CN115075988B - 大规模低功耗lng动力船舶尾气碳捕集系统及运作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大规模低功耗LNG动力船舶尾气碳捕集系统，包括LNG汽化模块、燃烧与尾气预处理模块、低温凝华碳捕集模块、脱碳气体余冷回收模块和辅冷却模块，燃烧与尾气预处理模块出口的烟气吸收脱碳气体余冷回收模块的LNG汽化冷能以及辅冷却模块的补偿冷量，经低温凝华碳捕集模块中完成干冰脱除及脱碳烟气复温排出。并公开了其运作方法。本发明不仅全流程避免了烟气高压比增压耗功，梯级利用了LNG气化冷能实现CO2凝华分离，系统能耗低，而且通过冷能利用及冷量补偿，保障了80％以上的碳综合捕集率，降低了系统开机运行时间，能实现百吨级二氧化碳捕获能力。

Description

大规模低功耗LNG动力船舶尾气碳捕集系统及运作方法
技术领域
本发明涉及船舶尾气废气处理技术领域，尤其是涉及一种大规模低功耗LNG动力船舶尾气碳捕集系统及运作方法。
背景技术
目前船舶动力燃料仍严重依赖于石油、天然气等化石燃料，船舶尾气由于碳排放规模大且集中，为实现航运业低碳减排的目的，碳捕集与封存(CCUS)已经发展成为一种关键的技术挑战。
LNG动力船相比传统油料动力船迎来高速发展期。虽然LNG为一种清洁燃料，但其燃烧尾气中仍含有大量氮气、二氧化碳、多种烃类、氧气、烟气颗粒物等，尾气中CO2排放集中且排放量巨大。在以CO2规模化利用技术为核心的碳减排机制中，碳捕集与封存技术(CCUS)是一套行之有效的基于现有船舶动力系统改造的碳减排方案，可带来巨大的碳减排潜力和经济效益。
专利2021109952749、船用天然气发动机尾气的低温凝华碳捕集系统及方法，通过醇胺法富集了90％以上的高浓度含碳尾气，并结合LNG气化过程中的冷能实现了常压尾气中CO2捕集封存，但该发明设备复杂，且未解决凝华换热器干冰连续脱除、换热面积体积巨大等行业痛点。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种大规模低功耗LNG动力船舶尾气碳捕集系统，着眼较低的电力成本和能量消耗、零制冷剂损耗和泄露风险、紧凑式干冰易脱除凝华换热模块、大规模干冰高捕集率和系统鲁棒性强可连续运行等航运业碳捕集需求，实现船舶尾气中CO2规模化减排，提高经济效益，实现环境友好。并提供了其运作方法。
技术方案：一种大规模低功耗LNG动力船舶尾气碳捕集系统，包括LNG汽化模块、燃烧与尾气预处理模块、低温凝华碳捕集模块、脱碳气体余冷回收模块、辅冷却模块， LNG汽化模块分别连通燃烧与尾气预处理模块、低温凝华碳捕集模块，燃烧与尾气预处理模块与脱碳气体余冷回收模块连接，脱碳气体余冷回收模块与低温凝华碳捕集模块连接，低温凝华碳捕集模块与辅冷却模块相互连通，燃烧与尾气预处理模块出口的烟气吸收脱碳气体余冷回收模块的LNG汽化冷能和辅冷却模块的补偿冷量，经低温凝华碳捕集模块中完成干冰脱除及脱碳烟气复温后排出。
进一步的，LNG汽化模块包括LNG储罐、第一LNG流量调节阀、LNG泵、止回阀、第二LNG流量调节阀、第三LNG流量调节阀、第一主冷却器、第二主冷却器、第四LNG 流量调节阀、第五LNG流量调节阀、复温器，LNG储罐通过第一LNG流量调节阀与LNG 泵入口连接，LNG泵的出口与止回阀的入口连接，止回阀的出口分别与第二LNG流量调节阀和第三LNG流量调节阀的入口连接，第二LNG流量调节阀的出口与第一主冷却器的冷端入口A-1连接，第一主冷却器的热端出口A-2与第四LNG流量调节阀的入口连接，第三LNG流量调节阀的出口与第二主冷却器的冷端入口B-1连接，第二主冷却器的热端出口B-2与第五LNG流量调节阀的入口相连，第四LNG流量调节阀和第五LNG流量调节阀的出口分别与复温器的入口连接，复温器的出口与燃烧与尾气预处理模块相连。
最佳的，在第一主冷却器冷端出口A-4和第二主冷却器冷端出口B-4处分别安装有一个温度传感器。
进一步的，燃烧与尾气预处理模块包括第六LNG流量调节阀、空气泵、空气流量调节阀、船舶主机、烟气鼓风机、水冷却塔、干燥器，第六LNG流量调节阀的入口与LNG 汽化模块相连，出口与船舶主机的入口C-1相连，船舶主机的入口C-2通过空气流量调节阀与空气泵的出口连接，空气泵的入口与外界洁净空气输送管道入口连通，船舶主机的出口C-3与烟气鼓风机的入口连接，烟气鼓风机的出口与水冷却塔的入口相连，水冷却塔的出口与干燥器的入口相连，干燥器的出口与脱碳气体余冷回收模块相连。
进一步的，脱碳气体余冷回收模块包括回热器、第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀，回热器的入口D-1与燃烧与尾气预处理模块相连，回热器的出口D-2与低温凝华碳捕集模块连接后再经低温凝华碳捕集模块接入其入口D-3，回热器的出口D-4延展出三个接口，其中两个接口分别通过第二调节阀和第三调节阀与LNG汽化模块相连，另一接口通过第一调节阀连通系统外界。
第一主冷却器和第二主冷却器上的温度传感器，对该处实时温度实现反馈，当出口温度过高时则调大第一调节阀，调小第二调节阀和第三调节阀，反之当出口温度过低时则调小第一调节阀，同时调大第二调节阀和第三调节阀。
进一步的，低温凝华碳捕集模块包括第四调节阀、第五调节阀、第六调节阀、第七调节阀、第八调节阀、凝华换热器、启闭阀、干冰收集系统，第四调节阀、第五调节阀、第七调节阀、第八调节阀的入口分别与LNG汽化模块连接，第四调节阀和第七调节阀的出口汇流后分为两路，一路与第六调节阀的入口连接，另一路通入辅冷却模块，辅冷却模块出口与第六调节阀的出口汇流后接入凝华换热器的入口E-3，第五调节阀和第八调节阀的出口分别与凝华换热器的入口E-2连接，凝华换热器的下端出口E-5与启闭阀的入口连接，启闭阀的出口与干冰收集系统相连。
最佳的，凝华换热器内设置有盘管式汇流排，盘管式汇流排入口与凝华换热器的入口E-3相连，并均间隔螺旋环绕在凝华换热器内壁上，低温脱碳烟气进入盘管式汇流排后从数量众多的泄流孔流出，流出的低温脱碳烟气充满凝华换热器内部，凝华换热器上方还设置有过滤网。
