CN112833325A - 一种lng动力船利用燃料冷能的脱碳系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LNG动力船利用燃料冷能的脱碳系统，该系统主要包括：LNG供给系统、CO2捕集与分离系统、CO2液化系统、干冰合成系统。本发明系统可以利用LNG动力船上的燃料冷能对船舶主机燃烧燃料产生的CO2气体进行液化进而制成干冰投入海底封存，还可以将干冰运输到陆地上供工业制碱或其他所需，能够实现LNG动力船的零碳排放，且LNG动力船的数量越来越多，基于人类环保意识的增强和国际海事公约对碳排放的要求越来越高，零碳排放也逐渐成为一种发展趋势，符合节能减排的要求，因此本发明系统具有很好的实用价值和应用前景。
Description
技术领域
本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种LNG动力船利用燃料冷能的脱碳系统。
背景技术
近年来，船用柴油造成的空气污染问题日益严重，传统的船用燃油燃烧时会释放大量的硫化物等有害气体，国际海事组织(IMO)的限硫规则促使船东寻找新的可替代能源，因此出现了以液化天然气(LNG)作为燃料的船舶，称为“LNG动力船”，LNG的主要成分是甲烷，甲烷燃烧会产生CO2和水，因此LNG作为船用燃料可以大大减少硫化物等有害气体的排放，随着人们对环境污染问题的越发重视，LNG被越来越多的应用在船舶上，LNG动力船的数量也在不断增多。虽然如此，但CO2仍是造成温室效应主要气体，对环境依旧影响很大。IMO在2018年制定了温室气体减排初步战略，计划到2030年国际航运业碳排放量较2008年降低40％，2050年碳排放量减少50％，并持续朝着零碳的目标迈进，为了控制和降低大气中CO2的浓度，全世界越来越多的国家关注CO2捕集封存技术(简称CCS技术)，CCS技术是指将CO2从燃烧的排放源中捕获并提纯再加以利用或传输到一个与空气隔绝的地方进行封存的技术，CCS技术已成为实现航运业大规模碳减排的可行方法，CCS技术对于CO2的捕集封存技术主要有液化海底封存、制干冰投放海底等方案，但是将CO2液化海底封存、制干冰投放，需要大量的冷能，成本较高。
LNG燃料在供给船舶主机燃用之前要进行汽化，在LNG动力船上，主机功率较大，LNG燃料消耗量多，因此在使用LNG燃料过程中会释放出大量的冷能，有人提出把这部分冷能用于船舶的冷库和空调，但是冷库和空调仅需要少部分冷能，仍然有大部分的冷能没有得到充分的利用，因此在LNG动力船上存在冷能过剩的问题。
专利号为CN112174363A的中国专利提出了一种LNG冷能利用联产淡水和二氧化碳封存装置，沿海地区利用LNG的燃气电厂会产生大量的CO2，该发明利用了LNG的冷能使CO2降温，在一定条件下合成CO2水合物，通过处理后进行封存，实现了在陆地上对LNG冷能的利用，也减少了燃气电厂中CO2的排放，但是该系统结构复杂，在船舶上很难实现。
基于以上问题，如果可以利用LNG动力船上的大量冷能对CO2进行液化，进而可以制成干冰，经处理后可以直接投入海底进行封存，还可以将干冰送到陆地上供工业制碱或其他所需，不仅可以解决LNG作为船用燃料燃烧时CO2释放过多对环境造成温室效应的问题，也可以解决LNG动力船上冷能过剩的问题，提高了冷能的利用率，从而减少CO2液化或制成干冰过程中制冷设备的电力消耗，节约了成本，实现节能减排。
发明内容
本发明的目的就是针对上述的问题，提出一种LNG动力船利用燃料冷能的脱碳系统。该系统主要包括：LNG供给系统、CO2捕集与分离系统、CO2液化系统、干冰合成系统。
其中，所述LNG供给系统包括：驳运泵、增压泵、冷媒A换热器、冷媒B换热器、第一缸套水加热器。
CO2捕集与分离系统包括：CO2捕集与分离单元、冷却塔、吸收塔、海水换热器、吸收液循环泵、泄放阀、分离塔、第二缸套水加热器。
