CN117043059A - 运输设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种运输设备，其将通过氨的改性而生成的氢作为燃料。运输设备(100)具备储藏氨的氨罐(1)、以及对氨进行改性而生成氢和氮的氢生成装置(A)，其特征在于，使用氢作为燃料。

Description

运输设备
技术领域
本发明涉及一种将通过氨的改性(重整)而生成的氢作为燃料的运输设备。
背景技术
2018年4月，IMO(国际海事组织)的GHG减排战略被采纳，提出了以GHG(GreenhouseGas；温室气体)零排放为目标的必要性。因此，作为替代燃料，正在研究无碳的氢或氨等。
专利文献1公开了一种搭载氨作为可燃性气体，通过氨使内燃机工作的船舶。
在先技术文献
专利文献1：日本特许第6859475号说明书
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1公开的内燃机的氨的燃烧中，会产生具有二氧化碳的约300倍的温室效应的氧化二氮(N2O)，因此不能实现GHG零排放。另外，在专利文献1中，为了供给惰性气体，需要惰性气体供给装置，例如需要搭载氮气发生装置等大型设备。
本发明的目的是提供一种将通过氨的改性而生成的氢作为燃料的输送设备。
用于解决课题的手段
为达成上述目的，本发明的运输设备是具备储存氨的第1容器以及对所述氨进行改性而生成氢和氮的氢生成装置的运输设备，其特征在于，使用所述氢作为燃料。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种将通过氨的改性而生成的氢作为燃料的运输设备。
附图说明
图1是本实施方式涉及的运输设备100的示意图。
图2是通常运行时的系统流程图。
图3是氨补给时的系统流程图。
图4是实施例1的改性器4的结构图。
图5是实施例2的改性器24的结构图。
图6是实施例3的改性器34的结构图。
图7是实施例4的改性器44的结构图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。在各图中，对相同的部件标注相同的参照符号，省略重复的部件的说明。
首先，参照图1，对本实施方式中的运输设备100的概略进行说明。图1是表示本实施方式的搭载有动力产生系统的运输设备100的示意图。
本实施方式的动力产生系统，由储存成为能源的氨的氨罐1(第1容器)、对氨进行改性而生成氢和氮的氢生成装置A、使用生成的氢作为燃料的内燃机8构成。或者也可以构成为：具备燃料电池和原动机来代替内燃机8，仅使用由氢生成装置A生成的氢来发电，通过电来驱动原动机。作为搭载该系统的运输设备100，包括船舶、汽车、列车、飞机等。
以下，对运输设备100为船舶的实施方式进行说明。作为本发明的实施方式的船舶，在船体上搭载上述系统。船的种类例如包括散装货船、集装货船、液化气运输船、原油油轮、渡轮、RORO船(滚装船)、汽车运输船、客船等。
接着，利用图1、图2对构成动力产生系统的各构成部件进行说明。图2表示动力产生系统通常运转时的系统的流程。
在搭载于船体的氨罐1上，连接有用于向氢生成装置A供给液态氨(LNH3)的氨供给管线2。另外，还连接有用于吹扫后述的惰性气体的罐吹扫管线13(第3吹扫管线)和用于从外部补给氨的加注管线14。图中，氨的流动由一点划线的箭头表示，氢的流动由虚线的箭头表示，氮的流动由实线的箭头表示。
从加注管线14向氨罐1中填充液态氨。然后，液态氨通过氨供给管线2经由调节阀V1被送至气化器3。在该气化器3中，液态氨发生气化并经由调节阀V2被送至改性器4。
改性器4构成对气态氨进行改性而生成氢和氮的氢生成装置A的一部分。由于改性器4自身是一般的装置，所以在此省略改性器4的详细说明。由改性器4生成的氮在改性器4内被分离，使用一般的压缩机加压并储存在氮罐5(第2容器)中。暂时储存在氮罐5中的氮作为吹扫气体被供给到期望的场所。关于吹扫气体的供给，会在后面进行说明。
同样，由改性器4生成的氢在改性器4内被分离，使用一般的压缩机加压并储存在氢罐6中。暂时存储在氢罐6中的氢经由氢供给管线7向内燃机8供给。氢供给管线7是所谓的双重管，如图1所示，在双重管的中央部设有由虚线表示的内侧管7a，以包围内侧管7a的外周部的方式形成有外侧管7b。所生成的氢通过内侧管7a向内燃机8供给，在外侧管7b中供给惰性气体。
