NO167415B

NO167415B - Fremgangsmaate ved gjenvinning av damp fra en lagringsbeholder for flytendegjort naturgass.

Info

Publication number: NO167415B
Application number: NO870617A
Authority: NO
Inventors: Charles Leo Newton
Original assignee: Air Prod & Chem
Priority date: 1986-02-18
Filing date: 1987-02-17
Publication date: 1991-07-22
Also published as: GB8703561D0; AU569832B2; NO167415C; GB2186675B; NO870617L; MY100263A; US4675037A; GB2186675A; AU6880787A; JPS62192493A; KR910001199B1; NO870617D0; JPH0341518B2; CA1276542C; KR870008163A

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved gjenvinning av damp fra damprommet av en lagringsbeholder for flytendegjort naturgass inneholdende naturgass og et nitrogenforurensningsmiddel, ved tilførsel av en del av dampen til en innretning for fornyet flytendegjøring og returnering av denne flytendegjorte dampdel til lagringsbeholderen.

Vannlekkasje inn i LNG (flytendegjort naturgass) lagringsbeholderen fordamper noe av den flytende fasen og øker beholdertrykket. Tidligere ble dette trykket avlastet ved å omsette de LNG-holdige gassene som ble utskilt som hjelpe-brennstoff til dampkokerne for dampdrevne LNG tankskip. Alternativt kunne trykkavlastningsgassen utspyles ved lufting eller fakkelforbrennes utenfor havn. Senere utførelser av LNG tankskip anvender dieseldrevne motorer fremfor dampdrevne motorer. Disse nye tankskipene har anordninger for fornyet flytendegjøring for rekondensering av LNG damp, men har ingen fremgangsmåte for avhending av spylegassen fra anlegget for fornyet flytendegjøring. Videre forhindrer lovregler avhending av hydrokarbonholdige strømmer ved utlufting eller flammeforbrenning, spesielt i havner. Etter eliminering av disse mulighetene for å kontrollere dampen har det vært foreslått å gjenvinne LNG'en ved fornyet flytendegjøring av den trykkavlastede gassen og retur av denne tilbake til LNG lagringsbeholderen.

Under oppstartnings- og stengningsoperasjon (redusert belastning) av en flytendegjøringsanordning for damp for en LNG lagringsbeholder, vil nitrogen (N2) forurensninger avlastes fortrinnsvis fra LNG og konsentrere i dampsystemet. Hovedkilden for nitrogenforurensning er nitrogenet som opprinnelig finnes i naturgassen, vanligvis opp til ca. 0,5#. Nitrogen som er mer flyktig enn LNG avdampes fortrinnsvis og konsentreres i dampsystemet. F.eks. vil LNG inneholdende 0,3^ nitrogen gi en damp inneholdende ca. 3% N2.

Fornyet flytendegjøring av den trykkavlastede gassen forhindres av nærværet av nitrogenforurensninger. Under oppstartnings- og stengningsbetingelser vil systemet for fornyet flytendegjøring av damp konsentrere nitrogen til det punktet hvorved det indre kjølemiddelsystemet for anordningen for fornyet flytendegjøring, ikke kan tilveiebringe tilstrekkelig nedkjøling til en lav nok temperatur til at duggpunktet for den trykkavlastede gassen nås. Ved dette punktet opphører flytendegjøringen inntil N2 konsentrasjonen i dampfasen er redusert.

Et system for fornyet flytendegjøring er beskrevet av P. Wicker i Sulzer Brothers Limited, Sveits, i "Reliquefaction of LNG Boiloff Gas". The Oil and Gas Journal, 54-55 (8. januar 1971). Dette systemet anvender en kjølemiddelbuffer-beholder hvorved nedkjølingskapasiteten kan reduseres til 30$ av utførelsens kapasitet. Nederst på side 54 angir artikkelen en foreslått fremgangsmåte for innledende nedkjøling av LNG lagringstanken, men angir at denne fremgangsmåten ikke førte frem. Dette skyldtes at kondensatoren frøs full av fuktighet og tunge hydrokarboner. Denne erfaringen demonstrerer uventede problemer når det opereres langt fra utførelses-betingelsene.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fornyet flytendegjøring av LNG for å forhindre en forøket konsentrasjon av nitrogen i gassfasen og for å kontrollere temperaturen ved fornyet fordampning og resirkulering av den flytendegjorte strømmen. Denne fremgangsmåten er spesielt nyttig under oppstartnings- og stengningsbetingelser for flytendegjøringsanordningen.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte av den innledningsvis omtalte art som er kjennetegnet ved

(a) fjernelse av i det minste en del av den flytendegjorte dampdel fra innretningen for fornyet flytende-

gjøring for å danne et resirkuleringsprodukt for å kontrollere konsentrasjonen av nitrogenforurens-ningsmiddelet og/eller for å begrense temperatur-økningen i damprommet i lagringsbeholderen; (b) oppvarming av resirkuleringsproduktet i en innretning for fornyet fordampning hvorved det kondenserte resirkuleringsproduktet fordampes; og (c) returnering av resirkuleringsproduktet til innløpet

for innretningen for fornyet flytendegjøring.

