CN117053494A - 一种氨气再液化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种氨气再液化系统，包括依次连接的液氨储罐、氨气压缩机和氨气冷却器，所述氨气冷却器通过节流膨胀阀门与液氨储罐连接；其中：液氨储罐用于存储氨燃料；氨气压缩机与液氨储罐相连接，用于将液氨储罐中输出的氨气进行增压，得到高温高压氨气，输出压力1.0‑1.6MPaG；氨气冷却器用于将高温高压氨气进行冷却，得到液氨；节流膨胀阀门用于将氨气冷却器输出的液氨进行减压处理，得到低压液氨和蒸汽；液氨储罐回收低压液氨和蒸汽，实现氨气的再液化。本发明通过对液氨储罐内的氨气进行压缩、冷却、节流膨胀等工艺流程，实现氨气的液化，解决液氨低温存储过程中压力升高引起的安全难题。

Description

一种氨气再液化系统及方法

技术领域

本发明涉及氨燃料供应系统技术领域，具体涉及一种氨气再液化系统及方法。

背景技术

氨燃料作为一种零碳燃料正在成为发动机的一种极具潜力的替代燃料，尤其是船舶行业。目前，为了减少燃料占用体积，船用的氨燃料是以低温液态形式储存的，在液氨的低温存储过程中，氨燃料会由于外部热量传入，造成氨燃料储罐压力升高，从而引起存储的安全难题。

CN111392019A公开了一种清洁排放的船舶动力系统，其包括有氨气液化系统，该系统包括液氨燃料储罐、氨气预冷却器和氨气液化装置，但是该氨气预冷却器的换热需要适配氨燃料供给系统才能运行，装备复杂，而且氨气液化装置也未给出具体的实施方式。CN115487650A公开了船用氨气放空回收系统的氨气放空回收方法，包括：带有氨气的混合气体流向氨气液化罐进行储存；通过氮气吹扫管对氨气液化罐进行加压，一部分氨气转化为液氨进行循环利用，其他未转化氨气被放空排放；该系统液化效率低、氨气浪费率高。CN115675812A公开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，但是该系统还需要另外配置加压装置对气液分离罐中的氨BOG再一次液化，从而实现氨BOG回收效率的提升。

综上所述，现有的氨气再液化系统复杂，系统运行成本高。

发明内容

本发明目的在于提供一种氨气再液化系统及方法，能够安全环保、节能可靠地解决液氨低温存储过程中的压力升高的技术问题。该系统适用于装备在使用氨燃料发动机的氨燃料动力船舶、氨燃料运输船舶和氨燃料电站等场合。

本发明提供一种氨气再液化系统，包括依次连接的液氨储罐、氨气压缩机和氨气冷却器，所述氨气冷却器通过节流膨胀阀门与液氨储罐连接；其中：

液氨储罐用于存储氨燃料；

氨气压缩机用于将液氨储罐中输出的氨气进行增压，得到高温高压氨气；

氨气冷却器用于将高温高压氨气进行冷却，得到液氨；

节流膨胀阀门用于将氨气冷却器输出的液氨进行减压处理，得到低压液氨和蒸汽；

液氨储罐回收低压液氨和蒸汽，实现氨气的再液化。

在一优选实施例中，一种氨气再液化系统，还包括氨气加热器，设置在液氨储罐和氨气压缩机之间；所述氨气加热器用于将液氨储罐输出的氨气加热到氨气压缩机所需的进气温度范围。

