CN114396563B - 一种液化天然气和液氢的船舶组合运输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液化天然气和液氢的船舶组合运输系统，将液氢和LNG进行组合运输，可以把LNG和LNG蒸发气的冷能用于液氢蒸发气的再液化过程，大大降低了液氢蒸发气再液化过程的功耗，在功耗较小的情况下实现了液氢海上运输过程中的货物量零损失，还使得LNG和LNG蒸发气的冷能得到充分的利用，避免了冷能的浪费，并利用LNG蒸发气的冷能降低了液氢与周围环境的温差，从而减少了液氢蒸发气的产生。加之当前全球范围内对于氢气和天然气此类清洁环保能源的需求量不断增加，液货运输船的数量也在不断增多，因此本发明具有广阔的应用前景和实际应用价值。

Description

一种液化天然气和液氢的船舶组合运输系统
技术领域
本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种液化天然气和液氢的船舶组合运输系统。
背景技术
随着环境问题的愈发突出，世界范围内兴起了绿色低碳发展的热潮，作为一种清洁能源，全球范围内对于天然气的需求量不断增加。为了使天然气可以往全球各地供应，一般采用船舶运输，输送至港口码头和接收站，但是在常温常压条件下天然气体积较大，为了增大天然气的运输量，天然气通常以液态的形式进行运输，也即是液化天然气(LNG)。运输LNG的船舶称为“LNG船”，目前此类船舶通常采用双燃料柴油机作为主推进装置，以货舱内LNG产生的蒸发气或货舱内的LNG作为燃料。
LNG船液货舱内的LNG是一种温度为-163℃的液体，与外界存在很大的温差，因此LNG船液货舱内的LNG会产生蒸发气，当前新造的船舶通常将这部分蒸发气加热后直接送至船舶主机燃用，但产生的蒸发气的量不足以提供船舶航行时所需要的燃料量，因此还要强制汽化船舶液货舱内的部分LNG作为燃料，加热后一同送至船舶主机燃用，LNG船每天需要消耗LNG蒸发气和LNG作为船用燃料共100多吨，在这一过程中LNG蒸发气和LNG会释放出大量的冷能，这些冷能不仅得不到利用，还需要消耗大量加热热源。因而LNG船在运输LNG的过程中存在冷能严重浪费的问题。
另一方面，作为零碳燃料的氢在双碳目标的推动下也逐渐受到全球的重视，氢气同天然气的海上运输类似，也是以液态的形式采用船舶进行跨国运输，液氢温度为-253℃，其在运输过程中，与环境存在近300℃的温差，因此液氢在运输过程中不可避免的会产生较多的液氢蒸发气，对于液氢蒸发气的处理，一种方法是将液氢蒸发气直接作为燃料供船舶主机燃用，但氢气排放性能更好，且价格昂贵，属于比天然气更加珍贵和环保的能源，而船舶在海上航行时对尾气的排放要求没有那么严格，不如采用价格低廉的燃料油或天然气作为燃料，如果直接将运输的液氢产生的蒸发气作为船用燃料，经济性较差，这种方法有突出的弊端。因此船舶在运输液氢的过程中产生的液氢蒸发气一般不在船舶上直接作为燃料燃用。另一种方法是采用再液化装置将液氢的蒸发气再液化后返回液货舱，可以保证液氢100％从装货港运输到卸货港，然后运输到陆地上对环境要求比较高或者需要用氢的地区使用。但由于液氢温度较低，外界的冷源与液氢的温差很大，因此这种方法存在一个明显的缺点是会造成液氢蒸发气再液化制冷过程功耗过大，成本较高。
综上所述，如果可以提出一种液化天然气和液氢的船舶组合运输系统，将LNG和LNG蒸发气的冷能作为液氢蒸发气再液化过程中的冷源，可以大大降低液氢蒸发气再液化过程的功耗，还可以使LNG和LNG蒸发气的冷能得到充分利用，具有较好的经济性。
发明内容
本发明的目的就是针对上述的问题，提出一种液化天然气和液氢的船舶组合运输系统，该系统主要包括：驳运泵、增压泵、混合阀、再液化制冷单元、缸套水加热器、氢气压缩机、隔热层进口压缩机、LNG舱、液氢舱、外层隔热舱、气体隔热层、隔热层出口、隔热层进口、内层隔热舱、隔热层出口压缩机。
其中LNG舱包括第一LNG舱、第二LNG舱、第三LNG舱，液氢舱包括第一液氢舱、第二液氢舱。
其中，所述驳运泵、增压泵、混合阀依次通过管道相连接。
所述隔热层出口、隔热层出口压缩机、混合阀、再液化制冷单元、缸套水加热器依次通过管道相连接。
