CN104093966A - 作为用于船的燃料的天然气 - Google Patents

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Abstract

一种包括柴油燃料罐的水运工具，所述柴油燃料罐用于对所述水运工具的一般航运需求供给燃料，例如从一个地点运行到另一地点，其中所述水运工具在上面另外具有用于在其中储存压缩天然气(CNG)的CNG压力器皿，所述CNG可由所述水运工具从所述压力器皿使用，以为用于所述水运工具的海岸操纵的发动机提供动力。

Description

作为用于船的燃料的天然气
技术领域
本发明涉及将天然气用作用于船和船只的燃料。
背景技术
来自船只和船(来自船只和船的发动机)的排放长期以来一直是法规的目标，但尽管如此还是少有有效的法规来控制/消除那些排放。
法规曾早在2001年提出并且已长期被海洋经济产业反对。尽管如此，我们仍然相信法规将在不久的将来生效，其将显著减少来自船以及船舶，并且具体来说来自船尾驱动和船内以及船舶的烃或硝基氧化物排放。
此外，还将最有可能需要减少一氧化碳排放。
可能将要求50％与70％之间的减排。
由于海洋经济产业抵制这些改变，因此目前此类法规还未生效或未强制执行。尽管如此，很可能此类法规即将实施，并且目前并没有可靠的方法可用于实现对于船的这些减排。出于此原因，出现了码头边处的船自身“岸电”到码头边的趋势，即将船连接到岸上的电源。然而，此类岸电并不是理想的解决方案，因为其仅能在码头边处操作，而不能在船或者船只到达码头边时操作。因此，所希望的是，提供用于船或船只的替代的装置以满足其在码头边处的电需求以及此外其在靠近码头边时可能的电需求。
已经探究天然气作为此问题的可能解决方案，因为与传统的燃料-柴油相比，天然气是在发动机中燃烧的相对清洁的燃料。然而，它没有柴油节能，并且在其最节省空间的形式，即LNG(液化天然气)中，其要求需要很多空间的冷却设备，因为天然气需要在非常低的温度下储存。因此，天然气一直被看作占用太多的空间的代价高于用作常规柴油的替代燃料。
因此需要替代的解决方案以符合将来的有关水运工具排放的法规要求。
发明内容
根据本发明，提供了包括柴油燃料罐的水运工具，所述柴油燃料罐用于对水运工具的一般航运需求供给燃料，例如从一个地点运行到另一地点，其中水运工具在上面另外具有用于在其中储存压缩天然气(CNG)的CNG压力器皿，所述CNG可由水运工具从压力器皿使用，以为用于水运工具的海岸操纵的发动机提供动力。
优选地，发动机是能够在第一构造中运用来自柴油燃料罐的柴油且在第二构造中运用来自压力器皿的CNG的双燃料发动机。
可替代地，在水运工具上存在两个发动机，一个用于运用柴油并且另一个用于运用CNG。
水运工具优选地是用于运载货物的船。货物可以是CNG或者集装箱或者油。水运工具可能替代地是客渡船。
优选地，水运工具是包括多个压力器皿以用于在所述地点之间运输以及配送CNG的CNG油轮。
优选地，用于给发动机供应燃料的压力器皿是多个压力器皿中的一者，但是其可替代地是专用的压力器皿或者一组专用的压力器皿。
CNG通常在储存压力超过200巴的油轮内运输。在燃料供应压力器皿内的CNG可以同样储存在此类压力下。在燃料供应压力器皿与发动机之间可以提供调节器以确保至发动机的稳定的燃料供应压力。
优选地，当在CNG油轮上时，用以给发动机提供动力的CNG是残余CNG，所述残余CNG是从基本上已经卸载了其运输量的压力器皿中提取的，因此残余CNG是在卸载之后保留在其中的CNG，其处于低于100巴的压力下。
优选地，CNG是经由连接到所述或每一个压力器皿的下端上的管道系统从多个压力器皿中提取的。
