作為用于船的燃料的天然氣的制作方法
【專利摘要】一種包括柴油燃料罐的水運工具，所述柴油燃料罐用于對所述水運工具的一般航運需求供給燃料，例如從一個地點運行到另一地點，其中所述水運工具在上面另外具有用于在其中儲存壓縮天然氣(CNG)的CNG壓力器皿，所述CNG可由所述水運工具從所述壓力器皿使用，以為用于所述水運工具的海岸操縱的發(fā)動機提供動力。
【專利說明】作為用于船的燃料的天然氣

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及將天然氣用作用于船和船只的燃料。

【背景技術(shù)】
[0002] 來自船只和船（來自船只和船的發(fā)動機）的排放長期以來一直是法規(guī)的目標(biāo)，但 盡管如此還是少有有效的法規(guī)來控制/消除那些排放。
[0003] 法規(guī)曾早在2001年提出并且已長期被海洋經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)反對。盡管如此，我們?nèi)匀幌?信法規(guī)將在不久的將來生效，其將顯著減少來自船以及船舶，并且具體來說來自船尾驅(qū)動 和船內(nèi)以及船舶的烴或硝基氧化物排放。
[0004] 此外，還將最有可能需要減少一氧化碳排放。
[0005] 可能將要求50%與70%之間的減排。
[0006] 由于海洋經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)抵制這些改變，因此目前此類法規(guī)還未生效或未強制執(zhí)行。盡 管如此，很可能此類法規(guī)即將實施，并且目前并沒有可靠的方法可用于實現(xiàn)對于船的這些 減排。出于此原因，出現(xiàn)了碼頭邊處的船自身"岸電"到碼頭邊的趨勢，即將船連接到岸上 的電源。然而，此類岸電并不是理想的解決方案，因為其僅能在碼頭邊處操作，而不能在船 或者船只到達(dá)碼頭邊時操作。因此，所希望的是，提供用于船或船只的替代的裝置以滿足其 在碼頭邊處的電需求以及此外其在靠近碼頭邊時可能的電需求。
[0007] 已經(jīng)探究天然氣作為此問題的可能解決方案，因為與傳統(tǒng)的燃料-柴油相比，天 然氣是在發(fā)動機中燃燒的相對清潔的燃料。然而，它沒有柴油節(jié)能，并且在其最節(jié)省空間的 形式，即LNG (液化天然氣）中，其要求需要很多空間的冷卻設(shè)備，因為天然氣需要在非常低 的溫度下儲存。因此，天然氣一直被看作占用太多的空間的代價高于用作常規(guī)柴油的替代 燃料。
[0008] 因此需要替代的解決方案以符合將來的有關(guān)水運工具排放的法規(guī)要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 根據(jù)本發(fā)明，提供了包括柴油燃料罐的水運工具，所述柴油燃料罐用于對水運工 具的一般航運需求供給燃料，例如從一個地點運行到另一地點，其中水運工具在上面另外 具有用于在其中儲存壓縮天然氣（CNG)的CNG壓力器皿，所述CNG可由水運工具從壓力器 皿使用，以為用于水運工具的海岸操縱的發(fā)動機提供動力。
[0010] 優(yōu)選地，發(fā)動機是能夠在第一構(gòu)造中運用來自柴油燃料罐的柴油且在第二構(gòu)造中 運用來自壓力器皿的CNG的雙燃料發(fā)動機。
[0011] 可替代地，在水運工具上存在兩個發(fā)動機，一個用于運用柴油并且另一個用于運 用 CNG。
[0012] 水運工具優(yōu)選地是用于運載貨物的船。貨物可以是CNG或者集裝箱或者油。水運 工具可能替代地是客渡船。
[0013] 優(yōu)選地，水運工具是包括多個壓力器皿以用于在所述地點之間運輸以及配送CNG 的CNG油輪。
[0014] 優(yōu)選地，用于給發(fā)動機供應(yīng)燃料的壓力器皿是多個壓力器皿中的一者，但是其可 替代地是專用的壓力器皿或者一組專用的壓力器皿。
[0015] CNG通常在儲存壓力超過200巴的油輪內(nèi)運輸。在燃料供應(yīng)壓力器皿內(nèi)的CNG可 以同樣儲存在此類壓力下。在燃料供應(yīng)壓力器皿與發(fā)動機之間可以提供調(diào)節(jié)器以確保至發(fā) 動機的穩(wěn)定的燃料供應(yīng)壓力。
