[发明专利]用于为船舶提供液化天然气燃料的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及在海上运输液化气体，更具体地涉及沸点温度高于-48℃的液化气体的运输。

背景技术

这种液化气体的示例是丙烷、丁烷、丙烯、氯乙烯、丁二烯、丁烯、氨等。

丙烷和丁烷的通用名称是液化石油气(LPG)。

本发明还可在一定程度上应用于沸点温度低至-105℃的气体，并且应用于诸如乙烯和乙烷的液化气体。

近几年来，船舶的船用燃料的品质吸引了人们的关注。

迄今已使用不同品质的重燃料油作为远洋航行船舶的常用燃料。

然而，出于环境方面的考虑，未来将限制这种燃料的使用。

作为重燃料油的备选方案，天然气(主要为甲烷)出现并且已应用于不同类型的船舶。

天然气是清洁燃料，并且几乎不会排放氮氧化物和颗粒并且与油相比减少了大约25%的CO₂排放。

发明内容

本发明的一个目的是，使天然气成为对运输沸点温度高于-48℃的液化气体的船舶特别有用并且有利的燃料，并且在一定程度上也适用于运输沸点温度低至-105℃的液化气体的船舶。

作为船舶的燃料，天然气以液体状态被接纳(LNG=液化天然气)并且存储在可具有各种构造的独立船用罐中。

LNG的存储温度为大约-160℃。

然而，在发动机室中的发动机处燃烧之前，天然气的温度必须大约保持在室温。

相应地，在发动机中使用之前，LNG必须被蒸发和加热。

上述用于运输液化气体的船舶通常设置有用于蒸发气体(货物)再液化的功率消耗装置。

即使货物罐是隔热的，某些热量也将泄漏到所述货物罐中，并且某些货物将在航行和停泊期间蒸发。

为了将货物罐中的气压保持在容许水平，蒸汽必须在再液化设备中冷凝，并且以液体状态返回到货物罐。

本发明的基本构思是，将作为推进船舶的燃料的LNG的蒸发和/或加热的能量需求与货物罐的蒸发气体的冷凝同时释放出的能量相结合。

初始计算表明，推进船舶所需要的LNG量的蒸发和/或加热的能量需求与货物的蒸发量的再液化同时释放出的能量之间接近平衡。

相同的热交换原理通常也适用于货物罐几乎没有液体内容物但仍然保持蒸汽环境的冷状态的压舱航行。周围环境的热泄漏将倾向于增加货物罐的蒸汽压力，但是与LNG的热交换将使压力保持在低水平，而较低水平的压力有利于下一次停泊时货物的有效装载。

然而，如果计算出蒸发和/或部分加热LNG与再液化货物之间存在任何显著的能量差，那么货物罐的隔热厚度可以用作实现更好的能量平衡的参数。

LNG的蒸发和/或加热和液化货物的同步冷凝可以在一个或多个热交换器中进行，并且如果船舶应当布置成一次运输一种或多种不同液化气体货物，那么必须相应地设置热交换器的数量以便货物的隔离。

备选地，可以在每个货物罐的蒸汽空间中并且例如通过使LNG在蛇形管中循环来进行LNG与蒸发货物之间的热交换，而所述蛇形管可设置有用于改进性能的翼片。

还可应用间接热量输送系统，并因而将热能从货物的冷凝物输送到循环的第三介质(例如丙烷)，并且在热交换器中从第三介质输送能量来蒸发和/或加热LNG。

就有害物质到空气中的排放以及温室气体的排放来说，以LNG作为燃料并且用于液化气体运输的船型在环境方面非常有吸引力，并且预计将符合今后关于所述问题的所有条例和法规。

此外，与运输液化气体并且用燃油推进的船舶相比，本发明提供了下列明显的成本降低：

-降低了用于再液化的制冷模块-包括关联的管以及电缆系统的数量，因为制冷模块现在基本将仅用于通过与LNG的蒸发和/或加热的热交换来再液化的备用装置。

-在有载航海中降低了(或没有)用于运转再液化设备的能量成本。

LNG作为推进燃料的发动机将通常为2冲程型或4冲程型。

两种类型的燃气发动机具有将燃气供应到发动机的不同供应系统。

2冲程燃气发动机通常设计成接收处于超临界流体状态的燃气，而LNG作为燃料时压力在大约200-300巴的范围内并且温度在环境温度(20-40℃)下。

甲板上通常将安装一个高压泵以便将处于超临界状态的LNG供应到发动机室，并且将LNG从LNG存储罐吸入/供应到泵。