(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアを燃料の一部とし、選択式還元触媒ユニットと接続される舶用ディーゼルエンジンにおける余剰アンモニアの処理装置であって、
前記舶用ディーゼルエンジンからの廃液を収容し、油分とアンモニア成分とを分離する分離容器と、
前記分離容器で分離された前記アンモニア成分を前記選択式還元触媒ユニットに供給する輸送部と、
を有する余剰アンモニアの処理装置。
【請求項２】
前記分離容器は、前記廃液を前記油分と前記アンモニア成分とに分離する分離部を有する、
請求項１に記載の余剰アンモニアの処理装置。
【請求項３】
前記分離部は、フィルター分離、サイクロン分離、又は遠心分離により、前記廃液を前記油分と前記アンモニア成分とに分離する、
請求項２に記載の余剰アンモニアの処理装置。
【請求項４】
前記分離容器で分離された前記アンモニア成分に含まれる不純物を除去する抽出部を更に有する、
請求項１〜３のいずれかに記載の余剰アンモニアの処理装置。
【請求項５】
前記分離容器で分離された前記アンモニア成分をアンモニアガスに気化する気化器を更に有し、
前記輸送部は、前記気化器で気化した前記アンモニアガスを、前記選択式還元触媒ユニットに供給する、
請求項１〜４のいずれかに記載の余剰アンモニアの処理装置。
【請求項６】
前記分離容器で分離された前記アンモニア成分に水を注入してアンモニア水として貯蔵する貯蔵部を更に有し、
前記輸送部は、前記貯蔵部に貯蔵される前記アンモニア水を、前記選択式還元触媒ユニットに供給する、
請求項１〜４のいずれかに記載の余剰アンモニアの処理装置。
【請求項７】
前記貯蔵部は、前記分離容器で分離された前記アンモニア成分に中和剤を注入してアンモニア水として貯蔵する、
請求項６に記載の余剰アンモニアの処理装置。
【請求項８】
前記貯蔵部は、前記アンモニア水の濃度を調整する濃度調整部を有する、
請求項６又は７に記載の余剰アンモニアの処理装置。
【請求項９】
前記アンモニア成分を人体に影響がない濃度に希釈する除害装置を更に有する、
請求項１〜８のいずれかに記載の余剰アンモニアの処理装置。
【請求項１０】
前記貯蔵部は、前記除害装置を有する、
請求項９に記載の余剰アンモニアの処理装置。
【請求項１１】
前記輸送部は、前記分離容器で分離された前記アンモニア成分をアンモニア燃料供給ユニットに供給する、
請求項６〜１０のいずれかに記載の余剰アンモニアの処理装置。
【請求項１２】
前記輸送部は、前記分離容器で分離された前記アンモニア成分の供給先を、前記選択式還元触媒ユニット又は前記アンモニア燃料供給ユニットのいずれかに選択可能である、
請求項１１に記載の余剰アンモニアの処理装置。
【請求項１３】
アンモニアを燃料の一部とし、選択式還元触媒ユニットと接続される舶用ディーゼルエンジンにおける余剰アンモニアの処理方法であって、
前記舶用ディーゼルエンジンからの廃液を収容し、
前記廃液を油分とアンモニア成分とに分離し、
分離された前記アンモニア成分を前記選択式還元触媒ユニットに供給する、
余剰アンモニアの処理方法。
【請求項１４】
更に、分離された前記アンモニア成分に含まれる不純物を除去する、
請求項１３に記載の余剰アンモニアの処理方法。
【請求項１５】
更に、分離された前記アンモニア成分をアンモニアガスに気化し、
気化した前記アンモニアガスを、前記選択式還元触媒ユニットに供給する、
請求項１３又は１４に記載の余剰アンモニアの処理方法。
【請求項１６】
更に、分離された前記アンモニア成分に水を注入してアンモニア水として貯蔵し、
貯蔵された前記アンモニア水を、前記選択式還元触媒ユニットに供給する、
請求項１３又は１４に記載の余剰アンモニアの処理方法。
【請求項１７】
更に、分離された前記アンモニア成分に中和剤を注入してアンモニア水として貯蔵する、
請求項１６に記載の余剰アンモニアの処理方法。
【請求項１８】
更に、前記アンモニア水の濃度を調整する、
請求項１６又は１７に記載の余剰アンモニアの処理方法。
【請求項１９】
更に、前記アンモニア成分を人体に影響がない濃度に希釈する、
