CN114852305B - 一种船舶碳减排系统及燃气运输船 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及船舶技术领域，具体而言，涉及一种船舶碳减排系统及燃气运输船。本申请的船舶碳排放系统利用碳制油反应装置，将发动机排出的尾气中的全部或者部分二氧化碳与氢反应制成燃油，二氧化碳和氢反应生成燃油后，减少了碳排放，生成的燃油可以再次进行燃烧利用，也减少了船上燃料需要存储的量。相比采用存储捕捉回收的二氧化碳的方式，本申请的碳减排系统无需存储捕捉回收的二氧化碳，采用燃油的方式进行存储或者对燃油进行再次利用，降低了碳回收成本，解决运输船采用存储捕捉回收的二氧化碳造成的运营成本高的技术问题。

Description

一种船舶碳减排系统及燃气运输船
技术领域
本申请涉及船舶技术领域，具体而言，涉及一种船舶碳减排系统及燃气运输船。
背景技术
船舶设计和运营过程中需要尽量减少二氧化碳的排放，其中采用碳捕捉技术将尾气排放中的二氧化碳重新捕捉回收是降低碳排放的有效手段。
目前船舶中降低碳排放常见的方式是：将尾气中的二氧化碳捕捉、收集后，通过液化封存在船舶罐体内，待后续泄放到岸站或注入海底。对于远洋航程船舶来说，需要设置更大的液化二氧化碳储罐。二氧化碳三相点压力温度控制要求高，为防止液态二氧化碳在储罐和管路中不形成干冰危害系统安全，船员需要付出更多风险管控。另外，目前船舶收集到的二氧化碳，在大部分岸站都没有接收设备，碳捕捉的液态二氧化碳需要到专门的接收站进行泄放，增加了船舶运营的复杂性和成本。
硫排放也是全球各排放控制航区严格限制的指标，“零硫”运营是船舶设计的重要方向。目前常用的船用天然气发动机需要点火油引燃天然气，而市场售卖的点火油中往往含有一定量的硫，造成尾气排放中不利于环境保护的硫氧化物含量较高。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种船舶碳减排系统，用于解决运输船采用存储捕捉回收的二氧化碳造成的运营成本高的技术问题；另外，本申请实施例的目的还在于提供一种使用上述船舶碳减排系统的燃气运输船。
第一方面，提供了一种船舶碳减排系统，包括：
发动机，用于为船舶提供动力；
尾气处理管路，用于处理发动机产生的尾气；
二氧化碳分离器，设置在尾气处理管路上；
氢存储容器，用于存储氢；
催化剂存储容器，用于存储催化二氧化碳与氢反应生成燃油的催化剂；
碳制油反应装置，具有反应腔，碳制油反应装置与二氧化碳分离器连接，供二氧化碳分离器分离出的二氧化碳进入反应腔，碳制油反应装置与氢存储容器连接供氢存储容器中的氢进入反应腔，碳制油反应装置与催化剂存储器连接供催化剂进入反应腔，以在反应腔内使氢与二氧化碳反应生成燃油；反应腔具有供生成的燃油排出的燃油排出口。
在一种可能实施的方案中，尾气处理管路上设置有用于对尾气冷却的海水冷却器，海水冷却器处于二氧化碳分离器的上游。
在一种可能实施的方案中，尾气处理管路上设置有用于冷却尾气的干燥器，干燥器处于二氧化碳分离器的上游。
在一种可能实施的方案中，氢存储容器为液氢储存舱。
在一种可能实施的方案中，氢存储容器连接有制氢装置。
在一种可能实施的方案中，所述发动机为燃气发动机，船舶碳减排系统还包括为燃气发动机提供点火油的点火油存储容器，点火油存储容器与碳制油反应装置的燃油排出口相通，以使碳制油反应装置生成的燃油能够进入点火油存储容器作为点火油使用。
在一种可能实施的方案中，船舶碳减排系统包括液化天然气储存系统，液化天然气储存系统包括液化天然气储存舱、用于对液化天然气储存舱提供冷量的燃气保冷压缩机、用于对液压天然气储存舱隔热的天然气储存舱绝缘隔热层，液化天然气储存舱通过燃气供气管路与燃气发动机连接以向燃气发动机供应天然气，燃气供气管路上设置有液化天然气加热器。
在一种可能实施的方案中，船舶碳减排系统包括液化石油气储存系统，液化石油气储存系统包括液化石油气储存舱、用于对液压石油气储存舱隔热的石油气储存舱绝缘隔热层，液化石油气舱通过液化气传输管路与燃气发动机连接以向燃气发动机传输液化石油气。
第二方面，还提供一种燃气运输船，包括船体和船舶碳减排系统，所述船舶碳减排系统为第一方面任一可能实施方案中所述的船舶碳减排系统。
在一种可能实施的方案中，所述燃气运输船为LNG运输船或者LPG运输船。
