ОБМЕННИК ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗА Российский патент 2023 года по МПК F04F13/00 B01D53/14 B01D53/18 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Эта заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США № 62/975503, поданной 12 февраля 2020 г., и непредварительной заявке на патент США № 17/169738, поданной 8 февраля 2021 г., раскрытия которых включены сюда посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее раскрытие относится к обменнику давления, и, более конкретно, к обменнику давления для переработки газа, который позволяет избежать разрушающих резких вибрирующих толчков (воздушного удара) за счет устранения или уменьшения мертвого объема в роторе обменника давления и обеспечить приточный объем для ротора.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Обменник давления является устройством, которое может обменивать энергию давления между потоком текучей среды высокого давления и потоком текучей среды низкого давления. Обменники давления находят широкое применение в установках опреснения морской воды методом обратного осмоса (установках SWRO). Установки SWRO могут работать под давлением в диапазоне 60-70 бар (6-7 МПа), и в некоторых случаях может произойти катастрофический отказ из-за поступления воздуха с питательной водой низкого давления. В частности, повреждение может произойти, когда объемы воздуха захватываются в каналах ротора обменника давления и внезапно подвергаются воздействию и сжимаются водой под высоким давлением. Это воздействие может вызвать локализованное высокое давление на каналах ротора, которые обычно изготовлены из керамики, и повредить каналы ротора. Поэтому важно удалять воздух из морской воды, поступающей в одну из обе из сторон высокого и низкого давления. Например, воздух можно удалять через вентиляционное отверстие (клапан) на трубопроводе перед повышением давления потока.

[0004] В некоторых случаях обменник давления можно применять в процессе абсорбции, таком как переработка природного газа. Подобно обменнику давления, применяемому в установках SWRO, обменник давления может обменивать энергию давления между потоком текучей среды высокого давления и потоком текучей среды низкого давления при разделении двух потоков текучей среды барьером или границей раздела из жидкости, формируемым(ой) в роторе обменника давления. Например, барьер или граница раздела из жидкости может определяться объемом текучей среды, остающимся в канале ротора, (т.е. мертвым объемом) одного или обоих потоков. Обменник давления может использовать остающийся мертвый объем в роторе в качестве разделяющей границы раздела или барьера, предотвращая излишнее смешивание двух потоков текучей среды в роторе. Однако, в некоторых случаях, мертвый объем может вызывать частичное вытеснение потоков текучей среды по отношению ко всему объему канала и уменьшать полезную мощность обменника давления. Например, обменник давления, имеющий 40% мертвого объема в роторе, имеет возможность использовать только 60% от объема канала в качестве рабочего объема для пропускания потоков.

[0005] Газообразный компонент, поступающий в обменник давления, также может вызывать отказы при переработке газа. Например, когда природный газ обрабатывают путем абсорбции сернистого газа в аминовом растворе, разделяющий объем (т.е. мертвый объем) в роторе может быть перенасыщенным, и некоторое количество газа может десорбироваться (отделяться) из аминового раствора. Если десорбированный (очищенный) газ попадает на сторону высокого давления ротора, то может произойти катастрофический отказ вследствие эффекта резких вибрирующих толчков, действующих на ротор, сжатым десорбированным газом.

[0006] Обменник давления можно использовать в различных других областях применения, таких как поглощение CO₂, содержащегося в морской воде, и подача насосом подготовленной морской воды к впуску высокого давления обменника давления. В некоторых случаях обменник давления можно использовать для обогащения кислородом (оксигенации) рыбоводческих хозяйств.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Настоящее раскрытие описывает обменник давления для переработки газа, который может устранять или уменьшать мертвый объем в роторе обменника давления и обеспечивать приточный (промывочный) объем для ротора. Например, настоящее раскрытие описывает усовершенствованные методы управления потоком для достижения полного вытеснения объема канала и подачи притока низкого давления с предотвращением или уменьшением тем самым поступления десорбированного газа на сторону высокого давления ротора.

[0008] В соответствии с одним аспектом объекта изобретения, описанным в этой заявке, обменник давления включает в себя ротор, выполненный с возможностью вращения вокруг оси, при этом ротор образует множество каналов ротора, простирающихся параллельно этой оси, и каждый канал ротора простирается между первой стороной и второй стороной ротора, которые разнесены друг от друга. Обменник давления дополнительно включает в себя первую торцевую крышку, которая расположена с первой стороны ротора и образует первую пару отверстий (проходов), предназначенных для сообщения первой текучей среды, имеющей первую концентрацию, и вторую торцевую крышку, которая расположена со второй стороны ротора и образует вторую пару отверстий, предназначенных для сообщения второй текучей среды, имеющей вторую концентрацию, отличающуюся от первой концентрации. Ротор выполнен с возможностью вращения относительно первой торцевой крышки и второй торцевой крышки за счёт сообщения первой текучей среды и второй текучей среды через по меньшей мере часть множества каналов ротора, обмена энергией давления между первой текучей средой и второй текучей средой и подачи по меньшей мере части первой текучей среды ко второй торцевой крышке по каналам ротора, уменьшая или устраняя тем самым мертвый объем, содержащий смесь первой текучей среды и второй текучей среды, внутри ротора.

[0009] Реализации в соответствии с этим аспектом могут включать в себя один или более из следующих признаков. Например, вторая текучая среда может включать в себя приточный объем, который проходит через один или более из множества каналов ротора от второй стороны к первой стороне ротора. По меньшей мере одно из ротора, первой торцевой крышки или второй торцевой крышки может изменять скорость вращения ротора, тем самым управляя по меньшей мере одним из мертвого объема или приточного объема. В некоторых примерах ротор выполнен с возможностью устранения мертвого объема за счет снижения скорости вращения или увеличения расхода второй текучей среды, поступающей в ротор.

[0010] В некоторых реализациях первая пара отверстий может включать в себя впуск высокого давления, выполненный с возможностью вводить в ротор первую текучую среду, имеющую первое высокое давление, и выпуск низкого давления выполненный с возможностью отводить из ротора первую текучую среду, имеющую первое низкое давление, меньшее первого высокого давления. Вторая пара отверстий может включать в себя впуск низкого давления, выполненный с возможностью вводить в ротор вторую текучую среду, имеющую второе низкое давление, и выпуск высокого давления, выполненный с возможностью отводить из ротора вторую текучую среду, имеющую второе высокое давление, превышающее второе низкое давление. В некоторых примерах ротор выполнен с возможностью вращения вокруг оси в направлении от впуска высокого давления к выпуску низкого давления.

[0011] В некоторых реализациях первая торцевая крышка может включать в себя первую область уплотнения, которая расположена между первой парой отверстий и обращена к первой стороне ротора, и вторая торцевая крышка может включать в себя вторую область уплотнения, которая расположена между второй парой отверстий и обращена ко второй стороне ротора. Ротор может вращаться, обеспечивая возможность по меньшей мере части первой текучей среды осуществлять контакт со второй областью уплотнения. В некоторых примерах ротор выполнен с возможностью вращаться, обеспечивая возможность концевой части приточного объема проходить от впуска низкого давления до выпуска низкого давления.

[0012] В некоторых реализациях крайний снаружи канал ротора из множества каналов ротора предназначен для сообщения второй текучей среды между первой торцевой крышкой и второй торцевой крышкой. В некоторых примерах центральный канал ротора из множества каналов ротора предназначен для сообщения первой текучей среды между первой торцевой крышкой и второй торцевой крышкой. В некоторых примерах ширина впуска низкого давления превышает ширину выпуска высокого давления, а ширина выпуска низкого давления превышает ширину впуска высокого давления.

[0013] В соответствии с другим аспектом, обменник давления включает в себя ротор, выполненный с возможностью вращения вокруг оси, при этом ротор образует множество каналов ротора, простирающихся параллельно этой оси, и каждый канал ротора простирается между первой стороной и второй стороной ротора, которые разнесены друг от друга. Обменник давления дополнительно включает в себя первую торцевую крышку, расположенную с первой стороны ротора, и вторую торцевую крышку, расположенную со второй стороны ротора. Первая торцевая крышка образует первый впуск, выполненный с возможностью принимать первую текучую среду, имеющую первую концентрацию, и второй впуск, выполненный с возможностью принимать вторую текучую среду, имеющую вторую концентрацию, отличающуюся от первой концентрации. Вторая торцевая крышка образует первый выпуск, который обращен ко второму впуску и выполнен с возможностью отводить первую текучую среду, и второй выпуск, который обращен к первому впуску и выполнен с возможностью отводить вторую текучую среду. Ротор выполнен с возможностью вращения относительно первой торцевой крышки и второй торцевой крышки за счёт сообщения первой текучей среды и второй текучей среды через по меньшей мере часть множества каналов ротора, обмена энергией давления между первой текучей средой и второй текучей средой и подачи по меньшей мере части первой текучей среды ко второй торцевой крышке по каналам ротора, тем самым уменьшая или устраняя мертвый объем, содержащий смесь первой текучей среды и второй текучей среды, внутри ротора.

