一种CO2运输船氨燃料与货物的组合储存舱

一种co2运输船氨燃料与货物的组合储存舱
技术领域
1.本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种二氧化碳运输船氨燃料与货物的组合储存舱。

背景技术：

2.二氧化碳是产生温室效应的主要气体，通常采用碳捕捉和封存技术(简称ccs)来处理二氧化碳的排放，在ccs处理过程中需要将捕集的二氧化碳运输至特定的区域进行封存，例如冰岛封存、深海封存、地质封存等。由于二氧化碳的运输量大，比如，中国的二氧化碳运输到冰岛封存，这一过程涉及到长距离的海上运输，因此co2运输船是这一实施方式的主要手段。
3.海上运输二氧化碳的过程中，为增加船舶的运载量，二氧化碳通常采用半冷半压(温度约为-49℃，压力约为0.7mpa)的方式，以液态形式进行存储运输。半冷半压式的储存方式要求罐体具备一定的承压能力，因此采用c型罐储存液态二氧化碳。但是c型罐圆柱体的形状与船体货舱长方体的形状完全不同，这样将c型罐放置在货舱中，会造成c型罐与货舱之间存在大量未被利用的空间，有严重的“亏舱”现象，也就是说船体的货舱空间很大，但装载的二氧化碳的量并不是很大，降低了对船舶货舱空间的利用率。
4.为了减少半冷半压c型储罐与外界环境的渗透热，需要在co2储罐上设置较厚的保温层。船舶在航行过程中外界环境温度通常按照45℃工况进行设计，液态二氧化碳与外界环境的温差高达94℃，尽管储罐外设置了保温层，还是不可避免会产生二氧化碳的蒸发气(简称bog)，且船舶运输二氧化碳时的航线较长，运输过程中会有大量bog产生。
5.氨作为一种清洁能源，是绿船舶最理想的燃料之一，因此选用氨作为co2运输船的动力装置的燃料更符合“零碳”排放的理念。由于氨燃料的发热值约为18mj/kg，密度约为617kg/m3，而燃油的发热值为42mj/kg，密度约为980kg/m3，并且考虑到保温层的厚度，所以相同发热值所需的氨燃料的体积约为燃油的4倍，即氨燃料舱的体积约为燃油舱的4倍。氨燃料在船舶上通常以液态形式进行储存，氨燃料的储存温度(-33.6℃)较低，且易燃易爆，具有腐蚀性，考虑到液氨的储存要求较高，不能像燃油一样在船舶的双层底、隔舱等狭小的“犄角旮旯”处设置燃料舱，原因是：一方面，每一个燃料舱都需要单独设置保温层，制造成本较高；另一方面，设置在“犄角旮旯”燃料舱的数目多，且形状怪异，表面积大，这样会大大增加液氨和外界环境的换热面积，增加液氨的蒸发率，而且这种储存方式安全隐患大，不符合船舶液化气体储存的规范。因此需要在船舶上单独设置燃料舱来集中储存液氨燃料，会占据较多的船体空间。此外，由于氨动力co2运输船的航线长，需要携带的氨燃料量更大，因此在co2运输船上单独设置氨燃料舱占据的船体空间更多，严重影响了船舶的货舱空间，进而影响了船舶二氧化碳的载货量，因此液氨燃料在船舶上的储存是一个非常大的技术难题。
6.基于此，若是能提出一种co2运输船氨燃料与货物的组合储存舱，将液氨直接储存在放置co2储罐的货舱内，这样不仅可以大大降低液态二氧化碳与外界环境的温差，减少二
氧化碳bog的产生，还可以大大增加船舶货舱的空间，使得货舱的空间得到有效利用，这种方法具有非常高的实际应用价值。