Fig. 1 er et blokkdiagram som viser fremgangsmåten for fornyet fordampning og resirkulering av damp som på nytt er flytendegjort ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er et blokkdiagram som viser en annen utførelse av fremgangsmåten hvori dampen igjen komprimeres. Fig. 3 er et blokkdiagram som viser nok en utførelse av fremgangsmåten hvori dampen rekondenseres.

Et system for fornyet flytendegjøring modifiseres slik at sammensetningen av dampen forblir relativt konstant, og ikke får betydelig forøket nitrogenkonsentrasjon. Under driften av en innretning for fornyet flytendegjøring av damp, kan det opptre situasjoner med redusert belastning og unormal dampsammensetnlng som fører til feilaktig virkning av anordningen for fornyet flytendegjøring. Forskjellige driftsbetingelser for anordningen for fornyet flytendegjøring kan føre til redusert dampstrøm eller forøket nitrogeninnhold i strømmen fra LNG lagringsbeholderen. F.eks. kan disse betingelsene være redusert væskeinnhold i lagringsbeholderen under et tankskips tilbakereise, tømming av et tankskip eller oppstartning av anordningen for flytendegjøring.

For å forhindre problemene med stengning og fornyet oppstartning av anordningen for fornyet flytendegjøring foreslås det på kunstig måte å tilveiebringe en konstant belastning for anordingen for fornyet flytendegjøring ved fornyet fordampning av den kondenserte dampen.

Det er i dag anslått at en anordning for fornyet f lytende-gjøring kan operere ved reduserte belastninger ned til 30% uten stengning. 30% har vært angitt for returreisen for et LNG tankskip med anordning for fornyet flytendegjøring av damp. Anvendelsen av en anordning for fornyet fordampning er nyttig ved at den forhindrer stengning av anordningen for fornyet flytendegjøring ved lavere belastninger.

En spesielt kritisk operasjon er oppstartning av anordningen for fornyet flytendegjøring når skipet befinner seg i havn. Normal oppstartning krever utluftning av ukondensert nitrogen fra kondensatoren for å holde dampduggpunktet over kondensa-sjonstemperaturen for anordningen for fornyet flytendegjør-ing. Denne utluftningen er ikke påkrevet når fordampet LNG-rikt kondensat dannet under de innledende fasene av oppstart-ningen resirkuleres som ved foreliggende oppfinnelse.

Som vist i fig. 1, innbefatter oppfinnelsen inkorporering av en gjenfordampningsenhet 6 i LNG-flytendegjøringssystemet. Damp 2 og 8 fra LNG lagringsbeholderen 1 f lytendegjøres normalt i et system 3 for fornyet flytendegjøring, som kjent innen teknikkens stand, og produktet 4 fra anordningen for fornyet flytendegjøring som er fullstendig eller hovedsakelig flytende, returneres normalt til LNG lagringsbeholderen 1.

Nitrogen trykkavlastes fremfor andre komponenter av LNG; tilsvarende kondenserer andre LNG komponenter fremfor nitrogen. Når produktet 4 fra anordningen for fornyet flytendegjøring ikke avkjøles til metning, spesielt under oppstartnings- og stengningsoperasjon, vil enhver flytende fase i produktet 4 være rikere på LNG, og eventuell gassfase i produkt 4 vil være rikere på nitrogen. Enhver væske i produktstrøm 4 som delvis trykkavlastes ved inngang til LNG beholderen 1, på grunn av ufullstendig avkjøling av den på nytt flytendegjorte dampen under oppstartning og/eller på grunn av varmelekkasje til returrøret for LNG under stengning av anordningen for fornyet flytendegjøring, vil også øke konsentrasjonen av nitrogen i dampfasen i LNG beholderen 1. For å forhindre en forøket konsentrasjon av nitrogen i gassfasen, gjenfordampes, ifølge foreliggende oppfinnelse, idet minste en del av produktstrøm 4 fra systemet 3 for fornyet flytendegjøring via strøm 5 i gjenfordampningsenheten 6. Den gjenfordampede strømmen 7 resirkuleres via strøm 8 til systemet 3 for fornyet flytendegjøring.

Under oppstartning vil f.eks. all den flytende fasen fra produktstrøm 4 gjenfordampes via strøm 5, og returstrømmen 12 til LNG lagringsbeholderen vil samtidig reduseres. Derfor vil strømningskontrollventil 10 være åpen og strømningskontroll-ventil 11 vil være lukket.

