя приведенное в настоящем документе описание систем и способов, в основном, представляет собой описание в отношении системы отделения кислых газов конкретного типа (например, обработки природного газа с использованием водного раствор растворителя), следует отметить, что описанные технологии и механизмы могли бы использоваться в любой системе 10 отделения кислых газов. Например, варианты осуществления, описанные в настоящем документе, могут использоваться в любой системе 10 отделения кислых газов, имеющей снижающий давление клапан 14, который может замещаться турбинной системой 12. По существу, как отмечено выше, использование турбинной системы 12 вместо снижающего давление клапана 14 может способствовать повышению эффективности системы 10, а также может способствовать регенерации части производимой энергии давления и преобразованию производимой энергии давления в механическую энергию вращательного движения.

[0020] Согласно определенным вариантам осуществления, система отделения кислых газов 10 включает желательный исходный газ 16, который поступает в основание 17 реакционного резервуара высокого давления 18. Исходный газ 16 может представлять собой газ любого типа, в котором содержатся кислые газообразные компоненты (например, кислые газы). Например, типы исходного газа 16 могут включать природный газ (например, этан, пропан и т.д.), который поступает из природных геологических месторождений, синтетический газ, или, в общем, газ любого типа, содержащий кислые газообразные компоненты. Кислые газообразные компоненты исходного газа 16 могут представлять собой диоксид углерода, сероводород, меркаптаны (например, метантиол, этантиол и т. п.) и так далее. Согласно определенным вариантам осуществления, исходный газ 16 может поступать в реакционный резервуар высокого давления 18 при манометрическом давлении, составляющем приблизительно от 300 фунтов на квадратный дюйм (2,068 МПа) до 2200 фунтов на квадратный дюйм (15,17 МПа). Кроме того, температура исходного газа 16, который поступает в реакционный резервуар высокого давления 18, может составлять приблизительно от 26 до 38 градусов Цельсия. Кроме того, система 10 отделения кислых газов включает обедненный раствор 20 растворителя (например, обедненный водный раствор растворителя, обедненный раствор растворителя, обедненный раствор растворителя на водной основе и т.д.), который поступает, как правило, вблизи верхней части 19 реакционного резервуара высокого давления 18 и обычно имеет низкую температуру. Согласно определенным вариантам осуществления, температура обедненный раствор 20 растворителя, который поступает в реакционный резервуар 18 высокого давления, может составлять приблизительно от 32 до 43 градусов Цельсия или приблизительно от 38 до 49 градусов Цельсия. По существу, согласно определенным вариантам осуществления, температура обедненного раствора растворителя 20 может представлять собой любую температуру от 30 до 50 градусов Цельсия, причем эта температура должна быть выше, чем температура исходного газа 16, чтобы это способствовало предотвращению конденсации тяжелых компонентов исходного газа 16. Когда исходный газ 16 перемещается в вертикальном направлении вверх 22 внутри реакционного резервуара 18 высокого давления, исходный газ 16 вступает в контакт с обедненным раствором растворителя 20 в экзотермическом процессе.

[0021] Соответственно, согласно определенным вариантам осуществления, обедненный раствор 20 растворителя нагревается в экзотермическом процессе, и кислые газообразные компоненты исходного газа 16 могут перемещаться из исходного газа 16 в обедненный раствор 20 растворителя, когда обедненный раствор растворителя перемещается в вертикальном направлении вниз 24 внутри реакционного резервуара 18 высокого давления. Таким образом, очищенный от кислых веществ газ 26 (например, чистый газ 26) выходит из реакционного резервуара высокого давления. В частности, очищенный от кислых веществ газ 26 может представлять собой требуемый исходный газ 16, в котором отсутствуют кислые газообразные компоненты. Кроме того, обедненный раствор растворителя 20 абсорбирует кислые газообразные компоненты и выходит из реакционного резервуара высокого давления 18 при высоком давлении (составляющем, например, приблизительно от 1000 фунтов на квадратный дюйм (6,895 МПа) до 1500 фунтов на квадратный дюйм (10,34 МПа)) и, как правило, при высокой температуре (составляющей, например, приблизительно от 55 до 65 градусов Цельсия) как поток обогащенного растворителя высокого давления 28. Как отмечено выше, может оказаться предпочтительным регенерация и рециркуляция раствора растворителя в пределах системы отделения кислых газов 10. Соответственно, согласно определенным вариантам осуществления, поток обогащенного растворителя высокого давления 28 подвергается дополнительной обработке, в результате которой отделяются кислые газообразные компоненты, и получается обедненный раствор 20 растворителя. Таким образом, согласно определенным вариантам осуществления, давление потока обогащенного растворителя 28 высокого давления может уменьшаться для отделения кислых газообразных компонентов. Кроме того, согласно определенным вариантам осуществления, температура потока обогащенного растворителя 28 высокого давления может увеличиваться для отделения кислых газообразных компонентов.

