專利名稱：用于酸性氣體壓縮的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)，更具體地涉及一種用于酸性氣體壓縮的電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
典型地，從天然氣儲器提取的氣體含有高濃度的甲烷(CH4)，即天然氣的主要烴組分，并且還含有相當(dāng)大濃度的硫化氫( 和二氧化碳(CO2)氣體。凈化所提取的天然氣以獲得比較純凈的CH4,其可通過管道輸送以便民用和工業(yè)使用。天然氣凈化過程的主要副產(chǎn)品為酸性氣體，該酸性氣體主要包括吐3和(X)2的混合物以及不定量的水分。標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)實(shí)踐已將酸性氣體混合物轉(zhuǎn)化為元素硫、固體、氣態(tài)(X)2和水。元素硫被儲存以便后續(xù)使用或處置而CO2被廢棄到大氣中。然而，此類標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)實(shí)踐提出了與巨量可燃元素硫(一種在點(diǎn)燃的情況下存在嚴(yán)重環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的物質(zhì))的產(chǎn)生、儲存和處置有關(guān)的挑戰(zhàn)。所提到的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)實(shí)踐還導(dǎo)致大量CO2排放到大氣中，使得從業(yè)者在某些地區(qū)受到譴責(zé)。用于處理副產(chǎn)品酸性氣體的備選方案包括將酸性氣體混合物重注回到適當(dāng)?shù)牡叵碌刭|(zhì)結(jié)構(gòu)如廢棄天然氣儲器中。酸性氣體重注過程需要壓縮機(jī)來提供所需的輸送壓力以迫使酸性氣體混合物進(jìn)入該適當(dāng)?shù)牡叵碌刭|(zhì)結(jié)構(gòu)。典型地，用于該目的的壓縮機(jī)是工作壓力在100到200巴范圍內(nèi)的多級離心式壓縮機(jī)。此類高壓力需要高功率，且因此使用高速電動機(jī)來驅(qū)動這些壓縮機(jī)。然而，這種類型的高速電動機(jī)典型地產(chǎn)生大量熱量，必須對該熱量進(jìn)行管理以防止損壞電機(jī)本身和壓縮機(jī)系統(tǒng)的其它受影響的構(gòu)件。傳統(tǒng)上，已使用幾種類型的冷卻系統(tǒng)來冷卻高速電動機(jī)。例如，可使用過程氣體本身或其組分來冷卻與作用在過程氣體上的壓縮機(jī)相關(guān)的高速電動機(jī)。然而，此類冷卻系統(tǒng)的效率傾向于受諸如風(fēng)阻損失之類的因素影響。在酸性氣體重注操作中，必須在重注之前壓縮的氣體混合物由于典型地占高達(dá)混合物的25%到65%之間的高濃度H2S而很危險(xiǎn)。盡管H2S由于豐富的非人為資源(例如， 細(xì)菌、熱泉、火山和溫泉)而在自然界中無處不在，但是它在較高的濃度下比較有毒性。大規(guī)模的酸性氣體重注包括在高壓下處理大量硫化氫并且必須采取充足的預(yù)防措施來避免酸性氣體混合物意外釋放到大氣中，從而避免對重注設(shè)備操作員和環(huán)境造成危險(xiǎn)。因此，需要用于酸性氣體壓縮的新型、可靠和更安全的系統(tǒng)。因此，本發(fā)明提供了與酸性氣體重注相關(guān)的這些和其它挑戰(zhàn)的多個(gè)解決方案。一方面，本發(fā)明提供了用于將一個(gè)或更多高速電動機(jī)與一個(gè)或多個(gè)可用于酸性氣體壓縮的壓縮機(jī)一體化的專用電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于壓縮酸性氣體混合物的方法，所述方法包括(a)壓縮包含硫化氫和二氧化碳的氣體混合物，以在處于從約5巴至約20巴的范圍內(nèi)的第一壓力下提供壓縮氣體混合物，所述壓縮氣體混合物包含從約10到約95體積百分比的硫化氫和從約90到約5體積百分比的二氧化碳，所述硫化氫和所述二氧化碳共同以對應(yīng)于壓縮氣體混合物的總重量的從約90到約100重量百分比的量存在，所述壓縮在第一壓縮機(jī)中執(zhí)行，所述第一壓縮機(jī)聯(lián)接到構(gòu)造成接收壓縮氣體混合物的壓力容器上；(b)將在步驟(a)中形成的壓縮氣體混合物冷卻到處于從約20°C到約50°C的范圍內(nèi)的溫度，以提供冷卻的壓縮氣體混合物；以及(c)使冷卻的壓縮氣體混合物的至少一部分與第一電動機(jī)接觸，所述第一電動機(jī)被容納在所述壓力容器內(nèi)，所述第一電動機(jī)機(jī)械地聯(lián)接到所述第一壓縮機(jī)上。在一個(gè)備選實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一壓縮機(jī)；構(gòu)造成接收來自第一壓縮機(jī)的壓縮氣體的壓力容器；聯(lián)接到壓力容器上的熱交換器，該熱交換器構(gòu)造成冷卻壓縮氣體并提供冷卻的壓縮氣體；以及被容納在壓力容器內(nèi)的電動機(jī)，其中該電動機(jī)機(jī)械聯(lián)接到第一壓縮機(jī)上，并且其中該壓力容器構(gòu)造成接收來自熱交換器并接觸電動機(jī)的冷卻的壓縮氣體的至少一部分。在又另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一多級離心式壓縮機(jī)，其構(gòu)造成將壓縮氣流導(dǎo)入限定壓縮氣體流動通路的壓力容器中；聯(lián)接到壓力容器上的熱交換器，其構(gòu)造成冷卻壓縮氣體并提供冷卻的壓縮氣體；電動機(jī)，其被容納在壓力容器內(nèi)并機(jī)械地聯(lián)接到第一多級離心式壓縮機(jī)上，其中該電動機(jī)構(gòu)造成與冷卻的壓縮氣體的至少一部分相接觸；以及第二多級離心式壓縮機(jī)，其機(jī)械地聯(lián)接到被容納在壓力容器內(nèi)的電動機(jī)并構(gòu)造成與冷卻的壓縮氣體的至少一部分相接觸，其中第二多級離心式壓縮機(jī)構(gòu)造成壓縮冷卻的壓縮氣體。根據(jù)以下詳細(xì)說明、附圖和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的其它實(shí)施例、方面、特征和優(yōu)點(diǎn)對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將變得顯而易見。


當(dāng)參考附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，全部附圖中同樣的附圖標(biāo)記代表同樣的零件，其中圖1示出了以被容納在壓力容器內(nèi)并機(jī)械地聯(lián)接到壓縮機(jī)上的電動機(jī)為特征的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)說明性的實(shí)施例的具有機(jī)械地聯(lián)接到兩個(gè)壓縮機(jī)上的單個(gè)高速電動機(jī)的電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)說明性的實(shí)施例的具有均機(jī)械地聯(lián)接到單獨(dú)的壓縮機(jī)上的兩個(gè)高速電動機(jī)的電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)的示意圖；圖4A是圖2或圖3中所示的整個(gè)壓縮過程的溫度對熵的曲線圖；圖4B是圖2或圖3中所示的整個(gè)氣體壓縮過程的溫度對壓力的曲線圖；以及圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)說明性的實(shí)施例的用于實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的有效冷卻的方法的流程圖。附圖本身并未按比例繪制并且圖中示出的構(gòu)件的實(shí)際相對尺寸可能與在此所示的不同。零部件清單100 電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)
