CN117425768A - 剩余氨的处理装置以及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够有效利用剩余氨的剩余氨的处理装置以及处理方法。所述剩余氨的处理装置为将氨作为燃料一部分并与选择式还原催化剂单元(61)连接的船用柴油机(23)中的剩余氨的处理装置，包括：容纳来自船用柴油机的废液并将油分和氨成分分离的分离容器(2)；和将由分离容器(2)分离出的氨成分供给到选择式还原催化剂单元(61)的输送部(6)。
Description
技术领域
本发明涉及剩余氨的处理。
背景技术
在将氨作为燃料的一部分的船用柴油机中，使用液化氨(LNH3)。在发动机停止时以及紧急停止时，为了安全，需要使液化氨减压并向大气中释放。因为氨对人体有影响，因此不能直接向大气中释放。因此，需要通过除害装置去除氨。
另一方面，在柴油机中，为了去除通过以重油为代表的原料的燃烧而产生的氮氧化物，使用选择式还原催化剂单元。作为还原剂材料，需要大量的尿素、氨、氨化合物，并储备在罐中。
在日本特表2020-515764号公报(以下“专利文献1”)中公开了用于排出气体流的处理的排出控制***以及相关的方法。专利文献1包括氨生成***的使用，所述氨生成***用于提供作为选择式还原催化剂的还原剂而注入到排出气体流中的氨。
专利文献1所公开的技术需要储备氢氧化铵，氢氧化铵为用于生成作为选择式还原催化剂的还原剂的氨的原料。专利文献1所公开的技术并不能有效利用由发动机等产生的剩余氨。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够有效利用剩余氨的剩余氨的处理装置以及处理方法。
本发明第一观点是一种剩余氨的处理装置，所述剩余氨的处理装置为将氨作为燃料的一部分并与选择式还原催化剂单元连接的船用柴油机中的剩余氨的处理装置，
所述剩余氨的处理装置具有：
分离容器，所述分离容器容纳来自所述船用柴油机的废液，并将油分和氨成分分离；和
输送部，所述输送部将由所述分离容器分离出的所述氨成分供给到所述选择式还原催化剂单元。
本发明第二观点是一种剩余氨的处理方法，所述剩余氨的处理方法为将氨作为燃料的一部分并与选择式还原催化剂单元连接的船用柴油机中的剩余氨的处理方法，
所述剩余氨的处理方法包括：
容纳来自所述船用柴油机的废液的步骤；
将所述废液分离为油分和氨成分的步骤；和
将分离出的所述氨成分供给到所述选择式还原催化剂单元的步骤。
根据本发明的剩余氨的处理装置以及处理方法，能够有效利用剩余氨。
附图说明
图1是本实施方式的剩余氨处理单元的概要图。
图2是供给氨气的情况下的剩余氨处理单元整体图。
图3是供给氨水的情况下的剩余氨处理单元整体图。
图4是剩余氨被供给到选择式还原催化剂单元的情况下的***整体图。
图5是剩余氨被供给到选择式还原催化剂单元或供给到燃料供给单元的情况下的***整体图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。以下所示的实施方式中所示的各种特征事项可以相互组合。
首先，对本实施方式的剩余氨处理单元的结构进行说明。
图1是本实施方式的剩余氨处理单元1的概略图。剩余氨处理单元1具有分离容器2和输送部6。分离容器2也可以具有分离部3。另外，也可以在分离容器2上安装提取部4。另外，由分离容器2提取的油分被储存在分离容器2的下部，并被送往后述的舱底罐30。因此，优选提取部4被设置在分离容器2的上部。
分离容器2容纳来自将氨作为燃料的一部分的船用柴油机的各单元的废液。具体而言，如图4和图5所示，来自燃料供给单元21、选择式还原催化剂的还原剂供给单元22、船用柴油机单元23的废液被容纳在分离容器2中。从设置在船上的氨燃料罐20向燃料供给单元21、还原剂供给单元22、船用柴油机单元23供给氨。因此，废液含有剩余氨。另外，在分离容器2使用比重分离的原理的情况下，优选废液从分离容器2的上部流入。