进一步的，辅冷却模块包括第九调节阀、辅冷却器、第十调节阀、外界冷源系统，第九调节阀的入口与低温凝华碳捕集模块连接，出口与辅冷却器的热端入口F-1连接，辅冷却器的冷端出口F-2与第十调节阀的入口连接，第十调节阀的出口与低温凝华碳捕集模块连接，辅冷却器与外界冷源系统连通。
最佳的，外界冷源系统为一种氮膨胀制冷系统，包括氮膨胀机、增压机、冷却器、节流阀、氮循环换热器、氮压缩机、海水冷却器，氮膨胀机的入口与辅冷却器的冷端出口F-4连接，出口与辅冷却器的冷端入口F-5连接，氮膨胀机通过连杆与增压机连接，增压机的出口与冷却器的入口连接，冷却器的出口与节流阀的入口连接，节流阀的出口与增压机的入口连接，辅冷却器的热端出口F-6与氮循环换热器的冷端入口G-1连接，氮循环换热器的热端出口G-2与氮压缩机的入口连接，氮压缩机的出口与海水冷却器的入口连接，海水冷却器的出口与氮循环换热器的热端入口G-3连接，氮循环换热器的冷端出口G-4与辅冷却器的热端入口F-3连接。
一种上述的大规模低功耗LNG动力船舶尾气碳捕集系统的运作方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤(a)：在开机预冷阶段，打开LNG汽化模块的相应阀门，LNG释放并在LNG汽化模块中增压冷却，然后复温使天然气达到船舶主机进气温度条件；
步骤(b)：打开燃烧与尾气预处理模块的相应阀门，使LNG汽化模块中气化后的LNG进入燃烧与尾气预处理模块中，同时，外界空气Q进入燃烧与尾气预处理模块，天然气与空气在燃烧与尾气预处理模块中混合燃烧，燃烧形成富碳烟气，富碳烟气在燃烧与尾气预处理模块中经过增压、冷却、干燥后进入脱碳气体余冷回收模块后，再进入低温凝华碳捕集模块，通过低温脱碳后再次进入脱碳气体余冷回收模块，并在脱碳气体余冷回收模块分为三路，第一路排出本系统，另外两路分开进入LNG汽化模块；
步骤(c)：打开低温凝华碳捕集模块和辅冷却模块的相应阀门，部分复温后的烟气从LNG汽化模块流出，通过低温凝华碳捕集模块进入辅冷却模块，辅冷却模块开启冷量补偿，脱碳烟气从辅冷却模块中吸收冷量后流出，低温脱碳烟气进入低温凝华碳捕集模块，并与低温凝华碳捕集模块中的富碳烟气换热，烟气中的CO2凝华为雪花状干冰后下沉，在低温凝华碳捕集模块积聚并进行收集；
步骤(d)：考虑到从脱碳气体余冷回收模块流出的脱碳烟气中会含有极少量CO2的可能，当本系统运行一段时间后，LNG汽化模块内可能会有少量CO2凝华冻堵管道，因此，LNG汽化模块内设有双冷却通道，将两个通道错峰使用，经过一段时间后切换两个通道的打开程度，反复切换多次，从脱碳气体余冷回收模块流出的脱碳烟气分为三个部分，第一部分排出本系统；第二部分脱碳烟气经过调小的通道，使少量脱碳烟气持续吹扫第该通道内凝结的少量干冰，脱碳烟气吸收凝华的少量干冰冷量，干冰释放冷量后升华跟随脱碳烟气一同从该通道流出，升华的干冰和脱碳烟气流入低温凝华碳捕集模块；第三部分脱碳烟气经过调大的通道，在LNG汽化模块内与LNG换热吸收冷量，吸收冷量后的低温脱碳烟气从该通道流入低温凝华碳捕集模块，再从低温凝华碳捕集模块进入辅冷却模块，脱碳烟气从辅冷却模块中吸收冷量后流出，低温脱碳烟气进入低温凝华碳捕集模块，烟气中的CO2在低温凝华碳捕集模块内凝华并收集；
步骤(e)：在正常运行阶段，系统启动一段时间后正常运行，LNG汽化模块能够提供足够冷量，不需要辅冷却模块额外提供冷量，因此关闭辅冷却模块的相应阀门，脱碳后烟气主要成份为N2，并含有极少量CO2，脱碳烟气从低温凝华碳捕集模块流入脱碳气体余冷回收模块，与预处理后的富碳烟气换热释放冷量，预冷后的富碳烟气进入低温凝华碳捕集模块，脱碳烟气从脱碳气体余冷回收模块流出，从脱碳气体余冷回收模块流出的脱碳烟气分为三个部分，第一部分通过二氧化碳气体检测器检测合格后排出本系统；第二部分脱碳烟气经过LNG汽化模块调小的通道，使少量脱碳烟气持续吹扫第该通道内凝结的少量干冰，脱碳烟气吸收凝华的少量干冰冷量，干冰释放冷量后升华跟随脱碳烟气一同从该通道流出，升华的干冰和脱碳烟气流入低温凝华碳捕集模块；第三部分脱碳烟气经过LNG汽化调大的通道，在LNG汽化模块内与LNG换热吸收冷量，吸收冷量后的低温脱碳烟气从该通道流入低温凝华碳捕集模块，将LNG汽化模块内设的两个冷却通道经过一段时间后切换两个通道的打开程度，反复切换多次并重复本步骤；
步骤(f)：在系统关机阶段，首先关闭LNG汽化模块的相应阀门，停止系统内LNG 的供应，再打开燃烧与尾气预处理模块和低温凝华碳捕集模块的相应管道，使脱碳烟气持续吹扫LNG汽化模块两个冷却通道内凝结的少量干冰，部分干冰释放冷量后升华为 CO2气体，未升华的干冰跟随脱碳烟气一同从两个冷却通道流出，再依进低温凝华碳捕集模块，干冰落在低温凝华碳捕集模块内积聚并进行收集，待所有干冰收集完毕后关闭低温凝华碳捕集模块和燃烧与尾气预处理模块的相应阀门，脱碳烟气经低温凝华碳捕集模块流出并进入脱碳气体余冷回收模块后由脱碳气体余冷回收模块出口排出本系统。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：
(1)较低的电力成本和能量消耗，全流程避免尾气高压比增压耗功，一站式实现CO2晶体凝华分离、干冰卸料制块封存，并且梯级利用了LNG原料气气化冷能实现CO2凝华分离，深冷处理单元与外界绝热，无显著冷量浪费，经测算比传统化学吸收工艺约低50％；
(2)无中间制冷剂，零制冷剂损耗和泄露风险。本发明利用脱碳后的烟气多级深冷处理后，与富碳烟气直接换热，避免了传统工艺复杂的提纯工序和高额的能耗；
(3)系统中创新采用热/冷富碳/脱碳烟气直接凝华的方式，凝华换热器体积小且干冰脱除方便，热/冷富碳/脱碳烟气直接接触式换热，降低了传热面积，缩减了换热所需体积，且换热器内部不存在明显结构件，解决了传统换热器干冰脱除难的痛点；