102電動機(jī)104第二壓縮機(jī)106壓力容器的殼體108電動機(jī)的定子110電動機(jī)的轉(zhuǎn)子112驅(qū)動軸112a轉(zhuǎn)子/驅(qū)動軸組合的端部112b轉(zhuǎn)子/驅(qū)動軸組合的相對端114a電動機(jī)的磁性軸承114b電動機(jī)的磁性軸承116聯(lián)接元件118第二壓縮機(jī)104的轉(zhuǎn)子120a/b與第二壓縮機(jī)相關(guān)的磁性軸承122定子封裝單元124轉(zhuǎn)子防腐蝕涂層200電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)204a第一壓縮機(jī)204b第二壓縮機(jī)206磁性軸承208第一壓縮機(jī)的進(jìn)口210第二壓縮機(jī)的出口211將壓力容器106與熱交換器212/308連結(jié)的導(dǎo)管212聯(lián)接到壓力容器106上的熱交換器213氣體返回導(dǎo)管214旁通導(dǎo)管300電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)302第一高速電動機(jī)304第二高速電動機(jī)306a聯(lián)接到電機(jī)302上的第一壓縮機(jī)306b聯(lián)接到電機(jī)304上的第二壓縮機(jī)308熱交換器309返回導(dǎo)管310旁通導(dǎo)管400整個(gè)酸性氣體壓縮過程(的溫度對熵的曲線圖)400整個(gè)酸性氣體壓縮過程(的溫度對壓力的曲線圖)500 (用于實(shí)現(xiàn)安放在第一壓縮機(jī)和第二壓縮機(jī)之間的電動機(jī)的有效冷卻的) 方法504方法步驟(方法的方框)506方法步驟(方法的方框)
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了特別是用于壓縮酸性氣體混合物的用于氣體壓縮的方法和系統(tǒng)。起初，應(yīng)當(dāng)注意的是，用于重注的需要壓縮的酸性氣體混合物典型地是含有大量硫化氫的高毒性氣體混合物。此外，實(shí)現(xiàn)酸性氣體混合物有效地重注到深而可靠的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中所需的壓力被充分提高，從而需要嚴(yán)格的措施來防止由地表重注單元處理的酸性氣體的意外釋放。典型地，酸性氣體重注單元包括由高速電動機(jī)驅(qū)動的一系列壓縮機(jī)。一方面，本發(fā)明通過將用于驅(qū)動氣體壓縮機(jī)的高速電機(jī)定位在構(gòu)造成接收來自壓縮機(jī)的壓縮酸性氣體的壓力容器內(nèi)部來滿足控制和消除過程氣體從酸性氣體重注單元逸出的需要。此類構(gòu)造減少了對電機(jī)和壓縮機(jī)之間的密封件的依賴性，因?yàn)榭缭饺魏未祟惷芊饧男孤l(fā)生在壓力容器本身的界限內(nèi)。將高速電機(jī)結(jié)合在壓力容器內(nèi)的一個(gè)缺點(diǎn)在于由壓縮機(jī)產(chǎn)生并被導(dǎo)入壓力容器的壓縮氣體比較熱并且對典型的高速電動機(jī)的各種構(gòu)件有腐蝕性。如在閱讀本公開內(nèi)容后對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說將顯而易見的那樣，本發(fā)明提供了新穎的系統(tǒng)和方法，其減少了對壓縮機(jī)與其驅(qū)動電機(jī)之間的密封件的依賴性同時(shí)保護(hù)驅(qū)動電機(jī)免于被處理的酸性氣體的腐蝕效應(yīng)。高速電動機(jī)在工作期間產(chǎn)生大量熱量，并且當(dāng)設(shè)置在被限定的空間內(nèi)時(shí)典型地設(shè)有冷卻系統(tǒng)以防止由于高工作溫度而損壞電機(jī)。電動機(jī)安放在壓力容器內(nèi)在防止氣體泄漏方面提供了明顯優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)在控制電動機(jī)在運(yùn)行期間的溫度方面提出了另外的挑戰(zhàn)。可將外部冷卻系統(tǒng)與壓力容器整合，但該特征將增加系統(tǒng)的附加成本和復(fù)雜性。本發(fā)明滿足冷卻設(shè)置在壓力容器內(nèi)的高速電動機(jī)的需要并在合適的處理之后使用過程氣體本身來冷卻高速電動機(jī)。如上所述，第一壓縮機(jī)由設(shè)置在壓力容器本身內(nèi)(也稱為“被容納在...內(nèi)”)的高速電動機(jī)驅(qū)動。該電動機(jī)構(gòu)造成驅(qū)動第一壓縮機(jī)并且據(jù)稱機(jī)械地聯(lián)接到第一壓縮機(jī)上。 如文中所用，術(shù)語“機(jī)械地聯(lián)接”在其含義內(nèi)包括聯(lián)接的構(gòu)件可通過旋轉(zhuǎn)第一聯(lián)接的構(gòu)件并由此實(shí)現(xiàn)第二聯(lián)接的構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)而共同旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。另外，術(shù)語“機(jī)械地聯(lián)接”包括其中兩個(gè)或更多個(gè)構(gòu)件構(gòu)造成用于聯(lián)接但實(shí)際上未互相聯(lián)接的狀態(tài)，如如下情況這樣其中驅(qū)動軸112(參見例如圖2~)的端部由第一組聯(lián)接元件固定螺絲固定在聯(lián)接元件116的第一部分內(nèi)，并且轉(zhuǎn)子118的端部設(shè)置在具有第二組聯(lián)接元件固定螺絲的同一聯(lián)接元件116的第二部分內(nèi)，固定螺絲構(gòu)造成被擰緊以便將轉(zhuǎn)子118的端部固定在聯(lián)接元件116的第二部分內(nèi)。 然而，第二組聯(lián)接元件固定螺絲尚未被擰緊，并且轉(zhuǎn)子118的端部可在聯(lián)接元件116的第二部分內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)而不會導(dǎo)致聯(lián)接元件116或驅(qū)動軸112旋轉(zhuǎn)。術(shù)語“機(jī)械地聯(lián)接”因此包括其中驅(qū)動軸112和轉(zhuǎn)子118構(gòu)造成通過可分離的聯(lián)接元件116聯(lián)接并且聯(lián)接元件已被移除的構(gòu)造。在一個(gè)實(shí)施例中，第一壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子機(jī)械地聯(lián)接到電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上。在此示出了各種類型的機(jī)械聯(lián)接件；參見例如圖2和圖3。設(shè)置在壓力容器內(nèi)的電動機(jī)典型地是以從每分鐘約3000到約15000轉(zhuǎn)(rpm)的轉(zhuǎn)速工作的高速電動機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，該高速電動機(jī)為永磁電動機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一壓縮機(jī)為多級離心式壓縮機(jī)。在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中，由聯(lián)接到壓力容器上的第一壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮氣體混合物經(jīng)在壓力容器內(nèi)限定的流動通路被引導(dǎo)到熱交換器，其中壓縮氣體被冷卻以提供冷卻的壓縮氣體。