与通过常规的以柴油为动力的发动机产生的排放相比，在海岸附近通过使用CNG作为用于发动机的燃料(例如，当水运工具靠着码头边停下时以及在对接时)，将存在来自发动机的减少的排放。此外，排放将足够清洁以允许发动机在水运工具处于码头边时保持运行以用于提供水运工具的电需求。因此，水运工具将不需要依靠本地电源进行岸电，尽管必要时这仍然是一个选项。
由于CNG的残余压力仍比较大，因此不需要燃料泵将CNG供应到发动机上，CNG将自动馈给。
由于CNG基本上是在室温下而不是在LNG所需的低温温度下储存在船上，因此在水运工具上不需要(或仅需要最小量的)冷却或加热机构。此外，由于仅海岸操作将通过CNG供给燃料，因此CNG的储存量被控制在可控的水平上。更进一步地，由于CNG以及容纳CNG的压力器皿的浮力，压力器皿在水运工具上的存在将不会对水运工具造成浮力问题。
优选地，压力器皿由复合材料形成，并且包括类型3或类型4压力器皿。
优选地，CNG是船的主要货物，其它货物均不具有比CNG更大的储存体积需求。
优选地，压力器皿为至少15m长且直径为至少2m。
本发明还提供了在如上文所界定的水运工具上提供推进力的方法，其包括在水运工具正进行海岸操纵时通过燃烧在水运工具上储存的CNG为水运工具的发动机提供动力，并且使用不同的能源来用于更长的行程。优选地，不同的能源是柴油以及柴油发动机。
附图说明
现将参考附图进一步详细描述本发明的这些以及其它特征，其中：
图1示出了用于实施本发明的货船；以及
图2示出了用于实施本发明的客渡船。
具体实施方式
本发明利用CNG作为用于为水运工具(例如船)的发动机提供动力的燃料的概念，CNG不是作为主要燃料而是作为辅助燃料，即，是用于海岸操纵而不是从一个地点到下一地点的主行程。
在本领域中已知将发动机设计成运用天然气。用于容纳天然气的压力器皿也是已知的，天然气甚至是CNG的形式，但LNG是天然气储存的更常规的形式。
使用CNG优于LNG的优点是减少了所需设备，即不需要冷却设备，因为CNG储存在高压而不是低温下。例如，300巴到400巴的压力是典型的。这与用于LNG的20巴的压力形成对比。
用于运输压缩流体的压力器皿目前构成四种监管机构批准的类别或类型，所有这些压力器皿都是圆柱形的，具有一个或两个圆顶端：
类型I全部由金属构成，通常是铝或者钢。此类型的器皿很便宜但是相对于其它类别的器皿非常重。整个器皿具有足够的强度来承受由所容纳的压缩流体施加在器皿上的既定压力，并且因此不需要任何方式的强度增强外包裹物，包括本发明的干丝状外包裹物。类型I压力器皿当前包括用于由海路运输压缩流体的大部分容器，它们在海上运输中的使用招致非常紧张的经济约束。
类型II由较薄的金属圆柱形中心部分以及标准厚度的金属圆顶端构成，使得仅圆柱形部分需要被加固，当前使用复合外包裹物加固。复合包裹物通常由用聚合物基质浸渍的玻璃丝或碳丝构成。所述复合物通常“环向包裹”在器皿的中部周围。在器皿的一端或两端的圆顶具有足够的强度以承受在正常使用时在器皿中产生的压力，并且未由复合物包裹。在类型II压力器皿中，所容纳的压缩流体的内部压力产生的应力的约50％由金属衬里承载并且约50％由复合物承载。类型II器皿比类型I器皿更轻但是更昂贵。
类型III由包括整个结构，即，圆柱形中心部分以及圆顶端的薄金属衬里构成。因此，衬里当前使用在整个器皿周围的丝状复合包裹物加固。类型III器皿的应力几乎全部转移到复合包裹物的丝状材料上；衬里只需要承受一小部分的应力。类型III器皿比类型I或类型II器皿轻得多但是基本上更昂贵。
