JP2004051049A - Bog processing method and device of liquefied gas carrying vessel - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はLNG船等の液化ガス運搬船における液化ガスタンク内にて発生するBOGを船内で処理するために用いる液化ガス運搬船のBOG処理方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
液化ガス運搬船として、たとえば、LNG船におけるLNGタンク内では、積載量に対して一日当り約0.14%の割合でBOG(Boil Off Gas)が発生している。このため上記発生したBOGを船内にて処理することが必要となる。特に、大型のLNG船ではBOGの発生量も多く、この大量のBOGをいかに効率よく消費するかが地球環境保護の観点からも重要になる。
【0003】
上記LNGタンクで発生するBOGを処理するための従来の手法としては、上記LNGタンク内にて発生したBOGをボイラへ供給し、該ボイラにて燃焼させることにより焼却処理させるようにし、この際上記ボイラにて発生する蒸気を、出力軸側に推進用のプロペラが連結してある蒸気タービンに導いて該蒸気タービンを作動させ、これにより、プロペラを回転駆動させてLNG船の推進動力を得るようにした方式、すなわち、BOGをボイラと蒸気タービンとの組み合わせにより推進用燃料として消費させる方式が主として行われている。
【0004】
又、近年では、LNGタンク内にて発生するBOGを、出力軸側に推進用プロペラが連結してあるガス焚きディーゼル機関、たとえば、BOGとA重油を燃料とすることができる4サイクル(中速)のDF(Dual−fuel)ディーゼル機関に燃料として供給することにより、該ディーゼル機関にて上記BOGを推進用燃料として燃焼させて焼却処理すると同時に、LNG船の推進動力を得るようにする方式も考えられてきている。
【0005】
更には、上記BOGを、再液化装置を用いて再液化することにより、LNGへと変態させてLNGタンクへ戻す方法もある。
【0006】
ところで、船級協会の規則では、いかなる場合においても直ちに航走を開始できるように、これらのBOG処理手段を2重化して備え、船舶のすべての運行状態で有効に機能できるようにすることが求められている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のBOG処理方法のうち、ボイラと蒸気タービンとの組み合わせによりBOGを推進用燃料として消費させる方式では、熱効率が30〜33%程度と悪いという問題があり、したがって、推進に必要なBOGの消費量が多くなるため、LNGタンク内にて自然発生するBOGのみではLNG船の航走に不足する虞があり、航走時にBOGの不足が生じ、LNGを加熱して強制的に気化させることによりBOGを製造してボイラへ供給した場合には、輸送可能なLNG量が低下するという問題もある。
【0008】
又、上記DFディーゼルエンジンにてBOGを推進用燃料として消費させる方式では、熱効率は40%程度で、上記ボイラと蒸気タービンの組み合わせを用いる場合よりも熱効率を改善できるが、BOGを加圧するためのポンプ、スプレーノズル、燃焼室運転制御等の要素について、技術上の問題が多いことから、機関の信頼性、保守性の点で蒸気タービンより劣り、このため実現化が遅れているというのが実状である。更に、エンジンルームが大きくなった場合、LNGの積載量が制限されるという問題もある。更に又、DFディーゼル機関の場合には、C重油の利用が困難なため、高価なA重油が必要であり、不足分を強制的にLNGを気化させて消費する必要も生じることがある。
【0009】
上記再液化装置に関しては、装置自体が複雑且つ高価であり、しかも、該再液化装置によるBOGの再液化を行う場合には、再液化装置の動力として大きな電力を要するという問題もあることから、あまり採用されていないというのが実状である。
【0010】
更に、上記ボイラと蒸気タービンとの組み合わせ、あるいは、DFディーゼル機関では、いずれも、LNG船の航走時には推進用燃料としてBOGを消費することができるが、荷役時の如き停泊中は、推進力を必要としないために推進用燃料としてBOGを消費することができないという問題がある。このため現状では、停泊中に発生したBOGは、ボイラや焼却炉等で単に焼却して捨てているため、LNG資源の無駄が大きいのみならず、NOX、SOX、PM等の環境汚染物質や温室効果ガス(GHG)が無駄に排出されることになるため、地球環境上の問題もある。
【0011】
そこで、本発明は、BOGの利用効率を高めることができ、更には、停泊中におけるBOGの無駄な消費を防止できて、地球環境対策の向上を図ることができる液化ガス運搬船のBOG処理方法及び装置を提供しようとするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、液化ガス運搬船の液化ガスタンクにて発生するBOGを、改質して燃料電池へ燃料として供給し、該燃料電池により発電させるようにする液化ガス運搬船のBOG処理方法、及び、液化ガス運搬船における液化ガスタンクからBOGを送出するためのBOG送出ラインを、燃料電池のアノード側に接続して発電に用いるようにした構成を有する液化ガス運搬船のBOG処理装置とする。
【0013】
液化ガスタンクにて発生するBOGは、熱効率の良い燃料電池に燃料として供給され、該燃料電池にて発電された電力は液化ガス運搬船の船内電力として供給されることにより、BOGの有するエネルギーの有効利用が図られる。
【0014】
又、液化ガス運搬船の液化ガスタンクにて発生するBOGを、燃料電池へ燃料として供給して該燃料電池により発電し、該発電された電力により上記液化ガス運搬船の推進動力用モータを駆動させる液化ガス運搬船のBOG処理方法及び装置とすることにより、BOGの保有するエネルギーを熱効率の良い燃料電池にて電力に変換し、この電力を液化ガス運搬船を航走させるための推進用の動力源とすることができるため、液化ガス運搬船の航走に要するBOGの消費量を抑えることができて、LNGの強制気化を減らすことができ、輸送可能なLNGの量を増加できる。
【0015】