(4)系统鲁棒性强，通过大冷量高效氮膨胀制冷系统实现冷量补偿，降低系统开机时间，并保障80％碳综合捕集率，通过组合阀门控制的连续运行控制策略，实现系统无冻堵故障的连续运行；
(5)系统二氧化碳捕集规模大，适应于百吨级二氧化碳捕获能力的烟气利用；
(6)建造成本低，能根据具体船型、发动机、尾气处理工艺等不同场合，改造利用现有的尾气处理设备。
附图说明
图1为本发明的系统连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
一种大规模低功耗LNG动力船舶尾气碳捕集系统，如图1所示，包括LNG汽化模块、燃烧与尾气预处理模块、低温凝华碳捕集模块、脱碳气体余冷回收模块、辅冷却模块。
LNG汽化模块包括LNG储罐1、第一LNG流量调节阀23、LNG泵2、止回阀42、第二LNG流量调节阀24、第三LNG流量调节阀25、第一主冷却器3、第二主冷却器4、第四LNG流量调节阀26、第五LNG流量调节阀27、复温器5，燃烧与尾气预处理模块包括第六LNG流量调节阀28、空气泵30、空气流量调节阀29、船舶主机6、烟气鼓风机 7、水冷却塔8、干燥器9，脱碳气体余冷回收模块包括回热器10、第一调节阀31、第二调节阀32、第三调节阀33，低温凝华碳捕集模块包括第四调节阀34、第五气动阀调节阀35、第六调节阀36、第七调节阀37、第八调节阀38、凝华换热器11、11-1盘管式汇流排、11-2过滤网、启闭阀41、干冰收集系统12，辅冷却模块包括第九调节阀39、辅冷却器15、第十调节阀40、外界冷源系统，外界冷源系统优选为一种氮膨胀制冷系统，外界冷源系统包括氮膨胀机17、增压机18、冷却器19、节流阀20、氮循环换热器 16、氮压缩机21、海水冷却器22。
LNG储罐1与第一LNG流量调节阀23的入口连接，第一LNG流量调节阀23的出口与LNG泵2的入口连接，LNG泵2的出口与止回阀42的入口连接，止回阀42的出口分别与第二LNG流量调节阀24和第三LNG流量调节阀25的入口连接，第二LNG流量调节阀24的出口与第一主冷却器3的冷端入口A-1连接，第一主冷却器3的热端出口A-2 与第四LNG流量调节阀26的入口连接，第三LNG流量调节阀25的出口与第二主冷却器 4的冷端入口B-1连接，第二主冷却器4的热端出口B-2与第五LNG流量调节阀27的入口相连，第四LNG流量调节阀26和第五LNG流量调节阀27的出口分别与复温器5的入口连接，复温器5的出口与燃烧与尾气预处理模块相连。LNG储存在LNG储罐1中， LNG经流量调节后进入第一LNG流量调节阀23，经流量调节后的LNG经LNG泵2增加动压后经过止回阀42，其作用是防止LNG回流，LNG经止回阀42出口流出后分别进入第一主换热器3和第二主换热器4，第一主换热器3和第二主换热器4与止回阀42之间的管路分别设置有第二LNG流量调节阀24和第三LNG流量调节阀25，为防止烟气与LNG换热时烟气中的CO2会凝华成干冰对主冷却器造成堵塞，系统正常运行阶段第二LNG流量调节阀24和第三LNG流量调节阀25不会同时开启，实现错峰使用第一主冷却器3和第二主冷却器4使LNG与烟气换热，LNG从第一主冷却器3的热端出口A-2和第二主冷却器4的热端出口B-2流出后进入复温器5，复温后的天然气达到船舶主机进气温度条件。
第六LNG流量调节阀28的入口与LNG汽化模块相连，第六LNG流量调节阀28的出口与船舶主机6的入口C-1相连，空气泵30的入口与外界洁净空气输送管道入口连通，空气泵30的出口与空气流量调节阀29的入口接连，空气流量调节阀29出口与船舶主机6的入口C-2连接，船舶主机6的出口C-3与烟气鼓风机7的入口连接，烟气鼓风机 7的出口与水冷却塔8的入口相连，水冷却塔8的出口与干燥器9的入口相连，干燥器 9的出口与脱碳气体余冷回收模块相连。天然气复温之后进入船舶主机6与空气混合燃烧，燃烧产生的烟气依次经过烟气鼓风机7、水冷却塔8、干燥器9，烟气经过增压、水冷、干燥后进入脱碳气体余冷回收模块。
回热器10的出口D-2与凝华换热器11的左侧入口E-1连接，凝华换热器11的上端出口E-4与回热器10的入口D-3连接，回热器10的出口D-4分别与第一调节阀31、第二调节阀32、和第三调节阀33连接，第二调节阀32和第三调节阀33的出口与LNG 汽化模块相连。脱碳烟气从凝华换热器11上端出口E-4流出后从回热器10的入口D-3 流入，从回热器的出口D-4流出，预处理后的富碳烟气从回热器10的入口D-1流入，在回热器10内吸收脱碳烟气的冷量后从回热器的出口D-2流出，流出的的预冷富碳烟气从凝华换热器11左端入口E-1进入凝华换热器11，从回热器10的出口D-4流出的脱碳烟气分为三路，第一路经过第一调节阀31后排出本系统，第二路经过第二调节阀 32进入第一主冷却器3，第三路经过第三调节阀33后进入第二主冷却器4，第一主冷却器3的冷端出口A-4和第二主冷却器4的冷端出口B-4均设置有温度传感器，当出口温度过高时则调大第一调节阀31，调小第二调节阀32和第三调节阀33，反之当出口温度过低时则调小第一调节阀31，同时调大第二调节阀32和第三调节阀33。
第四调节阀34和第五调节阀35的入口分别与第一主冷却器3的冷端出口A-4连接，第七调节阀37和第八调节阀38的入口分别与第二主冷却器4的冷端出口B-4连接，第五调节阀35和第八调节阀38的出口分别与凝华换热器11的入口E-2连接，第四调节阀34和第七调节阀37的出口分别与第六调节阀36的入口和辅冷却模块相连，第六调节阀36的出口分别与凝华换热器11的入口E-3和辅冷却模块连接，凝华换热器11的下端出口E-5与启闭阀41的入口连接，启闭阀41的出口与干冰收集系统12相连。