請求項１６〜１８のいずれかに記載の余剰アンモニアの処理方法。
【請求項２０】
更に、分離された前記アンモニア成分をアンモニア燃料供給ユニットに供給する、
請求項１６〜１９のいずれかに記載の余剰アンモニアの処理方法。
【請求項２１】
更に、分離された前記アンモニア成分を、前記選択式還元触媒ユニット又は前記アンモニア燃料供給ユニットのいずれかに選択的に供給する、
請求項２０に記載の余剰アンモニアの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、余剰アンモニアの処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
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では、液化アンモニア（ＬＮＨ３）が用いられる。エンジン停止時及び緊急停止時においては、安全のため、液化アンモニアを減圧させて大気へ放出する必要がある。アンモニアは、人体に影響があるため、そのまま大気放出することはできない。そのため、除害装置によりアンモニアを除去する必要がある。
一方、ディーゼルエンジンでは、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ために、選択式還元触媒ユニットが用いられる。還元剤材料として、尿素、アンモニア、アンモニア化合物が大量に必要となり、タンクに備蓄される。【０００３】
特表２０２０−５１５７６４号公報（以下、「特許文献１」）には、排気ガス流の処理のための排出制御システム及び関連する方法が開示されている。特許文献１は、選択式還元触媒の還元剤として排気ガス流中に注入するアンモニアを提供するためのアンモニア生成システムの使用を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示される技術は、選択式還元触媒の還元剤としてアンモニアを生成するための原料であるアンモニウムヒドロキシドを備蓄する必要がある。特許文献１に開示される技術は、エンジン等から発生する余剰アンモニアを有効利用するものではなない。【０００５】
本発明は、余剰アンモニアを有効利用できる余剰アンモニアの処理装置および処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の観点は、
アンモニアを燃料の一部とし、選択式還元触媒ユニットと接続される舶用ディーゼルエンジンにおける余剰アンモニアの処理装置であって、
前記舶用ディーゼルエンジンからの廃液を収容し、油分とアンモニア成分とを分離する分離容器と、
前記分離容器で分離された前記アンモニア成分を前記選択式還元触媒ユニットに供給する輸送部と、
を有する余剰アンモニアの処理装置である。【０００７】
本発明の第２の観点は、
アンモニアを燃料の一部とし、選択式還元触媒ユニットと接続される舶用ディーゼルエンジンにおける余剰アンモニアの処理方法であって、
前記舶用ディーゼルエンジンからの廃液を収容し、
前記廃液を油分とアンモニア成分とに分離し、
分離された前記アンモニア成分を前記選択式還元触媒ユニットに供給する、
余剰アンモニアの処理方法である。【０００８】
本発明の余剰アンモニアの処理装置および処理方法によれば、余剰アンモニアを有効利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の余剰アンモニア処理ユニットの概要図
【図２】アンモニアガスが供給される場合の余剰アンモニア処理ユニット全体図
【図３】アンモニア水が供給される場合の余剰アンモニア処理ユニット全体図
【図４】余剰アンモニアが選択式還元触媒ユニットに供給される場合のシステム全体図
【図５】余剰アンモニアが選択式還元触媒ユニットに供給、または、燃料供給ユニットに供給される場合のシステム全体図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の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。