在一优选实施例中，一种船用氨燃料再液化系统，还包括液氨收集储罐，设置在氨气冷却器和节流膨胀阀门之间；所述液氨收集储罐用于存储冷却后的液氨。

在一优选实施例中，所述氨气冷却器的冷却介质是常温海水或其它冷却介质，介质温度低于40℃。

在一优选实施例中，所述系统采用多级增压冷却方式，在液氨储罐和节流膨胀阀门间设置多级氨气压缩机和多个冷却器。

在一优选实施例中，所述高温高压氨气的输出压力为1.0-1.6MPaG；所述液氨储罐的正常工作温度低于0℃，正常工作压力低于0.5MPaG。

本发明还提供了一种氨气再液化方法，包括：

S1，获取液氨储罐输出的氨气，并进行增压，得到高温高压氨气；

S2，对高温高压氨气进行冷却，得到高压液氨；

S3，对高压液氨进行减压处理，得到低压液氨和蒸汽；

S4，液氨储罐回收低压液氨和蒸汽；

S5，循环执行上述步骤S1～S4，直至液氨储罐达到正常工作压力。

在一优选实施例中，一种氨气再液化方法，所述步骤S1中，对氨气进行增压前，先将获取的氨气进行加热，得到加热氨气，然后对加热氨气在进行增加，得到高温高压氨气。

在一优选实施例中，所述步骤S2中，冷却采用的冷却介质是常温海水，介质温度低于40℃。

在一优选实施例中，所述系统采用多级增压冷却方式，即在S1步骤内可以采用多级增压和级间冷却。

在一优选实施例中，所述高温高压氨气的输出压力为1.0-1.6MPaG；所述液氨储罐的正常工作温度低于0℃，正常工作压力低于0.5MPaG。

本发明的有益效果：

本发明通过对液氨储罐内的氨气进行压缩、冷却、节流膨胀等工艺流程，实现氨气的液化，整套系统再液化效果好、工艺流程简单、易于操作、设备投入少，解决液氨低温存储过程中压力升高引起的安全难题。本发明采用常温冷却介质，降低了氨气液化的工艺复杂程度和系统运行成本。本发明部分实施例中，高温高压氨气的输出压力为1.0-1.6MPaG，可降低氨气压缩机的设计压力，节省氨气压缩机的成本。

附图说明

图1为本发明一实施例中氨气再液化系统的组成结构示意图；

图2为本发明另一实施例中氨气再液化系统的组成结构示意图；

图例说明：

1-液氨储罐；2-氨气压缩机；3-氨气冷却器；4-节流膨胀阀门；5-氨气加热器；6-液氨收集储罐。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明一实施例提供了一种氨气再液化系统，该系统将液氨储罐中形成的氨气进行压缩、冷却、减压等处理后再回到液氨储罐，提高了氨燃料的利用率。

如图1所示，该实施例提供的一种氨气再液化系统，包括依次连接的液氨储罐1、氨气压缩机2和氨气冷却器3，氨气冷却器3通过节流膨胀阀门4与液氨储罐1连接；其中：

液氨储罐1为低温液氨储罐，用于存储氨燃料，正常工作温度低于0℃和正常工作压力低于0.5MPaG；

氨气压缩机2与液氨储罐1相连接，用于将液氨储罐1中输出的氨气进行增压处理，输出压力1.0-1.6MPaG；

氨气冷却器3与氨气压缩机2相连接，用于将氨气压缩机2中输出的高温高压氨气进行冷却处理；

节流膨胀阀门4与氨气冷却器3相连接，用于将氨气冷却器3输出的液氨进行减压处理，减压处理后一部分液氨气化产生蒸汽；

节流膨胀阀门4还与液氨储罐1相连接，用于将减压处理得到的液氨和蒸汽送回液氨储罐1，液氨储罐1获得冷能，从而实现氨气的再液化，实现对氨气的回收。

如图2所示，优选的，该实施例提供的一种氨气再液化系统，包括依次连接的液氨储罐1、氨气加热器5、氨气压缩机2、氨气冷却器3和液氨收集储罐6，液氨收集储罐6通过节流膨胀阀门4与液氨储罐1连接；其中：

液氨储罐1为低温液氨储罐，用于存储氨燃料，正常工作温度低于0℃和正常工作压力低于0.5MPaG；

氨气加热器5与液氨储罐1相连接，用于将液氨储罐1中输出的氨气进行加热处理；

氨气压缩机2与氨气加热器5相连接，用于将氨气加热器5中输出的加热氨气进行增压处理，输出压力1.0-1.6MPaG；

氨气冷却器3与氨气压缩机2相连接，用于将氨气压缩机2中输出的高温高压氨气进行冷却处理；

液氨收集储罐6与氨气冷却器3相连接，用于将氨气冷却器3中输出的液氨进行存储；

节流膨胀阀门4与液氨收集储罐6相连接，用于将液氨收集储罐6输出的液氨进行减压处理，减压处理后一部分液氨气化产生蒸汽；

节流膨胀阀门4还与液氨储罐1相连接，用于将减压处理得到的液氨和蒸汽送回液氨储罐1，液氨储罐1获得冷能，从而实现氨气的再液化，实现对氨气的回收。

本发明部分实施例中，氨气压缩机2为达到1.0-1.6MPaG的输出压力，可以是一级压缩，也可以是多级压缩。如果是多级压缩，各级间可以设置级间冷却器对压缩后的氨气进行冷却。

本发明部分实施例中，氨气冷却器3的冷却介质可以是常温海水或其它易于获得的介质，介质温度低于40℃。

本发明部分实施例中，液氨储罐1和氨气压缩机2之间设置氨气加热器5，用于将液氨储罐1输出的氨气加热到氨气压缩机2所需的进气温度范围，可以提升氨气压缩机2的压缩效率，减轻氨气压缩机2的工作负荷。

本发明部分实施例中，氨气冷却器3和节流膨胀阀门4之间设置液氨收集储罐6，用于存储冷却后液氨，该液氨除用于节流膨胀阀门4做减压处理外，其他多出的部分还可以用于其他。液氨收集储罐6的设置还有助于收集氨气冷却器3中可能残留的未液化的氨气，可以再通过回流到氨气压缩机2的进气管路，再进行压缩冷却。

