NO175656B

NO175656B -

Info

Publication number: NO175656B
Application number: NO922575A
Authority: NO
Priority date: 1992-06-29
Filing date: 1992-06-29
Publication date: 1994-08-01
Also published as: FI946165A; WO1994000713A1; NO922575L; AU4515393A; NO922575D0; EP0649508A1; FI946165A0; NO175656C

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for lagring av gass i minst ett kammer, hvor lagringen utfores ved at gassen omformes slik at den inngår i et hydrat idet den bringes sammen med en hydratdannende væske ved temperatur /trykk-forhold som fører til hydratdannelse, og hvor væsken som skal inngå i hydratet tilføres kammeret(kamrene) gjennom inntaksdyser plassert øverst i kammeret(kamrene). The present invention relates to a method for storing gas in at least one chamber, where the storage is carried out by the gas being transformed so that it forms part of a hydrate by bringing it together with a hydrate-forming liquid at temperature/pressure conditions that lead to hydrate formation, and where the liquid to be included in the hydrate is supplied to the chamber(s) through intake nozzles located at the top of the chamber(s).

Lagring av gass er et effektivt virkemiddel både for å tilpasse leveranser til forbrukssvingninger i markedet og for å effektivisere gasstransport i rør. Lagring sikrer dessuten mot uønskede avbrudd i leveranser og har i den forbindelse størst betydning når lagre er anlagt ved forbrukerstedet eller nær markedet. Storing gas is an effective tool both for adapting deliveries to consumption fluctuations in the market and for making gas transport in pipes more efficient. Storage also ensures against unwanted interruptions in deliveries and is therefore most important when warehouses are located at the point of consumption or close to the market.

Det er tidligere kjent å lagre gass i underjordiske reservoarer, slik som tømte olje- og gassreservoarer, eller i grunnvannsmagasiner. Dette forutsetter at det foreligger helt spesielle geologiske strukturer på stedet hvor lageret skal plasseres. Det har også vært forsøkt lagring av gass i underjordiske saltleier, men dette er da også avhengig av at saltleiene foreligger der hvor gassen ønskes lagret. It is previously known to store gas in underground reservoirs, such as emptied oil and gas reservoirs, or in groundwater reservoirs. This presupposes that there are very special geological structures at the place where the warehouse is to be placed. Attempts have also been made to store gas in underground salt beds, but this also depends on the presence of salt beds where the gas is to be stored.

Det kan også nevnes at lagring av naturgass er gjennom-ført ved at gassen nedkjøles kraftig til den blir flytende (LNG=Liquified Natural Gass). Denne metoden er benyttet både for lagring og transport, men representerer en svært kost-nadskrevende lagringsform som også gir mange risikomomenter. De ovennevnte forhold har medført at det bare i sjeldne tilfelle har vært mulig å anbringe store gasslagre nær forbrukerstedet. It can also be mentioned that the storage of natural gas is carried out by cooling the gas strongly until it liquefies (LNG = Liquified Natural Gas). This method is used for both storage and transport, but represents a very costly form of storage that also presents many risk factors. The above-mentioned circumstances have meant that it has only in rare cases been possible to place large gas storage facilities close to the place of consumption.

Det er tidligere kjent å omdanne gass, blant annet naturgass, til hydrat ved at gassen nedkjøles sammen med vann inntil hydrat dannes. Slik lagring av gass i hydratform, særlig for transportformål, er tidligere kjent, f.eks. fra norsk utlegningsskrift nr. 149.976, norsk patent nr. 172,080, US-patent nr. 3.888.434 og PCT-søknad nr. N091/00104 av 8. juli 1991. It is previously known to convert gas, including natural gas, into hydrate by cooling the gas together with water until hydrate is formed. Such storage of gas in hydrate form, particularly for transport purposes, is previously known, e.g. from Norwegian patent application no. 149,976, Norwegian patent no. 172,080, US patent no. 3,888,434 and PCT application no. N091/00104 of 8 July 1991.

