利索能及
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专利号: 2022105174305
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种双燃料船用低温碳捕集系统,其特征在于,包括尾气处理系统、BOG燃烧发电系统以及冷能回收系统,

所述尾气处理系统由外界尾气出口与第一换热器(1)的上端进口(1a)相连,第一换热器(1)的下端出口(1b)并联有两路管路,第一路通过第一球阀(31)与脱硝装置(10)的进口相连,第二路通过第二球阀(32)与脱硝装置(10)的出口处管路汇合后共同连接至第三换热器(3)的左端进口(3c),第三换热器(3)的右端出口(3d)与第三压缩机(16)的进口相连,第三压缩机(16)的出口与第四换热器(4)的上端进口(4a)相连,第四换热器(4)的下端出口(4b)与第一气液分离罐(19)的进口相连,第一气液分离罐(19)的液相出口与外界冷凝水处理系统进口相连,第一气液分离罐(19)的气相出口处并联有两路管路,第一路通过第四球阀(34)与第一压缩机(25)的进口相连,第二路通过第三球阀(33)与第二气液分离罐(20)的气相出口处管路汇合后共同连接至第一透平增压机(23)的增压端进口(23a),第一压缩机(25)的出口与第五换热器(5)的上端进口(5a)相连,第五换热器(5)的下端出口(5b)与第二气液分离罐(20)的进口相连,第二气液分离罐(20)的液相出口与外界二氧化硫回收系统相连,第一透平增压机(23)的增压端出口(23b)与第六换热器(6)的上端进口(6a)相连,第六换热器(6)的下端出口(6b)与第三气液分离罐(21)的进口相连,第三气液分离罐(21)的气相出口处并联有两路管路,第一路通过第十球阀(12)与第二压缩机(26)的进口相连,第二路依顺通过单向阀(11)与第五球阀(35)与第四气液分离罐(22)的气相出口处管路汇合后共同连接至外界洁净气体排放系统,第二压缩机(26)的出口与第八换热器(8)的左端进口(8c)相连,第八换热器(8)的右端出口(8d)与第四气液分离罐(22)的进口相连,第四气液分离罐(22)的液相出口与外界二氧化碳回收系统相连,第三气液分离罐(21)液相出口与外界二氧化碳回收系统相连构成;

所述BOG燃烧发电系统由BOG进口处并联有两路管路,一路与第七换热器(7)的右端进口(7d)相连,第七换热器(7)的左端出口(7c)与第七球阀(15)相连,另一路通过第八球阀(14)与第八换热器(8)的上端进口(8a)相连,第八换热器(8)的下端出口(8b)与第七球阀(15)通过管路汇合后共同连接至第六换热器(6)的右端进口(6d),第六换热器(6)的左端出口(6c)与第五换热器(5)的右端进口(5d)相连,第五换热器(5)的左端出口(5c)与第四换热器(4)的右端进口(4d)相连,第四换热器(4)的左端出口(4c)与第三换热器(3)的下端进口(3b)相连,第三换热器(3)的上端出口(3a)与燃烧室(29)的第一进口(29b)相连,燃烧室(29)的出口(29c)与第二透平增压机(24)的膨胀段进口(24b)相连,第二透平增压机(24)的膨胀端出口(24a)与第二换热器(2)的上端进口(2a)相连,第二换热器(2)的下端出口(2b)与外界废气排放系统相连,第二透平增压机(24)的增压端进口(24d)与外界空气相连,第二透平增压机(24)的增压端出口(24c)与燃烧室(29)的第二进口(29a)相连,发电机(27)与第二透平增压机(24)为共轴连接,发电机(27)与储电设备(28)通过导线连接构成;

所述冷能回收系统由第七换热器(7)的下端出口(7b)与第九换热器(9)的右端进口(9d)相连,第九换热器(9)的左端出口(9c)与冷媒泵(30)的进口相连,冷媒泵(30)的出口经三通阀(13)并联有两路管路,一路与第二换热器(2)的右端进口(2d)相连,另一路与第一换热器(1)的右端进口(1d)相连,第二换热器(2)的左端出口(2c)与第二换热器(1)的左端出口(1c)处管路汇合后共同连接至第一透平增压机(23)的膨胀端进口(23c),第一透平膨胀机(23)的膨胀端出口(23d)与第九换热器(9)的上端进口(9a)相连,第九换热器(9)的下端出口(9b)与第七换热器(7)的上端进口(7a)相连构成。

2.根据权利要求1所述的一种双燃料船用低温碳捕集系统,其特征在于,所述脱硝装置(10)内所采用的脱硝氧化剂为高锰酸钾、次氯酸钠、亚氯酸钠、过硫酸钾和臭氧中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种双燃料船用低温碳捕集系统,其特征在于,所述储电设备(28)的储能方式为电化学储能,具体为铅酸蓄电池、锂离子电池、纳硫电池和全钒液流电池中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种双燃料船用低温碳捕集系统,其特征在于,所述第一换热器(1)、第二换热器(2)、第三换热器(3)、第四换热器(4)、第五换热器(5)第六换热器(6)、第七换热器(7)、第八换热器(8)以及第九换热器(9)均为管壳式换热器、翅片管式换热器或套管式换热器。