更に、燃料電池による発電量が船内の電力需要を満たしたときに、余剰のBOGを圧縮して圧縮ガスとして圧縮ガス貯蔵タンクに貯蔵しておき、船内の電力需要が高まるときに上記圧縮ガス貯蔵タンクに貯蔵してある圧縮ガスを膨張させて燃料電池へ燃料として供給するようにした構成、及び又は、BOGを、改質器にて水素に転換した後、該水素を燃料電池に供給して発電を行わせるようにし、且つ上記燃料電池による発電量が船内の電力需要を満たしたときに、上記水素の余剰分を水素貯蔵タンクに貯蔵しておき、船内の電力需要が高まるときに上記水素貯蔵タンクに貯蔵してある水素を燃料電池に供給するようにした構成とすることにより、液化ガス運搬船の停泊時等、船内電力の需要量が低下しているときに発生するBOGを有効に処理することができ、従来のLNG船の停泊時の如くBOGを無駄に燃焼させて消費することをなくすことができて、液化ガス資源の有効利用を図ることができ、BOGの処理に伴う二酸化炭素の発生量を抑制できると同時に、NOX、SOX、PM等の環境汚染物質の排出をも抑制できるため、地球環境保護に大きく貢献でき、今後船舶に規制が予測される大気関係の規制、すなわち、NOX、SOX、PMや温室効果ガスの排出規制の対応策として有効なものとすることが可能になり、更に、BOGを貯蔵するに当り、従来BOGをLNGへ変態させるために要していた如き高価で且つ運転に大きな電力を要する再液化装置は不要とすることができる。
【0016】
更に又、燃料電池を固体高分子型燃料電池又はリン酸型燃料電池とすると共に、該燃料電池のアノード排ガス中に残存する水素を、ガスタービン又はディーゼル機関にて燃焼させて、該ガスタービン又はディーゼル機関の出力により発電を行わせ、更に、上記燃焼により発生する燃焼排ガスを、改質器におけるBOGから水素を生成させる吸熱反応用の熱源とするようにする構成とすることにより、燃料電池のアノード排ガス中に残存する水素を有効利用することができる。
【0017】
更に又、燃料電池を溶融炭酸塩型燃料電池とすると共に、該燃料電池のアノード排ガス中に残存する水素を、ガスタービン又はディーゼル機関にて燃焼させて、該ガスタービン又はディーゼル機関の出力により発電を行わせ、更に、上記燃焼により発生する燃焼排ガスを、改質器におけるBOGから水素を生成させる吸熱反応用の熱源とし、更に又、上記改質器における給熱反応用熱源に供した後の燃焼排ガスに残存する熱を、排熱ボイラにて熱回収して蒸気を発生させ、該蒸気により蒸気タービンを作動させて、該蒸気タービンの出力により発電を行わせるようにする構成とすることにより、BODの有するエネルギーを更に有効利用することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0019】
図1は本発明の液化ガス運搬船のBOG処理方法及び装置の実施の一形態として、基本構成を示すもので、液化ガス運搬船としてのLNG船上にて、液化ガスタンクとしてのLNGタンク1に一端を接続したBOG送出ライン2の他端を改質器3の改質室に接続し、上記LNGタンク1内にて発生して、BOG送出ライン2を通して送出されるBOG4を、改質器3にて改質して水素(H2)5を製造できるようにし、且つ上記改質器3の改質室の出口を水素供給ライン7を介して燃料電池6のアノード入口側に接続して、改質器3で改質された水素5を燃料ガスとして燃料電池6のアノードに供給できるようにすると共に、該燃料電池6のカソード入口側には、空気供給ライン9を接続して、図示しない空気供給部から空気8を供給できるようにし、上記燃料電池6のアノードに水素5を、又、カソードに空気8をそれぞれ供給することによりアノードとカソードで電池反応させて発電できるようにし、上記燃料電池6の送電端10を、LNG船内の各種機器へ電力を供給するための電力供給回路11に接続することにより、上記燃料電池6にて発電した電力により、電力供給回路11を経て船内の各種機器に給電が行えて必要電力を賄えるようにする。
【0020】
上記において、船内における電力需要が少ない場合には、燃料電池6における発電量も少なくてよく、したがって、該燃料電池6における水素5の消費量も少なくてよいため、上記水素供給ライン7の途中位置より分岐させた分岐ライン12を、水素5を出し入れ自在に貯蔵できるようにした水素貯蔵タンク13に接続して、上記の如く船内電力需要が少なくて、改質器3にてBOG4から製造した水素5に余剰が生じる場合には、該余剰水素5を分岐ライン12を通して水素貯蔵タンク13へ導いて貯蔵させるようにし、その後、船内における電力需要が高まって燃料電池6における発電量を大とすべく水素5の消費量が増大するときに、上記水素貯蔵タンク13より水素5を放出させて燃料電池6へ供給させるようにする。
【0021】
更に、上記と同様に船内における電力需要が低くて燃料電池6における水素5の消費量が少ないときには、改質器3へのBOG4の供給量を減少させて該改質器3における水素5の製造量を減らしてもよいため、BOG送出ライン2の途中位置より分岐させた分岐ライン15を、BOG4を可逆的に圧縮して圧縮ガスとしての圧縮天然ガス(以下、CNG:Compressed Natural Gas という)16とすることができるようにしてあるガスコンプレッサとしてのCNGコンプレッサ17に接続し、且つ該CNGコンプレッサ17の圧縮ガス出口に、圧縮ガス貯蔵タンクとしてのCNG貯蔵タンク14を、圧縮ガス配管としてのCNG配管18を介して接続した構成として、上記改質器3へのBOG4の供給量を減少させることにより余剰のBOG4が生じる場合には、該余剰BOG4を分岐ライン15を通してCNGコンプレッサ17へ送り、該CNGコンプレッサ17にて圧縮してCNG16を製造すると共に、該CNG16の状態でCNG貯蔵タンク14へ貯蔵させるようにし、その後、船内における電力需要が高まって燃料電池6における発電量を大とすべく水素5の消費量が増大するときには、上記CNG貯蔵タンク14よりCNG16を放出させ、膨張させることによりBOG4に戻して、改質器3へ水素5製造用の原料として供給させるようにする。
【0022】