Hydrat kan lagre store mengder gass. Under optimale forhold kan 1 m<3> vann binde til seg ca. 180 m<3> naturgass og dette representerer således en betydelig lagringstetthet. Lagringstettheten vil imidlertid variere med den aktuelle gasstype. Hydrate can store large amounts of gas. Under optimal conditions, 1 m<3> of water can bind approx. 180 m<3> of natural gas and this thus represents a significant storage density. However, the storage density will vary with the gas type in question.

De viktigste fordelene ved å lagre gass i form av hydrat er de moderate krav som stilles til trykk- og temperaturforhold. Betingelsene for lagring av hydrat kan relativt enkelt oppfylles uten store kostnader fordi trykket ikke behøver være spesielt høyt og temperaturen ikke behøver være spesielt lav. Dette vil kommenteres nærmere nedenfor. Foreløpig skal bare bemerkes at selv om prinsippet er kjent, er det så vidt vites ikke blitt kommersielt utnyttet til nå. Dette skyldes trolig at mange av de tidligere foreslåtte løsninger tar sikte på å benytte prinsippet for transport av gass. Og hydrat viser seg i praksis å være vanskelig å transportere. The most important advantages of storing gas in the form of hydrate are the moderate requirements placed on pressure and temperature conditions. The conditions for storing hydrate can be met relatively easily without major costs because the pressure does not need to be particularly high and the temperature does not need to be particularly low. This will be commented on in more detail below. For the time being, it should only be noted that although the principle is known, it has not, as far as is known, been commercially exploited until now. This is probably due to the fact that many of the previously proposed solutions aim to use the principle for the transport of gas. And hydrate proves to be difficult to transport in practice.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et anlegg for lagring av gass, og da særlig, men ikke utelukkende, naturgass, på et sted som kan velges uten store begrensninger i valg av plassering, og uten store investeringer til kontroll av trykk og temperatur. The purpose of the present invention is to provide a method and a facility for storing gas, and in particular, but not exclusively, natural gas, in a place that can be chosen without major restrictions in the choice of location, and without major investments to control pressure and temperature.

Ytterligere formål ved foreliggende oppfinnelse er: Further purposes of the present invention are:

å tilveiebringe en fremgangsmåte for mellomlagring av gass nær forbrukersteder i rimelige, rått tilhoggede bergrom uten spesielle fordringer til de omgivende bergarter, å tilveiebringe en fremgangsmåte for lagring av gass hvor det ikke er nødvendig med noen forutgående nedkjøling eller trykksetting av gassen som skal lagres. å tilveiebringe en fremgangsmåte for lagring og senere uttrekking av gass ved anvendelse av naturlig eller kunstig forekommende kaldtvanns- eller varmvannskilder som f.eks. kjølevann fra gasskraftverk eller lignende. å tilveiebringe et anlegg for lagring og senere uttrekking av gass fra hydratet hvor all energiutveksling skjer ved resirkulering av et kjøle/varmemedium gjennom varmeveksler (e) som inngår i anlegget. å tilveiebringe et anlegg for lagring og senere uttrekking av gass hvor det benyttes spesielle dyser for inn-føring av hydratdannende væske i gassen, mens det benyttes andre dyser med større transportkapasitet for et medium som skal kjøle/varme gassen/hydratet under lagring/uttrekking. - å tilveiebringe et stasjonært anlegg som egner seg både for dannelse av hydrat, lagring av hydrat og uttrekk av gass fra det lagrede hydrat. to provide a method for intermediate storage of gas near consumer locations in reasonable, rough-hewn rock spaces without special demands on the surrounding rocks, to provide a method for storing gas where no prior cooling or pressurization of the gas to be stored is necessary. to provide a method for storing and later extracting gas using naturally or artificially occurring cold water or hot water sources such as e.g. cooling water from gas power plants or similar. to provide a facility for storing and later extracting gas from the hydrate where all energy exchange takes place by recycling a cooling/heating medium through heat exchanger(s) included in the facility. to provide a facility for storage and later extraction of gas where special nozzles are used for introducing hydrate-forming liquid into the gas, while other nozzles with greater transport capacity are used for a medium that will cool/heat the gas/hydrate during storage/extraction. - to provide a stationary plant which is suitable both for the formation of hydrate, the storage of hydrate and the extraction of gas from the stored hydrate.

