CN115675812A - 船用燃料供应系统及其氨bog回收再利用系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种船用燃料供应系统及其氨BOG回收再利用系统和方法，其中氨BOG回收再利用系统包括依次连接的缓冲罐、BOG压缩机、BOG冷凝器、气液分离罐和控制器；缓冲罐与氨燃料舱相连接，用于存储氨燃料舱产生的氨BOG；BOG压缩机用于对氨BOG进行增压处理；BOG冷凝器用于对增压后的氨BOG进行换热处理，得到满足氨发动机温度要求的包含了氨BOG的液氨；气液分离罐用于对包含了氨BOG的液氨进行气液分离，完成对氨BOG的转化，实现对氨BOG的回收再利用。有效地将氨燃料舱中的氨BOG进行处理并再利用，减少船舶舱室结构破裂的危险，增加了燃料的利用率，减少了氨气直接排放到大气中所带来的危害。

Description

船用燃料供应系统及其氨BOG回收再利用系统和方法

技术领域

本发明涉及船舶燃料供应系统技术领域中的氨燃料BOG回收再利用技术，具体涉及一种船用燃料供应系统及其氨BOG回收再利用系统和方法，可应用于以液氨为燃料的船舶氨燃料舱。

背景技术

随着国际社会对于环境污染中温室气体排放持续的关注，国际海事组织IMO制定了减少船舶行业的脱碳目标：以2018年为基准，到2030年全球海运平均CO₂排放量减少40％，2050年减少70％，本世纪末到达零排放。对于船舶航运行业，新的将清洁能源氨燃料作为船舶燃料的技术正在不断被开发。一般来说，船舶上氨燃料舱的外部将覆盖绝缘进行保温绝热，虽然绝缘可以隔绝大部分热能的传导，但在长时间的环境和热辐射的影响下，储存在燃料舱中的液氨将挥发，产生的蒸发气体(BOG)聚集燃料舱顶部，导致燃料舱压力不断增加。如不能及时对于聚集的BOG进行处理，燃料舱顶部的安全阀将起跳，严重将导致燃料舱结构发生破裂的危险。

氨气为无色气体，具有强烈刺激性气味，密度小于空气，但是极易溶于水，吸入过多，将对人体生命安全有危害。目前，船用的氨燃料是以-33℃液态形式储存在氨燃料舱中，挥发将产生氨气。现有得船用氨燃料供应系统，没有对氨气进行回收处理得技术，导致氨燃料舱由于氨BOG的生成存在安全隐患，氨气的挥发也面临对环境的污染。目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种船用燃料供应系统及其氨BOG回收再利用系统和方法，能够安全、可靠地对氨燃料BOG进行回收再利用。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于船用燃料供应系统的氨BOG回收再利用系统，包括依次连接的缓冲罐、BOG压缩机、BOG冷凝器、气液分离罐和控制阀；其中：

所述缓冲罐与氨燃料舱相连接，用于存储所述氨燃料舱产生的氨BOG；

所述BOG压缩机用于对所述氨BOG进行增压处理；

所述BOG冷凝器用于对增压后的所述氨BOG进行换热处理，得到满足氨发动机温度要求的包含了氨BOG的液氨；

所述气液分离罐用于对所述包含了氨BOG的液氨进行气液分离，并对罐内气相空间内的氨BOG再一次液化，完成对氨BOG的转化；

所述控制阀用于对所述气液分离罐中液氨的液位进行控制，对回收的液氨输送至供应系统实现再次利用。

可选地，所述氨燃料舱内设有压力传感器，用于监测所述氨燃料舱内的压力；所述BOG压缩机在所述氨燃料舱内的压力达到设定值时启动。

可选地，所述BOG压缩机的出口压力为18～25bar。

可选地，所述BOG冷凝器采用海水或制冷剂对增压后的所述氨BOG进行换热处理。

可选地，所述BOG冷凝器的出口温度为25～45℃。

可选地，所述气液分离罐对罐内气相空间内的氨BOG再一次液化，包括：

通过对位于罐内顶部的氨BOG进行加压，使得罐内气相空间的氨BOG实现加压液化，完成再一次液化。可选地，所述对位于罐内顶部的氨BOG进行加压，使得所述气液分离罐内的压力控制为27bar左右。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于船用燃料供应系统的氨BOG回收再利用方法，包括：