有益效果：本申请的船舶碳排放系统利用碳制油反应装置，将发动机排出的尾气中的全部或者部分二氧化碳与氢反应制成燃油，二氧化碳和氢反应生成燃油后，减少了碳排放，生成的燃油可以再次进行燃烧利用，也减少了船上燃料需要存储的量。相比采用存储捕捉回收的二氧化碳的方式，本申请的碳减排系统无需存储捕捉回收的二氧化碳，采用燃油的方式进行存储或者对燃油进行再次利用，降低了碳回收成本，解决运输船采用存储捕捉回收的二氧化碳造成的运营成本高和二氧化碳存储安全风险管控较难的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为根据本申请实施例示出的一种船舶碳减排系统的结构示意图；
图2为根据本申请实施例示出的另一种船舶碳减排系统的结构示意图。
图中：1、发动机；2、尾气处理管路；3、二氧化碳分离器；4、尾气排放管路；5、碳制油反应装置；6、氢存储容器；7、催化剂存储容器；8、海水冷却器；9、干燥器；10、点火油存储容器；11、点火供油管路；12、液化天然气储存舱；13、燃气保冷压缩机；14、天然气储存舱绝缘隔热层；15、燃气供气管路；16、液化天然气加热器；17、液化石油气储存舱；18、石油气储存舱绝缘隔热层；19、液化气传输管路。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
根据本申请的第一方面，首先提供了一种船舶碳减排系统，图1为根据本申请实施例示出的一种船舶碳减排系统的结构示意图。
船舶碳减排系统包括用于为船舶提供动力的发动机1，发动机1的排烟口连接有用于排放发动机1产生的尾气的尾气处理管路2，尾气处理管路2上设置有用于将二氧化碳分离的二氧化碳分离器3。二氧化碳分离器3有尾气进口、分离后的二氧化碳出口、经过处理后的尾气排出的分离后尾气出口，分离后的尾气经过尾气排放管路4排至大气中。
船舶碳减排系统还包括碳制油反应装置5，碳制油反应装置5具有反应腔，碳制油反应装置5与二氧化碳分离器3通过管路连接供二氧化碳分离器3分离出的二氧化碳进入反应腔，以对二氧化碳分离器3分离出的二氧化碳处理。碳制油反应装置5连接有用于存储氢的氢存储容器6，供氢存储容器6中的氢进入反应腔，氢存储容器6内的氢进入碳制油反应装置5的反应腔后，在催化剂的作用下与进入反应腔内的二氧化碳反应生成燃油，反应腔具有供生成的燃油排出的燃油排出口。
本申请的船舶碳排放系统利用碳制油反应装置，将发动机排出的尾气中的全部或者部分二氧化碳与氢反应制成燃油，二氧化碳和氢反应生成燃油后，减少了碳排放，生成的燃油可以再次进行燃烧利用，也减少了船上燃料需要存储的量。相比采用存储捕捉回收的二氧化碳的方式，本申请的碳减排系统无需存储捕捉回收的二氧化碳，采用燃油的方式进行存储或者对燃油进行再次利用，降低了碳回收成本，解决运输船采用存储捕捉回收的二氧化碳造成的运营成本高的技术问题。
为了能够保证催化剂的供应，船舶碳减排系统还包括催化剂存储容器7，催化剂存储容器7用于存储催化二氧化碳与氢反应生成燃油的催化剂。碳制油反应装置5与催化剂存储器连接供催化剂进入反应腔。二氧化碳与氢反应生成燃油的原理为现有技术，本申请中不在详细赘述。本实施例中的船舶碳减排系统中,管路中涉及的泵、阀门等本领域内常用现有技术未详细赘述。
一种实施例中，催化剂为Na-Fe3O4/HZSM-5多功能复合催化剂。催化剂存储容器7为催化剂存储舱。
一种实施例中，尾气处理管路2上设置有用于对尾气冷却的海水冷却器8，海水冷却器8处于二氧化碳分离器3的上游。海水冷却器8能够将尾气降温，减小对后续二氧化碳分离器3的损伤。
一种实施例中，尾气处理管路2上设置有用于冷却尾气的干燥器9，干燥器9处于二氧化碳分离器3的上游。干燥器9对尾气干燥后方便后续二氧化碳的分离。
一种实施例中，氢存储容器6为液氢储存舱。液氢储存舱的大小根据减碳需求设置。
本申请中碳减排系统可以减小二氧化碳的排放量，并不完全消除二氧化碳的排放，只需要将二氧化碳的排放量降低至符合碳排放要求即可。
一种实施例中，氢存储容器连接有制氢装置。此时根据氢气的需求量控制制氢装置的工作。
一种实施例中，发动机1为燃气发动机，船舶碳减排系统还包括为燃气发动机提供点火油的点火油存储容器10，点火油存储容器10与燃气排出口相通，以使碳制油反应装置5生成的燃油能够进入点火油存储容器10作为点火油使用。点火油存储容器10通过点火供油管路11与燃气发动机连接，使点火油能够进入燃气发动机点火使用。
