[发明专利]带碳捕集功能的LNG动力船余热和冷能综合利用系统

说明书

本发明公开了一种带碳捕集功能的LNG动力船余热和冷能综合利用系统，包括空气分离模块、烟气余热利用模块和低温碳捕集模块，空气分离模块利用两级精馏后形成的废氮及废氩的冷能对空气进行预冷后进入低温碳捕集模块利用，烟气余热利用模块由高温烟气做功，并为两级级联朗肯循环提供热能后进入低温碳捕集模块为第三级有机朗肯循环提供热能，低温碳捕集模块中LNG和空气分离模块分离的氧气为第三级有机朗肯循环提供冷能，烟气余热利用模块的烟气在第三级有机朗肯循环换热后一路与氧气混合进入发动机，一路经过第三级有机朗肯循环冷却后液化捕集。本发明对船舶余热和冷能充分回收利用并对CO₂捕集，解决CO₂难以分离的问题，具有高效节能和零碳排放的特征。

技术领域

本发明涉及一种LNG动力船能力利用系统，特别是一种带碳捕集功能的LNG动力船余热和冷能综合利用系统。

背景技术

目前的远洋LNG燃料动力船在供给主机天然气燃料前，主要是通过汽化器使LNG与海水换热，LNG在汽化升温时释放的冷能(约840kJ/kg)随低温海水排入海中，白白浪费。同时，船舶运行时产生的余热约占整个动力系统能量消耗的50％，现有技术和应用大多是使用系统体积庞大的水蒸气动力循环来回收烟气余热，经济性较差。另外，一艘LNG动力船每年的CO₂排放量十分庞大，因此，对LNG动力船进一步碳捕集减排意义重大。

公开号为CN113309985A的中国专利提出了一种零碳排放的LNG燃料动力船冷能余热综合梯级利用系统，该系统中LNG和载冷剂之间通过换热，实现LNG冷能梯级利用；船舶主机通过换热器和蒸汽透平连接实现尾气余热梯级利用；CO₂液化捕获子系统中船舶主机产生的CO₂通过换热器和海水淡化蒸发器连接，海水淡化蒸发器通过汽分离器和液态CO₂储罐连接实现CO₂的液化捕获；该发明提高了船舶能源利用率，同时减少碳排放，实现船舶能源利用系统的节能减排。但该系统仅提及CO₂中水蒸气的分离方法而未提及如何将船舶主机烟气中CO₂分离出来的方法。同时，高温烟气用于水蒸气动力循环不仅设备体积庞大，而且出口烟气在进入海水淡化装置前仍有大量余热可供回收利用。

公开号为CN112833325A的中国专利提出了一种LNG动力船利用燃料冷能的脱碳系统，该系统主要包括：LNG供给系统、CO₂捕集与分离系统、CO₂液化系统、干冰合成系统。该系统利用LNG动力船上的燃料冷能对船舶主机燃烧燃料产生的CO₂气体进行液化进而制成干冰投入海底封存，还可以将干冰运输到陆地上供工业制碱或其他所需，能够实现LNG动力船的零碳排放。但系统中的吸收液易被烟气中的硫化物等排放物污染导致再生能力降低，系统维护成本大且难以实现零碳排放。

发明内容

针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种带碳捕集功能的LNG动力船余热和冷能综合利用系统，一方面解决现有船用碳捕集技术未能完全捕获发动机运行时反应生成CO₂的问题，另一方面解决LNG动力船主机余热和LNG汽化冷能利用率低、结构复杂的问题。

本发明技术方案如下：一种带碳捕集功能的LNG动力船余热和冷能综合利用系统，包括空气分离模块、烟气余热利用模块和低温碳捕集模块，

所述空气分离模块包括空气依次进行多级冷却增压和两级精馏的流路，空气经过所述两级精馏后形成的废氮及废氩用于对空气进行多级冷却增压中除末级冷却外的前级冷却并流入所述低温碳捕集模块，空气经过所述两级精馏后形成的氧气用于对空气进行多级冷却增压中的末级冷却并流入所述低温碳捕集模块；