WO2023021719A1 - 揮発アンモニアガス処理装置および処理方法 - Google Patents

揮発アンモニアガス処理装置および処理方法 Download PDF

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ammonia
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volatilized
mixing
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聡一郎 櫻井
望 服部
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株式会社三井Ｅ＆Ｓマシナリー
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F21/00—Dissolving
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/38—Apparatus or methods specially adapted for use on marine vessels, for handling power plant or unit liquids, e.g. lubricants, coolants, fuels or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous

Definitions

  • the present invention relates to volatilized ammonia gas treatment.
  • the volatilized ammonia gas is taken out, re-liquefied and returned to the tank.
  • reliquefaction requires a large amount of electricity, which poses a problem from an energy efficiency point of view.
  • diesel engines in particular use a selective reduction catalyst unit.
  • the selective reduction catalyst unit removes nitrogen oxides generated by combustion of raw materials represented by heavy oil.
  • a large amount of either urea water, ammonia gas, ammonia water, or an ammonia compound is required and stored in a tank.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-204715 discloses a system and method for supplying boil-off gas generated from a liquefied gas fuel storage tank to gas utilization equipment by decompressing or compressing it. .
  • Patent Document 1 requires a separate compressor and reservoir. Therefore, it is not possible to make effective use of the lines already installed on the ship. In particular, in LNH3-equipped ships, it is not possible to divert the reducing agent supply piping and the like to the selective reduction catalyst unit. In order to effectively use volatilized ammonia gas, it is necessary to increase the number of facilities.
  • An object of the present invention is to provide a volatilized ammonia gas processing apparatus and a processing method that can effectively utilize volatilized ammonia gas.
  • a first aspect of the present invention is An apparatus for the treatment of volatile ammonia gas on board ships carrying liquefied ammonia as cargo or engine fuel, comprising: a storage unit that stores ammonia gas volatilized from the liquefied ammonia; a transport unit that supplies the ammonia gas to a selective reduction catalyst unit connected to an engine of the ship; It is a volatilized ammonia gas treatment device.
  • a second aspect of the present invention is An apparatus for the treatment of volatile ammonia gas on board ships carrying liquefied ammonia as cargo or engine fuel, comprising: a storage unit that stores ammonia gas volatilized from the liquefied ammonia; a transport unit that supplies the ammonia gas; a mixing unit that mixes the ammonia gas supplied from the transport unit and a solvent to generate an ammonia compound; a storage unit that stores the ammonia compound generated in the mixing unit; It is a volatilized ammonia gas treatment device.
  • a third aspect of the present invention is A method of treating volatile ammonia gas on a vessel carrying liquefied ammonia as cargo or engine fuel, comprising: storing ammonia gas volatilized from the liquefied ammonia in a storage unit; supplying the ammonia gas stored in the storage unit to a selective reduction catalyst unit connected to the engine of the ship; It is a volatilized ammonia gas treatment method.
  • a fourth aspect of the present invention is A method of treating volatile ammonia gas on a vessel carrying liquefied ammonia as cargo or engine fuel, comprising: storing ammonia gas volatilized from the liquefied ammonia in a storage unit; supplying the ammonia gas accommodated in the accommodation unit to the mixing unit; mixing the ammonia gas supplied to the mixing unit with a solvent to generate an ammonia compound; stockpiling the ammonia compound produced in the mixing unit; It is a volatilized ammonia gas treatment method.
  • volatilized ammonia gas processing apparatus and processing method of the present invention volatilized ammonia gas can be effectively used.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a volatilization ammonia gas treatment apparatus 1 of this embodiment.
  • the volatilized ammonia gas treatment device 1 has a storage section 4 and a transport section 5 .
  • the storage unit 4 stores volatilized ammonia gas generated from LNH3 stored in the ammonia fuel tank 2 and the cargo ammonia tank 3 .
  • the transport section 5 directly supplies the ammonia gas to the selective reduction catalyst unit 10 as shown in FIG. 1 by using a blower or the like.
  • the ammonia fuel tank 2 stores ammonia, which is part of the fuel used for the main engine of the marine engine. Ammonia is stored in the ammonia fuel tank 2 as LNH3. In order to maintain the liquid state of LNH3, the ammonia fuel tank 2 maintains the inside at high pressure or low temperature.
  • the ammonia fuel tank 2 When a large amount of LNH3 is loaded on a ship for a long voyage or the like, the ammonia fuel tank 2 is thin and easy to work, and the full reflex type (atmospheric pressure type) or semi-reflex type (semi-pressurized type) is mainly used. Therefore, boil-off gas may be generated due to natural heat input or the like. Therefore, in order to maintain the ammonia fuel tank 2 in the liquid state of LNH3, a reliquefying device is required. The volatilized ammonia gas from the ammonia fuel tank 2 and the volatilized ammonia gas from the after-mentioned cargo ammonia tank 3 are transported to the storage unit 4 without going through the reliquefaction device.
  • the cargo ammonia tank 3 stores LNH3 as cargo, not the fuel used for the main engine of the marine engine. Similar to the ammonia fuel tank 2, the cargo ammonia tank 3 maintains an internal high pressure or low temperature to maintain the liquid state of the LNH3 in the cargo ammonia tank 3.
  • a full-reflex type (atmospheric pressure type) or a semi-reflex type (semi-pressurization type), which is thin and easy to process, is mainly used as the cargo ammonia tank 3 . Therefore, boil-off gas may be generated due to natural heat input or the like. Therefore, in order to maintain the cargo ammonia tank 3 with only LNH3, a reliquefaction device is required.
  • a reliquefaction unit compresses or condenses the vaporized ammonia gas and thus requires a great deal of power.
  • the volatilized ammonia gas from the cargo ammonia tank 3 and the volatilized ammonia gas from the ammonia fuel tank 2 are transported to the storage unit 4 without going through the reliquefaction device.