[0022] Турбинная система 12 может быть выполнена с возможностью снижать давление потока обогащенного растворителя 28 высокого давления, как подробно описано в отношении фиг. 2-4. Например, согласно определенным вариантам осуществления, манометрическое давление потока обогащенного растворителя высокого давления 28 может снижаться до уровня, составляющего приблизительно от 25 фунтов на квадратный дюйм (0,1724 МПа) до 100 фунтов на квадратный дюйм (0,6895 МПа). Соответственно, поток обогащенного растворителя низкого давления 30, который выходит из турбинной системы 12, может направляться в испарительный резервуар 32. Испарительный резервуар 32 может быть выполнен с возможностью быстро испарять и извлекать требуемые компоненты обогащенного растворителя 30 низкого давления, такие как любые остаточные газообразные углеводороды. Кроме того, обогащенный растворитель низкого давления 30 может затем направляться в теплообменник 34 и на дополнительную последующую обработку 36. Последующая обработка 36 предназначается, чтобы очищать обогащенный растворитель низкого давления 30 от кислых газообразных компонентов. Согласно определенным вариантам осуществления, последующая обработка 36 может включать регенераторный контур, в котором кислые газообразные компоненты отделяются от обогащенного растворителя низкого давления 30 с применением тепла, и образуется обедненный раствор 20 растворителя. Согласно определенным вариантам осуществления, теплообменник 34 выполнен с возможностью осуществлять теплообмен между обогащенным растворителем низкого давления 30, который поступает в теплообменник 34, и обедненным раствором 20 растворителя, который выходит из блока последующей обработки 36. Кроме того, обедненный раствор 20 растворителя, который выходит из теплообменника 34, поступает в насос 38 для потока обедненного растворителя, который выполнен с возможностью увеличивать давление обедненного раствора 20 растворителя до манометрического давления реакционного резервуара 18 высокого давления (составляющего, например, от приблизительно 25-100 фунтов на квадратный дюйм (0,1724-0,6895 МПа) до приблизительно 1000-1200 фунтов на квадратный дюйм (6,895-8,274 МПа)). Обедненный раствор растворителя 20 затем направляется обратно в реакционный резервуар 18 высокого давления, когда должен открываться клапан 40 обедненного растворителя. Согласно определенным вариантам осуществления, энергия, которая требуется для повышения давления обедненного раствора растворителя 20, может производиться за счет энергии, которую производит турбинная система 12.

[0023] Фиг. 2 представляет схематическую диаграмму турбинной системы согласно варианту осуществления 12 на фиг. 1, где турбинная система 12 включает турбину 42 и один или несколько клапанов 44. Согласно проиллюстрированному варианту осуществления, клапаны 44 включают вспомогательный сопловой клапан 46, перепускной клапан 48 и дроссельный клапан 50. В частности, клапаны 44 могут предназначаться, чтобы регулировать поток обогащенного растворителя высокого давления 28, который выходит из реакционного резервуара высокого давления 18 и направляться в турбину 42. Следует отметить, что управление процессом рециркуляции растворителя внутри системы отделения кислых газов 10 может осуществляться посредством регулирования потока обедненного раствора растворителя 20 и потока обогащенного растворителя высокого давления 28, который выходит из реакционного резервуара высокого давления 18. Таким образом, турбинная система 12 может быть выполнена с возможностью способствовать управлению всем процессом в системе отделения кислых газов 10 посредством регулирования и придания сопротивления потоку, который выходит из реакционного резервуара высокого давления 18. По существу, клапаны 44 могут работать совместно, чтобы одновременно регулировать и/или оптимизировать поток обогащенного растворителя высокого давления 28, который выходит из реакционного резервуара высокого давления 18 и поток обогащенного растворителя 28 высокого давления, который поступает в турбину 42.