[0014] Реализации в соответствии с этим аспектом могут включать в себя один или более из следующих признаков. Например, вторая текучая среда может включать в себя приточный объем, который проходит через один или более из множества каналов ротора от первой стороны до второй стороны ротора, и по меньшей мере одно из ротора первой торцевой крышки или второй торцевой крышки выполнено с возможностью изменять скорость вращения ротора, тем самым управляя по меньшей мере одним из мертвого объема или приточного объема. В некоторых примерах ротор выполнен с возможностью устранять мертвый объем за счет снижения скорости вращения или увеличения расхода второй текучей среды, поступающей в ротор.

[0015] В некоторых реализациях первый впуск может быть впуском высокого давления, выполненным с возможностью вводить в ротор первую текучую среду, имеющую первое высокое давление, а первый выпуск может быть выпуском низкого давления, выполненным с возможностью отводить из ротора первую текучую среду, имеющую первое низкое давление, меньшее первого высокого давления. Второй впуск может быть впуском низкого давления, выполненным с возможностью вводить в ротор вторую текучую среду, имеющую второе низкое давление, а второй выпуск может быть выпуском высокого давления, выполненным с возможностью отводить из ротора вторую текучую среду, имеющую второе высокое давление, превышающее второе низкое давление.

[0016] В соответствии с другим аспектом, система для переработки сернистого газа включает в себя контактный реактор, который образует впуск газа, выполненный с возможностью принимать необработанный газ, имеющий первую степень концентрации, выпуск газа, выполненный с возможностью отводить обработанный газ, имеющий вторую степень концентрации, меньшую первой степени концентрации, выпуск жидкости, выполненный с возможностью отводить первую текучую среду, имеющую первую концентрацию, и впуск жидкости, выполненный с возможностью принимать вторую текучую среду, имеющую вторую концентрацию, меньшую первой концентрации. Контактный реактор выполнен с возможностью выдавать обработанный газ и первую текучую среду за счёт контакта между необработанным газом и второй текучей средой. Система дополнительно включает в себя бак, выполненный с возможностью хранить вторую текучую среду и выпускать вторую текучую среду, и обменник давления, расположенный между баком и контактным реактором и выполненный с возможностью принимать первую текучую среду из контактного реактора и вторую текучую среду из бака. Обменник давления включает в себя ротор, выполненный с возможностью вращения вокруг оси, при этом ротор образует множество каналов ротора, простирающихся параллельно этой оси, и каждый канал ротора простирается между первой стороной и второй стороной ротора, которые разнесены друг от друга. Обменник давления дополнительно включает в себя первую торцевую крышку, которая расположена с первой стороны ротора и образует первую пару отверстий, предназначенных для сообщения одной или обеих из первой текучей среды и второй текучей среды, и вторую торцевую крышку, которая расположена со второй стороны ротора и образует вторую пару отверстий, предназначенных для сообщения одной или обеих из первой текучей среды и второй текучей среды. Ротор выполнен с возможностью вращения относительно первой торцевой крышки и второй торцевой крышки за счёт сообщения первой текучей среды и второй текучей среды через по меньшей мере часть множества каналов ротора, обмена энергией давления между первой текучей средой и второй текучей средой и подачи по меньшей мере части первой текучей среды ко второй торцевой крышке по каналам ротора, тем самым уменьшая или устраняя мертвый объем, содержащий смесь первой текучей среды и второй текучей среды, внутри ротора. Вторая текучая среда может включать в себя приточный объем, который проходит через один или более из множества каналов ротора между одним из первой пары отверстий и одним из второй пары отверстий.

[0017] Реализации в соответствии с этим аспектом могут включать в себя один или более из следующих признаков. Например, система может дополнительно включать в себя регенератор (реверсивный/регенеративный теплообменник), включающий в себя резервуар, выполненный с возможностью принимать первую текучую среду из обменника давления, при этом регенератор выполнен с возможностью образовывать вторую текучую среду из первой текучей среды и подавать вторую текучую среду в бак. В некоторых примерах бак расположен на более высоком уровне по сравнению с обменником давления относительно земли. В некоторых реализациях система может дополнительно включать в себя насос, расположенный между регенератором и баком и выполненный с возможностью подавать вторую текучую среду из регенератора в бак. Кроме того, обменник давления системы может включать в себя признаки вышеописанных обменников давления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0018] Фиг. 1 - вид в разрезе по цилиндрической поверхности, показывающий пример обменника давления в предшествующем уровне техники.

[0019] Фиг. 2 показывает пример зависимости объема смешения от притока низкого давления обменника давления в предшествующем уровне техники.

[0020] Фиг. 3 - вид в разрезе по цилиндрической поверхности, показывающий пример обменника давления для переработки природного газа в предшествующем уровне техники.

[0021] Фиг. 4 - вид в разрезе по цилиндрической поверхности, показывающий пример обменника давления и управления потоком для переработки газа в соответствии с настоящим раскрытием.

[0022] Фиг. 5 - вид в разрезе по цилиндрической поверхности, показывающий другой пример обменника давления и управления потоком для переработки газа в соответствии с настоящим раскрытием.

[0023] Фиг. 6 - вид, показывающий пример системы для переработки газа, включающей в себя обменник давления в соответствии с настоящим раскрытием.

[0024] Одинаковые ссылочные позиции на различных чертежах указывают на одинаковые элементы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0025] Ниже описаны один или более вариантов осуществления (реализаций) настоящего раскрытия. Эти описанные реализации являются всего лишь примерами настоящего раскрытия. Как подробно обсуждено ниже, описанные реализации относятся в общем к переработке природного газа и, в частности, к установке аминовой переработки (очистки) газа, которая перерабатывает природный газ с использованием водных растворов аминов.

[0026] Настоящее раскрытие описывает один или более примеров обменника давления для переработки газа, который может устранять или уменьшать мертвый объем в роторе обменника давления и обеспечивать приточный объем для ротора. Настоящее раскрытие описывает также систему для переработки газа, включающую в себя обменник давления.

[0027] В некоторых реализациях обменник давления может применяться для аминовой переработки газа и способствовать предотвращению проникания газа (например, CO₂, H₂S и т.п.), десорбированному из перенасыщенного аминового раствора, на сторону высокого давления. Обменник давления может снижать риск повреждения обменника давления (например, ротора) из-за эффекта резких вибрирующих толчков газа под давлением. В частности, настоящее раскрытие описывает один или более режимов работы для обеспечения полного вытеснения объема канала и подачи дополнительного приточного объема через ротор обменника давления. В некоторых реализациях ротор может работать без какого-либо мертвого объема, разделяющего каждый технологический поток.

[0028] В некоторых реализациях поток обедненного амина может подаваться в обменник давления под действием силы тяжести из приподнятого бака. Например, бак может располагаться в положении по вертикали выше, чем обменник давления относительно уровня земли. В некоторых примерах система может включать в себя питающий насос, соединенный последовательно с баком и выполненный с возможностью подачи непрерывного потока в бак. В некоторых примерах бак может располагаться в приподнятом положении относительно обменника давления, чтобы подавать непрерывный поток в обменник давления и обеспечивать время на отключение циркуляционного насоса высокого давления (например, бустерного насоса для перекачивания обогащенного амина) от системы до того, как какое-нибудь количество десорбированного газа достигнет каналов ротора обменника давления и вызовет резкие вибрирующие толчки.

[0029] В некоторых реализациях, во избежание необходимости очень высокого подъема бака, обменник давления может включать в себя проходы низкого давления (например, каналы, трубопроводы), которые имеют значительно большую ширину, чем ширина проходов высокого давления. Большая ширина может также способствовать снижению перепада давления («dP») или потерь энергии в проходах низкого давления.

[0030] Фиг. 1 является видом в разрезе по цилиндрической поверхности, показывающим пример работы обменника давления в предшествующем уровне техники, используемого в качестве устройства рекуперации энергии (ERD) в процессе промышленного SWRO.

[0031] Например, обменник давления включает в себя ротор 5, расположенный между парой торцевых крышек 14 и 15, которые обращены к потокам высокого давления и потоками низкого давления. Торцевые крышки 14 и 15 могут включать в себя области 8 и 9 уплотнения, которые располагаются в центральных зонах торцевых крышек, соответственно. Кроме того, внешние части торцевых крышек 14 и 15 также могут соответствовать областям уплотнения. Ротор 5 может включать в себя несколько каналов ротора, которые простираются через внутреннюю часть ротора 5. Ротор 5 может быть расположен между потоками высокого давления и низкого давления и выполнен с возможностью вращения вокруг оси, проходящей через области 8 и 9 уплотнения.