获取氨燃料舱产生的氨BOG；

对所述氨BOG进行增压处理；

对增压后的所述氨BOG进行换热处理，得到满足氨发动机温度要求的包含了氨BOG的液氨；

对所述包含了氨BOG的液氨进行气液分离，完成对氨BOG的转化，实现对氨BOG的回收再利用。

根据本发明的第三个方面，提供了一种船用燃料供应系统，包括：权利要求1-7中任一项所述的氨BOG回收再利用系统以及氨燃料供给系统；其中：

所述氨BOG回收再利用系统设置于氨燃料舱和氨燃料供给系统之间，用于对所述氨燃料舱中产生的氨BOG进行压缩再液化处理，将所述氨BOG转化为满足氨发动机温度要求的液氨；

所述氨燃料供给系统设置于氨燃料舱与氨发动机之间，并与所述氨BOG回收再利用系统相连接，用于将所述氨燃料舱输出的液氨与所述氨BOG回收再利用系统转化的液氨混合后进行增压过滤处理，最终将满足氨发动机压力和温度要求的氨燃料输出至所述氨发动机。

可选地，所述氨燃料供给系统，包括：从所述氨燃料舱至所述氨发动机依次设置的低压泵、换热器、高压泵和过滤器；其中：

所述低压泵用于对所述氨燃料舱中的液氨进行增压，生成低压液氨；

所述换热器用于对所述低压液氨进行加热或冷却，输出满足氨发动机温度要求的燃料；

所述高压泵用于对所述换热器输出的燃料和所述氨BOG回收再利用系统转化的液氨的混合物进行进一步增压，输出满足氨发动机压力要求的燃料；

所述过滤器用于对所述高压泵输出的燃料进行过滤，最终输出满足氨发动机压力和温度要求的氨燃料。

可选地，所述氨燃料供给系统，还包括如下任意一个或任意多个部件：

-设置于所述过滤器和所述氨发动机之间的主阀和/或FVT阀组单元；其中，所述主阀用于对氨燃料发动机的紧急切断；所述FVT阀组单元用于调节发动机进机的流量和压力以及发动机起动前后的吹扫；

-设置于所述FVT阀组单元和所述换热器之间的回流冷却器；其中，所述回流冷却器用于将发动机回流的液氨与冷却的冷源进行充分换热，使得冷却后的液氨温度与所述换热器的出口温度一致。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下至少一项的有益效果：

本发明提供的船用燃料供应系统及其氨BOG回收再利用系统和方法，有效地将氨燃料舱中的氨BOG进行处理，减少船舶舱室结构破裂的危险。

本发明提供的船用燃料供应系统及其氨BOG回收再利用系统和方法，通过对燃料舱中氨BOG的回收再液化，输送至氨燃料发动机进行燃烧，增加了燃料的利用率，减少了氨气直接排放到大气中所带来的危害。

本发明提供的船用燃料供应系统及其氨BOG回收再利用系统和方法，通过对燃料舱中氨BOG气体的回收，降低燃料舱内的压力，保障了燃料舱结构和船舶上人员的安全。

本发明提供的船用燃料供应系统及其氨BOG回收再利用系统和方法，设备及方法简单，具有稳定可靠、降低成本、节省船舶热能消耗等优点，适用于以氨为燃料的动力船舶。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一优选实施例中船用燃料供应系统及其氨BOG回收再利用系统的组成结构示意图。

图中：1为氨燃料舱，2为低压泵，3为换热器，4为高压泵，5为过滤装置，6为主阀，7为FVT阀组单元，8为氨燃料发动机，9为回流冷却器，10为缓冲罐，11为BOG压缩机，12为BOG冷凝器，13为气液分离罐，14为控制阀，15为燃料舱的压力传感器。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

本发明一实施例提供了一种用于船用燃料供应系统的氨BOG回收再利用系统，该系统将氨燃料舱中的氨BOG进行收集并压缩处理，通过再液化技术转化成液氨，输送给高压泵增压后，直接作为氨燃料参与供应至氨燃料发动机进行燃烧，提高氨燃料的利用率。

如图1所示，该实施例提供的用于船用燃料供应系统的氨BOG回收再利用系统，可以包括依次连接的缓冲罐10、BOG压缩机11、BOG冷凝器12、气液分离罐13和控制器14；其中：