当第一主冷却器3运行一段时间后，第一主冷却器3内会凝结少量干冰，从而影响第一主冷却器3的冷却性能，此时需要关闭第二LNG流量调节阀24、第四LNG流量调节阀26、第四调节阀34、第八调节阀38，打开第三LNG流量调节阀25、第五LNG流量调节阀27、第五调节阀35、第七调节阀37，调小第二调节阀32，调大第三调节阀33， LNG由进入第一主冷却器3转变为进入第二主冷却器4，从第一主冷却器3的入口A-3 进入的脱碳烟气与凝结的干冰换热，脱碳烟气在第一主冷却器3内吸收凝华的少量干冰冷量，干冰释放冷量后升华跟随脱碳烟气一同从第一主冷却器3出口A-4流出，升华的干冰和脱碳烟气经过第五调节阀35后经中部入口E-2进入凝华换热器11，而从第二主冷却器4的入口B-3进入的脱碳烟气与LNG换热吸收冷量后从第二主冷却器4的出口 B-4流出，流出的脱碳烟气经过第七调节阀37后最终经上部入口E-3进入凝华换热器内。
当第二主冷却器4运行一段时间后，第二主冷却器4内会凝结少量干冰，从而影响第二主冷却器4的冷却性能，此时需要关闭第三LNG流量调节阀25、第五LNG流量调节阀27、第五调节阀35、第七气动阀调节阀37、打开第二LNG流量调节阀24、第四 LNG流量调节阀27、第四调节阀34、第八调节阀38，调小第三调节阀33，调大第二调节阀32，LNG由进入第二主冷却器4转变为进入第一主冷却器3，从第二主冷却器4的入口B-3进入的脱碳烟气与凝结的干冰换热，脱碳烟气在第二主冷却器4内吸收凝华的少量干冰冷量，干冰释放冷量后升华跟随脱碳烟气一同从第二主冷却器4出口B-4流出，升华的干冰和脱碳烟气经过第八调节阀38后经中部入口E-2进入凝华换热器11，而从第一主冷却器3的入口A-3进入的脱碳烟气与LNG换热吸收冷量后从第一主冷却器3的出口A-4流出，流出的脱碳烟气经过第四调节阀34后最终经上部入口E-3进入凝华换热器内。凝华换热器11内设置有盘管式汇流排11-1，盘管式汇流排11-1入口与凝华换热器11的入口E-3相连，并均匀环绕在凝华换热器11内壁，低温脱碳烟气进入盘管式汇流排11-1后从数量众多的泄流孔流出，流出的低温脱碳烟气充满凝华换热器11内部，凝华换热器11上方还设置有过滤网11-2，其作用是过滤干冰，防止脱碳烟气流出时裹挟干冰颗粒堵住出口管路。
第九调节阀39的出口与辅冷却器15的热端入口F-1连接，辅冷却器15的冷端出口F-2与第十调节阀40的入口连接，第十调节阀40的出口与凝华换热器11的入口E-3 连接，辅冷却器15的热端入口F-3与外界冷源系统出口相连，辅冷却器15的冷端出口F-4与外界冷源系统入口相连。当系统开机阶段，启动辅冷却模块和外界冷源系统，开启冷量补偿，其目的是实现系统迅速降温，缩短碳捕集系统开启时间，打开第九调节阀39和第十调节阀40，关闭第六调节阀36，脱碳烟气与LNG换热吸收冷量后经过第九调节阀39进入辅冷却系统额外吸收足够冷量，从辅冷却系统吸收冷量后的低温脱碳烟气经过第十调节阀40后经上部入口E-3进入凝华换热器内。在系统启动一段时间后的正常运行阶段，LNG汽化模块能够提供足够冷量，不需要辅冷却模块额外提供冷量，此时关闭第九调节阀39和第十调节阀40，打开第六调节阀36，脱碳烟气与LNG换热吸收冷量后经过第九调节阀39，最后经上部入口E-3进入凝华换热器内。
氮膨胀机17通过连杆与增压机18连接，增压机18的出口与冷却器19的入口连接，冷却器19的出口与节流阀20的入口连接，节流阀20的出口与增压机18的入口连接，氮膨胀机17的入口与辅冷却器15的冷端出口F-4连接，氮膨胀机17的出口与辅冷却器15的冷端入口F-5连接，辅冷却器15的热端出口F-6与氮循环换热器16的冷端入口G-1连接，氮循环换热器16的热端出口G-2与氮压缩机21的入口连接，氮压缩机 21的出口与海水冷却器22的入口连接，海水冷却器22的出口与氮循环换热器16的热端入口G-3连接，氮循环换热器16的冷端出口G-4与辅冷却器15的热端入口F-3连接。外界冷源系统优选为一种氮膨胀系统，在该氮膨胀系统中，N2进入氮膨胀机17后膨胀降温，膨胀功通过连杆传递给增压机18，N2经增压机18增压后温度升高，压力增大，从增压机18出口流出的N2依次经过冷却器19和节流阀20降温和降压，降温降压后的 N2再进入增压机18构成循环，而膨胀降温后的N2从辅冷却器15的冷端入口F-5进入辅冷却器15释放冷量，释放冷量后的N2由辅冷却器的热端出口F-6流出，流出的N2 经过氮循环换热器16后进入氮压缩机21，N2经氮压缩机21压缩后温度升高，压力增大，从氮压缩机21出口流出的氮气进入海水冷却器22复温冷却，复温冷却后的氮气依次经过氮循环换热器16和辅冷却器15吸收冷量后，在辅冷却器15中与烟气换热释放冷量。
上述的大规模低功耗LNG动力船舶尾气碳捕集系统的运作方法，包括以下步骤：
步骤(a)：在开机预冷阶段，打开第一LNG流量调节阀23、第二LNG流量调节阀 24、第四LNG流量调节阀26，LNG从LNG储罐中流出进入LNG泵2，增压后的LNG从第一主冷却器3的冷端入口A-1进入第一主冷却器3，从第一主冷却器3的热端出口A-2 流出后进入复温器5，复温后的天然气达到船舶主机进气温度条件。
步骤(b)：打开第六LNG流量调节阀28、空气流量调节阀29、第二调节阀32，汽化后的LNG进入船舶主机6，外界空气Q经过空气泵30增压后进入船舶主机6，天然气与空气在船舶主机6中混合燃烧，燃烧后的富碳烟气依次经过烟气鼓风机7、水冷却塔 8、干燥器9，富碳烟气经过增压、冷却、干燥后从回热器10的入口D-1进入回热器10、富碳烟气从回热器10的出口D-2流出后从左侧入口E-1进入凝华换热器11，低温脱碳后的烟气从凝华换热器11的上端出口E-4流出，低温脱碳烟气从回热器10的入口D-3 进入回热器10，由回热器10的出口D-4流出后分成三路，第一路经过第一调节阀31 后排出本系统，第二路经过第二调节阀32后从第一主冷却器3的热端入口A-3进入第一主冷却器3，第三路经过第三调节阀33后从第二主冷却器4的热端入口B-3进入第二主冷却器4。