CO2液化系统包括：压缩机、液化罐、液化换热器、冷媒B循环泵。
干冰合成系统包括：冷媒A循环泵、干冰换热器、反应器、阀门。
在LNG供给系统中，驳运泵与增压泵通过管道相连接，所述增压泵与冷媒A换热器相连接，所述冷媒A换热器、冷媒B换热器、第一缸套水加热器通过管道依次相连接，所述第一缸套水加热器与船舶主机相连接。
在CO2捕集与分离系统中，CO2捕集与分离单元包括冷却塔、吸收塔、海水换热器、吸收液循环泵、泄放阀、分离塔、第二缸套水加热器，所述冷却塔下方与船舶主机相连接，所述冷却塔上方与吸收塔相连接，所述吸收塔下方与分离塔相连接，所述分离塔上方与压缩机相连接，分离塔下方与海水换热器相连接，其间设有泄放阀和吸收液循环泵，所述吸收液循环泵靠近海水换热器，所述海水换热器与吸收塔相连接。
在CO2液化系统中，所述压缩机与液化罐相连接，所述液化罐内设有液化换热器，所述液化换热器进口与冷媒B换热器出口相连接，所述液化换热器出口与冷媒B换热器进口相连接，其间设有冷媒B循环泵。
在干冰合成系统中，所述液化罐与反应器相连接，所述反应器内设有干冰换热器，所述干冰换热器出口与冷媒A换热器进口相连接，所述干冰换热器进口与冷媒A换热器出口相连接，其间设有冷媒A循环泵，所述反应器下方设有管道，所述管道上设有阀门。
当船舶航行时，在LNG供给系统中，LNG燃料舱里的燃料通过驳运泵到达增压泵，增压过的LNG燃料进入冷媒A换热器进行换热，然后进入冷媒B换热器再次进行换热，最后流经第一缸套水加热器利用缸套加热水对LNG燃料进行加热汽化，达到船舶主机的供气温度，送至船舶主机燃用；在CO2捕集与分离系统中，船舶主机产生的高温混合气体进入冷却塔中，利用海水对进入冷却塔中的气体进行冷却降温，降温至30℃至40℃，经过冷却降温后的气体进入吸收塔，混合气体中的CO2被收塔中的吸收液所吸收，其余的气体通过吸收塔上方直接排入大气，吸收了CO2的吸收液通过吸收塔下方管道进入分离塔中，此时，泄放阀、吸收液循环泵关闭，利用缸套加热水对分离塔进行加热，加热至70℃至90℃，使吸收液中的CO2气体释放出来，从分离塔上方进入压缩机；在CO2液化系统中，经过压缩机增压后的CO2气体进入液化罐，冷媒B进入冷媒B换热器与LNG燃料进行换热，在冷媒B循环泵的作用下，冷媒B进行循环，携带冷能的冷媒B进入液化换热器，从而把冷能传递给液化罐中的CO2气体，使其降温液化；在干冰合成系统中，液化后的CO2经过液化罐下方管道进入反应器，冷媒A进入冷媒A换热器与LNG燃料进行换热，在冷媒A循环泵的作用下，冷媒A进行循环，携带冷能的冷媒A进入干冰换热器，把冷能传递给反应器中的液态CO2，使其温度降低，降低至-78℃，从而使液态的CO2形成干冰。
在反应器里形成的干冰经过相关处理后可以直接投放到海底封存，也可以将干冰运输到陆地，供工业制碱或其他所需，此外当分离塔中吸收液中的CO2完全释放出来时，泄放阀、吸收液循环泵打开，不含有CO2的吸收液通过分离塔下方的管道经泄放阀，通过吸收液循环泵进入海水换热器，利用海水对吸收液进行降温处理，然后经过降温后的吸收液再进入吸收塔中，实现吸收液的循环利用，节约成本。
本发明的优点：
1.在本发明系统中，可以利用LNG动力船上燃料的冷能对船舶主机燃烧燃料产生的CO2气体进行液化，进而制成干冰投入海底封存，也可以将干冰运输到陆地上用于工业制碱或其他所需，实现LNG动力船的零碳排放，符合节能减排的要求。
2.本发明系统巧妙地利用了LNG的冷能，使冷能得到了充分的利用，解决了LNG动力船冷能过剩得不到充分利用的问题，也减少了CO2液化或制成干冰过程中制冷设备的电力消耗，节约了成本。
3.本发明系统结构简单，在船舶上易于实现，且LNG动力船的数量越来越多，基于人类环保意识的增强和国际海事公约对碳排放的要求越来越高，零碳排放也逐渐成为一种发展趋势，因此本发明系统具有很好的实用价值和应用前景。