缓冲罐10与氨燃料舱1相连接，用于存储氨燃料舱1产生的氨BOG；

BOG压缩机11用于对氨BOG进行增压处理；

BOG冷凝器12用于对增压后的氨BOG进行换热处理，得到满足氨发动机温度要求的包含了氨BOG的液氨；

气液分离罐13用于对包含了氨BOG的液氨进行气液分离，并对罐内气相空间内的氨BOG再一次液化，完成对氨BOG的转化，实现对氨BOG的回收再利用；

控制阀14用于对气液分离罐13中液氨的液位进行控制，对回收的液氨输送至供应系统实现再次利用。

在一优选实施例中，氨燃料舱1内设有压力传感器15，用于监测所述氨燃料舱1内的压力；BOG压缩机11在氨燃料舱1内的压力达到设定值时启动。

在一优选实施例中，BOG压缩机11的出口压力为18～25bar。

在一优选实施例中，BOG冷凝器12采用海水或制冷剂对增压后的氨BOG进行换热处理。

在一优选实施例中，BOG冷凝器12的出口温度为25～45℃。

在一优选实施例中，气液分离罐13对罐内气相空间内的BOG气体再一次液化，包括：

通过对位于罐内顶部的氨BOG进行加压，使得罐内气相空间的氨BOG实现加压液化，完成再一次液化。

在一优选实施例中，对位于罐内顶部的氨BOG进行加压，使得气液分离罐13内的压力控制为27bar左右。本发明一实施例提供了一种用于船用燃料供应系统的氨BOG回收再利用方法，可以包括：

S1，获取氨燃料舱1产生的氨BOG；

S2，对氨BOG进行增压处理；

S3，对增压后的氨BOG进行换热处理，得到满足氨发动机温度要求的包含了氨BOG的液氨；

S4，对包含了氨BOG的液氨进行气液分离，完成对氨BOG的转化，实现对氨BOG的回收再利用。

需要说明的是，本发明提供的方法中的步骤，可以利用系统中对应的装置等予以实现，本领域技术人员可以参照系统的技术方案实现方法的步骤流程，即，系统中的实施例可理解为实现方法的优选例，在此不予赘述。

如图1所示，该实施例提供的用于船用燃料供应系统的氨BOG回收再利用系统，可以包括：缓冲罐10、BOG压缩机11、BOG冷凝器12、气液分离罐13、控制阀14。

作为燃料的液氨储存在常压低温的氨燃料舱1中，当舱内压力过高时，氨BOG输出储存在缓冲罐10中，BOG压缩机11启动运行，对氨BOG进行压缩后，进入BOG冷凝器12进行冷却，转变为液态氨，当温度达到主机的进机要求，再进入气液分离罐13进行分液，最后液态氨输送至氨燃料供给中的高压泵4前参与整个氨燃料供给的循环。

下面对本发明上述实施例提供的技术方案进一步说明。

本发明上述实施例提供的氨BOG回收再利用系统，具体实施方案如下：

在氨燃料储存或者供给的过程，氨燃料舱1挥发的氨BOG将不断聚集在舱室顶部，导致舱室内的压力升高，当氨燃料舱1内的压力传感器15达到设定值时，BOG压缩机11启动，对于舱室内的氨BOG气体进行压缩，经过BOG压缩机11多级压缩后氨BOG气体压力达到与低压泵2一致的压力18～25bar，再进入BOG冷凝器12与海水进行热交换，转变为液态氨，出口温度达到主机的进机要求25～45℃范围内，后进入气液分离罐13进行分液，当气液分离罐13的液位达到设置值时，控制阀14打开，储存在气液分离罐下部的液氨被输送至氨燃料供给中的高压泵4前进行加压，最终将满足设计压力和设计温度的液氨将被输送给发动机8进行燃烧。

本发明部分实施例中，BOG压缩机11设计压力与低压泵2一致，可采用自动控制和手动控制的方式启动。氨燃料舱中的BOG经过压缩再液化处理后，输送至氨燃料供给中进行使用，从根本上提高了燃料的利用率。