Ytterligere formål og særtrekk ved oppfinnelsen vil fremgå av nedenstående detaljerte beskrivelse av et anlegg som gjør bruk av foreliggende oppfinnelse. Further purposes and special features of the invention will be apparent from the detailed description below of a plant that makes use of the present invention.

Alt dette oppnås ved en fremgangsmåte og et anlegg som angitt i de nedenfor fremsatte patentkrav. All this is achieved by a method and a plant as stated in the patent claims set out below.

For å gi en klarere forståelse av foreliggende oppfinnelse vises til nedenstående detaljerte fremstilling av utførelseseksempler med henvisning til de ledsagende tegninger , hvor: Fig. 1 er en prinsippskisse for et anlegg for dannelse/ lagring/uttrekking av gass hvor gassen først In order to provide a clearer understanding of the present invention, reference is made to the detailed presentation of exemplary embodiments below with reference to the accompanying drawings, where: Fig. 1 is a schematic diagram of a plant for the formation/storage/extraction of gas where the gas is first

omdannes til hydrat, converted to hydrate,

fig. 2 viser et diagram som angir trykk-/temperatur-forholdene ved overgangen fra en gass/væskeblanding fig. 2 shows a diagram indicating the pressure/temperature conditions at the transition from a gas/liquid mixture

til hydrat, gjeldende for naturgass og vann, og fig. 3 antyder hvordan en rekke utsprengte bergrom kan utformes og arrangeres for oppbygning av et kom-plett anlegg i henhold til foreliggende oppfinnelse. to hydrate, applicable to natural gas and water, and fig. 3 suggests how a number of open rock spaces can be designed and arranged for the construction of a complete facility according to the present invention.

De samme referansetall er benyttet i alle tegninger for komponenter med samme funksjon der hvor dette er funnet hensiktsmessig. Tegningene er prinsippskisser som ikke viser flere detaljer enn det som er nødvendig for å få forståelse for oppfinnelsen, og tegningene er vist i ulik målestokk. The same reference numbers are used in all drawings for components with the same function where this has been found appropriate. The drawings are principle sketches that do not show more detail than is necessary to gain an understanding of the invention, and the drawings are shown to different scales.