技术实现要素：

7.本发明的目的是针对上述提到的问题，提出一种co2运输船氨燃料与货物的组合储存舱，将液氨燃料直接储存在放置co2储罐的货舱内，使co2储罐浸没在液氨燃料中，大大降低了液态二氧化碳与外界环境(即液氨，-33.6℃)的温差，减少了二氧化碳bog的产生，并且可以利用液氨燃料的冷能对二氧化碳产生的bog进行再液化处理。本发明无需单独设置氨燃料舱，大大增加了船舶货舱的空间，并且使得co2储罐与货舱之间的大量空间得到充分利用。
8.本发明提出了一种co2运输船氨燃料与货物的组合储存舱，包括co2储罐、驳运泵、增压泵、冷凝器、缸套水加热器、气体压缩机、膨胀阀、燃料储存舱。
9.所述co2储罐放置在燃料储存舱中，储罐外设有保温层；所述燃料储存舱内装有液氨燃料，舱外设有保温层；所述组合储存舱由co2储罐和燃料储存舱组成。
10.所述驳运泵、增压泵、冷凝器、缸套水加热器通过管道依次连接，最终管道通向船舶主机，组成氨燃料供给系统。所述驳运泵安装在燃料储存舱内。
11.所述co2储罐、气体压缩机、冷凝器、膨胀阀通过管道依次连接，组成二氧化碳bog再液化处理系统。
12.在船舶航行过程中，燃料储存舱内的液氨燃料通过驳运泵从燃料储存舱驳运出来，然后利用增压泵对管道里的液氨燃料进行增压，增压后的液氨燃料在冷凝器中与冷媒进行换热，然后进入缸套水加热器，通过缸套水加热器把液氨燃料加热到供给温度，满足船舶主机的进气温度，供船舶主机使用。
13.在二氧化碳bog再液化处理系统中，co2储罐内产生的bog通过管道进入气体压缩机，气体压缩机将bog压缩至较高温度和压力的气态，然后进入冷凝器中与液氨进行换热，bog被冷却液化，之后液态二氧化碳经膨胀阀减压后回流至co2储罐。
14.进一步的，为合理利用船体空间，本发明无需单独设置燃料舱，将液氨燃料储存在燃料储存舱中，使co2储罐浸没在液氨燃料中。
15.本发明有益效果：
16.1.本发明应用在以氨燃料为动力的co2运输船上，巧妙的将燃料舱与货舱结合，使co2储罐浸没在液氨燃料中，合理利用了液氨燃料的冷能，大大降低了液态二氧化碳与外界环境的温差，进而降低了二氧化碳bog的蒸发率。
17.2.本发明通过将燃料舱与货舱巧妙结合，利用组合储存舱同时储存液氨燃料和液态二氧化碳，船舶无需单独设置燃料舱，提高了船舶货舱空间的利用率，大大增加了液态二氧化碳的载货量，具有良好的经济性。
18.3.本发明在co2运输船返回装货港时，组合储存舱内的液氨燃料会使co2储罐始终保持较低的温度，在重新加注二氧化碳时，co2储罐无须进行预冷操作，简化了二氧化碳货物的装卸流程，提升二氧化碳的运输效率。
附图说明
19.图1组合储存舱在船舶上分布示意图；
20.图2单个组合储存舱横剖面视图；
21.图3本发明系统图；
22.附图中：1.co2储罐；2.驳运泵；3.增压泵；4.冷凝器；5.缸套水加热器；6.气体压缩机；7.膨胀阀；8.燃料储存舱。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。
24.一种co2运输船氨燃料与货物的组合储存舱，如图1、图2和3所示，包括：co2储罐1、驳运泵2、增压泵3、冷凝器4、缸套水加热器5、气体压缩机6、膨胀阀7、燃料储存舱8。
