一种用于LNG运输船BOG的利用系统及发电方法与流程

一种用于lng运输船bog的利用系统及发电方法
技术领域
1.本发明涉及lng运输船设计建造领域，尤其涉及一种lng运输船bog的利用系统及发电方法。


背景技术：

2.随着全球排放法规的日趋严格，天然气需越来越旺盛。液化天然气(lng)是天然气在常压下温度降低至-163℃低温后的液化状态，体积缩小约620倍，天然气通常采用lng运输船来进行远距离海上运输。在当前的液货围护系统技术条件下，液货舱蒸发率在0.07％～0.15％，这些蒸发的天然气就是bog。bog需要及时处理，否者会影响lng运输船的安全。
3.专利号cn111591427a公开了一种lng船舶对bog冷能综合利用的系统及方法，该系统主要包括bog供给单元、制备淡水单元、融霜单元、空调低温新风供给单元、淡水收集单元、机舱降温单元六个单元，该方法利用了bog的冷能进行淡水收集，没有进行bog内能的利用。
4.专利号cn207065920u公开了一种lng动力船的bog利用系统及工作方法，所述系统包括以bog为燃料的直燃型溴化锂空调回路、船舶主机缸套冷却水回路。本实用新型采用lng储罐的闪蒸汽(bog)作为直燃型溴化锂吸收式冷热水机组的燃料，利用其燃烧的热量来加热溴化锂-水溶液，同时用低温bog具有的冷量来冷却船舶主机缸套冷却水，夏季时，用生活淡水来冷却吸收器和冷凝器，该方法利用bog直接燃烧用来加热溴化锂-水溶液，bog主要主要为甲烷成分，燃烧后产生大量温室气体，加剧温室效应。
5.现有技术直接采用焚烧塔(gcu)对bog进行燃烧，不仅能源产生浪费，同时产生大量温室气体，加剧温室效应，不符合绿色环保理念。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种lng运输船bog的利用系统及发电方法，本发明的系统和发电方法通过利用蒸汽重整制氢装置将bog转化为氢气，再利用质子膜燃料电池利用氢气发电供给船舶电力系统，在利用bog热能的同时不产生温室气体，减少了温室气体的排放。
7.为了实现上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下：
8.一种用于lng运输船bog的利用系统，该系统包括lng液货舱、bog储存模块和bog转化发电模块；所述lng液货舱与所述bog储存模块连接；所述所述bog储存模块与所述bog转化发电模块连接，所述bog转化发电模块与船舶电力系统连接；所述bog储存模块包括压缩机、缓存罐和加热器，所述bog转化发电模块包括蒸汽重整制氢装置，质子膜燃料电池和双壁管；所述lng液货舱顶部bog排出口与所述压缩机输入端通过燃气管连接，所述压缩机输出端与所述缓存罐输入端通过燃气管连接，所述缓存罐输出端与所述加热器输入端通过燃气管连接，所述加热器输出端与所述蒸汽重整制氢装置输入端通过燃气管连接，所述所蒸汽重整制氢装置输出端与所述质子膜燃料电池输入端通过双壁管连接，所述质子膜燃料电
池输出端与船舶电力系统连接，给船舶供给电力。
9.上述压缩机将lng液货舱输入的bog进行压缩，bog从所述压缩机输出时的压力为12-16bar。
10.上述加热器加热缓存罐输入到加热器中的bog，bog从加热器输出端输出时的温度为0-80℃。
11.上述质子膜燃料电池输入端与所述双壁管连接，所述质子膜燃料电池还有用于空气进入的输入端，所述质子膜燃料电池将氢气与空气中的氧气反应，产生的电能输送船舶电力系统中；所述质子膜燃料电池工作响应时间小于5秒。
12.一种用于lng运输船bog的利用的发电方法，该方法具体步骤如下：
