[发明专利]基于改进的高斯瓦米循环的气体加工装置废热至电力和冷却的转换

说明书

系统包括废热回收热交换器，其被配置为通过与在原油相关气体加工装置中的热源的交换将加热流体流加热。系统包括改进的高斯瓦米循环能量转换系统，其包括：第一组热交换器，其被配置为通过与经加热的加热流体流的交换将工作流体的第一部分加热；和第二组热交换器，其被配置为将工作流体的第二部分加热。改进的高斯瓦米循环能量转换系统包括：分离器，其被配置为接收工作流体的经加热的第一和第二部分并且输出工作流体的蒸气流和工作流体的液体流；第一涡轮机和发电机，其被配置为通过工作流体的蒸气流的第一部分的膨胀发电；冷却子系统，其包括一个或多个冷却元件，其被配置为通过与工作流体的蒸气流的经冷却的第二部分的交换将激冷流体流冷却；和第二涡轮机，其被配置为由工作流体的液体流发电。

优先权要求

本申请要求于2015年8月24日提交的美国专利申请号62/209,147和于2015年12月22日提交的美国专利申请号14/978,035的优先权，其完整内容通过引用并入本文。

背景

在通常的储层中可以发现天然气和原油。在一些情况下，气体加工装置可以通过去除常见的污染物，如水、二氧化碳和硫化氢来纯化原料天然气。污染天然气的物质中的一些具有经济价值并且可以进一步加工或销售或两者。原油相关气体加工装置通常将大量废热释放到环境中。

概述

在一个方面，系统包括废热回收热交换器，所述废热回收热交换器被配置为通过与在原油相关气体加工装置中的热源的交换将加热流体流加热。所述系统包括改进的高斯瓦米循环能量转换系统。所述改进的高斯瓦米循环能量转换系统包括第一组能量转换系统热交换器，所述第一组能量转换系统热交换器被配置为通过与经加热的加热流体流的交换将工作流体的第一部分加热，所述工作流体包含氨和水。所述改进的高斯瓦米循环能量转换系统包括第二组能量转换系统热交换器，所述第二组能量转换系统热交换器被配置为将所述工作流体的第二部分加热，所述第二组能量转换热交换器包括：第一热交换器，所述第一热交换器被配置为通过与所述工作流体的液体流的交换将所述工作流体的所述第二部分加热；和第二热交换器，所述第二热交换器被配置为接收来自所述第一热交换器的所述工作流体的所述第二部分并且通过与所述经加热的加热流体流的交换将所述工作流体的所述第二部分加热。所述改进的高斯瓦米循环能量转换系统包括分离器，所述分离器被配置为接收所述工作流体的经加热的第一和第二部分并且输出所述工作流体的蒸气流和所述工作流体的所述液体流。所述改进的高斯瓦米循环能量转换系统包括第一涡轮机和发电机，其中所述涡轮机和发电机被配置为通过所述工作流体的所述蒸气流的第一部分膨胀发电。所述改进的高斯瓦米循环能量转换系统包括冷却子系统，所述冷却子系统包括一个或多个冷却元件，所述一个或多个冷却元件被配置为通过与所述工作流体的所述蒸气流的经冷却的第二部分的交换将激冷流体流冷却。所述改进的高斯瓦米循环能量转换系统包括第二涡轮机，所述第二涡轮机被配置为由所述工作流体的所述液体流发电。

实施方案可以包括以下特征中的一种或多种。

所述冷却元件中的一个或多个具有50MM Btu/h(百万英热单位(British thermalunit，Btu)/小时)至150MM Btu/h的热负荷。所述冷却元件中的一个或多个被配置为将所述激冷流体流激冷到35°F至45°F的温度。

所述冷却子系统包括第二冷却元件，所述第二冷却元件被配置为将从所述分离器接收的所述工作流体的所述蒸气流的所述第二部分冷却。

所述冷却子系统包括：第二分离器，所述第二分离器被配置为接收来自第一冷却元件的所述工作流体的所述蒸气流的所述经冷却的第二部分；和第三涡轮机和发电机，所述第三涡轮机和发电机被配置为通过从所述第二分离器输出的蒸气相的膨胀发电。所述第三涡轮机和发电机被配置为产生至少6MW(兆瓦)的电力。