  • the storage unit 4 stores volatilized ammonia gas from the ammonia fuel tank 2 and the cargo ammonia tank 3. As described above, the ammonia fuel tank 2 and cargo ammonia tank 3 are maintained at high pressure or low temperature so as to maintain the liquid state. However, volatilized ammonia gas, which is boil-off gas, may still be present. The volatilized ammonia gas is transported to the storage section 4 via a pressure reducing valve or the like. Pressure reducing valves and the like are provided above the ammonia fuel tank 2 and the cargo ammonia tank 3 .
  • the transport section 5 of the present embodiment directly supplies the ammonia gas sent from the storage section 4 to the selective reduction catalyst unit 10 .
  • the transport unit 5 has a transport function such as a blower. Thereby, ammonia gas can be supplied or transported through piping or the like.
  • a transport function such as a blower.
  • the material of the storage part 4 and the transport part 5 is preferably a corrosion-resistant material so as to prevent stress corrosion cracking.
  • the transportation part 5 as a whole is not particularly limited as long as it is manufactured by a material and a welding method that are unlikely to cause stress corrosion cracking.
  • the selective reduction catalyst unit 10 is a structure having a plurality of through holes extending in one direction to form gas flow paths.
  • a catalyst is supported along the inner walls of the structure defining the through holes.
  • vanadium, tungsten, and platinum are formed as contained elements.
  • the catalyst may be produced by extrusion using titanium oxide as a main component.
  • Exhaust gas containing nitrogen oxides emitted from a main engine of a marine engine or the like flows along the flow path. Nitrogen oxides are removed by supplying ammonia water as a reducing agent from the transport unit 5 at a predetermined flow rate and at a predetermined concentration.
  • the selective reduction catalyst unit 10 is not particularly required only for diesel engines. If nitrogen oxides are also generated in a gas engine or the like, the selective reduction catalyst unit 10 is connected to the main engine or the like of the engine. Further, a flow rate adjusting section 7 may be provided before the selective reduction catalyst unit 10 .
  • Ammonia is always used or stored in the main engines of marine engines that use ammonia as part of the fuel, and in ships that carry LNH3 as cargo. Therefore, urea water as a reducing agent, which is widely used when using a selective reduction catalyst, becomes unnecessary. Urea water and ammonia gas have substantially the same effect as reducing agents.
  • ammonia gas As a reducing agent, it is possible to reduce the amount of carbon dioxide emitted while using the existing urea water supply piping. Specifically, after examining the pressure condition of the ammonia gas that satisfies the design conditions of the urea water supply pipe, the ammonia gas is supplied by a gas compressor or a pressure regulating valve. Therefore, a gate valve and a bypass line for the gas supply line may be provided before and after the liquid supply pump.
  • the ammonia gas remaining in the upper part of the ammonia fuel tank 2 and cargo ammonia tank 3 can be used as it is as a reducing agent for the selective reduction catalyst.
  • the space inside the ship can be effectively used.
  • Ammonia is toxic, so a detoxification device is required, but the load on the detoxification device can also be reduced.
  • the selective reduction catalyst unit 10 is not required only for diesel engines. Therefore, when the engine of the LNH3-equipped ship does not use ammonia as fuel, the volatilized ammonia gas is supplied to the selective reduction catalyst unit 10 from the cargo ammonia tank 3 . In this case, the type of engine is irrelevant. Similarly, when the main engine of the engine of the LNH3-equipped ship uses ammonia as fuel, the ammonia gas from either the ammonia fuel tank 2 or the cargo ammonia tank 3, or the ammonia gas mixed from both is selected. It is supplied to the reduction catalyst unit 10 .
  • FIG. 2 is an overall view of the volatilized ammonia gas treatment apparatus 1 of this embodiment. Unlike the first embodiment, the ammonia gas stored in the storage section 4 from the ammonia fuel tank 2 or the cargo ammonia tank 3 is not directly supplied to the selective reduction catalyst unit 10 via the transport section 5 .
  • the volatilized ammonia gas treatment apparatus 1 of this embodiment has a storage section 4 , a transport section 5 , a distillation section 6 , a mixing section 8 and a storage section 9 .
  • the volatilized ammonia gas treatment device 1 may have a flow rate adjusting section 7 attached to the mixing section 8 .
  • the ammonia gas stored in the storage section 4 from the ammonia fuel tank 2 or the cargo ammonia tank 3 is supplied to the lower portion of the mixing section 8 .
  • the ammonia gas may be ammonia gas obtained by collecting the waste liquid emitted from the marine diesel engine itself, which uses ammonia as part of the fuel, and vaporizing the LNH3 separated therefrom.
  • the distilling section 6 is for pumping up and distilling seawater located around the ship to obtain fresh water. Whether the ship is in operation or at berth, seawater located around the ship is taken up by pumps or the like. Fresh water is mainly used as cooling water for main engines, generator engines, and air compressors in marine diesel engines, and is also used as water supply to boilers, drinking water, and miscellaneous service water. As shown in FIG. 2, ammonia gas is dissolved in fresh water in the mixing unit 8 to produce aqueous ammonia.
  • the flow rate adjusting section 7 is a flow rate adjusting valve.
  • the flow rate adjusting section 7 adjusts the flow rate of liquid such as fresh water generated in the distillation section 6 .
  • the flow rate adjusting unit 7 adjusts the flow rate of gas such as ammonia gas.
  • the flow rate adjusting unit 7 is preferably installed at the inlet of the mixing unit 8 so that the ammonia water stored in the storage unit 9 has a predetermined concentration. Ammonia water having a predetermined concentration can be easily produced by the flow rate adjusting unit 7 . Further, the operation of the later-described stirring unit 91 can be omitted by the flow rate adjusting unit 7 .