作为惰性气体的氮，可以用作吹扫氢供给管线7的吹扫气体。在供给吹扫气体时，向供给氢的氢供给管线7的外侧管7b供给氮。另一方面，在检测氢的泄漏时，也向内侧管7a供给氮。
本实施方式的内燃机8，将在船上对氨进行改性而生成的氢作为燃料来产生动力。通过由内燃机8产生的动力，作为运输设备100的船舶能够推进。另一方面，也可以考虑在船上具备氢燃料罐，使用氢作为燃料，但氢即使是液体也是重油的4.5倍的体积，因此燃料体积大，并且，为了保持液化的状态，需要达到-253℃，罐的构造条件严格。而且，氢加注技术尚不成熟，供给基础设施也不完备。另外，还存在氢的泄漏、BOG(蒸发气体)对策、罐的脆性对策之类的问题。
另外，也考虑通过内燃机直接使氨燃烧来获得动力的氨燃烧船，但需要确立难燃性的氨的燃烧控制、废气中的N2O对策。另外，还存在专烧氨的技术不成熟等问题。
在本实施方式中，通过使用氨作为一次燃料，理论上相对于氢燃料罐能够成为大约2/3的容积。即、如下式所示：
2NH3→N2+3H2
通过对氨进行改性，能够得到氨的体积的1.5倍体积的氢。这样，氨罐1相对于氢燃料罐能够小型化。
另外，在本实施方式中，将氢罐6用作生成的氢的暂时缓冲罐，因此不需要氢燃料罐所要求的极低温(-253℃)的保持和BOG对策。另外，通过将对氨进行改性而得到的氢作为燃料，能够同时解决氨的燃烧性问题和N2O的产生问题。
根据本实施方式，能够提供一种将通过氨的改性而生成的氢作为燃料的运输设备100。
另外，在废气的净化中需要装备尿素SCR(选择催化还原)17时，可以从氨罐1向尿素SCR17供给氨。
接着，利用图1、图2对通过与氢的生成同时生成的氮进行的吹扫进行说明。通过改性而生成的氮被加压，并储存在氮罐5中。燃料配管吹扫管线11(第1吹扫管线)从氮罐5连接到氢供给管线7。氢供给管线7是由内侧管7a和包围其外侧的外侧管7b构成的双重管，一端侧连接到内燃机8，另一端侧连接到氢生成装置A。作为燃料的氢，通过内侧管7a向内燃机8的燃料阀供给。
具备内燃机8和氢供给管线7的区域是气体安全机关区域B。在该气体安全机关区域B具备排气用的换气口15，来自换气口15的配管与氢供给管线7的外侧管7b连接。而且，在氢生成装置A上连接有排气扇16。通过换气口15与排气扇16，氢供给管线7的外侧管7b和氢生成装置A至少能够进行每小时30次的送入空气的换气。另外，也可以设为每小时10次的换气。
或者，也可以从与氢供给管线7的外侧管7b连接的燃料配管吹扫管线11供给氮。氮在氢供给管线7中从距离氢罐6最远的位置供给，氮的流动方向与内侧管7a中的供给氢的方向相反。这样，能够更安全地向内燃机8供给氢。
接着，对通过未图示的传感器等检测到氢的泄漏时的吹扫进行说明。在检测到氢的泄漏时，关闭换气口15，并且停止来自氢罐6的氢的供给。然后，打开燃料配管吹扫管线11的调节阀V3，向内侧管7a和外侧管7b这两方自动填充氮。这样，能够防止氢供给管线7的内侧管7a内的氢泄漏到气体安全机关区域B内。或者，以比氢的供给压力P1高的压力(P2)向氢供给管线7供给氮。
货舱吹扫管线12(第2吹扫管线)从氮罐5连接到货舱9。所生成的氮通过货舱吹扫管线12向货舱9供给。该货舱9中有时会储存例如原油等易燃物质，因此填充有作为惰性气体的氮。
罐吹扫管线13从氮罐5连接到氨罐1。所生成的氮通过罐吹扫管线13向氨罐1供给。氨作为燃料被使用，因此氨罐1的氨减少，但通过利用氮进行吹扫，氨罐1被保持在最佳的压力。吹扫压力由氨罐1内的温度和压力确定，但设定为在氨罐1内将氨保持为液化状态。
接着，利用图3对燃料补给时的吹扫进行说明。图3表示向氨罐1补给氨时的系统的流程。所生成的氮被加压，储存在氮罐5中。在燃料补给时，内燃机8停止，因此不向内燃机8供给氢。于是，关闭燃料配管吹扫管线11中的调节阀V4，不向氢供给管线7供给氮。
在燃料补给时，也从货舱吹扫管线12向货舱9吹扫氮。这是因为具有易燃性的货物等需要始终用惰性气体进行吹扫。