[0016] 優(yōu)選地，當(dāng)在CNG油輪上時，用以給發(fā)動機提供動力的CNG是殘余CNG，所述殘余 CNG是從基本上已經(jīng)卸載了其運輸量的壓力器皿中提取的，因此殘余CNG是在卸載之后保 留在其中的CNG，其處于低于100巴的壓力下。
[0017] 優(yōu)選地，CNG是經(jīng)由連接到所述或每一個壓力器皿的下端上的管道系統(tǒng)從多個壓 力器皿中提取的。
[0018] 與通過常規(guī)的以柴油為動力的發(fā)動機產(chǎn)生的排放相比，在海岸附近通過使用CNG 作為用于發(fā)動機的燃料（例如，當(dāng)水運工具靠著碼頭邊停下時以及在對接時），將存在來自 發(fā)動機的減少的排放。此外，排放將足夠清潔以允許發(fā)動機在水運工具處于碼頭邊時保持 運行以用于提供水運工具的電需求。因此，水運工具將不需要依靠本地電源進(jìn)行岸電，盡管 必要時這仍然是一個選項。
[0019] 由于CNG的殘余壓力仍比較大，因此不需要燃料泵將CNG供應(yīng)到發(fā)動機上，CNG將 自動饋給。
[0020] 由于CNG基本上是在室溫下而不是在LNG所需的低溫溫度下儲存在船上，因此在 水運工具上不需要（或僅需要最小量的）冷卻或加熱機構(gòu)。此外，由于僅海岸操作將通過 CNG供給燃料，因此CNG的儲存量被控制在可控的水平上。更進(jìn)一步地，由于CNG以及容納 CNG的壓力器皿的浮力，壓力器皿在水運工具上的存在將不會對水運工具造成浮力問題。
[0021] 優(yōu)選地，壓力器皿由復(fù)合材料形成，并且包括類型3或類型4壓力器皿。
[0022] 優(yōu)選地，CNG是船的主要貨物，其它貨物均不具有比CNG更大的儲存體積需求。
[0023] 優(yōu)選地，壓力器皿為至少15m長且直徑為至少2m。
[0024] 本發(fā)明還提供了在如上文所界定的水運工具上提供推進(jìn)力的方法，其包括在水運 工具正進(jìn)行海岸操縱時通過燃燒在水運工具上儲存的CNG為水運工具的發(fā)動機提供動力， 并且使用不同的能源來用于更長的行程。優(yōu)選地，不同的能源是柴油以及柴油發(fā)動機。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 現(xiàn)將參考附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的這些以及其它特征，其中：
[0026] 圖1示出了用于實施本發(fā)明的貨船；以及
[0027] 圖2示出了用于實施本發(fā)明的客渡船。

【具體實施方式】
[0028] 本發(fā)明利用CNG作為用于為水運工具（例如船）的發(fā)動機提供動力的燃料的概 念，CNG不是作為主要燃料而是作為輔助燃料，S卩，是用于海岸操縱而不是從一個地點到下 一地點的主行程。
[0029] 在本領(lǐng)域中已知將發(fā)動機設(shè)計成運用天然氣。用于容納天然氣的壓力器皿也是已 知的，天然氣甚至是CNG的形式，但LNG是天然氣儲存的更常規(guī)的形式。
[0030] 使用CNG優(yōu)于LNG的優(yōu)點是減少了所需設(shè)備，即不需要冷卻設(shè)備，因為CNG儲存在 高壓而不是低溫下。例如，300巴到400巴的壓力是典型的。這與用于LNG的20巴的壓力 形成對比。
[0031] 用于運輸壓縮流體的壓力器皿目前構(gòu)成四種監(jiān)管機構(gòu)批準(zhǔn)的類別或類型，所有這 些壓力器皿都是圓柱形的，具有一個或兩個圓頂端：
[0032] 類型I全部由金屬構(gòu)成，通常是鋁或者鋼。此類型的器皿很便宜但是相對于其它 類別的器皿非常重。整個器皿具有足夠的強度來承受由所容納的壓縮流體施加在器皿上的 既定壓力，并且因此不需要任何方式的強度增強外包裹物，包括本發(fā)明的干絲狀外包裹物。 類型I壓力器皿當(dāng)前包括用于由海路運輸壓縮流體的大部分容器，它們在海上運輸中的使 用招致非常緊張的經(jīng)濟約束。