[0032] Торцевая крышка 14 может содержать множество отверстий, соединенных с впускным каналом 12 и выпускным каналом 13. Например, торцевая крышка 14 включает в себя первое отверстие, соединенное с впускным каналом 12 и выполненное с возможностью принимать подаваемую морскую воду 1 низкого давления, имеющую минерализацию (солёность) C₁, и второе отверстие, соединенное с выпускным каналом 13 и выполненное с возможностью отводить отводимую морскую воду 3 высокого давления, имеющую солёность C₁.

[0033] Торцевая крышка 15 может образовывать множество отверстий, соединенных с впускным каналом 10 и выпускным каналом 11. Например, торцевая крышка 15 включает в себя первое отверстие, соединенное с впускным каналом 10 и выполненное с возможностью принимать подаваемый рассол 4 высокого давления, имеющий солёность C₀, и второе отверстие, соединенное с выпускным каналом 11 и выполненное с возможностью отводить отводимый рассол 2 низкого давления, имеющий солёность C₀. Солёность (C₀) подаваемого рассола 4 может быть выше солёности (C₁) подаваемой морской воды 1.

[0034] Подаваемая морская вода 1 при перемещении в направлении от области 9 уплотнения к торцевой крышке 15 может постепенно перемещать мертвый объем 6 в роторе 5 к торцевой крышке 15. Например, мертвый объем 6 может составлять примерно 40% от общего объема канала ротора 5 и оставаться в роторе 5. За счёт вращения ротора 5 мертвый объем 6 при перемещении к торцевой крышке 15 может вытеснять объем 7 рассола в роторе 5 через выпускной канал 11 низкого давления. Рабочий объем может составлять примерно 60% от общего объема канала.

[0035] Как показано на фиг. 1, мертвый объем 6 может разделять разные потоки и оставаться в каналах ротора, колеблясь вперед-назад вдоль оси ротора 5 в течение каждого оборота ротора 5. Например, мертвый объем может разделять подаваемую морскую воду 1 и отводимый рассол 2 и разделять подаваемый рассол 4 и отводимую морскую воду 3. Мертвый объем 6 может определять градиент солёности, имеющий солёность C₀ на границе раздела рассола с мертвым объемом и солёность C₁ на границе раздела морской воды с мертвым объемом. Например, на фиг. 1 показано в виде серой шкалы множество участков мертвого объема 6 в каналах ротора. Мертвый объем 6 может обеспечивать низкий уровень смешивания между рассолом и морской водой.

[0036] Фиг. 2 является графиком, показывающим пример отношения между объемом смешения и притоком низкого давления в обменнике давления в предшествующем уровне техники. Например, при сбалансированном управлении потоком, когда расход подаваемой морской воды 1 на входе (смотри фиг. 1) равен расходу отводимой морской воды 3 высокого давления, степень притока в ERD соответствует 0% на фиг. 2. При сбалансированном управлении потоком может быть примерно 6% объемное смешение между подаваемой морской водой 1 на входе и подаваемым рассолом 4 в роторе 5.

[0037] При положительной степени притока в ERD, расход подаваемой морской воды 1 на входе превосходит расход отводимой морской воды 3 высокого давления. Таким образом, по меньшей мере некоторая часть избыточной подаваемой морской воды 1 может выводиться через выпускной канал 11 низкого давления и, следовательно, снижать солёность отводимого рассола 2. Напротив, при отрицательной степени притока в ERD, расход подаваемого рассола 4 на входе превосходит расход отводимого рассола 2 низкого давления. Таким образом, по меньшей мере некоторая часть избыточного подаваемого рассола 4 может выводиться через выпускной канал 13 высокого давления и, следовательно, повышать солёность отводимой морской воды 3 высокого давления.

[0038] В некоторых примерах, базирующихся на кривой смешения на фиг. 2, объем смешения в роторе 5 можно уменьшать путем подачи подходящего уровня притока низкого давления (например, путем увеличения расхода подаваемой морской воды 1). Однако, по мере того, как расход подаваемого вещества при низком давлении (например, подаваемой морской воды 1) увеличивается, может повышаться также стоимость предварительной обработки. Таким образом, подходящий уровень притока низкого давления может быть менее чем или равным 5% для экономической эффективности.

[0039] Фиг. 3 является видом в разрезе по цилиндрической поверхности, показывающим пример работы обменника давления для переработки природного газа в предшествующем уровне техники. Например, обменник давления, описанный выше со ссылкой на фиг. 1 для SWRO, можно применять для переработки природного газа. В этом примере впускной канал 12 низкого давления может принимать поток 1 обедненного амина, имеющий концентрацию C₁ газа (эквивалент подаваемой морской воды 1 на фиг. 1), а выпускной канал 13 высокого давления может отводить отводимый поток 3 обедненного амина. Впускной канал 10 высокого давления может принимать поток 4 обогащенного амина, имеющего концентрацию C₀ газа (эквивалент подаваемого рассола 4 на фиг. 1), а выпускной канал 11 низкого давления может отводить поток 2 обогащенного амина. Концентрация C₀ может быть выше концентрации C₁. При переработке газа концентрации C₀ и C₁ могут представлять массовые доли коррозионных или нежелательных газов, абсорбированных в потоке жидкости.

[0040] Поток 4 обогащенного амина высокого давления может быть подвергнут снижению давления с помощью обменника давления и обменивается энергией давления с потоком 1 обедненного амина. В этом процессе некоторое количество газа, включенного в поток 4 обогащенного амина, может десорбироваться (например, поток обезгаживается) внутри мертвого объема каналов ротора сразу после того, как давление сбрасывается. Как объяснено выше со ссылкой на фиг. 1, мертвый объем 6 остается в каналах ротора и совершает возвратно-поступательное движение между сторонами потоков высокого и низкого давления (например, торцевыми крышками 14 и 15). Например, мертвый объем 6 может занимать примерно 40% от объема канала ротора 5.

[0041] Десорбированный газ 16 может быть помехой успешному применению обменника давления для переработки природного газа. В частности, десорбированный газ 16 может внезапно уменьшать свой объем или сжиматься в потоке 4 обогащенного амина высокого давления, создавая резкие вибрирующие толчки 17, действующие на ротор 5, который вращается от сторон низкого давления (например, трубы или канала 11) к сторонам высокого давления (например, трубе или каналу 10). Резкие вибрирующие толчки 17 могут вызывать удар или воздействие на стенки каналов ротора в роторе 5, что может повредить обменник давления или сократить срок службы обменника давления.

[0042] В некоторых примерах для уменьшения объема смешения в роторе 5 и десорбированного газа 16 можно применить приток низкого давления потока 1 обедненного амина. Однако, поскольку мертвый объем занимает примерно 40% от объема канала в примере, показанном на фиг. 3, добавление примерно 5% приточного объема все еще может оставить нетронутой значительную часть мертвого объема 6. Таким образом, десорбированный газ 16 может оставаться в роторе 5 и создавать неприемлемую угрозу безопасной работе обменника давления для переработки газа вследствие резких вибрирующих толчков 17 десорбированного газа 16, поступающего на сторону высокого давления.

[0043] Выпускной канал 11 низкого давления может переносить поток 2 обогащенного амина, который соответствует рабочему объему, составляющему, например, 60% от объема канала, за вычетом мертвого объема 6 (например, 40% от объема канала). Рабочий объем также может включать в себя газ, десорбированный из потока 2 обогащенного амина на стороне низкого давления, (например, показанный белыми точками в потоке 2 обогащенного амина на фиг. 3). Весь десорбированный газ или его большая часть в потоке 2 обогащенного амина переносится вне каналов ротора и поэтому не поступает на сторону высокого давления ротора 5. Таким образом, десорбция газа в рабочем объеме не будет вызывать никакого эффекта резких вибрирующих толчков на обменник давления, тогда как десорбция газа в мертвом объеме 6 будет вызывать возникновение резких вибрирующих толчков 17.

[0044] Фиг. 4 является видом в разрезе по цилиндрической поверхности, показывающим пример работы обменника давления и управления потоком для переработки газа в соответствии с настоящим раскрытием.

[0045] Обменник 100 давления может включать в себя ротор 105, который расположен между парой торцевых крышек 114 и 115 и который выполнен с возможностью вращения вокруг оси 122. Ротор 105 может образовывать множество каналов 120 ротора, которые простираются параллельно оси 122. Каждый из каналов 120 ротора простирается через ротор 105 вдоль оси 122 и соединяет первую сторону, обращенную к первой торцевой крышке (например, торцевой крышке 115), и вторую сторону, обращенную ко второй торцевой крышке (например, торцевой крышке 114).

[0046] Ротор 105 может вращаться относительно торцевых крышек 114 и 115 различными приводными механизмами. Например, ротор 105 может вращаться механически вокруг вала, который простирается вдоль оси 122. Вал может вращаться приводным устройством, таким как двигатель. В некоторых реализациях ротор 105 (или вал ротора 105) может быть выполнен с возможностью вращения потоком, поступающим в ротор 105. Например, обменник 100 давления может дополнительно включать в себя наклонную конструкцию, которая включает в себя наклонную поверхность относительно оси 122. Наклонная поверхность наклонной конструкции может быть выполнена обращенной к и с возможностью осуществления контакта с набегающими потоками (например, потоком 101 обедненного амина или потоком 104 обогащенного амина). За счёт давления набегающих потоков, прикладываемого к наклонной поверхности наклонной конструкции, ротор 105 может вращаться вокруг вала относительно торцевых крышек 114 и 115.