Først vil hovedprinsippet forklares under henvisning til fig. 1 og fig. 2, idet gass 2 tenkes lagret bundet til hydrat 5 i et kammer 1. Kammeret 1 er et trykk-kammer som er konstruert for å tåle aktuelle hydratlagringstrykk. For naturgass vil lagringstrykket ved de aktuelle temperaturer ligge under 80 barg (barg = bar gauge). Temperaturen bør ligge mellom 0°C og likevektskurven for hydrat som vist i fig. 2, dvs. under ca. 15°C ved det aktuelle trykk. Fortrinnsvis bør trykket ligge på 30-50 barg og temperaturen på 0-12°C for naturgass. Det aktuelle trykk/temperaturområde er skravert på fig. 2 og stiller ikke store krav til kammeret, hverken hva trykk eller temperatur angår. Når lageret er utformet i fjell, vil lagringstemperaturen således være lik fjellets naturlige temperatur. Dette innebærer at det i de nordiske land hverken blir behov for særskilt varmeisolering eller kjøling av lageret når hydratet befinner seg i lagringstil-stand. Bare hvis lageret befinner seg i varmere strøk kan det bli nødvendig med kjøling. Kjøling er derfor normalt begrenset til perioden da gass fylles inn i lageret. Tilsvar-ende vil det være behov for tilføring av varme ved uttrekk av gass fra lageret. Dette vil bli beskrevet nærmere nedenfor. Det er imidlertid også viktig at temperaturen i lageret ikke kommer under frysepunktet for vann, da dette vil kunne føre til tilstopninger av inntaks- og utløpsledninger. First, the main principle will be explained with reference to fig. 1 and fig. 2, as gas 2 is thought to be stored bound to hydrate 5 in a chamber 1. Chamber 1 is a pressure chamber which is designed to withstand current hydrate storage pressures. For natural gas, the storage pressure at the relevant temperatures will be below 80 barg (barg = bar gauge). The temperature should lie between 0°C and the equilibrium curve for hydrate as shown in fig. 2, i.e. below approx. 15°C at the relevant pressure. Preferably, the pressure should be 30-50 barg and the temperature 0-12°C for natural gas. The relevant pressure/temperature range is shaded in fig. 2 and does not place great demands on the chamber, either in terms of pressure or temperature. When the warehouse is designed in a rock, the storage temperature will thus be equal to the rock's natural temperature. This means that in the Nordic countries there is no need for special thermal insulation or cooling of the warehouse when the hydrate is in a storage state. Cooling may only be necessary if the warehouse is located in warmer areas. Cooling is therefore normally limited to the period when gas is filled into the storage. Correspondingly, there will be a need for the supply of heat when extracting gas from the storage. This will be described in more detail below. However, it is also important that the temperature in the warehouse does not fall below the freezing point of water, as this could lead to clogging of the intake and outlet pipes.

Nå skal prosessen ved dannelse av hydrat betraktes. Dannelse av hydrat skjer ved at kammeret 1 fylles med gass 2 gjennom et rør 10 som føres inn øverst i kammeret. Kammeret 1 har direkte forbindelse med gassen slik den inngår i den aktuelle prosess. Hverken pumper eller ventiler er påkrevet for å bringe gass inn i eller ut av kammeret 1. Dette kan styres utelukkende av trykkforhoIdene i kammeret 1. Det samme røret 10 benyttes ved senere uttrekk av gass fra kammeret. Now the process of hydrate formation will be considered. Formation of hydrate takes place by the chamber 1 being filled with gas 2 through a pipe 10 which is led into the top of the chamber. Chamber 1 has a direct connection with the gas as it is included in the relevant process. Neither pumps nor valves are required to bring gas into or out of the chamber 1. This can be controlled solely by the pressure conditions in the chamber 1. The same pipe 10 is used for later extraction of gas from the chamber.

Når det gjelder trykkforhoIdene ved naturgass skal følgende bemerkes: Under hydratdannelsen kan det være fordelaktig å ha et gasstrykk mellom ca. 30 og 50 barg. I rørled-ningen er det vanligvis et gasstrykk mellom 50 og 80 barg. Og i sjeldnere tilfelle kan gasstrykket i rørledningen være så lavt som 16 barg eller så høyt som 180 barg. Det kan derfor bli nødvendig å justere gasstrykket noe både ved innføring fra rør til lager og etter uttrekking fra lager og derpå-følgende tilbakeføring i rør. Det blir imidlertid her bare tale om svært enkle justeringer, f.eks. ved en strupeanord-ning. Regarding the pressure conditions with natural gas, the following should be noted: During hydrate formation, it can be advantageous to have a gas pressure between approx. 30 and 50 barg. In the pipeline, there is usually a gas pressure of between 50 and 80 barg. And in rarer cases, the gas pressure in the pipeline can be as low as 16 barg or as high as 180 barg. It may therefore be necessary to adjust the gas pressure somewhat both during introduction from pipe to storage and after extraction from storage and subsequent return to pipe. However, this is only about very simple adjustments, e.g. by a throat device.

Likeledes kan det være ønskelig å foreta en tørking av gassen ved tilbakeføring til rørledning etter uttrekk fra lager. Slik tørking er imidlertid vanlig etter alle former for underjordisk lagring og vil ikke bli nærmere omtalt her. Likewise, it may be desirable to carry out a drying of the gas when returning it to the pipeline after extraction from storage. However, such drying is common after all forms of underground storage and will not be discussed in more detail here.