  • the mixing section 8 mixes the fresh water produced in the distillation section 6 with ammonia gas. Since ammonia gas is very soluble in water, it dissolves well in fresh water in a liquid state.
  • the mixing section 8 has a shower head 81 in the upper part of the inside. shower head 81 sprays clean water produced in distillation section 6 .
  • the ammonia gas which is lighter than air, dissolves in the fresh water in liquid form above. Ammonia water is thus stored in the lower portion of the mixing section 8 .
  • ammonia gas is easily dissolved in water, it is not necessary to provide a stirring section in the mixing section 8 .
  • the temperature of the water rises only to about 30 degrees.
  • the temperature of the water rises to about 90°C due to the exothermic reaction due to the contact of water and ammonia gas.
  • a heat exchanger (not shown) is installed in the mixing section 8 to remove the heat of reaction. By removing the heat of reaction between ammonia gas and water, temperature rise is prevented and the amount of dissolved ammonia gas increases. Also, it prevents the pressure rise in the mixing section 8 due to the temperature rise. This facilitates device design. Reaction heat generated by the reaction of ammonia gas with fresh water can also be used as energy for producing fresh water in the distillation section 6 .
  • the mixing section 8 itself may be a heat exchanger type reactor such as a tubular reactor.
  • the storage unit 9 stores the ammonia water produced by the mixing unit 8 .
  • the storage unit 9 supplies ammonia water to the selective reduction catalyst unit 10 at a predetermined flow rate and a predetermined concentration. Therefore, it is preferable to install a densitometer or the like (not shown) at the inlet and outlet of the storage unit 9 .
  • a first densitometer is provided at the inlet of the storage unit 9 .
  • a second densitometer is provided at the outlet of the storage unit 9 .
  • a density meter which is easier to measure than the densitometer, may be installed. In that case, it is necessary to acquire in advance the relationship between the measured value of the density meter and the concentration.
  • the ammonia water concentration is about 15% at normal temperature and normal pressure.
  • the ammonia water concentration is about 40% at maximum in a saturated state, and the higher the concentration of the ammonia water supplied to the selective reduction catalyst unit 10, the better.
  • the storage unit 9 may have a stirring unit 91 inside.
  • the aqueous ammonia supplied from the outlet of the mixing unit 8 to the storage unit 9 has a uniform concentration. However, due to the temperature gradient on the outer wall of the storage section 9, the ammonia gas may partially volatilize.
  • the storage unit 9 may have a mechanism in its lower part for rotating the stirrer in one direction at a constant speed in the tank.
  • the stirrer is, for example, rod-shaped, plate-shaped, or propeller-shaped.
  • the stirring unit 91 is interlocked with concentration meters and density meters installed at the inlet and outlet of the storage unit 9 so as to supply ammonia water to the selective reduction catalyst unit 10 at a predetermined concentration and at a predetermined flow rate. preferably work.
  • concentration difference between the inflow port and the outflow port of the storage unit 9 difference in concentration between the first densitometer and the second densitometer
  • the storage unit 9 automatically activates the stirring unit 91 .
  • the valve to the selective reduction catalyst unit 10 is not opened until the concentration difference falls within a certain value.
  • the storage unit 9 automatically stops the stirring unit 91 and the valve to the selective reduction catalyst unit 10 is opened.
  • the concentration of aqueous ammonia is made uniform in the pipes leading to the mixing unit 8 and the storage unit 9, and the like. If the concentration difference between the inflow port and the outflow port of the storage unit 9 is within a certain value, the stirring unit 91 becomes unnecessary.
  • volatilization Ammonia gas can be temporarily stored in the storage unit 9 . As a result, the volatilized ammonia gas can be effectively used.
  • the concentration of the aqueous ammonia is made uniform by the agitating section 91 located below the storage section 9 .
  • ammonia water is supplied to the selective reduction catalyst unit 10 at a predetermined concentration and at a predetermined flow rate, and nitrogen oxides contained in the exhaust gas from the engine can be efficiently removed.
  • FIG. 3 is an overall view of the volatilized ammonia gas treatment apparatus 1 of this embodiment. Unlike the second embodiment, the ammonia compound produced in the mixing section 8 is not directly supplied from the storage section 9 to the selective reduction catalyst unit 10 . Moreover, the solvent for the ammonia compound generated in the mixing section 8 of the present embodiment is clear water or sulfuric acid.
  • Sulfuric acid is further supplied to the mixing section 8 of the present embodiment via the flow rate adjusting section 7 .
  • the mixing section 8 mixes the supplied sulfuric acid and ammonia gas. Since ammonia gas is very soluble in water, it dissolves well in liquid sulfuric acid.
  • the mixing section 8 has a shower head 81 in the upper part of the inside. The shower head 81 sprays sulfuric acid supplied to the mixing section 8 . This allows the ammonia gas, which is lighter than air, to dissolve into the liquid sulfuric acid above. Ammonium sulfate is thus stored in the lower portion of the mixing section 8 .
  • the solvent for the ammonia compound is not limited to clear water or sulfuric acid.
  • the storage unit 9 of the present embodiment stores and stores the aqueous ammonia or ammonium sulfate generated in the mixing unit 8 so as to be sold on land.
  • a densitometer or the like is preferably installed at the inlet of the stockpile unit 9 so as to obtain a predetermined concentration so that the water can be used immediately after landing.
  • a density meter may be installed at the inlet of the storage section 9 .
  • ammonia gas vaporized from the ammonia fuel tank 2 and cargo ammonia tank 3 is toxic. Therefore, it is necessary to dispose of it using an abatement device. Unlike the second embodiment, which is not used for the selective reduction catalyst, in this embodiment, it is stored in the storage unit 9 so that it can be used on land. As a result, the ammonia compound can be used for sales or the like while reducing the load on the abatement device.