Når en økende mengde av det som kondenseres i systemet for fornyet flytendegjøring 3, er tilstrekkelig til å opprettholde en stabil nitrogenkonsentrasjon, vil kontrollventil 10 være lukket for å stenge av resirkuler ingsstrømmen 5 og kontrollventilen 11 vil være åpen for å øke strømmen 12 til LNG lagringsbeholderen 1.

Stengningsoperasjonen for innretningen for fornyet flytende-gjøring utøves f.eks. når LNG lagringsbeholderen er fyllt og minimal varmelekkasje finner sted. Under denne avstengnings-tilstanden med lav eller ingen gass-strøm, kan et kontrollsy-stem være av typen som initierer en kompressor-resirkule-ringsstrøm (ikke vist) i systemet for fornyet flytendegjør-else for å opprettholde en minimal strømningshastighet slik at kompressortrykkbølger unngås. Temperaturen for strømmen gjennom kompressoren økes på grunn av kompresjonsvarmen. Den tilsvarende temperaturøkningen for denne strømmen kan overskride driftstemperaturgrensene for utstyret i systemet for fornyet flytendegjørelse. Fornyet fordampning (og resirkulering) av idet minste en del av dampstrømmen 4 kan benyttes for å øke strømningshastigheten til, og for å redusere inntakstemperaturen for kompressortilførselen ved at strøm 7 adderes til motbølgen til kompressor-resirkulerings-strømmen (ikke vist), derved forhindres overoppvarming av strømmen gjennom kompressoren. Denne fremgangsmåten kan benyttes ved LNG systemer for fornyet flytendegjøring som ikke er forurenset med nitrogen for å begrense temperatur-økningen som forårsakes av kompresjonsvarme og/eller varmelekkasje.

Oppvarmingsmediet 9 for anordningen for fornyet fordampning 6 kan velges ifølge generelle tekniske prinsipper som er velkjente for fagmannen. F.eks. kan det ved et tankskip velges å anvende sjøvann som oppvarmingsmedium 9 som tilfører fordampningsvarmen til innretningen 6 for fornyet fordampning.

Fig. 2 viser en utførelse hvori systemet for fornyet f lytendegjøring 3 i fig. 1 er av typen som innbefatter dampkompressor 23 og kuldeboks 25. I denne sammenhengen er en kuldeboks en apparatur som kondenserer LNG ved varmeveksling. Dampen 22 og 30 fra LNG lagringsbeholderen 21 komprimeres i dampkompressor 23. Den komprimerte dampen 24 avkjøles ved varmeveksling i kuldeboks 25. Det avkjølte flytende produktet 26 returneres til LNG lagringsbeholderen 21. Ettersom nitrogenkonsentrasjonen i strømmene 30 og 24 øker, blir strøm 24 vanskeligere å flytendegjøre på nytt. Eventuelt opphører den fornyede flytendegjøringen. For å forhindre en økende konsentrasjon av nitrogen, gjenfordampes, som ved utførelse i fig. 1, innledningsvis all, eller idet minste en del av, væsken i produktstrøm 26 fra kuldeboksen 6 via strøm 27 1 innretningen for fornyet fordampning 28. Den gjenfordampende strømmen 29 resirkuleres til dampkompressoren 23 via strøm 30.

Under oppstartning vil f.eks. hele den flytende fasen av produktstrøm 26 fordampes på nytt via strøm 27 og returstrøm-men 33 til LNG lagringsbeholderen vil samtidig reduseres. Derfor vil strømningskontrollventil 31 være åpen og strøm-ningskontrollventil 32 vil være lukket.

Når en økende mengde av det som kondenseres i innretningen for fornyet flytendegjøring 25 er tilstrekkelig til å opprettholde en stabil nitrogenkonsentrasjon, vil kontrollventil 31 være lukket for å stenge av resirkuleringsstrømmen 27 og kontrollventil 32 vil være åpen for å øke strømmen 33 til LNG lagringsbeholderen 21.

Under oppstartning av et konvensjonelt system for fornyet flytendegjøring, befinner systemet for fornyet flytende-gjøring seg ved romtemperatur. Fullstendig fornyet fordampning (og resirkulering) av eventuell damp, vil holde nitrogenkonsentrasjonen av gassen ved det opprinnelige dampnivået og tillate avkjøling av utstyret. Fornyet fordampning av hele strømmen 26 bør opprettholdes inntil strøm 26 er fullstendig flytende, og underkjølt i tilstrekkelig grad til å forbli en væske når den tilsettes til LNG lagringsbeholderen 21.

