一种船用VOC、BOG综合液化系统及方法技术方案

一种船用VOC、BOG综合液化系统，包括VOC再液化循环、单工质双级双制冷温度的制冷循环、斯特林制冷循环和BOG再液化循环四个循环系统，其中VOC再液化循环系统通过第一换热器与第二换热器与压缩制冷循环连接，通过第四换热器与所述斯特林制冷循环连接，BOG再液化循环系统通过第五换热器与斯特林制冷循环连接，并在斯特林制冷循环系统中接入海水冷却循环。本发明专利技术将VOC再液化与BOG再液化相结合，利用单工质双级双制冷温度的压缩式制冷系统及斯特林制冷的船用VOC、BOG综合液化方法，实现VOC与BOG的综合再液化，克服了斯特林制冷机的高能耗问题，实现双级双制冷温度对VOC进行分级液化，有良好的制冷量调节能力。

A comprehensive liquefaction system and method of VOC and bog for ships

【技术实现步骤摘要】
一种船用VOC、BOG综合液化系统及方法
本专利技术涉及对用船舶储运原油及LNG储存使用过程中产生的气体的再液化，具体涉及一种VOC再液化与BOG再液化的综合液化系统及其液化方法。
技术介绍
原油是一种重要的能源，多集中产于中东地区，欧美及亚洲多数国家都需要通过原油进口来满足各国的能源供给需求。原油运输船舶或油轮是原油的主要运输工具。原油属于多种液态烃的混合物，烃组分具有很强的挥发性，因此在原油存储、运输和装卸过程中会产生大量的VOC(volatileorganiccompounds，挥发性有机物)气体，VOC气体的直接排放不仅会造成大量的能源浪费，而且还会污染环境。目前广泛使用的VOC回收方法主要有冷凝法和吸附法。吸附法主要用于重烃组分不高的情况，无法连续使用和使用范围比较狭小。冷凝法是适用性更强的VOC回收方法，但其净化程度受冷凝温度限制，冷凝温度要达到-110℃左右才能保证VOC的回收率达到国家排放标准。且VOC气体的组分会随原油产地的不同而不同，相应的制冷系统的制冷量要求也会变化，所以制冷系统的制冷量调节能力是VOC有效液化的重要要求。由于近年来环保要求越来越严格，采油机驱动的船舶或油轮其尾气排放标准越来越高，需要添加价格昂贵、体积庞大的脱硫脱硝装置才能使最终排放的尾气达到相应要求。LNG为液化天然气，其主要成分是甲烷(CH4)，是新兴的一种清洁能源，是未来船舶动力能源的发展趋势，目前已有全LNG动力船舶和采用LNG与柴油的双燃料动力船舶的实船，同时船厂该类船舶的订单数量也逐年增加。LNG是以0.1MPa，-163℃条件储存于常压低温LNG储罐中，受环境漏热、装卸设备运行生成热、装卸时储存压力变化等作用会产生BOG气体，为了避免储罐内压力增高，以至威胁储罐安全，LNG储罐内压力达到设定值时，需将低温BOG排出LNG储罐，如果直接排放至空气会造成能源浪费。根据上述内容可知，对于采用LNG为动力的原油储运船舶，为了减少不必要的能源浪费，同时使船舶气体排放达到环保要求，需要对VOG和BOG气体进行液化回收。有学者提出利用LNG气化释放的冷能回收VOC，和利用过冷LNG液化BOG，但实际由于VOC和BOG的冷凝均具有间隙运行、冷量需求小的特征，LNG冷凝的利用会增加系统复杂性和动力机的性能稳定性，所以更适合由专门的LNG气化冷能回收系统完成冷能回收与利用。