[0033] 類型II由較薄的金屬圓柱形中心部分以及標(biāo)準(zhǔn)厚度的金屬圓頂端構(gòu)成，使得僅 圓柱形部分需要被加固，當(dāng)前使用復(fù)合外包裹物加固。復(fù)合包裹物通常由用聚合物基質(zhì)浸 漬的玻璃絲或碳絲構(gòu)成。所述復(fù)合物通常"環(huán)向包裹"在器皿的中部周圍。在器皿的一端 或兩端的圓頂具有足夠的強度以承受在正常使用時在器皿中產(chǎn)生的壓力，并且未由復(fù)合物 包裹。在類型II壓力器皿中，所容納的壓縮流體的內(nèi)部壓力產(chǎn)生的應(yīng)力的約50%由金屬襯 里承載并且約50%由復(fù)合物承載。類型II器皿比類型I器皿更輕但是更昂貴。
[0034] 類型III由包括整個結(jié)構(gòu)，S卩，圓柱形中心部分以及圓頂端的薄金屬襯里構(gòu)成。因 此，襯里當(dāng)前使用在整個器皿周圍的絲狀復(fù)合包裹物加固。類型III器皿的應(yīng)力幾乎全部 轉(zhuǎn)移到復(fù)合包裹物的絲狀材料上；襯里只需要承受一小部分的應(yīng)力。類型III器皿比類型 I或類型II器皿輕得多但是基本上更昂貴。
[0035] 類型IV由包括圓柱形中心部分以及圓頂端二者的聚合的、實質(zhì)上氣密的襯里構(gòu) 成，其全部當(dāng)前完全包裹著絲狀復(fù)合物。復(fù)合包裹物提供了器皿的整體強度。類型IV器皿 是到目前為止四種批準(zhǔn)的壓力器皿類別中最輕的但是也是最昂貴的。
[0036] 如上所述，類型II、類型III和類型IV壓力器皿當(dāng)前需要覆于器皿襯里上的復(fù)合 外包裹物，以給它們提供必要的強度以承受由容納在器皿中的壓縮流體施加的既定壓力。 然而，已知復(fù)合包裹物的聚合物基質(zhì)極少或根本不增強外包裹物的強度。因此，本發(fā)明還可 以與新穎的纏繞布置一起使用，所述纏繞布置使用置于壓力器皿襯里上的處于干燥狀態(tài)并 且在壓力器皿的使用壽命中實質(zhì)上保持在干燥狀態(tài)（即，在整個過程中未由于樹脂浸漬粘 合）的干絲狀材料。
[0037] "實質(zhì)上"在干燥狀態(tài)下是考慮到絲狀材料在使用中、特別是用于壓縮流體的海上 運輸時可能會受環(huán)境濕度等影響變得潮濕。也就是說，既定置于器皿上的干絲狀材料在器 皿投入使用時是干燥的并且將保持干燥。因此，在此背景下的實質(zhì)上干燥并不排除其中絲 /纖維被水潤濕的情況。
[0038] 用于本發(fā)明的壓力器皿通常是類型3或類型4,或者是利用完全的復(fù)合包裹物以 及要么非結(jié)構(gòu)性金屬襯里要么是非金屬襯里或者純粹用于制造過程的襯里（即，可拆卸襯 里）的另一形式的壓力器皿。這是因為它們比所有鋼制的類型1壓力器皿的重量更輕，由 此它們更適合用在水運工具上。
[0039] 除類型3和類型4壓力器皿之外，還有新形的壓力器皿可以應(yīng)用于這些各種應(yīng)用。 這些壓力器皿可以被稱作類型5、類型6以及類型7壓力器皿。還可以使用各種不同壓力器 皿類型的修改版本。
[0040] 類型5壓力器皿不包括單獨的襯里，其襯里替代地要么與復(fù)合物壁成一體，要么 是用于形成纏繞的復(fù)合物壁的可拆卸心軸，所述心軸隨后在纏繞處理之后被拆卸。
[0041] 類型6壓力器皿具有鋼制圓柱形部分以及復(fù)合物圓頂端。
[0042] 類型7壓力器皿具有鋼制襯里、復(fù)合外包裹物以及復(fù)合物圓頂端。
[0043] 其它變化形式可以包含類型4壓力器皿，其具有金屬內(nèi)部涂層，所述涂層可以提 高壓力器皿的不透氣性。
[0044] 用于優(yōu)選的壓力器皿的一個結(jié)構(gòu)這樣的器皿：在其大部分長度上具有大體上圓柱 形形狀，并且具有至少一個不銹鋼層作為用于與器皿內(nèi)的壓縮流體接觸的第一層，所述第 一層由低碳不銹鋼制成，并且器皿進(jìn)一步具有由至少一個纖維加固型聚合物層制成的將不 與容納在器皿內(nèi)的流體接觸的另一外部復(fù)合物層。
[0045] 器皿將具有用于氣體裝載和卸載的開口。
[0046] 多個壓力器皿可以布置在模塊或隔室中，并且壓力器皿可以互連用于裝載和卸載 操作。
[0047] 優(yōu)選地，所有器皿均具有相同的高度、長度或直徑。一些可以具有不同的高度、長 度或直徑以允許將器皿定制配合到在相關(guān)的交通工具或模塊或隔室內(nèi)為器皿提供的空間 中。