13.第一步，准备lng运输船bog专有的利用系统，该系统包括lng液货舱、bog储存模块和bog转化发电模块；所述lng液货舱与所述bog储存模块连接；所述所述bog储存模块与所述bog转化发电模块连接，所述bog转化发电模块与船舶电力系统连接；所述bog储存模块包括压缩机、缓存罐和加热器，所述bog转化发电模块包括蒸汽重整制氢装置，质子膜燃料电池和双壁管；所述lng液货舱顶部bog排出口与所述压缩机输入端通过燃气管连接，所述压缩机输出端与所述缓存罐输入端通过燃气管连接，所述缓存罐输出端与所述加热器输入端通过燃气管连接，所述加热器输出端与所述蒸汽重整制氢装置输入端通过燃气管连接，所述所蒸汽重整制氢装置输出端与所述质子膜燃料电池输入端通过双壁管连接，所述质子膜燃料电池输出端与船舶电力系统连接，给船舶供给电力；
14.第二步，将该专有系统安装在lng运输船上，开启lng液货舱控制阀，将lng液货舱中的bog通过燃气管输送到压缩机中，经压缩机压缩后通过燃气管输送到缓存罐中，当lng液货舱中的bog输送结束后关闭lng液货舱遥控阀；
15.第三步，开启缓存罐遥控阀，将缓存罐中的bog经过燃气管输送到加热器中，bog经过加热器加热后通过燃气管输送到蒸汽重整制氢装置；
16.第四步，进入蒸汽重整制氢装置中的bog经过转化变为氢气，氢气经过双壁管输送到质子膜燃料电池中，质子膜燃料电池将氢气和空气进行氧化反应；
17.第五步，质子膜燃料电池通过氧化反应产生的电力输送到船舶电力系统中，供给船舶用电，完成bog发电过程。
18.上述第一步中的lng液货舱安装有遥控阀用以控制lng液货舱bog的输出，所述缓存罐输出端安装有遥控阀用以控制所述缓存罐中bog输出到所述蒸汽重整制氢装置中进行氢气转化。
19.基于上述方案，本发明的系统和方法经过实践应用取得了如下积极有益的效果：
20.1.本发明通过采用质子膜燃料电池将bog转化过来的氢气进行发电，并输送到船舶电力系统中，避免了bog直接燃烧造成的能源浪费；同时由于质子膜燃料电池发电时具有污染小和噪声小的特点，提高了船舶舒适度。
21.2.本发明通过缓存罐储存lng液货舱中的bog，使利用bog发电的连续性，延长蒸汽重整制氢装置和质子膜燃料电池使用寿命，降低了生产成本。
22.3.本发明通过压缩机对lng液货舱中的bog进行压缩，使进入蒸汽重整制氢装置中的bog压力稳定，提高蒸汽重整制氢装置制氢的稳定性。
23.4.本发明通过加热器对lng液货舱中的bog进行加热，防止进入蒸汽重整制氢装置
中的bog温度过低，对蒸汽重整制氢装置产生损坏。
附图说明
24.图1是本发明一种用于lng运输船bog的利用系统中的系统结构示意图。
25.图中标注的含义为：
26.1.lng运输船液货舱；2.压缩机；3.缓存罐；4.加热器；5.蒸汽重整制氢装置；6.质子燃料电池；7.双壁管。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
28.如图1所示，一种用于lng运输船bog的利用系统，该系统包括lng液货舱1、bog储存模块和bog转化发电模块；所述lng液货舱1与所述bog储存模块连接；所述所述bog储存模块与所述bog转化发电模块连接，所述bog转化发电模块与船舶电力系统连接；所述bog储存模块包括压缩机2、缓存罐3和加热器4，所述bog转化发电模块包括蒸汽重整制氢装置5，质子膜燃料电池6和双壁管7；所述lng液货舱1顶部bog排出口与所述压缩机2输入端通过燃气管连接，所述压缩机2输出端与所述缓存罐3输入端通过燃气管连接，所述缓存罐3输出端与所述加热器4输入端通过燃气管连接，所述加热器4输出端与所述蒸汽重整制氢装置5输入端通过燃气管连接，所述所蒸汽重整制氢装置5输出端与所述质子膜燃料电池6输入端通过双壁管7连接，所述质子膜燃料电池6输出端与船舶电力系统连接，给船舶供给电力。