类型IV由包括圆柱形中心部分以及圆顶端二者的聚合的、实质上气密的衬里构成，其全部当前完全包裹着丝状复合物。复合包裹物提供了器皿的整体强度。类型IV器皿是到目前为止四种批准的压力器皿类别中最轻的但是也是最昂贵的。
如上所述，类型II、类型III和类型IV压力器皿当前需要覆于器皿衬里上的复合外包裹物，以给它们提供必要的强度以承受由容纳在器皿中的压缩流体施加的既定压力。然而，已知复合包裹物的聚合物基质极少或根本不增强外包裹物的强度。因此，本发明还可以与新颖的缠绕布置一起使用，所述缠绕布置使用置于压力器皿衬里上的处于干燥状态并且在压力器皿的使用寿命中实质上保持在干燥状态(即，在整个过程中未由于树脂浸渍粘合)的干丝状材料。
“实质上”在干燥状态下是考虑到丝状材料在使用中、特别是用于压缩流体的海上运输时可能会受环境湿度等影响变得潮湿。也就是说，既定置于器皿上的干丝状材料在器皿投入使用时是干燥的并且将保持干燥。因此，在此背景下的实质上干燥并不排除其中丝/纤维被水润湿的情况。
用于本发明的压力器皿通常是类型3或类型4，或者是利用完全的复合包裹物以及要么非结构性金属衬里要么是非金属衬里或者纯粹用于制造过程的衬里(即，可拆卸衬里)的另一形式的压力器皿。这是因为它们比所有钢制的类型1压力器皿的重量更轻，由此它们更适合用在水运工具上。
除类型3和类型4压力器皿之外，还有新形的压力器皿可以应用于这些各种应用。这些压力器皿可以被称作类型5、类型6以及类型7压力器皿。还可以使用各种不同压力器皿类型的修改版本。
类型5压力器皿不包括单独的衬里，其衬里替代地要么与复合物壁成一体，要么是用于形成缠绕的复合物壁的可拆卸心轴，所述心轴随后在缠绕处理之后被拆卸。
类型6压力器皿具有钢制圆柱形部分以及复合物圆顶端。
类型7压力器皿具有钢制衬里、复合外包裹物以及复合物圆顶端。
其它变化形式可以包含类型4压力器皿，其具有金属内部涂层，所述涂层可以提高压力器皿的不透气性。
用于优选的压力器皿的一个结构这样的器皿：在其大部分长度上具有大体上圆柱形形状，并且具有至少一个不锈钢层作为用于与器皿内的压缩流体接触的第一层，所述第一层由低碳不锈钢制成，并且器皿进一步具有由至少一个纤维加固型聚合物层制成的将不与容纳在器皿内的流体接触的另一外部复合物层。
器皿将具有用于气体装载和卸载的开口。
多个压力器皿可以布置在模块或隔室中，并且压力器皿可以互连用于装载和卸载操作。
优选地，所有器皿均具有相同的高度、长度或直径。一些可以具有不同的高度、长度或直径以允许将器皿定制配合到在相关的交通工具或模块或隔室内为器皿提供的空间中。
用于压力器皿的另一优选的结构具有在其大部分长度上的大体上圆柱形形状以及用于气体装载和卸载并且用于液体排空的至少一个开口，所述压力器皿包括非金属内部涂层、金属衬里以及至少一个外部纤维层。
非金属内部涂层优选地是基本上惰性的。
非金属内部涂层可以有利地具有至少不锈钢那样的耐腐蚀性。
非金属内部涂层可以选自包括以下各项的群组：HDPE、环氧树脂、PVC等。
金属衬里可以是抗酸性气体腐蚀的。
金属衬里可以由低碳钢制成。
纤维层可以由围绕金属衬里缠绕的纤维制成。
纤维层可以包括碳纤维。
此压力器皿或其它压力器皿中的任一者可以进一步包括插入在衬里与复合物层(例如，碳纤维层)之间的绝缘层。
绝缘层可以是透气层。
纤维层可以包括玻璃纤维。
压力器皿可以进一步包括插入在金属衬里与纤维层之间的透气层。
透气层可以包括玻璃纤维。
压力器皿可以进一步包括连接到透气层上以用于检测气体渗漏的气体检测器。
压力器皿沿着其大部分长度在内部和外部可以实质上呈圆柱形形状。
