CN217367742U - 一种适用于lng动力原油船的梯级利用lng冷能回收voc系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于LNG动力原油船的梯级利用LNG冷能回收VOC系统，包括储罐，所述储罐连接有一级冷却器，所述一级冷却器连接有一级分离器，所述一级冷却器的循环水出口连接循环泵，所述循环泵连接多流股板式换热器。有益效果：本申请中的VOC冷凝经过四级冷却，温度逐级降低，充分利用不同梯度的冷能，每级冷却后经过一级分离，得到四种产物和超低VOC浓度的尾气，经过冷凝回收处理后的尾气VOC体积含量由20%降低到1%以下，使液相产物和尾气余冷得到回收利用，得到的产物和尾气接近常温，避免了对人员和设备的低温冻伤风险，同时回收的液相产物可以用作双燃料发动机燃料，从而节省航行LNG燃料消耗，干净尾气直接达标排放。

Description

一种适用于LNG动力原油船的梯级利用LNG冷能回收VOC系统

技术领域

本实用新型涉及海洋环境保护技术领域，具体来说，涉及一种适用于LNG动力原油船的梯级利用LNG冷能回收VOC系统。

背景技术

在输送原油的油船中，原油蒸汽压力超过油舱的许用压力时，油气挥发气（VOC）会通过安全阀排入大气。VOC中含有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、丙烯、丁烯等碳氢化合物。其中甲烷属于比二氧化碳温室效应更强的温室气体，其余气体在阳光作用下与氮氧化物发生光氧化反应生成臭氧烟雾，对环境造成危害。另外，过量的臭氧烟雾会对人的呼吸系统产生破坏作用，达到一定浓度甚至会造成生命危险。可见VOC的排放不仅造成环境污染，影响安全生产和人员健康，而且浪费能源。随着大气污染控制标准的日趋严格，航运界对油船运载中造成的VOC排放日益关注。MARPOL 73/78公约附则VI规定：如缔约国决定对货物蒸汽加以控制，使用的码头和船舶均需要配备根据《蒸汽排放控制系统安全标准》主管机关认可的蒸汽排放控制系统，被要求控制货物蒸汽的液货船需配备主管机关根据MSC/Circ.585认可的蒸汽排放收集系统。

原油船产生的VOC主要来自于货油装卸和船舶航行过程中。具体包括装卸中货舱内压力变化引起的“大呼吸”和航行中温度压力变化引起的“小呼吸”。其中装载过程中产生的VOC所占比重最大，但是可以利用岸上的油气回收系统进行处理。航行过程中“小呼吸”释放的VOC目前采取的措施普遍是通过技术手段抑制VOC的产生，VOC冷凝回收的应用较少。抑制VOC的产生只能有限的减少生成量，最终排放大气的浓度较高。已知的VOC冷凝回收的冷源以氮气和丙烷为主，该类工艺需要配备独立的制冷剂循环装置，用到压缩机、膨胀机等设备，设备投资和能耗较大。由于投资回报期长，占用船体空间较大等原因，在推广应用过程中诸多受限。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

针对相关技术中的问题，本实用新型提出一种适用于LNG动力原油船的梯级利用LNG冷能回收VOC系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种适用于LNG动力原油船的梯级利用LNG冷能回收VOC系统，包括储罐，所述储罐连接有一级冷却器，所述一级冷却器连接有一级分离器，所述一级冷却器的循环水出口连接循环泵，所述循环泵连接多流股板式换热器，所述一级冷却器与所述多流股板式换热器连接，所述多流股板式换热器的冷流股出口连接有燃料系统，所述一级分离器的一端与所述多流股板式换热器连接，所述一级分离器的另一端连接有二级冷却器，所述二级冷却器连接二级分离器，所述二级分离器的一端连接所述多流股板式换热器，所述二级分离器的另一端连接有三级冷却器，所述三级冷却器上分别连接有透气桅和三级分离器，所述三级分离器的一端与所述多流股板式换热器连接，所述三级分离器的另一端连接有四级冷却器，所述四级冷却器与所述二级冷却器连接，所述四级冷却器连接有四级分离器，所述四级分离器与所述三级冷却器连接，所述四级分离器的另一端与所述多流股板式换热器连接。

