JP2011207364A

JP2011207364A - ＮＯｘ低減装置を配備した船舶

Info

Publication number: JP2011207364A
Application number: JP2010077622A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Haga; 寿芳賀
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: JP5296735B2

Abstract

【課題】外気温度や機関室温度が高温になっても、尿素水等の還元剤の温度を適正な保管温度の範囲内に維持できて、還元剤の寿命の低下を防ぐことができ、しかも、内燃機関からの排気ガスの排出経路と還元剤タンクの間の距離を短くすることができるＮＯｘ低減装置を配備した船舶を提供する。
【解決手段】船舶に搭載した内燃機関２から排出される排気ガスＧ中のＮＯｘを浄化するための選択接触還元触媒を備えたＮＯｘ低減装置１２を配備した船舶において、前記選択接触還元触媒に供給する還元剤Ｒを貯蔵するための還元剤タンク２１の外側の一部又は全部にコファダム３１を設けて船体付タンクとして形成すると共に、前記コファダム３１に通水できるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶搭載の内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘを浄化するための選択接触還元触媒を備えたＮＯｘ低減装置を配備した船舶に関し、より詳細には、選択接触還元触媒で使用する尿素等の還元剤の貯蔵タンクの配置に工夫をこらしたＮＯｘ低減装置を配備した船舶に関する。

船舶に搭載されたディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を低減する技術として、選択接触還元触媒を備えたＮＯｘ低減装置を用いる方法がある。この方法では、アンモニア又はアンモニアを発生する尿素水等の還元剤をＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒と呼ばれる選択接触還元触媒に供給してＮＯｘをアンモニア（ＮＨ₃）で窒素（Ｎ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）に還元して浄化している。

このＳＣＲ方法の例として、エンジンと脱硝触媒との間にＮＯｘの吸着剤を配置し、ＮＯｘを、排気ガス温度が低い時には吸着剤に吸着させて、高温になったときに脱離させて、排気ガスに初期から含まれているＮＯｘと吸着剤から脱離したＮＯｘを、選択接触還元法によって還元させる船舶排気ガスの浄化方法および浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、船舶の主機関の排ガス浄化用触媒脱硝装置において、触媒脱硝装置に供給する還元剤を保管する還元剤保管タンクの改善を図るために、還元剤を供給するための還元剤保管タンクとして、海洋輸送用コンテナの規格を有するタンクコンテナを利用した舶用還元剤供給設備も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

近年、船舶における排気ガス規制も厳しくなる傾向にあり、航路によってはＮＯｘ排出量の低減が要求される場合があり、それに伴ってＮＯｘ低減のために多量の尿素水等の還元剤が必要とされるようになってきている。この還元剤は航路によっては少なくとも一航海分を船舶に搭載する必要がある。そのため、航路とその航路における排気ガス規制にもよるが、この選択接触還元触媒を備えたＮＯｘ低減装置を用いる方法では、一般的に使用燃料の１０％程度の還元剤を消費するために、大容量の還元剤タンクの装備が必要となり、船体構造（船体付きタンク）からなる大型タンクを設ける必要が生じる。

一方、還元剤の一つであり、使用が予測される尿素水の保管条件は、低温サイドでは、尿素がマイナス１０℃付近で結晶化（尿素濃度約３２％〜３３％において）するために、容器内の温度はマイナス１０℃以上の液温になるように保管する必要がある。また、高温サイドでは、４０℃になると製品寿命が４カ月程度となり、温度上昇により大きく製品の寿命が低下するために、約３０℃以下で保管する必要がある。これに対して、夏場等の外気温度や機関室の室温は、この３０℃を超える場合がある。

また、船舶の内燃機関が配置される機関室は、船体の後部に設けられることが多く、図２及び図３に示すように、この機関室周りの水面下（喫水より下）の下部部分や、機関室より後側の船尾部分は痩せた形状をしているため還元剤タンクの配置は困難である。そのため、機関室の内部又は周辺に、比較的大容量で、かつ、温度管理が必要な還元剤タンクを配置することには工夫が必要であるという問題がある。