用于压力器皿的另一构造可以另外具有在其大部分长度上的大体上圆柱形形状以及用于气体装载和卸载的至少一个开口。但是，在此构造中，压力器皿包括金属衬里、在金属衬里之外并且邻近于金属衬里的第一纤维层以及在第一纤维层之外并且邻近于第一纤维层的第二纤维层。第一纤维层和第二纤维层由不同材料制成。
金属衬里可以是不透气的和/或耐腐蚀的。
金属衬里可以选自包括以下各项的群组：钢、不锈钢、镍基合金、双相钢、铝、铝合金、钛以及钛合金。
纤维层中的任一者或两者可以由围绕金属衬里缠绕的纤维制成。
第一纤维层可以包括碳纤维。
第二纤维层可以包括玻璃纤维。
又另一个构造可以是其中压力器皿包括：
用于气体装载和卸载并且用于液体排空的至少一个开口；
非金属衬里；以及
提供在非金属衬里外部上的至少一个外部纤维层。
非金属衬里可以是基本上化学惰性的。
非金属衬里可以具有至少不锈钢那样的相对于烃类或者CNG以及在此类流体中的杂质(例如H2S和CO2)的耐腐蚀性。
非金属衬里可以选自包括以下各项的群组：高密度聚乙烯、高纯度聚二环戊二烯、基于聚二环戊二烯的树脂、环氧树脂、聚氯乙烯或已知烃类气体不可透过的其它聚合物，尤其是压缩天然气聚合物，衬里有利地能够液压容纳原始气体，例如烃类和天然气混合物。衬里还优选地是惰性的，不受此类气体侵蚀。
纤维层可以由围绕非金属衬里缠绕的纤维制成。
在纤维层中的纤维可以选自以下各项的群组：碳纤维、石墨纤维、无碱玻璃纤维或S玻璃纤维。
碳纤维可以涂布有热固性树脂。
热固性树脂可以选自包括环氧基或高纯度的聚二环戊二烯基树脂的群组。
器皿可以进一步包括提供在非金属衬里内部上的内部金属涂层。
例如，根据ISO15156，内部金属涂层可以实质上耐H2S。
内部金属涂层应优选地在其屈服强度的80％下对100kPa(15psi)的H2S局部压力不会出现硫化物应力破裂，H2S局部压力按以下计算(以兆帕-磅/平方英寸为单位)：
p H 2 S = p × x H 2 S 100
其中
p是系统的总绝对压力，以兆帕(磅/平方英寸)表达；
是在气体中的H2S的摩尔分数，表达为百分比。
器皿可以进一步包括插入在非金属衬里与纤维层之间的透气层。
透气层可以包括玻璃纤维。
器皿可以进一步包括连接到透气层上以用于检测气体渗漏的气体检测器。
透气层可以有利地包括能够在从衬里泄漏的情况下发出警告的集成的气体检测装置。到此类装置的连接可以借此集成到器皿的壁中，例如集成到透气层中。装置可以经由连接到在其它地方引用的接收单元(例如，在仪表板中，或在手表上)上的无线传输来操作。
可以在这些方式中利用的压力器皿的另一形式具有主体以及入口，所述主体界定在其中可以储存压缩气体/流体的内部体积，所述入口用于将压缩气体/流体装载进器皿中，器皿的主体包括全部并且仅由纤维加固型长丝缠绕的复合材料制成的结构壳层，所述复合材料包括纤维以及压力器皿的既定内含物(即，压缩气体或者流体)不可渗透的基质。
优选的是，在使用中，压缩气体/流体将与结构壳体的内侧直接接触。
优选地，结构壳体包括圆柱形部分以及两个终端，其中在圆柱形部分的任一端处一个终端，所有部分均由纤维加固型长丝缠绕的复合材料制成。
优选地，终端是圆顶状终端。
优选地，圆顶状终端在螺旋地包裹在器皿周围的纤维方面具有呈网格球顶式形状。
优选地，复合材料的纤维包括碳纤维、玻璃纤维或中的至少一者。
优选地，复合材料的树脂包括聚酯树脂、乙烯酯树脂、环氧树脂、酚系树脂、高纯度二环戊二烯树脂、双马来酰亚胺树脂以及聚酰亚胺树脂中的至少一者。
制造此复合压力器皿的方法包括提供一次性心轴并且在一次性心轴周围缠绕长丝纤维从而形成压力器皿的形状的步骤，所述形状包含入口/出口。入口/出口通常是在其端部中的孔口。可以有两个孔口，每个端部中一个。端部通常是相对端。
所述方法通常包括在复合物固化之后通过入口/出口移除一次性心轴的步骤。