[0048] 用于壓力器皿的另一優(yōu)選的結(jié)構(gòu)具有在其大部分長度上的大體上圓柱形形狀以 及用于氣體裝載和卸載并且用于液體排空的至少一個開口，所述壓力器皿包括非金屬內(nèi)部 涂層、金屬襯里以及至少一個外部纖維層。
[0049] 非金屬內(nèi)部涂層優(yōu)選地是基本上惰性的。
[0050] 非金屬內(nèi)部涂層可以有利地具有至少不銹鋼那樣的耐腐蝕性。
[0051] 非金屬內(nèi)部涂層可以選自包括以下各項的群組：HDPE、環(huán)氧樹脂、PVC等。
[0052] 金屬襯里可以是抗酸性氣體腐蝕的。
[0053] 金屬襯里可以由低碳鋼制成。
[0054] 纖維層可以由圍繞金屬襯里纏繞的纖維制成。
[0055] 纖維層可以包括碳纖維。
[0056] 此壓力器皿或其它壓力器皿中的任一者可以進(jìn)一步包括插入在襯里與復(fù)合物層 (例如，碳纖維層）之間的絕緣層。
[0057] 絕緣層可以是透氣層。
[0058] 纖維層可以包括玻璃纖維。
[0059] 壓力器皿可以進(jìn)一步包括插入在金屬襯里與纖維層之間的透氣層。
[0060] 透氣層可以包括玻璃纖維。
[0061] 壓力器皿可以進(jìn)一步包括連接到透氣層上以用于檢測氣體滲漏的氣體檢測器。
[0062] 壓力器皿沿著其大部分長度在內(nèi)部和外部可以實質(zhì)上呈圓柱形形狀。
[0063] 用于壓力器皿的另一構(gòu)造可以另外具有在其大部分長度上的大體上圓柱形形狀 以及用于氣體裝載和卸載的至少一個開口。但是，在此構(gòu)造中，壓力器皿包括金屬襯里、在 金屬襯里之外并且鄰近于金屬襯里的第一纖維層以及在第一纖維層之外并且鄰近于第一 纖維層的第二纖維層。第一纖維層和第二纖維層由不同材料制成。
[0064] 金屬襯里可以是不透氣的和/或耐腐蝕的。
[0065] 金屬襯里可以選自包括以下各項的群組：鋼、不銹鋼、鎳基合金、雙相鋼、鋁、鋁合 金、鈦以及鈦合金。
[0066] 纖維層中的任一者或兩者可以由圍繞金屬襯里纏繞的纖維制成。
[0067] 第一纖維層可以包括碳纖維。
[0068] 第二纖維層可以包括玻璃纖維。
[0069] 又另一個構(gòu)造可以是其中壓力器皿包括：
[0070] 用于氣體裝載和卸載并且用于液體排空的至少一個開口；
[0071] 非金屬襯里；以及
[0072] 提供在非金屬襯里外部上的至少一個外部纖維層。
[0073] 非金屬襯里可以是基本上化學(xué)惰性的。
[0074] 非金屬襯里可以具有至少不銹鋼那樣的相對于烴類或者CNG以及在此類流體中 的雜質(zhì)（例如H 2S和co2)的耐腐蝕性。
[0075] 非金屬襯里可以選自包括以下各項的群組：高密度聚乙烯、高純度聚二環(huán)戊二烯、 基于聚二環(huán)戊二烯的樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氯乙烯或已知烴類氣體不可透過的其它聚合物，尤 其是壓縮天然氣聚合物，襯里有利地能夠液壓容納原始?xì)怏w，例如烴類和天然氣混合物。襯 里還優(yōu)選地是惰性的，不受此類氣體侵蝕。
[0076] 纖維層可以由圍繞非金屬襯里纏繞的纖維制成。
[0077] 在纖維層中的纖維可以選自以下各項的群組：碳纖維、石墨纖維、無堿玻璃纖維或 S玻璃纖維。
[0078] 碳纖維可以涂布有熱固性樹脂。
[0079] 熱固性樹脂可以選自包括環(huán)氧基或高純度的聚二環(huán)戊二烯基樹脂的群組。
[0080] 器皿可以進(jìn)一步包括提供在非金屬襯里內(nèi)部上的內(nèi)部金屬涂層。
[0081] 例如，根據(jù)IS015156,內(nèi)部金屬涂層可以實質(zhì)上耐H2S。
[0082] 內(nèi)部金屬涂層應(yīng)優(yōu)選地在其屈服強度的80%下對100kPa(15psi)的H2S局部壓力 不會出現(xiàn)硫化物應(yīng)力破裂，H 2s局部壓力按以下計算（以兆帕-磅/平方英寸為單位）：
[0083]

【權(quán)利要求】
