CN115540498A - 一种适用于lng船舶的冷热能量利用装置与碳捕集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种适用于LNG船舶的冷热能量利用装置与碳捕集方法，包括LNG船用发动机、LNG缓存罐、冷源换热器、热源换热器、贫富液换热器、CO2解析塔、CO2吸收塔、第一CO2缓存罐，LNG船用发动机的进气管和排气管分别连接压气机和涡轮，LNG缓存罐、冷源换热器、压气机依次相连，热源换热器分别连接涡轮、CO2吸收塔、CO2解析塔、贫富液换热器，贫富液换热器分别连接CO2解析塔、CO2吸收塔，CO2解析塔、冷源换热器、第一CO2缓存罐依次相连。本发明利用液化天然气蒸发所提供的冷源液化存储CO2，减少了制冷过程，CO2捕集耗能少；利用废气余热的热源来供给贫富液循环线路所需的能量，无需添加外部能量，能量利用效率高。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种发动机尾气处理装置及控制方法，具体地说是船舶LNG发动机尾气处理装置及控制方法。
背景技术
2015年巴黎气候大会，达成一份196个国家与地区签署的控温协议：使全球升温控制在2℃以下。2℃目标是指相对于工业化前(1850年)水平。而2℃是人类社会可以容忍的地球最高升温，如果地球平均气温升高超过2℃，全球遭遇沿海洪涝、饥饿、疟疾、水短缺的人数将大大增加。
而海运的温室气体排放约占全球总排放的3％，目前预计到2050年将增加50％至250％。
另外，风能和太阳能等可再生能源目前还不是可行的航运选择，因此未来几十年航运将还是主要依靠化石燃料，而“碳”就是化石燃料、木材等由碳元素构成的自然资源。“碳”耗用得多，导致地球暖化的元凶“CO2”也制造得多。
综上所述，减少船运中CO2的排放非常重要。
发明内容
本发明的目的在于提供能减少船运中CO2排放的一种适用于LNG船舶的冷热能量利用装置与碳捕集方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种适用于LNG船舶的冷热能量利用装置，其特征是：包括LNG船用发动机、LNG缓存罐、冷源换热器、热源换热器、贫富液换热器、CO2解析塔、CO2吸收塔、第一CO2缓存罐，LNG船用发动机的进气管和排气管分别连接压气机和涡轮，LNG缓存罐、冷源换热器、压气机依次相连，热源换热器分别连接涡轮、CO2吸收塔、CO2解析塔、贫富液换热器，贫富液换热器分别连接CO2解析塔、CO2吸收塔，CO2解析塔、冷源换热器、第一CO2缓存罐依次相连。
本发明一种适用于LNG船舶的冷热能量利用装置还可以包括：
1、冷源换热器与压气机之间设置第一LNG流量控制阀、LNG喷射泵。
2、贫富液换热器与CO2吸收塔之间设置富液输送泵。
3、CO2解析塔与冷源换热器之间设置压缩机、第一海水冷却器、CO2干燥器。
4、热源换热器与CO2吸收塔之间设置第二海水冷却器。
本发明一种适用于LNG船舶的碳捕集方法，其特征是：LNG船用发动机启动运转后，LNG进气线路依次通过LNG缓存罐、第一LNG流量控制阀、冷源换热器、LNG喷射泵、进气系统、压气机、中冷器给主机供给燃料；废气排向大气的线路依次为：LNG船用发动机、涡轮、排气系统、热源换热器、第二海水冷却器及CO2吸收塔；富液的线路依次为：富液输送泵、贫富液换热器、CO2解析塔；贫液线路包括两条，第一条经CO2解析塔、热源换热器、贫富液换热器及CO2吸收塔，第二条经CO2解析塔、热源换热器后再到CO2解析塔；CO2解析存储线路为：CO2从CO2解析塔分离后，依次经过压缩机、第一海水冷却器、CO2干燥器、冷源换热器、第一CO2流量控制器及第一CO2缓存罐。