  • the storage unit 9 will contain an ammonia compound (ammonia water and ammonium sulfate) can be temporarily stored. Therefore, it can be used in combination with applications such as sales on land and applications to supply the selective reduction catalyst unit 10 .
  • ammonia gas volatilized from the ammonia fuel tank 2 and the cargo ammonia tank 3 may be stored in the storage section 4. Thereby, the load on the abatement device can be reduced.
  • heat of reaction generated in the mixing section 8 by reaction of ammonia gas with fresh water may be used as energy for producing fresh water in the distillation section 6 .
  • the mixing section 8 can be cooled at the same time as assisting the distillation section 6, so that environmental friendliness is high.
  • the mixing section 8 itself may be a heat exchanger type reactor such as a tubular reactor in order to utilize reaction heat.
  • the dashed lines in FIGS. 2 and 3 represent the flow of reaction heat.
  • Ammonia water is stored in the lower portion of the mixing section 8 . Therefore, it is preferable to install a heat exchanger or the like in the lower portion of the mixing section 8 so that the heat of chemical reaction can be used more easily.
  • a sensor for measuring nitrogen oxides is attached to the lower portion of the selective reduction catalyst unit 10 of the second embodiment, and the flow rate of the aqueous ammonia supplied from the storage unit 9 may be adjusted by feedback control. Even if the concentration of discharged nitrogen oxides varies depending on the operating conditions of the engine, the amount of ammonia water supplied from the storage unit 9 can be adjusted, so that the apparatus can be made more efficient with high environmental adjustment. Alternatively, the concentration of the ammonia water generated in the mixing unit 8 and supplied to the storage unit 9 may be adjusted instead of the amount of ammonia water supplied from the storage unit 9 . Again, the total amount of reducing agent required for the removal of nitrogen oxides is supplied to the selective reduction catalyst unit 10 . In particular, it is preferable to adjust the concentration of the ammonia water supplied to the storage unit 9 in a situation where the storage unit 9 does not store much ammonia water.

Abstract

液化アンモニア搭載船において、揮発アンモニアガスを有効利用できる揮発アンモニアガスの処理装置を提供する。貨物又はエンジン燃料として液化アンモニアを搭載する船舶における揮発アンモニアガスの処理装置は、液化アンモニアから揮発するアンモニアガスを収容する収容部(４)と、アンモニアガスを船舶のエンジンに接続される選択式還元触媒ユニット(１０)に供給する輸送部(５)と、を有する。

Description

揮発アンモニアガス処理装置および処理方法
　本発明は、揮発アンモニアガス処理に関する。
　近年、環境負荷の低減のため、アンモニアガスの利用技術が着目されている。そのため、貨物として液化アンモニア（以下「ＬＮＨ３」とする）を搭載する船舶が増加している。また、アンモニア焚きエンジンの開発も進められており、エンジン燃料としてＬＮＨ３を搭載する船舶の増加も予想される。ＬＮＨ３を貯留するタンクにおいては、自然入熱等によりボイルオフガスと呼ばれる揮発アンモニアガスが発生する。アンモニアガスが生じるままにしておくとタンク内の圧力が上昇するため、大気放出等により処理する必要がある。しかし、アンモニアは毒性があり、揮発アンモニアガスをそのまま大気放出することはできず、除害装置等により除去する必要がある。