另外，在图4、图5中，实线的箭头表示氨成分的流动，虚线的箭头表示排水的流动。
分离容器2将废液分离为油分和氨成分。例如，在使用比重分离的原理的情况下，流入分离容器2的废液因比重的不同而被分离为油分和氨成分。分离容器2也可以具有分离部3。分离部3例如利用过滤器分离、旋风分离、离心分离的原理，将流入分离容器2的废液分离为油分和氨成分。分离出的油分被供给到舱底罐30。另一方面，如图2、图3所述，分离出的氨成分经由提取部4、储存部5向输送部6供给。
如图2和图3所示，提取部4去除由分离容器2分离出的液化氨中可能含有的杂质。因此，在分离出的氨成分为氨气的情况下，也可以根据从船用柴油机单元23等排出的废液的状态，向输送部6供给氨成分，而不经由提取部4和储存部5。
另外，如图3所示，在分离出的氨成分为氨水的情况下也同样地，也可以向储存部5供给氨成分，而不经由提取部4。
另外，提取部4主要通过过滤器去除钙化合物、金属片等无机物，但去除方法不限于过滤器等。特别是在使用过滤器的情况下，从去除率的观点出发，优选间距为10微米左右的过滤器。
如图2所示，储存部5储存从分离容器2直接或经由提取部4供给的液化氨。在向选择式还原催化剂单元61等供给氨气的情况下，在储存部5与输送部6之间安装气化器8。
另外，在氨气作为气相存在于储存部5的上部的情况下，也可以通过鼓风机将氨气直接供给到选择式还原催化剂单元61，而不经由气化器8。
另一方面，在向选择式还原催化剂单元61等供给氨水的情况下，如图3所示，从上部向储存部5注入水或中和剂。另外，为了能够供给规定浓度的氨水，也可以在储存部5的出口附近设置浓度调整部9，并连结到输送部6。
如图2所示，在作为还原剂而供给氨气的情况下，输送部6将从气化器8送来的氨气供给到选择式还原催化剂单元61。
另一方面，如图3所示，在作为还原剂而供给氨水的情况下，输送部6将氨水供给到选择式还原催化剂单元61。另外，如图5所示，也可以从输送部6向燃料供给单元21所具备的泵单元62供给，而不是向选择式还原催化剂单元61供给。进而，作为从输送部6的供给目的地，能够选择选择式还原催化剂单元61或泵单元62，或者也可以选择它们的组合。
选择式还原催化剂单元61直接或间接地连接到船用柴油机单元23。
如图2所示，由分离容器2分离出的油分被供给到舱底罐30。由于在提取部4中提取出的油分或杂质中也混入和溶解有少量的液化氨，因此同样被供给到舱底罐30。由于通过舱底罐30得到的氨气不能直接向大气中释放，因此使用除害装置7。为了将氨向大气中释放，除害装置7将氨气调整为对人体没有影响的浓度。例如，除害装置7将氨浓度调整为约25PPM以下。
另一方面，如图3所示，在向选择式还原催化剂单元61供给氨水的情况下，不需要除害装置7。此时，储存部5一次性储存废气处理水。氨是毒性高的物质，但是非常容易溶于水。因此，由液化氨挥发的氨气混入到经由储存部5供给到输送部6的氨水中的可能性极低。另外，使水吸收氨气的方法被称为废气处理。废气处理容易以低成本进行操作。
如图2所示，气化器8安装在储存部5与输送部6之间。但是，为了防止应力腐蚀裂纹，优选在输送部6的正前位置安装气化器8。另外，作为气化器8的热源，除了利用电产生的热量以外，还能够使用船用柴油机单元23的冷却水或排气的热量。由此，与剩余氨处理单元1相结合，环境协调性变高。
如图3所示，浓度调整部9安装于储存部5。浓度调整部9以规定浓度向输送部6供给氨水。具体而言，浓度调整部9为密度计或浓度计。优选地，浓度调整部9为能够比浓度计更容易计量的密度计。更优选预先取得密度计的计量值与浓度的关系。例如，在光计量中的密度计为0.912的数值的情况下，氨水浓度约为15％左右。另外，氨水浓度在饱和状态下最大为40％左右。优选在供给到选择式还原催化剂单元61的情况下，氨水浓度较高。
