[发明专利]一种液氢-燃油双燃料船氢存储再液化耦合燃油废气低温捕集系统

说明书

本发明提供一种液氢‑燃油双燃料船氢存储再液化耦合柴油废气低温捕集系统，包括低温氦与液氢换热网络系统、气氦制冷循环系统以及船舶主机、锅炉尾气低温捕集系统；低温氦与液氢换热网络系统包括依次通过管路互相连通的液氢储罐、液氢泵Ⅰ、四股流预冷器、二股流过冷器、三股流换热器以及过冷液氢喷淋正仲氢转化器；气氦制冷循环系统包括液氦储罐、液氦泵、回热器、气氦压缩机以及气氦膨胀机；船舶主机、锅炉尾气低温捕集系统包括液氢泵Ⅱ、控制阀、背压阀、尾气预冷器、尾气过冷器、船舶主机、辅机锅炉、燃油罐、尾气过滤器以及CO₂富集储存器。本发明集氢燃料再液化储存、传统燃料尾气处理于一身，是未来多能源互补型船舶的发展方向。

技术领域

本发明涉及新燃料船舶低温燃料再液化储存、双燃料船舶节能减排、燃 油废气低温CO₂捕集领域，具体而言，尤其涉及一种液氢-燃油双燃料船氢 存储再液化，低温氦压缩膨胀供冷循环、以及利用低温冷能捕集尾气CO₂的 新能源船舶多燃料复合系统。

背景技术

由于前几次工业革命对资源的过度利用和对污染的不节制排放所积 累从而导致的自然灾害接连不断。据不完全统计从20世纪到现在全球超 过一半的山体滑坡、雪崩、干旱、深林大火、洪涝、海啸等都是由于人类 毫无节制的生产生活所排放污染物等越来越频繁导致的。虽然我国地缘辽 阔、资源富裕、海岸线巨大，但是近年来自然灾害发生的次数也越来越多 越来越激烈。因此如何进行新能源使用以及可持续能源的开发和节能减排 是应对全球变暖和气候变化所带来自然灾害挑战的主要措施。近几年我国 陆上交通的节能减排和新能源利用得到了快速的发展，汽车能源从传统的 汽油到液化石油气，再到新能源乙醇、天然气，最后用氢燃料电池纯电动 力，它们的尾气排放逐渐减小节能减排优势尤为显著。目前，航运几乎完 全依赖石油这种化石燃料，是一种高碳排放的运输方式。通过制定温室气 体战略，国际海事组织设定了一个雄心勃勃的目标即在本世纪末实现航运 的脱碳运营。中期目标是到2050年将船舶尾气排放量减少到2008年的 50％。除非有新的船用清洁燃料和新的船舶动力系统运行方式，否则无法 实现上述目标。

不管是燃烧做功还是燃料电池发电，氢作为清洁、丰富、可循环利用 且对环境无害的能源产物被认为是替代化石燃料的最终解决方案。它燃烧 热值约为汽油的3倍，远高于天然气且用于燃料电池仅产生水，如果把它 用于船舶可完全避免硫氧化物和颗粒物排放，可以一劳永逸的解决国际海 事组织所担心的动力污染排放问题。可以预见未来30到50年内大部分船 舶、汽车等都会选用氢作为主要燃料。从能源角度来看，目前航运的燃料 是不可持续的，这就产生了与气候变化和当地空气污染有关的问题。鉴于 各个国家和国际社会在气候变化和空气污染方面的压力，这种情况不能继 续下去。在航运方面，受到诸如IMO温室气体战略等政策的强烈推动， 未来航运脱碳的趋势已经开始显现。因此，氢和液氢这种零排放的绿色能 源在船舶燃料上的应用亟待快速发展。但是与传统船用柴油燃料热值、使 用方法、条件环境等不同，上述新能源在船舶动力配置、主辅机布置、管 路连接以及安全使用等方面有着诸多不同。盲目的直接使用上述新能源将 会导致船舶动力设备不匹配、能耗巨大达不到节能减排的初衷，更有甚者 会发生船毁人亡等安全隐患。因此，如何安全高效的综合运用这些新能源， 匹配现有的船舶动力体系，或者专门针对新能源设计船舶动力系统管路既 达到安全替代传统化石燃料又可有效利用新能源低碳环保的优点是目前船运业新能源更替所面临的关键科学和工程问题。

目前氢气的储存主要有高压气态储氢、低温液态储氢、金属氢化物储 氢和有机液体储氢。虽然对于汽车这种小型交通工具来说高压气态储氢 (质量密度4.0wt％体积密度39g/L)已经可以满足日常需求。但是对于大 型船舶动力来说，就必须要用到质量储氢密度为5.7wt％和体积储氢密度 为70g/L的低温液态储氢法，这是目前已知的最大氢储存方法。然而液氢 类似液态天然气一样是一种处在-252℃左右的极低温燃料，一般使用时需 要气化到室温后进入引擎、锅炉或者燃料电池工作。然而由于外界温差巨 大液氢储罐储存过程中罐体漏热，自蒸发这种问题是不可避免的，因此如 何让船舶液氢罐中的氢蒸发气进行再液化，利用液氢气化时候的冷能是高 效利用氢燃料的关键。