步骤(c)：打开第四调节阀34、第九调节阀39、第十调节阀40、启闭阀41，部分复温后的烟气从第一主冷却器3的冷端出口A-4流出，依次经过第四调节阀34和第九调节阀39后从辅冷器15的热端入口F-1进入辅冷却器15,由于此时系统处于开机阶段，故启动辅冷却模块和外界冷源系统，开启冷量补偿，脱碳烟气从辅冷却器15中吸收冷量后从辅冷却器15的冷端出口F-2流出，低温脱碳烟气经过第十调节阀40后由凝华换热器的入口E-3进入盘管式汇流排11-1，低温脱碳烟气从盘管式汇流排11-1上的孔内流出并与凝华换热器11内的富碳烟气换热，烟气中的CO2凝华为雪花状干冰落在凝华换热器11底部，适时打开启闭阀41，将干冰从凝华换热器11底部的E-5出口排出经过启闭阀41后进入干冰收集系统12进行收集。
步骤(d)：考虑到从回热器10的出口D-4流出的脱碳烟气中会含有极少量CO2的可能，当系统运行一段时间后，当第一主冷却器3工作一段时间后冷却器内可能会有少量 CO2凝华冻堵管道，从而影响第一主冷却器3的冷却性能，第一主冷却器3和第二主冷却器4需要错峰使用：关闭第二LNG流量调节阀24、第四LNG流量调节阀26和第四调节阀34，调小第二调节阀32，打开第三LNG流量调节阀25、第五LNG流量调节阀27、第三调节阀33、第五调节阀35和第七调节阀37，LNG经LNG泵2增压流出后经过第三 LNG流量调节阀25后从第二主冷却器4的冷端入口B-1进入第二主冷却器4，LNG在第二主冷却器4释放冷量后汽化从第二主冷却器4的热端出口B-2流出，回热器10的出口D-4流出的脱碳烟气分为三个部分，第一部分脱碳烟气经过第一调节阀31后排出本系统，第二部分脱碳烟气经过调小的第二调节阀32后进入第一主冷却器3，少量脱碳烟气持续吹扫第一主冷却器3内凝结的少量干冰，脱碳烟气在第一主冷却器3内吸收凝华的少量干冰冷量，干冰释放冷量后升华跟随脱碳烟气一同从第一主冷却器3出口A-4 流出，升华的干冰和脱碳烟气经过第五调节阀35后经中部入口E-2进入凝华换热器11，第三部分脱碳烟气经过第三调节阀33后从第二主冷却器4的热端入口B-3进入第二主冷却器4，脱碳烟气在第二主冷却器4内与LNG换热吸收冷量，吸收冷量后的低温脱碳烟气从第二主冷却器4的冷端出口B-4流出，依次经过第七调节阀37和第九调节阀39 后从辅冷器15的热端入口F-1进入辅冷却器15,脱碳烟气从辅冷却器15中吸收冷量后从辅冷却器15的冷端出口F-2流出，低温脱碳烟气经过第十调节阀40后由凝华换热器的入口E-3进入凝华换热器11，烟气中的CO2在凝华换热器11内凝华，并收集在干冰收集系统12中。
步骤(e)：系统运行一段时间后，关闭第三LNG流量调节阀25、第五LNG流量调节阀27、第五调节阀35、第七调节阀37、调小第三调节阀33，调大第二调节阀32，打开第二LNG流量调节阀24、第四LNG流量调节阀26、第四调节阀34，第八调节阀38， LNG经LNG泵2增压流出后经过第二LNG流量调节阀24从第一主冷却器3的冷端入口 A-1进入第一主冷却器3，LNG在第一主冷却器3释放冷量后汽化从第一主冷却器3的热端出口A-2流出，从回热器10的出口D-4流出的脱碳烟气分为三个部分，第一部分脱碳烟气经过第一调节阀31后排出本系统，第二部分脱碳烟气经过调小的第三调节阀 33后进入第二主冷却器4，少量脱碳烟气持续吹扫第一主冷却器4内凝结的少量干冰，脱碳烟气在第二主冷却器4内吸收凝华的少量干冰冷量，干冰释放冷量后升华跟随脱碳烟气一同从第二主冷却器4冷端出口B-4流出，升华的干冰和脱碳烟气经过第八调节阀 38后经中部入口E-2进入凝华换热器11，第三部分脱碳烟气经过第二调节阀32后从第一主冷却器3的热端入口A-3进入第一主冷却器3，脱碳烟气在第一主冷却器3内与LNG 换热吸收冷量，吸收冷量后的低温脱碳烟气从第一主冷却器3的冷端出口A-4流出，依次经过第四调节阀34和第九调节阀39后从辅冷器15的热端入口F-1进入辅冷却器15, 脱碳烟气在辅冷却器15中吸收冷量后从辅冷却器15的冷端出口F-2流出，低温脱碳烟气经过第十调节阀40后由凝华换热器的入口E-3进入凝华换热器11，烟气中的CO2在凝华换热器11内凝华，并收集在干冰收集系统12中。
步骤(f):调大第三调节阀33后执行步骤(d)。
后续步骤为依次反复重复步骤(e)和步骤(f)。
步骤(g)：在正常运行阶段，系统启动一段时间后正常运行，LNG汽化模块能够提供足够冷量，不需要辅冷却模块额外提供冷量，于是打开第六调节阀36关闭第九调节阀39和第十调节阀40，同时打开第二LNG流量调节阀24、第四LNG流量调节阀26、第四调节阀34、第八调节阀38，调大第二调节阀32，调小第三调节阀33，关闭第三 LNG流量调节阀25、第五LNG流量调节阀27、第五调节阀35、第七调节阀37，脱碳后烟气主要成份为N2，不排除仍含有极少量CO2的可能，脱碳烟气经过过滤网11-2后从凝华换热器上端出口E-4流出从回热器10的入口D-3进入回热器10，脱碳烟气在回热器 10内与预处理后的富碳烟气换热释放冷量，预冷后的富碳烟气从回热器10的出口D-2 流出后进入凝华换热器11，而脱碳烟气则从回热器10的出口D-4流出，回热器10的出口D-4流出的脱碳烟气分为三个部分，第一部分脱碳烟气由第一调节阀31出口处旁通设置的二氧化碳气体检测器检测合格后排出系统，第二部分脱碳烟气经过调小的第三调节阀33后进入第二主冷却器4，脱碳烟气持续吹扫第一主冷却器4内凝结的少量干冰，脱碳烟气在第二主冷却器4内吸收凝华的少量干冰冷量，干冰释放冷量后升华跟随脱碳烟气一同从第二主冷却器4的冷端出口B-4流出，升华的干冰和脱碳烟气依次经过第八调节阀38和第五调节阀35后经中部入口E-2进入凝华换热器11，第三部分脱碳烟气经过第二调节阀32后从第一主冷却器3的热端入口A-3进入第一主冷却器3，脱碳烟气在第一主冷却器3内与LNG换热吸收冷量，吸收冷量后的低温脱碳烟气从第一主冷却器3的冷端出口A-4流出，依次经过第四调节阀34和第六调节阀36后从凝华换热器11的入口E-3进入凝华换热器11。