附图说明
图1是本发明的系统图；
图2是CO2捕集与分离单元系统图；
附图中：1.驳运泵；2.增压泵；3.冷媒A换热器；4.冷媒A循环泵；5.干冰换热器；6.反应器；7.冷媒B换热器；8.第一缸套水加热器；9.CO2捕集与分离单元；10.压缩机；11.液化罐；12.液化换热器；13.冷媒B循环泵；14.冷却塔；15.吸收塔；16.海水换热器；17.吸收液循环泵；18.泄放阀；19.分离塔；20.第二缸套水加热器；21.阀门。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。
一种LNG动力船利用燃料冷能的脱碳系统，如图1，该系统主要包括：LNG供给系统、CO2捕集与分离系统、CO2液化系统、干冰合成系统。
其中，所述LNG供给系统包括：驳运泵1、增压泵2、冷媒A换热器3、冷媒B换热器7、第一缸套水加热器8。
CO2捕集与分离系统包括：CO2捕集与分离单元9、冷却塔14、吸收塔15、海水换热器16、吸收液循环泵17、泄放阀18、分离塔19、第二缸套水加热器20。
CO2液化系统包括：压缩机10、液化罐11、液化换热器12、冷媒B循环泵13。
干冰合成系统包括：冷媒A循环泵4、干冰换热器5、反应器6、阀门21。
在LNG供给系统中，驳运泵1与增压泵2通过管道相连接，所述增压泵2与冷媒A换热器3相连接，所述冷媒A换热器3、冷媒B换热器7、第一缸套水加热器8通过管道依次相连接，所述第一缸套水加热器8与船舶主机相连接。
在CO2捕集与分离系统中，CO2捕集与分离单元9包括冷却塔14、吸收塔15、海水换热器16、吸收液循环泵17、泄放阀18、分离塔19、第二缸套水加热器20，所述冷却塔14下方与船舶主机相连接，所述冷却塔14上方与吸收塔15相连接，所述吸收塔15下方与分离塔19相连接，所述分离塔19上方与压缩机10相连接，分离塔19下方与海水换热器16相连接，其间设有泄放阀18和吸收液循环泵17，所述吸收液循环泵17靠近海水换热器16，所述海水换热器16与吸收塔15相连接，如图2。
在CO2液化系统中，所述压缩机10与液化罐11相连接，所述液化罐11内设有液化换热器12，所述液化换热器12进口与冷媒B换热器7出口相连接，所述液化换热器12出口与冷媒B换热器7进口相连接，其间设有冷媒B循环泵13。
在干冰合成系统中，所述液化罐11与反应器6相连接，所述反应器6内设有干冰换热器5，所述干冰换热器5出口与冷媒A换热器3进口相连接，所述干冰换热器5进口与冷媒A换热器3出口相连接，其间设有冷媒A循环泵4，所述反应器6下方设有管道，所述管道上设有阀门21。
当船舶航行时，在LNG供给系统中，LNG燃料舱里的燃料通过驳运泵1到达增压泵2，增压过的LNG燃料进入冷媒A换热器3进行换热，然后进入冷媒B换热器7再次进行换热，最后流经第一缸套水加热器8利用缸套加热水对LNG燃料进行加热汽化，达到船舶主机的供气温度，送至船舶主机燃用；在CO2捕集与分离系统中，船舶主机产生的高温混合气体进入冷却塔14中，利用海水对进入冷却塔14中的气体进行冷却降温至30℃至40℃，经过冷却降温后的气体进入吸收塔15，其中吸收塔15中的吸收液为离子液体和有机胺醇溶液的混合液，对混合气体进行降温是为了使CO2更好地被吸收塔15中的吸收液吸收，其余的气体可以通过吸收塔15上方直接排入大气，吸收了CO2的吸收液通过吸收塔15下方管道进入分离塔19中，此时，泄放阀18、吸收液循环泵17关闭，利用缸套加热水对分离塔19进行加热，加热至70℃至90℃，使吸收液中的CO2气体受热释放出来，然后从分离塔19上方的管道进入压缩机10；在CO2液化系统中，CO2气体经过压缩机10增压，增压至0.5MPa，增压过后的CO2气体进入液化