[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

说明书

本发明公开了一种船用天然气发动机尾气的低温凝华碳捕集系统及方法。本发明所述的系统包括LNG燃气供气系统、与所述LNG燃气供气系统连通的船用主机燃烧系统、与所述船用主机燃烧系统连通的碳富集系统以及与所述碳富集系统连通的低温凝华碳捕集系统。本发明通过醇胺法富集90％以上的高浓度含碳尾气，并结合LNG冷能实现了95％以上的常压尾气中CO₂捕集封存，具备优良的技术可行性及经济性，能耗低、安全性高，占用额外舱室空间少，极大程度减小了尾气处理及碳捕集过程中的能耗和设备投资。

技术领域

本发明涉及船舶尾气废气处理技术领域，特别涉及一种船用天然气发动机尾气的低温凝华碳捕集系统及方法。

背景技术

船舶排放污染问题越来越引起世界的广泛重视，对船舶排污的限制越来越严格。同时，国内外建立了排放控制区(ECA)，即在港口周边水域划设，必须按要求满足排放要求的强制性区域。当前，建立排放控制区也已成为顺应环保要求的大势所趋，未来排放控制区的数量将会逐渐增加。在此背景下，LNG作为一种清洁能源迅速发展，在世界能源市场活跃程度越来越高，直接推动LNG燃料成为船舶的主要燃料之一，并带动相关产业快速发展。

船舶尾气经脱硫脱硝除水处理后，含有大量的氮气，二氧化碳，多种烃类，氧气，烟气颗粒物等，成分复杂，处理气量巨大。以常见的30万吨散货轮配置的4万马力发动机为例，不考虑船舶发电机功率前提下船舶主机功率约30MW，折合尾气排放中CO₂排放量约18.6t/h，NOX排放量约0.234t/h，CO排放量约0.03t/h，THC(碳氢化合物总量)排放量约0.018t/h。可以看到，船舶尾气中CO₂排放量集中排放量巨大，发展CO₂规模化利用技术为核心的碳减排方案，可带来巨大的碳减排潜力和经济效益。碳捕集与封存(CCS)在船舶上的研究运用例还较少，现有技术中CN109813054A提到了可利用液化天然气来实现CO₂捕集及发电的功能。但对于低含碳船舶发动机尾气(CO₂10％摩尔分数)、有限的船舱改造空间、船体相对独立的能量供给系统和法规标准而言，针对船舶尾气固碳的目的，需要在船舶辅机系统中寻求合适的冷源或制冷系统，设计良好的碳捕集流程实现冷量的回收并降低能耗。

发明内容

发明目的：针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种船用天然气发动机尾气的低温凝华碳捕集系统。本发明的另一目的提供了该系统的进行碳捕集的方法。本发明根据船用天然气发动机尾气成分和气量，通过醇胺法工艺等实现高含碳尾气的二氧化碳富集，并进一步通过天然气气化过程的冷能常压下固化分离CO₂的低温凝华法，实现CO₂捕集封存。

技术方案：本发明所述的一种船用天然气发动机尾气的低温凝华碳捕集系统，包括LNG燃气供气系统、与所述LNG燃气供气系统连通的船用主机燃烧系统、与所述船用主机燃烧系统连通的碳富集系统以及与所述碳富集系统连通的低温凝华碳捕集系统；

所述LNG燃气供气系统包括LNG输送泵、LNG储罐以及燃气复温器；所述船用主机燃烧系统包括与船用发动机主机入口相连的空气泵以及与船用发动机主机出口相连的鼓风机；所述碳富集系统包括脱硫塔、贫富液热交换器、解析塔、水冷却器、富液泵、贫液泵、贫液冷却器、气液分离器以及储液罐；所述低温凝华碳捕集系统包括并联设置的第一低温凝华碳捕集换热器、第二低温凝华碳捕集换热器以及泄放管路；