JP2022043416A

JP2022043416A - 燃焼システム

Info

Publication number: JP2022043416A
Application number: JP2020148672A
Authority: JP
Inventors: 努原田; Tsutomu Harada
Original assignee: Hit Kenkyusho Co Ltd
Current assignee: Hit Kenkyusho Co Ltd
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2020-09-04
Publication date: 2022-03-16

Abstract

【課題】ＬＮＧ（液化天然ガス）タンクから漏れるＢＯＧ（Boil Ｏff Ｇas）を効率よく処理する方法を提供する。【解決手段】改質器８ではＢＯＧを構成するメタン（ＣＨ４）及びエタン（Ｃ２Ｈ6）などの炭化水素が、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に変換される。これら水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）は可燃物質であり、酸素供給装置９からの酸素とともに過給機１０に供給されるので、圧縮機を用いてＢＯＧを再液化することなく、ＢＯＧを構成する可燃成分をディーゼルエンジンの燃料として再利用できる。【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＮＧ（液化天然ガス）タンクにおいて発生が避けることができないＢＯＧ（Boil Ｏff Ｇas）の処理方法に関する。

船舶のディーゼルエンジンから排出される排ガス中のＣＯ_２やＳＯｘ（イオウ酸化物）を削減する方法の１つとして、燃料をＬＮＧにすることが、コンテナ船、自動車運搬船、ばら積船、客船、クルーズ船などに提案されつつある。
ＬＮＧを燃料とする船舶のＬＮＧタンクでは、設計圧力が大気圧付近であり且つ沸点近くで貯蔵されているため、ＢＯＧが発生する。このようなタンクでは、内圧が設計圧力を超えないようにするためにＢＯＧをタンクから抜く必要がある。

ディーゼルエンジンが高圧噴射式の場合、ＬＮＧタンクからのＬＮＧを液体のままポンプで２００気圧程度まで昇圧し、気化昇温してディーゼルエンジンに供給する。

一方ＢＯＧについてはコンプレッサで圧縮して再液化し、これをタンクに戻すことが行われている。再液化するには圧縮機を駆動するための動力（電力）が必要となるだけでなく装置自体が複雑で高価なものになる。
このため、ＢＯＧを燃料電池の燃料として利用する提案が特許文献１及び特許文献２になされている。

特許文献１には、余剰のＢＯＧを、ＢＯＧ送出ラインの途中位置に設けた分岐ラインを通してガスコンプレッサへ送り、該ガスコンプレッサにて圧縮して圧縮ガスの状態で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ことが提案されている。

特許文献２には、主機関によるプロペラシャフトの回転駆動時には、シャフトジェネレータにより発電して船内の電力供給回路に電力を供給できるようにすると共に、燃料電池で発電した電力を電力供給回路を経てシャフトジェネレータへ供給できるようにし、ＢＯＧ送出ラインの途中位置に分岐ラインを設けて、ＢＯＧを可逆的に圧縮して圧縮ガスとすることができるようにしたガスコンプレッサに、上記分岐ラインを接続すると共に、ガスコンプレッサの圧縮ガス出口を圧縮ガス貯蔵タンクに接続した構成が開示されている。

特開２００４-５１０４９号公報特開２００４-５１０５０号公報

ＢＯＧは、メタン（ＣＨ_４）及びエタン（Ｃ_２Ｈ₆）などの炭化水素を主成分とする。そこで特許文献１、２では、ＢＯＧを改質器において、炭化水素を水素（Ｈ_２）と一酸化炭素（ＣＯ）に変換し、これらを燃料電池に供給するようにしている。

上記したように、特許文献１、２では、一酸化炭素（ＣＯ）を二酸化炭素（ＣＯ_２）に変換するか除去しており、一酸化炭素（ＣＯ）を燃料として利用していない。
また、特に４サイクルディーゼルエンジンの場合には、１～２％といわれるメタンスリップ（未燃焼メタンの排出。メタンは温暖化係数ＣＯ2対比２５倍）の問題を解決していない。

本願はＢＯＧを効率よく燃料として利用することを目的として成したものであり、第１発明の要旨は、ＬＮＧタンクからのＬＮＧを気化させてディーゼルエンジンに供給するメインラインを備えた燃焼システムにおいて、前記メインラインの他にＬＮＧタンクとディーゼルエンジンをつなぐサブラインを有し、このサブラインは改質器を備え、この改質器でＬＮＧタンクから引き出したＢＯＧ（Boil Ｏff Ｇas）を水素（Ｈ_２）と一酸化炭素（ＣＯ）に変換し、これら水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を燃焼に必要な酸素を加えて、ディーゼルエンジンの過給機に送り込む構成とした。

第２発明の要旨は、ＬＮＧタンクからのＬＮＧを気化させてディーゼルエンジンに供給するメインラインを備えた燃焼システムにおいて、この燃焼システムは前記メインラインの他にＬＮＧタンクとディーゼルエンジンをつなぐサブラインを有し、このサブラインは改質器を備え、この改質器でＬＮＧタンクから引き出したＢＯＧ（Boil Ｏff Ｇas）を水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に変換し、これら水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を前記メインラインに送り込む構成とした。

本発明によれば、圧縮機を用いてＢＯＧを再液化することなく、ＢＯＧを構成する可燃成分をディーゼルエンジンの燃料として再利用できる。特に環境問題からＬＮＧの使用増大が予想されるため、ＢＯＧの再利用は極めて効果的である。
また、メタンスリップの問題も解消できる。

本発明に係る燃焼システムの全体構成を示す図。別実施例に係る燃焼システムの全体構成を示す図。別実施例に係る燃焼システムの全体構成を示す図。別実施例に係る燃焼システムの全体構成を示す図。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
ディーゼルエンジン１とＬＮＧタンク２との間には、燃料を供給するメインライン３とサブライン４が形成されている。ディーゼルエンジン１は船舶主機に限らず、発電機など他の用途に使用されるものを含む。

