一种基于lng冷能利用的船舶lng-co2储存系统
阅读说明：本技术 一种基于lng冷能利用的船舶lng-co2储存系统 (Based on LNG cold energy utilizationLNG-CO of ship2Storage system ) 是由 黄朝俊 徐立新 刘建成 张修占 李磊 何力 易志金 于 2021-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种基于LNG冷能利用的船舶LNG-CO-(2)储存系统,包括至少两个LNG-CO-(2)储罐、热交换器、LNG燃烧应用装置、冷热管理装置、碳捕捉装置和气体压缩机,至少两个所述LNG-CO-(2)储罐中的一个为预留空罐,在所述热交换器一侧设有液态LNG进口和液态二氧化碳出口,另一侧设有液态LNG出口和气态二氧化碳进口,所述所有LNG-CO-(2)共用罐体通过带阀门的管道与热交换器的液态二氧化碳出口连接,同时管道另有带阀门分口与热交换器的液态LNG进口连接。本发明的船用LNG-CO-(2)储存系统,同时采用LNG燃料和碳捕捉技术,能够满足并大大超过国际海事组织(IMO)的长期减排要求；在LNG燃料原有需求共用罐体的数量上,只需要再增加一个共用罐体就可以进一步提高了经济性。(The invention provides a ship LNG-CO based on LNG cold energy utilization 2 Storage system comprising at least two LNG-CO 2 Storage tank, heat exchanger, LNG combustion application device, cold and heat management device, carbon capture device and gas compressor, at least two LNG-CO 2 One of the storage tanks is a reserved empty tank, one side of the heat exchanger is provided with a liquid LNG inlet and a liquid carbon dioxide outlet, the other side of the heat exchanger is provided with a liquid LNG outlet and a gaseous carbon dioxide inlet, and all LNG-CO are stored in the tank 2 The shared tank body is connected with a liquid carbon dioxide outlet of the heat exchanger through a pipeline with a valve, and meanwhile, the pipeline is additionally connected with a liquid LNG inlet of the heat exchanger through a valve opening. The invention relates to marine LNG-CO 2 The storage system simultaneously adopts LNG fuel and carbon capture technology, and can meet and greatly exceed the long-term emission reduction requirement of the International Maritime Organization (IMO); in the quantity of the shared tank bodies for the original demand of the LNG fuel, the economy can be further improved by only adding one shared tank body.)
技术领域
本发明属于船舶技术领域，特别涉及一种基于LNG冷能利用的船LNG-CO2储存系统。
背景技术
