用于处理船只的蒸发气体的系统和方法与流程

本发明涉及一种用于处理船只的蒸发气体的系统和方法，且更确切地说，涉及一种用于处理包含推进发动机和在比推进发动机低的压力下供应有燃料的发电发动机的船只的蒸发气体的系统和方法，其中由存储于船上存储罐中的液化气体产生的蒸发气体(boil-off gas；bog)作为燃料供应到发动机，且在给发动机加燃料之后剩余的蒸发气体再液化并传回到存储罐。

背景技术：

1、近年来，全世界范围内例如液化天然气(liquefied natural gas，lng)等液化气体的消耗快速增加。通过将气体冷却到极低温度而获得的液化气体的体积比气体小得多，并且有利于提高存储和运输效率。另外，例如lng的液化气体在液化过程期间排放极少或不排放空气污染物，且因此可被认为是一种在燃烧期间排放较少空气污染物的生态环境友好的燃料。

2、lng为通过将含有甲烷作为主要组分的天然气冷却到约-163℃而获得的无色且透明的液体，且体积为天然气的体积的约1/600。因此，天然气的液化允许天然气的高效运输。

3、然而，由于天然气在大气压力下在-162℃的极低温度下液化，因此lng对温度变化敏感且容易蒸发。尽管lng存储罐是隔热的，但lng由于在运输期间不断地传递到存储罐的外部热量而持续在存储罐中自然地蒸发，从而导致蒸发气体(bog)的产生。

4、蒸发气体为一种损耗的类别且对交通效益至关重要。另外，如果蒸发气体在存储罐中累积，那么罐的内部压力可过度增加，最坏的是引起对罐的损坏。因此，已研究各种方法来处置在存储罐中产生的蒸发气体。最近，为了处置蒸发气体，已提议一种使蒸发气体再液化并将再液化蒸发气体传回到存储罐的方法、一种使用蒸发气体作为例如船舶发动机的机载燃料需求部位的能量源的方法等。

5、使蒸发气体再液化的方法的实例包含：使用单独制冷剂提供制冷循环以通过与制冷剂的热交换而使蒸发气体再液化；在没有单独制冷剂的情况下使用蒸发气体自身作为制冷剂来使蒸发气体再液化等。

6、能够以天然气为燃料的船舶发动机的实例包含燃气发动机，例如dfde、x-df以及me-gi发动机。

7、dfde发动机使用由四个冲程组成的奥托循环，其中在约5.5巴的相对低压下的天然气注入到燃烧空气入口中，并且接着由向上移动的活塞压缩。

8、x-df发动机使用由两个冲程组成的奥托循环，其中在约15巴的压力下的天然气用作燃料。

9、me-gi发动机使用由两个冲程组成的狄塞尔循环(diesel cycle),其中处于约300巴的高压下的天然气在活塞的上死点(top dead point)附近直接注入到燃烧腔室中。

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明的申请人发明了一种在没有单独制冷剂的情况下使用蒸发气体自身作为制冷剂来使蒸发气体再液化的方法，其中通过压缩机压缩的蒸发气体通过与待引入到压缩机中的未压缩蒸发气体的热交换而冷却，且接着通过j-t阀等膨胀以实现蒸发气体的部分再液化。此系统被称作部分再液化系统(partial reliquefaction system；prs)。

3、当待再液化的蒸发气体的量较大时，例如当存储罐中的液化气体的量较大且自其产生的蒸发气体的量因此较大时，或当船只抛锚或以低速航行且由发动机消耗的蒸发气体的量因此较低时，仅prs无法满足所需再液化率。因此，本发明的申请人发明了一种可使更多蒸发气体再液化的改进prs。

4、作为prs的改进，能够通过使用蒸发气体自身作为制冷剂的制冷剂循环而使蒸发气体进一步冷却的系统被称作甲烷制冷系统(methane refrigeration system；mrs)。

