[发明专利]船用天然气发动机尾气的低温凝华碳捕集系统及方法

权利要求书

1.一种船用天然气发动机尾气的低温凝华碳捕集系统进行碳捕集的方法，其特征在于，所述系统包括LNG燃气供气系统（100）、与所述LNG燃气供气系统（100）连通的船用主机燃烧系统（200）、与所述船用主机燃烧系统（200）连通的碳富集系统（300）以及与所述碳富集系统（300）连通的低温凝华碳捕集系统（400）；所述LNG燃气供气系统（100）包括LNG输送泵（101）、LNG储罐（102）以及燃气复温器（103）；所述船用主机燃烧系统（200）包括与船用发动机主机（201）入口相连的空气泵（202）以及与船用发动机主机（201）出口相连的鼓风机（203），所述燃气复温器（103）与船用发动机主机（201）的入口之间设置有燃气流量调节阀（204）；所述空气泵（202）出口与船用发动机主机（201）的入口之间设置有空气流量调节阀（205），所述鼓风机（203）的入口设置有第二过滤器（206）；所述碳富集系统（300）包括脱硫塔（301）、贫富液热交换器（302）、解析塔（303）、水冷却器（304）、富液泵（305）、贫液泵（306）、贫液冷却器（307）、气液分离器（308）以及储液罐（309）；所述低温凝华碳捕集系统（400）包括并联设置的第一低温凝华碳捕集换热器（401）、第二低温凝华碳捕集换热器（402）以及泄放管路（403）；

所述LNG输送泵（101）的出口分别与所述LNG储罐（102）、所述第一低温凝华碳捕集换热器（401）以及所述第二低温凝华碳捕集换热器（402）的冷流体侧入口连通；所述LNG输送泵（101）的出口与第一三通调节阀（407）的进口连接，所述第一三通调节阀（407）的出口分别与所述第一低温凝华碳捕集换热器（401）和所述第二低温凝华碳捕集换热器（402）的冷流体侧入口相连；所述第一低温凝华碳捕集换热器（401）和所述第二低温凝华碳捕集换热器（402）的出口通过第二三通调节阀（408）与所述燃气复温器（103）入口相连；所述第一低温凝华碳捕集换热器（401）以及所述第二低温凝华碳捕集换热器（402）的冷流体侧出口分别与所述燃气复温器（103）的入口相连，所述燃气复温器（103）的出口与船用发动机主机（201）入口相连，所述鼓风机（203）的出口与所述水冷却器（304）的入口相连，所述水冷却器（304）出口与所述脱硫塔（301）的入口相连，所述脱硫塔（301）的底部出口通过所述富液泵（305）与所述贫富液热交换器（302）冷流体侧入口相连，所述贫富液热交换器（302）冷流体侧出口与所述解析塔（303）顶部富液侧入口相连，所述解析塔（303）底部贫液侧出口与所述贫富液热交换器（302）热流体侧入口相连，所述贫富液热交换器（302）热流体侧出口通过所述贫液泵（306）与所述贫液冷却器（307）入口相连，所述贫液冷却器（307）出口管路分别与排出管道以及所述脱硫塔（301）顶部贫液侧入口相连，所述解析塔（303）顶部出口与所述气液分离器（308）入口相连，所述气液分离器（308）底部与所述储液罐（309）入口相连，醇胺补液泵（313）通过所述储液罐（309）与所述解析塔（303）顶部胺液侧入口相连，所述气液分离器（308）顶部出口分别与所述第一低温凝华碳捕集换热器（401）及所述第二低温凝华碳捕集换热器（402）的热流体侧入口相连，所述第一低温凝华碳捕集换热器（401）和所述第二低温凝华碳捕集换热器（402）的热流体侧出口连接所述泄放管路（403），所述泄放管路（403）分别与第一过滤器（404）入口以及第一控制阀（405）入口连接，所述第一控制阀（405）出口与干冰储罐（406）入口相连；

所述鼓风机（203）出口通过第三单向截止阀（315）与再沸器（317）的热流体侧入口相连，所述再沸器（317）的热流体侧出口通过第四单向截止阀（316）与所述水冷却器（304）入口相连；所述解析塔（303）底部分别与所述再沸器（317）的冷流体侧入口和再沸器（317）的冷流体侧出口相连；

所述碳捕集的方法包括以下步骤：

步骤（a）：LNG燃料经所述LNG储罐（102）由所述LNG输送泵（101）泵出后进入所述第一三通调节阀（407），所述LNG储罐（102）的舱内压力由部分LNG增压后，通过喷淋嘴（108）喷入舱内实现调节；

步骤（b）：依据排空余气中二氧化碳气体含量，定时通过所述第一三通调节阀（407）和所述第二三通调节阀（408）切换使用所述第一低温凝华碳捕集换热器（401）和所述第二低温凝华碳捕集换热器（402），实现LNG与高含碳尾气换热；

步骤（c）：加热后的天然气进入所述燃气复温器（103）复温后，经所述燃气流量调节阀（204）调节进气量后与空气进入船用发动机主机（201）燃烧；

步骤（d）：燃烧后高温尾气经所述第二过滤器（206）、所述鼓风机（203）及所述水冷却器（304）后进入所述脱硫塔（301），其中部分高温尾气进入所述再沸器（317）与贫液实现热量交换，进入所述脱硫塔（301）处理前尾气接入气相色谱检测仪检测尾气组分；

步骤（e）：尾气的酸性气体在所述脱硫塔（301）中与醇胺溶液发生化学反应，脱碳后的尾气经二氧化硫气体检测器和二氧化碳气体检测器检测合格后由塔顶层排出，所述脱硫塔（301）底部的富液经所述富液泵（305）泵出后进入所述贫富液热交换器（302）参与换热后进入所述解析塔（303），其中进入所述醇胺补液泵（313）的补充醇胺溶液流量依据所述脱硫塔（301）底部富液出口处及所述贫液泵（306）入口处醇胺溶液根据的酸碱度、多环芳烃及浊度综合检测仪确定；

步骤（f）：高含碳尾气经所述气液分离器（308）分离后进入干燥器（314）深度干燥，高含碳尾气接入气相色谱检测仪检测尾气各组分；

步骤（g）：高含碳尾气进入第三三通调节阀（409），切换使用所述第一低温凝华碳捕集换热器（401）和所述第二低温凝华碳捕集换热器（402），错峰使用单台低温凝华碳捕集换热器实现与LNG冷量交换，而另一台低温凝华碳捕集换热器则实现干冰脱除以备切换使用，余气经所述第一过滤器（404）排空，排空前接入气相色谱检测仪检测余气组分，而收集的干冰储存于所述干冰储罐（406）中。