本发明一种适用于LNG船舶的碳捕集方法还可以包括：
1、还包括第二CO2缓存罐，第二CO2缓存罐通过第二LNG流量控制阀连接第一LNG流量控制阀后方的LNG进气线路，第二CO2缓存罐通过第二CO2流量控制器连接第一CO2流量控制器后方的CO2解析存储线路。
本发明的优势在于：本发明利用液化天然气蒸发所提供的冷源液化存储CO2，减少了制冷过程，CO2捕集耗能少；本发明利用废气余热的热源来供给贫富液循环线路所需的能量，以保证CO2解析塔正常工作，无需添加外部能量，能量利用效率高；本发明也可用空LNG缓存罐来存储CO2，有利于节省船舶使用空间；本发明也使得船舶部分领域碳捕集成为可能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，本发明主要由LNG缓存罐1、LNG流量控制阀1号2、冷源换热器3、LNG喷射泵4、热源换热器5、进气系统6、压气机/涡轮7、中冷器8、LNG船用发动机9、排气系统10、贫富液换热器11、CO2解析塔12、压缩机13、海水冷却器1号14、海水冷却器2号15、CO2干燥器16、富液输送泵17、CO2吸收塔18、CO2缓存罐1号19、CO2流量控制器1号20、CO2缓存罐2号21、CO2流量控制器2号22、LNG流量控制阀2号-3结构组成。
LNG船用发动机9正常启动运转后，LNG进气线路依次通过LNG缓存罐1、LNG流量控制阀1号2、冷源换热器3、LNG喷射泵4、进气系统6、压气机7、中冷器8等部件给主机供给燃料。
在整个天然气供给线路中，一般LNG缓存罐1存储的液化天然气，其环境压力高达10bar，温度为-160℃左右，而在天然气进入发动机之前必须加热到至少0℃。因此，这里涉及一个冷源利用的问题。而在CO2解析存储线路中，解析产生的CO2呈气态，不利于船上存储。因此考虑利用所述冷源来液化解析后的CO2，使其存储方便。
具体实现方式通过LNG流量控制阀1号2来控制天然气流量大小，液化天然气在冷源换热器3冷端流道里蒸发成气态，并为热端流道里CO2的液化提供冷源。
而废气排向大气的线路依次为：LNG船用发动机9、涡轮7、排气系统10、热源换热器5、海水冷却器2号15及CO2吸收塔18等。
由于LNG船用废气温度可高达400℃，因此，可以利用这部分废气热源来为乙醇胺贫/富液循环工作提供能量。废气通过热源换热器-5后温度为170℃左右，需经海水冷却器2号15进一步冷却到40℃左右，才能进入CO2吸收塔18。主要原因是CO2吸收塔18溶液为乙醇胺溶液，其在40℃左右时对CO2的吸收效果最好。
当CO2吸收塔18里乙醇胺溶液吸收CO2足够多时，称为富液。乙醇胺富液的线路依次为：富液输送泵17、贫/富液换热器11、CO2解析塔12。
而富液输送泵17里富液的温度仅为40℃～50℃，需经贫/富液换热器11后使溶液温度提升至100℃左右，才能进入CO2解析塔12。主要原因是CO2解析塔12在100℃左右工作时，才能将乙醇胺溶液与CO2分离。其中，贫/富液换热器11的热源来源于贫液。
贫液线路由两条构成：一条经CO2解析塔12、热源换热器5、贫富液换热器11及CO2吸收塔18，另一条经CO2解析塔12、热源换热器5后再到CO2解析塔12。贫液线路的作用是利用热源换热器-5中废气热源来提高贫液温度，进而使得贫液能充当热源，为富液提供能量。
当贫液通过热源换热器5冷端流道后，温度可到达120℃左右，可以利用这部分热量，将贫富液换热器11里的富液加热到100℃左右，进而使CO2解析塔12正常工作。