罐11，对CO2气体进行压缩，是为了使同样质量的气体在进入液化罐11时减小流量，提高液化罐11中液化换热器12的换热效率，冷媒B进入冷媒B换热器7与LNG燃料进行换热，在冷媒B循环泵13的作用下，冷媒B进行循环，携带冷能的冷媒B进入液化换热器12，从而把冷能传递给液化罐11中的CO2气体，使其液化；在干冰合成系统中，液化后的CO2经过液化罐11下方管道进入反应器6，冷媒A进入冷媒A换热器3与LNG燃料进行换热，在冷媒A循环泵4的作用下，冷媒A进行循环，携带冷能的冷媒A进入干冰换热器5，把冷能传递给反应器6中的液态CO2，使其温度降低，降低至-78℃左右，使液态的CO2形成干冰。
在反应器6里形成的干冰经过相关处理后可以直接投放到海底，还可以将干冰运输到陆地，供工业制碱或其他所需，从而解决了LNG动力船船舶主机燃烧LNG燃料释放的CO2直接排入大气导致温室效应的问题，此外当分离塔19中吸收液中的CO2完全释放出来时，泄放阀18、吸收液循环泵17打开，不含有CO2的吸收液通过分离塔19下方的管道经泄放阀18，通过吸收液循环泵17进入海水换热器16，利用海水对吸收液进行降温处理，经过降温处理后的吸收液进入吸收塔15，实现吸收液的循环利用，节约成本。
以上所述仅是本发明的优先实施方式，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种LNG动力船利用燃料冷能的脱碳系统，其特征在于：该系统包括LNG供给系统、CO2捕集与分离系统、CO2液化系统、干冰合成系统；
其中，所述LNG供给系统包括：驳运泵(1)、增压泵(2)、冷媒A换热器(3)、冷媒B换热器(7)、第一缸套水加热器(8)；
CO2捕集与分离系统包括：CO2捕集与分离单元(9)、冷却塔(14)、吸收塔(15)、海水换热器(16)、吸收液循环泵(17)、泄放阀(18)、分离塔(19)、第二缸套水加热器(20)；
CO2液化系统包括：压缩机(10)、液化罐(11)、液化换热器(12)、冷媒B循环泵(13)；
干冰合成系统包括：冷媒A循环泵(4)、干冰换热器(5)、反应器(6)、阀门(21)；
所述冷却塔(14)下方与船舶主机相连接，所述冷却塔(14)上方与吸收塔(15)相连接。
2.根据权利要求1中所述的一种LNG动力船利用燃料冷能的脱碳系统，其特征在于：所述吸收塔(15)下方与分离塔(19)相连接，所述分离塔(19)上方与压缩机(10)相连接，分离塔(19)下方与海水换热器(16)相连接，其间设有泄放阀(18)和吸收液循环泵(17)，所述吸收液循环泵(17)靠近海水换热器(16)，所述海水换热器(16)与吸收塔(15)相连接。
3.根据权利要求1中所述的一种LNG动力船利用燃料冷能的脱碳系统，其特征在于：所述压缩机(10)与液化罐(11)相连接，所述液化罐(11)内设有液化换热器(12)，所述液化换热器(12)进口与冷媒B换热器(7)出口相连接，所述液化换热器(12)出口与冷媒B换热器(7)进口相连接，其间设有冷媒B循环泵(13)。
4.根据权利要求1中所述的一种LNG动力船利用燃料冷能的脱碳系统，其特征在于：所述液化罐(11)与反应器(6)相连接，所述反应器(6)内设有干冰换热器(5)，所述干冰换热器(5)出口与冷媒A换热器(3)进口相连接，所述干冰换热器(5)进口与冷媒A换热器(3)出口相连接，其间设有冷媒A循环泵(4)，所述反应器(6)下方设有管道，所述管道上设有阀门(21)。
5.根据权利要求1中所述的一种LNG动力船利用燃料冷能的脱碳系统，其特征在于：所述冷媒A换热器(3)、冷媒B换热器(7)、第一缸套水加热器(8)通过管道依次相连接，所述第一缸套水加热器(8)与船舶主机相连接。
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