斯特林制冷机是一种中低冷量的低温制冷机，能实现-170℃的低温，能够满足BOG气体液化时低温及冷量需求，用于VOC液化时，因为-170℃远低于-110℃环保要求的VOC液化回收温度，同时还能将VOC中的甲烷进行液化回收，进一步减小VOC气体中烷烃类能源的浪费，而且斯特林制冷机体积小，能撬装，连接管路少，应用于船舶后对船舶结构与空间影响小。斯特林制冷机最大的缺点就是耗电量高、能效低。因此，需要研发一种适合LNG动力或双燃料动力的原油储运船舶使用的VOC和BOG液化系统，采用斯特林制冷机提供低温和冷量需求，同时克服斯特林制冷机的高能耗问题，进而减小原油储运船舶的能源浪费及环境影响；同时VOC液化的制冷系统要具备优良的制冷量调节能力，适应VOC组分的变化。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对LNG动力船舶和采用LNG与柴油的双燃料动力船舶在储运原油及LNG储存使用过程中产生的VOC与BOG挥发气体，提供一种将VOC再液化与BOG再液化相结合，且采用压缩制冷循环及斯特林制冷循环的船用VOC、BOG综合液化系统及方法。本专利技术能实现VOC与BOG的综合再液化，同时克服了斯特林制冷机的高能耗问题，且制冷系统能实现双级双制冷温度对VOC进行分级液化，制冷系统具备良好的制冷量调节能力。为实现本专利技术的目的，本专利技术采用的技术方案是：一种船用VOC、BOG综合液化系统及方法，包括四个循环，VOC再液化循环、单工质双级双制冷温度的制冷循环、斯特林制冷循环、和BOG再液化循环四个循环系统，其中，所述VOC再液化循环系统包括货油舱、VOC压缩机、第一换热器、第一气液分离器、干燥过滤器、第二换热器、第二气液分离器、第三换热器、第三气液分离器、第四换热器、第四气液分离器；单工质双级双制冷温度的制冷循环包括低压压缩机、中间冷却器、第一节流装置、第二换热器、第一换热器、高压压缩机、冷凝器、第二节流装置；斯特林制冷循环包括斯特林制冷机、第四换热器、第五换热器、低温风机、第七换热器、水泵；BOG再液化循环包括LNG储罐、BOG缓冲罐、第五换热器；所述VOC再液化循环通过所述第一换热器与第二换热器与压缩制冷循环连接，通过第四换热器与所述斯特林制冷循环连接，所述BOG再液化系统通过第五换热器与斯特林制冷循环连接。进一步，所述VOC再液化循环中，货油舱通过第一电磁阀连接VOC压缩机入口，所述VOC压缩机出口连接至第一换热器中间入口，所述第一换热器中间出口通过第一气液分离器连接至干燥过滤器入口，所述干燥过滤器出口连接至第二换热器中间入口，所述第二换热器中间出口通过第二气液分离器连接至所述第三换热器上部接口，所述第三换热器上部出口通过第三气液分离器连接至第四换热器下部入口，所述第四换热器下部出口通过第四气液分离器连接至第三换热器下部入口，所述第三换热器下部出口连接至第二换热器下部入口，所述第二换热器下部出口连接至第一换热器下部入口，所述第一换热器下部出口连接大气。