メインライン３の途中には昇圧ポンプ５と気化器６が設けられ、ＬＮＧタンク２から引き出したＬＮＧの圧力を高め、気化器６にて高圧ガスとされディーゼルエンジン１に供給される。

昇圧ポンプ５と気化器６との中間からはスプレーライン７が分岐され、このスプレーライン７を介してＬＮＧタンク２内にＬＮＧを噴霧することでタンク２内の温度を下げ、気相圧力を降下させ、これによりＢＯＧ発生を抑制する。その結果、後述する燃料電池に過剰な能力を持たせることを回避できる。

サブライン４には熱交換器８、改質器９が設けられる。ＬＮＧタンク２からのＢＯＧは熱交換器８で改質されやすい温度まで加熱され、改質器９に供給される。尚、熱交換器８の上流側にイオウ酸化物除去装置を設けてもよい。

改質器９ではＢＯＧを構成するメタン（ＣＨ_４）及びエタン（Ｃ_２Ｈ₆）などの炭化水素が、水素（Ｈ_２）と一酸化炭素（ＣＯ）に変換される。これら水素（Ｈ_２）及び一酸化炭素（ＣＯ）は可燃物質であり、一部は水素（Ｈ_２）のみでなく一酸化炭素（ＣＯ）も燃料として利用できる燃料電池１０に供給され、残りは酸素供給装置１１からの酸素とともにディーゼルエンジン１の過給機１２に供給される。酸素供給装置11は、ＰＳＡ方式やメンブレン方式による空気中の酸素・窒素分離方式により構成することができる。水素（Ｈ_２）のみならず一酸化炭素（ＣＯ）も燃料とする燃料電池としては、個体酸化物形燃料電池または溶融炭酸塩形燃料電池を使用することができる。

尚、酸素供給装置１１を設けた位置よりも下流側においてサブライン４を分岐し、水素、一酸化炭素及び酸素からなる混合気の一部または全部をエジェクタ１３を介してメインライン３供給するようにしてもよい。さらに、水素、一酸化炭素をメインライン３に供給するとともに、酸素供給装置１１からの酸素は過給機１２から供給することもできる。

図２～図４は別実施例に係る燃焼システムの全体構成を示す図であり、このうち図２に示す燃焼システムは、主機としてガスエンジン２０を配置し、発電をディーゼル発電機２１と燃料電池２２で行う構成としている。

ガスエンジン２０は天然ガス噴射式とし、発電システムではディーゼル発電機２１で例えば船内最大負荷を賄うことができ、また燃料電池２２は最大ＢＯＧ量を吸収できるものとする。

また、ＢＯＧの改質で得られた水素（Ｈ_２）と一酸化炭素（ＣＯ）の一部はガスエンジン２０及びディーゼル発電機２１の効率化に使用する。また、ＢＯＧ量に応じて使用する燃料電池２２のセル数を加減することができる。

図３に示す燃焼システムは、主機及び発電機エンジンはガスエンジン２０とし、例えば船内電力にガスエンジン発電機２３及び燃料電池２２で対応する構成である。

ガスエンジン発電機２３は最大電力使用量を賄い、燃料電池２２は最大ＢＯＧ量を吸収可能で、ＢＯＧ量に応じて使用する燃料電池２２のセル数を加減することができる。また、燃料電池２２の発電量は成り行きとし、残りの電力需要への対応は、ガスエンジン発電機２３により行う。また、ＢＯＧの改質により得られた水素（Ｈ_２）と一酸化炭素（ＣＯ）の一部はガスエンジン２０及びガスエンジン発電機２３の効率化に使用する。

図３に示す燃焼システムは、客船、フェリー内航船などに適用される燃焼システムであり、推進用電力と船内電力はガスエンジン発電機２３と燃料電池２２で対応する。燃料電池２２は最大ＢＯＧ量を吸収可能とし、ＢＯＧ量に応じて使用する燃料電池２２を加減する。ガスエンジン発電機２３は最大電力使用量を賄うことができる。また、電力需要への対応として、燃料電池２２の発電量は成り行きとし、ガスエンジン発電機２３の発電量を加減する。

１…ディーゼルエンジン、２…ＬＮＧタンク、３…メインライン、４…サブライン、５…昇圧ポンプ、６…気化器、７…スプレーライン、８…熱交換、９…改質器、１０…燃料電池、１１…酸素供給装置、１２…過給機、１３…エジェクタ、２０…ガスエンジン、２１…ディーゼル発電機、２２…燃料電池、２３…ガスエンジン発電機。

Claims

ＬＮＧタンクからのＬＮＧを気化させてディーゼルエンジンに供給するメインラインを備えた燃焼システムにおいて、この燃焼システムは前記メインラインの他にＬＮＧタンクとディーゼルエンジンをつなぐサブラインを有し、このサブラインは改質器を備え、この改質器でＬＮＧタンクから引き出したＢＯＧ（Boil Ｏff Ｇas）を水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に変換し、これら水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を、ディーゼルエンジンの過給機に送り込むことを特徴とする燃焼システム。
ＬＮＧタンクからのＬＮＧを気化させてディーゼルエンジンに供給するメインラインを備えた燃焼システムにおいて、この燃焼システムは前記メインラインの他にＬＮＧタンクとディーゼルエンジンをつなぐサブラインを有し、このサブラインは改質器を備え、この改質器でＬＮＧタンクから引き出したＢＯＧ（Boil Ｏff Ｇas）を水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に変換し、これら水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を前記メインラインに送り込むことを特徴とする燃焼システム。