[0024] Согласно определенным вариантам осуществления, обогащенный растворитель 28 высокого давления может направляться непосредственно из реакционного резервуара высокого давления 18 в турбину 42 через основной проточный канал 52, ведущий в основное сопло 54 (например, первичные сопла 54) турбины 42. По существу, основное сопло 54 может быть непрерывно открытым для потока обогащенного растворителя высокого давления 28, который выходит из реакционного резервуара высокого давления 18, без каких-либо элементов, предназначенных для ограничения или регулирования потока. Согласно определенным вариантам осуществления, может оказаться необходимым увеличение скорости потока, который выходит из реакционного резервуара высокого давления 18 и поступает в турбину 42. В этих ситуациях вспомогательный сопловой клапан 46 может открываться или включаться, чтобы увеличивать скорость потока в турбину 42. Например, в определенных ситуациях вспомогательный проточный канал 56 может ответвляться от основного проточного канала 52 и направлять часть обогащенного растворителя высокого давления во вспомогательное сопло 58 через вспомогательный сопловой клапан 46. Когда вспомогательный сопловой клапан 46 является полностью открытым, турбина 42 может быть выполнена с возможностью принимать максимальное количество обогащенного растворителя высокого давления 28, который выходит из реакционного резервуара высокого давления 18. Следует отметить, что, согласно некоторым вариантам осуществления, вспомогательный сопловой клапан 46 может частично открываться, и, таким образом, некоторое количество обогащенного растворителя высокого давления 28 выпускается из реакционного резервуара высокого давления 18 и направляется в турбину 42. Как отмечено выше, количество обогащенного растворителя высокого давления 28, которое направляется в турбину 42, может зависеть от желательных эксплуатационных параметров всего рециркуляционного процесса в системе отделения кислых газов 10. Например, когда уровень жидкости в реакционном резервуаре высокого давления увеличивается и превышает допустимые пределы реакционного резервуара высокого давления, может потребоваться выпуск большего количества обогащенного растворителя высокого давления 28 из реакционного резервуара высокого давления 18 в целях регулирования уровня жидкости в реакционном резервуаре высокого давления 18.

[0025] Согласно определенным вариантам осуществления, турбинная система 12 может быть выполнена с возможностью работать в более широком диапазоне пропускной способности. Например, в некоторых ситуациях турбинная система 12 может быть выполнена с возможностью принимать дополнительный поток, выходящий из реакционного резервуара высокого давления 18, такой как поток, который превышает максимальный поток, который могут пропускать основной проточный канал 52 и вспомогательный проточный канал 56. В этих ситуациях перепускной клапан 48 может полностью или частично открываться, чтобы пропускать чрезмерный поток обогащенного растворителя высокого давления 28, который выходит из реакционного резервуара высокого давления 18. В частности, обводной проточный канал 60 может ответвляться от основного проточного канала 52, чтобы направлять часть обогащенного растворитель высокого давления 28 непосредственно из реакционного резервуара высокого давления 18 в проточный канал, следующий из турбины 42. Реакционный резервуар высокого давления 18 может включать выпуск 21, через который обогащенный растворитель высокого давления 28 выходит из реакционного резервуара высокого давления 18. Согласно определенным вариантам осуществления, обводной проточный канал 60 может направлять обогащенный растворитель высокого давления 28 в выпускной проточный канал, следующий из турбины 42 через дроссельный клапана 50. Согласно определенным вариантам осуществления, дроссельный клапан 50 может также использоваться, чтобы расширять диапазон потоков, которые может пропускать турбинная система 12. Например, в некоторых ситуациях турбинная система 12 может быть выполнена с возможностью пропускать поток меньшей величины, такой как поток, являющийся меньшим, чем минимальный поток, для пропускания которого предназначается основной проточный канал 52. В этих ситуациях дроссельный клапан 50 может полностью или частично закрываться, чтобы пропускать уменьшенный поток обогащенного растворителя 28 высокого давления, который выходит из реакционного резервуара 18 высокого давления. Например, закрывание дроссельного клапана 50 можно способствовать обеспечению дополнительного сопротивления внутри турбинной системы 12. Как отмечено выше, турбина 42, как правило, выполнена с возможностью уменьшать давление обогащенного растворителя высокого давления 28, и выпускать обогащенный растворитель низкого давления 30 через турбинный выпуск 59 и в выпускной проточный канал 62.