まず、本実施形態の余剰アンモニア処理ユニットの構成について説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態の余剰アンモニア処理ユニット１の概略図である。余剰アンモニア処理ユニット１は、分離容器２と、輸送部６とを有する。分離容器２は、分離部３を有してもよい。また、分離容器２に抽出部４が取り付けられてもよい。なお、分離容器２で抽出される油分は、分離容器２の下部に貯められ、後述するビルジタンク３０に送られる。そのため、抽出部４は、分離容器２の上部に設置されることが望ましい。
【００１２】
分離容器２は、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の各ユニットからの廃液を収容する。具体的には、図４および図５に示されるように、燃料供給ユニット２１、選択式還元触媒の還元剤供給ユニット２２、舶用ディーゼルエンジンユニット２３からの廃液が分離容器２に収容される。船上に設置されたアンモニア燃料タンク２０から、燃料供給ユニット２１、還元剤供給ユニット２２、舶用ディーゼルエンジンユニット２３に、アンモニアが供給される。そのため、廃液は余剰アンモニアを含む。なお、分離容器２が比重分離の原理を用いている場合、分離容器２の上部から廃液が流入することが望ましい。
なお、図４、図５において、実線の矢印は、アンモニア成分の流れを示し、破線の矢印は、ドレインの流れを示す。
【００１３】
分離容器２は、廃液を油分とアンモニア成分に分離する。例えば、比重分離の原理を用いる場合、分離容器２に流入した廃液は、比重の違いにより油分とアンモニア成分に分離する。分離容器２は、分離部３を有してもよい。分離部３は、例えば、フィルター分離、サイクロン分離、遠心分離の原理を用いて、分離容器２に流入した廃液を油分とアンモニア成分に分離する。分離された油分は、ビルジタンク３０に供給される。一方、分離されたアンモニア成分は、図２や図３に記載されるように、抽出部４や貯蔵部５を経由して、輸送部６へ供給される。
【００１４】
図２および図３に示すように、抽出部４は、分離容器２で分離された液化アンモニアに含まれうる不純物を除去する。よって、分離されたアンモニア成分が、アンモニアガスである場合、舶用ディーゼルエンジンユニット２３などから排出される廃液の状態によっては、抽出部４および貯蔵部５を経由することなく、輸送部６にアンモニア成分が供給されてもよい。
また、図３に示すように、分離されたアンモニア成分が、アンモニア水の場合も同様に、抽出部４を経由することなく、貯蔵部５にアンモニア成分が供給されてもよい。
【００１５】
なお、抽出部４は、おもにカルシウム化合物、金属片等の無機物をフィルターによって除去するが、除去方法はフィルター等に限られるものではない。特にフィルターを用いる場合は、ピッチが１０マイクロメートル程度のものが、除去率の観点から好ましい。
【００１６】
図２に示すように、貯蔵部５は、分離容器２から直接、または抽出部４を経て供給される液化アンモニアを貯蔵する。選択式還元触媒ユニット６１等にアンモニアガスが供給される場合、貯蔵部５と輸送部６の間に気化器８が取り付けられる。
【００１７】
なお、貯蔵部５の上部にアンモニアガスが気相として存在する場合には、気化器８を経由せず、ブロワーによってアンモニアガスを選択式還元触媒ユニット６１に直接供給してもよい。
一方、選択式還元触媒ユニット６１等にアンモニア水が供給される場合、図３に示すように、貯蔵部５に水または中和剤が上部から注入される。また、所定の濃度のアンモニア水を供給できるように、貯蔵部５の出口付近に濃度調整部９が設置され、輸送部６に連結されてもよい。
【００１８】
図２に示すように、還元剤としてアンモニアガスを供給する場合、輸送部６は、気化器８から送られてきたアンモニアガスを選択式還元触媒ユニット６１に供給する。
一方、図３に示すように、還元剤としてアンモニア水を供給する場合、輸送部６は、アンモニア水を選択式還元触媒ユニット６１に供給する。なお、図５に示すように、輸送部６から選択式還元触媒ユニット６１ではなく、燃料供給ユニット２１に備え付けられたポンプユニット６２に供給されても良い。さらには、輸送部６からの供給先として、選択式還元触媒ユニット６１またはポンプユニット６２が選択でき、またはその組み合わせを選択しても良い。