另外，在燃料补给时，也从罐吹扫管线13向氨罐1吹扫氮。氨罐1和氨供给管线2，为了避免在其内部形成爆炸性危险气氛，在通过干燥空气进行通风之前，利用氮进行惰性化。另外，液态氨(无水)具有产生成为点火源的静电的危险性，因此必须不向存在空气的空的氨罐1吹送。
根据本实施方式，通过将对氨进行改性而得到的氮作为吹扫气体使用，不需要追加具备用于供给惰性气体的惰性气体供给装置，能够实现货舱9的扩大和燃料罐的大型化等空间的有效利用。另外，由于不需要追加的设备，因此还能够降低成本。
(实施例1)
利用图4对本发明的实施例1进行说明。图4表示实施例1的改性器4的周边的结构。由气化器3气化了的氨，在改性器4的催化槽4A中被改性，改性后的气体中含有氢(虚线箭头)、氮(实线箭头)和残留氨(一点划线箭头)。这些气体通过配置在催化槽4A下游的氢分离PSA装置4C(Pressure SwingAdsorption，压力变动吸附)分离氢，分离出的氢从氢分离PSA装置4C的氢输出配管送到氢罐6。
另一方面，含有未被氢分离PSA装置4C分离的氮和残留氨的气体，通过配置在氢分离PSA装置4C下游的氮分离PSA装置4B分离氮。分离出的氮从氮分离PSA装置4B的氮输出配管送到氮罐5。另外，在氮分离PSA装置4B中分离时残留的残留氨中含有一些残留氮。
通过配置在氮分离PSA装置4B下游的再液化装置4D，残留氨被液化，在该液化时，残留氮被分离。然后，作为液态氨在气化器3的上游被还原。实施例1中使用的再液化装置4D由压缩机构成。氨可以通过在常温下加压到8个大气压以上而液化，因此在该再液化装置4D中氨容易被液化。另外，再液化装置4D中为了安全而具备安全阀V5。
在本发明的实施例1中，氢的纯度约为90％，剩余部分由大约10％的氮构成，残留氨被完全除去，高纯度的氢和些许的氮向内燃机8供给。然后，在内燃机8的整个运行区域中，内燃机8仅将由氢生成装置A的改性器4生成的氢作为燃料而产生动力。另外，作为吹扫用的气体，由于能够利用所生成的氮，所以可得到不需要设置附加的氮产生装置或氮容器的优异效果。
在实施例1中，由于氢的纯度高，因此可以不具备内燃机8，而是具备燃料电池和原动机，燃料电池仅使用由氢生成装置A的改性器4生成的氢来发电，通过该电来驱动原动机产生动力。这样，在实施例1中，由于使高纯度的氢燃烧，因此能够使温室效应气体的排出几乎为零。
(实施例2)
接着，利用图5对本发明的实施例2进行说明。图5表示实施例2的改性器24的周边的结构。由气化器3气化了的氨，在改性器24的催化槽24A中被改性，改性后的气体中含有氢、氮和残留氨，这与实施例1相同。这些气体通过配置在催化槽24A下游的再液化装置24D将气体中的残留氨液化，作为液态氨被还原到气化器3的上游。
实施例2中使用的再液化装置24D由冷却器构成。氨例如可以通过冷却到-33度以下而液化，因此在该再液化装置24D中氨容易被液化。
然后，通过了再液化装置24D的含有氢和氮的气体，由配置在再液化装置24D下游的氢分离PSA装置24C将氢分离，分离出的氢从氢分离PSA装置24C的氢输出配管向氢罐6输送。
另一方面，在未被氢分离PSA装置24C分离出的氮中含有些许残留氢，该气体通过配置在氢分离PSA装置24C下游的氮分离PSA装置24B将氮分离。分离出的氮从氮分离PSA装置24B的氮输出配管向氮罐5输送。另外，在氮分离PSA装置24B中分离时残留的残留氢被送到氢罐6。另外，由于在氮分离PSA装置24B中难以完全分离氮，因此会有一些氮被输送到氢罐6。
本发明的实施例2中，氢的纯度约为90％，剩余部分由大约10％的氮构成，残留氨被完全除去，高纯度的氢和些许的氮被供给到内燃机8。本发明的实施例2也可以得到与实施例1同样的效果。
(实施例3)
接着，利用图6对本发明的实施例3进行说明。图6表示实施例3的改性器34的周边的结构。由气化器3气化了的氨，在改性器34的催化槽34A中被改性，改性后的气体含有氢、氮和残留氨，这与实施例1相同。实施例3与实施例2相比，省略了实施例2中的氢分离PSA装置24C，并且代替氮分离PSA装置24B而具备基于膜分离机制的氮膜分离装置34B。
由于无法利用PSA从通过了再液化装置34D的含有氢和氮的气体中仅分离氮，因此在实施例3中，使用基于膜分离机制的氮膜分离装置34B。通过配置在再液化装置34D下游的氮膜分离装置34B分离氮，分离出的氮从氮膜分离装置34B的氮输出配管向氮罐5输送。