[0026] Согласно определенным вариантам осуществления, многочисленные вспомогательные сопловые клапаны 46, вспомогательные проточного канала 56 и вспомогательные сопла 58 могут устанавливаться и предназначаться для работы с турбиной 42. Например, один или несколько (например, 2, 3, 4, 5, 6 или более) вспомогательных сопловых клапанов 46, а также соответствующие вспомогательные проточные каналы 56 и вспомогательные сопла 58 могут предназначаться для работы с турбиной 42. Кроме того, следует отметить, что в некоторых ситуациях несколько (например, 2, 3, 4, 5, 6, или более) турбинных систем 12 могут присутствовать в составе системы отделения кислых газов 10. В этих ситуациях основной проточный канал 52, который выходит из реакционного резервуара высокого давления 18, может расщепляться на множество основных проточных каналов 52. Каждый из множества основных проточных каналов 52 может вести к конкретной турбинной системе 12 из множества турбинных систем 12.

[0027] Фиг. 3 представляет схематическую диаграмму дроссельного клапан 50 турбинной системы 12 согласно варианту осуществления на фиг. 2, где дроссельный клапан 50 занимает различные положения внутри турбинной системы 12. Например, как отмечено выше в отношении фиг. 2, дроссельный клапан 50 может располагаться в выпускном проточном канале 62 ниже по потоку относительно турбины 42 и выше по потоку относительно первой точки соединения 64 между обводным проточным каналом 60 и выпуском 59. Согласно другим вариантам осуществления, дроссельный клапан 66 может располагаться в выпускном проточном канале 62 после турбины 42 и точки соединения 64. Согласно определенным вариантам осуществления, дроссельный клапан 68 может располагаться выше по потоку относительно реакционного резервуара высокого давления 18 и ниже по потоку относительно второй точки соединения 70 между основным проточным каналом 52 и обводным проточным каналом 60. Кроме того, согласно определенным вариантам осуществления, дроссельный клапан 72 можно располагаться ниже по потоку относительно второй точки соединения 70, выше по потоку относительно турбины 42 и выше по потоку относительно третьей точки соединения 73 перед основным проточным каналом 52 и вспомогательным проточным каналом 56. Согласно другим вариантам осуществления, дроссельный клапан 72 может располагаться ниже по потоку относительно второй точки соединения 70, выше по потоку относительно турбины 42 и ниже по потоку относительно третьей точки соединения 73.

[0028] Согласно определенным вариантам осуществления, дроссельные клапаны 50 или 66 могут быть выполнены с возможностью увеличивать сопротивление внутри турбинной системы 12 посредством ограничения потока, выходящего из турбины 42, и в результате этого получается турбинная система 12 с механизмом, допускающим низкие профили потока. Дроссельные клапаны 68 и 72 могут предназначаться, чтобы увеличивать сопротивление и ограничивать поток обогащенного растворителя высокого давления 28 из реакционного резервуара высокого давления 18. Кроме того, следует отметить, что дроссельные клапаны 50, 66, 68 и 72 могут использоваться в любом сочетании, чтобы регулировать и направлять поток обогащенного растворителя высокого давления 28 желательным образом. Например, согласно определенным вариантам осуществления, дроссельный клапан 72 может закрываться, чтобы ограничивать поток обогащенного растворителя высокого давления 28 в турбину 42, и он можно направлять обогащенный растворитель высокого давления 28 в выпускной проточный канал 62. Следует отметить, что, согласно другим вариантам осуществления, любое число клапанов 44 может располагаться выше по потоку или ниже по потоку относительно турбины 42, чтобы способствовать работе турбинной системы 12 в более широком диапазоне профилей потока. Кроме того, могут быть предусмотрены дополнительные механизмы для турбинной системы 12, чтобы более тонко регулировать поток обогащенного растворителя высокого давления 28, как подробно описывается в отношении фиг. 4.