選択式還元触媒ユニット６１は、舶用ディーゼルエンジンユニット２３に直接的または間接的に接続される。
【００１９】
図２に示すように、分離容器２で分離された油分は、ビルジタンク３０に供給される。抽出部４において抽出された油分や不純物にも少量の液化アンモニアが混入及び溶存しているため、同様にビルジタンク３０に供給される。ビルジタンク３０により得られたアンモニアガスは、このままでは大気放出できないため、除害装置７が用いられる。アンモニアを大気放出するため、除害装置７は、人体に影響がない濃度にアンモニアガスを調整する。例えば、除害装置７は、アンモニア濃度を約２５ＰＰＭ以下に調整する。
【００２０】
一方、図３に示すように、アンモニア水を選択式還元触媒ユニット６１に供給する場合には、除害装置７は不要である。このとき、貯蔵部５がスクラバ水を一次的に貯留する。アンモニアは、毒性の高い物質であるが、水に非常に溶けやすい。そのため、貯蔵部５を経由して輸送部６に供給されたアンモニア水に、液化アンモニアから揮発したアンモニアガスが混入する可能性は極めて低い。なお、水にアンモニアガスを吸収させる方法はスクラバと呼ばれる。スクラバは、低コストで操作が安易である。
【００２１】
図２に示すように、気化器８は、貯蔵部５と輸送部６の間に取り付けられる。ただし、応力腐食割れを防ぐため、輸送部６の直前に気化器８が取り付けられることが好ましい。なお、気化器８の熱源として、電気による熱以外にも、舶用ディーゼルエンジンユニット２３の冷却水や排ガスの熱を使用できる。これにより、余剰アンモニア処理ユニット１と相まって、環境調和性が高くなる。
【００２２】
図３に示すように、濃度調整部９は、貯蔵部５に取り付けられる。濃度調整部９は、アンモニア水を所定の濃度にて輸送部６に供給する。具体的には、濃度調整部９は、密度計や濃度計である。好ましくは、濃度調整部９は、濃度計よりも容易に計測できる密度計である。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より好ましい。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約１５％程度となる。なお、アンモニア水濃度は、飽和状態で最大で４０％程度である。選択式還元触媒ユニット６１に供給される場合、アンモニア水濃度が高いことが好ましい。
【００２３】
＜第１の実施形態＞
図２は、本実施形態の一態様であって、アンモニアガスが供給される場合の余剰アンモニア処理ユニットの全体図である。図４および図５に記載される燃料供給ユニット２１、選択式還元触媒の還元剤供給ユニット２２、舶用ディーゼルエンジンユニット２３から出た廃液が、分離容器２に収容される。分離容器２は、廃液に含まれる余剰アンモニアである液化アンモニアを回収する。
【００２４】
分離容器２が比重分離の原理を用いる場合、分離された油分は、分離容器２の下部に貯められる。一方、液化アンモニアは、分離容器２の上部に貯められる。下部に蓄えられた油分は、ビルジタンク３０へと供給される。また、抽出部４において抽出された油分や不純物に混入している液化アンモニアも、ビルジタンク３０に供給される。ビルジタンク３０により得られたアンモニアガスは、除害装置７で処理された後、大気放出される。
【００２５】
なお、廃液に含まれる油分は、例えば、燃料供給ユニット２１や舶用ディーゼルエンジンユニット２３の燃料噴射弁に使用されるシール油である。液化石油ガスを燃料とする場合、主成分であるプロパンガス分子自体が極性を持たない。そのため、プロパンガス分子がシール油とも混ざり合い、燃料として処理することも可能である。しかし、液化アンモニアを燃料とする場合、アンモニア分子自体が極性を有する。そのため、アンモニア分子がシール油と混ざらず、燃料として処理することは難しい。そのため、分離容器２において、油分と液化アンモニアが分離される。
【００２６】