特開２００２−２９５２４１号公報特開平１０−２０３４８７号公報

本発明は、上述の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、外気温度や機関室内の温度が高温になっても、還元剤タンクに保管した尿素水等の還元剤の温度を適正な保管温度の範囲内に維持できて、還元剤の寿命の低下を防ぐことができ、しかも、内燃機関の排気ガスの排出経路と還元剤タンクの間の距離を短くすることができるＮＯｘ低減装置を配備した船舶を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明のＮＯｘ低減装置を配備した船舶は、船舶に搭載した内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘを浄化するための選択接触還元触媒を備えたＮＯｘ低減装置を配備した船舶において、前記選択接触還元触媒に供給する還元剤を貯蔵するための還元剤タンクの外側の一部又は全部にコファダムを設けて船体付タンクとして形成すると共に、前記コファダムの一部又は全部に通水できるように構成される。この通水には、コファダムに海水又は水を注水して貯めることと、注水及び排水を同時に行って海水又は水を入れ替えることを含む。

この構成によれば、外気温度や機関室内の温度が高温になってその熱が還元剤タンク内の還元剤に伝達されても、コファダム（空所）に通水する海水や河川水や湖水等の船体外部の水により還元剤タンク内の還元剤を冷却することができるので、還元剤の温度を適正な保管温度の範囲内に維持できる。つまり、コファダムにより、このコファダム側から還元剤への外部から熱伝達を少なくすると共に、このコファダムへ通水することで還元剤を冷却できるので、ポンプと制御弁と配管等の比較的簡単な構成とポンプと制御弁の制御という比較的簡単な制御で、容易に還元剤の温度管理ができるようになる。

しかも、還元剤タンクを冷却できるので、還元剤タンクの一部又は全部を、高温の外気に曝され易い喫水線より上の部位に設けることができるようになり、容量の大きい還元剤タンクを機関室の内部、又は、機関室の周辺に配置し易くなる。その結果、内燃機関の排気ガスの排出経路と還元剤タンクの間の距離を短くすることができる。

また、還元剤タンクの周囲の一部又は全部にコファダムを設けることにより、還元剤が還元剤タンクから漏出しても、一旦コファダム内に漏出するので直接外部に漏れることを防止できる。そのうえ、通水した水を船舶外部に放出する前に検査することで還元剤の漏出を容易に監視でき、また、漏出検査及び還元剤が漏出した場合の処理も通水した水のみに対して行うだけよくなり、還元剤による海洋汚染を容易に防止できるようになる。更に還元剤タンクを船体付きタンクで形成することにより、船舶の内部のスペースを有効利用できる。

上記のＮＯｘ低減装置を配備した船舶において、船側外板、又は、貨物艙との間に前記コファダムを設けて、前記還元剤タンクを機関室に隣接させて配設すると、内燃機関の排気ガスの排出経路と還元剤タンクの間の距離を短くすることができる。また、還元剤タンクを船側側に配置すると冷却用の水の配管を短くすることができる。

上記のＮＯｘ低減装置を配備した船舶において、前記還元剤タンクの還元剤の温度を測定する温度センサを設け、該温度センサの検出値に基づいて、前記還元剤タンクへの通水を制御すると、簡単な制御で容易に、還元剤の温度を適正な保管温度の範囲にすることができる。

なお、航路や外気温度の条件にもよるが、コファダムの容量が大きい場合には、水を入れ替えずに貯めておくのみで、還元剤の温度が保管温度範囲内に収まる場合もある。

本発明のＮＯｘ低減装置を配備した船舶によれば、外気温度や機関室内の温度が高温になっても、尿素水等の還元剤の温度を適正な保管温度の範囲内に維持できて、還元剤の寿命の低下を防ぐことができ、しかも、内燃機関の排気ガスの排出経路と還元剤タンクの間の距離を短くすることができる。また、還元剤タンクが腐食した場合や、衝突や座礁等により船側外板が損傷した場合でも、還元剤タンク内の還元剤が船側外板から直接船体外部に漏出することを防止できる。

本発明に係る実施の形態のＮＯｘ低減装置を配備した船舶におけるＮＯｘ低減装置と還元剤タンクの構成を示す斜視図である。還元剤タンクの配置を示す船舶の機関室前部における横断面図である。還元剤タンクの配置を示す船舶の機関室後部における横断面図である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態のＮＯｘ低減装置を配備した船舶について説明する。