进一步，压缩制冷循环中，所述低压压缩机出口连接中间冷却器右侧接口，所述中间冷却器上侧接口连接高压压缩机入口，高压压缩机出口连接冷凝器入口，冷凝器出口连接第二节流装置入口，所述第二节流装置出口连接中间冷却器左侧上部接口，所述中间冷却器下侧接口连接第一节流装置入口，所述第一节流装置出口连接第二换热器上部入口，所述第二换热器上部出口连接低压压缩机入口，所述中间冷却器左侧下部出口连接至第一调节阀入口，所述第一调节阀出口连接至第一换热器上部入口，所述第一换热器上部出口连接至中间冷却器左侧中间入口。进一步，所述单工质双级双制冷温度的制冷循环中，低压压缩机与高压压缩机为变频螺杆压缩机，第一节流装置为外平衡热力膨胀阀，第一调节阀为温控能量调节，冷凝器为风冷式冷凝器。进一步，BOG再液化循环中，LNG储罐通过第二电磁阀连接BOG缓冲罐入口，所述BOG缓冲罐上部出口连接至船舶动力机的供气管路，BOG缓冲罐下部出口通过第六阀门连接第五换热器上部入口，所述第五换热器上部出口通过第四阀门与LNG储罐入口连接。进一步，所述斯特林制冷循环中，第五换热器下部入口通过第一阀门和第四换热器上部入口通过第二阀门共同连接至所述斯特林制冷机上部出口，所述第五换热器下部出口通过第二单向阀和第四换热器上部出口通过第一单向阀共同连接至所述低温风机入口，所述低温风机出口通过第三阀门连接至斯特林制冷机上部入口，海水通过第七阀门连接至所述水泵入口，所述第六换热器上部入口通过第三电磁阀，和第七换热器上部入口通过第四电磁阀共同连接至水泵出口，船舶冷水机组的冷却水通过第二调节阀连接至第六换热器下部入口，船舶冷水机组的冷冻水通过第三调节阀连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船用VOC、BOG综合液化系统，其特征在于，包括VOC再液化循环、单工质双级双制冷温度的制冷循环、斯特林制冷循环和BOG再液化循环四个循环系统，其中，所述VOC再液化循环系统包括货油舱(101)、VOC压缩机(102)、第一换热器(103)、第一气液分离器(104)、干燥过滤器(105)、第二换热器(106)、第二气液分离器(107)、第三换热器(108)、第三气液分离器(109)、第四换热器(110)、第四气液分离器(111)；单工质双级双制冷温度的制冷循环系统包括低压压缩机(201)、中间冷却器(202)、第一节流装置(206)、第一调节阀(207)、第二换热器(106)、第一换热器(103)、高压压缩机(203)、冷凝器(204)、第二节流装置(205)；斯特林制冷循环系统包括斯特林制冷机(401)、第四换热器(110)、第五换热器(303)、低温风机(402)、第六换热器(403)、第七换热器(404)、水泵(405)；BOG再液化循环系统包括LNG储罐(301)、BOG缓冲罐(302)、第五换热器(303)；所述VOC再液化循环通过所述第一换热器(103)与第二换热器(106)与压缩制冷循环连接，通过第四换热器(110)与所述斯特林制冷循环连接，所述BOG再液化系统通过第五换热器(303)与斯特林制冷循环连接；/n所述VOC再液化循环系统中，货油舱(101)通过第一电磁阀(112)连接VOC压缩机(102)入口，所述VOC压缩机(102)出口连接至第一换热器(103)中间入口b...