　また、揮発アンモニアガスを取り出し、再液化しタンクに戻すことも実機にて行われている。しかし、再液化には大量の電力が要求されるため、エネルギー効率の観点から問題となる。
　一方、船舶に用いられるエンジンのうち、特にディーゼルエンジンでは、選択式還元触媒ユニットが用いられる。選択式還元触媒ユニットは、重油に代表される原料の燃焼により発生する窒素酸化物を除去する。還元剤として、尿素水またはアンモニアガス、アンモニア水、アンモニア化合物のいずれかが大量に必要となり、タンクに備蓄される。
　特開２０１８－２０４７１５号公報（以下、特許文献１）には、液化ガス燃料の貯留タンクから発生するボイルオフガスを減圧や圧縮などにより、ガス利用設備に供するためのシステムおよび方法が開示されている。
　特許文献１に開示される技術は、圧縮機や貯留機を別途必要とする。そのため、船舶に既設されているラインなどを有効利用できない。特にＬＮＨ３搭載船においては、選択式還元触媒ユニットに還元剤の供給配管などを流用できない。揮発アンモニアガスを有効利用するためには、設備を増加する必要がある。
　本発明は、揮発アンモニアガスを有効利用できる、揮発アンモニアガス処理装置および処理方法を提供することを目的とする。
　本発明の第１の観点は、
　貨物又はエンジン燃料として液化アンモニアを搭載する船舶における揮発アンモニアガスの処理装置であって、
　前記液化アンモニアから揮発するアンモニアガスを収容する収容部と、
　前記アンモニアガスを前記船舶のエンジンに接続される選択式還元触媒ユニットに供給する輸送部と、
　を有する、揮発アンモニアガス処理装置である。
　本発明の第２の観点は、
　貨物又はエンジン燃料として液化アンモニアを搭載する船舶における揮発アンモニアガスの処理装置であって、
　前記液化アンモニアから揮発するアンモニアガスを収容する収容部と、
　前記アンモニアガスを供給する輸送部と、
　前記輸送部から供給された前記アンモニアガスと、溶媒とを混合して、アンモニア化合物を生成する混合部と、
　前記混合部で生成された前記アンモニア化合物を備蓄する備蓄部と、
　を有する、揮発アンモニアガス処理装置である。
　本発明の第３の観点は、
　貨物又はエンジン燃料として液化アンモニアを搭載する船舶における揮発アンモニアガスの処理方法であって、
　前記液化アンモニアから揮発するアンモニアガスを収容部に収容し、
　前記収容部に収容された前記アンモニアガスを前記船舶のエンジンに接続される選択式還元触媒ユニットに供給する、
　揮発アンモニアガス処理方法である。
　本発明の第４の観点は、
　貨物又はエンジン燃料として液化アンモニアを搭載する船舶における揮発アンモニアガスの処理方法であって、
　前記液化アンモニアから揮発するアンモニアガスを収容部に収容し、
　前記収容部に収容された前記アンモニアガスを混合部に供給し、
　前記混合部に供給された前記アンモニアガスと、溶媒とを混合して、アンモニア化合物を生成し、
　前記混合部で生成された前記アンモニア化合物を備蓄する、
　揮発アンモニアガス処理方法である。
　本発明の揮発アンモニアガス処理装置および処理方法によれば、揮発アンモニアガスを有効利用できる。
第１実施形態の揮発アンモニアガス処理装置の概要図 第２実施形態の揮発アンモニアガス処理装置の全体図 第３実施形態の揮発アンモニアガス処理装置の全体図
　以下、図面を用いて実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。
＜第１実施形態＞
　本実施形態の揮発アンモニアガス処理装置１の構成について説明する。
　図１は、本実施形態の揮発アンモニアガス処理装置１の概略図である。揮発アンモニアガス処理装置１は、収容部４と、輸送部５とを有する。収容部４は、アンモニア燃料タンク２と貨物用アンモニアタンク３に貯留されたＬＮＨ３から発生する揮発アンモニアガスを収容する。輸送部５は、アンモニアガスをブロワー等により、図１のように、選択式還元触媒ユニット１０に直接供給する。
　アンモニア燃料タンク２は、舶用エンジンの主機等に使用される燃料の一部であるアンモニアを備蓄する。アンモニアは、アンモニア燃料タンク２の中においてはＬＮＨ３として保管される。ＬＮＨ３の液体状態を維持するため、アンモニア燃料タンク２は、内部を高圧、または低温に保持する。
　長期航海等により大量のＬＮＨ３を船舶に搭載する場合、アンモニア燃料タンク２は肉厚を薄く、かつ、加工しやすいフルレフ式（大気圧式）やセミレフ式（半加圧式）が主として用いられる。そのため、自然入熱等によるボイルオフガスが発生し得る。そこで、アンモニア燃料タンク２をＬＮＨ３の液体状態で維持するためには、再液化装置が必要となる。収容部４には、再液化装置を経由せず、アンモニア燃料タンク２からの揮発アンモニアガスと後述の貨物用アンモニアタンク３からの揮発アンモニアガスが輸送される。
　貨物用アンモニアタンク３は、舶用エンジンの主機等に使用される燃料ではなく、貨物としてのＬＮＨ３を備蓄する。アンモニア燃料タンク２と同様、貨物用アンモニアタンク３の中において、ＬＮＨ３の液体状態を維持するため、貨物用アンモニアタンク３は内部を高圧、または低温に保持する。
　大量のＬＮＨ３を船舶に搭載する場合、貨物用アンモニアタンク３は肉厚を薄く、かつ、加工しやすいフルレフ式（大気圧式）やセミレフ式（半加圧式）が主として用いられる。そのため、自然入熱等によるボイルオフガスが発生し得る。そこで、貨物用アンモニアタンク３をＬＮＨ３だけで維持するためには、再液化装置が必要となる。再液化装置は、気化したアンモニアガスを圧縮または凝縮するため、多大な動力を必要とする。
　収容部４には、再液化装置を経由せず、貨物用アンモニアタンク３からの揮発アンモニアガスとアンモニア燃料タンク２からの揮発アンモニアガスが輸送される。