熱交換器的另一功能是從壓縮氣體去除水分。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，諸如酸性氣體之類的氣體混合物在存在水分的情況下尤其有腐蝕性。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，該熱交換器包括壓縮氣體冷卻單元和單獨(dú)的除水單元。在一個(gè)備選實(shí)施例中，熱交換器包括冷卻壓縮氣體同時(shí)從其去除水的單一結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中，熱交換器用于處理基本上所有由第一壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮氣體，并且轉(zhuǎn)而產(chǎn)生大致無水的冷卻的壓縮氣體。從熱交換器出現(xiàn)的冷卻的壓縮氣體的特征在于與由第一壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮氣體大致相同的壓力(從約5巴到約20巴)，但具有比由第一壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮氣體冷得多的溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻的壓縮氣體具有處于從約20°C到約50°C的范圍內(nèi)的溫度。熱交換器可位于壓力容器內(nèi)或壓力容器外部。在任一構(gòu)造中，熱交換器均形成用于被處理的氣體的氣體流動通路的一部分。冷卻的壓縮氣體的至少一部分然后與設(shè)置在壓力容器內(nèi)的電動機(jī)形成接觸。電動機(jī)位于由壓力容器限定的氣體流動通路內(nèi)并且冷卻的壓縮氣體的至少一部分沿著該流動通路被引導(dǎo)且與電動機(jī)相接觸。在各個(gè)實(shí)施例中，接觸電動機(jī)的冷卻的壓縮氣體的流動方向和質(zhì)量可由風(fēng)扇控制，該風(fēng)扇可遠(yuǎn)離電動機(jī)、附接到電動機(jī)上或結(jié)合在電動機(jī)內(nèi)。冷卻的壓縮氣體接觸電動機(jī)的各種構(gòu)件并從它們?nèi)コ裏崃?。已從電動機(jī)吸收熱量的冷卻的壓縮氣體然后進(jìn)一步沿由壓力容器限定的流動通路前移并與電動機(jī)脫離接觸。在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中，冷卻的壓縮氣體的僅一部分接觸電動機(jī)并且其余的冷卻的壓縮氣體通過備選流動通路被引導(dǎo)到在電動機(jī)下游的壓力容器內(nèi)的位置，參見例如圖 2中所示的區(qū)域4，此處它與已接觸電動機(jī)的冷卻的壓縮氣體重新結(jié)合。從熱交換器輸出的重新結(jié)合的冷卻的壓縮氣體然后被進(jìn)一步壓縮到適合于將酸性氣體有效地重注到可靠的地質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的壓力。在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)一步壓縮從熱交換器輸出的重新結(jié)合的冷卻的壓縮氣體的這一步驟提供了特征在于處于從約60巴到約120巴的范圍內(nèi)的壓力和高達(dá)170°C 的溫度的更多壓縮氣體。在一個(gè)實(shí)施例中，使用由用于驅(qū)動第一壓縮機(jī)的同一高速電動機(jī)驅(qū)動的第二壓縮機(jī)執(zhí)行進(jìn)一步壓縮從熱交換器輸出的重新結(jié)合的冷卻的壓縮氣體的這一步驟。因此，機(jī)械地聯(lián)接到第一壓縮機(jī)和第二壓縮機(jī)兩者上的單個(gè)第一電動機(jī)可用于驅(qū)動兩個(gè)壓縮機(jī)。在一個(gè)備選實(shí)施例中，同樣設(shè)置在壓力容器內(nèi)的第二電動機(jī)機(jī)械地聯(lián)接到第二壓縮機(jī)上并驅(qū)動第二壓縮機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，第二壓縮機(jī)為多級離心式壓縮機(jī)。在一個(gè)備選實(shí)施例中，第一壓縮機(jī)和第二壓縮機(jī)兩者均為多級離心式壓縮機(jī)。如上所述，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于壓縮包含硫化氫(H2S)和二氧化碳(CO2)的氣體混合物的方法。包含硫化氫和二氧化碳的初始?xì)怏w混合物由聯(lián)接到壓力容器上的第一壓縮機(jī)壓縮。關(guān)于第一壓縮機(jī)，表達(dá)“聯(lián)接到壓力容器上”意味著第一壓縮機(jī)的輸出、“壓縮氣流”或簡單而言“壓縮氣體混合物”被引入壓力容器。據(jù)稱壓力容器構(gòu)造成接收來自第一壓縮機(jī)的壓縮氣體。典型地，被壓縮的氣體混合物含有從約10到約95體積百分比的硫化氫和從約90 到約5體積百分比的二氧化碳，并且壓縮氣體混合物必定包含大致相同的體積百分比的硫化氫和二氧化碳。典型地，初始?xì)怏w混合物或壓縮氣體混合物中的硫化氫和二氧化碳的量共同對應(yīng)于壓縮氣體混合物的總重量的從約90到約100重量百分比。在一個(gè)實(shí)施例中，待壓縮的氣體混合物(初始?xì)怏w混合物)包含從約20到約70重量百分比的硫化氫。初始?xì)怏w混合物可含有水和碳?xì)浠衔?，例如甲烷、乙烷、丙烷和天然氣中存在的同類氣體。隨著初始?xì)怏w混合物從初始溫度和壓力(典型地從大約環(huán)境溫度到約60°C和從約1巴到約2巴)被壓縮，壓縮氣體的溫度顯著升高。在一個(gè)實(shí)施例中，由第一壓縮機(jī)壓縮的氣體混合物的溫度隨著壓力從約1巴升高到約10巴而從約60°C升高到約170°C。在一個(gè)實(shí)施例中，第一壓縮機(jī)壓縮初始酸性氣體混合物，以提供具有從約60°C到約170°C的溫度和約10巴的壓力的第一壓縮氣體。第一壓縮氣體被導(dǎo)入壓力容器并被引導(dǎo)到熱交換器，此處第一壓縮氣體被冷卻到處于從約20°C到約50°C的范圍內(nèi)的溫度，以提供冷卻的壓縮氣體混合物。冷卻的壓縮氣體混合物的至少一部分與設(shè)置在壓力容器內(nèi)并機(jī)械地聯(lián)接到第一壓縮機(jī)上的第一電動機(jī)相接觸。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例與壓縮機(jī)104結(jié)合(機(jī)械連接到其上)的電動機(jī)102的截面的局部視圖。圖1中所示的實(shí)施例示出了電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)100(下文可互換地稱為系統(tǒng)100)的一部分，其中被容納在壓力容器106內(nèi)的電動機(jī)102與壓縮機(jī)104結(jié)合。電動機(jī)102位于兩個(gè)壓縮機(jī)之間位于電動機(jī)102的入口側(cè)處的第一壓縮機(jī)(圖中未示出)，以及位于電動機(jī)102的出口側(cè)處的第二壓縮機(jī)104。在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中，第一壓縮機(jī)和第二壓縮機(jī)104可為單級或多級離心式壓縮機(jī)。參照圖1，電動機(jī)102包括定子108和轉(zhuǎn)子110。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子 110可為永磁轉(zhuǎn)子，并且電動機(jī)102可為交流(AC)同步電機(jī)。在另一實(shí)施例中，AC同步電機(jī)可以不需要勵磁器。此外，轉(zhuǎn)子110可形成驅(qū)動軸112的一部分，該驅(qū)動軸分別通過磁性軸承11 和114b在兩端(即第一端11 和第二端112b)處可旋轉(zhuǎn)地軸頸連接。