CN110043796A - 一种lng船用天然气吸附式存储系统 - Google Patents

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宋炜
王佳颖
宋忠兵
徐岸南
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Abstract

本发明涉及一种LNG船用天然气吸附式存储系统，涉及天然气存储和利用领域。一种LNG船用天然气吸附式存储系统，存储系统包括压缩机、吸附罐，存储系统还包括预处理模块、温控模块、压力调节阀；压力调节阀设于压缩机和预处理模块之间，用于调节天然气的压力，预处理模块用于净化天然气；预处理模块与吸附罐连接；温控模块用于调控吸附罐吸附和脱附天然气时的温度。通过本发明的存储系统，操作压力低，储能能力大，在有效地回收利用LNG船天然气泄漏方面有着较大意义。

Description

一种LNG船用天然气吸附式存储系统
技术领域
本发明涉及天然气存储和利用领域，具体涉及一种LNG船用天然气吸附式存储系统。
背景技术
在全球化的时代背景下，能源和环境成为各国关注的焦点。在解决能源和环境问题、改善生态环境的过程中，天然气具有独特的优势，正逐渐成为能源结构的核心。
我国天然气工业和天然气市场发展迅速，在天然气运输方面取得了进步，LNG输运船成为天然气输运的主要方式之一。但是，在LNG船运输过程中，由于各种原因LNG不可避免产生挥发气体。在处理挥发气方面，目前采用2种方式。第一种是通过再液化设备将挥发气重新液化成液态送回货舱，这种方式的主要问题是再液化设备价格昂贵，再液化工艺复杂；第二种方式是将挥发气作为动力装置燃料，多余的挥发气由气体燃烧单元烧掉，这种方式会造成天然气损失，浪费资源。
为了使资源得到合理利用，并尽可能降低成本。现利用天然气吸附技术将挥发气储存起来，然后在压载航行工况下将储存的天然气脱附，用于动力装置燃烧。
现有技术如专利号为201420600115.X的实用新型专利，公开了一种LNG放散天然气吸附回收装置，包括LNG储罐、通过天然气放散管与LNG储罐相连通的缓冲罐、通过导气管与缓冲罐相连通的天然气压缩机组，以及通过进气管与天然气压缩机组相连通的吸附储存器；吸附储存器还通过天然气循环增压管与LNG储罐相连通；吸储存器的外壳上设有加热装置；天然气放散管与LNG储罐连通的一端设有储罐安全阀。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种LNG船用天然气吸附式存储系统，用于LNG船天然气挥发后的重新利用。
本发明的技术解决方案如下:
一种LNG船用天然气吸附式存储系统，存储系统包括压缩机、吸附罐，存储系统还包括预处理模块、温控模块、压力调节阀；压缩机对挥发的天然气进行加压，使其满足吸附压力条件；压力调节阀设于压缩机和预处理模块之间，用于调节天然气的压力，所述预处理模块用于净化天然气；所述预处理模块与吸附罐连接；所述温控模块用于调控吸附罐吸附和脱附天然气时的温度。通过本发明的存储系统，使得LNG存储仓挥发出来的天然气得到有效利用，避免了资源的浪费，且操作压力低，存储能力大，不占用过多空间。
作为优选，温控模块包括换热器、冷水机组、加热模块、吸附及脱附温度控制单元、传感模块，换热器和预处理模块之间还设有调节阀，所述换热器和吸附罐之间还设有单向阀，压缩机、预处理模块、调节阀、换热器、单向阀、吸附罐依次连接。通过温控模块，有效解决了天然气吸附和脱附过程中放热和吸热的问题。
作为优选，冷水机组与换热器之间设有阀门，冷水机组与换热器连接；加热模块与吸附罐之间也设有阀门，加热模块与吸附罐连接；传感模块用于检测天然气的温度、压力、流速等数据；所述吸附及脱附温度控制单元用于控制冷水机组和换热器之间的阀门a，以及加热模块与吸附罐之间的阀门b，当吸附时，冷水机组与换热器之间的阀门a打开，加热模块与吸附罐之间的阀门b关闭；当脱附时，冷水机组与换热器之间的阀门a关闭，加热模块与吸附罐之间的阀门b打开。