[0047] В некоторых реализациях скорость вращения ротора 105 может определяться на основе расположения наклонной поверхности наклонной конструкции. Например, скорость вращения ротора 105 может определяться на основе увеличения или уменьшения угла наклона наклонной поверхности относительно оси 122. В некоторых примерах скорость вращения ротора 105 может определяться на основе увеличения или уменьшения площади или числа наклонных поверхностей, расположенных в наклонной конструкции. В некоторых примерах скорость вращения ротора 105 может изменяться на основе рельефа наклонной поверхности наклонной конструкции.

[0048] Альтернативно или дополнительно, скоростью вращения ротора 105 можно управлять путем регулирования расхода или давления потока входящих (набегающих) потоков. Например, скорость вращения ротора 105 можно повышать за счет увеличения расхода входящего потока 101 обедненного амина. Скорость вращения ротора 105 можно снижать за счет уменьшения расхода входящего потока 101 обедненного амина. В этом примере скорость вращения ротора 105 зависит от расхода входящего потока 101 обедненного амина.

[0049] В некоторых реализациях скоростью вращения ротора 105 можно управлять независимо от расхода входящего потока 101 обедненного амина. Например, ротор 105 может вращаться отдельным приводным устройством, таким как двигатель. В другом примере для регулирования скорости вращения ротора 105 можно заменять один или более компонентов обменника 100 давления, поддерживая одинаковый расход входящего потока 101 обедненного амина. В частности, торцевую крышку 114, торцевую крышку 115, ротор 105 или наклонную конструкцию, имеющую наклонную поверхность, можно заменять для регулирования скорости вращения ротора 105. В некоторых примерах торцевая крышка 114 и торцевая крышка 115 могут включать в себя наклонную конструкцию, имеющую наклонную поверхность.

[0050] Первая торцевая крышка (например, торцевая крышка 115) может располагаться с первой стороны (например, с левой стороны на фиг. 4) ротора 105 и образовывать первую пару отверстий, предназначенных для сообщения первой текучей среды, имеющей первую концентрацию (C₀). Например, торцевая крышка 115 может образовывать первое отверстие, которое соединено и находится в сообщении с впускным каналом 110, и второе отверстие, которое соединено и находится в сообщении с выпускным каналом 111. Впускной канал 110 может принимать поток 104 обогащенного амина и направлять поток 104 обогащенного амина в ротор 105 через первое отверстие торцевой крышки 115. Выпускной канал 111 может отводить поток 102 обогащенного амина из ротора 105 через второе отверстие торцевой крышки 115.

[0051] Торцевая крышка 115 может дополнительно включать в себя область 108 уплотнения, расположенную в центральной зоне торцевой крышки 115. Например, ось 122 проходит через центральную зону торцевой крышки 115, расположенную в области 108 уплотнения. Кроме того, внешние части торцевой крышки 115 могут также соответствовать области уплотнения. Внешние части торцевой крышки 115 могут располагаться радиально снаружи относительно области 108 уплотнения и образовывать периферию или периметр торцевой крышки 115. Эти области уплотнения могут быть выполнены обращенными к текучей среде и с возможностью ее блокирования, тем самым предотвращая или уменьшая утечку текучей среды из ротора 105.

[0052] Вторая торцевая крышка (например, торцевая крышка 114) может быть расположена со второй стороны (например, с правой стороны на фиг. 4) ротора 105 и образовывать вторую пару отверстий, предназначенных для сообщения второй текучей среды, имеющей вторую концентрацию (C₁). Например, торцевая крышка 114 может образовывать первое отверстие, которое соединено и находится в сообщении с впускным каналом 112, и второе отверстие, которое соединено и находится в сообщении с выпускным каналом 113. Впускной канал 112 может принимать поток 101 обедненного амина и направлять поток 101 обедненного амина в ротор 105 через первое отверстие торцевой крышки 114. Выпускной канал 113 может отводить поток обедненного амина 103 из ротора 105 через второе отверстие торцевой крышки 114.

[0053] Торцевая крышка 114 может дополнительно включать в себя область 109 уплотнения, расположенную в центральной зоне торцевой крышки 114. Например, ось 122 проходит через центральную зону торцевой крышки 114, расположенную в области 109 уплотнения. Кроме того, внешние части торцевой крышки 114 могут также соответствовать области уплотнения. Внешние части торцевой крышки 114 могут располагаться радиально снаружи относительно области 109 уплотнения и образовывать периферию или периметр торцевой крышки 114. Области уплотнения могут быть выполнены обращенными к текучей среде и с возможностью ее блокирования, тем самым предотвращая или уменьшая утечку текучей среды из ротора 105.

[0054] В некоторых реализациях ротор 105 выполнен с возможностью передачи энергии давления по меньшей мере одного из потока 104 обогащенного амина или потока 101 обедненного амина за счёт сообщения потока 104 обогащенного амина и потока 101 обедненного амина через по меньшей мере часть множества каналов 120 ротора. Например, ротор 105 может переносить энергию давления потока 104 обогащенного амина высокого давления в поток 101 обедненного амина низкого давления и выпускать поток 103 обедненного амина высокого давления. Кроме того, ротор 105 может выпускать поток 102 обогащенного амина низкого давления за счёт переноса энергии давления потока 104 обогащенного амина высокого давления потоку 101 обедненного амина низкого давления. То есть, за счёт обмена давлением, давление выходного потока 103 обедненного амина становится выше давления входного потока 101 обедненного амина, а давление выходного потока 102 обогащенного амина становится ниже давления входного потока 104 обогащенного амина.

[0055] В некоторых реализациях, как показано на фиг. 4, направление течения входного потока 104 обогащенного амина может быть противоположным направлению течения входного потока 101 обедненного амина. Эту реализацию обменника 100 давления можно назвать противоточной конфигурацией. Например, входной поток 104 обогащенного амина может втекать в ротор 105 в первом направлении (например, в направлении вправо на фиг. 4) вдоль оси 122, а входной поток 101 обедненного амина может втекать в ротор 5 во втором направлении (например, в направлении влево на фиг. 4), противоположном первому направлению. Выходной поток 103 обедненного амина может вытекать из ротора в первом направлении, а выходной поток 102 обогащенного амина может вытекать из ротора 105 во втором направлении.

[0056] Обменник 100 давления можно разделить на сторону высокого давления и сторону низкого давления относительно оси 122. Например, впускной канал 110 обогащенного амина и выпускной канал 113 обедненного амина располагаются на стороне высокого давления, а впускной канал 112 обедненного амина и выпускной канал 111 обогащенного амина располагаются на стороне низкого давления. Сторона высокого давления и сторона низкого давления гидравлически отделяются друг от друга за счет управления потоком обменника 100 давления. Ротор 105 может быть выполнен с возможностью вращения вокруг оси 122 в направлении (например, по стрелке вниз на фиг. 4) от впуска высокого давления к выпуску низкого давления.

[0057] В некоторых реализациях управление потоком, показанное на фиг. 4, обеспечивает возможность уменьшения или полного устранения какого-либо мертвого объема, который отделяет потоки 102 и 104 обогащенного амина от потоков 101 и 103 обедненного амина. В частности, поток 104 обогащенного амина высокого давления может вытеснять полный объем канала 120 ротора, заполненный обедненным амином, прежде, чем перекрывается областью 109 уплотнения торцевой крышки. В отличие от примеров, показанных на фиг. 1 и 3, каналы 120 ротора не включают в себя никакого мертвого объема (например, показанного областями серой шкалы на фиг. 1 и 3), соответствующего смеси потоков обедненного амина и обогащенного амина. То есть ротор 105 может быть выполнен с возможностью вращаться с заданной скоростью, обеспечивая возможность по меньшей мере части потока 104 обогащенного амина проходить через каналы 120 ротора и осуществлять контакт с областью 109 уплотнения.

[0058] В некоторых реализациях управление потоком может обеспечиваться путем регулирования одного или того и другого из скорости вращения ротора 105 и расхода потока 101 обедненного амина. Например, скорость вращения ротора 105 можно снижать для повышения расхода выходного потока 103 обедненного амина, поддерживая при этом расход входного потока 101 обедненного амина. В некоторых примерах, когда скорость вращения ротора 105 сохраняется, расход входного потока 101 обедненного амина можно повышать для повышения расхода выходного потока 103 обедненного амина. В некоторых случаях, когда скорость вращения ротора 105 может повышаться, расход входного потока 101 обедненного амина также может повышаться.