优选地，所述方法包括在一次性心轴周围缠绕长丝纤维之前聚集长丝纤维从而形成条带的步骤。
优选地，所述方法包括在一次性心轴周围缠绕纤维之前使用树脂浸渍长丝纤维的步骤。
优选地，纤维的浸渍在纤维已经形成为条带之后进行，并且通过将条带浸没在一批树脂中，例如浸没在树脂浴中来进行。
优选地，所述方法包括当复合物在一次性心轴周围时使复合物固化到至少其足以自行支撑的程度的步骤。
优选地，所述方法包括固化复合物并且一旦复合物已经固化到至少其足以自行支撑的程度便移除一次性心轴的进一步步骤。
优选地，心轴包括冰，并且随后心轴的移除可以包括融化冰。
优选地，心轴包括压实的沙，并且随后心轴的移除可以包括将沙摇出器皿。
心轴可以包括支架，并且随后心轴的移除可以包括压扁支架。
心轴可以包括由可溶解的化学化合物(例如，可在水中溶解的化合物)形成的结构，并且随后心轴的移除可以包括将所述结构溶解为液态。
本发明还设想将上文所列的各种任选的或优选的特征组合成其它类型的压力器皿，并且还设想将那些如此修改的压力器皿用在所列的应用中。
本发明仅通过实例在上文中进行了描述。在随附的权利要求书的范围内可以对本发明做出详细修改。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种水运工具，所述水运工具包括柴油燃料罐，所述柴油燃料罐用于对所述水运工具的一般航运需求供给燃料，例如从一个地点运行到另一地点，其中所述水运工具在上面另外具有用于在其中储存压缩天然气(CNG)的CNG压力器皿，所述CNG可由所述水运工具从所述压力器皿使用，以为用于所述水运工具的海岸操纵的发动机提供动力，
其中，在所述水运工具上存在两个发动机，一个用于运用柴油并且另一个用于运用所述CNG。
2.根据权利要求1所述的水运工具，所述水运工具是用于运载货物的船。
3.根据权利要求2所述的水运工具，其特征在于，所述货物包含CNG、集装箱以及油中的一或多者。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的水运工具，所述水运工具是客渡船。
5.根据前述权利要求1到3中任一权利要求所述的水运工具，所述水运工具是包括多个压力器皿以用于在所述地点之间运输以及配送CNG的CNG油轮。
6.根据权利要求5所述的水运工具，其特征在于，用于给所述发动机供应作为燃料的CNG的所述压力器皿是所述多个压力器皿中的一者。
7.根据权利要求5所述的水运工具，其特征在于，用于给所述发动机供应作为燃料的CNG的所述压力器皿是专用的压力器皿或者一组专用的压力器皿。
8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的水运工具，其特征在于，所述CNG储存在平均储存压力超过200巴的所述压力器皿或多个压力器皿内。
9.一种为在码头边的船提供动力的方法，所述方法包括运行所述船的发动机，所述发动机以来自储存在船上的CNG为动力，所述发动机接通到交流发电机/发电机上以用于产生所述船的电能需求，
其中，所述船包括两个发动机，一个用于运用柴油并且另一个用于运用所述CNG。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述CNG储存在所述船上的一或多个压力器皿中。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述压力器皿是使用复合材料形成的，并且包括类型3或类型4压力器皿。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的方法，其特征在于，所述压力器皿为至少15m长且直径为至少2m。