作为优选，存储系统还包括氮气发生器和氮气加热器，氮气发生器与氮气加热器连接，氮气加热器连接吸附罐，用于吸附罐吹洗，有效解决吸附剂效率降低的问题。
作为优选，吸附罐内置有比表面积为2500-3500m2/g的固体吸附剂，吸附剂具有发达的微孔，孔径范围在1-2nm之间，在吸附罐内分区安放，在3.5-4.8MPa下具有良好的吸附效果，吸附存储体积比可达120-180。
作为优选，预处理模块为预处理罐，预处理罐内装有氮化物吸附剂，用于净化天然气。
作为优选，吸附罐由外壳和内胆组成，吸附罐为低合金钢材料制成，也可以采用复合高分子材料制成，吸附罐内还置有内部循环热管，用于调控吸附罐内部的天然气温度。
本发明的有益效果在于：
1.本发明通过天然气吸附罐内的吸附剂将LNG船挥发的天然气进行收集存储，吸附体积比可达120-180，具有操作压力低，存储能力大，占用空间小，成本相对再液化设备低，工艺相对简单，能够使得天然气资源合理利用。
2.通过冷水机组和加热模块解决吸附和脱附的热效应问题，当进行天然气吸附时，冷水机组通过水循环带走天然气吸附放热产生的热量，同时，降低进入吸附罐前天然气的温度；当脱附时，加热模块通过高温水循环解决脱附时温度低的问题。
3.氮气发生器产生的氮气经过氮气加热器加热后，对吸附罐进行吹洗，使活性炭吸附剂再生，以保证活性炭吸附效果。
附图说明
图1是本发明LNG船用天然气吸附式存储系统原理示意图。
图中，1、压缩机；2、吸附罐；3、预处理模块；5、压力调节阀；6、调节阀；7、单向阀；8、阀门a；9、阀门b；10、氮气发生器；11、氮气加热器；12、LNG存储舱；13、动力装置燃气供应系统；41、换热器；42、冷水机组；43、加热模块；44、吸附及脱附温度控制单元；45、传感模块。
具体实施方式
在LNG船运输过程中，由于各种原因LNG不可避免产生挥发气体。在处理挥发气方面，目前采用2种方式：第一种是通过再液化设备将挥发气重新液化成液态送回货舱，这种方式的主要问题是再液化设备价格昂贵，再液化工艺复杂；第二种方式是将挥发气作为动力装置燃料，多余的挥发气由气体燃烧单元烧掉，这种方式会造成天然气损失，浪费资源。为解决该问题，提出了本发明的一种LNG船用天然气吸附式存储系统，具体实施方式如下：
如图1所示，一种LNG船用天然气吸附式存储系统，存储系统包括压缩机1、吸附罐2，所述存储系统还包括预处理模块3、换热器41、冷水机组42、加热模块43、吸附及脱附温度控制单元44、传感模块45、压力调节阀5；压力调节阀5设于压缩机1和预处理模块3之间，用于调节天然气的压力，预处理模块3用于净化天然气；预处理模块3与吸附罐2连接；温控模块用于调控吸附罐2吸附和脱附天然气时的温度。温控模块包括换热器41、冷水机组42、加热模块43、吸附及脱附温度控制单元44、传感模块45，换热器和预处理模块之间还设有调节阀6，换热器41和吸附罐2之间还设有单向阀7，所述压缩机1、预处理模块3、调节阀5、换热器41、单向阀7、吸附罐2依次连接。冷水机组42与换热器41之间设有阀门a8，冷水机组42与换热器41连接；加热模块43与吸附罐2之间设有阀门b9，加热模块43与吸附罐2连接；传感模块45用于检测天然气的温度、压力；吸附及脱附温度控制单元44用于控制阀门a8、阀门b9工作。存储系统还包括氮气发生器10和氮气加热器11，氮气发生器10与氮气加热器11连接，氮气加热器11连接吸附罐2，用于吸附罐吹洗。吸附罐2内置有比表面积为2500-3500m2/g的固体吸附剂。预处理模块3为预处理罐，预处理罐内装有氮化物吸附剂，用于净化天然气。吸附罐为低合金钢材料制成，吸附罐内置有内部循环换热管，用于冷水循环流量或热水循环流量控制吸附罐内温度。
工作过程：