這些磁性軸承通過最小化在延長的時(shí)間期間運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)軸的磨損而減少功率損失。驅(qū)動軸112還經(jīng)由聯(lián)接元件116縱向連接到第二壓縮機(jī)104的轉(zhuǎn)子118上。轉(zhuǎn)子118在磁性軸承120a 和120b內(nèi)可旋轉(zhuǎn)地軸頸連接。在電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)100的非穩(wěn)態(tài)工作期間，例如在快速啟動和加載運(yùn)行期間，系統(tǒng)100的不同構(gòu)件經(jīng)歷不同級別的振動。因此，系統(tǒng)100的不同構(gòu)件，例如，第二壓縮機(jī)104 和電動機(jī)102，存在相對于彼此歪斜的旋轉(zhuǎn)軸線，并因此在聯(lián)接元件116中產(chǎn)生彎曲力矩。 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，聯(lián)接元件116可包括Hirth聯(lián)接元件或剛性聯(lián)接元件中的一個(gè)， 以使聯(lián)接元件116縱向上剛性并且能夠吸納彎曲力矩。在一個(gè)實(shí)施例中，Hirth聯(lián)接或剛性聯(lián)接被設(shè)計(jì)成使得所有鋸齒狀突起被精密地加工成具有朝向軸的中心線的方位，使得單獨(dú)的軸在縱向上剛性并且能夠相對于彼此以自動定心的方式自由地徑向旋轉(zhuǎn)。因此，轉(zhuǎn)子 118和驅(qū)動軸112在運(yùn)行期間都不會過度承壓。另外，Hirth或剛性聯(lián)接元件比軸向柔性的聯(lián)接元件裝配和拆卸容易得多。除涉及電動機(jī)102與第二壓縮機(jī)104的靈活整合的設(shè)計(jì)方面外，系統(tǒng)100的構(gòu)造還必須具有設(shè)計(jì)魯棒性，以處理與系統(tǒng)100的各種構(gòu)件相接觸的酸性氣體混合物的磨蝕性質(zhì)。被處理的酸性氣體混合物中存在H2S對可用于電動機(jī)102的構(gòu)件的材料提出了限制，因?yàn)樵S多金屬對硫化物應(yīng)力裂紋敏感。為了保護(hù)電動機(jī)102的各種構(gòu)件免于氣體混合物的腐蝕效應(yīng)，定子108可被封閉在封裝單元122中。在圖1中所示的示例性實(shí)施例中，封裝單元122是密封罐。類似地，也可通過將Halbach磁體陣列(未示出)封裝在防腐蝕外殼 124中而抵抗酸性氣體混合物的腐蝕和磨蝕效應(yīng)密封轉(zhuǎn)子110。在一個(gè)實(shí)施例中，Halbach 磁體陣列形成電動機(jī)102的轉(zhuǎn)子110的一部分，并且是在轉(zhuǎn)子110的一側(cè)上擴(kuò)大磁場且在另一側(cè)上將磁場幾乎抵消為零的一種特殊永磁體布置。因此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)100的構(gòu)造和設(shè)計(jì)可受酸性氣體混合物的組分和特性支配。此外，系統(tǒng)100的構(gòu)造和設(shè)計(jì)可基于當(dāng)氣體混合物流經(jīng)電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)100時(shí)施加于氣體混合物的壓力水平。在系統(tǒng)100用于將酸性氣體重注到深而可靠的地質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的情況下，在地表重注單元處所需的輸送壓力典型地在從約60巴到約200巴的范圍內(nèi)，取決于與特定地質(zhì)結(jié)構(gòu)相關(guān)的要求。如上所述，大的輸送壓力典型地需要使用高速電動機(jī)。在本文公開的各個(gè)實(shí)施例中，電動機(jī)102(下文可互換地稱為高速電動機(jī)102)以典型地在3000-15000rpm的范圍內(nèi)的極高速度旋轉(zhuǎn)，以向第二壓縮機(jī)104提供所需的功率并且在該過程中可在定子108的繞組中產(chǎn)生大量熱量。因此，為了冷卻定子108的內(nèi)側(cè)上的繞組，封裝單元122可容納電絕緣油(未示出)。電絕緣油不僅冷卻定子108的內(nèi)部構(gòu)件，而且提供它們之間的電絕緣。即使在較高的溫度下，電絕緣油也應(yīng)當(dāng)保持穩(wěn)定，而不會在延長的工作周期中驟燃。電動機(jī)的定子108和其它構(gòu)件通過流經(jīng)電動機(jī)102的壓縮酸性氣體冷卻。在一個(gè)實(shí)施例中，為了保護(hù)封裝單元122免于泄漏，封裝單元122被設(shè)計(jì)成維持電絕緣油和流經(jīng)電動機(jī)102的壓縮酸性氣體之間的差壓。在一個(gè)實(shí)施例中，電絕緣油被保持在略高于壓縮酸性氣體的壓力下，使得在泄漏的情況下，電絕緣油可從封裝單元122的內(nèi)側(cè)向外流動并因此防止H2S被意外吸入封裝單元122。此外，電絕緣油的壓力保護(hù)定子108和電氣繞組免于酸性氣體混合物的腐蝕和磨蝕效應(yīng)。進(jìn)一步參照圖1，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，容納電動機(jī)102的壓力容器106可延伸以包括整個(gè)電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)100。由于要壓縮的酸性氣體混合物中高濃度的H2S,電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)100的所示出的構(gòu)造的目的之一是防止酸性氣體泄漏到大氣中。因此，壓力容器106封閉電動機(jī)102并防止通過如果壓縮機(jī)系統(tǒng)由外部電動機(jī)驅(qū)動則會需要的密封件泄漏。在一個(gè)實(shí)施例中，由壓力容器106從第一壓縮機(jī)接收的壓縮酸性氣體混合物處于最佳第一壓力下(即，產(chǎn)生通過酸性氣體混合物冷卻電動機(jī)102的最大效率的壓力)。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)說明性的示例的包括機(jī)械地聯(lián)接到兩個(gè)壓縮機(jī)20 和 204b上的單個(gè)高速電動機(jī)102的電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)200的示意圖。在圖2所示的示例性實(shí)施例中，電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)200包括設(shè)置成與高速電動機(jī)102串聯(lián)流動連通的第一壓縮機(jī) 204a,以及第二壓縮機(jī)204b。在該示例性實(shí)施例中，第一壓縮機(jī)20 和第二壓縮機(jī)204b兩者均為兩級離心式壓縮機(jī)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一壓縮機(jī)20 和第二壓縮機(jī)204b 為多級離心式壓縮機(jī)。第一壓縮機(jī)20 和第二壓縮機(jī)204b經(jīng)由兩個(gè)聯(lián)接元件116機(jī)械地聯(lián)接到高速電動機(jī)102上。高速電動機(jī)102的轉(zhuǎn)子110以及第一壓縮機(jī)20 和第二壓縮機(jī)204b的轉(zhuǎn)子118機(jī)械地聯(lián)接到驅(qū)動軸112上并被支撐在多個(gè)磁性軸承206上。壓力容器106容納高速電動機(jī)102并維持其內(nèi)部恒定的壓力。優(yōu)化壓力使得酸性氣體混合物在電動機(jī)102中呈現(xiàn)有效的冷卻特性。