[0059] В некоторых реализациях скорость вращения ротора 105 можно регулировать, обеспечивая возможность отвода десорбированного газа на стороне низкого давления через выпускной канал 111, вместо перемещения обратно на сторону высокого давления, для предотвращения потенциального повреждения ротора 105 из-за эффекта резких вибрирующих толчков. На фиг. 4, в качестве примера, десорбированный газ показан белыми точками только на стороне низкого давления обменника 100 давления в каналах 120 ротора, и десорбированный газ отводится через выпускной канал 111 низкого давления.

[0060] Альтернативно или дополнительно, управление потоком может использовать добавление приточного объема потока обедненного амина для предотвращения эффекта резких вибрирующих толчков. Например, по мере перемещения потока 104 обогащенного амина со стороны высокого давления к стороне низкого давления по каналам 120 ротора, поток обогащенного амина (например, обогащенный амин в канале 118 из каналов 120 ротора) становится перенасыщенным и может десорбировать некоторое количество сернистого газа на стороне низкого давления. Этот перенасыщенный обогащенный амин затем вытесняется частично или полностью приточным объемом 119 обедненного амина. Поскольку приточный объем 119 обедненного амина не включает в себя никакого десорбированного газа, то приточный объем 119 обедненного амина не может вызывать эффекта резких вибрирующих толчков на роторе 105 даже при том, что приточный объем 119 обедненного амина перемещается на сторону высокого давления за счёт вращения ротора 105.

[0061] В некоторых реализациях, как показано на фиг. 4, ротор 105 выполнен с возможностью вращаться или расход для потока обедненного амина 101 регулируется, обеспечивая возможность концевой части приточного объема 119 проходить от впуска низкого давления торцевой крышки 114 и проникать по меньшей мере в часть выпуска низкого давления торцевой крышки 115. В некоторых примерах крайний снаружи канал ротора из каналов 120 ротора предназначен для сообщения потока обедненного амина между первой торцевой крышкой 115 и второй торцевой крышкой 114. В некоторых примерах один или более центральных каналов ротора из каналов 120 ротора предназначены для сообщения потока обогащенного амина между первой торцевой крышкой 115 и второй торцевой крышкой 114.

[0062] В некоторых реализациях ширины впускного канала 112 низкого давления и выпускного канала 111 низкого давления выполнены больше ширин выпускного канала 113 высокого давления и впускного канала 110 высокого давления. Расположение каналов 111 и 112 низкого давления со сравнительно большими ширинами на стороне низкого давления может способствовать уменьшению перепада давления («dP») или потерь энергии. Например, при уменьшении dP питательный бак (например, бак 322 на фиг. 6), который подает поток 101 обедненного амина в обменник 100 давления, можно установить на небольшом возвышении по сравнению с обменником 100 давления относительно уровня земли.

[0063] В некоторых случаях отказ питающего насоса может уменьшить поток через сторону низкого давления, тогда как поток на стороне высокого давления остается неизменным. В таких случаях десорбированный газ может циркулировать на сторону высокого давления за счёт вращения ротора 105 и вызывать повреждение ротора 105 и каналов 120 ротора. Бак 232 можно располагать на более высоком уровне для подачи потока на сторону низкого давления с достаточным давлением, чтобы снизить риск резких вибрирующих толчков в случае отказа питающего насоса. В некоторых реализациях бак 322 можно не размещать на слишком большой высоте относительно обменника 100 давления за счёт расположения каналов 111 и 112, имеющих сравнительно большую ширину, на стороне низкого давления обменника 100 давления.

[0064] Фиг. 5 является видом в разрезе по цилиндрической поверхности, представляющим другой пример обменника давления и управления потоком для переработки газа в соответствии с настоящим раскрытием.

[0065] Обменник 200 давления может включать в себя ротор 205, который расположен между парой торцевых крышек 214 и 215 и который выполнен с возможностью вращения вокруг оси 222. Ротор 205 может образовывать множество каналов 220 ротора, которые простираются параллельно оси 222. Каждый из каналов 220 ротора простирается через ротор 205 вдоль оси 222 и соединяет первую сторону, обращенную к первой торцевой крышке (например, торцевой крышке 215), и вторую сторону, обращенную ко второй торцевой крышке (например, торцевой крышке 214). Обменник 200 давления имеет идентичную или сходную конструкцию с обменником 100 давления, за исключением подсоединений и направлений потоков.

[0066] Ротор 205 может вращаться относительно торцевых крышек 214 и 215 различными приводными механизмами. Например, ротор 205 может вращаться механически вокруг вала, который простирается вдоль оси 222. Вал может вращаться приводным устройством, таким как двигатель. В некоторых реализациях ротор 205 (например, вал ротора 205) может быть выполнен с возможностью вращения потоком, поступающим в ротор 205. Например, обменник 200 давления может дополнительно включать в себя наклонную конструкцию, которая включает в себя наклонную поверхность относительно оси 222. Наклонная поверхность наклонной конструкции может быть выполнена обращенной к и с возможностью осуществления контакта с набегающими потоками (например, потоком 202 обедненного амина или потоком 204 обогащенного амина). За счёт давления набегающих потоков, прилагаемого к наклонной поверхности наклонной конструкции, ротор 105 может вращаться вокруг вала относительно торцевых крышек 214 и 215.

[0067] В некоторых реализациях скорость вращения ротора 205 может определяться на основе расположения наклонной поверхности наклонной конструкции. Например, скорость вращения ротора 205 может определяться на основе увеличения или уменьшения угла наклона наклонной поверхности относительно оси 222. В некоторых примерах скорость вращения ротора 205 может определяться на основе увеличения или уменьшения площади или числа наклонных поверхностей, расположенных в наклонной конструкции. В некоторых примерах скорость вращения ротора 205 может изменяться на основе рельефа наклонной поверхности наклонной конструкции.

[0068] Альтернативно или дополнительно, скоростью вращения ротора 205 можно управлять за счёт регулирования расхода или давления входящих потоков. Например, скорость вращения ротора 205 можно повышать за счет увеличения расхода входящего потока 202 обедненного амина или потока 204 обогащенного амина. Скорость вращения ротора 205 можно снижать за счет уменьшения расхода входящих потока 202 обедненного амина или потока 204 обогащенного амина. В этом примере скорость вращения ротора 205 зависит от расхода входящего потока 202 обедненного амина.

[0069] В некоторых реализациях скоростью вращения ротора 205 можно управлять независимо от расхода входящего потока 202 обедненного амина. Например, ротор 205 может вращаться отдельным приводным устройством, таким как двигатель. В некоторых примерах для регулирования скорости вращения ротора 205 можно заменять один или более компонентов обменника 200 давления, поддерживая одинаковый расход входящего потока 202 обедненного амина. В частности, торцевую крышку 115, ротор 105 или наклонную конструкцию, имеющую наклонную поверхность, можно заменять для регулирования скорости вращения ротора 205. В некоторых примерах торцевая крышка 115 может включать в себя наклонную конструкцию, имеющую наклонную поверхность.

[0070] Первая торцевая крышка (например, торцевая крышка 215) может располагаться с первой стороны (например, с левой стороны на фиг. 5) ротора 105 и образовывать первый впуск, выполненный с возможностью принимать первую текучую среду, имеющую первую концентрацию (C₀), и второй впуск, выполненный с возможностью принимать вторую текучую среду, имеющую вторую концентрацию (C₁), которая отличается от первой концентрации. Например, торцевая крышка 215 включает в себя первый впуск, который соединен и находится в сообщении с впускным каналом 210, и второй впуск, который соединен и находится в сообщении с впускным каналом 211. Впускной канал 210 может принимать поток 204 обогащенного амина и направлять поток 204 обогащенного амина в ротор 205 через первый впуск торцевой крышки 215. Впускной канал 211 может принимать поток 202 обедненного амина и направлять поток 202 обедненного амина в ротор 205 через второй впуск торцевой крышки 215.

[0071] В некоторых реализациях торцевая крышка 215 может дополнительно включать в себя область 208 уплотнения, расположенную в центральной зоне торцевой крышки 215. Например, ось 222 проходит через центральную зону торцевой крышки 215, расположенную в области 208 уплотнения. Кроме того, внешние части торцевой крышки 215 могут также соответствовать области уплотнения. Внешние части торцевой крышки 215 могут располагаться радиально снаружи относительно области 208 уплотнения и образовывать периферию или периметр торцевой крышки 215. Эти области уплотнения могут быть выполнены обращенными к текучей среде и с возможностью её блокирования, тем самым предотвращая или уменьшая утечку текучей среды из ротора 205.

[0072] Вторая торцевая крышка (например, торцевая крышка 214) может быть расположена со второй стороны (например, с правой стороны на фиг. 5) ротора 205 и образовывать первый выпуск, выполненный с возможностью отводить первую текучую среду, имеющую первую концентрацию (C₀), и второй выпуск, выполненный с возможностью отводить вторую текучую среду, имеющую вторую концентрацию (C₁). Например, торцевая крышка 214 может включать в себя первый выпуск, который соединен и находится в сообщении с выпускным каналом 212, и второй выпуск, который соединен и находится в сообщении с выпускным каналом 213. Выпускной канал 212 может отводить поток 201 обогащенного амина и направлять поток 201 обогащенного амина наружу ротора 205 через первый выпуск торцевой крышки 214. Выпускной канал 213 может отводить поток 203 обедненного амина наружу ротора 205 через второй выпуск торцевой крышки 214.

