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专利号: 2022108292426
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:

1.一种大规模低功耗LNG动力船舶尾气碳捕集系统,其特征在于:包括LNG汽化模块、燃烧与尾气预处理模块、低温凝华碳捕集模块、脱碳气体余冷回收模块、辅冷却模块,LNG汽化模块分别连通燃烧与尾气预处理模块、低温凝华碳捕集模块,燃烧与尾气预处理模块与脱碳气体余冷回收模块连接,脱碳气体余冷回收模块与低温凝华碳捕集模块连接,低温凝华碳捕集模块与辅冷却模块相互连通,燃烧与尾气预处理模块出口的烟气吸收脱碳气体余冷回收模块的LNG汽化冷能和辅冷却模块的补偿冷量,经低温凝华碳捕集模块中完成干冰脱除及脱碳烟气复温后排出;

LNG汽化模块包括LNG储罐(1)、第一LNG流量调节阀(23)、LNG泵(2)、止回阀(42)、第二LNG流量调节阀(24)、第三LNG流量调节阀(25)、第一主冷却器(3)、第二主冷却器(4)、第四LNG流量调节阀(26)、第五LNG流量调节阀(27)、复温器(5),LNG储罐(1)通过第一LNG流量调节阀(23)与LNG泵(2)入口连接,LNG泵(2)的出口与止回阀(42)的入口连接,止回阀(42)的出口分别与第二LNG流量调节阀(24)和第三LNG流量调节阀(25)的入口连接,第二LNG流量调节阀(24)的出口与第一主冷却器(3)的冷端入口A‑1连接,第一主冷却器(3)的热端出口A‑2与第四LNG流量调节阀(26)的入口连接,第三LNG流量调节阀(25)的出口与第二主冷却器(4)的冷端入口B‑1连接,第二主冷却器(4)的热端出口B‑2与第五LNG流量调节阀(27)的入口相连,第四LNG流量调节阀(26)和第五LNG流量调节阀(27)的出口分别与复温器(5)的入口连接,复温器(5)的出口与燃烧与尾气预处理模块相连;

燃烧与尾气预处理模块包括第六LNG流量调节阀(28)、空气泵(30)、空气流量调节阀(29)、船舶主机(6)、烟气鼓风机(7)、水冷却塔(8)、干燥器(9),第六LNG流量调节阀(28)的入口与LNG汽化模块相连,出口与船舶主机(6)的入口C‑1相连,船舶主机(6)的入口C‑2通过空气流量调节阀(29)与空气泵(30)的出口连接,空气泵(30)的入口与外界洁净空气输送管道入口连通,船舶主机(6)的出口C‑3与烟气鼓风机(7)的入口连接,烟气鼓风机(7)的出口与水冷却塔(8)的入口相连,水冷却塔(8)的出口与干燥器(9)的入口相连,干燥器(9)的出口与脱碳气体余冷回收模块相连;

脱碳气体余冷回收模块包括回热器(10)、第一调节阀(31)、第二调节阀(32)、第三调节阀(33),回热器(10)的入口D‑1与燃烧与尾气预处理模块相连,回热器(10)的出口D‑2与低温凝华碳捕集模块连接后再经低温凝华碳捕集模块接入其入口D‑3,回热器(10)的出口D‑4延展出三个接口,其中两个接口分别通过第二调节阀(32)和第三调节阀(33)与LNG汽化模块相连,另一接口通过第一调节阀(31)连通系统外界;

低温凝华碳捕集模块包括第四调节阀(34)、第五调节阀(35)、第六调节阀(36)、第七调节阀(37)、第八调节阀(38)、凝华换热器(11)、启闭阀(41)、干冰收集系统(12),第四调节阀(34)、第五调节阀(35)、第七调节阀(37)、第八调节阀(38)的入口分别与LNG汽化模块连接,第四调节阀(34)和第七调节阀(37)的出口汇流后分为两路,一路与第六调节阀(36)的入口连接,另一路通入辅冷却模块,辅冷却模块出口与第六调节阀(36)的出口汇流后接入凝华换热器(11)的入口E‑3,第五调节阀(35)和第八调节阀(38)的出口分别与凝华换热器(11)的入口E‑2连接,凝华换热器(11)的下端出口E‑5与启闭阀(41)的入口连接,启闭阀(41)的出口与干冰收集系统(12)相连;