　収容部４は、アンモニア燃料タンク２や貨物用アンモニアタンク３からの揮発アンモニアガスを収容する。アンモニア燃料タンク２や貨物用アンモニアタンク３は上述のとおり、液体状態を保ちうるよう内部を高圧、または低温に保持する。しかし、それでもボイルオフガスである揮発アンモニアガスが存在し得る。揮発アンモニアガスは、減圧弁等を介して収容部４に輸送される。減圧弁等は、アンモニア燃料タンク２や貨物用アンモニアタンク３の上部に設けられる。
　図１に示すように、本実施形態の輸送部５は、収容部４から送付されたアンモニアガスを、直接、選択式還元触媒ユニット１０に供給する。輸送部５は、ブロワー等の輸送機能を有する。これにより、アンモニアガスを、配管等を通して供給または輸送できる。
　選択式還元触媒に液体状態の還元剤を供給する場合、気化させる必要があるところ、本実施形態では、輸送部５を介して、気体状態のアンモニアガスを選択式還元触媒ユニット１０に供給するため、還元剤を気化させる手間を省略できる。
　アンモニアガスを直接、供給または輸送するため、収容部４や輸送部５の材質は、応力腐食割れを防止するよう耐腐食性材料であることが好ましい。
　なお、輸送部５は、全体として、応力腐食割れ発生しにくい材質や溶接方法で製造されていれば、特に限定されるものではない。
　選択式還元触媒ユニット１０は、気体の流路を形成するように一方向に延びた複数の貫通孔を有する構造体である。貫通孔を画定する構造体の内壁に沿って、触媒が担持される。触媒表面において、バナジウムやタングステンや白金が含有元素として構成される。触媒は、酸化チタンを主成分として、押出成形にて製造されるものでもよい。流路に沿って舶用エンジンの主機等から出る窒素酸化物を含む排気ガスが流される。還元剤としてのアンモニア水が輸送部５から所定の流量、所定の濃度で供給されることで、窒素酸化物が除去される。
　なお、選択式還元触媒ユニット１０は、特にディーゼルエンジンのみに必要とされるものではない。ガスエンジン等においても窒素酸化物が発生するならば、選択式還元触媒ユニット１０は、エンジンの主機等に接続される。
　また、選択式還元触媒ユニット１０の手前に、流量調整部７が設けられてもよい。
　アンモニアを燃料の一部とする舶用エンジンの主機等や、貨物としてＬＮＨ３を搭載している船舶では、常時アンモニアを使用又は貯留している。そのため、選択式還元触媒の利用に際して広く用いられている、還元剤としての尿素水が不要となる。尿素水とアンモニアガスは、還元剤としての効果はほぼ同じである。
　アンモニアガスを還元剤として用いる際、既存の尿素水供給配管を流用しつつ、排出される二酸化炭素を削減できる。具体的には、尿素水供給配管の設計条件を満たすアンモニアガスの圧力条件を検討した後、ガス圧縮器または圧力調整弁でアンモニアガスを供給する。そのため、液体用供給ポンプの前後に、仕切り弁とガス供給ライン用のバイパスラインを設ければよい。
　また、ＬＮＨ３は気化しやすいため、アンモニア燃料タンク２や貨物用アンモニアタンク３の上部に滞留するアンモニアガスを、そのまま選択式還元触媒の還元剤として利用できる。これにより、再液化装置をコンパクトにする、または、再液化装置が不要となり、省エネルギー化に資する。また、船内スペースを有効利用できる。アンモニアは毒性があるため、除害装置が必要になるが、除害装置への負荷も軽減できる
　なお、選択式還元触媒ユニット１０は、ディーゼルエンジンのみに必要とされるものではない。そのため、ＬＮＨ３搭載船のエンジンがアンモニアを燃料としない場合は、貨物用アンモニアタンク３から揮発したアンモニアガスが選択式還元触媒ユニット１０に供給される。この場合、エンジンの種類は関係がない。
　同様に、ＬＮＨ３搭載船のエンジンの主機等がアンモニアを燃料とする場合は、アンモニア燃料タンク２及び貨物用アンモニアタンク３のいずれか一方からのアンモニアガスや、両方から混合したアンモニアガスが、選択式還元触媒ユニット１０に供給される。
＜第２実施形態＞
　以下、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と略同様の機能や構成については、その説明を省略する。
　図２は、本実施形態の揮発アンモニアガス処理装置１の全体図である。第１実施形態と異なり、アンモニア燃料タンク２や貨物用アンモニアタンク３から収容部４に収容されたアンモニアガスは、輸送部５を介して選択式還元触媒ユニット１０に直接供給されない。本実施形態の揮発アンモニアガス処理装置１は、収容部４と、輸送部５と、蒸留部６と、混合部８と、備蓄部９とを有する。揮発アンモニアガス処理装置１は、混合部８に取り付けられる流量調整部７を有してもよい。本実施形態において、アンモニア燃料タンク２や貨物用アンモニアタンク３から収容部４に収容されたアンモニアガスは、混合部８の下部に供給される。
　なお、アンモニアガスは、環境調和性の向上を図るため、アンモニアを燃料の一部とする舶用ディーゼルエンジン自体から出た廃液を回収し、そこから分離されたＬＮＨ３を気化させたアンモニアガスでもよい。
　蒸留部６は、船舶のまわりに位置する海水を汲み上げ、蒸留し、清水を得るためのものである。船舶の運航中または停泊中に関わらず、船舶の周りに位置する海水は、ポンプ等により取り込まれる。清水は、主に舶用ディーゼルエンジンにおける主機、発電機関、空気圧縮機の冷却水として用いられ、ボイラへの給水及び飲料水及び雑用水としても用いられる。図２に示すように、混合部８にて清水にアンモニアガスが溶け込み、アンモニア水が生成される。
　流量調整部７は、流量調整弁である。流量調整部７は、蒸留部６にて生成される清水などの液体の流量を調整する。また、流量調整部７は、アンモニアガスなどの気体の流量を調整する。
　流量調整部７は、備蓄部９に蓄えられるアンモニア水が所定の濃度となるように、混合部８の入口に設置されることが好ましい。流量調整部７により、所定の濃度のアンモニア水が作成しやすい。また、流量調整部７により、後述の撹拌部９１での動作を省略できる。
　混合部８は、蒸留部６で生成された清水と、アンモニアガスとを混合する。アンモニアガスは、水に非常に溶けやすいため、液体状態の清水に良く溶け込む。混合部８は、内部上方にシャワーヘッド８１を有する。シャワーヘッド８１は、蒸留部６で生成された清水を噴霧する。これにより、空気よりも軽いアンモニアガスは、上部にある液体状態の清水に溶け込む。そうして、混合部８の下部にアンモニア水が貯留される。