本发明部分实施例中，BOG冷凝器12采用船舶上常用的海水进行热交换，通过冷凝器出口的温度传感器调节海水进出口的流量，使冷却后的温度达到主机的进机需求。海水为船舶中最为常用的热交换介质，节省船舶能源的消耗。

本发明部分实施例中，对气液分离罐13的气相空间内施加设定为27bar的压力,对罐内气相空间内的BOG气体进行再一次液化，减少氨气排放到大气中的危害，减少环境污染。

由于主机的需求压力为85bar，若是将液化的氨直接输送至主机进行燃烧，压缩机需要加压到85bar。本发明部分实施例中，气液分离罐13内的液氨被输送至高压泵前参与循环，只需要增压到27bar，再通过高压泵增压的技术，可降低BOG压缩机的设计压力，节省采用高压BOG压缩机的成本。

本发明一实施例提供了一种船用燃料供应系统。

如图1所示，该实施例提供的船用燃料供应系统，可以包括：本发明上述实施例中任一项提供的氨BOG回收再利用系统以及氨燃料供给系统；其中：

氨BOG回收再利用系统设置于氨燃料舱1和氨燃料供给系统之间，用于对氨燃料舱1中产生的氨BOG进行压缩再液化处理，将氨BOG转化为满足氨发动机温度要求的液氨；

氨燃料供给系统设置于氨燃料舱1与氨发动机8之间，并与氨BOG回收再利用系统相连接，用于将氨燃料舱1输出的液氨与氨BOG回收再利用系统转化的液氨混合后进行增压过滤处理，最终将满足氨发动机压力和温度要求的氨燃料输出至氨发动机8。

在一优选实施例中，氨燃料供给系统，包括：从氨燃料舱1至氨发动机8依次设置的低压泵2、换热器3、高压泵4和过滤器5；其中：

低压泵2用于对氨燃料舱1中的液氨进行增压，生成低压液氨；

换热器3用于对低压液氨进行加热或冷却，输出满足氨发动机温度要求的燃料；

高压泵4用于对换热器3输出的燃料和氨BOG回收再利用系统转化的液氨的混合物进行进一步增压，输出满足氨发动机压力要求的燃料；

过滤器5用于对高压泵4输出的燃料进行过滤，最终输出满足氨发动机压力和温度要求的氨燃料。

在一优选实施例中，氨燃料供给系统，还包括如下任意一个或任意多个部件：

-设置于过滤器5和氨发动机8之间的主阀6和/或FVT阀组单元7；其中，主阀6用于氨燃料发动机的紧急切断；FVT阀组单元7用于调节发动机进机的流量和压力以及发动机起动前后的吹扫；

-设置于FVT阀组单元7和换热器3之间的回流冷却器9，其中，回流冷却器9用于将发动机回流的液氨与冷却的冷源进行充分的换热，使冷却后的液氨温度与换热器3的出口温度一致。

在一优选实施例中，主阀6设置于FVT阀组单元7的前端。

本发明上述实施例提供的氨燃料供给系统及其氨BOG回收再利用系统和方法，氨燃料舱中的氨BOG经过压缩再液化处理后，可直接输送进氨燃料供给系统参与氨燃料的生成，用于供应给氨发动机进行燃烧，提高燃料的利用率；氨燃料舱中的氨BOG经过压缩再液化处理后，输送至高压泵前，可降低BOG压缩机11的设计压力，减少使用高压BOG压缩机的成本；BOG冷凝器可选用海水或制冷剂与氨BOG进行热交换，能使冷却后的温度正好满足主机的需求，从而节省船舶能源的消耗。

本发明上述实施例中未尽事宜均为本领域公知技术。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种用于船用燃料供应系统的氨BOG回收再利用系统，其特征在于，包括依次连接的缓冲罐(10)、BOG压缩机(11)、BOG冷凝器(12)、气液分离罐(13)和控制阀(14)；其中：