したがって、本発明の液化ガス運搬船のBOG処理方法及び装置によれば、LNGタンク1にて発生するBOG4は、LNG船における船内の電力需要が多いときには、改質器3にて水素5に改質された後、該水素5が燃料電池6へ燃料として供給されることにより、船内電力の生成のために消費される。一方、船内の電力需要が低い場合には、改質器3にて既に改質された水素5は水素貯蔵タンク13へ貯蔵させ、且つ改質以前のBOG4は、圧縮してCNG16の状態としてCNG貯蔵タンク14へ貯蔵させておき、その後、船内の電力需要が大となったときに、水素貯蔵タンク13から貯蔵しておいた水素5を、又、CNG貯蔵タンク14から貯蔵しておいたCNG16をそれぞれ放出させて、上記と同様にして船内電力の生成のために消費できるため、BOG4の無駄をなくすことができる。又、BOG4は、その保有するエネルギーを、従来のボイラと蒸気タービンとの組み合わせや、DFディーゼルエンジンにて燃料として燃焼させる場合に比して熱効率の高い燃料電池6にて発電用燃料として使用しているためBOG4を有効利用することができ、このため温室効果ガスである二酸化炭素の排出量を抑制することができる。
【0023】
更に、BOG4を一時貯蔵する際に、本発明ではCNGコンプレッサ17を用いてCNG16の状態としてCNG貯蔵タンク14へ貯蔵させるようにしていることから、従来BOG4をLNGへ変態させるために要していた如き高価で且つ運転に大きな電力を要する再液化装置を不要とすることができる。
【0024】
更に又、燃料電池6は船内における配置上の制約が少ないため、改造等にも容易に対応することが可能になる。
【0025】
次に、図2は本発明の実施の他の形態として、上記基本構成を基にしたLNG船への適用例を示すもので、図1に示した構成における、燃料電池6としてリン酸型燃料電池(PAFC)6aを採用すると共に、該リン酸型燃料電池6aの送電端10に接続してある電力供給回路11に、2基の推進動力用モータ20を接続し、且つ該各推進動力用モータ20は、出力側をギアボックス19を介して並列に連結すると共に、該ギアボックス19に、推進用プロペラ21のプロペラシャフト21aの基端側を連結した構成として、上記リン酸型燃料電池6aで発電する電力を上記推進動力用モータ20へ供給し、該推進動力用モータ20よりギアボックス19、プロペラシャフト21aを介して伝達される回転駆動力により推進用プロペラ21を回転駆動させてLNG船の推進力を得ることができるようにする。
【0026】
更に、上記リン酸型燃料電池6aのアノード出口側には、吸気23を圧縮する圧縮機24、圧縮された吸気23で燃料25を燃焼させて高温高圧の燃焼ガス26を発生させる燃焼器27、上記圧縮機24にタービン軸28を介し連結されていて燃焼ガス26を膨張させて排気するタービン29を有するガスタービン22における上記燃焼器27を、アノード排ガスライン30を介して接続し、且つ上記ガスタービン22のタービン軸28には発電機31を接続して、上記リン酸型燃料電池6aのアノード排ガス32中に残存する水素を、上記ガスタービン22の燃焼器27にて燃料25と共に燃焼させ、この燃焼によりタービン軸28に接続してある発電機31を駆動して発電を行わせることができるようにする。該発電機31の送電端31aは、上記電力供給回路11に接続して、該発電機31にて発電した電力も推進動力用モータ20の駆動に利用できるようにしてある。
【0027】
上記ガスタービン22の燃焼器27に供給する燃料25としては、LNGタンク1にて発生するBOG4、灯油、A重油等の各種燃料が使用できる。又、水素貯蔵タンク13への分岐ライン12とアノード排ガスライン30の途中位置同士を、図示しない流量調整弁や逆止弁を備えたバイパスライン33を介し接続して、ガスタービン22の燃焼器27へ、改質器3にて改質された水素5を直接供給するようにしてもよいし、水素貯蔵タンク13からの水素5を供給するようにしてもよい。
【0028】
更に、上記ガスタービン22のタービン29の下流側を、改質器3の加熱室に排ガスライン34を介し接続して、上記タービン29より排出される燃焼排ガス35の保有する熱を、改質器3におけるBOG4から水素5を製造する時の吸熱反応用の熱源として供給できるようにする。上記固体高分子型又はリン酸型燃料電池6aの作動温度は、固体高分子型の場合は70〜90℃、リン酸型の場合は170〜220℃程度であるため、上記改質器3の加熱室の下流側には、図示しない給水HTRや温水加熱器を設けて、改質器3における水素5製造用の熱源に供した後の燃焼排ガス35に残存する熱を有効利用できるようにしてある。
【0029】
本実施の形態によれば、LNGタンク1内にて発生するBOG4を、改質器3において、ガスタービン22の燃焼排ガス34の保有する熱を熱源とする吸熱反応により水素5へ転換させ、この製造される水素5を固体高分子型又はリン酸型燃料電池6aのアノード側に燃料として供給することにより発電を行わせることができ、この固体高分子型又はリン酸型燃料電池6aにて発電された電力を、LNG船の航走時には、電力供給回路11を経て推進動力用モータ20へ供給することにより、該推進動力用モータ20にて推進用プロペラ21を回転駆動させてLNG船の推進力を得ることができる。
【0030】
一方、LNG船の停泊時には、推進力が不要となり、したがって推進動力用モータ20が駆動されずに、該推進動力用モータ20における電力消費がなくなるため、固体高分子型又はリン酸型燃料電池6aにて発電する電力が余剰になる。この場合は、改質器3にて既に改質の行われた水素5は、水素貯蔵タンク13に貯蔵しておき、又、LNGタンク1内にて発生するBOG4は、CNGコンプレッサ17にて圧縮してCNG16としてCNG貯蔵タンク14へ貯蔵しておき、その後、LNG船を再び航走させるときに、水素貯蔵タンク13に貯蔵してある水素5を固体高分子型又はリン酸型燃料電池6aへ燃料として供給すると共に、CNG貯蔵タンク14に貯蔵してあるCNG16を膨張させて改質器3へ水素5製造用の原料として供給させるようにして、上記LNG船の航走時にて示したように、上記貯蔵されていたBOG4及び水素5をLNG船の推進用動力を得るために消費させることができることから、LNG船の停泊時であっても、LNGタンク1内にて発生するBOG4の無駄な消費は防止される。このため従来のLNG船停泊時の如くBOG4を無駄に燃焼させて消費することをなくすことができて、LNG資源の有効利用を図ることができると共に、BOG4の処理に伴う二酸化炭素の発生量を抑制でき、且つNOX、SOX、PM等の環境汚染物質の排出をも抑制できるため、地球環境保護に大きく貢献でき、今後船舶に規制が予測される大気関係の規制、すなわち、NOX、SOX、PMや温室効果ガスの排出規制の対応策として有効なものとすることが可能になる。
【0031】