[0029] Фиг. 4 представляет схематическую диаграмму турбинной системы согласно варианту осуществления на фиг. 2, где один или несколько клапанов турбинной системы 12 присоединяются к системе наблюдения/анализа 74. Система наблюдения/анализа 74 может включать контроллер 76, присоединенный к дисплею 78, один или несколько процессоров 80 и запоминающее устройство 82. Контроллер 76 может быть выполнен с возможностью осуществлять сообщение и принимать информацию от одного или нескольких компонентов турбинной системы 12, в том числе от одного или нескольких клапанов 44 или от один или нескольких датчиков 75. Например, согласно определенным вариантам осуществления, контроллер 76 может быть выполнен с возможностью регулировать и оптимизировать один или несколько эксплуатационных параметров турбинной системы 12.

[0030] Согласно определенным вариантам осуществления, процессор 80 может включать один или несколько устройств для обработки данных, и запоминающее устройство 82 может включать один или несколько материальных, энергонезависимых, машиночитаемых носителей информации, которые в совокупности содержат инструкции, выполняемые процессором 80 в целях осуществления процессов и регулирования операций, которые описываются в настоящем документе.

[0031] Такой машиночитаемый носитель может представлять собой любой доступный носитель, с которым может соединяться процессор или какой-либо компьютер общего назначения или специального назначения, или другое устройство, имеющее процессор. В качестве примера, такой машиночитаемый носитель может включать оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (EPROM), электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM), компактный оптический диск как постоянное запоминающее устройство (CD-ROM) или другой носитель информации на оптическом диске, магнитном диске или другом магнитном устройстве, или любой другой носитель, который может использоваться для содержания или хранения желательного программного кода в форме выполняемых машиной инструкций или информационных структур, и с которым может соединяться процессор или какой-либо компьютер общего назначения или специального назначения, или другое устройство, имеющее процессор. Когда информация передается или направляется посредством сети или другой системы связи (в том числе проводной, беспроводной или сочетающей проводные и беспроводные элементы) в компьютер, этот компьютер надлежащим образом рассматривает это соединение как машиночитаемый носитель. Таким образом, любое такое соединение надлежащим образом считается машиночитаемым носителем. Сочетания вышеупомянутых элементов также включаются в понятие машиночитаемых носителей. Выполняемые машиной инструкции включают, например, инструкции и данные, которые заставляют процессор или какой-либо компьютер общего назначения, компьютер специального назначения или обрабатывающее данные устройство специального назначения выполнять определенную функцию или группу функций.

[0032] Например, согласно определенным вариантам осуществления, контроллер 76 может быть выполнена с возможностью осуществлять сообщение с электрическими приводами, переключателями (такими как, например, бесконтактный переключатель на датчике Холла (Hall), соленоидные переключатели, релейные переключатели, ограничительные переключатели) и так далее, которые могут присоединяться к каждому из одного или нескольких клапанов 44. Таким образом, контроллер 76 может быть выполнен с возможностью открывать, закрывать, частично открывать или частично закрывать любой из клапанов 44, на основе желательных профилей потоков во всей системе отделения кислых газов 10. Кроме того, согласно определенным вариантам осуществления, контроллер 76 может быть выполнен с возможностью соединяться с разнообразными устройствами датчиков 75, которые располагаются во всей турбинной системе 12 и системе отделения кислых газов 10. Эти устройства датчиков 75 могут включать расходомеры, термометры, виброметры, датчики зазора, манометры или другие датчики, предназначенные для измерения эксплуатационных параметров системы отделения кислых газов 10. Например, устройства датчиков 75 могут предназначаться, чтобы измерять температуру, давление, скорость потока, скорости реакции и другие параметры потока обогащенного растворителя высокого давления 28, потока обогащенного растворителя низкого давления 30, обедненного раствора растворителя 20, исходного газа 16 и т.д. Согласно некоторым вариантам осуществления, устройства датчиков 75 могут располагаться внутри турбинной система 12, например, в проточных каналах 52, 56, 60 или 62 турбинной системы 12.

