NL2021667B1 - Werkwijze en systeem voor het over een water transporteren van CO2. - Google Patents

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op het transporteren van CO2 over een water. Daarbij wordt gebruik gemaakt van een duwbak die een hogedrukreservoir omvat dat ingericht is voor het opslaan van superkritisch C02. Ter plaatse van een COg-bron wordt het hogedrukreservoir van de duwbak zodanig geladen dat het C02 van de COg-bron in de vorm van superkritisch CO2 in het hogedrukreservoir wordt opgeslagen. Door middel van een duwboot wordt de duwbak, met het in het hogedrukreservoir opgeslagen superkritisch CO2, vanaf de COg-bron naar een C02- opslaglocatie voortgeduwd. Ter plaatse van de COg-opslaglocatie wordt het C02 uit het hogedrukreservoir van de duwbak gelost. Dankzij de uitvinding kan CO2 tegen lage kosten getransporteerd worden vanaf verschillende C02- bronnen naar verschillende COg-opslaglocaties, met schaalbare transportcapaciteiten en met minimale COg-uitstoot door het transportsysteem zelf.

Description

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en systeem voor het over een water transporteren van CO2.

In het huidige document wordt verstaan onder:

- “CO2”: een mengsel van pure koolstofdioxide en andere substanties, waarbij het aandeel koolstofdioxide ten minste 50% bedraagt. Andere substanties in het mengsel kunnen bestaan uit, maar zijn niet beperkt tot, Ar, CH.i, CO, H2O, H2S, N2, SO2 en O2;

- “een water”: een zee, een oceaan, een waterweg of een ander soort groot wateroppervlak;

- “CO2-bron”: een locatie waar CO2 in geconcentreerde vorm beschikbaar is;

- “CO2-opslaglocatie”: een locatie waar CO2 in geconcentreerde vorm kan worden opgeslagen;

- “offshore CO2-opslaglocatie”: een CO2-opslaglocatie die offshore gesitueerd is bij een gas- of olieveld of een ander ondergronds reservoir dat is gereedgemaakt voor injectie en opslag van CO2;

- “binnenvaart”: het vervoer van goederen binnen de kustlijn of het vervoer van goederen van een locatie binnen de kustlijn, via zee naar een locatie binnen de kustlijn;

- “well head”: afsluiters en meetinstrumenten die zich aan de bovenzijde van een olie- of gasput bevinden; en

- “offshore platform”: een buitengaatse locatie waar activiteiten plaatsvinden of hebben plaatsgevonden die zijn gericht op exploratie en winning van olie en gas.

Een probleem met transport van CO2 vanaf een CCh-bron, zoals bijvoorbeeld een CCh-bron op land, naar een (offshore) CCh-opslaglocatie is dat over het algemeen de beschikbaarheden en capaciteiten van CO2bronnen en (offshore) CO2-opslaglocaties variabel zijn.

Wanneer voor dergelijk transport van CO2 een techniek wordt toegepast gebaseerd op een pijpleidingtransportsysteem, waarbij een enkele CO2-bron (op land) met een enkele (offshore) CCh-opslaglocatie verbonden wordt door middel van een pijpleiding, maakt men een niet-variabele transportcapaciteit beschikbaar die over het algemeen te groot is in de vroege fases van de operationele levensduur van het pijpleidingtransportsysteem en die mogelijk te klein is voor latere fases van het pijpleidingtransportsysteem. Verder is het risico groot dat gedurende de geplande operationele levensduur van het pijpleidingtransportsysteem de CO2-bron (op land) of de (offshore) CO2-opslaglocatie niet meer beschikbaar is, waardoor een groot deel van het pijpleidingtransportsysteem vroegtijdig buiten gebruik raakt.