随着国际海事组织（IMO）对船舶排放硫化物的要求，越来越多的船东把眼光投向了LNG动力的船舶。目前国内也在积极推动采用LNG为燃料，减少对燃油的依赖程度，如中海油全力布局的全国范围内的LNG加注站，长江流域省市推动的“气化长江”等。在未来10年内，LNG相关船舶将是新造中大型船舶的主要动力方式。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种基于LNG冷能利用的船LNG-CO2储存系统，同时采用LNG燃料和碳捕捉技术，能够满足并大大超过国际海事组织（IMO）的长期减排要求；在LNG燃料原有需求罐体的数量上只需要再增加一个共用罐体就可以，进一步提高了经济性。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种基于LNG冷能利用的船舶LNG-CO2储存系统，包括至少两个LNG- CO2储罐、热交换器、LNG燃烧应用装置、冷热管理装置、碳捕捉装置和气体压缩机，至少两个所述LNG- CO2储罐中的一个为预留空罐；在至少两个所述所有LNG- CO2共用罐体储罐上均设有LNG/N2/CO2进口和液态LNG出口，所述LNG/N2/ CO2进口通过加注管道与LNG源和N2储罐连接，液态LNG出口通过液态LNG输出管道与热交换器的液态LNG进口和液态二氧化碳出口可转换连接，在所述加注管道与液态LNG输出管道之间通过一分支管道连通，在所述分支管道和液态LNG输出管道上均设有一单向阀，液态LNG输出管道上的单向阀设于与分支管道连通部位的前部，通过带阀门的管道与热交换器的液态二氧化碳出口连接，同时管道另有带阀门分口与热交换器的液态LNG进口连接，热交换器的液态LNG出口通过液态 LNG输送管道与燃烧应用装置的气态LNG进口连接；所述冷热管理装置的热交换介质管道的一部分与热交换器和燃烧应用装置之间的液态LNG输送管道热交换设置，一部分与燃烧应用装置的热介质管道热交换设置，一部分与碳捕捉装置的气态二氧化碳管道热交换设置；所述燃烧应用装置上设有氧气进口，在碳捕捉装置上设有尾气进口、脱碳尾气出口和二氧化碳出口，燃烧应用装置的尾气出口通过尾气输送管道与碳捕捉装置的尾气进口连接，脱碳尾气出口通过管道与大气连通，二氧化碳出口通过二氧化碳输送管道与气体压缩机的气态二氧化碳进口连接，气体压缩机的气态二氧化碳出口通过二氧化碳输送管道与热交换器的气态二氧化碳进口连接，热交换器的液态二氧化碳出口通过二氧化碳输送管道与预留空罐的二氧化碳进口连接。
进一步的，在所述加注管道上依次间隔设有两个单向阀。
进一步的，所述LNG- CO2储罐的罐体包括内胆和外胆，在所述内胆和外胆之间的空腔内充有气体，在外胆上设有连接空腔和外界的管道，在管道上设有安全阀。
进一步的，在所述内胆上设有连接内胆和外界的管道，在管道上设有可变压安全阀。
进一步的，在所述可变压安全阀之后的管道上设有蒸发气处理系统。
进一步的，在所述内胆和外胆之间的空腔内设有多个支撑结构。
进一步的，在所述内胆设有用于监测LNG- CO2储罐内液体的体量、温度和压力的传感器系统。
进一步的，所述单向阀为可远程控制的智能单向阀。
进一步的，在所述LNG- CO2储罐的下部外壁上对称设有隔热支座。
LNG动力船虽然基本没有硫化物污染的问题，但其温室气体的排量仅比燃油动力船舶减少25%左右，而且其（CH4本身也是一种温室气体，因此，本发明的船舶LNG-CO2储存系统的通过设置碳捕捉装置，燃烧后的尾气在进行碳捕捉时先通过冷热管理系统降温处理，然后加压液化，最后通过换热器利用LNG冷能进一步将二氧化碳液化；根据CH4和CO2的分子式可知，同样分子数的天然气将产生同样分子数的CO2，二氧化碳的分子量（44）远大于CH4（16），即捕捉到的二氧化碳质量大于作为燃料的天然气，如果没有特殊处理方式的话，那么我们将在船舶上需要在原有LNG燃料罐的基础上，增加一个同样体积的CO2罐。除了燃料自重和捕获到的CO2的自重外，多余的燃料罐所占的舱容及自重对远洋运输都增加了极大的成本，为此本发明设置至少两个LNG-CO2储罐，其中一个为预留空罐，排出的尾气通过尾气管道后经过碳捕捉提取二氧化碳，排出水汽；所得二氧化碳经过气体压缩机增压后送到热交换器进行降温形成液态二氧化碳，并送入预留空罐储存；当一个LNG--CO2储罐中的液态LNG即将使用完毕时，开始向该储罐中冲入氮气，以将该储罐中的LNG完全排出，如果还存在另一储存有液态LNG的储罐，此时为保证液态LNG的需求量，打开该储罐；当第一个储罐中的液态LNG全部排出，同时预留空罐中充满二氧化碳时，关闭预留空罐与热交换器之间管道上的管道阀门，同时将液态LNG完全排出的储罐与热交换器之间的管道由热交换器的液态LNG进口切换到热交换器的液态二氧化碳出口上，开始向该储罐中储存二氧化碳。
