CN109915284A - 一种自清洁的lng发动机供排气装置及工作方法 - Google Patents

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杨兴林
张倩文
黄川�
季亮
陈一
李俊
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Abstract

本发明公开了一种自清洁的LNG发动机供排气装置及工作方法，所述装置包括LNG汽化系统、SCR脱硝系统和气体分离系统。LNG汽化后供内燃机工作，内燃机产生的烟气首先进入SCR脱硝系统进行氮气的催化还原，利用吸附剂将气体还原后所携带的水分吸附，然后该混合气体进入由内燃机驱动的压气机加压，最后依据气体临界温度的差异利用LNG冷能进行分离液化，该装置实现了低成本碳捕获的零碳排放功能。

Description

一种自清洁的LNG发动机供排气装置及工作方法
技术领域
本发明涉及一种自清洁的LNG发动机供排气装置，通过LNG汽化系统、SCR脱硝系统和气体分离系统的有机配合，将内燃机产生的二氧化碳低成本捕获，实现零碳排放，属于环境保护和能源利用领域。
背景技术
近年来，随着天然气产业的迅猛发展，天然气高效利用已成为研究热点。我国的能源政策和一次能源比例形式决定了天然气使用将是未来几年大力发展的优势产业，而现在更多的LNG汽化冷量被海水带走浪费，而本系统充分利用了LNG冷能。
烟气排放使得更多的二氧化碳排入空气中，引起了温室效应。温室效应带来的全球变暖已经给人类生存造成一定的威胁，全球变暖导致海平面升高，预期由1900年至2100年地球的平均海平面上升幅度介乎0.09米至0.88米之间。世界银行的一份报告显示，即使海平面只小幅上升1米，也足以导致5600万发展中国家人民沦为难民。所以我们应该倡导低碳经济，低碳生活，从源头上控制和减少温室气体的排放，进而优化人类的生活。
申请号为201310618307.3，名称为“利用液化天然气冷能捕集二氧化碳的联合动力循环方法及其系统”的发明专利，公开了一种利用液化天然气冷能捕集二氧化碳的联合动力循环方法及其系统。该系统包括利用LNG冷能的空气分离装置、富氧燃烧的燃气轮机循环装置、高压蒸汽动力循环装置、二氧化碳分离液化装置和LNG冷能动力循环装置，该系统中用于液化二氧化碳的冷能先用于空气分离装置和动力循环装置，当二氧化碳产生的量过大时，可能不足以提供充分的冷能进行二氧化碳的液化。本专利用于液化二氧化碳的冷能直接来自于LNG汽化，能够提供充足冷量，进行高效的二氧化碳液化。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，进而提供一种自清洁的LNG发动机供排气装置。
本发明是通过将LNG汽化系统、SCR脱硝系统和气体分离系统相耦合，实现了发动机的自清洁功能。通过利用LNG汽化产生的冷量来捕获回收内燃机产生的二氧化碳，既不浪费LNG冷量又实现了低成本捕获碳，保护了环境。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种自清洁的LNG发动机供排气装置，包括LNG汽化系统、SCR脱硝系统和气体分离系统三部分，其中所述LNG汽化系统包括：LNG泵、换热器、内燃机，所述LNG泵通过管道连接所述换热器的上接口，所述换热器的下接口通过管道连接所述内燃机的下接口；所述SCR脱硝系统包括：氨进气口、混合装置、吸附装置，所述氨进气口通过管道连接所述混合装置的上接口，所述内燃机的右接口通过管道依次连接所述混合装置、所述吸附装置；所述气体分离系统包括：压气机、换热器、分离器、液态二氧化碳出口、氮气出口，所述压气机的上接口通过轴连接所述内燃机的上接口，所述压气机的左接口通过管道连接所述吸附装置的右接口，所述压气机的右接口通过管道连接所述换热器的左接口，所述换热器的右接口通过管道连接所述分离器左接口，所述分离器的下接口设为所述液态二氧化碳出口，所述分离器的上接口设为所述氮气出口。