Wanneer een alternatieve techniek wordt toegepast waarbij CO2bronnen en CO2-opslaglocaties worden verbonden door middel van een schip, of een vloot van schepen, ontstaan meer mogelijkheden om het transportsysteem aan te passen op de variabiliteiten van beschikbaarheden en capaciteiten van COs-bronnen en CCh-opslaglocaties. Daarbij is echter bezwaarlijk dat de efficiëntie wordt beperkt door de lange laad- en lostijden waardoor transportschepen relatief veel stilliggen. Voorts is bezwaarlijk dat scheepsontwerpen voor CCh-transport over het algemeen gebruik maken van koeling om de dichtheid van de getransporteerde CO2 te vergroten. Hierdoor wordt de COz-uitstoot van het transportsysteem zelf verhoogd doordat tijdens het transport gekoeld moet worden, hetzij door gebruik van fossiele energie als krachtbron voor een koelinstallatie, hetzij door een deel van de CO2-lading naar de atmosfeer te laten ontsnappen waardoor een koelingseffect optreedt.

Het is een doel van de uitvinding om een oplossing te verschaffen volgens welke CO2 tegen lage kosten getransporteerd kan worden vanaf verschillende CCh-bronnen naar verschillende CCh-opslaglocaties, met schaalbare transportcapaciteiten en met minimale COz-uitstoot door het transportsysteem zelf.

Daartoe verschaft de uitvinding een werkwijze volgens bijgaande onafhankelijke conclusie 1, alsmede een systeem volgens bijgaande onafhankelijke conclusie 4.

Derhalve verschaft de uitvinding een werkwijze voor het over een water transporteren van CO2 vanaf een CCh-bron naar een CO2opslaglocatie, met het kenmerk, dat

- gebruik gemaakt wordt van een duwbak die een hogedrukreservoir omvat dat ingericht is voor het opslaan van superkritisch CO2, en waarbij de werkwijze de volgende stappen omvat:

- het ter plaatse van de CCh-bron zodanig laden van het hogedrukreservoir van de duwbak dat het CO2 van de CCh-bron in de vorm van superkritisch CO2 in het hogedrukreservoir wordt opgeslagen;

- het door middel van een duwboot voortduwen van de duwbak, met het in het hogedrukreservoir opgeslagen superkritisch CO2, vanaf de CO2bron naar de CCh-opslaglocatie; en

- het ter plaatse van de CCh-opslaglocatie lossen van het CO2 uit het hogedrukreservoir van de duwbak.

Voorst kan de uitvinding belichaamd zijn in een systeem voor het over een water transporteren van CO2 vanaf een CCUbron naar een CO2opslaglocatie, waarbij het systeem een duwbak omvat die een hogedrukreservoir omvat dat ingericht is voor het in de vorm van superkritisch CO2 in het hogedrukreservoir opslaan van het CO2 van de CO2-bron.

Daarbij wordt in het huidige document verstaan onder:

- “duwbak”: een drijvende bak, zeewaardig en/of voor de binnenvaart, die gebouwd is en bestemd is om door een ander schip te worden geduwd; en

- “superkritisch CO? CO2 als mengsel, zoals genoemd in de inleiding van het huidige document, waarbij tenminste het pure koolstofdioxide van het mengsel in zijn superkritische fase is, in welke fase derhalve het onderscheid tussen de gasfase en de vloeistoffase van het pure koolstofdioxide is verdwenen.

Genoemde werkwijze volgens de uitvinding heeft een aantal voordelige onderscheidende kenmerken ten opzichte van bovengenoemde “alternatieve techniek” waarbij één of meer schepen worden toegepast die ontworpen zijn voor CCL-transport onder gebruikmaking van koeling om de dichtheid van het getransporteerde CO2 te vergroten.

Zo is een dergelijk schip dat bij bovengenoemde alternatieve techniek wordt toegepast nainehjk een geïntegreerd schip in de zin dat de transportruimte (de “bak”), de aandrijving en de “brug” (de plaats van waaruit het schip bestuurd wordt) een geheel vormen dat niet losgekoppeld kan worden. Dergelijke geïntegreerde schepen brengen, zowel tijdens bedrijf als tijdens stilliggen, aanzienhjk meer kosten mee dan de toepassing van één of meer duwbakken en één of meer duwboten volgens de huidige uitvinding.

