JP2022101807A - スリップメタン処理装置及び舶用推進プラント - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＯ_２換算の温室効果ガス排出量を削減可能なスリップメタン処理装置を提供する。
【解決手段】燃焼器８と、舶用ガスエンジン１００から排出されたスリップメタンを含む排ガスを燃焼器に供給するための排ガス供給ライン４と、排ガス供給ラインにおける舶用ガスエンジンと燃焼器との間に位置するガス‐ガスヒータ１２と、排ガスエコノマイザ２２と、燃焼器から排出された排ガスを排ガスエコノマイザに供給するための排ガス排出ライン１０と、を備え、ガス‐ガスヒータは、排ガス排出ラインにおける燃焼器と排ガスエコノマイザとの間に位置し、排ガス供給ラインを流れるスリップメタンを含む排ガスと排ガス排出ラインを流れる排ガスとの熱交換により排ガス供給ラインを流れるスリップメタンを含む排ガスを加熱するように構成される。
【選択図】図１

Description

本開示は、スリップメタン処理装置及び舶用推進プラントに関する。

ＬＮＧ（液化天然ガス）を燃料とする舶用ガスエンジンでは、メタンガスの一部が未燃状態で系外に排出されてしまう。このようにガスエンジンから未燃状態で排出されるメタンは、スリップメタン（ｓｌｉｐｐｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ）と称されている。メタンの温暖化係数は二酸化炭素と比較して非常に高いため、舶用ガスエンジンを含むプラント内でスリップメタンを処理することが求められている。

特許文献１には、発電用のガスエンジンから排出されたスリップメタンを燃焼器で燃焼処理することが開示されている。

特開２００４－３６０５５９号公報

特許文献１に記載のシステムでは、スリップメタンの燃焼のために燃焼器へ投入する加熱用燃料の燃料投入量が増大すると、ＣＯ_２換算の温室効果ガス排出量を削減する効果が限定的となる。

上述の事情に鑑みて、本開示は、舶用ガスエンジンにおけるＣＯ_２換算の温室効果ガス排出量を削減可能なスリップメタン処理装置及びこれを備える舶用推進プラントを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係るスリップメタン処理装置は、
燃焼器と、
舶用ガスエンジンから排出されたスリップメタンを含む排ガスを前記燃焼器に供給するための排ガス供給ラインと、
前記排ガス供給ラインにおける前記舶用ガスエンジンと前記燃焼器との間に位置するガス‐ガスヒータと、
排ガスエコノマイザと、
前記燃焼器から排出された排ガスを前記排ガスエコノマイザに供給するための排ガス排出ラインと、
を備え、
前記ガス‐ガスヒータは、前記排ガス排出ラインにおける前記燃焼器と前記排ガスエコノマイザとの間に位置し、前記排ガス供給ラインを流れる前記スリップメタンを含む前記排ガスと前記排ガス排出ラインを流れる前記排ガスとの熱交換により前記排ガス供給ラインを流れる前記スリップメタンを含む前記排ガスを加熱するように構成される。

上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係る舶用推進プラントは、
上記スリップメタン処理装置と、
前記舶用ガスエンジンと、
液化天然ガスのボイルオフガスを再液化するための再液化装置と、
前記再液化装置によって前記ボイルオフガスを再液化する際に発生するＮ_２リッチガスを前記燃焼器に供給するためのＮ_２リッチガスラインと、
を備える。

本開示によれば、舶用ガスエンジンにおけるＣＯ_２換算の温室効果ガス排出量を削減可能なスリップメタン処理装置及びこれを備える舶用推進プラントが提供される。

一実施形態に係るスリップメタン処理装置２（２Ａ）の概略構成を示す図である。 他の実施形態に係るスリップメタン処理装置２（２Ｂ）の概略構成を示す図である。 上記スリップメタン処理装置２を備える舶用推進プラント５０の概略構成を示す図である。 図３に示したＮ２リッチガスライン６２からスリップメタン処理装置２（２Ａ又は２Ｂ）の燃焼器８にＮ２リッチガスを導入するための構成を示す概略図である。 排熱回収装置１４の変形例を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係るスリップメタン処理装置２（２Ａ）の概略構成を示す図である。スリップメタン処理装置２は、不図示の船舶に搭載されており、舶用ガスエンジン１００から未燃状態で排出されたメタンガス（以下、舶用ガスエンジン１００から未燃状態で排出されたメタンガスを「スリップメタン」という。）を含む排ガスを燃焼処理するように構成されている。舶用ガスエンジン１００は、例えばメタンガスを含む燃料ガス（例えば天然ガス等）を主燃料とする低圧予混合方式のディーゼルエンジン（主機エンジン）であり、船舶の推進力を得るためのプロペラ１０２に連結されている。以下、舶用ガスエンジン１００を単にガスエンジン１００という。

図１に示すように、スリップメタン処理装置２は、排ガス供給ライン４、燃料ライン６、燃焼器８、排ガス排出ライン１０、ガス‐ガスヒータ１２、排熱回収装置１４、燃料調整弁１６、温度センサ１８及び燃焼器温度制御装置２０を備える。

排ガス供給ライン４は、ガスエンジン１００と燃焼器８とを接続しており、ガスエンジン１００から排出されたスリップメタンを含む排ガスを燃焼器８に供給するように構成されている。