13.一种在根据权利要求1到8中任一权利要求所述的水运工具上提供推进力的方法，所述方法包括在所述水运工具正进行海岸操纵时通过燃烧在所述水运工具上储存的CNG为所述水运工具的发动机中的一者提供动力，以及使用柴油发动机来用于更长的行程。

Claims (17)

1.一种水运工具，所述水运工具包括柴油燃料罐，所述柴油燃料罐用于对所述水运工具的一般航运需求供给燃料，例如从一个地点运行到另一地点，其中所述水运工具在上面另外具有用于在其中储存压缩天然气(CNG)的CNG压力器皿，所述CNG可由所述水运工具从所述压力器皿使用，以为用于所述水运工具的海岸操纵的发动机提供动力。
2.根据权利要求1所述的水运工具，其特征在于，所述发动机是双燃料发动机。
3.根据权利要求2所述的水运工具，其特征在于，所述发动机能够在第一构造中运用来自所述柴油燃料罐的柴油且在第二构造中运用来自所述压力器皿的CNG。
4.根据权利要求1所述的水运工具，其特征在于，在所述水运工具上存在两个发动机，一个用于运用所述柴油并且另一个用于运用所述CNG。
5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的水运工具，所述水运工具是用于运载货物的船。
6.根据权利要求5所述的水运工具，其特征在于，所述货物包含CNG、集装箱以及油中的一或多者。
7.根据前述权利要求1到4中任一权利要求所述的水运工具，所述水运工具是客渡船。
8.根据前述权利要求1到4中任一权利要求所述的水运工具，所述水运工具是包括多个压力器皿以用于在所述地点之间运输以及配送CNG的CNG油轮。
9.根据权利要求8所述的水运工具，其特征在于，用于给所述发动机供应作为燃料的CNG的所述压力器皿是所述多个压力器皿中的一者。
10.根据权利要求8所述的水运工具，其特征在于，用于给所述发动机供应作为燃料的CNG的所述压力器皿是专用的压力器皿或者一组专用的压力器皿。
11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的水运工具，其特征在于，所述CNG储存在平均储存压力超过200巴的所述压力器皿或多个压力器皿内。
12.一种为在码头边的船提供动力的方法，所述方法包括运行所述船的发动机，所述发动机以来自储存在船上的CNG为动力，所述发动机接通到交流发电机/发电机上以用于产生所述船的电能需求。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述CNG储存在所述船上的一或多个压力器皿中。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述压力器皿是使用复合材料形成的，并且包括类型3或类型4压力器皿。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的方法，其特征在于，所述压力器皿为至少15m长且直径为至少2m。
16.一种在根据权利要求1到11中任一权利要求所述的水运工具上提供推进力的方法，所述方法包括在所述水运工具正进行海岸操纵时通过燃烧在所述水运工具上储存的CNG为所述水运工具的发动机提供动力，以及使用不同的能源来用于更长的行程。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述不同的能源是柴油以及柴油发动机。
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