而CO2从CO2解析塔12分离后，依次经过压缩机13、海水冷却器1号14、CO2干燥器16、冷源换热器3、CO2流量控制器1号20及CO2缓存罐1号19。上述过程为CO2解析存储线路。
CO2从CO2解析塔12分离后，温度约为40℃，但其压力不足，无法直接通入CO2缓存罐1号19进行存储，需经压缩机13加压，加压后CO2气体温度为150℃左右，压力满足要求，但加压后温度偏高，需经海水冷却器1号14和CO2干燥器16处理后，温度又变回40℃。此时，压力满足CO2液态存储要求，但温度仍不满足，需经冷源换热器3后，将温度冷却至-16℃左右进行存储。其中，CO2流量控制器1号20可用于CO2存储时的流量控制。
另外，可以通过CO2缓存罐2号21、CO2流量控制器2号22、LNG流量控制阀2号23等部件实现空LNG缓存罐存储CO2，但此过程要保证LNG燃料不能被CO2污染。
Claims (7)
1.一种适用于LNG船舶的冷热能量利用装置，其特征是：包括LNG船用发动机、LNG缓存罐、冷源换热器、热源换热器、贫富液换热器、CO2解析塔、CO2吸收塔、第一CO2缓存罐，LNG船用发动机的进气管和排气管分别连接压气机和涡轮，LNG缓存罐、冷源换热器、压气机依次相连，热源换热器分别连接涡轮、CO2吸收塔、CO2解析塔、贫富液换热器，贫富液换热器分别连接CO2解析塔、CO2吸收塔，CO2解析塔、冷源换热器、第一CO2缓存罐依次相连。
2.根据权利要求1所述的一种适用于LNG船舶的冷热能量利用装置，其特征是：冷源换热器与压气机之间设置第一LNG流量控制阀、LNG喷射泵。
3.根据权利要求1所述的一种适用于LNG船舶的冷热能量利用装置，其特征是：贫富液换热器与CO2吸收塔之间设置富液输送泵。
4.根据权利要求1所述的一种适用于LNG船舶的冷热能量利用装置，其特征是：CO2解析塔与冷源换热器之间设置压缩机、第一海水冷却器、CO2干燥器。
5.根据权利要求1所述的一种适用于LNG船舶的冷热能量利用装置，其特征是：热源换热器与CO2吸收塔之间设置第二海水冷却器。
6.一种适用于LNG船舶的碳捕集方法，其特征是：LNG船用发动机启动运转后，LNG进气线路依次通过LNG缓存罐、第一LNG流量控制阀、冷源换热器、LNG喷射泵、进气系统、压气机、中冷器给主机供给燃料；废气排向大气的线路依次为：LNG船用发动机、涡轮、排气系统、热源换热器、第二海水冷却器及CO2吸收塔；富液的线路依次为：富液输送泵、贫富液换热器、CO2解析塔；贫液线路包括两条，第一条经CO2解析塔、热源换热器、贫富液换热器及CO2吸收塔，第二条经CO2解析塔、热源换热器后再到CO2解析塔；CO2解析存储线路为：CO2从CO2解析塔分离后，依次经过压缩机、第一海水冷却器、CO2干燥器、冷源换热器、第一CO2流量控制器及第一CO2缓存罐。
7.根据权利要求6所述的一种适用于LNG船舶的碳捕集方法，其特征是：还包括第二CO2缓存罐，第二CO2缓存罐通过第二LNG流量控制阀连接第一LNG流量控制阀后方的LNG进气线路，第二CO2缓存罐通过第二CO2流量控制器连接第一CO2流量控制器后方的CO2解析存储线路。
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|---|---|---|---|---|
| CN116212593A (zh) * | 2023-04-18 | 2023-06-06 | 河北正元氢能科技有限公司 | 尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置 |
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