25.本发明系统应用在以液氨燃料为动力的液化二氧化碳运输船上，所述co2储罐1放置在货舱即燃料储存舱8中，储罐外设有保温层；所述燃料储存舱8共有3个，舱内装有液氨燃料，舱外设有保温层；所述组合储存舱由co2储罐1和燃料储存舱8组成。所述组合储存舱设置在甲板之下；所述驳运泵2、增压泵3、冷凝器4、缸套水加热器5通过管道依次连接，最终管道通向船舶主机，组成氨燃料供给系统。其中，所述驳运泵2安装在燃料储存舱8内，驳运泵2用来将燃料储存舱8中的液氨燃料驳运出来；所述增压泵3用来对管路中的液氨燃料进行增压；所述冷凝器4用来将增压后的液氨燃料在冷凝器4中与冷媒进行换热；所述缸套水加热器5用来将液氨燃料加热到供给温度，满足船舶主机的进气温度，供船舶主机使用。所述co2储罐1、气体压缩机6、冷凝器4、膨胀阀7通过管道依次连接，组成二氧化碳bog再液化处理系统。其中，所述气体压缩机6用来将二氧化碳的bog进行压缩；所述膨胀阀7用来将液化后的液态二氧化碳进行节流降压。
26.在船舶航行过程中，燃料储存舱8内的液氨燃料通过驳运泵2从燃料储存舱8内被驳运出来，然后利用增压泵3对管道里的液氨燃料进行增压，增压后的液氨燃料在冷凝器4中与冷媒进行换热，然后进入缸套水加热器5，通过缸套水加热器5把液氨燃料加热到供给温度，满足船舶主机的进气温度，供船舶主机使用。
27.由于外界环境与co2储罐1的温差，不可避免会产生二氧化碳bog，船舶在航行过程中外界环境温度按照45℃工况进行设计，传统的半冷半压c型储罐，液态二氧化碳与外界环境的温差高达94℃。如图2和图3所示，本发明将燃料舱与货舱巧妙结合，将液氨燃料直接储存在放置co2储罐1的货舱内，使co2储罐1浸没在液氨燃料中，为二氧化碳的储存提供了良好的外界环境。在本发明中，由于液氨在大气压力下的温度为-33.6℃，使得co2储罐1与外界环境(即液氨，-33.6℃)的温差降为15.4℃，因此co2储罐1与外界环境的温差明显降低，co2储罐1无需设置较厚的保温层，即可使二氧化碳bog的蒸发率显著降低，进而降低了制造成本。
28.本发明通过将燃料舱与货舱巧妙结合，利用组合储存舱同时储存液氨燃料和液态二氧化碳，船舶无需单独设置较大的燃料舱，大大增加了船舶货舱的空间，并且将液氨燃料储存在co2储罐1与货舱之间未被利用的空间内，提高了船舶货舱空间的利用率。通过本发明可以大大增加了液态二氧化碳的载货量，提高船舶的营运效益，具有良好的经济性。
29.进一步的，为了解决液氨燃料在船舶上的储存难题，本发明将液氨燃料储存在燃料储存舱8中，舱外设有保温层以减少液氨的蒸发。
30.在二氧化碳bog再液化处理系统中，co2储罐1内产生的二氧化碳bog通过管道进入气体压缩机6，气体压缩机6将bog压缩至较高温度和压力，然后进入冷凝器4中与液氨进行换热，bog被冷却液化，之后液态二氧化碳经膨胀阀7减压后流回至co2储罐1。
31.船舶航行时会消耗组合储存舱的液氨燃料，即使随着液氨燃料的使用，co2储罐1部分罐体处于液氨液面以上，但是液氨bog的温度在组合储存舱中依然接近-33.6℃，所以co2储罐1与环境的温差依然很小，因此随着液氨燃料的消耗，二氧化碳与外界环境的温差基本不会发生变化，保持在15.4℃，所以co2储罐1内始终有较小的二氧化碳bog蒸发率。
32.传统的co2运输船返回装货港进行下一次装货时，co2储罐1会恢复至常温，空的co2储罐1在重新加注低温的液态二氧化碳时需提前对罐体进行预冷，以避免co2储罐1在未预冷条件下加注二氧化碳而产生热应力。本发明将co2储罐1放在液氨燃料中，当co2运输船返回装货港进行下一次的装货时，由于组合储存舱内会剩余部分液氨燃料，co2储罐1能保持始终较低的温度，所以co2储罐1不必进行预冷操作，能够简化二氧化碳运输时的加注程序，提升二氧化碳的运输效率。