　なお、アンモニアガスは水に溶けやすいため、混合部８に撹拌部を設けなくてもよい。
　水とＬＮＨ３の接触による発熱反応の場合、水の温度は、約３０度までしか上昇しない。これに対し、水とアンモニアガスとの接触による発熱反応により、水の温度は、約９０度まで上昇する。反応熱を除去するため、混合部８には、熱交換器（不図示）が設置される。アンモニアガスと水との反応熱を除去することで温度上昇を防ぎ、アンモニアガスの溶解量が増える。また、温度上昇による混合部８の圧力上昇を防ぐ。これにより、装置設計が容易になる。また、アンモニアガスが清水と反応することによって発生する反応熱を、蒸留部６において清水を作成するためのエネルギーとして利用することもできる。
　なお、反応熱を利用するため、混合部８自体をチューブラーリアクターといった熱交換器型反応器としてもよい。
　備蓄部９は、混合部８にて生成されたアンモニア水を備蓄する。また、備蓄部９は、所定の流量、所定の濃度にて、アンモニア水を選択式還元触媒ユニット１０に供給する。そのため、備蓄部９の流入口と流出口に濃度計等（不図示）が設置されることが好ましい。具体的には、備蓄部９の流入口に第１濃度計が設けられる。備蓄部９の流出口に第２濃度計が設けられる。
　なお、濃度計よりも計測することが容易な密度計が設置されてもよい。その場合、密度計の計測値と濃度との関係を予め取得しておくことが必要となる。例えば、光計測での密度計で０.９１２という数値になっている場合、アンモニア水濃度は、常温常圧で約１５％程度となる。アンモニア水濃度は、飽和状態で最大で４０％程度であり、選択式還元触媒ユニット１０に供給されるアンモニア水の濃度は高いほど好ましい。
　備蓄部９は、内部に撹拌部９１を有してもよい。本実施形態では、混合部８の流出口から備蓄部９に供給されるアンモニア水は、均一な濃度になっている。しかし、備蓄部９の外壁の温度勾配によって、部分的にアンモニアガスが揮発している場合があり得る。備蓄部９は、下部に、撹拌子を槽内において一定速度で一方向に回転させる機構があればよい。撹拌子は、例えば、棒状、板状、プロペラ状である。
　撹拌部９１は、所定の濃度、所定の流量でアンモニア水を選択式還元触媒ユニット１０に供給するように、備蓄部９の流入口と流出口に設置された濃度計や密度計と連動して動作することが好ましい。備蓄部９の流入口と流出口での濃度差（第１濃度計と第２濃度計の濃度差）がある一定の値を超えた場合、備蓄部９は撹拌部９１を自動で作動させる。濃度差が一定の値に収まるまで、選択式還元触媒ユニット１０への弁が開かれることはない。濃度差が一定の値に収まると、備蓄部９は、撹拌部９１を自動停止し、選択式還元触媒ユニット１０への弁が開かれる。
　一方、混合部８や備蓄部９へ導かれる配管等において、アンモニア水濃度の均一化が図られていることが好ましい。備蓄部９の流入口と流出口での濃度差がある一定の値に収まっている場合には、撹拌部９１は不要となる。
　本実施形態によれば、アンモニア燃料タンク２や貨物用アンモニアタンク３からの揮発アンモニアガスが大量にあり、還元剤として選択式還元触媒ユニット１０に供給する分量を超過する場合であっても、揮発アンモニアガスを備蓄部９に一時保管できる。これにより、揮発アンモニアガスを有効利用できる。
　なお、混合部８におけるアンモニアガスの拡散度合いによっては、生成されるアンモニア水の濃度に斑が生じる場合がある。この場合、備蓄部９の下部にある撹拌部９１によって、アンモニア水の濃度を均一化する。
　本実施形態によれば、所定の濃度、所定の流量でアンモニア水が選択式還元触媒ユニット１０に供給され、エンジンからの排気ガスに含まれる窒素酸化物を効率的に除去できる。
＜第３実施形態＞
　以下、第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態、第２実施形態と略同様の機能や構成については、その説明を省略する。
　図３は、本実施形態の揮発アンモニアガス処理装置１の全体図である。第２実施形態と異なり、混合部８で生成されたアンモニア化合物は、備蓄部９から選択式還元触媒ユニット１０に直接供給されない。また、本実施形態の混合部８において生成されるアンモニア化合物の溶媒は、清水又は硫酸である。
　本実施形態の混合部８には、更に、流量調整部７を介して、硫酸が供給される。混合部８は、供給された硫酸と、アンモニアガスとを混合する。アンモニアガスは、水に非常に溶けやすいため、液体状態の硫酸に良く溶け込む。混合部８は、内部上方にシャワーヘッド８１を有する。シャワーヘッド８１は、混合部８に供給された硫酸を噴霧する。これにより、空気よりも軽いアンモニアガスは、上部にある液体状態の硫酸に溶け込む。そうして、混合部８の下部に硫酸アンモニウムが貯留される。
　混合部８にアンモニア化合物の溶媒として清水を供給すると、アンモニア水が生成される。一方、混合部８にアンモニア化合物の溶媒として硫酸を供給すると、硫酸アンモニウムが生成される。そのため、陸上での使用や販売等に合わせて、混合部８に導入する溶媒が適時選定される。
　なお、アンモニア化合物の溶媒は、清水や硫酸に限られるものではない。
　本実施形態の備蓄部９は、混合部８にて生成されたアンモニア水または硫酸アンモニウムを、陸上での販売等に供するように備蓄し、保管する。陸揚げ後に、すぐに使用できるように所定の濃度とすべく、備蓄部９の流入口に濃度計等が設置されることが好ましい。第２実施形態と同様、備蓄部９の流入口に密度計が設置されてもよい。
　アンモニア燃料タンク２や貨物用アンモニアタンク３から気化したアンモニアガスは、毒性を有する。そのため、除害装置を用いて廃棄する必要がある。第２実施態様のように選択式還元触媒に利用するのではなく、本実施形態では、陸上で使用できるように、備蓄部９に備蓄する。これにより、除害装置の負荷を軽くしつつ、アンモニア化合物を販売等に用いることもできる。
　アンモニア燃料タンク２や貨物用アンモニアタンク３から揮発するアンモニアガスが大量にあり、還元剤として選択式還元触媒ユニット１０に供給する分量を超過する場合であっても、備蓄部９にアンモニア化合物（アンモニア水や硫酸アンモニウム）を一時保管できる。そのため、陸上での販売等の用途および選択式還元触媒ユニット１０に供給する用途との併用も可能である。