<第一实施方式>
图2是本实施方式的一个方式且是供给氨气的情况下的剩余氨处理单元的整体图。从图4和图5所记载的燃料供给单元21、选择式还原催化剂的还原剂供给单元22、船用柴油机单元23流出的废液容纳在分离容器2中。分离容器2回收废液中含有的作为剩余氨的液化氨。
在分离容器2使用比重分离的原理的情况下，分离出的油分储存在分离容器2的下部。另一方面，液化氨储存在分离容器2的上部。储存在下部的油分被供给到舱底罐30。另外，在提取部4中提取的油分或杂质中混入的液化氨也被供给到舱底罐30。通过舱底罐30得到的氨气被除害装置7处理后，向大气中释放。
另外，废液中含有的油分例如为在燃料供给单元21或船用柴油机单元23的燃料喷射阀中使用的密封油。在以液化石油气为燃料的情况下，作为主要成分的丙烷气分子本身不具有极性。因此，丙烷气分子也可以与密封油混合，作为燃料进行处理。但是，在以液化氨为燃料的情况下，氨分子本身具有极性。因此，氨分子不与密封油混合，很难作为燃料进行处理。因此，在分离容器2中，油分和液化氨被分离。
由分离容器2分离出的液化氨经由提取部4供给到储存部5，或直接供给到储存部5。提取部4去除液化氨中可能含有的杂质。杂质主要是容易气化的油分。当杂质被供给到选择式还原催化剂单元61时，油附着在催化剂上，性能劣化。因此，为了能够去除通过分离容器2中的比重分离等而不能分离的油分，优选在储存部5的前段设置提取部4。通过去除不需要的油分等杂质，选择式还原催化剂单元61的效率提高。
另外，在充分确保用于在分离容器2中进行比重分离的时间或分离部3使用离心分离的原理的情况下，所得到的液化氨中含有杂质的可能性变低。因此，也可以不经由提取部4而从分离容器2直接向储存部5供给液化氨。
供给到储存部5的液化氨通过气化器8作为氨气供给到输送部6。进而，氨气被供给到选择式还原催化剂单元61，作为还原剂使用。另外，不作为液化氨，而作为氨气供给到选择式还原催化剂单元61是由于液化氨远低于选择式还原催化剂单元61作用的温度。为了提高选择式还原催化剂单元61的催化剂作用，预先将氨气化是有效的。另外，通过以蒸气压进行供给，也不需要泵或冷却，***整体的能量效率也提高。
为了防止各装置、管道等的应力腐蚀裂纹，优选气化器8被设置在输送部6的正前位置。
进而，作为气化器8的热源，除了利用电产生的热量以外，还能够利用船用柴油机单元23的冷却水、船用柴油机单元23的排气的热量。由此，环境协调性提高。
另外，从气化器8得到的氨气例如优选升被压至6巴左右，更优选为7巴左右，进一步优选为8巴左右。具体地，例如，为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12巴，也可以在这里所示的数值中的任意两个之间的范围内。由此，也可以不在输送部6上设置升压器，能够简化剩余氨处理单元1的装置结构。
<第二实施方式>
接着，对第二实施方式进行说明。另外，对于与第一实施方式大致相同的功能或结构，省略其说明。
图3是本实施方式的一个方式且是供给氨水的情况下的剩余氨处理单元的整体图。分离容器2、分离部3、提取部4的功能或结构与第一实施方式相同。
储存部5从分离容器2直接储存分离出的氨成分，或经由提取部4储存分离出的氨成分。通过向储存部5注入水，将氨成分制成氨水。与第一实施方式同样，通过输送部6向选择式还原催化剂单元61供给氨水。
液化氨也可能称为应力腐蚀裂纹的原因。通过将导入的氨成分制成氨水，能够延长选择式还原催化剂单元61整体的寿命，减轻对除害装置7的负荷。
另外，更优选向储存部5注入稀硫酸等中和剂。在存在未从分离容器2向储存部5供给的液化氨的情况下，为了将剩余氨向大气中排出，需要通过除害装置7。通过预先使用中和剂，与使用水的情况相比，可减轻对除害装置7的负荷。