Inn i kammeret 1 føres dessuten en hydratdannende væske 3 med temperatur ca. 2°C, og denne spres og finfordeles ved hjelp av dyser 4 som er særskilt konstruert for å gi finfordelte vanndråper. Spesielle dyser kan tenkes benyttet for dette formål, f.eks. dyser med mekanisk vibrerende elementer, gjerne med vibrasjoner i ultralydområdet for å oppnå små, tåkelignede dråper som faller langsomt ned gjennom gassen 2 i kammeret 1 når de er dannet. Herved oppnås en meget stor kontaktflate mellom gass og den hydratdannende væske, samtidig som den store kontaktflaten opprettholdes over et relativt langt tidsrom fordi de små, finfordelte dråpene har en lav fallhastighet gjennom gassen og kammeret er høyt. A hydrate-forming liquid 3 with a temperature of approx. 2°C, and this is spread and finely distributed by means of nozzles 4 which are specially designed to produce finely distributed water droplets. Special nozzles can be used for this purpose, e.g. nozzles with mechanically vibrating elements, preferably with vibrations in the ultrasonic range to obtain small, misty droplets which fall slowly down through the gas 2 in the chamber 1 when they are formed. This achieves a very large contact surface between gas and the hydrate-forming liquid, while at the same time the large contact surface is maintained over a relatively long period of time because the small, finely divided droplets have a low fall speed through the gas and the chamber is high.

I tillegg til dysene 4 er det andre dyser 6 som tilføres et temperaturregulerende medium 11. Dette mediet 11 kan være vann og kan eventuelt tilføres via samme røropplegg som den hydratdannende væske 3 som også kan være vann. In addition to the nozzles 4, there are other nozzles 6 which are supplied with a temperature-regulating medium 11. This medium 11 can be water and can optionally be supplied via the same piping as the hydrate-forming liquid 3, which can also be water.

Når det gjelder den hydratdannende væske, kan denne eventuelt være forsynt med visse tilsetningsstoffer, særlig mykgjøringsmidler og kimdannende partikler. Slike tilset-ninger har bare til hensikt å innvirke på dråpestørrelse og kimdannelse og er derfor først og fremst aktuelle tilsetningsstoffer for den hydratdannende væske. When it comes to the hydrate-forming liquid, this can optionally be provided with certain additives, in particular softeners and nucleating particles. Such additives are only intended to affect droplet size and nucleation and are therefore primarily relevant additives for the hydrate-forming liquid.

Dysene 6 som spesielt er innrettet for å oppnå en tem-peraturregulering av gassen 2, har imidlertid en meget større transportkapasitet for væske enn dysene 4 og gir ikke i samme grad en finfordeling av væskestrømmen. The nozzles 6, which are specially designed to achieve a temperature regulation of the gas 2, however, have a much greater transport capacity for liquid than the nozzles 4 and do not provide the same degree of fine distribution of the liquid flow.

Det må bemerkes at tilførselsrørene for det temperaturregulerende mediet 11 til dysene 6 og tilførselsrørene for den hydratdannende væske 3 til dysene 4 kan være helt ad-skilte og at væskene endog kan være forskjellige. Dette er imidlertid ingen forutsetning, da man ved en enkel og fore-trukken utførelse benytter felles røropplegg og samme væske gjennom begge dyser. Den sistnevnte utførelse foretrekkes nettopp på grunn av sin enkelhet både rent konstruksjons-messig og driftsmessig. Nedenfor er derfor begge væsker oftest omtalt som vann. It must be noted that the supply pipes for the temperature-regulating medium 11 to the nozzles 6 and the supply pipes for the hydrate-forming liquid 3 to the nozzles 4 can be completely separate and that the liquids can even be different. However, this is not a prerequisite, as a simple and preferred design uses a common piping system and the same liquid through both nozzles. The latter design is preferred precisely because of its simplicity both in terms of construction and operation. Below, therefore, both liquids are most often referred to as water.