燃料ライン６は、不図示の燃料源と燃焼器８とを接続しており、燃焼器８に加熱用燃料を供給するように構成されている。加熱用燃料は、例えば舶用ガスエンジン１００に供給される燃料ガスと同じ燃料（例えば天然ガス等）であってもよい。燃料ライン６には、燃料ライン６から燃焼器８に供給する加熱用燃料の流量を調整可能な燃料調整弁１６が設けられている。

燃焼器８は、燃料ライン６から供給された加熱用燃料と排ガス供給ライン４から供給されたスリップメタンとを燃焼させて燃焼ガスを生成するように構成されている。燃焼器８の燃焼温度（燃焼器８で生成される燃焼ガスの温度）は、排ガス供給ライン４から供給されたスリップメタンが燃焼器８及び排ガス排出ライン１０を含む系内で滞留する滞留時間を考慮して上記系内で自己燃焼するような温度に設定される。また、燃焼器８の燃焼温度及び燃焼器８のサイズは、好ましくは、スリップメタンを処理すべき所定の負荷におけるガスエンジン１００の排ガスの流量時に燃焼器８によってスリップメタンを完全焼却できるような燃焼温度及びサイズであってもよい。

図示する構成では、燃焼器８の燃焼温度（図示する例では燃焼器８の出口温度）を計測する温度センサ１８が排ガス排出ライン１０における燃焼器８と排熱回収装置１４の排ガスエコノマイザ２２との間の位置に設けられている。温度センサ１８は、排ガス排出ライン１０の排ガスの温度を計測することにより、燃焼器８の燃焼温度を計測する。燃焼器温度制御装置２０は、温度センサ１８の出力に基づいて、燃焼器８の燃焼温度をスリップメタンが燃焼器８の内部で自己燃焼するような設定温度（目標温度）に近づけるように燃料調整弁１６の開度を制御する。燃焼器温度制御装置２０は、燃焼器８の設定温度と温度センサ１８で計測される燃焼温度との偏差を小さくするように燃料調整弁１６の開度を制御する。なお、この設定温度は、メタンの発火点である５３７℃以上に設定されることが好ましい。この設定温度は、メタンの自己燃焼を促進しつつ燃焼器８の耐熱性に起因する高コスト化を抑制する観点から、例えば５３７℃以上１０００℃以下であってもよく、排ガス排出ライン１０の大型化を抑制しつつ耐熱性に起因する高コスト化を抑制する観点から、６５０℃以上８５０℃以下（例えば８００℃程度）であってもよい。燃焼器８の設定温度は、人が手動で設定してもよいし、燃焼器温度制御装置２０が自動で設定してもよい。燃焼器温度制御装置２０は、燃焼器８の燃焼温度について、上記偏差に基づいて例えばＰ制御又はＰＩ制御等を行ってもよい。

燃焼器温度制御装置２０は、電気回路から構成されてもよいし、コンピュータから構成されてもよい。燃焼器温度制御装置２０は、コンピュータから構成される場合、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサとを備え、プロセッサが、記憶装置に記憶されているプログラムを実行することにより、その機能を実現する。

図１に示すように、排ガス排出ライン１０は、燃焼器８と排熱回収装置１４の排ガスエコノマイザ２２とを接続しており、燃焼器８で加熱されて燃焼器８から排出された排ガス（燃焼排ガス）を排ガスエコノマイザ２２に供給するように構成されている。

ガス‐ガスヒータ１２は、排ガス供給ライン４におけるガスエンジン１００と燃焼器８との間に位置し、排ガス排出ライン１０における燃焼器８と排熱回収装置１４の排ガスエコノマイザ２２との間に位置する。ガス‐ガスヒータ１２は、排ガス供給ライン４を流れるスリップメタンを含む排ガスと排ガス排出ライン１０を流れる排ガスとの熱交換により排ガス供給ライン４を流れるスリップメタンを含む排ガスを加熱する熱交換器として構成されている。なお、燃焼器８及びガス‐ガスヒータ１２の各々は、共通の１つのダクトバーナの一部分として構成されてもよい。

排熱回収装置１４は、排ガスエコノマイザ２２、蒸気タービン２４、発電機２６、復水器２８、蒸気ライン３０及び復水ライン３２を含む。

排ガスエコノマイザ２２は、復水ライン３２から供給された水（復水）を排ガス排出ライン１０から供給された排ガスにより加熱して蒸発させ、蒸気を生成するように構成されている。排ガスエコノマイザ２２で生成された蒸気は、排ガスエコノマイザ２２と蒸気タービン２４とを接続する蒸気ライン３０を通って蒸気タービン２４に供給されて、蒸気タービン２４を駆動する。蒸気タービン２４には発電機２６が連結されており、排ガスエコノマイザ２２から蒸気ライン３０を通って供給された蒸気によって蒸気タービン２４が駆動されることにより、発電機２６から電力が得られる。発電機２６から得た電力は、ガスエンジン１００が搭載された船舶の電力需要（以下、「船内電力需要」という。）の少なくとも一部を賄うように当該船舶で消費される。排ガス排出ライン１０から排ガスエコノマイザ２２へ供給された排ガスは、排ガスエコノマイザ２２で復水ライン３２から供給された水との熱交換を行った後に、大気に放出される。

蒸気タービン２４を通過した蒸気は、復水器２８で凝縮されて復水となり、復水器２８と排ガスエコノマイザ２２とを接続する復水ライン３２を介して排ガスエコノマイザ２２に再び供給される。