[0073] В некоторых реализациях торцевая крышка 214 может дополнительно включать в себя область 209 уплотнения, расположенную в центральной зоне торцевой крышки 214. Например, ось 222 проходит через центральную зону торцевой крышки 214, расположенную в области 209 уплотнения. Кроме того, внешние части торцевой крышки 214 могут также соответствовать области уплотнения. Внешние части торцевой крышки 214 могут располагаться радиально снаружи относительно области 209 уплотнения и образовывать периферию или периметр торцевой крышки 214. Области уплотнения могут быть выполнены обращенными к текучей среде и с возможностью её блокирования, тем самым предотвращая или уменьшая утечку текучей среды из ротора 205.

[0074] В некоторых реализациях ротор 205 выполнен с возможностью переноса энергии давления по меньшей мере одного из потока 204 обогащенного амина или потока 202 обедненного амина за счёт сообщения потока 204 обогащенного амина и потока 202 обедненного амина через по меньшей мере часть множества каналов 220 ротора. Например, ротор 205 может переносить энергию давления потока 204 обогащенного амина высокого давления потоку 202 обедненного амина низкого давления и выпускать поток 203 обедненного амина высокого давления через выпускной канал 213. Кроме того, ротор 205 может выпускать поток 201 обогащенного амина низкого давления за счёт переноса энергии давления потока 204 обогащенного амина высокого давления потоку 202 обедненного амина низкого давления. То есть за счёт обмена давлением между потоками давление выходного потока 203 обедненного амина становится выше давления входного потока 202 обедненного амина, а давление выходного потока 201 обогащенного амина становится ниже давления входного потока 204 обогащенного амина.

[0075] В некоторых реализациях, как показано на фиг. 5, направление течения входного потока 204 обогащенного амина может совпадать или быть параллельным направлению течения входного потока 202 обедненного амина. Эту реализацию обменника 200 давления можно назвать прямоточной конфигурацией. Например, входной поток 204 обогащенного амина может втекать в ротор 205 в первом направлении (например, в направлении вправо на фиг. 5) вдоль оси 222, и входной поток 202 обедненного амина может втекать в ротор 205 также в первом направлении. Кроме того, каждый из выходного потока 201 обогащенного амина и выходного потока 203 обедненного амина может вытекать из ротора 205 в первом направлении.

[0076] Обменник 200 давления можно разделить на сторону высокого давления и сторону низкого давления относительно оси 222. Например, впускной канал 210 обогащенного амина и выпускной канал 213 обедненного амина располагаются на стороне высокого давления, а впускной канал 211 обедненного амина и выпускной канал 212 обогащенного амина располагаются на стороне низкого давления. Сторона высокого давления и сторона низкого давления могут гидравлически отделяться друг от друга за счет управления потоком обменника 200 давления. Ротор 205 может быть выполнен с возможностью вращения вокруг оси 222 в направлении (например, по стрелке вниз на фиг. 5) от впуска высокого давления к выпуску низкого давления.

[0077] Управление потоком, показанное на фиг. 5, обеспечивает возможность уменьшения или полного устранения какого-либо мертвого объема, который отделяет потоки 201 и 204 обогащенного амина от потоков 202 и 203 обедненного амина. В частности, поток 204 обогащенного амина высокого давления может вытеснять полный объем канала 220 ротора, заполненный обедненным амином, прежде, чем перекрывается областью 209 уплотнения торцевой крышки. В отличие от примеров, показанных на фиг. 1 и 3, каналы 220 ротора не включают в себя никакого мертвого объема (например, показанного областями серой шкалы на фиг. 1 и 3), соответствующего смеси обедненного амина и обогащенного амина. То есть ротор 205 может быть выполнен с возможностью вращаться, обеспечивая возможность по меньшей мере части потока 204 обогащенного амина проходить через каналы 220 ротора и осуществлять контакт с областью 209 уплотнения. Затем поток 201 обогащенного амина отводится через выпускной канал 212.

[0078] В некоторых реализациях управление потоком может обеспечиваться за счет регулирования одного или того и другого из скорости вращения ротора 205 и расхода потока 202 обедненного амина. Например, скорость вращения ротора 205 можно снижать для повышения расхода выходного потока 203 обедненного амина, поддерживая при этом расход входного потока 202 обедненного амина. В некоторых примерах, когда скорость вращения ротора 205 сохраняется, расход входного потока 202 обедненного амина можно повышать, повышая расход выходного потока 203 обедненного амина. В некоторых случаях для повышения расхода выходного потока 203 обедненного амина можно повышать скорость вращения ротора 205 и расход входного потока 202 обедненного амина.

[0079] В некоторых реализациях скорость вращения ротора 205 может регулироваться, обеспечивая возможность отвода десорбированного газа на стороне низкого давления через выпускной канал, вместо перемещения обратно на сторону высокого давления, для предотвращения потенциального повреждения ротора 205 из-за эффекта резких вибрирующих толчков. На фиг. 5 показан, в качестве примера, десорбированный газ белыми точками только на стороне низкого давления обменника 200 давления в каналах 220 ротора, и десорбированный газ отводится через выпускной канал 212 низкого давления.

[0080] Альтернативно или дополнительно, управление потоком может использовать добавление приточного объема потока обедненного амина для предотвращения эффекта резких вибрирующих толчков. Например, по мере перемещения потока 204 обогащенного амина со стороны высокого давления к стороне низкого давления по каналам 220 ротора, поток обогащенного амина (например, обогащенный амин в канале 218 из каналов 220 ротора) становится перенасыщенным и может десорбировать некоторое количество сернистого газа на стороне низкого давления. Этот перенасыщенный обогащенный амин затем вытесняется частично или полностью приточным объемом 219 обедненного амина. Поскольку приточный объем 219 обедненного амина не включает в себя никакого десорбированного газа, то приточный объем 219 обедненного амина не может вызывать эффекта резких вибрирующих толчков на роторе 205 даже при том, что приточный объем 219 обедненного амина перемещается в сторону высокого давления за счёт вращения ротора 205.

[0081] В некоторых реализациях, как показано на фиг. 5, ротор 205 выполнен с возможностью вращаться, обеспечивая возможность концевой части приточного объема 219 проходить от впуска низкого давления торцевой крышки 215 и проникать по меньшей мере в часть выпуска низкого давления торцевой крышки 214. В некоторых примерах крайний снаружи канал ротора из каналов 220 ротора может быть предназначен для сообщения обедненного амина между первой торцевой крышкой 215 и второй торцевой крышкой 214. В некоторых примерах один или более центральных каналов ротора из каналов 220 ротора могут быть предназначены для сообщения обогащенного амина между первой торцевой крышкой 215 и второй торцевой крышкой 214.

[0082] На фиг. 6 изображен пример системы для переработки газа, включающей в себя обменник давления в соответствии с настоящим раскрытием.

[0083] Например, система 300 для переработки газа включает в себя обменник 321 давления, контактный реактор 327, напорный бак 322 и регенератор 325. Обменник 321 давления выполнен с возможностью принимать поток 333 обогащенного амина высокого давления из контактного реактора 327 и поток 330 обедненного амина низкого давления из бака 322. Обменник 321 давления дополнительно выполнен с возможностью обменивать энергию давления между потоком 333 обогащенного амина высокого давления и потоком 330 обедненного амина низкого давления и отводить поток 331 обедненного амина высокого давления и потока 332 обогащенного амина низкого давления. Обменник 321 давления может иметь идентичную или сходную конструкцию и конфигурацию с обменником 100 давления или обменником 200 давления.

[0084] Контактный реактор 327 выполнен с возможностью принимать поток 331 обедненного амина высокого давления из обменника 321 давления и принимать сернистый газ через впуск 328 газа из внешнего источника. Контактный реактор 327 выполнен с возможностью производства обессеренного газа за счёт контакта между сернистым газом, принимаемым через впуск 328 газа, и потоком 331 обедненного амина высокого давления внутри контактного реактора 327, и выпуска обессеренного газа через выпуск 329 газа.

[0085] Система 300 дополнительно включает в себя множество труб, которые соединяют компоненты системы 300 и которые выполнены с возможностью переносить потоки амина и газ. Соответственно, ссылочные позиции на фиг. 6 могут относиться к трубам и каналам, а также веществам (жидкости или газу), переносимым по трубам или каналам. Например, ссылочная позиция 330 может относиться к потоку обедненного амина низкого давления или трубе или каналу, который соединен с обменником 321 давления, чтобы переносить поток обедненного амина низкого давления в обменник 321 давления. Другая ссылочная позиция 332 может относиться к потоку обогащенного амина низкого давления или трубе или каналу, который соединен с обменником 321 давления, чтобы переносить поток обогащенного амина низкого давления из обменника 321 давления.

