[发明专利]一种LNG船上氢的制取、储存与燃用的综合系统

说明书

本发明公开了一种LNG船上氢的制取、储存与燃用的综合系统，该系统主要包括LNG燃料供给系统、氢气生成系统、氢气燃用及储存系统。本发明系统将LNG船上产生的BOG转化成了燃烧性能更好，更加环保的氢气燃料，解决了BOG的处理问题，利用BOG和气态天然气的冷能对氢气进行降温，降低了压缩氢气时压缩机的功率消耗，并利用了LNG的冷能使得压缩后的氢气储存在低温环境，大大提高了氢气的储存密度，实现了氢气在船舶上的低温高压的储存。此外，在港口、近海等对碳排放要求比较高的限排区域可将天然气和氢气混合作为船舶电力推进装置的燃料，可以大大减少CO₂的排放，以满足碳排放的要求，因此本发明系统具有较高的实际应用价值和广阔的发展前景。

技术领域

本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种LNG船上氢的制取、储存与燃用的综合系统。

背景技术

天然气作为一种高效、无污染的清洁能源，其需求量越来越多，由于天然气液化后体积可以减少600倍，因此天然气通常以液态形式进行船舶运输，液化天然气(LNG)运输船，简称LNG船，是指专门运输液化天然气的船舶。LNG是一种-163℃的低温液体，其在运输过程中与周围环境存在约200℃的温差，即使是采用隔热效果良好的保温层，LNG在运输的过程中也会吸收外界的热量从而蒸发出气体，从而产生“闪蒸汽”，简称BOG。

通常情况下，LNG船具有4-5个LNG货舱，LNG货舱内随时会产生BOG，BOG的主要成分是甲烷，一天产生的BOG可以折合成液体当量为70-100m³的LNG，基于BOG产生的数量多，船舶上对于BOG的处理方法主要有船舶动力推进装置燃用和BOG再液化返回液货舱。

大多数传统的LNG船的动力设备采用蒸汽轮机，就是将船舶产生的BOG直接送入锅炉燃烧，锅炉产生的高压高温蒸汽推动汽轮机做功，然后带动螺旋桨实现船舶动力推进，但是蒸汽轮机热效率太低，这种方法的经济性相对较差；随着技术的进步，有些船舶安装了BOG再液化装置，可以将BOG再液化返回液货舱，但是此装置工艺复杂，需在船舶上安装制冷设备，不仅设备投入成本较高，而且装置的运行功率较大，这种BOG处理方式也是不够理想；另外，将BOG送至双燃料柴油机燃用，然后输出功直接带动螺旋桨进行推进也是一种处理BOG的方法，这种方法柴油机的热机效率较高；近年来对于机动性要求比较高的LNG船采用了电力推进方式，因此LNG船上产生的BOG可以直接送至发动机(内燃机)燃用，依靠传统的内燃机发电，然后通过电动机带动螺旋桨旋转实现船舶的电力推进，这种方式操纵性较强，但是造价较高，在一些对船舶机动性要求比较高的特定航线，如北极航线上被越来越多船舶采用。但是以上方法直接燃用BOG都会产生CO₂，未来在港口、近海等对碳排放要求比较高的限排区域，采用这种方法不能满足碳排放的要求，因此采用可以减少CO₂排放的燃料势在必行。

氢作为目前的一种清洁环保的燃料，与天然气混合燃烧时可以大大减少CO₂的排放，因此，如果可以提出一种方法将LNG船上产生的多余的BOG转化成高能量密度和零排放的氢气在船舶上进行储存并燃用，这样在港口、近海等对碳排放要求比较高的限排区域可以满足碳排放的要求，且不需要船舶额外携带其他可以减少CO₂排放的燃料。

通常情况下，BOG的温度为-140℃至-150℃，在送至船舶发动机燃用之前需加热至常温左右，在这期间，BOG会释放出大量的冷能，但是仅仅燃用LNG燃料舱自发产生的BOG是不能满足船舶电力推进过程中推进装置所需的燃料量，还需要将LNG燃料舱里的LNG燃料汽化成气态天然气一并送至发动机燃用，这一过程也会释放大量的冷能，上述这些冷能如果没有得到利用，就造成了冷能的浪费。氢气的密度较小，如果以常温常压的形式在船舶上进行储存会面临着储存体积过大的问题，因此如果利用BOG和气态天然气的冷能对氢气进行降温，然后利用压缩机对氢气进行压缩，利用LNG燃料舱里LNG的冷能将氢气以低温高压的形式储存在船舶上，将会大大提高氢气的储存密度，减少氢气的储存体积。