上記スリップメタン処理装置２のガス‐ガスヒータ１２は、排ガス供給ライン４を流れるスリップメタンを含む排ガスと排ガス排出ライン１０を流れる排ガスとの熱交換により排ガス供給ライン４を流れるスリップメタンを含む排ガスを加熱するように構成されている。このため、排ガス供給ライン４から燃焼器８に供給される排ガスの温度を、燃焼器８に供給される前に上昇させることができる。したがって、燃焼器８の燃焼温度をスリップメタンが燃焼器８の内部で自己燃焼するような温度にするために必要な燃料投入量（燃料ライン６から燃焼器８への燃料投入量）を削減することができ、ＣＯ_２換算の温室効果ガス排出量を削減することができる。

図２は、他の実施形態に係るスリップメタン処理装置２（２Ｂ）の概略構成を示す図である。
図２に示すスリップメタン処理装置２（２Ｂ）は、バイパスライン３４、バイパス弁３６及びバイパス弁制御装置３８を備えている点が上記スリップメタン処理装置２（２Ａ）とは異なっており、他の構成は上記スリップメタン処理装置２（２Ａ）と同様である。図２に示すスリップメタン処理装置２（２Ｂ）において、図１に示したスリップメタン処理装置２（２Ａ）の各構成と共通の符号は、特記しない限り図１に示したスリップメタン処理装置２（２Ａ）の各構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。

図２に示すように、バイパスライン３４は、排ガス排出ライン１０における燃焼器８とガス‐ガスヒータ１２との間の位置において排ガス排出ライン１０から分岐し、排ガス排出ライン１０におけるガス‐ガスヒータ１２と排ガスエコノマイザ２２との間の位置において排ガス排出ライン１０に合流するように構成されている。すなわち、バイパスライン３４は、燃焼器８から排出される排ガスを、ガス‐ガスヒータ１２を迂回して（ガス‐ガスヒータ１２に供給せずに）排ガスエコノマイザ２２に直接供給するように構成されている。バイパスライン３４には、バイパスライン３４を流れる排ガスの流量を調節可能なバイパス弁３６が設けられている。

バイパス弁制御装置３８は、排ガスエコノマイザ２２で回収するエネルギーの需要（需要量）に関する需要情報に基づいて、バイパス弁３６を制御するように構成されている。バイパス弁制御装置３８は、上記需要情報が示すエネルギーの需要が大きくなるにつれて、バイパス弁３６の開度を大きくするように構成される。

例えば、上記需要情報は、ガスエンジン１００が搭載された船舶の船内電力需要（船内で使用される電力の需要量）を示していてもよく、この場合、バイパス弁制御装置３８は、上記需要情報が示す船内電力需要が大きくなるにつれて、バイパス弁３６の開度を大きくするように構成される。

バイパス弁制御装置３８は、電気回路から構成されてもよいし、コンピュータから構成されてもよい。燃焼器温度制御装置２０は、コンピュータから構成される場合、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶装置と、ＣＰＵ、ＧＰＵ等のプロセッサとを備え、プロセッサが、記憶装置に記憶されているプログラムを実行することにより、その機能を実現する。

図２に示す構成においても、燃焼器８の燃焼温度は、排ガス供給ライン４から供給されたスリップメタンが燃焼器８の内部で自己燃焼するような温度に設定される。また、燃焼器８の燃焼温度（図示する構成では燃焼器８の出口温度）を計測する温度センサ１８が排ガス排出ライン１０に設けられており、燃焼器温度制御装置２０は、温度センサ１８の出力に基づいて、燃焼器８の燃焼温度をスリップメタンが燃焼器８の内部で自己燃焼するような上述の設定温度に近づけるように燃料調整弁１６の開度を制御する。燃焼器温度制御装置２０は、燃焼器８の設定温度と温度センサ１８で計測される燃焼温度との偏差を小さくするように燃料調整弁１６の開度を制御する。

さらに、図２に示す構成では、バイパス弁３６の開度を大きくするほど、燃焼器８から排出された排ガスの流量のうちガス‐ガスヒータ１２を迂回してバイパスライン３４を流れる排ガスの流量の割合を増大させることができる。すなわち、バイパス弁３６の開度を大きくするほど、ガス‐ガスヒータ１２での熱交換量（排ガス供給ライン４を流れる排ガスと排ガス排出ライン１０を流れる排ガスとの熱交換量）を減少させつつ、排ガスエコノマイザ２２での熱交換量（復水ライン３２を流れる水と排ガス排出ライン１０を流れる排ガスとの熱交換量）を増大させることができる。これにより、排ガスエコノマイザ２２での熱回収量を増大させて、蒸気タービン２４に連結された発電機２６の発電量を増大させることができる。なお、バイパス弁３６の開度を大きくするほど、ガス‐ガスヒータ１２での熱交換量が減少して排ガス供給ライン４から燃焼器８に入る排ガスの温度は低下するため、燃料調整弁１６の開度を増大させて燃料ライン６から燃焼器８へ投入する投入燃料量を増加させることとなる。

このように、バイパス弁３６の開度を大きくするほど、燃焼器８から排出された排ガスの熱エネルギーの多くを排ガスエコノマイザ２２で回収することができ、蒸気タービン２４に連結された発電機２６の発電量を増大させることができる。