[0033] Согласно определенным вариантам осуществления, устройства датчиков 75 конкретных типов могут располагаться в составе другие компонентов системы отделения кислых газов 10, в том числе внутри реакционного резервуара высокого давления 18. Например, реакционный резервуар высокого давления 18 может включать датчик уровня 84, предназначенный для измерения разнообразных эксплуатационных параметров реакционного резервуара высокого давления 18. В определенных ситуациях датчик уровня 84 может быть выполнен с возможностью предоставлять информацию в отношении экзотермического процесса внутри реакционного резервуара 18 между обедненным раствором растворителя 20 и исходным газом 16. Информация, измеряемая датчиком уровня и передаваемая в контроллер 76, может включать информацию в отношении температуры, давления, скорости реакции, производимого количества очищенного от кислых веществ газа 26, производимого количества обогащенного растворителя высокого давления 28 и так далее. В частности, датчик уровня 84 и разнообразные другие устройства датчиков 75, которые могут располагаться внутри реакционного резервуара высокого давления 18, могут использоваться для определения количества обогащенного растворителя высокого давления 28, направляемого из реакционного резервуара высокого давления 18.

[0034] Кроме того, на основе информации или сигналов обратной связи, которые поступают от датчика уровня 84 и/или от других устройств датчиков 75, контроллер 76 может быть выполнен с возможностью регулировать клапаны 44 в целях достижения желательных профилей потоков. Например, если контроллер 76 принимает информацию о том, что количество обогащенного растворителя высокого давления, направляться из реакционного резервуара высокого давления 18 составляет более чем пропускная способность или предельный поток, который может пропускать основное сопло 54, контроллер 76 может быть выполнен с возможностью открывать или частично открывать вспомогательный сопловой клапан 46. Аналогичным образом, если контроллер 76 принимает информацию или сигнал обратной связи о том, что количество обогащенного растворителя высокого давления, направляемого из реакционного резервуара высокого давления 18, составляет менее чем пропускная способность или предельный поток, который может пропускать основное сопло 54, контроллер 76 может быть выполнен с возможностью закрывать или частично закрывать вспомогательный сопловой клапан 46. Кроме того, если контроллер 76 принимает информацию о том, что количество обогащенного растворителя высокого давления, направляемого из реакционного резервуара высокого давления 18, составляет более чем приблизительно 10%-20% пропускной способности, которую может обеспечивать вспомогательное сопло 58, контроллер 76 может быть выполнен с возможностью открывать или частично открывать перепускной клапан 48. Аналогичным образом, если контроллер 76 принимает информацию или сигнал обратной связи о том, что количество обогащенного растворителя высокого давления, направляемого из реакционного резервуара высокого давления в реакционный резервуар высокого давления 18, составляет менее чем приблизительно 10%-20% пропускной способности, которую может обеспечивать вспомогательное сопло 58, контроллер 76 может быть выполнен с возможностью закрывать или частично закрывать один или несколько дроссельные клапаны 50, 66, 68, 72. Следует отметить, что согласно другим вариантам осуществления, информация от датчиков других типов (например, информация от датчика уровня 84) может также использоваться для регулирования клапанов 44 таким образом, чтобы улучшалась суммарная эффективность турбинной системы 12. Следует отметить, что диапазоны, предлагаемые в отношении пропускной способности и предельных потоков, которые может пропускать каждый из клапанов 44, предназначаются для представленных целей, причем диапазоны, в пределах которых работает каждый клапан, могут изменяться в зависимости от желательной общей эффективности системы.

[0035] Например, в определенных ситуациях, например, когда турбинная система 12 принимает такое количество обогащенного растворителя высокого давления 28, которое составляет менее чем пропускная способность или предельный поток основного сопла 54, перепускной клапан 48 может закрываться, вспомогательный сопловой клапан 46 может закрываться, и дроссельный клапан 50 может полностью или частично закрываться. Если контроллер 76 принимает информацию или сигнал обратной связи в отношении увеличения выпуска из реакционного резервуара высокого давления 18, разнообразные клапаны 44 могут предназначаться, чтобы открываться и пропускать дополнительный поток. Например, при увеличении скорости потока дроссельный клапан 50 может быть выполнен с возможностью открываться и позволять турбине 42 выпускать поток обогащенного растворителя низкого давления 30. Кроме того, в зависимости от величины дополнительного потока, может быть также предусмотрено, что будут открываться вспомогательный клапан 46 и/или перепускной клапан 48.