步骤(h)：系统正常运行一段时间后，打开第三LNG流量调节阀25、第五LNG流量调节阀27、第五调节阀35和第七调节阀37，调大第三调节阀33，调小第二调节阀 32，关闭第二LNG流量调节阀24、第四LNG流量调节阀26和第四调节阀34、第八调节阀38，脱碳烟气经过过滤网11-2后从凝华换热器上端出口E-4流出，从回热器10的入口D-3进入回热器10，脱碳烟气在回热器10内与预处理后的富碳烟气换热释放冷量，预冷后的富碳烟气从回热器10的出口D-2流出进入凝华换热器11，而脱碳烟气则从回热器10的出口D-4流出，回热器10的出口D-4流出的脱碳烟气分为三个部分，第一部分脱碳烟气由第一调节阀31出口处旁通设置的二氧化碳气体检测器检测合格后排出系统，第二部分脱碳烟气经过调小的第二调节阀32后进入第一主冷却器3，脱碳烟气持续吹扫第一主冷却器3内凝结的少量干冰，脱碳烟气在第一主冷却器3内吸收凝华的少量干冰冷量，干冰释放冷量后升华跟随脱碳烟气一同从第一主冷却器3的冷端出口A-4 流出，升华的干冰和脱碳烟气经过第五调节阀35后经中部入口E-2进入凝华换热器11，第三部分脱碳烟气经过第三调节阀33后从第二主冷却器4的热端入口B-3进入第二主冷却器4，脱碳烟气在第二主冷却器4内与LNG换热吸收冷量，吸收冷量后的低温脱碳烟气从第二主冷却器4的冷端出口B-4流出，依次经过第七调节阀37和第六调节阀36 后从凝华换热器11的入口E-3进入凝华换热器11。
后续步骤为依次反复重复步骤(g)和步骤(h)。
步骤(i)：在系统关机阶段，首先关闭第一LNG流量调节阀23，停止系统内LNG 的供应，再打开第二调节阀32、第三调节阀33、第五调节阀35、及第八调节阀38，关闭第四调节阀34和第七调节阀37，使脱碳烟气持续吹扫第一主冷却器3和第二主冷却器4内凝结的少量干冰，部分干冰释放冷量后升华为CO2气体，未升华的干冰跟随脱碳烟气一同从第一主冷却器3的出口A-4和第二主冷却器4的出口B-4流出，再依次经过第五调节阀35和第八调节阀38后经中部入口E-2进入凝华换热器11，干冰落在凝华换热器11底部并收集在干冰收集系统12中，待所有干冰收集完毕后关闭启闭阀41、第二调节阀32、及第三调节阀33，脱碳烟气经凝华换热器11上端出口E-4流出，经过回热器10后由第一调节阀31出口排除系统。
本发明结合采用高压燃气船舶主机的系统正常运行时的具体运行参数说明如下：
以第二主冷却器4内凝结干冰，LNG通入第一主冷却器3时为例，液化天然气由所述LNG泵2将0.1Mpa、120kg/h、-162℃的LNG增压至2.5MPa，温度上升为-160℃，依次经过止回阀42和第二LNG流量调节阀24后进入第一主冷却器3内与脱碳烟气换热， LNG释放冷量后汽化为天然气，温度上升为-107.6℃，可提供的冷能为13.35kW；天然气从第一主冷却器3的热端出口A-2流出后进入复温器5，经海水复温到20℃后进入船舶主机，空气泵30将外界0.1MPa的常温空气Q增压至2.5MPa，空气流量为12380kg/h，空气与天然气在高压船舶主机6中混合燃烧，燃烧后产生0.12MPa、12500kg/h、160℃的高温烟气从船舶主机的出口C-3排出进入烟气鼓风机7、高温烟气经过烟气鼓风机7 增压至0.15MPa后进入水冷却塔8，160℃的高温烟气经过海水冷却至20℃后进入干燥塔9除水干燥，0.12MPa、12300kg/h、20℃的烟气从回热器10的热端入口D-1进入，在回热器10内吸收脱碳烟气的冷量后从回热器10的出口D-2流出，流出的烟气温度降为约-50℃，再从左侧入口E-1进入凝华换热器11，0.12MPa、18500kg/h、-80℃的脱碳烟气从凝华换热器11的上方出口E-4进入回热器10，从回热器10的D-4出口流出的脱碳烟气流量为18500kg/h，温度为17℃，流出后分为三路，第一路0.11MPa、6000kg/h、17℃的脱碳烟气由第一调节阀31排出本系统，第二路0.11MPa、3500kg/h、 17℃的脱碳烟气进入第一主冷却器3内换热吸收LNG冷量，温度降为约-100℃，经过第六调节阀36后经入口E-3进入凝华换热器11内，第三路0.11MPa、3000kg/h、17℃的脱碳烟气进入第二主冷却器4内对少量干冰热风除霜，吸收冷量后的脱碳烟气温度降为 -17.7℃，少量干冰释放冷量后升华，与脱碳烟气一起从第二主冷却器4的出口E-4出口流出，经过第八调节阀38后经中部入口E-2进入凝华换热器11，在凝华换热器11 内低温脱碳烟气与含碳烟气换热实现干冰凝华，低温脱碳烟气释放冷量后经过过滤网 11-2，之后经凝华换热器11上端出口E-4流出，低温脱碳烟气从盘管式汇流排11-1上的多孔均匀喷入凝华换热器11，流出的低温脱碳烟气均匀充满凝华换热器11内部，与富碳烟气充分热质交换，从而析出干冰颗粒，干冰颗粒下落到凝华换热器11底部并收集在干部收集系统12中。

Claims (5)

1.一种大规模低功耗LNG动力船舶尾气碳捕集系统，其特征在于：包括LNG汽化模块、燃烧与尾气预处理模块、低温凝华碳捕集模块、脱碳气体余冷回收模块、辅冷却模块，LNG汽化模块分别连通燃烧与尾气预处理模块、低温凝华碳捕集模块，燃烧与尾气预处理模块与脱碳气体余冷回收模块连接，脱碳气体余冷回收模块与低温凝华碳捕集模块连接，低温凝华碳捕集模块与辅冷却模块相互连通，燃烧与尾气预处理模块出口的烟气吸收脱碳气体余冷回收模块的LNG汽化冷能和辅冷却模块的补偿冷量，经低温凝华碳捕集模块中完成干冰脱除及脱碳烟气复温后排出；
LNG汽化模块包括LNG储罐（1）、第一LNG流量调节阀（23）、LNG泵（2）、止回阀（42）、第二LNG流量调节阀（24）、第三LNG流量调节阀（25）、第一主冷却器（3）、第二主冷却器（4）、第四LNG流量调节阀（26）、第五LNG流量调节阀（27）、复温器（5），LNG储罐（1）通过第一LNG流量调节阀（23）与LNG泵（2）入口连接，LNG泵（2）的出口与止回阀（42）的入口连接，止回阀（42）的出口分别与第二LNG流量调节阀（24）和第三LNG流量调节阀（25）的入口连接，第二LNG流量调节阀（24）的出口与第一主冷却器（3）的冷端入口A-1连接，第一主冷却器（3）的热端出口A-2与第四LNG流量调节阀（26）的入口连接，第三LNG流量调节阀（25）的出口与第二主冷却器（4）的冷端入口B-1连接，第二主冷却器（4）的热端出口B-2与第五LNG流量调节阀（27）的入口相连，第四LNG流量调节阀（26）和第五LNG流量调节阀（27）的出口分别与复温器（5）的入口连接，复温器（5）的出口与燃烧与尾气预处理模块相连；