Stengningsopersjonen av systemet for fornyet flytendegjøring kan f.eks. finne sted når LNG lagringsbeholderen 21 er fyllt og minimal varmelekkasje finner sted. Under denne stengnings-tilstanden med lav eller ingen gass-strøm, kan kontrollsys-temet for kompressoren 23 være av typen som initierer en resirkuleringsstrøm (ikke vist) fra utløpet 24 til Inntaket 30 for å opprettholde en minimal strømningshastighet slik at kompressortrykkbølger unngås. Temperaturen for strømmen gjennom kompressoren 23 økes på grunn av kompresjonsvarmen. Den tilsvarende økningen i temperatur for denne strømmen kan overskride driftstemperaturgrensene for utstyret for kuldeboksen 25. Fornyet fordampning (og resirkulering) av idet minste en del av dampstrømmen 26 kan benyttes for å øke strømningshastigheten til, og til å redusere inntakstemperaturen for kompressorråstoffet 30 ved at strøm 29 tilsettes til motbølgeresirkuleringsstrømmen (ikke vist), derved forhindres overopphetning av strømmen gjennom kompressor 23. Denne fremgangsmåten kan anvendes ved LNG systemer for fornyet flytendegjøring som ikke er forurenset med nitrogen for å begrense temperaturøkningen som forårsakes av kompresjonsvarme og/eller varmelekkasje.

Oppvarmingsmediet 31 for innretningen for fornyet fordampning 28 kan velges i overensstemmelse med generelle tekniske prinsipper som er velkjent for fagmannen.

Fig. 3 viser en annen utførelse hvori en komponent av systemet 3 for fornyet flytendegjøring i fig. 1 er en dampkondensator 43. Dampen 42 og 48 fra LNG lagringsbeholderen 41 flytendegjøres normalt på nytt i kondensator 43 og den resulterende væsken 44 resirkuleres til LNG lagringsbeholderen 41. Ettersom nitrogenkonsentrasjonen i strøm 48 øker under oppstartning eller stengning, blir strøm 48 vanskeligere å flytendegjøre på nytt. Eventuelt opphører fornyet flytendegjøring. For å forhindre en økende nitrogenkonsentrasjon gjenfordampes, ifølge foreliggende oppfinnelse, en del av væsken i strøm 44 fra kondensatoren 43 via strøm 45 i anordningen 46 for fornyet fordampning. Den gjenfordampede strømmen 47 resirkuleres til kondensatoren 43 via strøm 48.

Som ved systemet i fig. 2 kan, under oppstartning av en anordning for fornyet flytendegjøring ved romtemperatur, nitrogenkonsentrasjonen holdes idet vesentlige konstant ved fullstendig gjenfordampning av strøm 44 inntil utstyret er avkjølt og strøm 44 er fullstendig flytende. Ved dette tidspunktet vil kontrollventil 50 være lukket for å stenge av resirkuleringsstrømmen 45 og kontrollventil 51 vil være åpen for å øke volumet av strøm 52 til LNG lagringsbeholderen 41. Videre kan nitrogenkonsentrasjonen opprettholdes under stengningsoperasjon ved fornyet fordampning og resirkulering av idet minste en del av den på nytt flytendegjorte strømmen ifølge foreliggende oppfinnelse.

Selv når systemet for fornyet flytendegjøring av fig. 3 ikke inneholder noen kompressor, vil anvendelse av anordningen 46 for fornyet fordampning, for på kunstig måte å opprettholde en konstant belastning gjennom dampkondensator 43, forhindre problemet forbundet med reduserte eller ubelastede tilstander på kjølemiddelsiden av dampkondensatoren 43, spesielt kjølemiddel-kompressorproblemer.

Som i systemet i fig. 2 kan denne fremgangsmåten anvendes ved LNG systemer for fornyet flytendegjøring som ikke er forurenset med nitrogen for å begrense temperaturen som forårsakes av kompressorens varme og/eller varmelekkasje.

Oppvarmingsmediet 49 for anordningen 46 for fornyet fordampning kan velges i overensstemmelse med generelle tekniske prinsipper som er velkjente for fagmannen.

Claims

Fremgangsmåte ved gjenvinning av damp fra damprommet av en lagringsbeholder for flytendegjort naturgass inneholdende naturgass og et nitrogenforurensningsmiddel, ved tilførsel av en del av dampen til en innretning for fornyet flytende-gjøring og returnering av denne flytendegjorte dampdel til lagringsbeholderen, karakterisert ved(a) fjernelse av i det minste en del av den flytendegjorte dampdel fra innretningen for fornyet flytende-gjøring for å danne et resirkuleringsprodukt for å kontrollere konsentrasjonen av nitrogenforurens-ningsmiddelet og/eller for å begrense temperatur-økningen i damprommet i lagringsbeholderen; (b) oppvarming av resirkuleringsproduktet i en innretning for fornyet fordampning hvorved det kondenserte resirkuleringsproduktet fordampes; og (c) returnering av resirkuleringsproduktet til innløpet for innretningen for fornyet flytendegjøring.