Een verder onderscheidend kenmerk ten opzichte van bovengenoemde alternatieve techniek is dat bij de huidige uitvinding, dankzij het hogedrukreservoir van de duwbak waarin het CO2 in de vorm van superkritisch CO2 kan worden opgeslagen, niet meer de intensieve koeling van het getransporteerde CO2 nodig is, hetgeen gunstig is voor het miheu.

Meer specifieke uitvoeringsvormen van de uitvinding zijn neergelegd in de bijgaande afhankelijke conclusies 2 t/m 3 en 5 t/m 9.

In het volgende wordt de uitvinding nader toegelicht aan de hand van enige meer specifieke, doch niet-limiterende, uitvoeringsvoorbeelden van werkwijzen en systemen volgens de uitvinding.

Uitvoeringsvoorbeelden van werkwijzen en systemen volgens de uitvinding kunnen de volgende kenmerken hebben die, elk op zichzelf of tenminste deels in combinatie met elkaar, optioneel kunnen zijn:

- het CO2 van de CCh-bron kan in een buffervat op lage druk aan de kade bij de COa-bron tijdelijk worden opgeslagen;

- een modulaire gascompressor kan geplaatst worden aan de kade bij de COa-bron;

- een of meerdere duwbakken kunnen voorzien worden van een warmte-isolatiesysteem voor het hogedrukreservoir om het getransporteerde CO2 boven een minimumtemperatuur te houden, en/of van een midscheeps spruitstuk ten behoeve van het laden en eventueel lossen van het CO2, en/of van een boegaansluiting voor het lossen van het CO2;

- een lege duwbak kan per duwboot aan de kade afgeleverd worden en aangesloten worden op de gascompressor, waarna aangeleverd CO2 uit het buffervat in de superkritische fase (i.e. boven de temperatuur en druk behorende bij het kritische temperatuur/drukpunt van CO2) in het hogedrukreservoir geladen kan worden door middel van compressie en koeling;

- een nieuwe lege duwbak kan per duwboot aan de kade worden afgeleverd;

de geladen duwbak kan worden gekoppeld aan een duwboot waarna de gekoppelde combinatie duwboot-duwbak naar de offshore CO2-opslaglocatie kan varen en kan aanmeren aan het aanmeersysteem van de offshore CO2-opslaglocatie en via een flexibele leiding aangesloten kan worden op de offshore CO2opslaglocatie;

- de kleppen van de putten in de offshore COa-opslaglocatie kunnen op afstand geopend worden, waarna het CO2 uit de aangemeerde duwbak kan worden gelost door de druk geleidelijk op gecontroleerde wijze over een expansieklep te laten afnemen;

- een verwarmingssysteem kan het CO2 tijdens het lossen opwarmen wanneer de temperatuur bij de well head door expansie van het geloste CO2 onder nul graden Celsius kan vallen;

- de kleppen van de putten in de offshore CO2-opslaglocatie en de expansieklep kunnen op afstand gesloten worden wanneer de druk in het hogedrukreservoir gelijk is aan de druk op de putmond (well head);

- de duwbak kan ontkoppeld worden van het aanmeersysteem en per duwboot naar de kade van een COa-bron gebracht worden, en aldaar opnieuw met CO2 worden gevuld.

De uitvinding kan gebruikmaken van hogedrukreservoirs van staal of kunststof die ingebouwd worden in genoemde duwbakken. Deze duwbakken kunnen voorzien zijn van een spruitstuk voor het laden en lossen van CO2 en een aansluitsysteem waarmee het hogedrukreservoir van de duwbak automatisch aan het offshore aanmeersysteem gekoppeld kan worden. Spruitstuk en aansluitsysteem kunnen zowel midscheeps als op de boeg geplaatst worden. De hogedrukreservoirs kunnen voorzien zijn van warmte-isolatie om de temperatuur van de lading onder normale omstandigheden zonder verwarming of koeling binnen de operationele grenzen te houden. Eveneens kan aan boord van de duwbak een verwarmingssysteem worden geplaatst om het CO2 bij het lossen te kunnen verwarmen zodat de temperatuur bij de well head boven nul graden Celsius blijft. Het verwarmingssysteem kan gebruikmaken van zeewater en/of restwarmte en/of brandstof voor het verwarmen van het CO2.