分離容器２で分離された液化アンモニアは、抽出部４を経由して、又は直接、貯蔵部５に供給される。抽出部４は、液化アンモニアに含まれうる不純物を除去する。不純物は、主に気化しやすい油分である。選択式還元触媒ユニット６１に不純物が供給されると、触媒に油が付着し、性能が劣化する。そのため、分離容器２における比重分離等によって分離できなかった油分を除去できるように、貯蔵部５の前段に、抽出部４が設置されることが望ましい。不要な油分等の不純物を取り除くことで、選択式還元触媒ユニット６１の効率が高くなる。
【００２７】
なお、分離容器２で比重分離させるための時間が十分に確保される、または分離部３が遠心分離の原理を用いる場合には、得られた液化アンモニアに不純物が含まれる可能性は低くなる。そのため、抽出部４を経由させずに、分離容器２から貯蔵部５に直接、液化アンモニアを供給してもよい。
【００２８】
貯蔵部５に供給された液化アンモニアは、気化器８によりアンモニアガスとして輸送部６に供給される。さらに、アンモニアガスが選択式還元触媒ユニット６１に供給され、還元剤として使用される。なお、液化アンモニアではなく、アンモニアガスとして選択式還元触媒ユニット６１に供給するのは、液化アンモニアでは選択式還元触媒ユニット６１の作用する温度よりもかなり低いからである。選択式還元触媒ユニット６１の触媒作用が高まるよう、アンモニアをガス化しておくと効率的である。また、蒸気圧で供給することにより、ポンプや冷却も不要になり、システム全体のエネルギー効率も高まる。
【００２９】
気化器８は各機関、パイプ等の応力腐食割れを防止すべく、輸送部６の直前に設置されることが好ましい。
さらに、気化器８の熱源として、電気による熱以外に舶用ディーゼルエンジンユニット２３の冷却水や、舶用ディーゼルエンジンユニット２３の排気ガスの熱を利用できる。これにより、環境調和性が向上する。
【００３０】
なお、気化器８から得られたアンモニアガスは、例えば、６バール程度に昇圧されることが好ましく、より好ましくは７バール程度、さらに好ましくは８バール程度である。具体的には、例えば、２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２バールであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。これにより、輸送部６に昇圧器を設置しなくてもよく、余剰アンモニア処理ユニット１の装置構成を簡易にできる。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。なお、第１の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、本実施形態の一態様であって、アンモニア水が供給される場合の余剰アンモニア処理ユニットの全体図である。分離容器２、分離部３、抽出部４の機能や構成は、第１の実施形態と同様である。
【００３２】
貯蔵部５は、分離容器２から直接、又は抽出部４を経由して、分離されたアンモニア成分をストックする。貯蔵部５に水を注入することにより、アンモニア成分をアンモニア水とする。第１の実施形態と同様、輸送部６を通して、選択式還元触媒ユニット６１にアンモニア水が供給される。
液化アンモニアは、応力腐食割れの原因にもなりうる。導入するアンモニア成分をアンモニア水とすることで、選択式還元触媒ユニット６１全体の寿命を延ばすことができ、除害装置７への負荷も軽くなる。
【００３３】
なお、貯蔵部５に希硫酸などの中和剤が注入されることがより好ましい。分離容器２から貯蔵部５へ供給されなかった液化アンモニアが存在する場合、余剰アンモニアを大気へ排出するために、除害装置７を通す必要がある。中和剤を予め用いることで、水を用いる場合よりも除害装置７への負荷が軽くなる。
【００３４】
貯蔵部５に、濃度調整部９が設置されていることが更に好ましい。輸送部６から供給されるアンモニアは、選択式還元触媒ユニット６１に使用するアンモニアのごく一部であり、補助的に使用されるものである。そのため、アンモニア水の濃度が一定であれば、エンジンの運転が定常・非定常に関わらず、効率的に窒素酸化物の除去が進む。なお、濃度調整部９でのアンモニア濃度は、高いほど好ましいが、濃度の下限の制約はない。