更优选在储存部5设置浓度调整部9。从输送部6供给的氨是在选择式还原催化剂单元61中使用的氨的极少一部分，是辅助使用的氨。因此，如果氨水的浓度一定，则无论发动机的运转是稳定还是非稳定，都能有效地进行氮氧化物的去除。另外，浓度调整部9中的氨浓度越高越好，但浓度下限没有限制。
为了研究浓度调整部9中的氨浓度、选择式还原催化剂单元61中的脱硝率、向大气释放前的泄漏的氨浓度的关系而进行的反应器中的模拟试验结果如表1所示。
表1中记载的氨水流量比率是将氨水浓度14w％时的流量设为1的情况下的数值，相对于排出气体整体的氨浓度是在气化时调整为500PPM左右的数值。另外，该数值是调整成与氮氧化物整体的浓度大致为1∶1或氨稍微变少的流量。
[表1]
试验条件
SV：30000/h
温度：350℃
| 氨浓度w％ | 脱硝率％ | 漏氨ppm | 氨水流量比率 |
| 14.00 | 95.2 | 9 | 1 |
| 2.80 | 89.7 | 8 | 3.7 |
| 1.40 | 86.6 | 0 | 7.4 |
| 0.93 | 83.3 | 1 | 11.3 |
由表1可知，脱硝效率良好地进行，而不依赖于氨水浓度。
<其他实施方式>
更加优选储存部5成为除害装置7的一部分。如上所述，由于氨对人体有影响，因此不能直接向大气中释放。需要用除害装置7去除氨。除害方法有利用氮气等气体稀释氨的方法、如上所述被称为废气处理的使水吸收氨的方法。
在船用柴油机中，由于成本不高、操作容易的优点，因此大多使用废气处理，但吸收氨的水的设置空间成为问题。
但是，在向选择式还原催化剂单元61供给氨水的情况下，通过使储存部5和除害装置7一体化，不仅能够有效利用船内空间，还能够一并解决处理水的问题。
特别是，即使氨水为低浓度，也能有效地进行脱硝，因此是更优选的实施方式。
另外，通过第一实施方式和第二实施方式的剩余氨处理单元1得到的剩余氨被供给到选择式还原催化剂单元61，但也可以如图5那样，经由泵单元62供给到燃料供给单元21。另外，也可以经由泵单元62直接向船用柴油机单元23供给剩余氨。
通过将氨水输送到燃料供给单元，燃料消耗率提高，另外，排出气体中的氮氧化物的浓度降低。
进而，也可以选择选择式还原催化剂单元61或泵单元62中的任一者，也可以并用两者。并用的情况下的剩余氨的分量比可以由用户适时决定。
根据发动机的运转状况，通过向任一者供给，氨整体的燃料效率提高。另外，通过并用两者，效率更进一步提高。
以上说明了各种实施方式，但其是作为例子而提出的，并不旨在限定发明的范围。该新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。该实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。
附图标记说明
1 剩余氨处理单元
2 分离容器
20 氨燃料罐
21 燃料供给单元
22 还原剂供给单元
23 船用柴油机单元
3 分离部
4 提取部
5 储存部
6 输送部
61 选择式还原催化剂单元
62 泵单元
7 除害装置
8 气化器
9 浓度调整部
Claims (21)
1.一种剩余氨的处理装置，所述剩余氨的处理装置为将氨作为燃料的一部分并与选择式还原催化剂单元连接的船用柴油机中的剩余氨的处理装置，其特征在于，
所述剩余氨的处理装置具有：
分离容器，所述分离容器容纳来自所述船用柴油机的废液，并将油分和氨成分分离；和
输送部，所述输送部将由所述分离容器分离出的所述氨成分供给到所述选择式还原催化剂单元。
2.根据权利要求1所述的剩余氨的处理装置，其特征在于，
所述分离容器具有分离部，所述分离部将所述废液分离为所述油分和所述氨成分。
3.根据权利要求2所述的剩余氨的处理装置，其特征在于，
所述分离部通过过滤器分离、旋风分离或离心分离，将所述废液分离为所述油分和所述氨成分。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的剩余氨的处理装置，其特征在于，