よって、上記のように需要情報が示す船内電力需要が大きくなるにつれてバイパス弁３６の開度を大きくすることにより、船内電力需要が大きくなるにつれて蒸気タービン２４に連結された発電機２６の発電量を増大させることができる。換言すれば、需要情報が示す船内電力需要が小さくなるにつれてバイパス弁３６の開度を小さくすることにより、船内電力需要が小さくなるにつれて蒸気タービン２４に連結された発電機２６の発電量を減少させることができる。このように、スリップメタンを燃焼処理した排熱を利用して船内電力需要の増減に対応することができるため、船内電力の全てを発電用のディーゼルエンジン等によって賄う場合と比較して、発電用ディーゼルエンジンを運転せずに済み（もしくは運転頻度が減り）、これにより燃料消費量の削減およびＣＯ_２換算の温室効果ガス排出量の削減を実現することができる。

図３は、上記スリップメタン処理装置２を備える舶用推進プラント５０の概略構成を示す図である。舶用推進プラント５０が備えるスリップメタン処理装置２は、図１に示したスリップメタン処理装置２（２Ａ）又は図２に示したスリップメタン処理装置２（２Ｂ）の何れであってもよい。

図３に示すように、舶用推進プラント５０は、上記スリップメタン処理装置２、上記ガスエンジン１００、上記プロペラ１０２、発電用のガスエンジン１１０、ＬＮＧタンク５２、ガス圧縮機５４、再液化装置５６、熱交換器５８、燃料ガスライン６０、Ｎ_２リッチガスライン６２及びリターンライン６４を備える。ガスエンジン１１０は、例えばメタンガスを含む燃料ガス（例えば天然ガス等）を燃料とするディーゼルエンジン（補機エンジン）であり、船内電力需要の少なくとも一部を賄う電力を生成する発電機１１２に連結されている。

ＬＮＧタンク５２には、ＬＮＧ（液化天然ガス）が貯蔵されている。燃料ガスライン６０は、一端側でＬＮＧタンク５２に接続しており、他端側で分岐してガスエンジン１００，１１０及びスリップメタン処理装置２の燃焼器８にそれぞれ接続している。燃料ガスライン６０のうち分岐位置Ｐ１と燃焼器８とを接続する部分は、上記燃料ライン６に相当する。ガス圧縮機５４及び熱交換器５８は燃料ガスライン６０に設けられており、ガス圧縮機５４は、燃料ガスライン６０においてＬＮＧタンク５２と熱交換器５８との間に位置する。燃料ガスライン６０は、ガス圧縮機５４と熱交換器５８との間で分岐して、再液化装置５６に接続している。

ＬＮＧタンク５２内で気化した天然ガス（以下、「ボイルオフガス」という。）は、ガス圧縮機５４で加圧され、熱交換器５８によって昇温してからガスエンジン１００，１１０に燃料ガスとして供給される。ＬＮＧタンク５２で気化したボイルオフガスのうちガスエンジン１００，１１０の何れにも供給されない余剰分の天然ガスは、再液化装置５６で再液化されてＬＮＧとなり、リターンライン６４を介してＬＮＧタンク５２に戻される。なお、図３に示す例示的形態では、ＬＮＧタンク５２の内圧が過度に大きくなる場合のような危急時にタンク内圧を規定値内に抑えるために、ボイルオフガスをガス圧縮機５４や再液化装置５６に供給せずにＮ_２リッチガスライン６２を経由し燃焼器８に直接供給可能に構成された放出ライン７２が設けられている。

再液化装置５６によってボイルオフガスを再液化する際に凝縮せずに残ったガスは、Ｎ_２ガスを多く含んでおり、Ｎ_２リッチガスと称される。このＮ_２リッチガス中のＮ_２の濃度は、ボイルオフガス中のＮ_２の濃度より高くなっている。Ｎ_２リッチガスは、再液化装置５６とスリップメタン処理装置２の燃焼器８とを接続するＮ_２リッチガスライン６２を介して、スリップメタン処理装置２の燃焼器８に供給される。

図４は、図３に示したＮ_２リッチガスライン６２からスリップメタン処理装置２（２Ａ又は２Ｂ）の燃焼器８にＮ_２リッチガスを導入するための構成を示す概略図である。
図４に示すように、燃焼器８には、燃料ライン６（燃料ガスライン６０）から加熱用燃料（主燃料）を供給可能となっており、Ｎ_２リッチガスライン６２からＮ_２リッチガスを供給可能となっている。図４に例示する形態では、Ｎ_２リッチガスライン６２は燃焼器８の外側で燃料ライン６と合流しているが、Ｎ_２リッチガスライン６２と燃料ライン６とは、燃焼器８の外側で合流せずに、それぞれ独立して燃焼器８に接続していてもよい。

Ｎ_２リッチガスライン６２には、Ｎ_２リッチガスの流量を調節可能なＮ_２リッチガス弁６６が設けられており、ガスエンジン１００の運転中か停止中かを問わず、Ｎ_２リッチガス弁６６は開いた状態（例えば全開の状態）となっている。このため、再液化装置５６によってボイルオフガスを再液化する際に発生するＮ_２リッチガスの全量が、Ｎ_２リッチガスライン６２を介して燃焼器８に投入される。また、燃焼器温度制御装置２０は、Ｎ_２リッチガス弁６６が開いた状態において、燃焼器８の燃焼温度が上述の設定温度に近づくように燃料調整弁１６を制御するように構成される。このため、Ｎ_２リッチガスライン６２からのＮ_２リッチガスが、燃料ライン６からの加熱用燃料よりも優先的に燃焼器８に供給される。なお、燃焼器８のバーナーは、ガスエンジン１００の設計点における排ガスに含まれるスリップメタンを燃焼処理するのに必要な最大投入燃料量と、Ｎ_２リッチガスの最大処理量とのうち何れか大きい量を考慮した構成であってもよい。