燃烧与尾气预处理模块包括第六LNG流量调节阀（28）、空气泵（30）、空气流量调节阀（29）、船舶主机（6）、烟气鼓风机（7）、水冷却塔（8）、干燥器（9），第六LNG流量调节阀（28）的入口与LNG汽化模块相连，出口与船舶主机（6）的入口C-1相连，船舶主机（6）的入口C-2通过空气流量调节阀（29）与空气泵（30）的出口连接，空气泵（30）的入口与外界洁净空气输送管道入口连通，船舶主机（6）的出口C-3与烟气鼓风机（7）的入口连接，烟气鼓风机（7）的出口与水冷却塔（8）的入口相连，水冷却塔（8）的出口与干燥器（9）的入口相连，干燥器（9）的出口与脱碳气体余冷回收模块相连；
脱碳气体余冷回收模块包括回热器（10）、第一调节阀（31）、第二调节阀（32）、第三调节阀（33），回热器（10）的入口D-1与燃烧与尾气预处理模块相连，回热器（10）的出口D-2与低温凝华碳捕集模块连接后再经低温凝华碳捕集模块接入其入口D-3，回热器（10）的出口D-4延展出三个接口，其中两个接口分别通过第二调节阀（32）和第三调节阀（33）与LNG汽化模块相连，另一接口通过第一调节阀（31）连通系统外界；
低温凝华碳捕集模块包括第四调节阀（34）、第五调节阀（35）、第六调节阀（36）、第七调节阀（37）、第八调节阀（38）、凝华换热器（11）、启闭阀（41）、干冰收集系统（12），第四调节阀（34）、第五调节阀（35）、第七调节阀（37）、第八调节阀（38）的入口分别与LNG汽化模块连接，第四调节阀（34）和第七调节阀（37）的出口汇流后分为两路，一路与第六调节阀（36）的入口连接，另一路通入辅冷却模块，辅冷却模块出口与第六调节阀（36）的出口汇流后接入凝华换热器（11）的入口E-3，第五调节阀（35）和第八调节阀（38）的出口分别与凝华换热器（11）的入口E-2连接，凝华换热器（11）的下端出口E-5与启闭阀（41）的入口连接，启闭阀（41）的出口与干冰收集系统（12）相连；
辅冷却模块包括第九调节阀（39）、辅冷却器（15）、第十调节阀（40）、外界冷源系统，第九调节阀（39）的入口与低温凝华碳捕集模块连接，出口与辅冷却器（15）的热端入口F-1连接，辅冷却器（15）的冷端出口F-2与第十调节阀（40）的入口连接，第十调节阀（40）的出口与低温凝华碳捕集模块连接，辅冷却器（15）与外界冷源系统连通。
2.根据权利要求1所述的大规模低功耗LNG动力船舶尾气碳捕集系统，其特征在于：在第一主冷却器（3）冷端出口A-4和第二主冷却器（4）冷端出口B-4处分别安装有一个温度传感器。
3.根据权利要求1所述的大规模低功耗LNG动力船舶尾气碳捕集系统，其特征在于：凝华换热器（11）内设置有盘管式汇流排（11-1），盘管式汇流排（11-1）入口与凝华换热器（11）的入口E-3相连，并均间隔螺旋环绕在凝华换热器（11）内壁上，低温脱碳烟气进入盘管式汇流排（11-1）后从数量众多的泄流孔流出，流出的低温脱碳烟气充满凝华换热器（11）内部，凝华换热器（11）上方还设置有过滤网（11-2）。
4.根据权利要求1所述的大规模低功耗LNG动力船舶尾气碳捕集系统，其特征在于：外界冷源系统为一种氮膨胀制冷系统，包括氮膨胀机（17）、增压机（18）、冷却器（19）、节流阀（20）、氮循环换热器（16）、氮压缩机（21）、海水冷却器（22），氮膨胀机（17）的入口与辅冷却器（15）的冷端出口F-4连接，出口与辅冷却器（15）的冷端入口F-5连接，氮膨胀机（17）通过连杆与增压机（18）连接，增压机（18）的出口与冷却器（19）的入口连接，冷却器（19）的出口与节流阀（20）的入口连接，节流阀（20）的出口与增压机（18）的入口连接，辅冷却器（15）的热端出口F-6与氮循环换热器（16）的冷端入口G-1连接，氮循环换热器（16）的热端出口G-2与氮压缩机（21）的入口连接，氮压缩机（21）的出口与海水冷却器（22）的入口连接，海水冷却器（22）的出口与氮循环换热器（16）的热端入口G-3连接，氮循环换热器（16）的冷端出口G-4与辅冷却器（15）的热端入口F-3连接。
5.一种如权利要求1～4任一所述的大规模低功耗LNG动力船舶尾气碳捕集系统的运作方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤（a）：在开机预冷阶段，打开LNG汽化模块的相应阀门，LNG释放并在LNG汽化模块中增压冷却，然后复温使天然气达到船舶主机进气温度条件；
步骤（b）：打开燃烧与尾气预处理模块的相应阀门，使LNG汽化模块中气化后的LNG进入燃烧与尾气预处理模块中，同时，外界空气Q进入燃烧与尾气预处理模块，天然气与空气在燃烧与尾气预处理模块中混合燃烧，燃烧形成富碳烟气，富碳烟气在燃烧与尾气预处理模块中经过增压、冷却、干燥后进入脱碳气体余冷回收模块后，再进入低温凝华碳捕集模块，通过低温脱碳后再次进入脱碳气体余冷回收模块，并在脱碳气体余冷回收模块分为三路，第一路排出本系统，另外两路分开进入LNG汽化模块；
步骤（c）：打开低温凝华碳捕集模块和辅冷却模块的相应阀门，部分复温后的烟气从LNG汽化模块流出，通过低温凝华碳捕集模块进入辅冷却模块，辅冷却模块开启冷量补偿，脱碳烟气从辅冷却模块中吸收冷量后流出，低温脱碳烟气进入低温凝华碳捕集模块，并与低温凝华碳捕集模块中的富碳烟气换热，烟气中的CO2凝华为雪花状干冰后下沉，在低温凝华碳捕集模块积聚并进行收集；