LNG存储仓12挥发出来的天然气，由压缩机1加压后，形成高压天然气，当LNG船行使过程中，压缩机1加压后的天然气可直接用于动力装置燃气供应系统13使用；当船舶停止行驶时，压缩机1加压后的天然气通过降压阀5进入预处理模块3，在预处理模块3中脱除氮气等杂质；经过预处理模块3处理后的天然气通过调节阀6进入换热器41，天然气经过换热器41时，被冷却到吸附式天然气存储系统预设的温度之后，进入吸附罐2中，传感模块45感知吸附罐内温度变化，控制冷水机组42的冷水循环的流量，使得吸附罐2的温度保持在10℃；当吸附罐2中的天然气达到一定量时，通过加热模块43的热水循环，对吸附罐2内的天然气进行加热，天然气脱附，控制加热模块43的热水循环流量，从而使吸附罐2的温度保持在25℃，输出的天然气供给动力装置燃气供应系统13使用；当吸附罐完成100次吸附脱附后，LNG船上自带的氮气发生器10制造氮气，并经过氮气加热单元11加热后对吸附剂进行吹洗，使得吸附剂再生，保证吸附率。
本实施例只是对本发明的进一步解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性的修改，但是只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种LNG船用天然气吸附式存储系统，存储系统包括压缩机(1)、吸附罐(2)，其特征在于，所述存储系统还包括预处理模块(3)、温控模块、压力调节阀(5)；所述压力调节阀(5)设于压缩机(1)和预处理模块(3)之间，用于调节天然气的压力，所述预处理模块(3)用于净化天然气；所述预处理模块(3)与吸附罐(2)连接；所述温控模块用于调控吸附罐(2)吸附和脱附天然气时的温度。
2.根据权利要求1所述的一种LNG船用天然气吸附式存储系统，其特征在于，所述温控模块包括换热器(41)、冷水机组(42)、加热模块(43)、吸附及脱附温度控制单元(44)、传感模块(45)，所述换热器和预处理模块之间还设有调节阀(6)，所述换热器(41)和吸附罐(2)之间还设有单向阀(7)，所述压缩机(1)、预处理模块(3)、调节阀(5)、换热器(41)、单向阀(7)、吸附罐(2)依次连接。
3.根据权利要求2所述的一种LNG船用天然气吸附式存储系统，其特征在于，所述冷水机组(42)与换热器(41)之间设有阀门a(8)，冷水机组(42)与换热器(41)连接；所述加热模块(43)与吸附罐(2)之间设有阀门b(9)，加热模块(43)与吸附罐(2)连接；所述传感模块(45)用于检测天然气的温度、压力；所述吸附及脱附温度控制单元(44)用于控制阀门a(8)、阀门b(9)工作。
4.根据权利要求1所述的一种LNG船用天然气吸附式存储系统，其特征在于，所述存储系统还包括氮气发生器(10)和氮气加热器(11)，所述氮气发生器(10)与氮气加热器(11)连接，氮气加热器(10)连接吸附罐(2)，用于吹洗吸附罐(2)。
5.根据权利要求1所述的一种LNG船用天然气吸附式存储系统，其特征在于，所述吸附罐(2)内置有比表面积为2500-3500m2/g的固体吸附剂。
6.根据权利要求1所述的一种LNG船用天然气吸附式存储系统，其特征在于，所述预处理模块(3)为预处理罐，预处理罐内装有氮化物吸附剂，用于净化天然气。
7.根据权利要求1所述的一种LNG船用天然气吸附式存储系统，其特征在于，所述吸附罐(2)为低合金钢或复合高分子材料制成。
8.如权利要求1-7中任意一项权利要求所述的一种LNG船用天然气吸附式存储系统的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：
a.压缩机(1)将挥发出来的天然气进行加压，天然气经过压力调节阀(5)调节压力后输送至预处理模块(3)；
b.预处理模块(3)净化来自压力调节阀(5)的天然气；
c.天然气进入换热器(41)，温控模块调节温度，吸附罐(2)对天然气进行吸附；
d.温控模块调节温度，天然气从吸附罐(2)中脱附，以供使用。
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