5、混合的制冷剂或例如氮气的单独制冷剂可用于冷却待再液化的蒸发气体。

6、对于配备有可以蒸发气体为燃料的发动机的船只，适于将燃料供应到发动机的压缩机可用于蒸发气体的再液化。

7、图1为用于具有以由lng产生的蒸发气体为燃料的发动机(e1)、发动机(e2)的船只的蒸发气体处理系统的示意图，其中由用于燃料供应的压缩机(10a)、压缩机(10b)压缩到高压的蒸发气体作为燃料供应到发动机，且过剩的压缩气体在热交换器(20)中使用来自蒸发气体的冷热进行冷却，经受减压(30)和气液分离(40)，且传回到存储罐。

8、经提供以供应燃料的这类压缩机(10a)或压缩机(10b)被设计成满足对应发动机的燃料供应需求，且由于船级社要求在压缩机故障的情况下提供额外冗余压缩机而被复制。当发动机的燃料消耗较低且待再液化的蒸发气体的量较大时，例如当船只抛锚时，两个压缩机都可操作。然而，在此情况下，存在归因于热交换器(20)的不足冷热的低再液化效率、归因于两个高压压缩机的操作的高电力消耗的低能效以及两个高压压缩机的高安装成本的问题。

9、为了解决这些问题，本发明提供一种能够处理由液化气体产生的蒸发气体同时确保再液化效率的提高和安装和操作成本的降低的解决方案。

10、技术解决方案

11、根据本发明的一个方面，提供一种船只的蒸发气体处理系统，包括：第一压缩机，接收由存储于船只的存储罐中的液化气体产生的蒸发气体且压缩所接收到的蒸发气体；

12、第二压缩机，压缩从存储罐接收到的蒸发气体；

13、热交换器，冷却由第一压缩机或第二压缩机压缩的蒸发气体；以及

14、制冷剂循环管线，供应到热交换器的制冷剂沿着所述制冷剂循环管线循环，

15、其中第一压缩机为多级压缩机，其包括多个压缩机且将蒸发气体压缩到船只的推进发动机所需的燃料供应压力，第二压缩机将蒸发气体压缩到在比推进发动机低的压力下供应有燃料的发电发动机所需的燃料供应压力，且

16、在穿过第一压缩机的部分时压缩的蒸发气体被供应到热交换器以进行冷却或被供应到发电发动机。

17、制冷剂循环管线可包含：制冷剂压缩单元，接收在热交换之后从热交换器排出的制冷剂且压缩所接收到的制冷剂；及制冷剂膨胀单元，接收由制冷剂压缩单元压缩且已经通过热交换器的制冷剂，使所接收到的制冷剂膨胀且冷却，以及将冷却的制冷剂供应到热交换器。

18、蒸发气体处理系统可还包含：蒸发气体供应管线，蒸发气体沿着所述蒸发气体供应管线从存储罐通过热交换器供应到第一压缩机或第二压缩机；第一燃料供应管线，安置于第一压缩机下游且连接到推进发动机；再液化管线，在穿过第一压缩机的部分或穿过第二压缩机时压缩的蒸发气体沿着所述再液化管线被供应到热交换器以进行冷却且传回到存储罐；以及第二燃料供应管线，在通过第一压缩机的部分或通过第二压缩机时压缩的蒸发气体沿着所述第二燃料供应管线被供应到发电发动机。

19、蒸发气体处理系统可还包含：分支管线，从蒸发气体供应管线分支且允许蒸发气体供应到第一压缩机或第二压缩机而不穿过热交换器；以及预热器，提供到分支管线以加热蒸发气体，其中，当再液化系统不在操作中或在低负载下操作时，在存储罐中产生的蒸发气体中的全部或一些可沿着分支管线绕过热交换器以在引入到第一压缩机或第二压缩机中之前由预热器加热。

20、蒸发气体处理系统可还包含：减压器，接收通过热交换器中的热交换冷却的经压缩蒸发气体且对所接收到的经压缩蒸发气体进行减压；以及气液分离器，接收由减压器减压的蒸发气体且关于所接收到的蒸发气体执行气液分离，其中由气液分离器分离的闪蒸气体可与热交换器上游的未压缩蒸发气体流汇合，且由气液分离器分离的液化气体可传回到存储罐。