辅冷却模块包括第九调节阀(39)、辅冷却器(15)、第十调节阀(40)、外界冷源系统,第九调节阀(39)的入口与低温凝华碳捕集模块连接,出口与辅冷却器(15)的热端入口F‑1连接,辅冷却器(15)的冷端出口F‑2与第十调节阀(40)的入口连接,第十调节阀(40)的出口与低温凝华碳捕集模块连接,辅冷却器(15)与外界冷源系统连通。

2.根据权利要求1所述的大规模低功耗LNG动力船舶尾气碳捕集系统,其特征在于:在第一主冷却器(3)冷端出口A‑4和第二主冷却器(4)冷端出口B‑4处分别安装有一个温度传感器。

3.根据权利要求1所述的大规模低功耗LNG动力船舶尾气碳捕集系统,其特征在于:凝华换热器(11)内设置有盘管式汇流排(11‑1),盘管式汇流排(11‑1)入口与凝华换热器(11)的入口E‑3相连,并均间隔螺旋环绕在凝华换热器(11)内壁上,低温脱碳烟气进入盘管式汇流排(11‑1)后从数量众多的泄流孔流出,流出的低温脱碳烟气充满凝华换热器(11)内部,凝华换热器(11)上方还设置有过滤网(11‑2)。

4.根据权利要求1所述的大规模低功耗LNG动力船舶尾气碳捕集系统,其特征在于:外界冷源系统为一种氮膨胀制冷系统,包括氮膨胀机(17)、增压机(18)、冷却器(19)、节流阀(20)、氮循环换热器(16)、氮压缩机(21)、海水冷却器(22),氮膨胀机(17)的入口与辅冷却器(15)的冷端出口F‑4连接,出口与辅冷却器(15)的冷端入口F‑5连接,氮膨胀机(17)通过连杆与增压机(18)连接,增压机(18)的出口与冷却器(19)的入口连接,冷却器(19)的出口与节流阀(20)的入口连接,节流阀(20)的出口与增压机(18)的入口连接,辅冷却器(15)的热端出口F‑6与氮循环换热器(16)的冷端入口G‑1连接,氮循环换热器(16)的热端出口G‑2与氮压缩机(21)的入口连接,氮压缩机(21)的出口与海水冷却器(22)的入口连接,海水冷却器(22)的出口与氮循环换热器(16)的热端入口G‑3连接,氮循环换热器(16)的冷端出口G‑4与辅冷却器(15)的热端入口F‑3连接。

5.一种如权利要求1~4任一所述的大规模低功耗LNG动力船舶尾气碳捕集系统的运作方法,其特征在于包括以下步骤:

步骤(a):在开机预冷阶段,打开LNG汽化模块的相应阀门,LNG释放并在LNG汽化模块中增压冷却,然后复温使天然气达到船舶主机进气温度条件;

步骤(b):打开燃烧与尾气预处理模块的相应阀门,使LNG汽化模块中气化后的LNG进入燃烧与尾气预处理模块中,同时,外界空气Q进入燃烧与尾气预处理模块,天然气与空气在燃烧与尾气预处理模块中混合燃烧,燃烧形成富碳烟气,富碳烟气在燃烧与尾气预处理模块中经过增压、冷却、干燥后进入脱碳气体余冷回收模块后,再进入低温凝华碳捕集模块,通过低温脱碳后再次进入脱碳气体余冷回收模块,并在脱碳气体余冷回收模块分为三路,第一路排出本系统,另外两路分开进入LNG汽化模块;