进一步的，所述一级冷却器和所述一级分离器所处的温度区间为0℃～5℃，所述二级冷却器和所述二级分离器温度处于第二温度区间，且第二温度区间温度比第一温度区间低55～65℃，所述三级冷却器和所述三级分离器所处的第三温度区间温度比第二温度区间低20～30℃，所述四级冷却器和所述四级分离器所处的第四温度区间比第三温度区间温度低40～50℃。

进一步的，所述一级冷却器采用低温循环水，循环水温度0～20℃，循环水优选乙二醇水溶液或海水，所述二级冷却器采用LNG的二次换热，所述三级冷却器采用洁净尾气，所述四级冷却器采用LNG的一次换热。

进一步的，所述多流股板式换热器有一个热流股和四个冷流股，且所述热流股是循环水。

本实用新型提供了一种适用于LNG动力原油船的梯级利用LNG冷能回收VOC系统，有益效果如下：

（1）、本申请利用LNG动力船燃料气化过程中产生的冷能冷凝VOC， VOC冷凝经过四级冷却，温度逐级降低，充分利用不同梯度的冷能，每级冷却后经过一级分离，得到四种产物和超低VOC浓度的尾气，经过冷凝回收处理后的尾气VOC体积含量由20%降低到1%以下，使液相产物和尾气余冷得到回收利用，得到的产物和尾气接近常温，避免了对人员和设备的低温冻伤风险，同时回收的液相产物可以用作双燃料发动机燃料，从而节省航行LNG燃料消耗，干净尾气直接达标排放。

（2）、所述一级冷却器和所述一级分离器所处的温度区间为0℃～5℃，所述二级冷却器和所述二级分离器温度处于第二温度区间，且第二温度区间温度比第一温度区间低55～65℃，所述三级冷却器和所述三级分离器所处的第三温度区间温度比第二温度区间低20～30℃，所述四级冷却器和所述四级分离器所处的第四温度区间比第三温度区间温度低40～50℃。

（3）、所述一级冷却器采用低温循环水，循环水温度0～20℃，循环水优选乙二醇水溶液或海水，所述二级冷却器采用LNG的二次换热，所述三级冷却器采用洁净尾气，所述四级冷却器采用LNG的一次换热。

（4）、所述多流股板式换热器有一个热流股和四个冷流股，且所述热流股是循环水。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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是根据本实用新型实施例的一种适用于LNG动力原油船的梯级利用LNG冷能回收VOC系统的流程图。

图中：

1、储罐；2、一级冷却器；3、一级分离器；4、循环泵；5、多流股板式换热器；6、二级冷却器；7、二级分离器；8、三级冷却器；9、透气桅；10、三级分离器；11、四级冷却器；12、四级分离器；13、燃料系统。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做出进一步的描述：

实施例一：

请参阅图1，根据本实用新型实施例的一种适用于LNG动力原油船的梯级利用LNG冷能回收VOC系统，包括储罐1，所述储罐1连接有一级冷却器2，所述一级冷却器2连接有一级分离器3，所述一级冷却器2的循环水出口连接循环泵4，所述循环泵4连接多流股板式换热器5，所述一级冷却器2与所述多流股板式换热器5连接，所述多流股板式换热器5的冷流股出口连接有燃料系统13，所述一级分离器3的一端与所述多流股换热器5的冷流股入口连接，所述一级分离器3的另一端连接有二级冷却器6，所述二级冷却器6连接二级分离器7，所述二级分离器7的一端连接所述多流股板式换热器5，所述二级分离器7的另一端连接有三级冷却器8，所述三级冷却器8上分别连接有透气桅9和三级分离器10，所述三级分离器10的一端与所述多流股板式换热器5连接，所述三级分离器10的另一端连接有四级冷却器11，所述四级冷却器11与所述二级冷却器6连接，所述四级冷却器11连接有四级分离器12，所述四级分离器12与所述三级冷却器8连接，所述四级分离器12的另一端与所述多流股板式换热器5连接。

