[发明专利]一种船用VOC、BOG综合液化系统及方法

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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(volatile organic compounds，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。

发明内容

本发明的目的是针对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。