更に、固体高分子型又はリン酸型燃料電池6aにて消費されずにアノード排ガス32中に残存する水素は、ガスタービン22の燃焼器27にて燃料25の一部として燃焼させ、この燃焼により駆動されるガスタービン22の出力で発電機31を駆動させて、該発電機31にて発電される電力も上記推進動力用モータ20へ供給してLNG船の推進に使用することができると共に、上記ガスタービン22の排熱を改質器3におけるBOG4から水素5を製造するための吸熱反応の熱源として利用できるため、BOG4の保有するエネルギーを更に有効利用することができる。
【0032】
更に又、従来のボイラと上記タービンとの組み合わせやディーゼル機関に比して熱効率のよい固体高分子型又はリン酸型燃料電池6aにて発電した電力により、推進動力用モータ20を駆動してLNG船の推進力を得るようにしていることから、BOG4の消費量を抑えることができて、LNGの強制気化を減らすことができ、輸送可能なLNGの量を増加できる。
【0033】
次に、図3は本発明の実施の更に他の形態を示すもので、図2に示した構成において、燃料電池として固体高分子型又はリン酸型燃料電池6aに代えて溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)6bを使用し、更に、該溶融炭酸塩型燃料電池6bの作動温度は600〜700℃程度であり、このためガスタービン22の燃焼排ガス35は、改質器3に供給してBOG4から水素5への改質のための吸熱反応の熱源に供した後も600℃程度の高温となるため、該燃焼排ガス35に残存する熱を有効活用できるように、上記改質器3の下流側に、排熱ボイラ37を排ガスライン36を介して接続し、且つ該排熱ボイラ37より発生する蒸気38を送出する蒸気ライン41の下流側に、蒸気タービン40を接続し、且つ該蒸気タービン40に、発電機39を接続すると共に、該発電機39の送電端39aに、推進動力用モータ20へ電力を供給するための電力供給回路11を接続した構成としたものである。
【0034】
その他の構成は図2に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。
【0035】
本実施の形態によっても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができ、更に、改質器3におけるBOG4から水素5を製造する吸熱反応の熱源に供した後に燃焼排ガス35に残存する熱を発電に利用して、発電された電力を推進動力用モータ20へ供給して、LNG船の推進力を得るために使用できることから、BOG4のエネルギーをより有効に利用することが可能になる。
【0036】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、LNG船の船内における電力需要が少なくて余剰電力が発生する場合に、BOG4の余剰分を貯蔵するための設備としては、水素貯蔵タンク13のみを設けて、余剰BOG4をすべて水素5に転換した状態で貯蔵させるようにしてもよく、又、CNG貯蔵タンク14のみを設けて、余剰BOG4を水素5に転換することなくすべてCNG16の状態として貯蔵させるようにしてもよいこと、図2の実施の形態及び図3の実施の形態では、固体高分子型又はリン酸型燃料電池6a、あるいは、溶融炭酸塩型燃料電池6bのアノード排ガス32中に残存する水素を有効利用すべく燃焼させるための設備として、発電機31を接続したガスタービン22を設けた構成を示したが、ガスタービン22に代えて発電機31を接続したDFディーゼル機関等のディーゼル機関を用いるようにしてもよいこと、内部改質型の燃料電池を使用する場合には、燃料電池6,6a,6bと別体の改質器3を設けなくてもよく、この場合には、BOG送出ライン2を改質器3を経ることなく内部改質型の燃料電池に直接接続して、BOG4を内部改質型燃料電池にそのまま燃料として供給するようにしてもよいこと、LNG以外の液化ガスを運搬する液化ガス運搬船のBOGの処理にも適用でき、この場合、今後の代替推進機関や、CNG、GTL(天然ガス由来液体燃料)、DME(ジメチルエーテル)等への応用が可能になること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0037】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
(1) 液化ガス運搬船の液化ガスタンクにて発生するBOGを、改質して燃料電池へ燃料として供給し、該燃料電池により発電させるようにする液化ガス運搬船のBOG処理方法、及び、液化ガス運搬船における液化ガスタンクからBOGを送出するためのBOG送出ラインを、燃料電池のアノード側に接続して発電に用いるようにした構成を有する液化ガス運搬船のBOG処理装置としてあるので、BOGの保有するエネルギーを、従来のボイラと蒸気タービンとの組み合わせや、DFディーゼルエンジンにて燃料として燃焼させる場合に比して効率よく利用することができ、このため温室効果ガスである二酸化炭素の排出量を抑制することができ、更に、燃料電池は船内における配置上の制約が少ないため、改造等にも容易に対応することが可能になる。
(2) 液化ガス運搬船の液化ガスタンクにて発生するBOGを、燃料電池へ燃料として供給して該燃料電池により発電し、該発電された電力を上記液化ガス運搬船の推進動力用モータの駆動に用いる液化ガス運搬船のBOG処理方法及び装置とすることにより、BOGの保有するエネルギーを熱効率の良い燃料電池にて電力に変換し、この電力を液化ガス運搬船を航走させるための推進用の動力源とすることができるため、液化ガス運搬船の航走に要するBOGの消費量を抑えることができて、液化ガスの強制気化を減らすことができ、輸送可能な液化ガスの量を増加できる。
(3) 燃料電池による発電量が船内の電力需要を満たしたときに、余剰のBOGを圧縮して圧縮ガスとして圧縮ガス貯蔵タンクに貯蔵しておき、船内の電力需要が高まるときに上記圧縮ガス貯蔵タンクに貯蔵してある圧縮ガスを膨張させて燃料電池へ燃料として供給するようにする構成、及び又は、BOGを、改質器にて水素に転換した後、該水素を燃料電池に供給して発電を行わせるようにし、且つ上記燃料電池による発電量が船内の電力需要を満たしたときに、上記水素の余剰分を水素貯蔵タンクに貯蔵しておき、船内の電力需要が高まるときに上記水素貯蔵タンクに貯蔵してある水素を燃料電池に供給するようにする構成とすることにより、液化ガス運搬船の停泊時等、船内電力の需要量が低下しているときに発生するBOGを有効に処理することができ、従来のLNG船の停泊時の如くBOGを無駄に燃焼させて消費することをなくすことができて、液化ガス資源の有効利用を図ることができ、BOGの処理に伴う二酸化炭素の発生量を抑制できると同時に、NOX、SOX、PM等の環境汚染物質の排出をも抑制できるため、地球環境保護に大きく貢献でき、今後船舶に規制が予測される大気関係の規制、すなわち、NOX、SOX、PMや温室効果ガスの排出規制の対応策として有効なものとすることが可能になり、更に、BOGを貯蔵するに当り、従来BOGをLNGへ変態させるために要していた如き高価で且つ運転に大きな電力を要する再液化装置は不要とすることができる。