従来、ボイルオフガスが再液化装置で再液化される過程で発生するＮ_２リッチガスは、主機や補機のガスエンジンの燃料としては使用できないため、ガス焼却装置（Ｇａｓ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ：ＧＣＵ）又はＤＦボイラ（Ｄｕａｌ Ｆｕｅｌ Ｂｏｉｌｅｒ）による焼却処理を行っていた。ＧＣＵを用いる場合は、ＧＣＵでの燃焼で得たエネルギーを有効活用できず、また、船上の限られたスペースをＧＣＵの設置スペースが占めてしまうこととなる。また、ＤＦボイラを用いる場合は、事前にボイラの暖缶を完了させておく必要があり、暖缶の為に余分な燃料を消費する懸念がある。また、暖缶を保持しない場合は、処理対象のガスが発生した際に即応することができず、Ｎ_２リッチガスの燃焼処理やＬＮＧタンク５２の内圧を適正範囲内に抑えることが困難になる恐れがある。

これに対し、上記舶用推進プラント５０によれば、再液化装置５６によってボイルオフガスを再液化する際に発生するＮ_２リッチガスを燃焼器８に供給するためのＮ_２リッチガスライン６２が設けられているため、スリップメタンを燃焼処理するための燃焼器８を用いてＮ_２リッチガスの焼却処理を行うことができる。このため、ＧＣＵやＤＦボイラのようにＮ_２リッチガスの焼却のための専用の装置を設ける必要がなく、省スペース化及び設備費の削減を実現することができる。

また、ＤＦボイラとは異なり、スリップメタン処理装置２は主機としてのガスエンジン１００の稼働時に常に動作しているため、暖缶のような準備／待機操作は不要となる。また、スリップメタン処理のために燃料ライン６から燃焼器８に投入される燃料をＮ_２リッチガスで部分的に補うことで、舶用推進プラント５０全体での燃料消費量を抑えることができる。

また、通常、船舶の停止時には、主機としてのガスエンジン１００が運転を停止しているが、このような場合であっても、Ｎ_２リッチガスをＮ_２リッチガスライン６２から燃焼器８に投入して燃焼処理することができ、燃焼器８から排出された排ガスのエネルギーを排熱回収装置１４の発電機２６で電力として回収することができる。なお、排熱回収装置１４による排熱回収のみでは船内電力需要を賄えない場合には、発電用のガスエンジン１１０を起動すること等によって船内電力需要の不足分を補うことが可能である。

本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

例えば、上述のスリップメタン処理装置２（２Ａ又は２Ｂ）の排熱回収装置１４は、図５に示すダンプライン６８を備えていてもよい。ダンプライン６８は、蒸気ライン３０における排ガスエコノマイザ２２と蒸気タービン２４との間の位置において蒸気ライン３０から分岐して、蒸気ライン３０における蒸気タービン２４と復水器との間の位置において蒸気ライン３０に合流する。ダンプライン６８は、排ガスエコノマイザ２２で発生した蒸気を、蒸気タービン２４を迂回して（蒸気タービン２４に供給せずに）復水器２８に導くように構成される。ダンプライン６８にはダンプ弁７０が設けられている。ダンプ弁７０は、通常時は閉じられているが、負荷の急変時に開いて蒸気をダンプさせる（蒸気タービン２４を迂回して復水器２８に導く）ことができる。

また、上述した幾つかの実施形態では、燃焼器温度制御装置２０とバイパス弁制御装置３８とを便宜的に分けて説明したが、燃焼器温度制御装置２０とバイパス弁制御装置３８とは共通のハードウェアにより構成されていてもよい。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）本開示の一実施形態に係るスリップメタン処理装置（例えば上述のスリップメタン処理装置２（２Ａ，２Ｂ）は、
燃焼器（例えば上述の燃焼器８）と、
舶用ガスエンジン（例えば上述の舶用ガスエンジン１００）から排出されたスリップメタンを含む排ガスを前記燃焼器に供給するための排ガス供給ライン（例えば上述の排ガス供給ライン４）と、
前記排ガス供給ラインにおける前記舶用ガスエンジンと前記燃焼器との間に位置するガス‐ガスヒータ（例えば上述のガス‐ガスヒータ１２）と、
排ガスエコノマイザ（例えば上述の排ガスエコノマイザ２２）と、
前記燃焼器から排出された排ガスを前記排ガスエコノマイザに供給するための排ガス排出ライン（例えば上述の排ガス排出ライン１０）と、
を備え、
前記ガス‐ガスヒータは、前記排ガス排出ラインにおける前記燃焼器と前記排ガスエコノマイザとの間に位置し、前記排ガス供給ラインを流れる前記スリップメタンを含む前記排ガスと前記排ガス排出ラインを流れる前記排ガスとの熱交換により前記排ガス供給ラインを流れる前記スリップメタンを含む前記排ガスを加熱するように構成される。

上記（１）に記載のスリップメタン処理装置によれば、上記スリップメタン処理装置によれば、ガス‐ガスヒータを備えており、ガス‐ガスヒータは、排ガス供給ラインを流れるスリップメタンを含む排ガスと排ガス排出ラインを流れる排ガスとの熱交換により排ガス供給ラインを流れるスリップメタンを含む排ガスを加熱するように構成されている。