所述隔热层进口压缩机与隔热层进口通过管道相连接。
所述再液化制冷单元与氢气压缩机通过管道相连接。
所述液氢舱由外层隔热舱、内层隔热舱、气体隔热层组成，内层隔热舱与外层隔热舱之间形成气体隔热层。
当船舶航行时，运输液氢和LNG需要消耗LNG舱内的LNG和LNG舱内的LNG蒸发气作为燃料供船舶主机燃用，以此来提供动力，LNG舱中用作船舶燃料的LNG通过驳运泵从LNG舱里被驳运出来，然后利用增压泵进行增压，LNG产生的蒸发气先利用隔热层进口压缩机进行增压，然后通过隔热层进口进入液氢舱中的内层隔热舱与外层隔热舱之间的气体隔热层，接着在隔热层出口压缩机的作用下通过隔热层出口进入管道中，与LNG舱内用作船舶燃料的LNG一同流经混合阀，然后进入再液化制冷单元，释放出冷能，最后利用缸套水加热器加热后送至船舶主机燃用。
在液氢舱中产生的液氢蒸发气首先经过氢气压缩机的压缩，然后进入再液化制冷单元，在再液化制冷单元中将液氢蒸发气进行液化形成液氢，生成的液氢经过管道返回液氢舱，实现了液氢海上运输过程中的货物量零损失。
进一步的，由于液氢温度较低，如果采用与液氢温差较大的外界环境中的空气或者海水作为冷源，再液化制冷过程功耗会很大，而船舶LNG舱内用作船舶燃料的LNG和LNG舱内产生的蒸发气温度很低(-140℃～-160℃)，与液氢的温差相对较小，以船舶LNG舱内用作船舶燃料的LNG和LNG舱内产生的蒸发气充当冷却介质，可以大大减少液氢蒸发气再液化过程的功耗。
进一步的，设置外层隔热舱是为了使得气体隔热层减少与外界环境的渗透热，液氢舱中设置气体隔热层的目的是降低液氢与周围环境的温差，减少液氢与周围环境的渗透热，从而减少液氢蒸发气的产生。
本发明的优点：
1.本发明可以将液氢和LNG进行组合运输，将LNG和LNG蒸发气的冷能用于液氢蒸发气的再液化过程，大大降低了液氢蒸发气再液化过程的功耗，提高了船舶的经济性，实现了液氢海上运输过程中的货物量零损失，同时使LNG和LNG蒸发气的冷能得到充分的利用，避免了冷能的浪费。
2.本发明还利用了LNG蒸发气的冷能降低了液氢与周围环境的温差，减少了液氢与周围环境的渗透热，从而减少了液氢蒸发气的产生。
3.本发明基于船舶液货舱的特点，实现了液氢和LNG的组合运输，不需要对船舶原有的结构做过多的改造，比较容易实现，因此具有较高的实用价值。
附图说明
图1为本发明的系统图；
图2为液货舱在船舶上的分布示意图；
附图中：1.驳运泵；2.增压泵；3.混合阀；4.再液化制冷单元；5.缸套水加热器；6.氢气压缩机；7.隔热层进口压缩机；8.LNG舱；801.第一LNG舱；802.第二LNG舱；803.第三LNG舱；9.液氢舱；901.第一液氢舱；902.第二液氢舱；10.外层隔热舱；11.气体隔热层；12.隔热层出口；13.隔热层进口；14.内层隔热舱；15.隔热层出口压缩机。
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。
一种液化天然气和液氢的船舶组合运输系统，如图1，该系统包括：驳运泵1、增压泵2、混合阀3、再液化制冷单元4、缸套水加热器5、氢气压缩机6、隔热层进口压缩机7、LNG舱8、液氢舱9、外层隔热舱10、内层隔热舱14、气体隔热层11、隔热层出口12、隔热层进口13；隔热层出口压缩机15。
如图2，其中LNG舱8包括第一LNG舱801、第二LNG舱802、第三LNG舱803，液氢舱9包括第一液氢舱901、第二液氢舱902。
其中，所述驳运泵1、增压泵2、混合阀3依次通过管道相连接。
所述隔热层出口12、隔热层出口压缩机15、混合阀3、再液化制冷单元4、缸套水加热器5依次通过管道相连接。
所述隔热层进口压缩机7与隔热层进口13通过管道相连接。
所述再液化制冷单元4与氢气压缩机6通过管道相连接。
所述液氢舱9由外层隔热舱10、内层隔热舱14、气体隔热层11组成，内层隔热舱14与外层隔热舱10之间形成气体隔热层11。
图2为所有液货舱在船舶上的排列方式，从船尾到船首分别为第一LNG舱801、第一液氢舱901、第二LNG舱802、第二液氢舱902、第三LNG舱803，液货船一般有5个液货舱，LNG舱8与液氢舱9交替布置，且LNG舱8设置在外围，这种排列方式对于液氢舱9有较好的保温效果，可以减少液氢蒸发气的产生。