(4) 燃料電池を固体高分子型又はリン酸型燃料電池とすると共に、該燃料電池のアノード排ガス中に残存する水素ガスを、ガスタービン又はディーゼル機関にて燃焼させて、該ガスタービン又はディーゼル機関の出力により発電を行わせ、更に、上記燃焼により発生する高温の燃焼排ガスを、改質器におけるBOGから水素を生成させる吸熱反応用の熱源とする構成とすることにより、燃料電池のアノード排ガス中に残存する水素を有効利用することができる。
(5) 燃料電池を溶融炭酸塩型燃料電池とすると共に、該燃料電池のアノード排ガス中に残存する水素ガスを、ガスタービン又はディーゼル機関にて燃焼させて、該ガスタービン又はディーゼル機関の出力により発電を行わせ、更に、上記燃焼により発生する高温の燃焼排ガスを、改質器におけるBOGから水素を生成させる吸熱反応用の熱源とし、更に又、上記改質器における給熱反応用熱源に供した後の燃焼排ガスに残存する熱を、排熱ボイラにて熱回収して蒸気を発生させ、該蒸気により蒸気タービンを作動させて、該蒸気タービンの出力により発電を行わせるようにする構成とすることにより、BODの有するエネルギーを更に有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液化ガス運搬船のBOG処理方法及び装置の実施の一形態を示す概要図である。
【図2】本発明の実施の他の形態を示す概要図である。
【図3】本発明の実施の更に他の形態を示す概要図である。
【符号の説明】
1 LNGタンク(液化ガスタンク)
2 BOG送出ライン
3 改質器
4 BOG
5 水素
6 燃料電池
6a 固体高分子型又はリン酸型燃料電池
6b 溶融炭酸塩型燃料電池
7 水素供給ライン
10 送電端
11 電力供給回路
13 水素貯蔵タンク
15 分岐ライン
16 CNG(圧縮ガス)
17 CNGコンプレッサ(ガスコンプレッサ)
18 CNG貯蔵タンク(圧縮ガス貯蔵タンク)
20 推進動力用モータ
22 ガスタービン
27 燃焼器
31 発電機
32 アノード排ガス
35 燃焼排ガス
37 排熱ボイラ
38 蒸気
39 発電機
40 蒸気タービン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a BOG treatment method and apparatus for a liquefied gas carrier used to treat BOG generated in a liquefied gas tank in a liquefied gas carrier such as an LNG ship.
[0002]
[Prior art]
As a liquefied gas carrier ship, for example, in a LNG tank in an LNG ship, BOG (Boil Off Gas) is generated at a rate of about 0.14% per day with respect to the load capacity. For this reason, it is necessary to process the generated BOG in the ship. In particular, large LNG ships generate a large amount of BOG, and how efficiently this large amount of BOG is consumed is important from the viewpoint of protecting the global environment.
[0003]
As a conventional method for processing the BOG generated in the LNG tank, the BOG generated in the LNG tank is supplied to the boiler and burned in the boiler. The steam generated in the boiler is guided to a steam turbine having a propeller for propulsion connected to the output shaft side to operate the steam turbine, and thereby the propeller is driven to rotate to obtain propulsion power of the LNG ship. In other words, a method in which BOG is consumed as propulsion fuel by a combination of a boiler and a steam turbine is mainly performed.
[0004]
Further, in recent years, BOG generated in the LNG tank can be converted into a gas-fired diesel engine having a propeller for propulsion connected to the output shaft side, for example, BOG and A heavy oil can be used as fuel for four cycles (medium speed). ) (DF) (Dual-fuel) as a fuel, the BOG is burned as a propellant in the diesel engine and incinerated, and at the same time, the propulsion power of the LNG ship is obtained. It has been considered.
