[發明專利]一種LNG船上氫的制取、儲存與燃用的綜合系統

有效

• 申請號: 202110993871.8
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113701043B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 賈小平;賈寶柱;李博洋;楊倩倩;林軼群
• 申請（專利權）人: 廣東海洋大學
• 主分類號: F17C1/00
• 分類號: F17C1/00;F17C5/00;C01B3/02;F17D1/07
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 許莉

本發明公開了一種LNG船上氫的制取、儲存與燃用的綜合系統，該系統主要包括LNG燃料供給系統、氫氣生成系統、氫氣燃用及儲存系統。本發明系統將LNG船上產生的BOG轉化成了燃燒性能更好，更加環保的氫氣燃料，解決了BOG的處理問題，利用BOG和氣態天然氣的冷能對氫氣進行降溫，降低了壓縮氫氣時壓縮機的功率消耗，并利用了LNG的冷能使得壓縮后的氫氣儲存在低溫環境，大大提高了氫氣的儲存密度，實現了氫氣在船舶上的低溫高壓的儲存。此外，在港口、近海等對碳排放要求比較高的限排區域可將天然氣和氫氣混合作為船舶電力推進裝置的燃料，可以大大減少CO₂的排放，以滿足碳排放的要求，因此本發明系統具有較高的實際應用價值和廣闊的發展前景。

技術領域

本發明屬于船舶技術領域，具體涉及一種LNG船上氫的制取、儲存與燃用的綜合系統。

背景技術

天然氣作為一種高效、無污染的清潔能源，其需求量越來越多，由于天然氣液化后體積可以減少600倍，因此天然氣通常以液態形式進行船舶運輸，液化天然氣(LNG)運輸船，簡稱LNG船，是指專門運輸液化天然氣的船舶。LNG是一種-163℃的低溫液體，其在運輸過程中與周圍環境存在約200℃的溫差，即使是采用隔熱效果良好的保溫層，LNG在運輸的過程中也會吸收外界的熱量從而蒸發出氣體，從而產生“閃蒸汽”，簡稱BOG。

通常情況下，LNG船具有4-5個LNG貨艙，LNG貨艙內隨時會產生BOG，BOG的主要成分是甲烷，一天產生的BOG可以折合成液體當量為70-100m³的LNG，基于BOG產生的數量多，船舶上對于BOG的處理方法主要有船舶動力推進裝置燃用和BOG再液化返回液貨艙。

大多數傳統的LNG船的動力設備采用蒸汽輪機，就是將船舶產生的BOG直接送入鍋爐燃燒，鍋爐產生的高壓高溫蒸汽推動汽輪機做功，然后帶動螺旋槳實現船舶動力推進，但是蒸汽輪機熱效率太低，這種方法的經濟性相對較差；隨著技術的進步，有些船舶安裝了BOG再液化裝置，可以將BOG再液化返回液貨艙，但是此裝置工藝復雜，需在船舶上安裝制冷設備，不僅設備投入成本較高，而且裝置的運行功率較大，這種BOG處理方式也是不夠理想；另外，將BOG送至雙燃料柴油機燃用，然后輸出功直接帶動螺旋槳進行推進也是一種處理BOG的方法，這種方法柴油機的熱機效率較高；近年來對于機動性要求比較高的LNG船采用了電力推進方式，因此LNG船上產生的BOG可以直接送至發動機(內燃機)燃用，依靠傳統的內燃機發電，然后通過電動機帶動螺旋槳旋轉實現船舶的電力推進，這種方式操縱性較強，但是造價較高，在一些對船舶機動性要求比較高的特定航線，如北極航線上被越來越多船舶采用。但是以上方法直接燃用BOG都會產生CO₂，未來在港口、近海等對碳排放要求比較高的限排區域，采用這種方法不能滿足碳排放的要求，因此采用可以減少CO₂排放的燃料勢在必行。

氫作為目前的一種清潔環保的燃料，與天然氣混合燃燒時可以大大減少CO₂的排放，因此，如果可以提出一種方法將LNG船上產生的多余的BOG轉化成高能量密度和零排放的氫氣在船舶上進行儲存并燃用，這樣在港口、近海等對碳排放要求比較高的限排區域可以滿足碳排放的要求，且不需要船舶額外攜帶其他可以減少CO₂排放的燃料。

通常情況下，BOG的溫度為-140℃至-150℃，在送至船舶發動機燃用之前需加熱至常溫左右，在這期間，BOG會釋放出大量的冷能，但是僅僅燃用LNG燃料艙自發產生的BOG是不能滿足船舶電力推進過程中推進裝置所需的燃料量，還需要將LNG燃料艙里的LNG燃料汽化成氣態天然氣一并送至發動機燃用，這一過程也會釋放大量的冷能，上述這些冷能如果沒有得到利用，就造成了冷能的浪費。氫氣的密度較小，如果以常溫常壓的形式在船舶上進行儲存會面臨著儲存體積過大的問題，因此如果利用BOG和氣態天然氣的冷能對氫氣進行降溫，然后利用壓縮機對氫氣進行壓縮，利用LNG燃料艙里LNG的冷能將氫氣以低溫高壓的形式儲存在船舶上，將會大大提高氫氣的儲存密度，減少氫氣的儲存體積。