＜その他の実施形態＞
　第１～第３実施形態の揮発アンモニアガス処理装置１に関して、以下のような態様を採用してもよい。
　アンモニア燃料タンク２や貨物用アンモニアタンク３から揮発するアンモニアガスだけでなく、エンジンの主機等への燃料供給ラインから揮発するアンモニアガスが収容部４に収容されてもよい。
　これにより、除害装置への負荷を低減できる。
　第２実施形態又は第３実施形態において、アンモニアガスが清水と反応することによって混合部８で発生する反応熱を、蒸留部６において清水を作成するためのエネルギーとして利用してもよい。
　これにより、蒸留部６へのアシストと当時に、混合部８を冷却できるため、環境調和性が高い。
　なお、反応熱を利用するため、混合部８自体をチューブラーリアクターといった熱交換器型反応器としてもよい。ここで、図２および図３の破線は、反応熱の流れを表したものである。アンモニア水は、混合部８の下部に貯められる。そのため、より化学反応熱を利用しやすいように、熱交換器等も混合部８の下部に設置されることが好ましい。
　第２実施形態の選択式還元触媒ユニット１０の下部に、窒素酸化物を計測するセンサが取り付けられおり、フィードバック制御により備蓄部９から供給されるアンモニア水の流量等を調整してもよい。エンジンの動作状況によって排出される窒素酸化物の濃度に斑が生じる場合にも、備蓄部９からのアンモニア水の供給量を調整できることで、より環境調整性の高い効率的な装置となる。
　また、備蓄部９でのアンモニア水の供給量ではなく、混合部８で生成され、備蓄部９に供給されるアンモニア水の濃度を調整してもよい。この場合も、窒素酸化物の除去に必要とされる還元剤の総量が、選択式還元触媒ユニット１０に供給される。特に、備蓄部９にアンモニア水があまり貯留されていない状況において、備蓄部９に供給されるアンモニア水の濃度を調整することが好ましい。
　以上、種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１　　　揮発アンモニアガス処理装置
２　　　アンモニア燃料タンク
３　　　貨物用アンモニアタンク
４　　　収容部
５　　　輸送部
６　　　蒸留部
７　　　流量調整部
８　　　混合部
８１　　シャワーヘッド
９　　　備蓄部
９１　　撹拌部
１０　　選択式還元触媒ユニット

Claims (12)

  1. 　貨物又はエンジン燃料として液化アンモニアを搭載する船舶における揮発アンモニアガスの処理装置であって、
    　前記液化アンモニアから揮発するアンモニアガスを収容する収容部と、
    　前記アンモニアガスを前記船舶のエンジンに接続される選択式還元触媒ユニットに供給する輸送部と、
    　を有する、揮発アンモニアガス処理装置。
  2. 　貨物又はエンジン燃料として液化アンモニアを搭載する船舶における揮発アンモニアガスの処理装置であって、
    　前記液化アンモニアから揮発するアンモニアガスを収容する収容部と、
    　前記アンモニアガスを供給する輸送部と、
    　前記輸送部から供給された前記アンモニアガスと、溶媒とを混合して、アンモニア化合物を生成する混合部と、
    　前記混合部で生成された前記アンモニア化合物を備蓄する備蓄部と、
    　を有する、揮発アンモニアガス処理装置。
  3. 　海水から清水を蒸留する蒸留部を更に有し、
    　前記混合部は、前記蒸留部で蒸留された前記清水と、前記輸送部から供給された前記アンモニアガスとを混合して、アンモニア水を生成する、
    　請求項２に記載の揮発アンモニアガス処理装置。
  4. 　前記混合部は、前記混合部に供給される硫酸と、前記輸送部から供給された前記アンモニアガスとを混合して、硫酸アンモニウムを生成する、
    　請求項２又は３に記載の揮発アンモニアガス処理装置。
  5. 　前記収容部は、前記エンジン燃料の供給ラインから揮発する前記アンモニアガスを収容する、
    　請求項１～４のいずれかに記載の揮発アンモニアガス処理装置。
  6. 　前記蒸留部は、前記混合部にて発生する熱を利用する、
    　請求項３～５のいずれかに記載の揮発アンモニアガス処理装置。
  7. 　貨物又はエンジン燃料として液化アンモニアを搭載する船舶における揮発アンモニアガスの処理方法であって、
    　前記液化アンモニアから揮発するアンモニアガスを収容部に収容し、
    　前記収容部に収容された前記アンモニアガスを前記船舶のエンジンに接続される選択式還元触媒ユニットに供給する、
    　揮発アンモニアガス処理方法。
  8. 　貨物又はエンジン燃料として液化アンモニアを搭載する船舶における揮発アンモニアガスの処理方法であって、
    　前記液化アンモニアから揮発するアンモニアガスを収容部に収容し、
    　前記収容部に収容された前記アンモニアガスを混合部に供給し、
    　前記混合部に供給された前記アンモニアガスと、溶媒とを混合して、アンモニア化合物を生成し、
    　前記混合部で生成された前記アンモニア化合物を備蓄する、
    　揮発アンモニアガス処理方法。
  9. 　蒸留部が海水から清水を蒸留し、
    　前記混合部に供給された前記アンモニアガスと、前記蒸留部で蒸留された前記清水とを混合して、アンモニア水を生成する、
    　請求項８に記載の揮発アンモニアガス処理方法。
  10. 　前記混合部に硫酸を供給し、
    　前記混合部に供給された前記硫酸と前記アンモニアガスとを混合して、硫酸アンモニウムを生成する、
    　請求項８又は９に記載の揮発アンモニアガス処理方法。
  11. 　前記収容部が、前記エンジン燃料の供給ラインから揮発する前記アンモニアガスを収容する、
    　請求項７～１０のいずれかに記載の揮発アンモニアガス処理方法。
  12. 　前記混合部にて発生する熱を利用して、前記海水から前記清水を蒸留する、
    　請求項９～１１のいずれかに記載の揮発アンモニアガス処理方法。
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