本发明部分实施例中，一种氨气再液化系统除了包括依次连接的液氨储罐1、氨气加热器5、氨气压缩机2和氨气冷却器3，氨气冷却器3通过节流膨胀阀门4与液氨储罐1连接；该系统不含有液氨收集储罐6，各装置在系统中的连接关系和作用，可以参考上述实施例，在此不予赘述。

本发明部分实施例中，一种氨气再液化系统除了包括依次连接的液氨储罐1、氨气压缩机2、氨气冷却器3和液氨收集储罐6，液氨收集储罐6通过节流膨胀阀门4与液氨储罐1连接；该系统不含有氨气加热器5，各装置在系统中的连接关系和作用，可以参考上述实施例，在此不予赘述。

本发明一实施例提供了一种氨气再液化方法，可以包括：

S1，氨气压缩机2获取液氨储罐1输出的氨气，并进行增压，得到高温高压氨气；

S2，氨气冷却器3对高温高压氨气进行冷却，得到高压液氨；

S3，节流膨胀阀门4对高压液氨进行减压处理，得到低压液氨和蒸汽；

S4，液氨储罐1回收压液氨和蒸汽，实现氨气的再液化；

S5，循环执行上述步骤，直至液氨储罐1处于正常工作压力。

本发明另一实施例提供了一种氨气再液化方法，可以包括：

S1，氨气加热器5获取液氨储罐1输出的氨气，并进行加热，得到加热氨气；

S2，氨气压缩机2对加热氨气进行增压，得到高温高压氨气；

S3，氨气冷却器3对高温高压氨气进行冷却，得到高压液氨；

S4，节流膨胀阀门4对高压液氨进行减压处理，得到低压液氨和蒸汽；

S5，液氨储罐1回收压液氨和蒸汽，实现氨气的再液化；

S6，循环执行上述步骤，直至液氨储罐1处于正常工作压力。

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。

本发明上述实施例提供的氨气再液化系统及方法，液氨储罐中压力超过工作压力时，氨气释出，进入氨气压缩机压缩，再利用易于获得的海水或其他冷却介质进行冷却后获得液氨，再通过节流膨胀阀门获得节流减压的同时获得冷源，流回液氨储罐，从而降低液氨储罐中温度和压力，使得液氨储罐回收氨气的同时到达正常工作温度和正常工作压力，整套系统再液化效果好、工艺流程简单、易于操作、设备投入少，解决了液氨低温存储过程中压力升高引起的安全难题。

Claims (10)

1.一种氨气再液化系统，其特征在于，包括依次连接的液氨储罐、氨气压缩机和氨气冷却器，所述氨气冷却器通过节流膨胀阀门与所述液氨储罐连接；其中：

所述氨气压缩机用于将所述液氨储罐中输出的氨气进行增压，得到高温高压氨气；

所述氨气冷却器用于将所述高温高压氨气进行冷却，得到液氨；

所述节流膨胀阀门用于将所述氨气冷却器输出的液氨进行减压处理，得到低压液氨和蒸汽；

所述液氨储罐用于存储氨燃料，通过回收所述低压液氨和蒸汽实现氨气的再液化。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括氨气加热器，所述氨气加热器设置在所述液氨储罐和所述氨气压缩机之间，所述氨气加热器用于将所述液氨储罐输出的氨气加热到所述氨气压缩机所需的进气温度范围。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括液氨收集储罐，所述液氨收集储罐设置在所述氨气冷却器和所述节流膨胀阀门之间，所述液氨收集储罐用于存储冷却后的高压液氨。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氨气冷却器的冷却介质是常温海水或其它冷却介质，介质温度低于40℃。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高温高压氨气的输出压力为1.0-1.6MPaG；所述液氨储罐的正常工作温度低于0℃，正常工作压力低于0.5MPaG。

6.一种氨气再液化方法，其特征在于，包括：

S1，获取液氨储罐输出的氨气，并进行增压，得到高温高压氨气；

S2，对高温高压氨气进行冷却，得到高压液氨；

S3，对高压液氨进行减压处理，得到低压液氨和蒸汽；

S4，液氨储罐回收低压液氨和蒸汽；

S5，循环执行上述步骤S1～S4，直至液氨储罐达到正常工作压力。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，对所述氨气进行增压前，先将获取的氨气进行加热，得到加热氨气，然后对加热氨气再进行增压，得到高温高压氨气。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，冷却采用的冷却介质是常温海水或其它冷却介质，介质温度低于40℃。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述系统采用多级增压冷却方式，即在S1步骤内可以采用多级增压和级间冷却。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述高温高压氨气的输出压力为1.0-1.6MPaG；所述液氨储罐的正常工作温度低于0℃，正常工作压力低于0.5MPaG。