このため、排ガス供給ラインから燃焼器に供給される排ガスの温度を、燃焼器に供給される前に上昇させることができる。したがって、燃焼器の燃焼温度をスリップメタンを燃焼処理するための適切な温度にするために必要な燃料投入量（燃料ラインから燃焼器への燃料投入量）を削減することができ、舶用ガスエンジンにおけるＣＯ_２換算の温室効果ガス排出量を削減することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のスリップメタン処理装置において、
前記燃焼器に加熱用燃料を供給するための燃料ライン（例えば上述の燃料ライン６）と、
前記燃料ラインに設けられた燃料調整弁（例えば上述の燃料調整弁１６）と、
前記燃料調整弁を制御することにより前記燃焼器の燃焼温度を制御するように構成された燃焼器温度制御装置（例えば上述の燃焼器温度制御装置２０）と、
前記排ガスの温度を計測する温度センサ（例えば上述の温度センサ１８）と、
を備え、
前記燃焼器温度制御装置は、前記温度センサの出力に基づいて、前記燃焼器の燃焼温度を設定温度に近づけるように前記燃料調整弁を制御するように構成される。

上記（２）に記載のスリップメタン処理装置によれば、燃焼器温度制御装置は、温度センサの出力に基づいて、燃焼器の燃焼温度をスリップメタンが燃焼器の内部で自己燃焼するような設定温度に近づけるように燃料調整弁を制御することができる。これにより、舶用ガスエンジンから排出されたスリップメタンを燃焼処理するための加熱用燃料について、燃焼器への供給過剰及び供給不足を抑制することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載のスリップメタン処理装置において、
前記設定温度は、５３７℃以上である。

上記（３）に記載のスリップメタン処理装置によれば、燃焼器の燃焼温度をメタンの発火点である５３７℃以上とすることができ、燃焼器でスリップメタンを自己燃焼させることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の何れかに記載のスリップメタン処理装置において、
前記設定温度は、１０００℃以下である。

燃焼器の燃焼温度が高すぎると、燃焼器を構成する材料に高い耐熱性が要求され、燃焼器の高コスト化を招いてしまう。このため、上記（４）に記載のように、燃焼器の燃焼温度を１０００℃以下としてもよい。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかに記載のスリップメタン処理装置において、
前記排ガス排出ラインにおける前記燃焼器と前記ガス‐ガスヒータとの間の位置において前記排ガス排出ラインから分岐し、前記排ガス排出ラインにおける前記ガス‐ガスヒータと前記排ガスエコノマイザとの間の位置において前記排ガス排出ラインに合流するバイパスライン（例えば上述のバイパスライン３４）を更に備える。

上記（５）に記載のスリップメタン処理装置によれば、バイパスラインに排ガスを流すことにより、ガス‐ガスヒータでの熱交換量（排ガス供給ラインを流れる排ガスと排ガス排出ラインを流れる排ガスとの熱交換量）を減少させつつ、排ガスエコノマイザでの熱交換量（排ガスエコノマイザに供給される水と排ガス排出ラインを流れる排ガスとの熱交換量）を増大させて、排ガスエコノマイザでの熱回収量を増大させることができる。このため、排ガスエコノマイザで回収するエネルギーの需要に応じて排ガスエコノマイザでの熱回収量を変化させることができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載のスリップメタン処理装置において、
前記バイパスラインに設けられたバイパス弁（例えば上述のバイパス弁３６）と、
前記排ガスエコノマイザで回収を要求されるエネルギーの需要に関する需要情報に基づいて、前記バイパス弁を制御するように構成されたバイパス弁制御装置（例えば上述のバイパス弁制御装置３８）と、
を更に備える。

上記（６）に記載のスリップメタン処理装置によれば、バイパス弁の開度を大きくするほど、燃焼器から排出された排ガスの流量のうちガス‐ガスヒータを迂回してバイパスラインを流れる排ガスの流量の割合を増大させることができる。すなわち、バイパス弁の開度を大きくするほど、ガス‐ガスヒータでの熱交換量（排ガス供給ラインを流れる排ガスと排ガス排出ラインを流れる排ガスとの熱交換量）を減少させつつ、排ガスエコノマイザでの熱交換量（排ガスエコノマイザに供給される水と排ガス排出ラインを流れる排ガスとの熱交換量）を増大させて、排ガスエコノマイザでの熱回収量を増大させることができる。このため、排ガスエコノマイザで回収するエネルギーの需要に応じて排ガスエコノマイザでの熱回収量を変化させることができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載のスリップメタン処理装置において、
前記バイパス弁制御装置は、前記需要情報が示す前記需要が大きくなるにつれて、前記バイパス弁の開度を大きくするように構成される。

上記（７）に記載のスリップメタン処理装置によれば、排ガスエコノマイザで回収するエネルギーの需要が大きくなるにつれて排ガスエコノマイザでの熱回収量を増大させて該需要に対応することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）に記載のスリップメタン処理装置において、
前記排ガスエコノマイザで生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンに連結された発電機と、
を更に備え、
前記需要情報は、前記舶用ガスエンジンが搭載された船舶の船内電力需要を示しており、
前記バイパス弁制御装置は、前記需要情報が示す前記船内電力需要が大きくなるにつれて、前記バイパス弁の開度を大きくするように構成される。

上記（８）に記載のスリップメタン処理装置によれば、船内電力需要が大きくなるにつれて排ガスエコノマイザでの熱回収量を増大させることで、蒸気タービンに連結された発電機の出力を増大させて船内電力需要に対応することができる。