通过本实用新型的上述方案，通过采用分级冷却分离工艺，充分利用不同温度的冷源，得到不同温度区间下对应的产物和洁净的尾气，其中通过一级冷却器2、二级冷却器6、三级冷却器8和四级冷却器11将含VOC油气冷却到四个温度区间，通过一级分离器3、二级分离器7、三级分离器10和四级分离器12分别对四个温度区间内的VOC油气进行气液分离，每一级处于一个温度区间，包含一个冷却器和一个分离器，先冷却后分离，第一种产物以己烷、戊烷、丁烷、丁烯等烃类组分为主；第二种产物主要组成为戊烷、丁烯、己烷、丁烷等烃类和少量水分、微量氮气、氧气；第三种产物主要组成为丁烯、丁烷、戊烷、己烷等烃类和微量的水分、氮气、氧气；第四种产物主要组成为丁烯、丁烷、戊烷、丙烷等烃类和微量氮气、氧气，本申请中的VOC冷凝经过四级冷却，温度逐级降低，充分利用不同梯度的冷能。每级冷却后经过一级分离，得到四种产物和超低VOC浓度的尾气，经过冷凝回收处理后的尾气VOC体积含量由20%降低到1%以下，使液相产物和尾气余冷得到回收利用，得到的产物和尾气接近常温，避免了对人员和设备的低温冻伤风险，同时回收的液相产物可以用作双燃料发动机燃料，从而节省航行LNG燃料消耗，干净尾气直接达标排放。

实施例二：

如图1所示，所述储罐1连接有一级冷却器2，所述一级冷却器2连接有一级分离器3，所述一级冷却器2的循环水出口连接循环泵4，所述循环泵4连接多流股板式换热器5，所述一级冷却器2与所述多流股板式换热器5连接，所述多流股板式换热器5的冷流股出口连接有燃料系统13，所述一级分离器3的一端与所述多流股换热器5的冷流股入口连接，所述一级分离器3的另一端连接有二级冷却器6，所述二级冷却器6连接二级分离器7，所述二级分离器7的一端连接所述多流股板式换热器5，所述二级分离器7的另一端连接有三级冷却器8，所述三级冷却器8上分别连接有透气桅9和三级分离器10，所述三级分离器10的一端与所述多流股板式换热器5连接，所述三级分离器10的另一端连接有四级冷却器11，所述四级冷却器11与所述二级冷却器6连接，所述四级冷却器11连接有四级分离器12，所述四级分离器12与所述三级冷却器8连接，所述四级分离器12的另一端与所述多流股板式换热器5连接，所述一级冷却器2和所述一级分离器3所处的温度区间为0℃～5℃，所述二级冷却器6和所述二级分离器7温度处于第二温度区间，且第二温度区间温度比第一温度区间低55～65℃，所述三级冷却器8和所述三级分离器10所处的第三温度区间温度比第二温度区间低20～30℃，所述四级冷却器11和所述四级分离器12所处的第四温度区间比第三温度区间温度低40～50℃；