1. 一種水運工具，所述水運工具包括柴油燃料罐，所述柴油燃料罐用于對所述水運工 具的一般航運需求供給燃料，例如從一個地點運行到另一地點，其中所述水運工具在上面 另外具有用于在其中儲存壓縮天然氣（CNG)的CNG壓力器皿，所述CNG可由所述水運工具 從所述壓力器皿使用，以為用于所述水運工具的海岸操縱的發(fā)動機提供動力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水運工具，其特征在于，所述發(fā)動機是雙燃料發(fā)動機。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水運工具，其特征在于，所述發(fā)動機能夠在第一構(gòu)造中運用 來自所述柴油燃料罐的柴油且在第二構(gòu)造中運用來自所述壓力器皿的CNG。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水運工具，其特征在于，在所述水運工具上存在兩個發(fā)動機， 一個用于運用所述柴油并且另一個用于運用所述CNG。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的水運工具，所述水運工具是用于運載貨物 的船。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的水運工具，其特征在于，所述貨物包含CNG、集裝箱以及油中 的一或多者。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求1到4中任一權(quán)利要求所述的水運工具，所述水運工具是客渡船。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求1到4中任一權(quán)利要求所述的水運工具，所述水運工具是包括多 個壓力器皿以用于在所述地點之間運輸以及配送CNG的CNG油輪。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的水運工具，其特征在于，用于給所述發(fā)動機供應(yīng)作為燃料的 CNG的所述壓力器皿是所述多個壓力器皿中的一者。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的水運工具，其特征在于，用于給所述發(fā)動機供應(yīng)作為燃料的 CNG的所述壓力器皿是專用的壓力器皿或者一組專用的壓力器皿。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的水運工具，其特征在于，所述CNG儲存在 平均儲存壓力超過200巴的所述壓力器皿或多個壓力器皿內(nèi)。
12. -種為在碼頭邊的船提供動力的方法，所述方法包括運行所述船的發(fā)動機，所述發(fā) 動機以來自儲存在船上的CNG為動力，所述發(fā)動機接通到交流發(fā)電機/發(fā)電機上以用于產(chǎn) 生所述船的電能需求。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述CNG儲存在所述船上的一或多個壓 力器皿中。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述壓力器皿是使用復(fù)合材料形成的， 并且包括類型3或類型4壓力器皿。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述壓力器皿為至少 15m長且直徑為至少2m。
16. -種在根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一權(quán)利要求所述的水運工具上提供推進(jìn)力的方 法，所述方法包括在所述水運工具正進(jìn)行海岸操縱時通過燃燒在所述水運工具上儲存的 CNG為所述水運工具的發(fā)動機提供動力，以及使用不同的能源來用于更長的行程。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述不同的能源是柴油以及柴油發(fā)動 機。
【文檔編號】F02B43/00GK104093966SQ201180076335
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月5日
【發(fā)明者】F·內(nèi)蒂斯 申請人:藍(lán)波股份有限公司