[0036] Кроме того, следует отметить, что клапаны 44 могут эксплуатироваться в любом сочетании, и клапаны 44 могут иметь перекрывающиеся интервалы эксплуатации. Например, в определенных ситуациях вспомогательный сопловой клапан 46 может предназначаться для того, чтобы открываться, прежде чем дроссельный клапан 50 полностью открывается, в то же время, когда должен открываться дроссельный клапан 50, или после того, как должен открываться дроссельный клапан 50. Аналогичным образом, перепускной клапан 48 может предназначаться, для того, чтобы открываться, прежде чем должен открываться вспомогательный сопловой клапан 46, в то же время, когда должен открываться вспомогательный сопловой клапан 46, или после того, как должен открываться вспомогательный сопловой клапан 46.

[0037] Согласно определенным вариантам осуществления, система наблюдения/анализа 74 может обеспечивать для оператора взаимодействие с системой отделения кислых газов 10. Например, дисплей 78 системы наблюдения/анализа 74 включает человеко-машинный интерфейс (HMI), который может использоваться оператором, чтобы принимать информацию от датчиков или руководство по эксплуатации. В частности, HMI может включать устройства ввода/вывода для пользователя, предназначенные, чтобы принимать или передавать информацию от оператора. Например, в определенных ситуациях оператор может вводить рабочие диапазоны для каждого из клапанов 44. Кроме того, можно использоваться дисплей 78, чтобы демонстрировать информацию, которая поступает от устройств датчиков 75, или информацию, которая имеет общее отношение к какому-либо компоненту турбинной системы 12 или системы отделения кислых газов 10.

[0038] Фиг. 5 представляет перспективное изображение турбины 42 (например, жидкостной турбины) согласно варианту осуществления, которая присутствует в составе турбинной системы 12 на фиг. 2. В частности, турбина 42 включает основное сопло 54, предназначенное, чтобы непосредственно принимать обогащенный растворитель высокого давления 28 через основной проточный канал 52. Кроме того, турбина 42 включает вспомогательное сопло 58, которое выполнено с возможностью принимать обогащенный растворитель 28 высокого давления через вспомогательный проточный канал 56, и которое регулируется посредством вспомогательного соплового клапана 46.

[0039] Хотя настоящее изобретение может подвергаться разнообразным модификациям и существовать в альтернативных формах, его конкретные варианты осуществления проиллюстрированы в качестве примеров на чертежах и подробно описаны в настоящем документе. Однако следует понимать, что не предусматривается ограничение настоящего изобретения конкретными описанными формами. Напротив, настоящее изобретение распространяется на все модификации, эквиваленты и альтернативные формы, которые соответствуют идее и находятся в пределах объема настоящего изобретения, который определяется в следующей прилагаемой формуле изобретения.

Реферат

Изобретение относится к турбинным системам, более конкретно к системам и способам для управления эксплуатационными параметрами текучей среды в системах обработки газов, таких как системы отделения кислых газов. Система для управления эксплуатационными параметрами текучей среды в системе отделения кислого газа, содержащая систему обработки газа растворителем, включает реакционный резервуар высокого давления, выполненный с возможностью отделения кислого газа от необработанного исходного газа с использованием растворителя в потоке обедненного текучего растворителя, причем реакционный резервуар высокого давления выполнен с возможностью выпускать обработанный чистый газ и первый поток текучей среды высокого давления через первый проточный канал, турбину, имеющую основное сопло, вспомогательное сопло и выпуск, причем основное сопло выполнено с возможностью принимать второй поток текучей среды высокого давления из первого проточного канала через основной проточный канал и причем второй поток текучей среды высокого давления составляет часть первого потока, при этом поток текучей среды высокого давления выполнен с возможностью приводить в движение турбину, и вспомогательный сопловой клапан, расположенный во вспомогательном проточном канале, причем вспомогательный сопловой клапан выполнен с возможностью управления протеканием третьего потока текучей среды высокого давления во вспомогательное сопло турбины, и причем третий поток текучей среды высокого давления составляет часть первого потока. Изобретение обеспечивает эффективное отделение компонентов кислых газов. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула