CN116639651A - 一种液氨分解制氢氢动力风电运维船 - Google Patents

一种液氨分解制氢氢动力风电运维船 Download PDF

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Abstract

本发明涉及船舶动力技术领域，具体涉及一种液氨分解制氢氢动力风电运维船；包括船体、液氨制氢系统、氢气瓶组、氢气供给系统、氧气供给系统、气体加湿系统、氢燃料电池堆、DC/DC变换器和直流母排配电板，利用液氨源储存液氨，利用蒸发器将液氨减压后蒸发为压力稳定的气态氨，通过换热器利用废热将原料气加热，并对反应重整后的气体降温，裂解炉在催化剂的作用下，加热分解得到氢氮混合气，利用冷却器对混合气冷却，利用钯膜纯化模块除去混合气中的杂质气体，将高纯度的氢气输送至氢气瓶组，将转换得到的氢气作为动力源，不会排放大量的大气污染物，更加绿色环保。

Description

一种液氨分解制氢氢动力风电运维船
技术领域
本发明涉及船舶动力技术领域，尤其涉及一种液氨分解制氢氢动力风电运维船。
背景技术
海上风电场的运维通常需要依靠运维船来帮助运维人员登陆风机基础。
目前，海上运维船的动力来源主要为柴油机、燃气轮机等，在其提供动力的同时还会排放大量的硫氧化物、二氧化碳、氮氧化物、颗粒物等大气污染物，对环境和大气造成严重的污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液氨分解制氢氢动力风电运维船，解决现有技术中的海上运维船的动力来源主要为柴油机、燃气轮机等，在其提供动力的同时还会排放大量的硫氧化物、二氧化碳、氮氧化物、颗粒物等大气污染物，对环境和大气造成严重的污染的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种液氨分解制氢氢动力风电运维船，所述液氨分解制氢氢动力风电运维船包括船体、液氨制氢系统、氢气瓶组、氢气供给系统、氧气供给系统、气体加湿系统、氢燃料电池堆、DC/DC变换器和直流母排配电板，所述液氨制氢系统设置在所述船体上，所述液氨制氢系统的输出端与所述氢气瓶组相连，所述氢气供给系统的输入端与所述氢气瓶组相连，所述氢气供给系统的输出端与所述气体加湿系统相连，所述氧气供给系统的输出端与所述气体加湿系统相连，所述气体加湿系统的输出端与所述氢燃料电池堆相连，所述氢燃料电池堆通过所述DC/DC变换器与所述直流母排配电板相连；
所述液氨制氢系统包括液氨源、蒸发器、换热器、裂解炉、冷却器和钯膜纯化模块，所述蒸发器的输入端与所述液氨源相连，所述蒸发器的输出端与所述换热器相连，所述裂解炉与所述换热器相连，所述换热器的输出端与所述冷却器相连，所述钯膜纯化模块的输入端与所述冷却器相连，所述钯膜纯化模块的输出端与所述氢气瓶组相连；
所述液氨源用于储存液氨；
所述蒸发器用于将液氨减压后蒸发为压力稳定的气态氨；
所述换热器用于利用废热将原料气加热，并对反应重整后的气体降温；
所述裂解炉用于在催化剂的作用下，加热分解得到75％H2和25％N2的氢氮混合气；
所述冷却器用于对混合气冷却；
所述钯膜纯化模块用于除去杂质气体，将高纯度的氢气输送至所述氢气瓶组。
其中，所述氢气瓶组用于储存氢气；
所述氢燃料电池堆用于将氢燃料中的化学能转化为电能；
所述DC/DC变换器用于对氢燃料电池堆产生的电压进行了升压，使其与船舶负载的电压相一致；
所述直流母排配电板用于向所述船体上的设备进行供电；
所述氢气供给系统用于为所述氢燃料电池堆提供氢气；
所述氧气供给系统用于为所述氢燃料电池堆提供氧气；
所述气体加湿系统用于对氢气和氧气进行增温和增湿，提高氧气和氢气在氢燃料电池堆的化学反应更加充分，释放出更多的电能。
其中，所述钯膜纯化模块上设置有杂质气排出口，所述氢燃料电池堆具有氢气排出口和氧气排出口。
其中，所述液氨分解制氢氢动力风电运维船还包括氢气循环系统和氧气循环系统，所述氢气循环系统分别与所述氢气供给系统和所述氢燃料电池堆连接，所述氧气循环系统分别与所述氧气供给系统和所述氢燃料电池堆连接，所述氢气循环系统用于将所述氢燃料电池堆没有完全消耗的氢气进行回收并循环利用，重新送入所述氢燃料电池堆参与化学反应，所述氧气循环系统用于将所述氢燃料电池堆没有完全消耗的氧气进行回收并循环利用，重新送入所述氢燃料电池堆参与化学反应。
其中，所述液氨分解制氢氢动力风电运维船还包括水循环冷却系统，所述水循环冷却系统分别与所述冷却器和所述氢燃料电池堆连接，所述水循环冷却系统用于保证所述氢燃料电池堆的热平衡。
其中，所述液氨分解制氢氢动力风电运维船还包括监控系统，所述监控系统分别与所述氢气瓶组、所述氢气供给系统、所述氧气供给系统、所述气体加湿系统、所述氢燃料电池堆、所述液氨源、所述蒸发器、所述换热器、所述裂解炉、所述冷却器、所述钯膜纯化模块、所述氢气循环系统、所述氧气循环系统和所述水循环冷却系统连接。
本发明的一种液氨分解制氢氢动力风电运维船，包括船体、液氨制氢系统、氢气瓶组、氢气供给系统、氧气供给系统、气体加湿系统、氢燃料电池堆、DC/DC变换器和直流母排配电板，所述液氨制氢系统包括液氨源、蒸发器、换热器、裂解炉、冷却器和钯膜纯化模块，利用所述液氨源储存液氨，利用所述蒸发器将液氨减压后蒸发为压力稳定的气态氨，通过所述换热器利用废热将原料气加热，并对反应重整后的气体降温，所述裂解炉在催化剂的作用下，加热分解得到75％H2和25％N2的氢氮混合气，利用所述冷却器对混合气冷却，利用所述钯膜纯化模块除去混合气中的杂质气体，将高纯度的氢气输送至所述氢气瓶组，从而将转换得到的氢气作为动力源，采用上述结构，通过所述液氨制氢系统使用液氨作为燃料，将液氨减压、冷却转换为气体，将气体加热分解得到氢氧混合气，转换得到的氢气作为动力源，为船提供动力，不会排放大量的大气污染物，更加绿色环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1是本发明提供的液氨分解制氢氢动力风电运维船的平面布置示意图。
图2是本发明提供的液氨分解制氢氢动力风电运维船的动力原理框图。
图3是本发明提供的液氨制氢系统的原理框图。
101-船体、102-液氨制氢系统、103-氢气瓶组、104-氢气供给系统、105-氧气供给系统、106-气体加湿系统、107-氢燃料电池堆、108-DC/DC变换器、109-直流母排配电板、110-液氨源、111-蒸发器、112-换热器、113-裂解炉、114-冷却器、115-钯膜纯化模块、116-杂质气排出口、117-氢气排出口、118-氧气排出口、119-氢气循环系统、120-氧气循环系统、121-水循环冷却系统、122-监控系统。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1至图3，本发明提供一种液氨分解制氢氢动力风电运维船，所述液氨分解制氢氢动力风电运维船包括船体101、液氨制氢系统102、氢气瓶组103、氢气供给系统104、氧气供给系统105、气体加湿系统106、氢燃料电池堆107、DC/DC变换器108和直流母排配电板109，所述液氨制氢系统102设置在所述船体101上，所述液氨制氢系统102的输出端与所述氢气瓶组103相连，所述氢气供给系统104的输入端与所述氢气瓶组103相连，所述氢气供给系统104的输出端与所述气体加湿系统106相连，所述氧气供给系统105的输出端与所述气体加湿系统106相连，所述气体加湿系统106的输出端与所述氢燃料电池堆107相连，所述氢燃料电池堆107通过所述DC/DC变换器108与所述直流母排配电板109相连；
所述液氨制氢系统102包括液氨源110、蒸发器111、换热器112、裂解炉113、冷却器114和钯膜纯化模块115，所述蒸发器111的输入端与所述液氨源110相连，所述蒸发器111的输出端与所述换热器112相连，所述裂解炉113与所述换热器112相连，所述换热器112的输出端与所述冷却器114相连，所述钯膜纯化模块115的输入端与所述冷却器114相连，所述钯膜纯化模块115的输出端与所述氢气瓶组103相连；
所述液氨源110用于储存液氨；
所述蒸发器111用于将液氨减压后蒸发为压力稳定的气态氨；
所述换热器112用于利用废热将原料气加热，并对反应重整后的气体降温；
所述裂解炉113用于在催化剂的作用下，加热分解得到75％H2和25％N2的氢氮混合气；
所述冷却器114用于对混合气冷却；
所述钯膜纯化模块115用于除去杂质气体，将高纯度的氢气输送至所述氢气瓶组103。
在本实施方式中，利用所述液氨源110储存液氨，利用所述蒸发器111将液氨减压后蒸发为压力稳定的气态氨，通过所述换热器112利用废热将原料气加热，并对反应重整后的气体降温，所述裂解炉113在催化剂的作用下，加热分解得到75％H2和25％N2的氢氮混合气，利用所述冷却器114对混合气冷却，利用所述钯膜纯化模块115除去混合气中的杂质气体，将高纯度的氢气输送至所述氢气瓶组103，从而将转换得到的氢气作为动力源，采用上述结构，通过所述液氨制氢系统102使用液氨作为燃料，将液氨减压、冷却转换为气体，将气体加热分解得到氢氧混合气，转换得到的氢气作为动力源，为船提供动力，不会排放大量的大气污染物，更加绿色环保。
进一步的，所述氢气瓶组103用于储存氢气；
所述氢燃料电池堆107用于将氢燃料中的化学能转化为电能；
所述DC/DC变换器108用于对氢燃料电池堆107产生的电压进行了升压，使其与船舶负载的电压相一致；
所述直流母排配电板109用于向所述船体101上的设备进行供电；
所述氢气供给系统104用于为所述氢燃料电池堆107提供氢气；
所述氧气供给系统105用于为所述氢燃料电池堆107提供氧气；
所述气体加湿系统106用于对氢气和氧气进行增温和增湿，提高氧气和氢气在氢燃料电池堆107的化学反应更加充分，释放出更多的电能。
在本实施方式中，所述氢气瓶组103储存氢气，所述氢燃料电池堆107将氢燃料中的化学能转化为电能，所述DC/DC变换器108对氢燃料电池堆107产生的电压进行了升压，使其与船舶负载的电压相一致，所述直流母排配电板109向所述船体101上的设备进行供电，所述氢气供给系统104为所述氢燃料电池堆107提供氢气，所述氧气供给系统105为所述氢燃料电池堆107提供氧气，所述气体加湿系统106对氢气和氧气进行增温和增湿，提高氧气和氢气在氢燃料电池堆107的化学反应更加充分，释放出更多的电能。
进一步的，所述钯膜纯化模块115上设置有杂质气排出口116，所述氢燃料电池堆107具有氢气排出口117和氧气排出口118。
在本实施方式中，通过所述杂质气排出口116排出杂质气，通过所述氢气排出口117排出氢气，通过所述氧气排出口118排出氧气。
进一步的，所述液氨分解制氢氢动力风电运维船还包括氢气循环系统119和氧气循环系统120，所述氢气循环系统119分别与所述氢气供给系统104和所述氢燃料电池堆107连接，所述氧气循环系统120分别与所述氧气供给系统105和所述氢燃料电池堆107连接，所述氢气循环系统119用于将所述氢燃料电池堆107没有完全消耗的氢气进行回收并循环利用，重新送入所述氢燃料电池堆107参与化学反应，所述氧气循环系统120用于将所述氢燃料电池堆107没有完全消耗的氧气进行回收并循环利用，重新送入所述氢燃料电池堆107参与化学反应。
在本实施方式中，通过所述氢气循环系统119将所述氢燃料电池堆107没有完全消耗的氢气进行回收并循环利用，重新送入所述氢燃料电池堆107参与化学反应，通过所述氧气循环系统120将所述氢燃料电池堆107没有完全消耗的氧气进行回收并循环利用，重新送入所述氢燃料电池堆107参与化学反应，从而提高氢气和氧气的利用效率。
进一步的，所述液氨分解制氢氢动力风电运维船还包括水循环冷却系统121，所述水循环冷却系统121分别与所述冷却器114和所述氢燃料电池堆107连接，所述水循环冷却系统121用于保证所述氢燃料电池堆107的热平衡。
在本实施方式中，通过所述水循环冷却系统121保证所述氢燃料电池堆107的热平衡。
进一步的，所述液氨分解制氢氢动力风电运维船还包括监控系统122，所述监控系统122分别与所述氢气瓶组103、所述氢气供给系统104、所述氧气供给系统105、所述气体加湿系统106、所述氢燃料电池堆107、所述液氨源110、所述蒸发器111、所述换热器112、所述裂解炉113、所述冷却器114、所述钯膜纯化模块115、所述氢气循环系统119、所述氧气循环系统120和所述水循环冷却系统121连接。
在本实施方式中，使用所述监控系统122对所述氢气瓶组103、所述氢气供给系统104、所述氧气供给系统105、所述气体加湿系统106、所述氢燃料电池堆107、所述液氨源110、所述蒸发器111、所述换热器112、所述裂解炉113、所述冷却器114、所述钯膜纯化模块115、所述氢气循环系统119、所述氧气循环系统120和所述水循环冷却系统121进行监控，以确保工作人员可通过所述监控系统122对液氨分解制氢过程和利用氢气作为所述船体101的动力源的过程进行监控。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种液氨分解制氢氢动力风电运维船，其特征在于，
包括船体、液氨制氢系统、氢气瓶组、氢气供给系统、氧气供给系统、气体加湿系统、氢燃料电池堆、DC/DC变换器和直流母排配电板，所述液氨制氢系统设置在所述船体上，所述液氨制氢系统的输出端与所述氢气瓶组相连，所述氢气供给系统的输入端与所述氢气瓶组相连，所述氢气供给系统的输出端与所述气体加湿系统相连，所述氧气供给系统的输出端与所述气体加湿系统相连，所述气体加湿系统的输出端与所述氢燃料电池堆相连，所述氢燃料电池堆通过所述DC/DC变换器与所述直流母排配电板相连；
所述液氨制氢系统包括液氨源、蒸发器、换热器、裂解炉、冷却器和钯膜纯化模块，所述蒸发器的输入端与所述液氨源相连，所述蒸发器的输出端与所述换热器相连，所述裂解炉与所述换热器相连，所述换热器的输出端与所述冷却器相连，所述钯膜纯化模块的输入端与所述冷却器相连，所述钯膜纯化模块的输出端与所述氢气瓶组相连；
所述液氨源用于储存液氨；
所述蒸发器用于将液氨减压后蒸发为压力稳定的气态氨；
所述换热器用于利用废热将原料气加热，并对反应重整后的气体降温；
所述裂解炉用于在催化剂的作用下，加热分解得到75％H2和25％N2的氢氮混合气；
所述冷却器用于对混合气冷却；
所述钯膜纯化模块用于除去杂质气体，将高纯度的氢气输送至所述氢气瓶组。
2.如权利要求1所述的液氨分解制氢氢动力风电运维船，其特征在于，
所述氢气瓶组用于储存氢气；
所述氢燃料电池堆用于将氢燃料中的化学能转化为电能；
所述DC/DC变换器用于对氢燃料电池堆产生的电压进行了升压，使其与船舶负载的电压相一致；
所述直流母排配电板用于向所述船体上的设备进行供电；
所述氢气供给系统用于为所述氢燃料电池堆提供氢气；
所述氧气供给系统用于为所述氢燃料电池堆提供氧气；
所述气体加湿系统用于对氢气和氧气进行增温和增湿，提高氧气和氢气在氢燃料电池堆的化学反应更加充分，释放出更多的电能。
3.如权利要求2所述的液氨分解制氢氢动力风电运维船，其特征在于，
所述钯膜纯化模块上设置有杂质气排出口，所述氢燃料电池堆具有氢气排出口和氧气排出口。
4.如权利要求3所述的液氨分解制氢氢动力风电运维船，其特征在于，
所述液氨分解制氢氢动力风电运维船还包括氢气循环系统和氧气循环系统，所述氢气循环系统分别与所述氢气供给系统和所述氢燃料电池堆连接，所述氧气循环系统分别与所述氧气供给系统和所述氢燃料电池堆连接，所述氢气循环系统用于将所述氢燃料电池堆没有完全消耗的氢气进行回收并循环利用，重新送入所述氢燃料电池堆参与化学反应，所述氧气循环系统用于将所述氢燃料电池堆没有完全消耗的氧气进行回收并循环利用，重新送入所述氢燃料电池堆参与化学反应。
5.如权利要求4所述的液氨分解制氢氢动力风电运维船，其特征在于，
所述液氨分解制氢氢动力风电运维船还包括水循环冷却系统，所述水循环冷却系统分别与所述冷却器和所述氢燃料电池堆连接，所述水循环冷却系统用于保证所述氢燃料电池堆的热平衡。
6.如权利要求5所述的液氨分解制氢氢动力风电运维船，其特征在于，
所述液氨分解制氢氢动力风电运维船还包括监控系统，所述监控系统分别与所述氢气瓶组、所述氢气供给系统、所述氧气供给系统、所述气体加湿系统、所述氢燃料电池堆、所述液氨源、所述蒸发器、所述换热器、所述裂解炉、所述冷却器、所述钯膜纯化模块、所述氢气循环系统、所述氧气循环系统和所述水循环冷却系统连接。
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