5.根据权利要求1所述的一种双燃料船用低温碳捕集系统,其特征在于,所述第四气液分离罐(22)的液相出口通过第六球阀(17)与外界二氧化碳回收系统相连。

6.根据权利要求1所述的一种双燃料船用低温碳捕集系统,其特征在于,所述第三气液分离罐(21)液相出口通过第九球阀(18)与外界二氧化碳回收系统相连。

7.根据权利要求1所述的一种双燃料船用低温碳捕集系统,其特征在于,所述冷能回收系统中的制冷剂为超临界二氧化碳。

8.根据权利要求1所述的一种双燃料船用低温碳捕集系统,其特征在于,所述第一气液分离罐(19)、第二气液分离罐(20)、第三气液分离罐(21)以及第四气液分离罐(22)的底部分别设置有排空开关。

9.一种如权利要求1‑8任一项所述的一种双燃料船用低温碳捕集系统的工作方法,其特征在于,包括以下两种工作模式:

模式一:柴油发动机工作时;

尾气处理系统,打开第一球阀(31)、第四球阀(34)和第五球阀(35),关闭第二球阀(32)、第三球阀(33)和第十球阀(12),尾气在第一换热器(1)内经冷媒冷却降温后全部进入脱硝装置(10),在脱硝装置(10)内脱除氮氧化物后在第三换热器(3)内经BOG降温后进入第三压缩机(16)内增压,然后在第四换热器(4)内经BOG降温后进入第一气液分离罐(19)中分离冷凝水,脱除冷凝水的干燥气体进入第一压缩机(25)内增压,然后在第五换热器(5)中经BOG降温后进入第二气液分离罐(20)分离液化二氧化硫,干燥脱硫后的尾气进入第一透平增压机内(23)中增压后继续经BOG降温,进入第三气液分离罐(21)分离液化二氧化碳,最后气体经单向阀(11)进入外界洁净气体排放系统,BOG燃烧发电系统,关闭第八阀门(14),打开第七阀门(15),低温BOG经第七换热器(7)中经冷媒加热后进入第六换热器(6)与脱硝脱水脱硫后的尾气进行换热,使尾气温度降低至二氧化碳液化温度‑57℃以下后,进入第五换热器(5)与脱硝脱水后的尾气进行换热,使尾气温度降低至二氧化硫液化温度‑5℃至‑8℃后,依次进入第四换热器(4)和第三换热器(3)内与脱硝后的尾气进行换热,使第一气液分离罐(19)处进口流体温度降低至常温10℃后,进入燃烧室(29)与空气燃烧,并驱动第二透平增压机(24)转动,通过发电机(27)发电,通过储电装置(28)将电能储存,冷能回收系统,冷媒在第七换热器(7)内吸收低温BOG约‑160℃的冷能,将其低温BOG加热至‑70℃后进入第九换热器(9)内与回流的冷媒换热,然后经过冷媒泵(30),经三通阀(13)分流为两路管路,第一路在第一换热器(1)内吸收外界引入尾气的热量,第二路在第二换热器(2)内吸收第二透平增压机(24)膨胀端出口(24a)处废气的热量后,汇流进入第一透平增压机内(23)的膨胀端做功,然后进入第九换热器(9)内与经BOG降温后的冷媒换热后进入下一循环;

模式二:燃气发动机工作时;

尾气处理系统中,关闭第一球阀(31)、第四球阀(34)和第五球阀(35),打开第二球阀(32)、第三球阀(33)和第十球阀(12),尾气依次经第一换热器(1)、第三换热器(3)冷却后进入第三压缩机(16)压缩,升温后的尾气经第四换热器(4)内的BOG降温后进入第一气液分离罐(19)中分离冷凝水,脱除冷凝水的干燥气体全部经第三球阀(33)进入第一透平增压机内(23)中增压后在第六换热器(6)内经BOG降温,进入第三气液分离罐(21)分离液化二氧化碳,未液化的气体经第三气液分离罐(21)的气相出口进入第二压缩机(26)增压后,在第八换热器(8)内与低温BOG换热后进入第四气液分离罐(22)进一步分离液化二氧化碳,最后气体进入外界洁净气体排放系统,BOG燃烧发电系统中,打开第八球阀(14)和第七球阀(15),一部分低温BOG在第七换热器(7)内经冷媒加热,另一部分低温BOG在第八换热器(8)内与二氧化碳换热,两路流体汇合后依次进入第六换热器(6)与脱硝脱水脱硫后的尾气进行换热,使尾气温度降低至二氧化碳液化温度‑57℃以下后,进入第五换热器(5)与脱硝脱水后的尾气进行换热,使尾气温度降低至二氧化硫液化温度‑5℃至‑8℃后,依次进入第四换热器(4)和第三换热器(3)内与脱硝后的尾气进行换热,使第一气液分离罐(19)处进口流体温度降低至常温10℃后,进入燃烧室(29)与空气燃烧,并驱动第二透平增压机(24)转动,通过发电机(27)发电,通过储电装置(28)将电能储存,冷能回收系统的运行与模式一一致。