进一步，所述液态二氧化碳出口(10)设有储液罐，所述氮气出口(4)设有储气罐。
进一步，所述混合装置中设有催化剂，所述的催化剂为沸石分子筛或金属氧化物。
进一步，所述吸附装置中设有吸附剂，所述的吸附剂为活性氧化铝或活性炭。
进一步，所述SCR脱硝系统中设有还原剂，所述的还原剂为液氨或尿素。
一种自清洁的LNG发动机供排气装置的工作方法为：
LNG经所述LNG泵进入所述换热器汽化释放冷量，汽化后的LNG被输送到所述内燃机中燃烧做功带动所述压气机工作，所述内燃机燃烧产生的烟气在所述混合装置中与所述氨进气口喷入的氨混合后在催化剂的作用下将氮氧化物还原成氮气和水蒸汽，氮气、水蒸气和二氧化碳的气体混合物进入所述吸附装置由吸附剂吸附水蒸气后进入所述压气机将压力增加到二氧化碳的临界压力，然后氮气和二氧化碳的气体混合物流经所述换热器，二氧化碳被LNG释放的冷能液化，从所述分离器的下接口即所述液态二氧化碳出口流出，氮气则由所述氮气出口流出，如此循环。
本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：
1、本发明利用气体临界温度的不同将气体液化，避免了使用蒸馏塔再次消耗热量。
2、本发明利用内燃机直接驱动压气机工作，不需要再额外附加驱动装置。
3、本发明高效利用了LNG汽化产生的大量冷能，避免冷量直接被海水带走，减小了能源的浪费，保护了环境。
4、本发明利用LNG冷量直接捕获天然气燃烧所产生的二氧化碳，系统简单高效，实现了发动机的零碳排放。
附图说明
图1为本发明一种自清洁的LNG发动机供排气装置的结构原理示意图；
图中：1为LNG泵、2为分离器、3为换热器、4为氮气出口、5为内燃机、6为混合装置、7为氨进气口、8为吸附装置、9为压气机、10为液态二氧化碳出口。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特性和优点更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体施例做详细说明。
如图1所示，为本发明实施例的一种自清洁的LNG发动机供排气装置，包括LNG汽化系统、SCR脱硝系统和气体分离系统三部分，其中所述LNG汽化系统包括：LNG泵1、换热器3、内燃机5，所述LNG泵1通过管道连接所述换热器3的上接口，所述换热器3的下接口通过管道连接所述内燃机5的下接口；所述SCR脱硝系统包括：氨进气口7、混合装置6、吸附装置8，所述氨进气口7通过管道连接所述混合装置6的上接口，所述内燃机5的右接口通过管道连接所述混合装置6的左接口，所述混合装置6的右接口通过管道连接所述吸附装置8的左接口；所述气体分离系统包括：压气机9、换热器3、分离器2、液态二氧化碳出口10、氮气出口4，所述压气机9的上接口通过轴连接所述内燃机5的上接口，所述压气机9的左接口通过管道连接所述吸附装置8的右接口，所述压气机9的右接口通过管道连接所述换热器3的左接口，所述换热器3的右接口通过管道连接所述分离器2左接口，所述分离器2的下接口为所述液态二氧化碳出口10，所述分离器2的上接口为所述氮气出口4。
其中，所述液态二氧化碳出口10设有储液罐，所述氮气出口4设有储气罐；所述混合装置中设有催化剂，所述的催化剂选择沸石分子筛，金属氧化物作催化剂时需加入助催化剂来增强催化剂的活性和热稳定性，而沸石分子筛则主要用于温度较高的燃气电厂和内燃机；所述吸附装置中的吸附剂为活性氧化铝，活性氧化铝具有吸附容量大和热稳定性高等优点；所述SCR脱硝系统的还原剂为液氨，液氨蒸发相比于尿素热解的系统更加简单，投资更少。