另一方面，在氮膜分离装置34B未分离的气体中含有氢，该气体从与氮膜分离装置34B的氮输出配管不同的输出配管向氢罐6输送。
本发明的实施例3中，氢的纯度约为90％，剩余部分由大约10％的氮构成，残留氨被完全除去，高纯度的氢和些许的氮向内燃机8供给。本发明的实施例3也得到与实施例1同样的效果。
(实施例4)
接着，利用图7对本发明的实施例4进行说明。图7表示实施例4的改性器44的周边的结构。由气化器3气化了的氨，在改性器44的催化槽44A中被改性，改性后的气体含有氢、氮和残留氨，这与实施例1相同。
实施例4与实施例3相比，省略了实施例3中的再液化装置34D。
由于无法利用PSA从通过了催化槽44A的含有氢、氮和残留氨的气体中仅分离氮，因此在实施例4中也与实施例3同样地，使用基于膜分离机制的氮膜分离装置44B。通过配置在催化槽44A下游的氮膜分离装置44B分离氮，分离出的氮从氮膜分离装置44B的氮输出配管向氮罐5输送。
另一方面，在氮膜分离装置44B未分离的气体中含有氢和残留氨，该气体从与氮膜分离装置44B的氮输出配管不同的输出配管向氢罐6输送。
本发明的实施例4中，氢的纯度约为90％，氮约为1～10％，残留氨有百分之几。高纯度的氢、些许的氮和少量的残留氨向内燃机8供给，成为氢和氨的混烧。即、内燃机8将由氢生成装置A的改性器44生成的氢和残留氨混烧而产生动力。
通过实施例4那样的简单的装置，能够容易地使难燃性的氨混烧。另外，由于使高纯度的氢燃烧，所以能够将温室效应气体的排出抑制得极低。将来在能够进行N2O的处理的情况下，通过实施例4的结构进行的氨的混烧也能够达成GHG零排放。进而，通过使用对氨进行改性而得到的氮作为吹扫气体，不需要另外设置氮气产生装置，能够有效利用船体的空间。
以上，对本发明的优选实施例进行了说明，本发明不限定于这些实施例，在其主旨范围内可以进行各种变形和变更。
本申请主张2022年3月10日提出的日本专利申请第2022-037181号的优先权，引用其内容作为本申请的一部分。
附图标记说明
1氨罐(第1容器)
5氮罐(第2容器)
7 氢供给管线
8 内燃机
9 货舱
100 运输设备
A 氢生成装置
P1 供给压力
P2 压力

Claims (11)

1.一种运输设备，具备第1容器和氢生成装置，
所述第1容器储存氨，
所述氢生成装置对所述氨进行改性而生成氢和氮，
所述运输设备的特征在于，
使用所述氢作为燃料。
2.根据权利要求1所述的运输设备，其特征在于，
还具备第2容器，
所述第2容器储存由所述氢生成装置生成的所述氮，
所述氮作为吹扫气体被供给。
3.根据权利要求2所述的运输设备，其特征在于，
在供给所述吹扫气体时，所述吹扫气体向供给所述氢的氢供给管线供给。
4.根据权利要求3所述的运输设备，其特征在于，
在所述氢供给管线中，所述吹扫气体的流动方向与供给所述氢的方向相反。
5.根据权利要求3或4所述的运输设备，其特征在于，
所述吹扫气体以比所述氢的供给压力高的压力向所述氢供给管线供给。
6.根据权利要求2～5中任一项所述的运输设备，其特征在于，
具备货舱，
所述吹扫气体向所述货舱供给。
7.根据权利要求2～6中任一项所述的运输设备，其特征在于，
所述吹扫气体向所述第1容器供给。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的运输设备，其特征在于，
所述输送设备是船舶。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的运输设备，其特征在于，
具备内燃机，
所述内燃机仅将由所述氢生成装置生成的所述氢作为燃料而产生动力，并由所述动力驱动。
10.根据权利要求1～8中任一项所述的运输设备，其特征在于，
具备内燃机，
所述内燃机将由所述氢生成装置生成的所述氢和所述氨混合燃烧而产生动力，并由所述动力驱动。
11.根据权利要求1～8中任一项所述的运输设备，其特征在于，
具备燃料电池和原动机，
所述燃料电池利用由所述氢生成装置生成的所述氢来发电，并通过所述电来驱动所述原动机。
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