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，壓力容器106可容納整個(gè)電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)200。使用酸性氣體混合物作為用于高速電動機(jī)102的冷卻劑通過消除對單獨(dú)的冷卻系統(tǒng)的需要而使電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)200緊湊。這也通過減少風(fēng)阻損失提高了電動機(jī)102中的冷卻效率。當(dāng)使用單獨(dú)的冷卻系統(tǒng)時(shí)風(fēng)阻損失會變得明顯，這是因?yàn)槔鋮s劑需要在此類系統(tǒng)中連續(xù)循環(huán)。使用酸性氣體混合物作為系統(tǒng)200中的冷卻劑使得在不同于用于一體的電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)中的典型構(gòu)造的構(gòu)造中必須將高速電動機(jī)102與壓縮機(jī)20 和204b 一體結(jié)合。酸性氣體混合物的性質(zhì)因此使得需要在適合于實(shí)現(xiàn)設(shè)置在壓力容器內(nèi)的電動機(jī)102的最大冷卻效率的第一壓力和溫度范圍將壓縮的酸性氣體混合物排放到壓力容器內(nèi)。隨著酸性氣體混合物流經(jīng)電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)200，系統(tǒng)200的不同構(gòu)件在壓縮過程中的不同階段作用在其上。經(jīng)歷壓縮的氣體經(jīng)過從在進(jìn)口 208處提供給第一壓縮機(jī)的酸性氣體混合物的初始狀態(tài)開始并在氣體在出口 210處離開第二壓縮機(jī)的最終狀態(tài)結(jié)束的一系列狀態(tài)。酸性氣體混合物的狀態(tài)可通過混合物在壓縮過程的特定階段的壓力、溫度和/ 或熵確定。在穩(wěn)態(tài)條件下，沿穿過電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)的氣體流動通路的每個(gè)位置將以在穩(wěn)態(tài)條件占主導(dǎo)的同時(shí)將保持穩(wěn)定的狀態(tài)為特征。盡管穿過電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)的氣體流動通路內(nèi)可能有數(shù)量很大的位置和相關(guān)狀態(tài)，但可以方便地標(biāo)出該氣體流動通路內(nèi)大致相同的壓力、溫度和/或熵的條件占主導(dǎo)的區(qū)域。這些區(qū)域和它們的酸性氣體混合物接近狀態(tài)可通過圖2、圖3、圖4A和圖4B所示的標(biāo)號1-5標(biāo)注。因此，標(biāo)號1_5也可指代電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)內(nèi)或附近的區(qū)域，其中被處理的酸性氣體混合物具有特定溫度、壓力和熵。例如，在圖 2中所示的示例性實(shí)施例中，狀態(tài)1指的是酸性氣體混合物在第一壓縮機(jī)20 的進(jìn)口 208 處的狀態(tài)且狀態(tài)5指的是酸性氣體混合物在第二壓縮機(jī)204b的出口 210處的狀態(tài)。在系統(tǒng)200運(yùn)行期間，酸性氣體混合物從外部處理設(shè)備(圖中未示出)送入電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)，該外部處理設(shè)備從天然氣分離酸性氣體混合物。進(jìn)口 208從外部處理設(shè)備接收酸性氣體混合物，該酸性氣體混合物以狀態(tài)1為特征。狀態(tài)1的壓力和溫度是從其獲得酸性氣體混合物的外部處理設(shè)備中的凈化過程的典型壓力和溫度，并且典型地分別處于從約1巴到約2巴的范圍內(nèi)和大約55°C。酸性氣體混合物隨后由第一壓縮機(jī)20 壓縮到以狀態(tài)2為特征的第一壓力和溫度，該狀態(tài)2大致對應(yīng)于電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)中對應(yīng)于圖2 中的區(qū)域2的位置。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一壓力可處于從約5巴到約20巴的范圍內(nèi)。壓縮的酸性氣體混合物在由第一壓縮機(jī)壓縮期間獲得熱量并且可達(dá)到高達(dá)170°C的溫度。因此，酸性氣體混合物在狀態(tài)2中處于高于狀態(tài)1中的壓力和溫度。此后，熱壓縮酸性氣體混合物通過由壓力容器限定的流動通路引導(dǎo)到經(jīng)由導(dǎo)管211聯(lián)接到壓力容器106上的熱交換器212。在圖2中所示的實(shí)施例中，熱交換器212包括冷卻單元和除水單元。在一個(gè)實(shí)施例中，熱交換器212的冷卻單元將熱壓縮的酸性氣體混合物從狀態(tài)2下的大約170°C的溫度冷卻到在狀態(tài)3/區(qū)域3中的從約20°C到約50°C的范圍內(nèi)的溫度。除水單元去除酸性氣體混合物中存在的水分。從酸性氣體混合物去除水分減少了酸性氣體混合物對高速電動機(jī)102和電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)200的其它構(gòu)件的腐蝕。因此，酸性氣體混合物以適當(dāng)冷的溫度接觸電動機(jī)102以便有效地冷卻電動機(jī)。另外，由于已從酸性氣體混合物去除水，極大地減少了水分在電動機(jī)102內(nèi)部凝結(jié)的可能性。典型地，經(jīng)過熱交換器的酸性氣體的第一部分經(jīng)由氣體返回導(dǎo)管213被引導(dǎo)到電動機(jī)102。通過返回導(dǎo)管返回的酸性氣體與位于區(qū)域 3中的電機(jī)102相接觸并由此用于冷卻該電機(jī)。酸性氣體的第二部分可經(jīng)過旁通導(dǎo)管214 并進(jìn)入位于區(qū)域4中的第二壓縮機(jī)204b的進(jìn)口側(cè)。如上所述，在一個(gè)實(shí)施例中，在由熱交換器212冷卻之后，此時(shí)以狀態(tài)3為特征的酸性氣體混合物在處于從約5巴到約20巴的范圍內(nèi)的壓力和處于從約20°C到約50°C的范圍內(nèi)的溫度下接觸電動機(jī)102。電動機(jī)102的被封裝的定子108和轉(zhuǎn)子110及其它構(gòu)件由可在被封裝的定子108和轉(zhuǎn)子110周圍被引導(dǎo)的酸性氣體混合物冷卻?？煽刂茐毫θ萜鲀?nèi)部的壓力以保證由酸性氣體混合物對電動機(jī)102進(jìn)行最有效的冷卻。如上所述，酸性氣體混合物中存在的二氧化碳的濃度能按酸性氣體混合物的體積計(jì)算從約5%到約90%變化。通常，氣態(tài)二氧化碳是不良散熱介質(zhì)并且因此酸性氣體從電動機(jī)散熱的效力可與酸性氣體中二氧化碳的濃度成反比地變化。然而，通過對與電動機(jī)相接觸的酸性氣體混合物進(jìn)行溫度和壓力控制，可針對特定的酸性氣體組分優(yōu)化酸性氣體混合物的散熱能力/冷卻效力。可將電動機(jī)120中的冷卻效率定義為由酸性氣體混合物從電動機(jī)120提取的熱量與第一壓縮機(jī)級20 對酸性氣體混合物所做的功的比值。對于酸性氣體重注操作中遇到的大部分酸性氣體混合物而言，可在處于從約5巴到約20巴的范圍內(nèi)的壓力和在從約20°C到約50°C 的范圍內(nèi)的溫度下實(shí)現(xiàn)酸性氣體混合物中存在的二氧化碳的不良散熱能力和第一壓縮機(jī) 204a所做的功之間的良好折衷。因此，在整體式電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)200的構(gòu)造中，可操作第一壓縮機(jī)20 以在對于以最大效率實(shí)現(xiàn)電動機(jī)102的冷卻來說最優(yōu)的壓力下提供第一壓縮氣體。