一种实施例中，船舶碳减排系统包括液化天然气储存系统，如图1所示，液化天然气储存系统包括液化天然气储存舱12、用于对液化天然气储存舱12提供冷量的燃气保冷压缩机13、用于对液压天然气储存舱隔热的天然气储存舱绝缘隔热层14，液化天然气储存舱12通过燃气供气管路15与燃气发动机连接以向燃气发动机供应天然气，燃气供气管路15上设置有液化天然气加热器16。本实施例中，船舶碳减排系统适合应用于LNG运输船上。
一种实施例中，船舶碳减排系统包括液化石油气储存系统，如图2所示，液化石油气储存系统包括液化石油气储存舱17、用于对液压石油气储存舱隔热的石油气储存舱绝缘隔热层18，液化石油气储存舱17通过液化气传输管路19与燃气发动机连接以向燃气发动机传输液化石油气。本实施例中，船舶碳减排系统适合应用于LBG运输船上。
相比现有技术中存储二氧化碳的方式进行碳减排，本申请的船舶碳减排系统通过碳制油装置将尾气中的全部或者部分二氧化碳与氢反应生成燃油，燃油可以进行再利用，当然也可以进行存储，无需再存放液态二氧化碳，省去了液态二氧化碳存放和保冷的能量消耗，减少了液态二氧化碳存储系统的安全控制系统，不会出现液态二氧化碳形成干冰，造成安全事故。不需要再讲液态二氧化碳泄放到其他终端，降低了船舶运营调度的复杂性，节省船舶运营空置时间，增加有效航程时间，提高船舶运营方的平均收益。
另外，通过二氧化碳和氢气制成的燃油中不含有硫，作为点火油使用，减少硫排放，更加环保。
一种实施例中，船舶碳减排系统也可以引用在除了燃气运输船之外的其他船上，发动机除了采用燃气发动机之外，也可以是燃油发动机。
根据本申请的第二方面，还提供一种燃气运输船，包括船体和船舶碳减排系统，船舶碳减排系统为第一方面任一实施例中所述的船舶碳减排系统。
一种实施例中，燃气运输船为LNG运输船。
一种实施例中，燃气运输船为LPG运输船。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种船舶碳减排系统，其特征在于，包括：
发动机，用于为船舶提供动力；
尾气处理管路，用于处理发动机产生的尾气；
二氧化碳分离器，设置在尾气处理管路上,尾气处理管路上设置有用于对尾气冷却的海水冷却器，海水冷却器处于二氧化碳分离器的上游；
氢存储容器，用于存储氢；
催化剂存储容器，用于存储催化二氧化碳与氢反应生成燃油的催化剂；
碳制油反应装置，具有反应腔，碳制油反应装置与二氧化碳分离器连接，供二氧化碳分离器分离出的二氧化碳进入反应腔，碳制油反应装置与氢存储容器连接供氢存储容器中的氢进入反应腔，碳制油反应装置与催化剂存储器连接供催化剂进入反应腔，以在反应腔内使氢与二氧化碳反应生成燃油；反应腔具有供生成的燃油排出的燃油排出口；
所述发动机为燃气发动机，船舶碳减排系统还包括为燃气发动机提供点火油的点火油存储容器，点火油存储容器与碳制油反应装置的燃油排出口相通，以使碳制油反应装置生成的燃油能够进入点火油存储容器作为点火油使用。
2.根据权利要求1所述的船舶碳减排系统，其特征在于，尾气处理管路上设置有用于冷却尾气的干燥器，干燥器处于二氧化碳分离器的上游。
3.根据权利要求1所述的船舶碳减排系统，其特征在于，氢存储容器为液氢储存舱。
4.根据权利要求1所述的船舶碳减排系统，其特征在于，氢存储容器连接有制氢装置。
5.根据权利要求1所述的船舶碳减排系统，其特征在于，船舶碳减排系统包括液化天然气储存系统，液化天然气储存系统包括液化天然气储存舱、用于对液化天然气储存舱提供冷量的燃气保冷压缩机、用于对液压天然气储存舱隔热的天然气储存舱绝缘隔热层，液化天然气储存舱通过燃气供气管路与燃气发动机连接以向燃气发动机供应天然气，燃气供气管路上设置有液化天然气加热器。
6.根据权利要求1所述的船舶碳减排系统，其特征在于，船舶碳减排系统包括液化石油气储存系统，液化石油气储存系统包括液化石油气储存舱、用于对液压石油气储存舱隔热的石油气储存舱绝缘隔热层，液化石油气舱通过液化气传输管路与燃气发动机连接以向燃气发动机传输液化石油气。
7.燃气运输船，包括船体，其特征在于，还包括船舶碳减排系统，所述船舶碳减排系统为权利要求1-6任意一项所述的船舶碳减排系统。
8.根据权利要求7所述的燃气运输船，其特征在于，所述燃气运输船为LNG运输船或者LPG运输船。
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