[0005]
Further, there is a method in which the BOG is reliquefied using a reliquefaction device, transformed into LNG and returned to the LNG tank.
[0006]
By the way, the rules of the classification society require that these BOG processing means are provided in duplicate so that they can function effectively in all operating states of the ship so that the cruise can be started immediately in any case. It has been.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, among the conventional BOG treatment methods described above, the method of consuming BOG as a propellant fuel by combining a boiler and a steam turbine has a problem that the thermal efficiency is as bad as about 30 to 33%. Because BOG consumption increases, there is a risk that the LNG ship will run short with only the naturally occurring BOG in the LNG tank, and there will be a shortage of BOG at the time of cruising, forcing the LNG to vaporize forcibly Therefore, when BOG is manufactured and supplied to the boiler, there is also a problem that the amount of transportable LNG decreases.
[0008]
Further, in the method in which BOG is consumed as a propellant fuel in the DF diesel engine, the thermal efficiency is about 40%, which can be improved as compared with the case where the combination of the boiler and the steam turbine is used. There are many technical problems with pumps, spray nozzles, combustion chamber operation control, and other factors, so it is inferior to steam turbines in terms of engine reliability and maintainability. It is. Further, when the engine room becomes large, there is a problem that the load amount of LNG is limited. Furthermore, in the case of a DF diesel engine, it is difficult to use C heavy oil, so expensive A heavy oil is necessary, and the shortage may be forced to vaporize and consume LNG.
[0009]
Regarding the reliquefaction apparatus, the apparatus itself is complicated and expensive, and when re-liquefying BOG by the reliquefaction apparatus, there is a problem that a large amount of power is required as power for the reliquefaction apparatus. The fact is that it has not been adopted very much.
[0010]
Furthermore, in the combination of the boiler and the steam turbine, or in the DF diesel engine, BOG can be consumed as propellant fuel when the LNG ship is sailing. There is a problem that BOG cannot be consumed as a propulsion fuel because it is not required. For this reason, at present, BOG generated during berthing is simply incinerated and discarded in a boiler, an incinerator, etc., so that not only is LNG resource wasted, but also NO. X , SO X Since environmental pollutants such as PM and greenhouse gases (GHG) are wasted, there is a problem on the global environment.