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的那樣，熱交換器可構(gòu)造和操作以提供具有處于期望的溫度范圍內(nèi)的溫度的冷卻的壓縮氣體。冷卻的壓縮氣體在其冷卻電動機(jī)時(shí)吸收熱量并且此后進(jìn)入?yún)^(qū)域4，此處它與經(jīng)由旁通導(dǎo)管214進(jìn)入?yún)^(qū)域4的冷卻的壓縮氣體重新結(jié)合。區(qū)域4中的冷卻的壓縮氣體以狀態(tài) 4為特征，其中在所示的實(shí)施例中，壓力為大約10巴且溫度為大約45°C。區(qū)域4中冷卻的壓縮氣體然后被第二壓縮機(jī)204b進(jìn)一步壓縮。在電機(jī)-壓縮機(jī)200的出口 210處離開第二壓縮機(jī)204b的壓縮的酸性氣體混合物以最終狀態(tài)5為特征，其中在所示的實(shí)施例中，壓力處于從約60巴到約200巴的范圍內(nèi)，并且其中溫度為大約170°C。典型的酸性氣體重注操作包括壓縮大量酸性氣體并且以高功率需求為特征。典型地，電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)中的壓縮機(jī)所需的功率隨著流經(jīng)壓縮機(jī)的酸性氣體混合物的質(zhì)量流速的立方變化。因此，質(zhì)量流速的較小變化可顯著改變功率需求。為了滿足電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)200中變化的功率需求，高速電動機(jī)102可構(gòu)造成以比較高的效率驅(qū)動壓縮機(jī)20 和204b。因此，高速電動機(jī)102可為頻率控制電路(圖中未示出)的一部分，以匹配壓縮機(jī)20 和204b的可變功率需求。典型地，電機(jī)驅(qū)動式系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成以內(nèi)建的附加安全系數(shù)處理峰值負(fù)荷。這常常引起以降低的負(fù)荷長時(shí)間工作的系統(tǒng)低效地使用能量。調(diào)節(jié)電機(jī)速度的能力使得電機(jī)輸出能夠與負(fù)荷更接近地匹配并節(jié)省能量。在本示例性實(shí)施例中，可通過改變電機(jī)供應(yīng)電壓的頻率來改變高速電動機(jī)102的工作速度，從而允許在更寬的速度范圍上進(jìn)行精確和連續(xù)的過程控制。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，高速電動機(jī)102被設(shè)計(jì)成提供15MW的功率。在需要更多功率的應(yīng)用中，可以使用超過一個(gè)高速電動機(jī)102。此類構(gòu)造在下面對圖3的討論中詳述。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)說明性的實(shí)施例的包括分別機(jī)械地聯(lián)接到壓縮機(jī)306a 和306b上的兩個(gè)高速電動機(jī)302和304的電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)300的示意圖。在圖3中所示的示例性實(shí)施例中，電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)300包括與第一高速電動機(jī)302串聯(lián)流動連通的第一壓縮機(jī)306a，使得由第一壓縮機(jī)壓縮的氣體的至少一部分在由熱交換器308進(jìn)行適當(dāng)處理后接觸電機(jī)。據(jù)稱第二壓縮機(jī)306b與第二高速電動機(jī)304串聯(lián)流動連通。仍參照圖3，由壓力容器106和電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)300的相關(guān)構(gòu)件(導(dǎo)管211、熱交換器308、返回導(dǎo)管309、旁通導(dǎo)管310)限定的氣體流動通路由在第一壓縮機(jī)306a的進(jìn)口 208處開始、穿越第一壓縮機(jī)、在區(qū)域2中被引導(dǎo)到通向熱交換器308的導(dǎo)管211的箭頭示出。由熱交換器處理的冷卻的壓縮氣體經(jīng)由返回導(dǎo)管309回到壓力容器106的區(qū)域3， 此處壓縮氣體接觸第一電動機(jī)302和第二電動機(jī)304。已接觸兩個(gè)電動機(jī)的冷卻的壓縮氣體進(jìn)入?yún)^(qū)域4，此處它與經(jīng)由旁通導(dǎo)管310進(jìn)入?yún)^(qū)域4的冷卻的壓縮氣體重新結(jié)合。區(qū)域4 中的氣體混合物以狀態(tài)4為特征，其中氣體溫度由于從電動機(jī)302和304去除的熱量而相對于區(qū)域3中的溫度略微升高(本例中為45°C )。以狀態(tài)4為特征的氣體混合物然后由第二壓縮機(jī)306b進(jìn)一步壓縮并在狀態(tài)5中在第二壓縮機(jī)的出口 210處離開電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng) 300。在一個(gè)實(shí)施例中，第一壓縮機(jī)306a和第二壓縮機(jī)306b可為單級或多級離心式壓縮機(jī)。在圖3中所示的示例性實(shí)施例中，第一壓縮機(jī)306a可為兩級離心式壓縮機(jī)，而第二壓縮機(jī)306b可為三級離心式壓縮機(jī)。第一壓縮機(jī)306a和第二壓縮機(jī)306b可通過剛性或柔性聯(lián)接元件116分別聯(lián)接到第一高速電動機(jī)302和第二高速電動機(jī)304上。然而，在圖3 中所示的實(shí)施例中，第一電動機(jī)302的轉(zhuǎn)子未聯(lián)接到第二電動機(jī)304的轉(zhuǎn)子上。此構(gòu)造允許第一壓縮機(jī)306a和第二壓縮機(jī)306b以不同的速度運(yùn)行。在圖3中所示的示例性實(shí)施例中，第一電動機(jī)302和第二電動機(jī)304兩者均可配備有頻率控制電路(圖中未示出)并因此能夠分別滿足第一壓縮機(jī)306a和第二壓縮機(jī)306b的變化的功率需求，從而導(dǎo)致顯著節(jié)省能量。此外，在圖3中所示的實(shí)施例中，由于第一電動機(jī)302和第二電動機(jī)304的轉(zhuǎn)子之間不存在聯(lián)接，可需要數(shù)量更少的磁性軸承來支撐轉(zhuǎn)子。因此，據(jù)信圖3中所示的示例性實(shí)施例代表應(yīng)對電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)300的高功率需求的低成本和高能效的架構(gòu)。電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)300的運(yùn)行類似于電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)200，其中第一壓縮機(jī)306a將酸性氣體混合物壓縮到處于適當(dāng)壓力范圍內(nèi)的第一壓力以便實(shí)現(xiàn)電動機(jī)302和304的最佳冷卻效率。初始酸性氣體混合物在由第一壓縮機(jī)306a壓縮時(shí)加熱并隨后經(jīng)過經(jīng)由導(dǎo)管211、309聯(lián)接到壓力容器106上的熱交換器308。熱交換器308冷卻壓縮的酸性氣體混合物并且還從酸性氣體混合物去除水分。由熱交換器308處理的冷卻的壓縮酸性氣體的一部分然后經(jīng)由返回導(dǎo)管309回到壓力容器106并在被排放到區(qū)域4中的第二壓縮機(jī)306b的進(jìn)口側(cè)之前接觸電動機(jī)302和304。