所述缓冲罐(10)与氨燃料舱(1)相连接，用于存储所述氨燃料舱(1)产生的氨BOG；

所述BOG压缩机(11)用于对所述氨BOG进行增压处理；

所述BOG冷凝器(12)用于对增压后的所述氨BOG进行换热处理，得到满足氨发动机温度要求的包含了氨BOG的液氨；

所述气液分离罐(13)用于对所述包含了氨BOG的液氨进行气液分离，并对罐内气相空间内的氨BOG再一次液化，完成对氨BOG的转化；

所述控制阀(14)用于对所述气液分离罐(13)中液氨的液位进行控制，将回收的液氨输送至供应系统实现再次利用。

2.根据权利要求1所述的用于船用燃料供应系统的氨BOG回收再利用系统，其特征在于，所述氨燃料舱(1)内设有压力传感器(15)，用于监测所述氨燃料舱(1)内的压力；所述BOG压缩机(11)在所述氨燃料舱(1)内的压力达到设定值时启动。

3.根据权利要求1所述的用于船用燃料供应系统的氨BOG回收再利用系统，其特征在于，所述BOG压缩机(11)的出口压力为18～25bar。

4.根据权利要求1所述的用于船用燃料供应系统的氨BOG回收再利用系统，其特征在于，所述BOG冷凝器(12)采用海水或制冷剂对增压后的所述氨BOG进行换热处理。

5.根据权利要求1所述的用于船用燃料供应系统的氨BOG回收再利用系统，其特征在于，所述BOG冷凝器(12)的出口温度为25～45℃。

6.根据权利要求1所述的用于船用燃料供应系统的氨BOG回收再利用系统，其特征在于，所述气液分离罐(13)对罐内气相空间内的氨BOG再一次液化，包括：

通过对位于罐内顶部的氨BOG进行加压，使得所述气液分离罐(13)内的压力控制为27bar，进而使得罐内气相空间的氨BOG实现加压液化，完成再一次液化。

7.一种用于船用燃料供应系统的氨BOG回收再利用方法，其特征在于，包括：

获取氨燃料舱(1)产生的氨BOG；

对所述氨BOG进行增压处理；

对增压后的所述氨BOG进行换热处理，得到满足氨发动机温度要求的包含了氨BOG的液氨；

对所述包含了氨BOG的液氨进行气液分离，完成对氨BOG的转化，实现对氨BOG的回收再利用。

8.一种船用燃料供应系统，其特征在于，包括：权利要求1-6中任一项所述的氨BOG回收再利用系统以及氨燃料供给系统；其中：

所述氨BOG回收再利用系统设置于氨燃料舱(1)和氨燃料供给系统之间，用于对所述氨燃料舱(1)中产生的氨BOG进行压缩再液化处理，将所述氨BOG转化为满足氨发动机温度要求的液氨；

所述氨燃料供给系统设置于氨燃料舱(1)与氨发动机(8)之间，并与所述氨BOG回收再利用系统相连接，用于将所述氨燃料舱(1)输出的液氨与所述氨BOG回收再利用系统转化的液氨混合后进行增压过滤处理，最终将满足氨发动机压力和温度要求的氨燃料输出至所述氨发动机(8)。

9.根据权利要求8所述的船用燃料供应系统，其特征在于，所述氨燃料供给系统，包括：从所述氨燃料舱(1)至所述氨发动机(8)依次设置的低压泵(2)、换热器(3)、高压泵(4)和过滤器(5)；其中：

所述低压泵(2)用于对所述氨燃料舱(1)中的液氨进行增压，生成低压液氨；

所述换热器(3)用于对所述低压液氨进行加热或冷却，输出满足氨发动机温度要求的燃料；

所述高压泵(4)用于对所述换热器(3)输出的燃料和所述氨BOG回收再利用系统转化的液氨的混合物进行进一步增压，输出满足氨发动机压力要求的燃料；

所述过滤器(5)用于对所述高压泵(4)输出的燃料进行过滤，最终输出满足氨发动机压力和温度要求的氨燃料。

10.根据权利要求9所述的船用燃料供应系统，其特征在于，所述氨燃料供给系统，还包括如下任意一个或任意多个部件：

-设置于所述过滤器(5)和所述氨发动机(8)之间的主阀(6)和/或FVT阀组单元(7)；其中，所述主阀(6)用于对氨燃料发动机的紧急切断；所述FVT阀组单元(7)用于调节发动机进机的流量和压力以及发动机起动前后的吹扫；

-设置于所述FVT阀组单元(7)和所述换热器(3)之间的回流冷却器(9)；其中，所述回流冷却器(9)用于将发动机回流的液氨与冷却的冷源进行充分换热，使得冷却后的液氨温度与所述换热器(3)的出口温度一致。

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