[0011]
Therefore, the present invention can increase the use efficiency of BOG, and further, can prevent wasteful consumption of BOG during berthing, and can improve the countermeasures for the global environment. The device is to be provided.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a liquefied gas carrier ship that reforms BOG generated in a liquefied gas tank of a liquefied gas carrier ship, supplies the fuel cell with fuel, and generates power by the fuel cell. A BOG processing method and a BOG processing apparatus for a liquefied gas carrier having a configuration in which a BOG delivery line for sending BOG from a liquefied gas tank in the liquefied gas carrier is connected to the anode side of the fuel cell and used for power generation, and To do.
[0013]
The BOG generated in the liquefied gas tank is supplied as fuel to a fuel cell with high thermal efficiency, and the electric power generated by the fuel cell is supplied as inboard power of the liquefied gas carrier ship, so that the energy of the BOG can be effectively used. Is planned.
[0014]
Also, liquefied gas that supplies BOG generated in the liquefied gas tank of the liquefied gas carrier ship as fuel to the fuel cell, generates electric power by the fuel cell, and drives the propulsion power motor of the liquefied gas carrier ship by the generated electric power. By using the BOG treatment method and apparatus for a carrier ship, the energy held by the BOG is converted into electric power by a heat-efficient fuel cell, and this electric power is used as a power source for propulsion to run the liquefied gas carrier ship. Therefore, the consumption amount of BOG required for the liquefied gas carrier vessel to travel can be suppressed, the forced vaporization of LNG can be reduced, and the amount of transportable LNG can be increased.
[0015]
Further, when the amount of power generated by the fuel cell satisfies the power demand in the ship, the surplus BOG is compressed and stored in the compressed gas storage tank as compressed gas, and when the power demand in the ship increases, the compressed gas storage is performed. The configuration in which the compressed gas stored in the tank is expanded and supplied to the fuel cell as fuel, and / or the BOG is converted to hydrogen by the reformer, and then the hydrogen is supplied to the fuel cell. When power generation is performed and the amount of power generated by the fuel cell satisfies the on-board power demand, the surplus hydrogen is stored in a hydrogen storage tank, and the on-board power demand increases when the on-board power demand increases. By adopting a configuration in which hydrogen stored in the storage tank is supplied to the fuel cell, BOG generated when the amount of onboard power demand is reduced, such as when the liquefied gas carrier is anchored, is effectively used. It is possible to eliminate the wasteful consumption and consumption of BOG as in the case of anchoring of a conventional LNG ship, and to effectively use liquefied gas resources. At the same time as reducing the amount of carbon generated, NO X , SO X Because it can also control the emission of environmental pollutants such as PM, it can greatly contribute to the protection of the global environment. X , SO X , It can be effective as a measure for emission control of PM and greenhouse gases, and moreover, it is expensive and expensive to convert BOG to LNG before storing BOG, and A reliquefaction apparatus that requires large electric power for operation can be dispensed with.
[0016]
Furthermore, the fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell or a phosphoric acid fuel cell, and hydrogen remaining in the anode exhaust gas of the fuel cell is burned in a gas turbine or a diesel engine, and the gas turbine or By generating electricity with the output of the diesel engine and further using the combustion exhaust gas generated by the combustion as a heat source for an endothermic reaction that generates hydrogen from BOG in the reformer, Hydrogen remaining in the anode exhaust gas can be effectively used.
[0017]
Furthermore, the fuel cell is a molten carbonate fuel cell, and hydrogen remaining in the anode exhaust gas of the fuel cell is burned by a gas turbine or a diesel engine, and power is generated by the output of the gas turbine or the diesel engine. Furthermore, the combustion exhaust gas generated by the combustion is used as a heat source for an endothermic reaction for generating hydrogen from BOG in the reformer, and further, used as a heat source for a heat supply reaction in the reformer The heat remaining in the combustion exhaust gas is recovered by a waste heat boiler to generate steam, the steam turbine is operated by the steam, and power is generated by the output of the steam turbine. , BOD can be used more effectively.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
FIG. 1 shows a basic configuration as an embodiment of a BOG processing method and apparatus for a liquefied gas carrier according to the present invention, and one end is connected to an
[0020]
In the above, when the power demand on the ship is small, the power generation amount in the fuel cell 6 may be small, and therefore the consumption amount of
[0021]
Further, when the power demand in the ship is low and the amount of
[0022]
Therefore, according to the BOG processing method and apparatus for a liquefied gas carrier ship of the present invention, the
[0023]
Furthermore, when the
[0024]
Furthermore, since the fuel cell 6 has few restrictions on the arrangement in the ship, it is possible to easily cope with modification and the like.
[0025]
Next, FIG. 2 shows, as another embodiment of the present invention, an example applied to an LNG ship based on the above basic configuration. The fuel cell 6 in the configuration shown in FIG. A battery (PAFC) 6a is employed, and two
[0026]
Furthermore, on the anode outlet side of the phosphoric acid fuel cell 6a, a
[0027]
As the
[0028]
Further, the downstream side of the
[0029]
According to the present embodiment, the
[0030]
On the other hand, when the LNG ship is anchored, no propulsive force is required, and therefore, the
[0031]
Further, the hydrogen remaining in the
[0032]
Furthermore, the
[0033]
FIG. 3 shows still another embodiment of the present invention. In the configuration shown in FIG. 2, a molten carbonate type fuel is used instead of the solid polymer type or phosphoric acid type fuel cell 6a as a fuel cell. The battery (MCFC) 6b is used, and the operating temperature of the molten
[0034]
Other configurations are the same as those shown in FIG. 2, and the same components are denoted by the same reference numerals.