図１に示すように、本発明に係る実施の形態のＮＯｘ低減装置を配備した船舶は、ディーゼルエンジン等の内燃機関２と、この内燃機関２の排気ガスＧの排出経路である排気ガス通路１１と、この排気ガス通路１１の途中に設けられた、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒と呼ばれる選択接触還元触媒を備えたＮＯｘ低減装置１２と、この選択接触還元触媒１２に還元剤Ｒを供給するための還元剤供給システム２０と、この還元剤タンク２１の還元剤Ｒを冷却するための還元剤冷却システム３０を備えて構成される。

この還元剤供給システム２０は、還元剤タンク２１と還元剤噴霧ノズル２４と、この両者２１，２４を接続する還元剤用配管２２と、この還元剤用配管２２に配置される還元剤用ポンプ２３と、制御弁２５，２６とから構成される。更に、排気ガスの浄化性能を高めるために、内燃機関２の運転状態で変化する排気ガス中のＮＯｘ濃度や排気ガス量等に応じて、還元剤噴霧ノズル２４から排気ガスＧ中に供給される還元剤Ｒの供給量を調整する排気ガス浄化用の制御装置を設ける。なお、通常、この排気ガス浄化用の制御装置は、内燃機関２の運転制御装置に組み込まれる。

また、還元剤冷却システム３０は、船側外板３と還元剤タンク２１との間のコファダム（空所）３１と、上甲板４と還元剤タンク２１との間に設けられたコファダム３１と、これらのコファダム３１と海水取入口３７とを接続する通水用配管３３と、この通水用配管３３に設けられた通水用ポンプ３４と、制御弁３５，３６とから構成される。なお、コファダム３１に通水した海水（又は水）を船体外部に排出する排出用の配管等（排出ライン）を設ける。この還元剤Ｒが尿素水の場合には、腐食性を考慮して、鉄、銅、砲金、アルミニウム、アルミニウム合金等の使用を避けて、ステンレス材料を用いるか、あるいは、耐腐食塗装やポリエチレン等の樹脂材料でコーティングする。

更に、還元剤タンク２１の還元剤Ｒの温度を計測するために温度センサ( 図示しない）を設け、この温度センサ( 図示しない）の出力を基に、通水用ポンプ３４、制御弁３５，３６と排出ライン（図示しない）の制御弁( 図示しない）を制御する制御装置を、排気ガス浄化用の制御装置又は内燃機関２の運転制御装置に組み込む。なお、還元剤Ｒの水位が変化しても、一つの温度センサで済むように低部に設置するか、フロートタイプの温度センサとする。

この選択接触還元触媒は、チタン・バナジウム系の触媒で形成され、尿素水（（ＮＨ₂）₂ＣＯ）等の還元剤Ｒから加水分解（（ＮＨ₂）₂ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→２ＮＨ₃＋ＣＯ₂）等によって発生するアンモニア（ＮＨ₃）を用いて、窒素酸化物（ＮＯｘ）の一酸化窒素（ＮＯ) と二酸化窒素（ＮＯ₂）を触媒作用（４ＮＯ＋４ＮＨ₃＋Ｏ₂→４Ｎ₂＋６Ｈ₂Ｏ、ＮＯ＋ＮＯ₂＋２ＮＨ₃→２Ｎ₂＋３Ｈ₂Ｏ）により窒素（Ｎ₂）と水（Ｈ₂Ｏ) に還元する。

この選択接触還元触媒に使用される還元剤Ｒとしては、アンモニア、アンモニア水、又は、アンモニアを発生する還元剤があるが、比較的安全性の高いに尿素水を用いることが多く、この実施の形態でも尿素水を用いる。この尿素水は、尿素濃度約３２％〜３３％の場合には、約４０℃では製品寿命が４カ月程度となり、温度上昇により大きく製品寿命が低下するので、常に約３０℃以下で保管することが好ましい。また、この尿素水はマイナス１０℃付近で結晶化するため、還元剤タンク２１内の還元剤Ｒの温度はマイナス１０℃以上の液温になるように管理する必要がある。