33.船舶在航行过程中燃用液氨燃料，同时消耗3个组合储存舱中的液氨燃料，并且保证每一个组合储存舱内的液氨燃料的消耗量相等。以中国到冰岛的航线为例，由于船舶运输二氧化碳时的航线较长，氨燃料的需求量很大，船舶上储存着大量的液氨燃料，将二氧化碳从中国运输至冰岛时，组合储存舱内会剩余较多的燃料。因此该航线中液态二氧化碳与外界环境的温差基本保持不变，co2储罐1内具有较小的二氧化碳bog的蒸发率。
34.在船舶航行过程中，co2储罐1产生的bog通过再液化处理系统进行再液化，将液氨燃料作为冷凝器4的冷源，利用液氨的冷能再液化处理二氧化碳bog。由于液氨的温度很低，与液态二氧化碳的温度相近，利用液氨的冷能可以显著降低bog再液化处理系统的能耗。
35.为了进一步降低再液化处理系统的功耗，本发明可以采用间歇处理的方式将产生的bog再液化处理。当co2储罐1内bog的压力低于设定的下限值时，bog再液化处理系统停止工作，当co2储罐1内bog的压力高于设定的上限值时，bog再液化处理系统重新开始工作。
36.本发明中的液氨燃料储存在co2储罐1与货舱之间未被利用的空间，随着氨燃料的燃用，液氨燃料的液位会发生变化，但无论液氨燃料的液位如何变化，由于组合储存舱内设有co2储罐1，如图3所示，液氨的自由液面都很小，对船舶稳性的影响微乎其微，完全符合船舶稳性的要求。
37.本发明中船舶上设置了3个组合储存舱，但实际上组合储存舱的数量可根据船长适当增减。
38.上述以一个组合储存舱为例介绍了本发明的具体实施方式，在co2运输船中的所有货舱均应用本发明货舱，实施方式与上述相同。
39.以上所述仅是本发明的优先实施方式，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种co2运输船氨燃料与货物的组合储存舱，其特征在于：所述装置包括：co2储罐(1)、驳运泵(2)、增压泵(3)、冷凝器(4)、缸套水加热器(5)、气体压缩机(6)、膨胀阀(7)、燃料储存舱(8)；所述co2储罐(1)放置在燃料储存舱(8)中，co2储罐(1)外设有保温层；所述燃料储存舱(8)内装有液氨燃料；所述组合储存舱由co2储罐(1)和燃料储存舱(8)组成；所述组合储存舱设置在甲板之下。2.根据权利要求1所述的一种co2运输船氨燃料与货物的组合储存舱，其特征在于：所述燃料储存舱(8)外设有较厚的保温层，以减少液氨的蒸发。3.根据权利要求1所述的一种co2运输船氨燃料与货物的组合储存舱，其特征在于：所述驳运泵(2)、增压泵(3)、冷凝器(4)、缸套水加热器(5)通过管道依次连接，最终管道通向船舶主机，组成氨燃料供给系统。

技术总结

本发明提出了一种CO2运输船氨燃料与货物的组合储存舱，巧妙的将氨动力CO2运输船的燃料舱与货舱结合，使CO2储罐浸没在液氨燃料中，利用液氨燃料的冷能降低了液态二氧化碳与外界环境的温差，降低二氧化碳BOG的蒸发率；并且CO2运输船返回装货港时，CO2储罐的温度较低，在重新加注二氧化碳时CO2储罐无须进行预冷操作。另外，本发明利用组合储存舱同时储存液氨燃料和液态二氧化碳，船舶无需单独设置较大的燃料舱，提高了船舶货舱空间的利用率，解决了液氨燃料在船舶上储存的技术难题；同时大大增加了液态二氧化碳的载货量，提高了船舶的营运效益，具有良好的经济性。具有良好的经济性。