实施例三：

如图1所示，所述储罐1连接有一级冷却器2，所述一级冷却器2连接有一级分离器3，所述一级冷却器2的循环水出口连接循环泵4，所述循环泵4连接多流股板式换热器5，所述一级冷却器2与所述多流股板式换热器5连接，所述多流股板式换热器5的冷流股出口连接有燃料系统13，所述一级分离器3的一端与所述多流股换热器5的冷流股入口连接，所述一级分离器3的另一端连接有二级冷却器6，所述二级冷却器6连接二级分离器7，所述二级分离器7的一端连接所述多流股板式换热器5，所述二级分离器7的另一端连接有三级冷却器8，所述三级冷却器8上分别连接有透气桅9和三级分离器10，所述三级分离器10的一端与所述多流股板式换热器5连接，所述三级分离器10的另一端连接有四级冷却器11，所述四级冷却器11与所述二级冷却器6连接，所述四级冷却器11连接有四级分离器12，所述四级分离器12与所述三级冷却器8连接，所述四级分离器12的另一端与所述多流股板式换热器5连接，所述一级冷却器2采用低温循环水，循环水温度0～20℃，循环水优选乙二醇水溶液或海水，所述二级冷却器6采用LNG的二次换热，所述三级冷却器8采用洁净尾气，所述四级冷却器11采用LNG的一次换热；

实施例四：

如图1所示，所述储罐1连接有一级冷却器2，所述一级冷却器2连接有一级分离器3，所述一级冷却器2的循环水出口连接循环泵4，所述循环泵4连接多流股板式换热器5，所述一级冷却器2与所述多流股板式换热器5连接，所述多流股板式换热器5的冷流股出口连接有燃料系统13，所述一级分离器3的一端与所述多流股换热器5的冷流股入口连接，所述一级分离器3的另一端连接有二级冷却器6，所述二级冷却器6连接二级分离器7，所述二级分离器7的一端连接所述多流股板式换热器5，所述二级分离器7的另一端连接有三级冷却器8，所述三级冷却器8上分别连接有透气桅9和三级分离器10，所述三级分离器10的一端与所述多流股板式换热器5连接，所述三级分离器10的另一端连接有四级冷却器11，所述四级冷却器11与所述二级冷却器6连接，所述四级冷却器11连接有四级分离器12，所述四级分离器12与所述三级冷却器8连接，所述四级分离器12的另一端与所述多流股板式换热器5连接，所述多流股板式换热器5有一个热流股和四个冷流股，且所述热流股是循环水。

在实际应用时，本申请采用分级冷却分离工艺，充分利用不同温度的冷源，得到不同温度区间下对应的产物和洁净的尾气，其中通过一级冷却器2、二级冷却器6、三级冷却器8和四级冷却器11将含VOC油气冷却到四个温度区间，通过一级分离器3、二级分离器7、三级分离器10和四级分离器12分别对四个温度区间内的VOC油气进行气液分离，每一级处于一个温度区间，包含一个冷却器和一个分离器，先冷却后分离，第一种产物以己烷、戊烷、丁烷、丁烯等烃类组分为主；第二种产物主要组成为戊烷、丁烯、己烷、丁烷等烃类和少量水分、微量氮气、氧气；第三种产物主要组成为丁烯、丁烷、戊烷、己烷等烃类和微量的水分、氮气、氧气；第四种产物主要组成为丁烯、丁烷、戊烷、丙烷等烃类和微量氮气、氧气，本申请中，VOC冷凝经过四级冷却，温度逐级降低，充分利用不同梯度的冷能。每级冷却后经过一级分离，得到四种产物和超低VOC浓度的尾气，经过冷凝回收处理后的尾气VOC体积含量由20%降低到1%以下，使液相产物和尾气余冷得到回收利用，得到的产物和尾气接近常温，避免了对人员和设备的低温冻伤风险，同时回收的液相产物可以用作双燃料发动机燃料，从而节省航行LNG燃料消耗，干净尾气直接达标排放。

实施例五具体应用实例：

本实施案例提供一种15.8万载重吨的油船VOC回收方案。油货舱含VOC油气的排放量大约1600kg/h，其中含VOC约881kg/h。VOC油气从油货舱油气收集系统排出后，先经过一级冷却器2冷却至5℃，冷却冷能采用低温循环水，循环水为乙二醇水溶液。冷却后进一级分离器3,一级分离器3操作压力110～115KPa，液相为分离出的第一种产物，该产物以己烷、戊烷、丁烷、丁烯等烃类组分为主。气相物流去二级冷却器6继续降温。