本发明的船舶LNG-CO2储存系统同时采用LNG燃料和碳捕捉技术，能够满足并大大超过国际海事组织（IMO）的长期减排要求，通过合理设置热交换装置，充分利用LNG的冷能来将加压的CO2冷却成液态，便于储运；同时利用燃烧应用的冷热管理预热气态CH4，降低能耗的同时提高能源效率。提高能源的效率，就提高了经济性，能够进一步的推动碳捕捉的广泛引用。采用LNG-CO2共用罐体的存储方式，能够最大限度的减少碳捕捉系统存储端对整个船舶系统空间利用率、承载能力和能耗效率的冲击，在LNG燃料原有需求罐体的数量上只需要再增加一个共用罐体就可以，这就进一步提高了经济性。采用标准集装箱大小（40英尺长）进行模块化设计的LNG-CO2共用罐体，能够便于在港口直接进行换罐式操作，减少对港口的LNG-CO2的加注转运装置的需求。利用标准卡车就可以直接拖走或者运来标准的LNG-CO2共用罐体，从而拓展了此系统的适用港口范围。
附图说明
图1为本发明实施例所述的最初燃烧启动时的船舶LNG-CO2储存系统；
图2为本发明实施例所述的第一LNG-CO2储罐中的LNG燃料即将耗尽时的船舶LNG-CO2储存系统；
图3为本发明实施例所述的预留空罐中存储满液态CO2后的船舶LNG-CO2储存系统；
图4是本发明实施例所述的LNG-CO2储罐的结构示意图。
其中，1-第一LNG-CO2储罐，2-第二LNG-CO2储罐，3-预留空罐，4-热交换器，5-燃烧应用装置，6-冷热管理装置，7-碳捕捉装置，8-气体压缩机，9-加注管道，10-单向阀，11-液态LNG输出管道，12-安全阀，13-可变压安全阀，14-支撑结构，15-传感器系统，16-隔热支座，17-氧气进口管道，18-管道，19-蒸发气处理系统，20-分支管道，101-内胆，102-外胆。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
一种基于LNG冷能利用的船舶LNG-CO2储存系统，包括三个LNG-CO2储罐、热交换器4、燃烧应用装置5、冷热管理装置6、碳捕捉装置7和气体压缩机8，三个所述LNG-CO2储罐包括第一LNG-CO2储罐1、第二LNG-CO2储罐2和预留空罐3，第一LNG-CO2储罐1和第二LNG-CO2储罐2均通过LNG输出管道与热交换器4的液态LNG进口可切换连接，所述热交换器4的液态LNG出口通过LNG输送管道与燃烧应用装置5的气态LNG进口连接，所述冷热管理装置6的热交换介质管道的一部分与热交换器4和燃烧应用装置5之间的液态LNG输送管道热交换设置，一部分与燃烧应用装置5的热介质管道热交换设置，一部分与碳捕捉装置7的气态二氧化碳管道热交换设置；所述燃烧应用装置5上设有氧气进口管道17，在碳捕捉装置7上设有尾气进口、脱碳尾气出口和二氧化碳出口，燃烧应用装置5的尾气出口通过尾气输送管道与碳捕捉装置7的尾气进口连接，脱碳尾气出口通过管道18与大气连通，二氧化碳出口通过二氧化碳输送管道与气体压缩机8的气态二氧化碳进口连接，气体压缩机8的气态二氧化碳出口通过二氧化碳输送管道与热交换器4的二氧化碳进口连接，热交换器4的二氧化碳出口通过二氧化碳输送管道与预留空罐3的二氧化碳进口可切换连接。
三个所述LNG- CO2共用罐体储罐上均设有LNG/N2/CO2进口和液态LNG出口，所述LNG/N2/CO2进口通过加注管道9与LNG源和N2储罐连接，液态LNG出口通过液态LNG输出管道11与热交换器4的液态LNG进口和液态二氧化碳出口可转换连接，在所述加注管道9与液态LNG输出管道11之间通过一分支管道20连通，在所述分支管道20和液态LNG输出管道11上均设有一单向阀10，液态LNG输出管道11上的单向阀10设于与分支管道20连通部位的前部，