[0086] Контактный реактор 327 образует впуск газа, выполненный с возможностью принимать необработанный газ (например, сернистый газ, включающий в себя CO₂, H₂S или любой токсичный газ), и выпуск 329 газа, выполненный с возможностью отводить обработанный газ (например, обессеренный газ) наружу контактного реактора 327. Необработанный (неочищенный) газ может иметь первый уровень токсичности или первую токсичную концентрацию, а обработанный (очищенный) газ может иметь второй уровень токсичности или вторую токсичную концентрацию, которая меньше первого уровня токсичности или первой токсичной концентрации. Например, сернистый газ может иметь первую концентрацию CO₂ или H₂S, а обессеренный газ может иметь вторую концентрацию CO₂ или H₂S, при этом первая концентрация превышает вторую концентрацию. Впуск 328 газа расположен по вертикали ниже выпуска 329 газа с тем, чтобы необработанный газ поднимался внутри контактного реактора 327 и контактировал с потоком обедненного амина.

[0087] Контактный реактор 327 дополнительно образует впуск 335 жидкости, выполненный с возможностью принимать поток 331 обедненного амина высокого давления из обменника 321 давления, и выпуск 336 жидкости, выполненный с возможностью отводить поток 333 обогащенного амина высокого давления в обменник 321 давления. Контактный реактор 327 выполнен с возможностью за счёт реакции между потоком обедненного амина и необработанным газом в контактном реакторе 327 производства обессеренного газа, подлежащего отводу через выпуск 329 газа, и потока 333 обогащенного амина, подлежащего отводу через выпуск 336 жидкости.

[0088] В некоторых реализациях система 300 может дополнительно включать в себя дожимной насос (вспомогательный насос высокого давления) 326, который расположен между обменником 321 давления и контактным реактором 327. Дожимной насос 326 выполнен с возможностью повышать давление потока 331 обедненного амина высокого давления для подачи жидкого обедненного амина во впуск 335 жидкости контактного реактора 327.

[0089] В некоторых случаях система 300 может включать в себя насос 323, который выполнен с возможностью прямой или непрямой подачи потока 330 обедненного амина в обменник 321 давления. Например, в некоторых реализациях, как показано на фиг. 6, система 300 включает в себя бак 322, соединенный с насосом 323 и выполненный с возможностью хранить жидкий обедненный амин. Бак 322 может быть расположен в приподнятом положении относительно обменника 321 давления и выполнен с возможностью подавать поток 330 хранящегося обедненного амина в обменник 321 давления под действием силы тяжести. Бак 322 может подавать непрерывный поток под действием силы тяжести даже при незапланированном отключении насоса 323. Кроме того, бак 322 может обеспечить достаточное время срабатывания управляющей реакции для предотвращения какого-либо попадания десорбированного газа на сторону высокого давления обменника 321 давления. Таким образом, бак 322, расположенный в приподнятом положении, может способствовать предотвращению повреждения обменника 321 давления вследствие эффекта резких вибрирующих толчков десорбированного газа.

[0090] Обменник 321 давления на фиг. 6 может иметь идентичные или сходные конструкции с обменниками 100 или 200 давления, описанными выше со ссылкой на фиг. 4 и 5. Например, обменник 321 давления включает в себя ротор (например, ротор 105 или 205), который выполнен с возможностью вращения вокруг оси и образует множество каналов ротора (например, каналов 120 или 220 ротора), простирающихся параллельно оси. Каждый канал ротора простирается между первой стороной и второй стороной ротора, которые разнесены друг от друга. Обменник 321 давления дополнительно включает в себя первую торцевую крышку (например, торцевую крышку 115), которая расположена с первой стороны ротора и образует первую пару отверстий, предназначенных для сообщения одной или обеих из первой текучей среды и второй текучей среды, и вторую торцевую крышку (например, торцевую крышку 114), которая расположена со второй стороны ротора и образует вторую пару отверстий, предназначенных для сообщения одной или обеих из первой текучей среды и второй текучей среды.

[0091] Обменник 321 давления принимает поток 330 обедненного амина низкого давления из бака 322 и выпускает поток 331 обедненного амина высокого давления. Кроме того, обменник 321 давления принимает поток 333 обогащенного амина высокого давления из контактного реактора 327 и выпускает поток 332 обогащенного амина низкого давления. Вращение ротора обменника 321 давления обеспечивает процесс обмена давлением между потоками обедненного амина и обогащенного амина.

[0092] Методы управления потоком, описанные выше со ссылкой на фиг. 4 и 5, можно применить к обменнику 321 давления для предотвращения эффекта резких вибрирующих толчков. Например, ротор обменника 321 давления может быть выполнен с возможностью вращаться, обеспечивая возможность по меньшей мере части первой текучей среды осуществлять контакт со второй торцевой крышкой, тем самым уменьшая или устраняя мертвый объем, включающий в себя смесь обогащенного амина и обедненного амина внутри ротора. Кроме того, можно также обеспечить приточный объем обедненного амина, проходящий через один или более из множества каналов ротора между одним из первой пары отверстий и одним из второй пары отверстий. Таким образом, десорбированный газ в роторе не возвращается на сторону высокого давления (например, в поток 331 обедненного амина и поток 333 обогащенного амина) обменника 321 давления и непосредственно отводится в поток 332 обогащенного амина низкого давления.

[0093] Система 300 может дополнительно включать в себя регенератор 325, выполненный с возможностью принимать поток 332 обогащенного амина низкого давления, отводимый из обменника 321 давления. Регенератор 325 может собирать или отводить сернистый газ за счет нагревания и подавать обедненный амин в бак 322 с помощью насоса 323. Система 300 может дополнительно включать в себя теплообменник 324, выполненный с возможностью теплообмена между потоком 332 обогащенного амина, отводимым из обменника 321 давления, и потоком обедненного амина, отводимым из регенератора 325.

[0094] В некоторых примерах система 300 может дополнительно включать в себя обратный клапан 334, который выполнен с возможностью подавать поток обедненного амина в одном направлении из регенератора 325 в бак 322 и блокировать течение в другом направлении. В некоторых примерах система 300 может дополнительно включать в себя клапан снижения давления или подпиточный насос для сохранения постоянных уровней в регенераторе 325 или приточном баке с целью регулирования каких-либо нарушений баланса объемов растворителя между сторонами высокого и низкого давления обменника 321 давления.

[0095] Все описанные здесь примеры предназначены только для более подробного описания настоящего раскрытия. Поэтому следует понимать, что объем настоящего раскрытия не ограничен вышеописанными примерными реализациями (вариантами осуществления) или применением таких терминов, если они не ограничены прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что в рамках объема прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов могут быть выполнены различные изменения, замещения и модификации.

Обменник давления включает в себя ротор, содержащий каналы ротора, простирающиеся параллельно оси, первую торцевую крышку, расположенную с первой стороны ротора, и вторую торцевую крышку, расположенную со второй стороны ротора. Ротор выполнен с возможностью вращаться вокруг оси, осуществлять сообщение первой текучей среды и второй текучей среды через каналы ротора, управлять давлением первой текучей среды или второй текучей среды, отводящихся из ротора, и обеспечивать возможность по меньшей мере части первой текучей среды осуществлять контакт со второй торцевой крышкой, уменьшая или устраняя тем самым мертвый объем внутри ротора. Вторая текучая среда включает в себя приточный объем, который проходит через каналы ротора. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Обменник давления, содержащий:

ротор, выполненный с возможностью вращения вокруг оси, при этом ротор образует множество каналов ротора, простирающихся параллельно оси, при этом каждый канал ротора простирается между первой стороной и второй стороной ротора, которые разнесены друг от друга;

первую торцевую крышку, расположенную с первой стороны ротора, при этом первая торцевая крышка образует первую пару отверстий, предназначенных для сообщения первой текучей среды, имеющей первую концентрацию; и

вторую торцевую крышку, расположенную со второй стороны ротора, при этом вторая торцевая крышка образует вторую пару отверстий, предназначенных для сообщения второй текучей среды, имеющей вторую концентрацию, отличающуюся от первой концентрации,

при этом ротор выполнен с возможностью:

вращения относительно первой торцевой крышки и второй торцевой крышки,

обмена энергией давления между первой текучей средой и второй текучей средой за счёт сообщения первой текучей среды и второй текучей среды через по меньшей мере часть из множества каналов ротора и

подачи по меньшей мере части первой текучей среды ко второй торцевой крышке по каналам ротора для уменьшения или устранения тем самым мертвого объема, содержащего смесь первой текучей среды и второй текучей среды, внутри ротора, так что по меньшей мере часть первой текучей среды проходит через по меньшей мере один из множества каналов ротора от первой торцевой крышки ко второй торцевой крышке и находится в контакте с центральной частью второй торцевой крышки, расположенной на оси ротора, и

при этом вторая текучая среда содержит приточный объем, который проходит через один или более из множества каналов ротора от второй торцевой крышки к первой торцевой крышке.