本发明的一种自清洁的LNG发动机供排气装置的工作方法为：
LNG经所述LNG泵1进入所述换热器3汽化释放冷量，汽化后的LNG被输送到所述内燃机5中燃烧做功带动所述压气机9工作，所述内燃机5燃烧产生的烟气在所述混合装置6中与所述氨进气口7喷入的氨混合后在催化剂的作用下将氮氧化物还原成氮气和水蒸汽，氮气、水蒸气和二氧化碳的气体混合物进入所述吸附装置8由吸附剂吸附水蒸气后进入所述压气机9将压力增加到二氧化碳的临界压力，然后氮气和二氧化碳的气体混合物流经所述换热器3，二氧化碳被LNG释放的冷能液化，从所述分离器2的下接口即所述液态二氧化碳出口10流出，氮气则由所述氮气出口4流出，如此循环。
以上为本发明的具体说明，仅为本发明的最佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神及原则之内的修改、等同替换等，应均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自清洁的LNG发动机供排气装置，其特征在于，包括LNG汽化系统、SCR脱硝系统和气体分离系统三部分，其中所述LNG汽化系统包括：LNG泵(1)、换热器(3)、内燃机(5)，所述LNG泵(1)通过管道连接所述换热器(3)的上接口，所述换热器(3)的下接口通过管道连接所述内燃机(5)的下接口；所述SCR脱硝系统包括：氨进气口(7)、混合装置(6)、吸附装置(8)，所述氨进气口(7)通过管道连接所述混合装置(6)的上接口，所述内燃机(5)的右接口通过管道依次连接所述混合装置(6)、所述吸附装置(8)；所述气体分离系统包括：压气机(9)、换热器(3)、分离器(2)、液态二氧化碳出口(10)、氮气出口(4)，所述压气机(9)的上接口通过轴连接所述内燃机(5)的上接口，所述压气机(9)的左接口通过管道连接所述吸附装置(8)的右接口，所述压气机(9)的右接口通过管道连接所述换热器(3)的左接口，所述换热器(3)的右接口通过管道连接所述分离器(2)左接口，所述分离器(2)的下接口设为所述液态二氧化碳出口(10)，所述分离器(2)的上接口设为所述氮气出口(4)。
2.根据权利1所述的一种自清洁的LNG发动机供排气装置，其特征在于：所述液态二氧化碳出口(10)设有储液罐，所述氮气出口(4)设有储气罐。
3.根据权利1所述的一种自清洁的LNG发动机供排气装置，其特征在于：所述混合装置(6)中设有催化剂，所述的催化剂为金属氧化物或沸石分子筛。
4.根据权利1所述的一种自清洁的LNG发动机供排气装置，其特征在于：所述吸附装置(8)中设有吸附剂，所述的吸附剂为活性炭或活性氧化铝。
5.根据权利1所述的一种自清洁的LNG发动机供排气装置，其特征在于：所述SCR脱硝系统中设有还原剂，所述的还原剂为尿素或液氨。
6.一种基于权利1～5任一项所述的一种自清洁的LNG发动机供排气装置的工作方法，其特征在于：具体包括：
LNG经所述LNG泵(1)进入所述换热器(3)汽化释放冷量，汽化后的LNG被输送到所述内燃机(5)中燃烧做功带动所述压气机(9)工作，所述内燃机(5)燃烧产生的烟气在所述混合装置(6)中与所述氨进气口(7)喷入的氨混合后在催化剂的作用下将氮氧化物还原成氮气和水蒸汽，氮气、水蒸气和二氧化碳的气体混合物进入所述吸附装置(8)由吸附剂吸附水蒸气后进入所述压气机(9)将压力增加到二氧化碳的临界压力，然后氮气和二氧化碳的气体混合物流经所述换热器(3)，二氧化碳被LNG释放的冷能液化，从所述分离器(2)的下接口即所述液态二氧化碳出口(10)流出，氮气则由所述氮气出口(4)流出，如此循环。
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