当船舶航行时，需要消耗LNG舱8内的LNG和LNG舱内的LNG蒸发气作为燃料供船舶主机燃用，以此为船舶提供动力，首先利用驳运泵1把LNG从LNG舱8里驳运出来，然后利用增压泵2进行增压，由于LNG舱8与外界环境存在温差，因此会产生LNG蒸发气，产生的LNG蒸发气温度依然较低，还有冷能可以利用，利用隔热层进口压缩机7对LNG蒸发气进行压缩，然后通过隔热层进口13进入液氢舱9内的外层隔热舱10与内层隔热舱14之间的气体隔热层11，利用LNG蒸发气的冷能降低液氢与周围环境的温差，减少液氢与周围环境的渗透热，从而减少液氢蒸发气的产生，气体隔热层11中的LNG蒸发气在隔热层出口压缩机15的作用下经过隔热层出口12进入管道，与LNG舱8内用作船舶燃料的LNG一同流经混合阀3，二者一同进入再液化制冷单元4，释放冷能，带走再液化制冷单元4中的热量，最后利用缸套水加热器5加热后送至船舶主机燃用。
在液氢舱9中产生的液氢蒸发气首先经过氢气压缩机6的压缩，然后进入再液化制冷单元4，在再液化制冷单元4中将液氢蒸发气进行再液化形成液氢，生成的液氢经过管道流进液氢舱9，从而实现了液氢海上运输过程中的货物量零损失。
进一步的，由于液氢温度较低，如果采用与液氢温差较大的外界环境中的空气或者海水作为冷源，再液化制冷过程功耗会很大，而船舶液货舱内的LNG和LNG产生的蒸发气温度很低(-140℃～-160℃)，与液氢的温差相对较小，以船舶LNG舱8内用作船舶燃料的LNG和LNG舱8内产生的LNG蒸发气充当冷却介质，可以大大减少再液化制冷过程的功耗。
进一步的，设置外层隔热舱10是为了使得气体隔热层11减少与外界环境的渗透热，液氢舱9中设置气体隔热层11的目的是利用LNG蒸发气的冷能降低液氢与周围环境的温差，减少液氢与周围环境的渗透热，从而减少液氢蒸发气的产生。
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 (1)

1.一种液化天然气和液氢的船舶组合运输系统，其特征在于：该系统包括驳运泵(1)、增压泵(2)、混合阀(3)、再液化制冷单元(4)、缸套水加热器(5)、氢气压缩机(6)、隔热层进口压缩机(7)、LNG舱(8)、液氢舱(9)、外层隔热舱(10)、气体隔热层(11)、隔热层出口(12)、隔热层进口(13)、内层隔热舱(14)、隔热层出口压缩机(15)；
所述LNG舱(8)包括第一LNG舱(801)、第二LNG舱(802)、第三LNG舱(803)，所述液氢舱(9)包括第一液氢舱(901)、第二液氢舱(902)，液货舱从船尾到船首排列分别为第一LNG舱(801)、第一液氢舱(901)、第二LNG舱(802)、第二液氢舱(902)、第三LNG舱(803)；
所述驳运泵(1)、增压泵(2)、混合阀(3)依次通过管道相连接；
所述隔热层进口压缩机(7)与隔热层进口(13)通过管道相连接；
所述再液化制冷单元(4)与氢气压缩机(6)通过管道相连接；
所述隔热层出口(12)、隔热层出口压缩机(15)、混合阀(3)、再液化制冷单元(4)、缸套水加热器(5)依次通过管道相连接；
所述液氢舱(9)由外层隔热舱(10)、内层隔热舱(14)、气体隔热层(11)组成，所述内层隔热舱(14)与外层隔热舱(10)之间形成气体隔热层(11)；
当船舶航行时，隔热层进口压缩机(7)对LNG蒸发气进行压缩，通过隔热层进口(13)进入液氢舱(9)的外层隔热舱(10)与内层隔热舱(14)之间的气体隔热层(11)，气体隔热层(11)中的LNG蒸发气在隔热层出口压缩机(15)的作用下经过隔热层出口(12)进入管道，与LNG舱(8)内利用驳运泵(1)驳运出来的LNG一同流经混合阀(3)进入再液化制冷单元(4)，最后利用缸套水加热器(5)加热后送至船舶主机燃用；
所述液氢舱(9)中产生的液氢蒸发气经过氢气压缩机(6)压缩进入再液化制冷单元(4)中，再液化制冷单元(4)将液氢蒸发气进行再液化形成液氢，生成的液氢经过管道流进液氢舱(9)。
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