一种液氢运输船BOG处理系统

本发明属于船舶，具体涉及一种液氢运输船bog处理系统。

背景技术：

1、随着国际海事组织(imo)对船舶尾气排放的要求越来越高以及燃用化石燃料对环境造成的污染逐渐加剧，新型清洁能源的开发与利用受到了人们的广泛关注。其中，氢作为一种无碳的清洁能源，其来源丰富、利用高效的优点逐渐成为了人们关注的重点，使得其国际贸易量不断增加。

2、氢的跨国运输主要通过海运的方式，为了增加每艘船舶的运输量，氢在船舶上通常以液氢的形式存在，用于运输液氢的船舶称之为液氢运输船，简称液氢船。液氢的储存温度为-253℃，由于液氢极低的温度，运输过程中液氢货舱不可避免地会与外界环境发生换热，从而液氢蒸发产生蒸发气(bog)，同尺寸的液氢货舱与lng货舱相比，液氢货舱产生bog的量约是lng货舱产生bog量的9倍。而出于船舶营运经济性考虑，液氢运输船通常为大型运输船，如此以来，液氢船运输过程中液氢货舱内产生的bog量十分巨大，如何处理液氢货舱产生大量的bog是液氢运输船运输过程中存在的突出问题。

3、一般情况下，对于如lng运输船等产生的bog处理方式主要有两种：第一种方式是对bog进行再液化，第二种方式是将bog送至船舶主动力装置燃用。而液氢运输船若采用上述第一种处理方式，液氢bog液化的温度远低于lng，液化过程会产生巨大的功耗，且液化装置本身价格很高，采用液化的方式处理液氢bog经济性很差；液氢运输船若采用上述第二种处理方式，燃用氢的船舶主动力装置无论采用氢-柴油双燃料发动机还是氢燃料电池+电力推进等方式等，上述两种方式的燃烧效率都很高，从而船舶主动力装置消耗的燃料较少；此外，液氢的密度仅为70kg/m3，为水密度的1/14，单位体积的质量很小，导致液氢运输船因液氢货物质量较轻，船舶吃水较浅，所需推进功率较小，船舶主动力装置功率较小，所消耗燃料量变得更少。因此，上述两种情况导致船舶主动力装置无法完全消耗掉液氢货舱中产生的全部bog，而对于多余部分bog，出于安全性考虑送至船舶锅炉或gcu单元燃烧，由于氢的价格昂贵，且氢能源对于控制排放物污染更严格的陆地来说，需求量很大，轻易将液氢bog燃烧掉会造成严重的能源浪费。因此，上述两种bog处理方式应用于液氢船均上存在着很大的弊端。

4、氨既是一种重要的化工原料也是一种新型的清洁能源，可通过氮气与氢气制取。氨在船舶上具有很好的应用前景，为了减少氨在船舶上的储存体积，氨主要以液态的形式进行储存，液氨在船舶上的储存方式主要有全压式和全冷式两种，其中全压式储存条件为常温、高压(15～20bar左右)，全压式储存方式通常设计成具有一定耐压能力的球形储罐或c型储罐(c型储罐结构特征为两端为半球，中间为圆柱体)，基于这种形状，为达到储存要求，储罐的数量较多且因储罐与储罐之间、储罐与船体之间存在着很多未被利用的空间，造成了船体内部空间的浪费；全冷式储存条件为常压、低温(-33.5℃)，可采用不具有承压能力的薄膜式液货舱储存，无需设计成球型或c型液货舱，薄膜式液货舱可根据船体内部空间的实际情况，设计成匹配船体内部空间的不规则形状，提高船体内部空间的利用率。因此，在船体空间利用率方面，全冷式储存方式较全压式储存方式有较明显的优势。若将氮气与氢气制备氨的工艺应用于液氢运输船上，将液氢货舱内的bog与空气中分离出的氮气反应合成氨，经冷却液化后采用全冷式的储存方式储存在船上，将能很好的处理液氢的bog。

5、基于此，本发明提出一种液氢运输船bog处理系统，将液氢货舱内bog一部分送至船舶主动力装置燃用，提供船舶航行的动力，一部分与从空气中分离的氮气反应制成氨气，对氨气进行液化后，通过全冷式储存在船舶上，将能解决液氢运输船航行过程中液氢货舱bog难处理的问题，具有很好的实用性。