2. Обменник давления по п. 1, в котором по меньшей мере одно из ротора, первой торцевой крышки или второй торцевой крышки выполнено с возможностью изменения скорости вращения ротора для управления тем самым по меньшей мере одним из мертвого объема или приточного объема.

3. Обменник давления по п. 2, в котором ротор выполнен с возможностью устранения мертвого объема за счёт снижения скорости вращения или увеличения расхода второй текучей среды, поступающей в ротор.

4. Обменник давления по п. 2, в котором первая пара отверстий содержит:

впуск высокого давления, выполненный с возможностью ввода в ротор первой текучей среды, имеющей первое высокое давление; и

выпуск низкого давления, выполненный с возможностью отвода из ротора первой текучей среды, имеющей первое низкое давление, меньшее первого высокого давления, и

при этом вторая пара отверстий содержит:

впуск низкого давления, выполненный с возможностью ввода в ротор второй текучей среды, имеющей второе низкое давление, и

выпуск высокого давления, выполненный с возможностью отвода из ротора второй текучей среды, имеющей второе высокое давление, превышающее второе низкое давление.

5. Обменник давления по п. 4, в котором ротор выполнен с возможностью вращения вокруг оси в направлении от впуска высокого давления к выпуску низкого давления.

6. Обменник давления по п. 4, в котором первая торцевая крышка содержит первую область уплотнения, которая расположена между первой парой отверстий и обращена к первой стороне ротора,

при этом вторая торцевая крышка содержит вторую область уплотнения, которая расположена между второй парой отверстий и обращена ко второй стороне ротора, и

при этом ротор выполнен с возможностью вращаться, обеспечивая возможность по меньшей мере части первой текучей среды осуществлять контакт со второй областью уплотнения.

7. Обменник давления по п. 6, в котором ротор выполнен с возможностью вращаться, обеспечивая возможность концевой части приточного объема проходить от впуска низкого давления до выпуска низкого давления.

8. Обменник давления по п. 6, в котором крайний снаружи относительно оси канал ротора из множества каналов ротора предназначен для сообщения второй текучей среды между первой торцевой крышкой и второй торцевой крышкой.

9. Обменник давления по п. 8, в котором центральный канал ротора, обращенный к центральной части второй торцевой крышки, из множества каналов ротора предназначен для сообщения первой текучей среды между первой торцевой крышкой и второй торцевой крышкой.

10. Обменник давления по п. 4, в котором ширина впуска низкого давления превышает ширину выпуска высокого давления, и

при этом ширина выпуска низкого давления превышает ширину впуска высокого давления.

11. Обменник давления, содержащий:

ротор, выполненный с возможностью вращения вокруг оси, при этом ротор образует множество каналов ротора, простирающихся параллельно оси, при этом каждый канал ротора простирается между первой стороной и второй стороной ротора, которые разнесены друг от друга;

первую торцевую крышку, расположенную с первой стороны ротора, при этом первая торцевая крышка образует:

первый впуск, выполненный с возможностью приема первой текучей среды, имеющей первую концентрацию, и

второй впуск, выполненный с возможностью приема второй текучей среды, имеющей вторую концентрацию, отличающуюся от первой концентрации; и

вторую торцевую крышку, расположенную со второй стороны ротора, при этом вторая торцевая крышка образует:

первый выпуск, который обращен ко второму впуску и выполнен с возможностью отвода первой текучей среды, и

второй выпуск, который обращен к первому впуску и выполнен с возможностью отвода второй текучей среды,

при этом ротор выполнен с возможностью:

вращения относительно первой торцевой крышки и второй торцевой крышки,

обмена энергией давления между первой текучей средой и второй текучей средой за счёт сообщения первой текучей среды и второй текучей среды через по меньшей мере часть множества каналов ротора и

подачи по меньшей мере части первой текучей среды ко второй торцевой крышке по каналам ротора для уменьшения или устранения тем самым мертвого объема, содержащего смесь первой текучей среды и второй текучей среды, внутри ротора, так что по меньшей мере часть первой текучей среды проходит через по меньшей мере один из множества каналов ротора от первой торцевой крышки ко второй торцевой крышке и находится в контакте с центральной частью второй торцевой крышки, расположенной на оси ротора, и

при этом вторая текучая среда содержит приточный объем, который проходит через один или более из множества каналов ротора от второй торцевой крышки к первой торцевой крышке.

12. Обменник давления по п. 11, в котором по меньшей мере одно из ротора, первой торцевой крышки или второй торцевой крышки выполнено с возможностью изменения скорости вращения ротора для управления тем самым по меньшей мере одним из мертвого объема или приточного объема.

13. Обменник давления по п. 12, в котором ротор выполнен с возможностью устранения мертвого объема за счёт снижения скорости вращения или увеличения расхода второй текучей среды, поступающей в ротор.

14. Обменник давления по п. 12, в котором первый впуск является впуском высокого давления, выполненным с возможностью ввода в ротор первой текучей среды, имеющей первое высокое давление,

при этом первый выпуск является выпуском низкого давления, выполненным с возможностью отвода из ротора первой текучей среды, имеющей первое низкое давление, меньшее первого высокого давления,

при этом второй впуск является впуском низкого давления, выполненным с возможностью ввода в ротор второй текучей среды, имеющей второе низкое давление, и

при этом второй выпуск является выпуском высокого давления, выполненным с возможностью отвода из ротора второй текучей среды, имеющей второе высокое давление, превышающее второе низкое давление.

15. Обменник давления по п. 14, в котором ротор выполнен с возможностью вращения вокруг оси в направлении от впуска высокого давления к впуску низкого давления.

16. Обменник давления по п. 14, в котором ротор выполнен с возможностью вращаться, обеспечивая возможность концевой части приточного объема проходить от впуска низкого давления до выпуска низкого давления.

17. Система для переработки газа, содержащая:

контактный реактор, который образует:

впуск газа, выполненный с возможностью приема необработанного газа, имеющего первый уровень токсичности,

выпуск газа, выполненный с возможностью отвода обработанного газа, имеющего второй уровень токсичности, меньший первого уровня токсичности,

выпуск жидкости, выполненный с возможностью отвода первой текучей среды, имеющей первую концентрацию, и

впуск жидкости, выполненный с возможностью приёма второй текучей среды, имеющей вторую концентрацию, меньшую первой концентрации, при этом контактный реактор выполнен с возможностью образования обработанного газа и первой текучей среды за счёт контакта между необработанным газом и второй текучей средой;

бак, выполненный с возможностью хранения второй текучей среды и выпуска второй текучей среды; и

обменник давления, расположенный между баком и контактным реактором и выполненный с возможностью приема первой текучей среды из контактного реактора и второй текучей среды из бака, при этом обменник давления содержит:

ротор, выполненный с возможностью вращения вокруг оси, при этом ротор образует множество каналов ротора, простирающихся параллельно оси, при этом каждый канал ротора простирается между первой стороной и второй стороной ротора, которые разнесены друг от друга;

первую торцевую крышку, расположенную с первой стороны ротора, при этом первая торцевая крышка образует первую пару отверстий, предназначенных для сообщения одной или обеих из первой текучей среды и второй текучей среды, и

вторую торцевую крышку, расположенную со второй стороны ротора, при этом вторая торцевая крышка образует вторую пару отверстий, предназначенных для сообщения одной или обеих из первой текучей среды и второй текучей среды,

при этом ротор выполнен с возможностью:

вращения относительно первой торцевой крышки и второй торцевой крышки,

обмена давлением между первой текучей средой и второй текучей средой за счёт сообщения первой текучей среды и второй текучей среды через по меньшей мере часть множества каналов ротора и

подачи по меньшей мере части первой текучей среды в контакт со второй торцевой крышкой вдоль каналов ротора для уменьшения или устранения тем самым мертвого объема, содержащего смесь первой текучей среды и второй текучей среды, внутри ротора, так что по меньшей мере часть первой текучей среды проходит через по меньшей мере один из множества каналов ротора от первой торцевой крышки ко второй торцевой крышке и находится в контакте с центральной частью второй торцевой крышки, расположенной на оси ротора, и

при этом вторая текучая среда содержит приточный объем, который проходит через один или более из множества каналов ротора от второй торцевой крышки к первой торцевой крышке.

18. Система по п. 17, дополнительно содержащая:

регенератор, содержащий резервуар, выполненный с возможностью приема первой текучей среды из обменника давления, при этом регенератор выполнен с возможностью образования второй текучей среды из первой текучей среды и подачи второй текучей среды в бак.

19. Система по п. 18, в которой бак расположен на более высоком уровне по сравнению с обменником давления относительно земли.

20. Система по п. 19, дополнительно содержащая насос, расположенный между регенератором и баком и выполненный с возможностью подачи второй текучей среды из регенератора в бак.