步骤(c):打开低温凝华碳捕集模块和辅冷却模块的相应阀门,部分复温后的烟气从LNG汽化模块流出,通过低温凝华碳捕集模块进入辅冷却模块,辅冷却模块开启冷量补偿,脱碳烟气从辅冷却模块中吸收冷量后流出,低温脱碳烟气进入低温凝华碳捕集模块,并与低温凝华碳捕集模块中的富碳烟气换热,烟气中的CO2凝华为雪花状干冰后下沉,在低温凝华碳捕集模块积聚并进行收集;

步骤(d):考虑到从脱碳气体余冷回收模块流出的脱碳烟气中会含有极少量CO2的可能,当本系统运行一段时间后,LNG汽化模块内可能会有少量CO2凝华冻堵管道,因此,LNG汽化模块内设有双冷却通道,将两个通道错峰使用,经过一段时间后切换两个通道的打开程度,反复切换多次,从脱碳气体余冷回收模块流出的脱碳烟气分为三个部分,第一部分排出本系统;第二部分脱碳烟气经过调小的通道,使少量脱碳烟气持续吹扫该通道内凝结的少量干冰,脱碳烟气吸收凝华的少量干冰冷量,干冰释放冷量后升华跟随脱碳烟气一同从该通道流出,升华的干冰和脱碳烟气流入低温凝华碳捕集模块;第三部分脱碳烟气经过调大的通道,在LNG汽化模块内与LNG换热吸收冷量,吸收冷量后的低温脱碳烟气从该通道流入低温凝华碳捕集模块,再从低温凝华碳捕集模块进入辅冷却模块,脱碳烟气从辅冷却模块中吸收冷量后流出,低温脱碳烟气进入低温凝华碳捕集模块,烟气中的CO2在低温凝华碳捕集模块内凝华并收集;

步骤(e):在正常运行阶段,系统启动一段时间后正常运行,LNG汽化模块能够提供足够冷量,不需要辅冷却模块额外提供冷量,因此关闭辅冷却模块的相应阀门,脱碳后烟气主要成份为N2,并含有极少量CO2,脱碳烟气从低温凝华碳捕集模块流入脱碳气体余冷回收模块,与预处理后的富碳烟气换热释放冷量,预冷后的富碳烟气进入低温凝华碳捕集模块,脱碳烟气从脱碳气体余冷回收模块流出,从脱碳气体余冷回收模块流出的脱碳烟气分为三个部分,第一部分通过二氧化碳气体检测器检测合格后排出本系统;第二部分脱碳烟气经过LNG汽化模块调小的通道,使少量脱碳烟气持续吹扫第该通道内凝结的少量干冰,脱碳烟气吸收凝华的少量干冰冷量,干冰释放冷量后升华跟随脱碳烟气一同从该通道流出,升华的干冰和脱碳烟气流入低温凝华碳捕集模块;第三部分脱碳烟气经过LNG汽化调大的通道,在LNG汽化模块内与LNG换热吸收冷量,吸收冷量后的低温脱碳烟气从该通道流入低温凝华碳捕集模块,将LNG汽化模块内设的两个冷却通道经过一段时间后切换两个通道的打开程度,反复切换多次并重复本步骤;

步骤(f):在系统关机阶段,首先关闭LNG汽化模块的相应阀门,停止系统内LNG的供应,再打开燃烧与尾气预处理模块和低温凝华碳捕集模块的相应管道,使脱碳烟气持续吹扫LNG汽化模块两个冷却通道内凝结的少量干冰,部分干冰释放冷量后升华为CO2气体,未升华的干冰跟随脱碳烟气一同从两个冷却通道流出,再依进低温凝华碳捕集模块,干冰落在低温凝华碳捕集模块内积聚并进行收集,待所有干冰收集完毕后关闭低温凝华碳捕集模块和燃烧与尾气预处理模块的相应阀门,脱碳烟气经低温凝华碳捕集模块流出并进入脱碳气体余冷回收模块后由脱碳气体余冷回收模块出口排出本系统。