【技术特征摘要】
1.一种船用VOC、BOG综合液化系统，其特征在于，包括VOC再液化循环、单工质双级双制冷温度的制冷循环、斯特林制冷循环和BOG再液化循环四个循环系统，其中，所述VOC再液化循环系统包括货油舱(101)、VOC压缩机(102)、第一换热器(103)、第一气液分离器(104)、干燥过滤器(105)、第二换热器(106)、第二气液分离器(107)、第三换热器(108)、第三气液分离器(109)、第四换热器(110)、第四气液分离器(111)；单工质双级双制冷温度的制冷循环系统包括低压压缩机(201)、中间冷却器(202)、第一节流装置(206)、第一调节阀(207)、第二换热器(106)、第一换热器(103)、高压压缩机(203)、冷凝器(204)、第二节流装置(205)；斯特林制冷循环系统包括斯特林制冷机(401)、第四换热器(110)、第五换热器(303)、低温风机(402)、第六换热器(403)、第七换热器(404)、水泵(405)；BOG再液化循环系统包括LNG储罐(301)、BOG缓冲罐(302)、第五换热器(303)；所述VOC再液化循环通过所述第一换热器(103)与第二换热器(106)与压缩制冷循环连接，通过第四换热器(110)与所述斯特林制冷循环连接，所述BOG再液化系统通过第五换热器(303)与斯特林制冷循环连接；
所述VOC再液化循环系统中，货油舱(101)通过第一电磁阀(112)连接VOC压缩机(102)入口，所述VOC压缩机(102)出口连接至第一换热器(103)中间入口b1，所述第一换热器(103)中间出口b2通过第一气液分离器(104)连接至干燥过滤器(105)入口，干燥过滤器(105)出口连接至第二换热器(106)中间入口e1，所述第二换热器(106)中间出口e2通过第二气液分离器(107)连接至所述第三换热器(108)上部接口h1，所述第三换热器(108)上部出口h2通过第三气液分离器(109)连接至第四换热器(110)下部入口i1，所述第四换热器(110)下部出口i2通过第四气液分离器(111)连接至第三换热器(108)下部入口g2，第三换热器(108)下部出口g1连接至第二换热器(106)下部入口d2，第二换热器(106)下部出口d1连接至第一换热器(103)下部入口a2，所述第一换热器(103)下部出口a1连接大气；
所述单工质双级双制冷温度的制冷循环系统中，所述低压压缩机(201)出口连接中间冷却器(202)右侧接口r1，所述中间冷却器(202)上侧接口r2连接高压压缩机(203)入口，高压压缩机(203)出口连接冷凝器(204)入口，所述冷凝器(204)出口连接第二节流装置(205)入口，第二节流装置(205)出口连接中间冷却器(202)左侧上部接口r3，所述中间冷却器(202)下侧接口r6连接第一节流装置(206)入口，第一节流装置(206)出口连接第二换热器(106)上部入口f1，第二换热器(106)上部出口f2连接低压压缩机(201)入口，所述中间冷却器(202)左侧下部出口r5连接至第一调节阀(207)入口，所述第一调节阀(207)出口连接至第一换热器(103)上部入口c2，所述第一换热器(103)上部出口c1连接至中间冷却器(202)左侧中间入口r4；
所述BOG再液化循环系统中，LNG储罐(301)通过第二电磁阀(305)连接BOG缓冲罐(302)入口，所述BOG缓冲罐(302)上部出口q2连接至船舶动力机的供气管路，所述BOG缓冲罐(302)下部出口q1通过第六阀门(307)连接第五换热器(303)上部入口l1，所述第五换热器(303)上部出口l2通过第四阀门(304)与LNG储罐(301)入口连接。
所述斯特林制冷循环系统中，所述第五换热器(303)下部入口k2通过第一阀门(408)和第四换热器(110)上部入口j2通过第二阀门(406)共同连接至所述斯特林制冷机(401)上部出口t1，所述第五换热器(303)下部出口k1通过第二单向阀(409)和第四换热器(110)上部出口j1通过第一单向阀(407)共同连接至所述低温风机(402)入口，所述低温风机(402)出口通过第三阀门(410)连接至所述斯特林制冷机(401)上部入口t2，海水通过第七阀门(411)连接至所述水泵(405)入口，所述第六换热器(403)上部入口m1通过第三电磁阀(412)和第七换热器(404)上部入口o1通过第四电磁阀(413)共同连接至水泵(405)出口，船舶冷水机组的冷却水通过第二调节阀(414)连接至第六换热器(403)下部入口n1，船舶冷水机组的冷冻水通过第三调节阀(415)连接至第七换热器(404)下部入口p1，所述第六换热器(403)上部出口m2与所述第七换热器(404)上部出口o2共同连接至斯特林制冷机(401)下部入口s1，所述斯特林制冷机(401)下部出口s2连接海水。


2.根据权利要求1所述的船用VOC、BOG综合液化系统，其特征在于，
所述的连接均为采用管道连接。


3.根据权利要求1所述的船用VOC、BOG综合液化系统，其特征在于，所述的低压压缩机(201)与高压压缩机(203)均为变频螺杆压缩机。


4.根据权利要求1所述的船用VOC、BOG综合液化系统，其特征在于，所述的第一节流装置(206)为外平衡热力膨胀阀。


5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈九兵，严思远，陈育平，郭霆，卢道华，孔祥雷，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32