De uitvinding kan ook gebruikmaken van duwboten die via een koppelsysteem in een uitsparing aan de achterzijde van de duwbak bevestigd worden. Door duwbak en duwboot te ontkoppelen kan de duwbak worden geladen zonder dat de duwboot hoeft te wachten. Wanneer een duwboot voor reparatie of groot onderhoud niet beschikbaar is, kan deze tijdelijk vervangen worden door een andere duwboot. Wanneer nieuwe modellen duwboten beschikbaar komen met betere eigenschappen (bijvoorbeeld zuinigere motoren), kunnen de bestaande duwboten vervangen worden terwijl de rest van het transportsysteem behouden blijft. Deze aspecten van de werkwijze en het systeem volgens de uitvinding verhogen de efficiëntie en verlagen de operationele kosten in vergehjking met een transportsysteem dat gebaseerd is op geïntegreerde schepen, terwijl de CO2uitstoot bij de werkwijze en het systeem volgens de uitvinding op termijn verlaagd kan worden.

De uitvinding kan eveneens gebruikmaken van een gascoinpressiesysteem dat aan wal CO2 van atmosferische druk tot een transportdruk van 73 bar of hoger comprimeert en via een daarvoor geschikte leiding in de hogedrukreservoirs van de duwboten laadt. Het genoemde gascompressiesysteem kan voorzien zijn van standaard meet- en regelsystemen om veilig en efficiënt te kunnen werken.

De uitvinding kan eveneens gebruikmaken van een offshore aanmeersysteem waar de duwbak-duwboot combinatie kan aanmeren en waar de lading gelost kan worden. Het CO2 kan onder eigen druk van de hogedrukreservoirs op de duwbak door een daarvoor geschikte verbinding via het aanmeersysteem naar de well head op een offshore platform stromen.

De uitvinding kan worden toegepast in een werkwijze waarbij een of meer genoemde duwboten met een of meer genoemde duwbakken samen een vloot vormen waarvan de operationele efficiëntie gemaximaliseerd is doordat het aantal duwbakken en duwboten afgestemd is op de afstand tussen een of meer bronnen en een of meer opslaglocaties, rekening houdend met verwachte weer- en zeecondities zodat de wachttijden in het transportsysteem tot een minimum beperkt worden.

De uitvinding kan worden toegepast in een werkwijze waarbij een of meer genoemde duwboten met een of meer genoemde duwbakken samen een vloot vormen waarmee het CO2 getransporteerd wordt naar een opslaglocatie op zee.

De uitvinding kan eveneens worden toegepast in een werkwijze waarbij een of meer genoemde duwboten met een of meer genoemde duwbakken samen een vloot vormen waarmee CO2 getransporteerd wordt over binnenwateren. In deze toepassing wordt CO2 met duwboten en duwbakken die geschikt zijn voor de binnenvaart over een binnenwater vervoerd van een CCh-bron naar een aanmeerlocatie in een haven waar de lading gelost wordt. In deze toepassing wordt geen gebruik gemaakt van een offshore aanmeersysteem.

Opgemerkt wordt dat de bovengenoemde voorbeelden van uitvoeringsvormen de uitvinding niet beperken en dat binnen de reikwijdte van de bijgaande conclusies diverse alternatieven mogehjk zijn.