酸性氣體混合物然后由第二壓縮機(jī)306b進(jìn)一步壓縮。壓縮的酸性氣體混合物經(jīng)由出口 210離開電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)300，并且其中，在一個(gè)實(shí)施例中，離開系統(tǒng)的酸性氣體以狀態(tài)5特征，其中溫度可高達(dá)170°C并且壓力處于從約60巴到約200巴的范圍內(nèi)。在一個(gè)備選實(shí)施例中，類似于圖3所示，熱交換器308可設(shè)置在壓力容器106內(nèi)。 在本實(shí)施例中，經(jīng)過熱交換器308的酸性氣體的一部分也接觸各電動機(jī)302和304，最初接觸電動機(jī)302的氣體以狀態(tài)3( S卩，約40°C的溫度和約10巴的壓力)為特征。酸性氣體的其余部分可經(jīng)由旁通導(dǎo)管310(或不使氣體與電動機(jī)302和304相接觸的其它備選流動通路)被引導(dǎo)到第二壓縮機(jī)306b的進(jìn)口側(cè)。圖4A是在諸如200(圖2)或300 (圖3)的電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行的酸性氣體壓縮過程400的溫度對熵的曲線圖。在圖如中，與整個(gè)壓縮過程的各個(gè)階段相關(guān)的熵和溫度作為相對值給出且并非旨在以任何方式限制所示過程的范圍。相對溫度被繪制在豎直軸線上且相對熵被繪制在水平軸線上。整個(gè)壓縮過程可由酸性氣體混合物的狀態(tài)限定并且圖 4a中標(biāo)識的狀態(tài)1-5對應(yīng)于圖2和圖3所示的狀態(tài)1_5，其中狀態(tài)1指的是酸性氣體混合物在電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)口 208處的狀態(tài)；狀態(tài)5指的是酸性氣體混合物在電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)的出口 210處的狀態(tài)；并且狀態(tài)2、3和4指的是酸性氣體混合物在電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的中間狀態(tài)。如果當(dāng)檢查圖4A中所示的曲線時(shí)參考圖2，則酸性氣體混合物從具有55°C的溫度
13的狀態(tài)1開始。酸性氣體混合物然后由第一壓縮機(jī)20 等熵地從狀態(tài)1 (T = 550C )壓縮到狀態(tài)2 (T = 170°C)，該狀態(tài)2具有相同的熵但更高的溫度。然后，壓縮的酸性氣體混合物被引導(dǎo)到熱交換器212，此處混合物被恒壓地從狀態(tài)2(T = 170°C )冷卻到狀態(tài)3(T = 40°C )。狀態(tài)3具有更高的熵但具有低于在狀態(tài)2下的溫度。具有狀態(tài)3的冷卻的壓縮氣體混合物隨后與電動機(jī)102相接觸。酸性氣體混合物接近恒壓地冷卻電動機(jī)102并達(dá)到狀態(tài)4(T = 45°C )，該狀態(tài)4具有比狀態(tài)3更高的溫度和更高的熵?；旌衔镫S后被供給第二壓縮機(jī)204b，此處酸性氣體混合物被等熵地壓縮到最終狀態(tài)5 (T = 170°C )，該狀態(tài)5具有相同的熵但具有高于狀態(tài)4的溫度。圖4B是在諸如200 (圖幻或300 (圖幻的電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行的圖4A中所示的同一酸性氣體壓縮過程400的溫度對壓力的曲線圖。在圖4B中，與整個(gè)壓縮過程的各個(gè)階段相關(guān)的壓力和溫度作為相對值給出且并非旨在以任何方式限制所示過程的范圍。相對溫度被繪制在豎直軸線上且相對壓力被繪制在水平軸線上。整個(gè)壓縮過程可由酸性氣體混合物的狀態(tài)確定并且圖4B中標(biāo)識的狀態(tài)1-5對應(yīng)于圖2和圖3所示的狀態(tài)1-5，其中狀態(tài)1指的是酸性氣體混合物在電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)口 208處的狀態(tài)；狀態(tài)5指的是酸性氣體混合物在電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)的出口 210處的狀態(tài)；而狀態(tài)2、3和4指的是酸性氣體混合物在電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的中間狀態(tài)。如果檢查圖4B中所示的曲線時(shí)參考圖2，則酸性氣體混合物的壓縮在狀態(tài)1開始 (P = 1-2巴，T = 550C )。酸性氣體混合物然后由第一壓縮機(jī)20 等熵地壓縮到狀態(tài)2 (P =10巴，T = l70°C)o壓縮的酸性氣體混合物然后被引導(dǎo)到熱交換器212，其中混合物被恒壓地從狀態(tài)2 (P = 10巴，T = 1700C )冷卻到狀態(tài)3 (P = 10巴，T = 40°C )。冷卻的壓縮酸性氣體混合物隨后經(jīng)過電動機(jī)102。酸性氣體混合物接近恒壓地冷卻電動機(jī)102并達(dá)到狀態(tài)4 (P = 10巴，T = 450C )。混合物隨后被供給第二壓縮機(jī)204b，此處酸性氣體混合物被等熵地壓縮到最終狀態(tài)5 (P = 60-200巴，T = 1700C )。圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)說明性的實(shí)施例的用于實(shí)現(xiàn)用于驅(qū)動如圖2中構(gòu)造的電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)中的第一壓縮機(jī)和第二壓縮機(jī)的電動機(jī)的有效冷卻的方法500的流程圖。方法500始于方框502，其中將包含硫化氫和二氧化碳的初始酸性氣體混合物壓縮到第一壓力。通過第一壓縮機(jī)將包含從約10到約95體積百分比的硫化氫和從約90到約5體積百分比的二氧化碳的酸性氣體混合物等熵地壓縮到處于從約5巴到約20巴的范圍內(nèi)的第一壓力。當(dāng)酸性氣體在處于從約5巴到約20巴的范圍內(nèi)的壓力下與電動機(jī)相接觸時(shí)可實(shí)現(xiàn)酸性氣體混合物對電動機(jī)的最大冷卻效率。因此，第一壓縮機(jī)向酸性氣體混合物提供了所需的輸送壓力以便有效地冷卻用于驅(qū)動第一壓縮機(jī)的電動機(jī)。繼在方框502將酸性氣體混合物壓縮到最佳壓力范圍之后，執(zhí)行對應(yīng)于方框504的方法步驟。在方框504，將在方框502形成的壓縮氣體混合物冷卻到處于從約20°C到約50°C 的范圍內(nèi)的溫度。引導(dǎo)在方框502壓縮的氣體混合物通過熱交換器。該熱交換器可包括兩個(gè)單元將熱壓縮酸性氣體混合物冷卻到處于從約20°C到約50°C的大致范圍內(nèi)的溫度的冷卻單元，和從熱壓縮酸性氣體混合物去除水分的除水單元。冷卻過程和除水過程兩者均恒壓地進(jìn)行并且得到的冷卻的壓縮氣體在處于從約5巴到約20巴的范圍內(nèi)的壓力下從熱交換器出現(xiàn)。將熱壓縮酸性氣體混合物冷卻到20°C -50°C的大致溫度范圍提高了電動機(jī)中的冷卻的壓縮氣體的冷卻效率，同時(shí)從酸性氣體混合物去除水分使得酸性氣體混合物的腐蝕性更低。在方框506中，冷卻氣體混合物的至少一部分與電動機(jī)相接觸。隨著冷卻的壓縮酸性氣體混合物與電動機(jī)相接觸，可能出現(xiàn)風(fēng)阻損失。通過限制接觸電動機(jī)的構(gòu)件的冷卻的壓縮氣體的量，可以控制并最小化風(fēng)速損失。當(dāng)在處于從約20°C到約50°C的范圍內(nèi)的溫度下在恒壓條件下執(zhí)行冷卻的壓縮酸性氣體混合物和電動機(jī)之間的接觸時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)電動機(jī)風(fēng)阻損失和電動機(jī)冷卻之間的合理平衡。