[发明专利]一种基于氨能源船舶的冷热电三联供复合系统及供电方法

权利要求书

1.一种基于氨能源船舶的冷热电三联供复合系统，其特征在于，包括制氢系统、船舶电力供给系统和冷热能量回收换热循环系统；

所述制氢系统包括依次连通的船用液氨储罐（1）、流量调节阀组（2）、气化器（3）、压力调节阀组（4）、干燥过滤器（5）、氨气预热器（6）、电加热器（7）、氨催化分解氢分离单元（8）、氢纯化器（9）、氢冷却器（10）和氢气压力流量控制阀组（11）；

所述船舶电力供给系统包括氢-空气燃料电池（12）、电动机螺旋桨（13）和蓄电池（14）；所述氢冷却器（10）将氢气通入所述氢-空气燃料电池（12）进行发电并将电力输送至所述蓄电池（14）进行储存；所述氢-空气燃料电池（12）将电力输送至船舶的电动机，电动机接收电力推动所述电动机螺旋桨（13）转动使船舶行进；所述船舶电力供给系统还能够为船舶其他用电设备供电；

所述冷热能量回收换热循环系统包括余热锅炉（15）和载冷剂泵（16）；所述余热锅炉（15）通过管路与所述氨气预热器（6）相连通，所述冷热能量回收换热循环系统回收的所述氨催化分解氢分离单元（8）内发生裂解反应后废气氮气所携带的热量经所述氨气预热器（6）供给至所述余热锅炉（15），所述余热锅炉（15）用于产生饱和蒸汽供应船舶辅机和客舱热量需求；所述载冷剂泵（16）分别通过管路与所述气化器（3）相连通，所述冷热能量回收换热循环系统通过载冷剂在所述气化器（3）内进行冷量回收用于对船舶设备进行冷却以及供应船舶相关冷量需求；

所述冷热电三联供复合系统耗电部件仅为载冷剂泵（16）以及电加热器（7）；所述冷热电三联供复合系统开启时使用所述蓄电池（14）驱动所述制氢系统开始制氢，开始制氢时所述电加热器（7）满负荷工作，当产出氢气后所述电加热器（7）变为小负荷工作或者间歇工作模式；

所述氨催化分解氢分离单元（8）包括进口歧管（81）、出口歧管（83）和管壳式裂解分离装置（82）；所述管壳式裂解分离装置（82）内填充有催化剂；所述管壳式裂解分离装置（82）设置有氮气出口（84）；所述进口歧管（81）与所述管壳式裂解分离装置（82）内部相连通；所述出口歧管（83）伸入所述管壳式裂解分离装置（82）内部；所述出口歧管（83）内壁附有氢透膜。

2.根据权利要求1所述的基于氨能源船舶的冷热电三联供复合系统，其特征在于，所述冷热能量回收换热循环系统通过载冷剂在所述气化器（3）内回收液氨气化的冷量能够供给至所述氢冷却器（10）。

3.根据权利要求1所述的基于氨能源船舶的冷热电三联供复合系统，其特征在于，所述冷热能量回收换热循环系统回收的所述氨催化分解氢分离单元（8）内发生的裂解反应后废气氮气所携带的热量，首先供给至所述氨气预热器（6）使氨气升温从而减少所述电加热器（7）的功耗，然后经所述氨气预热器（6）供给至所述余热锅炉（15）。

4.根据权利要求1所述的基于氨能源船舶的冷热电三联供复合系统，其特征在于，所述载冷剂为乙二醇水溶液或氮气。

5.根据权利要求1所述的基于氨能源船舶的冷热电三联供复合系统，其特征在于，所述催化剂为金属基氨分解催化剂；所述氢透膜为钯基合金膜。

6.根据权利要求1所述的基于氨能源船舶的冷热电三联供复合系统，其特征在于，所述氢纯化器（9）内由多孔固体物质分子筛吸附剂填充，用于除去氢气中微小水分杂质和氨、氮气。

7.根据权利要求1所述的基于氨能源船舶的冷热电三联供复合系统，其特征在于，所述气化器（3）、所述氨气预热器（6）和所述氢冷却器（10）为板翅式、板式、缠绕管式或壳管式换热器；所述气化器（3）、所述氨气预热器（6）和所述氢冷却器（10）内部为打孔、波纹或锯齿型翅片。

8.一种基于氨能源船舶的冷热电三联供电方法，采用权利要求1所述的基于氨能源船舶的冷热电三联供复合系统，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：液氨储运气化

液态氨储存在船用液氨储罐（1）内，通过流量调节阀组（2）调节流量后通入气化器（3），进行气化变为氨气，并通过冷热能量回收换热循环系统在所述气化器（3）内进行冷量回收；氨气通入干燥过滤器（5），通过压力调节阀组（4）控制气化器（3）内的压力及输出的氨气的流量；

步骤2：氨气干燥除杂及加热

氨气通过干燥过滤器（5）进行干燥除杂，在氨气预热器（6）内，利用冷热能量回收换热循环系统回收的所述氨催化分解氢分离单元（8）内发生裂解反应后废气氮气所携带的热量把氨气预热到500℃，然后氨气经过设定温度的电加热器（7）加热到催化裂解温度650-700℃；

步骤3：氨气催化裂解分离及氢气纯化

加热后的氨气通入氨催化分解氢分离单元（8），被催化剂分解为氢气和氮气；氢气依次经过氢纯化器（9）和氢冷却器（10）进行纯化和冷却；

步骤4：船舶燃料电池发电以及供电

氢气经过氢气压力流量控制阀组（11）通入氢-空气燃料电池（12）进行发电并将输送至所述蓄电池（14）进行储存；氢-空气燃料电池（12）将电力输送至船舶的电动机，电动机接收电力推动所述电动机螺旋桨（13）转动使船舶行进；所述船舶电力供给系统还能够为船舶其他用电设备供电。