[0035]
According to the present embodiment, the same effects as in the above embodiment can be obtained, and furthermore, the heat remaining in the
[0036]
In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, When there is little electric power demand in the ship of an LNG ship and surplus electric power generate | occur | produces, as equipment for storing the surplus part of BOG4, hydrogen Only the
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.
(1) A BOG processing method for a liquefied gas carrier ship, which reforms BOG generated in a liquefied gas tank of the liquefied gas carrier ship, supplies the fuel cell as fuel, and causes the fuel cell to generate electric power, and the liquefied gas carrier ship The BOG processing line of the liquefied gas carrier ship has a configuration in which the BOG sending line for sending BOG from the liquefied gas tank in the fuel cell is connected to the anode side of the fuel cell and used for power generation. It can be used more efficiently than the conventional combination of boiler and steam turbine or when it is burned as fuel in a DF diesel engine. In addition, the fuel cell has few restrictions on placement on board, so it can be easily adapted to modifications. And become possible.
(2) BOG generated in the liquefied gas tank of the liquefied gas carrier ship is supplied to the fuel cell as fuel and generated by the fuel cell, and the generated electric power is used to drive the propulsion power motor of the liquefied gas carrier ship. By using a BOG treatment method and apparatus for a liquefied gas carrier ship, the energy held by the BOG is converted into electric power by a heat-efficient fuel cell, and the propulsion power source for navigating the liquefied gas carrier ship Therefore, the consumption amount of BOG required for the liquefied gas carrier vessel to travel can be suppressed, the forced vaporization of the liquefied gas can be reduced, and the amount of transportable liquefied gas can be increased.
(3) When the amount of power generated by the fuel cell satisfies the power demand in the ship, the surplus BOG is compressed and stored as a compressed gas in a compressed gas storage tank, and the compressed gas increases when the power demand in the ship increases. A configuration in which the compressed gas stored in the storage tank is expanded and supplied to the fuel cell as fuel, and / or the BOG is converted to hydrogen by the reformer, and then the hydrogen is supplied to the fuel cell. When the amount of power generated by the fuel cell satisfies the power demand in the ship, the surplus hydrogen is stored in a hydrogen storage tank, and the power demand in the ship increases. By adopting a configuration in which hydrogen stored in the hydrogen storage tank is supplied to the fuel cell, the BOG generated when the amount of onboard power demand is low, such as when the liquefied gas carrier is anchored, is effectively used. It is possible to eliminate the wasteful consumption and consumption of BOG as in the case of a conventional LNG ship anchored, and to effectively use the liquefied gas resource. At the same time as reducing carbon generation, X , SO X Because it can also control the emission of environmental pollutants such as PM, it can greatly contribute to the protection of the global environment. X , SO X It is possible to make it effective as a countermeasure for emission regulations of PM and greenhouse gases, and moreover, it is expensive and expensive to convert BOG to LNG before storing BOG, and A reliquefaction apparatus that requires large electric power for operation can be dispensed with.
(4) The fuel cell is a solid polymer type or phosphoric acid type fuel cell, and the hydrogen gas remaining in the anode exhaust gas of the fuel cell is burned in a gas turbine or a diesel engine, and the gas turbine or diesel By generating electricity with the output of the engine and using the high-temperature combustion exhaust gas generated by the combustion as a heat source for an endothermic reaction for generating hydrogen from BOG in the reformer, the anode exhaust gas of the fuel cell Hydrogen remaining therein can be used effectively.
(5) While the fuel cell is a molten carbonate fuel cell, the hydrogen gas remaining in the anode exhaust gas of the fuel cell is burned in a gas turbine or a diesel engine, and the output of the gas turbine or diesel engine is used. Further, the high-temperature combustion exhaust gas generated by the combustion is used as a heat source for an endothermic reaction that generates hydrogen from BOG in the reformer, and is also used as a heat source for a heat supply reaction in the reformer. The heat remaining in the combustion exhaust gas after being recovered is recovered by a waste heat boiler to generate steam, the steam turbine is operated by the steam, and power is generated by the output of the steam turbine. By doing so, the energy which BOD has can be further utilized effectively.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a BOG treatment method and apparatus for a liquefied gas carrier ship according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 LNG tank (liquefied gas tank)
2 BOG transmission line
3 Reformer
4 BOG
5 Hydrogen
6 Fuel cell
6a Solid polymer type or phosphoric acid type fuel cell
6b Molten carbonate fuel cell
7 Hydrogen supply line
10 Transmission end
11 Power supply circuit
13 Hydrogen storage tank
15 branch line
16 CNG (compressed gas)
17 CNG compressor (gas compressor)
18 CNG storage tank (compressed gas storage tank)
20 Propulsion power motor
22 Gas turbine
27 Combustor
31 Generator
32 Anode exhaust gas
35 Combustion exhaust gas
37 Waste heat boiler
38 steam
39 Generator
40 Steam turbine
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