一级分离器3的气相物流进二级冷却器6降温，冷却的冷能来自LNG的二次换热，LNG的需用量约950kg/h。冷却后温度-55℃，进入二级分离器7进行气液分离。二级分离器7操作压力为108-112KPa。分离得到第二种产物，该产物主要组成为戊烷、丁烯、己烷、丁烷等烃类和少量水分、微量氮气、氧气。气相物流到三级冷却器8继续降温。

二级分离器7的气相物流进三级冷却器8降温，冷却的冷能来自四级分离器12的气相物流，冷却后的温度为-80℃。然后进入三级分离器10气液分离。三级分离器10操作压力105-110KPa。分离出第三种产物主要组成为丁烯、丁烷、戊烷、己烷等烃类和微量水分、氮气、氧气。气相物流到下游四级冷却器11继续降温。

三级分离器10的气相物流进四级冷却器11继续降温，冷却的冷能来自LNG的一次换热，冷却后的温度-120℃。降温后进四级分离器12气液分离，四级分离器12的操作压力101-110KPa。分离出第四种产物，主要组成为丁烯、丁烷、戊烷、丙烷等烃类和微量氮气、氧气。未液化的气相主要组成为氮气、氧气和微量的甲烷、乙烷、丙烷等组分。

该实施案例LNG为VOC冷凝提供了107KW的冷量，意味着在燃料气化方面可节省107KW的蒸汽热量。该实施案例从洁净尾气中回收10KW的-65℃以下的中品位低温冷量用于冷凝VOC，避免了其他制冷剂的使用。该实施案例从液相产物中回收41KW的冷量用于冷却低温循环水，解决了循环水冷却VOC后降温需要冷源的问题，同时，使回收的液相VOC到燃料系统后更容易达到燃烧温度要求。该实施案例分别回收第一回收产物230kg/h、第二回收产物585kg/h,第三回收产物40kg/h，第四回收产物21kg。合计回收VOC液相产物876kg/h，对VOC的有效液化率高达99.4%，VOC尾气可到透气桅达标排放。该实施案例船型采用的双燃料发动机，液相产物按照航行燃料需求，在保证LNG燃用量不低于950kg/h的情况下用作燃料。该实施案例利用油气排放压力，选用低压降设备，保证排放终端洁净尾气的压力满足排放要求，未设置压缩机、引风机等增压设备。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种适用于LNG动力原油船的梯级利用LNG冷能回收VOC系统，包括储罐（1），其特征在于，所述储罐（1）连接有一级冷却器（2），所述一级冷却器（2）连接有一级分离器（3），所述一级冷却器（2）的循环水出口连接循环泵（4），所述循环泵（4）连接多流股板式换热器（5），所述一级冷却器（2）与所述多流股板式换热器（5）连接，所述多流股板式换热器（5）的冷流股出口连接有燃料系统（13），所述一级分离器（3）的一端与所述多流股换热器（5）的冷流股入口连接，所述一级分离器（3）的另一端连接有二级冷却器（6），所述二级冷却器（6）连接二级分离器（7），所述二级分离器（7）的一端连接所述多流股板式换热器（5），所述二级分离器（7）的另一端连接有三级冷却器（8），所述三级冷却器（8）上分别连接有透气桅（9）和三级分离器（10），所述三级分离器（10）的一端与所述多流股板式换热器（5）连接，所述三级分离器（10）的另一端连接有四级冷却器（11），所述四级冷却器（11）与所述二级冷却器（6）连接，所述四级冷却器（11）连接有四级分离器（12），所述四级分离器（12）与所述三级冷却器（8）连接，所述四级分离器（12）的另一端与所述多流股板式换热器（5）连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于LNG动力原油船的梯级利用LNG冷能回收VOC系统，其特征在于，所述多流股板式换热器（5）有一个热流股和四个冷流股，且所述热流股是循环水。

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