（９）本開示の一実施形態に係る舶用推進プラントは、
上記（１）乃至（８）の何れかに記載のスリップメタン処理装置と、
前記舶用ガスエンジンと、
液化天然ガスのボイルオフガスを再液化するための再液化装置（例えば上述の再液化装置５６）と、
前記再液化装置によって前記ボイルオフガスを再液化する際に発生するＮ_２リッチガスを前記燃焼器に供給するためのＮ_２リッチガスライン（例えば上述のＮ_２リッチガスライン６２）と、
を備える。

従来、ボイルオフガスが再液化装置で再液化される過程で発生するＮ_２リッチガスは、主機や補機のガスエンジンの燃料としては使用できないため、ガス焼却装置（Ｇａｓ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ：ＧＣＵ）又はＤＦボイラ（Ｄｕａｌ Ｆｕｅｌ Ｂｏｉｌｅｒ）による焼却処理を行っていた。ＧＣＵを用いる場合は、ＧＣＵでの燃焼で得たエネルギーを有効活用できず、また、船上の限られたスペースをＧＣＵの設置スペースが占めてしまうこととなる。また、ＤＦボイラを用いる場合は、事前にボイラの暖缶を完了させておく必要があり、暖缶の為に余分な燃料を消費する懸念がある。また、暖缶を保持しない場合は、処理対象のガスが発生した際に即応することができず、ＬＮＧタンクの内圧を適正範囲内に押さえることが困難になる恐れがある。

これに対し、上記（９）に記載の舶用推進プラントによれば、再液化装置によってボイルオフガスを再液化する際に発生するＮ_２リッチガスを燃焼器に供給するためのＮ_２リッチガスラインが設けられているため、スリップメタンを燃焼処理するための燃焼器を用いてＮ_２リッチガスの焼却処理を行うことができる。このため、ＧＣＵやＤＦボイラのようにＮ_２リッチガスの焼却のための専用の装置を設ける必要がなく、省スペース化及び設備費の削減を実現することができる。
また、ＤＦボイラとは異なり、スリップメタン処理装置は主機としてのガスエンジンの稼働時に常に動作しているため、暖缶のような準備／待機操作は不要となる。また、スリップメタン処理のために燃料ラインから燃焼器に投入される燃料をＮ_２リッチガスで部分的に補うことで、舶用推進プラント全体での燃料消費量を抑えることができる。

（１０）本開示の一実施形態に係る舶用推進プラントは、
上記（２）乃至（４）の何れかに記載のスリップメタン処理装置と、
前記舶用ガスエンジンと、
液化天然ガスのボイルオフガスを再液化するための再液化装置（例えば上述の再液化装置５６）と、
前記再液化装置によって前記ボイルオフガスを再液化する際に発生するＮ_２リッチガスを前記燃焼器に供給するためのＮ_２リッチガスライン（例えば上述のＮ_２リッチガスライン６２）と、
を備え、
前記Ｎ_２リッチガスラインからの前記Ｎ_２リッチガスが、前記加熱用燃料ラインからの前記加熱用燃料よりも優先的に前記燃焼器に供給される。

上記（１０）に記載の舶用推進プラントによれば、再液化装置によってボイルオフガスを再液化する際に発生するＮ_２リッチガスを加熱用燃料よりも優先的に燃焼器に供給することにより、スリップメタン処理のために燃料ラインから燃焼器に投入される燃料を節約することができ、舶用推進プラント全体での燃料消費量を抑えることができる。

（１１）本開示の一実施形態に係る舶用推進プラントは、
上記（２）乃至（４）の何れか１項に記載のスリップメタン処理装置と、
前記舶用ガスエンジンと、
液化天然ガスのボイルオフガスを再液化するための再液化装置（例えば上述の再液化装置５６）と、
前記再液化装置によって前記ボイルオフガスを再液化する際に発生するＮ_２リッチガスを前記燃焼器に供給するためのＮ_２リッチガスライン（例えば上述のＮ_２リッチガスライン６２）と、
前記Ｎ_２リッチガスラインに設けられたＮ_２リッチガス弁（例えば上述のＮ_２リッチガス弁６６）と、
を備え、
前記燃焼器温度制御装置は、前記Ｎ_２リッチガス弁が開いた状態において、前記燃焼温度を前記設定温度に近づけるように前記燃料調整弁を制御するように構成される。

上記（１１）に記載の舶用推進プラントによれば、燃焼器温度制御装置は、Ｎ_２リッチガス弁が開いた状態において、燃焼器の燃焼温度を設定温度に近づけるように燃料調整弁を制御する。このため、再液化装置によってボイルオフガスを再液化する際に発生するＮ_２リッチガスを加熱用燃料よりも優先的に燃焼器に供給しつつ、燃焼器の燃焼温度をスリップメタンを適切に燃焼処理するための温度に制御することができる。したがって、スリップメタン処理のために燃料ラインから燃焼器に投入される燃料を節約しつつ、Ｎ_２リッチガスを活用してスリップメタンを適切に燃焼処理することができる。よって、舶用推進プラント全体での燃料消費量を抑えつつ、スリップメタンを適切に燃焼処理することができる。