本申請中公開的電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)特別地構(gòu)造成壓縮酸性氣體混合物并且還使用壓縮的酸性氣體混合物作為用于冷卻電機(jī)的冷卻劑。與其不良散熱能力相聯(lián)系的酸性氣體混合物的腐蝕性使得現(xiàn)有的電機(jī)-壓縮機(jī)構(gòu)造難以實(shí)現(xiàn)高冷卻效率。本文公開的電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)使得能夠?qū)崿F(xiàn)在獲得冷卻的壓縮氣體混合物的最佳狀態(tài)的天然氣凈化方法期間產(chǎn)生的酸性氣體混合物的安全而有效的處理，可在該最佳狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)氣體混合物對電動機(jī)的最大冷卻效率。此外，使用壓力容器來包圍電動機(jī)防止了酸性氣體混合物泄漏的任何可能性，盡管該過程中包含高壓力。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將顯而易見的是，在以上實(shí)施例中給出的值范圍僅出于舉例的目的且并非旨在限制或偏離本發(fā)明的范圍。盡管已結(jié)合目前被認(rèn)為最實(shí)用且不同的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不限于所披露的實(shí)施例，而是相反地旨在涵蓋被包括在所附權(quán)利要求的精神范圍內(nèi)的各種變型和等效設(shè)置。此書面描述使用了包括最佳模式在內(nèi)的實(shí)例來公開本發(fā)明，并且還使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造并利用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何所結(jié)合的方法。本發(fā)明可取得專利權(quán)的范圍在權(quán)利要求中限定，并且可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員可想到的其它實(shí)例。如果此類其它實(shí)例沒有不同于權(quán)利要求的文字語言所描述的結(jié)構(gòu)元件，或者它們包括與權(quán)利要求的文字語言無實(shí)質(zhì)性區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，則認(rèn)為此類其它實(shí)例包含在權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于壓縮酸性氣體混合物的方法，所述方法包括(a)壓縮包含硫化氫和二氧化碳的氣體混合物，以在處于從約5巴到約20巴的范圍內(nèi)的第一壓力下提供壓縮氣體混合物，所述壓縮氣體混合物包含從約10到約95體積百分比的硫化氫和從約90到約5體積百分比的二氧化碳，所述硫化氫和所述二氧化碳共同以對應(yīng)于所述壓縮氣體混合物的總重量的約90到約100重量百分比的量存在，所述壓縮在第一壓縮機(jī)中執(zhí)行，所述第一壓縮機(jī)聯(lián)接到構(gòu)造成接收所述壓縮氣體混合物的壓力容器上；(b)將在步驟(a)中形成的所述壓縮氣體混合物冷卻到處于從約20°C到約50°C的范圍內(nèi)的溫度，以提供冷卻的壓縮氣體混合物；以及(c)使所述冷卻的壓縮氣體混合物的至少一部分與第一電動機(jī)接觸，所述第一電動機(jī)被容納在所述壓力容器內(nèi)，所述第一電動機(jī)機(jī)械地聯(lián)接到所述第一壓縮機(jī)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟(d)，其中將在步驟 (b)中冷卻的所述壓縮氣體混合物的至少一部分和在步驟(c)中與所述電動機(jī)相接觸的冷卻的壓縮氣體混合物的至少一部分進(jìn)一步壓縮到處于從約60巴到約200巴的范圍內(nèi)的壓力。
3.一種系統(tǒng)，包括第一壓縮機(jī)；構(gòu)造成從所述第一壓縮機(jī)接收壓縮氣體的壓力容器；聯(lián)接到所述壓力容器上的熱交換器，所述熱交換器構(gòu)造成冷卻壓縮氣體并提供冷卻的壓縮氣體；以及被容納在所述壓力容器內(nèi)的電動機(jī)，其中所述電動機(jī)機(jī)械地聯(lián)接到所述第一壓縮機(jī)上，并且其中所述壓力容器構(gòu)造成接收來自所述熱交換器并接觸所述電動機(jī)的冷卻的壓縮氣體的至少一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一壓縮機(jī)是多級離心式壓縮機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱交換器包括冷卻單元和除水單兀。
6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電動機(jī)包括頻率控制電路，以匹配所述第一壓縮機(jī)的可變功率需求。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括在所述壓力容器的出口側(cè)與所述電動機(jī)結(jié)合的第二壓縮機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電動機(jī)包括頻率控制電路，以匹配所述第一壓縮機(jī)和第二壓縮機(jī)的可變功率需求。
9.一種系統(tǒng)，包括第一多級離心式壓縮機(jī)，其構(gòu)造成將壓縮氣流導(dǎo)入限定壓縮氣體流動通路的壓力容器；聯(lián)接到所述壓力容器上的熱交換器，其構(gòu)造成冷卻壓縮氣體并提供冷卻的壓縮氣體； 電動機(jī)，其被容納在所述壓力容器內(nèi)并機(jī)械地聯(lián)接到所述第一多級離心式壓縮機(jī)上， 其中所述電動機(jī)構(gòu)造成與所述冷卻的壓縮氣體的至少一部分相接觸；以及第二多級離心式壓縮機(jī)，其機(jī)械地聯(lián)接到被容納在所述壓力容器內(nèi)并構(gòu)造成由所述冷卻的壓縮氣體的至少一部分接觸的電動機(jī)上，其中所述第二多級離心式壓縮機(jī)構(gòu)造成壓縮所述冷卻的壓縮氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電動機(jī)包括包圍所述電動機(jī)的定子的封裝單元，其中所述封裝單元包括密封罐。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于酸性氣體壓縮的方法和設(shè)備，具體而言，提供了用于處理從天然氣凈化大量產(chǎn)生的副產(chǎn)品酸性氣體的新穎的電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，一種新穎的電機(jī)-壓縮機(jī)系統(tǒng)包括第一壓縮機(jī)；構(gòu)造成接收來自第一壓縮機(jī)的壓縮氣體的壓力容器；聯(lián)接到壓力容器上的熱交換器，該熱交換器構(gòu)造成冷卻壓縮氣體并提供冷卻的壓縮氣體；以及被容納在壓力容器內(nèi)的電動機(jī)，其中該電動機(jī)機(jī)械地聯(lián)接到第一壓縮機(jī)上，并且其中壓力容器構(gòu)造成接收來自熱交換器并接觸電動機(jī)的冷卻的壓縮氣體的至少一部分。本文所述的方法和系統(tǒng)在其中在高壓下對大量酸性氣體進(jìn)行壓縮并且防漏很關(guān)鍵的酸性氣體重注操作中特別有用。
文檔編號B01J3/00GK102309946SQ20111019072
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者K·R·韋伯, M·卡馬蒂 申請人:通用電氣公司