一方、夏場などでは外気温が３０℃を超える場合があり、しかも、直射日光が照射する船側外板３や上甲板４は、３０℃を超える温度になるため、この船側外板３や上甲板４から還元剤Ｒへの熱伝達も考慮する必要がある。更に、機関室５の温度は４０℃を超えるので、内燃機関２が配置される機関室５に隣接して還元剤タンク２１を設ける場合には、機関室５側からの熱が還元剤Ｒに伝達されるので、この対策が必要となる。

これらの還元剤タンク２１への熱伝達に対して、還元剤タンク２１内の還元剤Ｒの温度管理をする必要があり、還元剤タンク２１の機関室側壁８に防熱材等で断熱処理を施す。また、還元剤用配管２２における熱伝達量を少なくしたり、還元剤用配管２２の防熱処理を簡単にしたりするためにも、内燃機関２の排気ガスＧの排出ガス通路１１と還元剤タンク２１の間を接続する還元剤用配管２２を短くすることも得策であるので、還元剤タンク２１を図２及び図３に示すように機関室５に隣接して設ける。図２は機関室前部から前方を見た横断面を示し、図３は機関室後部から後方を見た横断面を示す。

この還元剤タンク２１はできるだけ、船側外板３の外側が海水又は水に浸っていて冷却され易い喫水より下側の部分に設けることが望ましいが、船尾部は狭く、満載喫水（Ｌ．Ｗ．Ｌ．）６より下に、特にバラスト喫水（Ｂ．Ｗ．Ｌ．）７よりも下に還元剤タンク２１を設けることは困難であるので、多くの場合は、大きな容量を確保し易い船側の上方に設けることになる。また、還元剤タンク２１を船体付きタンクとして形成することで、船内の容積を有効利用して大容量タンクの確保ができる。

図１〜図３に示す実施の形態では、機関室５側においては、機関室５の容積をできるだけ広く利用するために、コファダムを設けずに、機関室５から還元剤タンク２１への熱伝達量を少なくするために、防熱塗装をしたり、遮熱材を張り付けたりする。また、上甲板４においては、できるだけ、コファダム（空所）３１を設けて空気層で上甲板４から還元剤タンク２１への熱伝達を遮るように構成するが、容積等の関係で、コファダム３１を設けられない場合には、還元剤タンク２１の上側部分の上甲板４を防熱塗装したり、この部分の上甲板４に遮熱材を張り付けたりする。

また、船側外板３側も還元剤タンク２１が喫水線６，７より上に設けられると、船側外板３側から還元剤タンク２１に熱伝達が生じる可能性が高まるので、また、還元剤Ｒを冷却する必要があるので、この船側外板３と還元剤タンク２１との間にコファダム（空所）３１を設けると共に、このコファダム３１に冷却用の海水（又は水）Ｗを通水できるように還元剤冷却システム３０を設ける。

この通水を還元剤タンク２１に設けた温度センサ（図示しない）で計測した還元剤Ｒの温度Ｔｒに基づいて、通水用ポンプ３４と制御弁３５，３６と排水ライン（図示しない）の制御弁(図示しない）を制御して行う。この船体の外部の水（海水又は水）Ｗの通水により、還元剤タンク２１の外側を冷却して、還元剤Ｒの温度Ｔｒが保管温度の範囲内になるように制御する。

この通水は、還元剤Ｒの温度Ｔｒや通水用ポンプ３４に使用できるポンプの容量等を勘案して、一時的、断続的、あるいは、連続的（常時）に通水する。なお、常時通水する際には、通水量を一定にしてもよく、必要に応じて通水量を増減してもよい。また、通水せず水を貯めておくのみで、還元剤Ｒの温度Ｔｒが保管温度の範囲内におさまるような航路や外気温度や還元剤タンク２１とコファダム３１の容量等の条件下では、水を入れ変えることなく貯めておくことでもよい。

次に、上記の構成におけるＮＯｘ低減装置を配備した船舶における排気ガスの浄化方法について説明する。

先ず、出港に際して、還元剤タンク２１に還元剤Ｒを積み込む。この還元剤タンク２１に隣接するコファダム３１には、船体外部の海水（又は水）Ｗを通水し、コファダム３１内に入れておく。