21、蒸发气体处理系统可还包含：液化气体供应管线，存储于存储罐中的液化气体沿着所述液化气体供应管线作为燃料供应到推进发动机；压缩泵，安置于液化气体供应管线上且将液化气体加压到推进发动机所需的燃料供应压力；以及蒸发器，加热由压缩泵加压的液化气体。

22、蒸发气体处理系统可还包含：液化气体分支管线，在蒸发器下游从液化气体供应管线分支且连接到发电发动机；压力调节阀，提供到液化气体分支管线且将液化气体调整到发电发动机所需的燃料供应压力；以及加热器，提供到液化气体分支管线，且进一步将已穿过压力调节阀的液化气体加热到发电发动机所需的燃料供应温度。

23、当船只在航时，可操作第一压缩机以压缩在存储罐中产生的蒸发气体且将经压缩蒸发气体供应到推进发动机和发电发动机，且过剩的压缩气体可由热交换器冷却，且当船只抛锚时，可操作第二压缩机以压缩在存储罐中产生的蒸发气体且将经压缩蒸发气体供应到发电发动机，且过剩的压缩气体可由热交换器冷却。

24、沿着制冷剂循环管线循环的制冷剂可为氮气。

25、根据本发明的另一方面，提供一种船只的蒸发气体处理方法，所述船只包含推进发动机和在比推进发动机低的压力下供应有燃料的发电发动机，

26、其中由存储于存储罐中的液化气体产生的蒸发气体由第一压缩机或第二压缩机压缩，未作为燃料供应到推进发动机和发电发动机的压缩气体通过热交换器中的热交换而冷却且再液化，所述热交换器供应有沿着制冷剂循环管线循环的制冷剂，

27、第一压缩机为多级压缩机，其包括多个压缩机且将蒸发气体压缩到推进发动机所需的燃料供应压力，第二压缩机将蒸发气体压缩到发电发动机所需的燃料供应压力，且

28、在穿过第一压缩机的部分时压缩的蒸发气体被供应到热交换器以进行冷却或被供应到发电发动机。

29、当船只在航时，可操作第一压缩机以压缩在存储罐中产生的蒸发气体且将经压缩蒸发气体供应到推进发动机和发电发动机，且过剩的压缩气体可由热交换器冷却，且当船只抛锚时，可操作第二压缩机以压缩在存储罐中产生的蒸发气体且将经压缩蒸发气体供应到发电发动机，且过剩的压缩气体可由热交换器冷却。

30、沿着制冷剂循环管线循环的制冷剂可由制冷剂压缩单元压缩，通过热交换器冷却，通过制冷剂膨胀单元膨胀且冷却，且作为冷热源供应到热交换器，其中制冷剂压缩单元可连接到制冷剂膨胀单元以使用从制冷剂膨胀单元输送的制冷剂的膨胀能量压缩制冷剂。

31、有利效果

32、本发明提供一种用于包含推进发动机和在比推进发动机低的压力下供应有燃料的发电发动机的船只的蒸发气体处理系统，其中将蒸发气体压缩到推进发动机所需的燃料供应压力的第一压缩机和将蒸发气体压缩到发电发动机所需的燃料供应压力的第二压缩机经提供，且在穿过第一压缩机的部分时压缩的蒸发气体被供应到热交换器以进行冷却或被供应到发电发动机。

33、由于能够将蒸发气体作为燃料供应到推进发动机的多级高压压缩机和能够将蒸发气体压缩到具有比推进发动机低的燃料供应压力的发电发动机所需的压力的压缩机经提供以取决于船只的操作条件而选择性地操作，所以燃料供应和再液化所需的电能的消耗可通过将蒸发气体用作燃料同时满足冗余需求而减少，由此确保船只的有效操作。

34、另外，由于可通过利用来自蒸发气体自身的冷热和来自制冷剂循环的冷热来增强热交换器的冷却效率和再液化率，且可仅关于在产生于存储罐中的蒸发气体作为燃料消耗之后剩余的蒸发气体来执行再液化，因此可减少制冷剂循环的负载，同时减少作为燃料的液化气体的消耗。