【００３５】
濃度調整部９でのアンモニア濃度、選択式還元触媒ユニット６１での脱硝率、大気放出前のリークしたアンモニア濃度の関係を調べるために行ったリアクターでの模擬試験結果を、表１に示す。
表１に記載のアンモニア水流量比率は、アンモニア水濃度１４ｗ％での流量を１とした場合の数値であって、排気ガス全体に対するアンモニア濃度は気化時に５００ＰＰＭ程度となるように調整された数値である。なお、この数値は、窒素酸化物全体の濃度とほぼ１：１になるか、少しアンモニアが少なくなるように調整した流量である。
【００３６】
【表１】
0006940727.tif 000002
【００３７】
表１からわかるとおり、アンモニア水濃度に依存することなく、脱硝が効率よく進んでいる。
【００３８】
＜その他の実施形態＞
貯蔵部５が除害装置７の一部となっていると、より一層好ましい。上述のとおり、アンモニアは、人体に影響があるため、そのまま大気放出することはできない。除害装置７にてアンモニアを除去する必要がある。除害方法には、窒素などのガスによりアンモニアを希釈する方法や、上述のとおりスクラバといった水にアンモニアを吸収させる方法がある。
【００３９】
舶用ディーゼルエンジンでは、コストが掛からず操作が容易という利点から、スクラバが多く用いられるが、アンモニアを吸収させた水の設置スペースが問題となる。
しかし、選択式還元触媒ユニット６１にアンモニア水を供給する場合、貯蔵部５と除害装置７を一体化させることで、船内スペースを有効利用できるだけでなく、処理水の問題も合わせて解決できる。
特に、アンモニア水が低濃度であっても効率的に脱硝が進むため、さらに好ましい実施形態である。
【００４０】
なお、第１実施形態および第２実施形態の余剰アンモニア処理ユニット１で得られた余剰アンモニアは、選択式還元触媒ユニット６１に供給されるが、図５のようにポンプユニット６２を経由して、燃料供給ユニット２１に供給されてもよい。また、ポンプユニット６２を経由して、舶用ディーゼルエンジンユニット２３に直接、余剰アンモニアが供給されてもよい。
アンモニア水が燃料供給ユニットに送付されることで、燃費が向上し、また、排気ガス中の窒素酸化物の濃度が下がる。
【００４１】
さらに、選択式還元触媒ユニット６１またはポンプユニット６２のどちらかを選択してもよいし、両方を併用してもよい。併用する場合の余剰アンモニアの分量比は、ユーザが適時決定してよい。
エンジンの運転状況によって、いずれかに供給することで、アンモニア全体での燃料効率が向上する。また、両方を併用することにより、より一層、効率が向上する。
【００４２】
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。
【符号の説明】
【００４３】
１      余剰アンモニア処理ユニット
２      分離容器
２０    アンモニア燃料タンク
２１    燃料供給ユニット
２２    還元剤供給ユニット
２３    舶用ディーゼルエンジンユニット
３      分離部
４      抽出部
５      貯蔵部
６      輸送部
６１    選択式還元触媒ユニット
６２    ポンプユニット
７      除害装置
８      気化器
９      濃度調整部
【要約】
余剰アンモニアを有効利用できる余剰アンモニアの処理装置および処理方法を提供する。アンモニアを燃料の一部とし、選択式還元触媒ユニット６１と接続される舶用ディーゼルエンジン２３における余剰アンモニアの処理装置は、舶用ディーゼルエンジンからの廃液を収容し、油分とアンモニア成分とを分離する分離容器２と、分離容器２で分離されたアンモニア成分を選択式還元触媒ユニット６１に供給する輸送部６と、を有する。【図１】
0006940727.tif 000003
【図２】
0006940727.tif 000004
【図３】
0006940727.tif 000005
【図４】
0006940727.tif 000006
【図５】
0006940727.tif 000007