还具有：
提取部，所述提取部去除由所述分离容器分离出的所述氨成分中含有的杂质。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的剩余氨的处理装置，其特征在于，
还具有：
气化器，所述气化器将由所述分离容器分离出的所述氨成分气化为氨气，
所述输送部将由所述气化器气化的所述氨气供给到所述选择式还原催化剂单元。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的剩余氨的处理装置，其特征在于，
还具有：
储存部，所述储存部向由所述分离容器分离出的所述氨成分中注入水而作为氨水储存，
所述输送部将储存在所述储存部中的所述氨水供给到所述选择式还原催化剂单元。
7.根据权利要求6所述的剩余氨的处理装置，其特征在于，
所述储存部向由所述分离容器分离出的所述氨成分中注入中和剂而作为氨水储存。
8.根据权利要求6或7所述的剩余氨的处理装置，其特征在于，
所述储存部具有浓度调整部，所述浓度调整部调整所述氨水的浓度。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的剩余氨的处理装置，其特征在于，
还具有：
除害装置，所述除害装置将所述氨成分稀释成对人体没有影响的浓度。
10.根据权利要求9所述的剩余氨的处理装置，其特征在于，
所述储存部具有所述除害装置。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的剩余氨的处理装置，其特征在于，
所述输送部将由所述分离容器分离出的所述氨成分供给到氨燃料供给单元。
12.根据权利要求11所述的剩余氨的处理装置，其特征在于，
所述输送部能够将由所述分离容器分离出的所述氨成分的供给目的地选择为所述选择式还原催化剂单元或所述氨燃料供给单元中的任一个。
13.一种剩余氨的处理方法，所述剩余氨的处理方法为将氨作为燃料的一部分并与选择式还原催化剂单元连接的船用柴油机中的剩余氨的处理方法，其特征在于，
所述剩余氨的处理方法包括：
容纳来自所述船用柴油机的废液的步骤；
将所述废液分离为油分和氨成分的步骤；和
将分离出的所述氨成分供给到所述选择式还原催化剂单元的步骤。
14.根据权利要求13所述的剩余氨的处理方法，其特征在于，还包括：
去除分离出的所述氨成分中含有的杂质的步骤。
15.根据权利要求13或14所述的剩余氨的处理方法，其特征在于，还包括：
将分离出的所述氨成分气化为氨气的步骤；和
将气化的所述氨气供给到所述选择式还原催化剂单元的步骤。
16.根据权利要求13或14所述的剩余氨的处理方法，其特征在于，还包括：
向分离出的所述氨成分中注入水而作为氨水储存的步骤；和
将储存的所述氨水供给到所述选择式还原催化剂单元的步骤。
17.根据权利要求16所述的剩余氨的处理方法，其特征在于，还包括：
向分离出的所述氨成分中注入中和剂而作为氨水储存的步骤。
18.根据权利要求16或17所述的剩余氨的处理方法，其特征在于，还包括：
调整所述氨水的浓度的步骤。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的剩余氨的处理方法，其特征在于，还包括：
将所述氨成分稀释成对人体没有影响的浓度的步骤。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的剩余氨的处理方法，其特征在于，还包括：
将分离出的所述氨成分供给到氨燃料供给单元的步骤。
21.根据权利要求20所述的剩余氨的处理方法，其特征在于，还包括：
将分离出的所述氨成分选择性地供给到所述选择式还原催化剂单元或所述氨燃料供给单元中的任一个的步骤。
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