In de conclusies sluit bijvoorbeeld het onbepaalde lidwoord “een” een meervoud niet uit. Zo kunnen bijvoorbeeld de uitdrukkingen “een duwbak” en “een hogedrukreservoir” respectievelijk “tenminste één duwbak” en “tenminste één hogedrukreservoir” betekenen. Ook kan een enkel element functies van meerdere, in de conclusies genoemde elementen verlichten, terwijl functies van een enkel element in de conclusies ook door meerdere elementen verricht kunnen worden. Andere varianten of modificaties zijn echter ook mogelijk.

Deze en soortgelijke alternatieven worden geacht binnen het kader te vallen van de uitvinding zoals gedefinieerd in de bijgevoegde conclusies.

Claims (9)

1. CONCLUSIES

   1. Werkwijze voor het over een water transporteren van CO2 vanaf een CO2-bron naar een CCL-opslaglocatie, met het kenmerk, dat

   - gebruik gemaakt wordt van een duwbak die een hogedrukreservoir omvat dat ingericht is voor het opslaan van superkritisch CO2, en waarbij de werkwijze de volgende stappen omvat:

   - het ter plaatse van de COa-bron zodanig laden van het hogedrukreservoir van de duwbak dat het CO2 van de CO2-bron in de vorm van superkritisch CO2 in het hogedrukreservoir wordt opgeslagen;

   - het door middel van een duwboot voortduwen van de duwbak, met het in het hogedrukreservoir opgeslagen superkritisch CO2, vanaf de CO2bron naar de CCL-opslaglocatie; en

   - het ter plaatse van de COa-opslaglocatie lossen van het CO2 uit het hogedrukreservoir van de duwbak.
2. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de CCh-opslaglocatie een offshore CCh-opslaglocatie is.
3. 3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij gebruik gemaakt wordt van een systeem volgens een der conclusies 4 t/m 9.
4. 4. Systeem voor het over een water transporteren van CO2 vanaf een CCL-bron naar een CCL-opslaglocatie, waarbij het systeem een duwbak omvat die een hogedrukreservoir omvat dat ingericht is voor het in de vorm van superkritisch CO2 in het hogedrukreservoir opslaan van het CO2 van de CO2-bron.
5. 5. Systeem volgens conclusie 4, waarbij de duwbak geen zelfvoortstuwing en/of geen brug heeft.
6. 6. Systeem volgens conclusie 4 of 5, waarbij het systeem voorts een gascompressiesysteem omvat dat ingericht is om het CO2 te comprimeren tot boven de kritische druk van het kritische temperatuur/druk-punt van CO2 voor het superkritisch maken van het CO2 van de COa-bron ten behoeve van het in het hogedrukreservoir opslaan van het CO2, waarbij genoemd gascompressiesysteem gesitueerd is ofwel bij de CCh-bron, ofwel aan boord van de duwbak, ofwel deels bij de COa-bron en deels aan boord van de duwbak.
7. 7. Systeem volgens een der conclusies 4 t/m 6, waarbij het systeem voorts een bufferreservoir omvat dat gesitueerd is bij de COa-bron en dat ingericht is om het CO2 van de CCh-bron tijdelijk bij de COa-bron in niet superkritische toestand op te slaan.
8. 8. Systeem volgens een der conclusies 4 t/m 7, waarbij het systeem voorts een warmte-isolatiesysteem omvat dat gesitueerd is aan boord van de duwbak en dat ingericht is om de temperatuur van het CO2 in het hogedrukreservoir boven de kritische temperatuur van het kritische temperatuur/druk-punt van CO2 te houden.
9. 9. Systeem volgens een der conclusies 4 t/m 8, waarbij het systeem voorts een verwarmingssysteem omvat dat ingericht is om, tijdens het ter plaatse van de CCh-opslaglocatie lossen van het CO2 uit het hogedrukreservoir van de duwbak, het CO2 op te warmen wanneer de temperatuur door expansie van het geloste CO2 bijvoorbeeld onder nul graden Celsius valt, waarbij genoemd verwarmingssysteem gesitueerd is ofwel bij de CCh-opslaglocatie, ofwel aan boord van de duwbak, ofwel deels bij de CO2-opslaglocatie en deels aan boord van de duwbak.