技术实现思路

1、本发明的目的是基于上述问题，提出一种液氢运输船bog处理系统，该系统包括：bog供给系统、氨合成系统、冷能利用系统。

2、其中bog供给系统包括：液氢货舱、蒸发气阀、供给压缩机、供给阀、加热单元。

3、氨合成系统包括：液氢货舱、蒸发气阀、供给压缩机、bog换热器、合成阀、合成单元、空气压缩机、分离单元、缓冲罐、氮气压缩机、液氨阀、冷媒换热器、液氨舱。

4、冷能利用系统包括：bog换热器、循环泵、冷媒换热器。

5、在bog供给系统中，所述液氢货舱为moss球罐型液货舱，通过管道依次与蒸发气阀、供给压缩机、bog换热器、供给阀、加热单元、主动力装置相连。

6、在氨合成系统中，所述bog换热器与供给阀之间设有旁支管道，管道上设有合成阀，所述合成阀通过管道与合成单元相连。所述空气压缩机通过管道依次与分离单元、缓冲罐、氮气压缩机、合成单元相连。所述合成单元通过管道依次与液氨阀、冷媒换热器、液氨舱相连，所述液氨舱为全冷式薄膜式液货舱，薄膜式液货舱在船体内的形状设计成与两个相邻液氢货舱之间空间相匹配的形状，占据船体内未被液氢货舱利用的空间。

7、在冷能利用系统中，所述bog换热器通过管道依次与循环泵、冷媒换热器相连，所述冷媒换热器通过管道与bog换热器相连，形成闭合回路，该闭合管道内存有流动的冷媒。

8、船舶航行时，液氢货舱内压力达到蒸发气阀设定的通过压力，蒸发气阀开启，液氢货舱内bog在供给压缩机作用下通过bog换热器，与冷媒发生换热，开启供给阀、部分液氢bog进入加热单元加热至供给主动力装置的温度，随后送至主动力装置燃用。开启合成阀，使剩余部分bog进入合成单元，同时，利用空气压缩机将空气加压送至分离单元，分离单元分离出空气中氮气送入缓冲罐，缓冲罐内氮气在氮气压缩机的加压作用下进入合成单元，在合成单元中液氢bog与氮气发生反应合成氨气，随后开启液氨阀，合成单元中氨气流入冷媒换热器中，与冷媒发生换热后液化，转变为液氨进入液氨舱中储存，待到船舶靠泊时，将液氨舱中的液氨送至陆地上回收利用。

9、本发明的有益效果：

10、1.本发明应用于液氢运输船上，将液氢货舱产生的bog与从空气中分离出的氮气反应合成氨。解决了液氢货舱产生bog难处理的技术难题，具有很好的实用意义。

11、2.本发明利用液氢bog的冷能，通过中间的冷媒间接地对合成的氨进行液化，转化成储存条件要求低的全冷式液氨，既合理利用液氢bog冷能，避免其浪费，又解决了合成氨因数量大占据船舶较多储存空间的难题。

1.一种液氢运输船bog处理系统，其特征在于：该系统包括液氢货舱(1)、蒸发气阀(2)、供给压缩机(3)、bog换热器(4)、供给阀(5)、加热单元(6)、合成阀(7)、合成单元(8)、空气压缩机(9)、分离单元(10)、缓冲罐(11)、氮气压缩机(12)、液氨阀(13)、循环泵(14)、冷媒换热器(15)、液氨舱(16)，

2.根据权利要求1中所述的一种液氢运输船bog处理系统，其特征在于：所述液氨舱(16)为全冷式薄膜式液货舱，液氨舱(16)在船体内形状与相邻两个液氢货舱(1)之间空间相匹配，为一个不规则的多面体，靠近液氢货舱(1)的两侧面为曲面，其余面为平面，由船头向船尾方向看，液氨舱(16)两端厚中间薄，占据船体内未被液氢货舱(1)利用的空间。

3.根据权利要求1中所述的一种液氢运输船bog处理系统，其特征在于：所述bog换热器(4)通过管道依次与循环泵(14)、冷媒换热器(15)相连，所述冷媒换热器(15)通过管道与bog换热器(4)相连，形成闭合回路，所述闭合回路中存有冷媒，冷媒在闭合回路中循环流动，在所述bog换热器(4)中与液氢bog换热，在所述冷媒换热器(15)中与氨气换热。

4.根据权利要求1中所述的一种液氢运输船bog处理系统，其特征在于：所述bog换热器(4)中液氢bog与冷媒换热，冷媒温度降至-70℃到-60℃之间。