そして、機関室５や外気や直射日光により還元剤タンク２１内の還元剤Ｒの温度が上昇し、温度センサ３８で検出された温度が予め設定された保管温度の範囲（例えば、マイナス５℃〜３０℃）から外れた場合には、制御弁３５，３６を開弁して、通水用ポンプ３４を駆動して、コファダム３１に海水（又は水）を注入する。なお、必要に応じて、図示しない別の排水ラインからコファダム３１内の海水（又は水）を船外に排水する。

船体の外部の海水（又は水）の温度は通常は還元剤Ｒの保管温度の下限値（例えば、マイナス５℃）よりも高く、上限値(例えば、３０℃）よりも低いので、通水量を調整することにより、還元剤Ｒの温度を保管温度の範囲内にすることができる。この通水は、一時的又は断続的又は連続的に行われ、通水の有無や通水量で冷却量を調整して還元剤Ｒの温度を調整管理する。

なお、コファダム３１内の海水（又は水）Ｗの排出に際しては、還元剤Ｒが漏出していないかを検査し、還元剤Ｒがコファダム３１内に漏出していないことを確認してから排出する。これにより、還元剤Ｒの漏れに関する安全性を確保する。

そして、内燃機関２の運転時で、排気ガスＧ中のＮＯｘを低減する必要があるときには、還元剤供給システム２０により、還元剤Ｒを還元剤噴霧ノズル２４から排気ガスＧ中に噴霧して、ＮＯｘ低減装置１２の選択接触還元触媒に供給する。この供給量は、内燃機関の運転状態（ＮＯｘ濃度、排気ガス量等）と選択接触還元触媒の状態(温度や劣化等）に応じて変化するが、例えば、内燃機関２で消費する燃料の１０％程度である。

この還元剤Ｒの供給により、尿素水の場合には加水分解でアンモニアが発生し、このアンモニアとＮＯｘとが触媒作用による反応で窒素と水になり、排気ガス中のＮＯｘは浄化される。

上記の構成のＮＯｘ低減装置を配備した船舶によれば、外気温度や機関室５内の温度が高温になっても、尿素水等の還元剤Ｒの温度Ｔｒを適正な保管温度の範囲内に維持できて、還元剤Ｒの寿命の低下を防ぐことができ、しかも、内燃機関２の排気ガスＧの排出経路１１と還元剤タンク２１の間の距離を短くすることができる。また、還元剤タンク２１が腐食した場合や、衝突や座礁等により船側外板３が損傷した場合でも、還元剤Ｒが船側外板３から直接船体外部に漏出することを防止できる。

本発明のＮＯｘ低減装置を配備した船舶は、外気温度や機関室内の温度が高温になっても、尿素水等の還元剤の温度を適正な温度範囲内に維持できて、還元剤の寿命の低下を防ぐことができ、しかも、内燃機関の排気ガスの排出経路と還元剤タンクの間の距離を短くすることができるので、ＮＯｘを低減する環境にやさしい船舶として利用できる。

２内燃機関
３船側外板
４上甲板
５機関室
６満載喫水
７バラスト喫水（軽荷喫水）
８機関室側板
１１排気通路
１２ＮＯｘ低減装置
２０還元剤供給システム
２１還元剤タンク
２２還元剤用配管
２３還元剤用ポンプ
２４還元剤噴霧ノズル
３１コファダム（空所）
３３通水用配管
３４通水用ポンプ
Ｇ排気ガス
Ｒ還元剤
Ｗ海水又は水（船体外部の水）

Claims

船舶に搭載した内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘを浄化するための選択接触還元触媒を備えたＮＯｘ低減装置を配備した船舶において、前記選択接触還元触媒に供給する還元剤を貯蔵するための還元剤タンクの外側の一部又は全部にコファダムを設けて船体付タンクとして形成すると共に、前記コファダムの一部又は全部に通水できるように構成したことを特徴とするＮＯｘ低減装置を配備した船舶。
船側外板、又は、貨物艙との間に前記コファダムを設けて、前記還元剤タンクを機関室に隣接させて配設したことを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ低減装置を配備した船舶。