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专利号: 2023105761173
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
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摘要:

权利要求书:

1.零碳排放的船舶SOFC/GT/SCO2混合动力系统,其特征在于,包括:

空气分离制氧子系统,用于以LNG与空分产物作为冷源进行低温空气分离,空分产物包括高纯度液氧和氮气;

SOFC/GT混合动力子系统,包括SOFC(17)和第二涡轮(20),SOFC(17)阳极送入LNG气体,SOFC(17)阴极送入富氧气体,SOFC(17)阳极出口气体送入后燃室(19),阴极出口气体一部分送入后燃室(19),另一部分作为阴极再循环气体;后燃室(19)内燃烧后的高温高压气体在第二涡轮(20)做功后形成SOFC尾气,SOFC尾气用于加热送入SOFC(17)阳极的LNG气体;

碳捕集子系统,设置在SOFC尾气通路末端,用于分离SOFC尾气中的H2O,并进一步利用LNG与空分产物的冷量,使尾气中的CO2液化,高纯度液氧和LNG经碳捕集子系统后,分别形成供给SOFC(17)的富氧气体和LNG气体;以及,第一SCO2循环子系统,由阴极再循环气体驱动,排出第一SCO2循环子系统的阴极再循环气体与送入SOFC(17)阴极的富氧气体混合;SOFC(17)通过调整阴极再循环比例来调整SOFC运行温度;

空气分离制氧子系统包括第一涡轮(8)、第二精馏塔(9),以及依次相连的空气分离膜(1)、真空泵(2)、第一压缩机(3)、第一换热器(4)、泵作透平(6)和第一精馏塔(7);空气经空气分离膜(1)提纯为富氧空气,真空泵(2)用于提供气体扩散驱动力,随后被第一压缩机(3)压缩,并在第一换热器(4)冷却液化,通过泵作透平(6)降压后进入第一精馏塔(7)初步精馏,分离出的高纯度氮气用于在第一涡轮(8)做功,分离出的富氧液体导入第二精馏塔(9)进一步精馏;从第二精馏塔(9)分离出的高纯度氮气与做功后的高纯度氮气汇合,从第二精馏塔(9)分离出的高纯度液氧、汇合的高纯度氮气以及LNG用作第一换热器(4)冷源液化富氧空气。

2.根据权利要求1所述的船舶SOFC/GT/SCO2混合动力系统,其特征在于,SOFC/GT混合动力子系统还包括水泵(26)、第八换热器(27)、第四压缩机(28),以及依次相连的第二压缩机(11)、第三换热器(12)、第四换热器(14)、第五换热器(15)和重整室(16);经碳捕集子系统后形成的LNG气体经第二压缩机(11)压缩后,通过第三换热器(12)加热,然后与水泵(26)加压、第八换热器(27)加热气化形成的水蒸气混合,混合气体依次在第四换热器(14)和第五换热器(15)被加热后送入重整室(16),生成富氢重整气;富氢重整气送入第四换热器(14)作为热源,而后送入SOFC(17)阳极;SOFC尾气作为热源依次通过第五换热器(15)、第三换热器(12)和第八换热器(27);经碳捕集子系统后形成的富氧气体经第四压缩机(28)压缩后,与排出第一SCO2循环子系统的阴极再循环气体混合,送入SOFC(17)阴极。

3.根据权利要求2所述的船舶SOFC/GT/SCO2混合动力系统,其特征在于,重整室(16)设置于后燃室(19)内部,由后燃室(19)供给重整室(16)运行所需的热量。

4.根据权利要求2所述的船舶SOFC/GT/SCO2混合动力系统,其特征在于,还包括第二SCO2循环子系统,设置在碳捕集子系统前,由SOFC尾气驱动。

5.根据权利要求4所述的船舶SOFC/GT/SCO2混合动力系统,其特征在于,第二SCO2循环子系统包括第三涡轮(21)、第六换热器(22)、第一冷却器(23)、第三压缩机(24)和第七换热器(25);SOFC尾气依次通过第三换热器(12)、第七换热器(25)和第八换热器(27);SOFC尾气在第七换热器(25)加热循环工质,而后循环工质在第三涡轮(21)膨胀做功,膨胀完的循环工质通过第六换热器(22)降温,并在第一冷却器(23)进一步降温;进一步降温后的循环工质在第三压缩机(24)被压缩,并通过第六换热器(22)升温,而后回到第七换热器(25)完成一个循环。

6.根据权利要求1所述的船舶SOFC/GT/SCO2混合动力系统,其特征在于,第一SCO2循环子系统包括第九换热器(30)、第四涡轮(31)、第十换热器(32)、第二冷却器(33)和第五压缩机(34);阴极再循环气体在第九换热器(30)加热循环工质,而后循环工质在第四涡轮(31)膨胀做功;膨胀完的循环工质通过第十换热器(32)降温,并在第二冷却器(33)进一步地降温;进一步降温后的循环工质在第五压缩机(34)被压缩,并通过第十换热器(32)升温,而后回到第九换热器(30)完成一个循环。

7.根据权利要求1所述的船舶SOFC/GT/SCO2混合动力系统,其特征在于,碳捕集子系统包括第二换热器(5)、第三冷却器(35)、水汽分离塔(36)和第六压缩机(37);SOFC尾气经第三冷却器(35)冷却后,在水汽分离塔(36)分离出H2O和未冷凝气体,未冷凝气体经第六压缩机(37)压缩后,通入第二换热器(5)冷凝成高纯液体CO2;第二换热器(5)冷源为空气分离制氧子系统排出的LNG与空分产物。

8.根据权利要求5、6或7所述的船舶SOFC/GT/SCO2混合动力系统,其特征在于,冷却器采用海水作为冷源。

9.根据权利要求5、6或7所述的船舶SOFC/GT/SCO2混合动力系统,其特征在于,SCO2循环子系统和碳捕集子系统中的压缩机采用多级压缩级间冷却工艺。