２ スリップメタン処理装置
４ 排ガス供給ライン
６ 燃料ライン
８ 燃焼器
１０ 排ガス排出ライン
１２ ガス‐ガスヒータ
１４ 排熱回収装置
１６ 燃料調整弁
１８ 温度センサ
２０ 燃焼器温度制御装置
２２ 排ガスエコノマイザ
２４ 蒸気タービン
２６，１１２ 発電機
２８ 復水器
３０ 蒸気ライン
３２ 復水ライン
３４ バイパスライン
３６ バイパス弁
３８ バイパス弁制御装置
５０ 舶用推進プラント
５２ ＬＮＧタンク
５４ ガス圧縮機
５６ 再液化装置
５８ 熱交換器
６０ 燃料ガスライン
６２ Ｎ_２リッチガスライン
６４ リターンライン
６６ リッチガス弁
６８ ダンプライン
７０ ダンプ弁
７２ 放出ライン
１００ 舶用ガスエンジン
１０２ プロペラ
１１０ 発電用ガスエンジン

Claims (11)

1. 燃焼器と、
   舶用ガスエンジンから排出されたスリップメタンを含む排ガスを前記燃焼器に供給するための排ガス供給ラインと、
   前記排ガス供給ラインにおける前記舶用ガスエンジンと前記燃焼器との間に位置するガス‐ガスヒータと、
   排ガスエコノマイザと、
   前記燃焼器から排出された前記排ガスを前記排ガスエコノマイザに供給するための排ガス排出ラインと、
   を備え、
   前記ガス‐ガスヒータは、前記排ガス排出ラインにおける前記燃焼器と前記排ガスエコノマイザとの間に位置し、前記排ガス供給ラインを流れる前記スリップメタンを含む前記排ガスと前記排ガス排出ラインを流れる前記排ガスとの熱交換により前記排ガス供給ラインを流れる前記スリップメタンを含む前記排ガスを加熱するように構成された、スリップメタン処理装置。
2. 前記燃焼器に加熱用燃料を供給するための燃料ラインと、
   前記燃料ラインに設けられた燃料調整弁と、
   前記燃料調整弁を制御することにより前記燃焼器の燃焼温度を制御するように構成された燃焼器温度制御装置と、
   前記燃焼器の燃焼温度を計測する温度センサと、
   を備え、
   前記燃焼器温度制御装置は、前記温度センサの出力に基づいて、前記燃焼器の燃焼温度を設定温度に近づけるように前記燃料調整弁を制御するように構成された、請求項１に記載のスリップメタン処理装置。
3. 前記設定温度は、５３７℃以上である、請求項２に記載のスリップメタン処理装置。
4. 前記設定温度は、１０００℃以下である、請求項３に記載のスリップメタン処理装置。
5. 前記排ガス排出ラインにおける前記燃焼器と前記ガス‐ガスヒータとの間の位置において前記排ガス排出ラインから分岐し、前記排ガス排出ラインにおける前記ガス‐ガスヒータと前記排ガスエコノマイザとの間の位置において前記排ガス排出ラインに合流するバイパスラインを更に備える、請求項１に記載のスリップメタン処理装置。
6. 前記バイパスラインに設けられたバイパス弁と、
   前記排ガスエコノマイザで回収するエネルギーの需要に関する需要情報に基づいて、前記バイパス弁を制御するように構成されたバイパス弁制御装置と、
   を更に備える、請求項５に記載のスリップメタン処理装置。
7. 前記バイパス弁制御装置は、前記需要情報が示す前記需要が大きくなるにつれて、前記バイパス弁の開度を大きくするように構成された、請求項６に記載のスリップメタン処理装置。
8. 前記排ガスエコノマイザで生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンに連結された発電機と、
   を更に備え、
   前記需要情報は、前記舶用ガスエンジンが搭載された船舶の船内電力需要を示しており、
   前記バイパス弁制御装置は、前記需要情報が示す前記船内電力需要が大きくなるにつれて、前記バイパス弁の開度を大きくするように構成された、請求項７に記載のスリップメタン処理装置。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載のスリップメタン処理装置と、
   前記舶用ガスエンジンと、
   液化天然ガスのボイルオフガスを再液化するための再液化装置と、
   前記再液化装置によって前記ボイルオフガスを再液化する際に発生するＮ_２リッチガスを前記燃焼器に供給するためのＮ_２リッチガスラインと、
   を備える舶用推進プラント。
10. 請求項２乃至４の何れか１項に記載のスリップメタン処理装置と、
    前記舶用ガスエンジンと、
    液化天然ガスのボイルオフガスを再液化するための再液化装置と、
    前記再液化装置によって前記ボイルオフガスを再液化する際に発生するＮ_２リッチガスを前記燃焼器に供給するためのＮ_２リッチガスラインと、
    を備え、
    前記Ｎ_２リッチガスラインからの前記Ｎ_２リッチガスが、前記燃料ラインからの前記加熱用燃料よりも優先的に前記燃焼器に供給される、舶用推進プラント。
11. 請求項２乃至４の何れか１項に記載のスリップメタン処理装置と、
    前記舶用ガスエンジンと、
    液化天然ガスのボイルオフガスを再液化するための再液化装置と、
    前記再液化装置によって前記ボイルオフガスを再液化する際に発生するＮ_２リッチガスを前記燃焼器に供給するためのＮ_２リッチガスラインと、
    前記Ｎ_２リッチガスラインに設けられたＮ_２リッチガス弁と、
    を備え、
    前記燃焼器温度制御装置は、前記Ｎ_２リッチガス弁が開いた状態において、前記燃焼器の燃焼温度を前記設定温度に近づけるように前記燃料調整弁を制御するように構成された、舶用推進プラント。
    

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