步骤（d）：考虑到从脱碳气体余冷回收模块流出的脱碳烟气中会含有极少量CO2的可能，当本系统运行一段时间后，LNG汽化模块内可能会有少量CO2凝华冻堵管道，因此，LNG汽化模块内设有双冷却通道，将两个通道错峰使用，经过一段时间后切换两个通道的打开程度，反复切换多次，从脱碳气体余冷回收模块流出的脱碳烟气分为三个部分，第一部分排出本系统；第二部分脱碳烟气经过调小的通道，使少量脱碳烟气持续吹扫该通道内凝结的少量干冰，脱碳烟气吸收凝华的少量干冰冷量，干冰释放冷量后升华跟随脱碳烟气一同从该通道流出，升华的干冰和脱碳烟气流入低温凝华碳捕集模块；第三部分脱碳烟气经过调大的通道，在LNG汽化模块内与LNG换热吸收冷量，吸收冷量后的低温脱碳烟气从该通道流入低温凝华碳捕集模块，再从低温凝华碳捕集模块进入辅冷却模块，脱碳烟气从辅冷却模块中吸收冷量后流出，低温脱碳烟气进入低温凝华碳捕集模块，烟气中的CO2在低温凝华碳捕集模块内凝华并收集；
步骤（e）：在正常运行阶段，系统启动一段时间后正常运行，LNG汽化模块能够提供足够冷量，不需要辅冷却模块额外提供冷量，因此关闭辅冷却模块的相应阀门，脱碳后烟气主要成份为N2，并含有极少量CO2，脱碳烟气从低温凝华碳捕集模块流入脱碳气体余冷回收模块，与预处理后的富碳烟气换热释放冷量，预冷后的富碳烟气进入低温凝华碳捕集模块，脱碳烟气从脱碳气体余冷回收模块流出，从脱碳气体余冷回收模块流出的脱碳烟气分为三个部分，第一部分通过二氧化碳气体检测器检测合格后排出本系统；第二部分脱碳烟气经过LNG汽化模块调小的通道，使少量脱碳烟气持续吹扫第该通道内凝结的少量干冰，脱碳烟气吸收凝华的少量干冰冷量，干冰释放冷量后升华跟随脱碳烟气一同从该通道流出，升华的干冰和脱碳烟气流入低温凝华碳捕集模块；第三部分脱碳烟气经过LNG汽化调大的通道，在LNG汽化模块内与LNG换热吸收冷量，吸收冷量后的低温脱碳烟气从该通道流入低温凝华碳捕集模块，将LNG汽化模块内设的两个冷却通道经过一段时间后切换两个通道的打开程度，反复切换多次并重复本步骤；
步骤（f）：在系统关机阶段，首先关闭LNG汽化模块的相应阀门，停止系统内LNG的供应，再打开燃烧与尾气预处理模块和低温凝华碳捕集模块的相应管道，使脱碳烟气持续吹扫LNG汽化模块两个冷却通道内凝结的少量干冰，部分干冰释放冷量后升华为CO2气体，未升华的干冰跟随脱碳烟气一同从两个冷却通道流出，再依进低温凝华碳捕集模块，干冰落在低温凝华碳捕集模块内积聚并进行收集，待所有干冰收集完毕后关闭低温凝华碳捕集模块和燃烧与尾气预处理模块的相应阀门，脱碳烟气经低温凝华碳捕集模块流出并进入脱碳气体余冷回收模块后由脱碳气体余冷回收模块出口排出本系统。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117753157B (zh) * 2024-02-22 2024-04-30 汇舸(南通)环保设备有限公司 一种船用主机尾气的低温凝华碳捕集设备

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109184837A (zh) * 2018-08-15 2019-01-11 江苏科技大学 Lng动力船燃料冷能全发电梯级利用系统及利用方法
CN110005486A (zh) * 2019-03-20 2019-07-12 江苏科技大学 一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置及工作方法
WO2021043182A1 (zh) * 2019-05-29 2021-03-11 苏州市兴鲁空分设备科技发展有限公司 一种利用lng冷能的空分装置和方法
CN112539091A (zh) * 2020-12-02 2021-03-23 江苏科技大学 一种双燃料动力船lng冷能梯级综合利用系统及方法
CN113638806A (zh) * 2021-08-19 2021-11-12 江苏科技大学 用于交变负荷的lng冷能梯度回收的系统及调峰方法
CN113669175A (zh) * 2021-08-27 2021-11-19 江苏科技大学 船用天然气发动机尾气的低温凝华碳捕集系统及方法
KR20220060451A (ko) * 2020-11-03 2022-05-11 지앙수 유니버시티 오브 사이언스 앤드 테크놀로지 신규 일체형 ifv를 기반으로 한 lng 동력 선박 냉 에너지 활용 시스템

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108506110B (zh) * 2018-02-28 2019-11-01 山东大学 一种冷热电联供系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109184837A (zh) * 2018-08-15 2019-01-11 江苏科技大学 Lng动力船燃料冷能全发电梯级利用系统及利用方法
CN110005486A (zh) * 2019-03-20 2019-07-12 江苏科技大学 一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置及工作方法
WO2021043182A1 (zh) * 2019-05-29 2021-03-11 苏州市兴鲁空分设备科技发展有限公司 一种利用lng冷能的空分装置和方法
KR20220060451A (ko) * 2020-11-03 2022-05-11 지앙수 유니버시티 오브 사이언스 앤드 테크놀로지 신규 일체형 ifv를 기반으로 한 lng 동력 선박 냉 에너지 활용 시스템
CN112539091A (zh) * 2020-12-02 2021-03-23 江苏科技大学 一种双燃料动力船lng冷能梯级综合利用系统及方法
CN113638806A (zh) * 2021-08-19 2021-11-12 江苏科技大学 用于交变负荷的lng冷能梯度回收的系统及调峰方法
CN113669175A (zh) * 2021-08-27 2021-11-19 江苏科技大学 船用天然气发动机尾气的低温凝华碳捕集系统及方法

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