29.上述压缩机2将lng液货舱输入的bog进行压缩，bog从所述压缩机2输出时的压力为12-16bar；压缩机2对lng液货舱中的bog进行压缩，使进入蒸汽重整制氢装置5中的bog压力稳定，提高蒸汽重整制氢装置5制氢的稳定性。
30.上述加热器4加热缓存罐输入到加热器4中的bog，bog从加热器4输出端输出时的温度为0-80℃；加热器4对lng液货舱中的bog进行加热，防止进入蒸汽重整制氢装置5中的bog温度过低，对蒸汽重整制氢装置5产生损坏，延长蒸汽重整制氢装置5使用寿命。
31.上述质子膜燃料电池6输入端与所述双壁管7连接，所述质子膜燃料电池6还有用于空气进入的输入端，所述质子膜燃料电池6将氢气与空气中的氧气反应，产生的电能输送船舶电力系统中；所述质子膜燃料电池6工作响应时间小于5秒；使用质子膜燃料电池6与普通燃料电池相比，提高了燃料电发电的启动速率，同时提高了发电效率。
32.一种用于lng运输船bog的利用的发电方法，该方法具体步骤如下：
33.第一步，准备lng运输船bog专有的利用系统，该系统包括lng液货舱1、bog储存模块和bog转化发电模块；所述lng液货舱1与所述bog储存模块连接；所述所述bog储存模块与所述bog转化发电模块连接，所述bog转化发电模块与船舶电力系统连接；所述bog储存模块包括压缩机2、缓存罐3和加热器4，所述bog转化发电模块包括蒸汽重整制氢装置5，质子膜燃料电池6和双壁管7；所述lng液货舱1顶部bog排出口与所述压缩机2输入端通过燃气管连接，所述压缩机2输出端与所述缓存罐3输入端通过燃气管连接，所述缓存罐3输出端与所述
加热器4输入端通过燃气管连接，所述加热器4输出端与所述蒸汽重整制氢装置5输入端通过燃气管连接，所述所蒸汽重整制氢装置5输出端与所述质子膜燃料电池6输入端通过双壁管7连接，所述质子膜燃料电池6输出端与船舶电力系统连接，给船舶供给电力；
34.第二步，将该专有系统安装在lng运输船上，开启lng液货舱1控制阀，将lng液货舱1中的bog通过燃气管输送到压缩机2中，经压缩机压2缩后通过燃气管输送到缓存罐3中，当lng液货舱1中的bog输送结束后关闭lng液货舱1遥控阀；
35.第三步，开启缓存罐3遥控阀，将缓存罐3中的bog经过燃气管输送到加热器4中，bog经过加热器4加热后通过燃气管输送到蒸汽重整制氢装置5；
36.第四步，进入蒸汽重整制氢装置5中的bog经过转化变为氢气，氢气经过双壁管7输送到质子膜燃料电池6中，质子膜燃料电池6将氢气和空气进行氧化反应；使用双壁管7进行氢气输送，提高了氢气输送的安全性；
37.第五步，质子膜燃料电池6通过氧化反应产生的电力输送到船舶电力系统中，供给船舶用电，完成bog发电过程；利用bog进行发电减少了lng船燃气内燃机的使用，减少了温室气体的排放。
38.上述第一步中的lng液货舱1安装有遥控阀用以控制lng液货舱1中的bog输出，所述缓存罐3输出端安装有遥控阀用以控制所述缓存罐3中bog输出到所述蒸汽重整制氢装置5中进行氢气转化；lng液货舱1上的遥控阀和缓存罐3输出端上的遥控阀可随时停止bog输入到缓存罐3和bog发电进程，提高系统整体安全性。
39.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。