在所述加注管道9上依次间隔设有两个单向阀10，所述单向阀10均为可远程控制的智能单向阀。所述第一LNG-CO2储罐1、第二LNG-CO2储罐2和预留空罐3的罐体包括内胆101和外胆102，在所述内胆101和外胆102之间的空腔内设有多个支撑结构14，空腔内充有气；在外胆102上设有连接空腔和外界的管道，在管道上设有安全阀12，在所述内胆101上设有连接内胆101和外界的管道，在管道上设有可变压安全阀13，在所述可变压安全阀13之后的管道上设有蒸发气处理系统19；在所述内胆101设有用于监测LNG- CO2储罐内液体的体量、温度和压力的传感器系统15；在第一LNG-CO2储罐1、第二LNG-CO2储罐2和预留空罐3的下部外壁上对称设有隔热支座16。
如图1所示，第一LNG-CO2储罐1中的LNG在最初燃烧启动时，通过LNG输送管道及单向阀10通往热交换器4并将冷能传递给加压CO2使其液化之后，预热后的CH4继续与冷热管理装置6热交换气化后混合氧气(或空气)进入燃烧应用装置7，燃烧应装置7的燃烧尾气通过碳捕捉装置7与冷热管理装置6中与液态LNG换热后的冷介质进行初步热交换降温，分离出二氧化碳，尾气中的水汽排出，分理处的二氧化碳通过气体压缩机8加压后注入热交换器4，液化的CO2注入预留空罐3中储存。
如图2所示，当第一LNG-CO2储罐1的LNG即将用完时，可以通过图4中右上注入管道9注入气态N2的方式，来保证LNG完全排空，为满足所需LNG供应量，同时打开第二LNG-CO2储罐2上的液态LNG输出管道上的单向阀，同时关闭第二LNG-CO2储罐2上的分支管道上的单向阀，然后再加压升温使第一LNG-CO2储罐1内达到液态CO2所需的温度和压力；该系统其他部分继续如图1中系统工作。
如图3所示，当第一LNG-CO2储罐1充满N2已达到液态CO2所需的温度和压力2时，且预留储罐3内同时存储满液态CO2，关闭预留储罐3的分支管道20和加注管道9上的单向阀10，同时将第一LNG-CO2储罐1的液态LNG输出管道由热交换器4上的液态LNG进口切换至热交换器4的液态CO2出口，将产生的液态CO2储存至第一LNG-CO2储罐1，第一LNG-CO2储罐1中的N2通过可调压排气阀13排到空气中或者相应的存储罐，同时第二LNG-CO2储罐2继续供应LNG。
安全阀12主要用来保证内胆101和外胆102之间气体较为稀薄，满足保温的需求同时，没有罐体破裂的风险；可调压安全阀13，当第一LNG-CO2储罐1和第二LNG-CO2储罐2中为LNG时可设置为相对低压，以转移部分气化的LNG至蒸发气处理系统19来降低罐内压力；当第一LNG-CO2储罐1和第二LNG-CO2储罐2中为N2或者CO2，其泄压压力将设置为大于液态CO2所需压力，从而保证N2是气态的同时，CO2是液态；传感器系统15主要负责监测罐内液体的体量，同时测量温度和压力，整个LNG-CO2储存系统依赖传感器系统15来进行LNG/CO2/N2的交互操作；各单向阀10均为可实现远程控制的智能单向阀，在加注或排出LNG等时，按需求设置打开或者关闭；隔热支座16在满足隔绝-165℃的LNG与常温船舶结构直接接触的同时，满足固定罐体与船主体结构的需求。该隔热支座结构可以是多层组合结构，也可以是满足要求的复合结构。
本装置在正常工作时，通过热交换器的设置利用LNG的冷能来液化碳捕捉装置捕捉到的CO2，减少了液化CO2所需的能耗；同时通过使LNG和CO2共用罐体的方式，减少因为引入碳捕捉装置对船舶储运空间和承载能力的冲击，在理想情况下，只需比正常LNG总储罐数多1个储罐即可；在模块化设计的情况下，充满液态CO2的罐体可以直接进行吊装到岸基由标准集装箱卡车/火车运到终端用户处（如碳酸饮料厂），减少了对港口转运设施的需求；同理，充满LNG的罐体也可以直接吊装到船舶上，减少了对岸基LNG储罐和加注装置的需求。
综合来说，本装置通过利用LNG的冷能，重复利用LNG罐体储存碳捕捉的CO2，并进行模块化设计的情况下，最大程度上降低了船舶的能耗，提高了船舶的空间利用率和载货效率，扩大了船舶的适用港口范围。因此，本装置系统在响应碳中和的基础上，最大程度的改进了同时采用LNG燃料和碳捕捉系统的船舶的经济实用性。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，对于本领域的普通技术人员而言，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应视为本发明的保护范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种碳纤维连丝结构储氢罐箱