Et særpreg for oppfinnelsen er at det kalde vannet 3, 11 sprayes rett inn i gass 2 som tas direkte og helt ubehandlet fra et tilførselssystem eller et prosess-system. Hydratet 5 ligner sne eller is og dannes i kammeret 1 når kaldt vann 3 kommer i kontakt med kald gass 2. Hydratets egenvekt er litt lavere enn vannets, og ubenyttet vann samler seg ved bunnen av kammeret 1. Ved dannelse av hydrat i henhold til oppfinnelsen blir all avkjøling begrenset til avkjøling av væsken 11 utenfor kammeret 1, idet absolutt all avkjøling av gassen 2 skjer ved varmeutveksling mellom gass og avkjølt væske inne i kammeret 1. A distinctive feature of the invention is that the cold water 3, 11 is sprayed directly into gas 2 which is taken directly and completely untreated from a supply system or a process system. The hydrate 5 resembles snow or ice and is formed in the chamber 1 when cold water 3 comes into contact with cold gas 2. The specific gravity of the hydrate is slightly lower than that of the water, and unused water collects at the bottom of the chamber 1. When forming hydrate according to the invention all cooling is limited to cooling of the liquid 11 outside the chamber 1, since absolutely all cooling of the gas 2 takes place by heat exchange between gas and cooled liquid inside the chamber 1.

Ved bunnen av kammeret 1 foreligger en oppsamlingsbrønn 7 for overskuddsvæske som ikke inngår i dannelse av hydrat 5, og denne overskuddsvæske 11 kan bringes til å sirkulere gjennom en varmeveksler 8 som befinner seg utenfor kammeret, og derfra sendes væsken, på ny avkjølt til ca. 2°C, tilbake i en resirkulerende sløyfe til dysene 4 og/eller 6. At the bottom of the chamber 1 there is a collection well 7 for excess liquid that is not included in the formation of hydrate 5, and this excess liquid 11 can be made to circulate through a heat exchanger 8 which is located outside the chamber, and from there the liquid is sent, once again cooled to approx. 2°C, back in a recirculating loop to nozzles 4 and/or 6.

Når hydrat 5 dannes, synker trykket til gassen 2 i be-holderen 1 og fordi trykket i tilførselssystemet 10 opprettholdes, tilføres mer gass etterhvert som hydrat dannes. When hydrate 5 is formed, the pressure of the gas 2 in the container 1 drops and because the pressure in the supply system 10 is maintained, more gas is supplied as hydrate is formed.

Såfremt all utviklet frysevarme fjernes, vil denne prosessen fortsette helt til lageret er fullt, dvs. når det ikke lenger foreligger noe gassrom over hydratet 5. Og den utviklede frysevarme vil kontinuerlig bli fjernet sålenge overskuddsvannet 11 sirkuleres gjennom varmeveksleren 8 og denne tilføres kjølevann 9 fra en ytre kilde. If all developed freezing heat is removed, this process will continue until the storage is full, i.e. when there is no longer any gas space above the hydrate 5. And the developed freezing heat will be continuously removed as long as the excess water 11 is circulated through the heat exchanger 8 and this is supplied with cooling water 9 from an external source.

All nødvendig energitransport skjer herunder ved sirku-lasjon av kaldt vann gjennom kammeret 1. Kjølevannet til-føres, som allerede nevnt, fortrinnsvis gjennom sine egne dyser 6, plassert nær taket i kammeret. Mengden kjølevann 11 som kreves er ca. ti ganger den mengde vann 3 som i samme tidsrom kreves tilført gjennom dysene 4 for dannelse av hydrat. Det er derfor vesentlig at det finnes separate kjøle-vannsdyser 6 som kan levere større mengder vann enn hydrat-dysene 4. Alt vann som tilføres og ikke inngår i dannelse av hydrat, vil etterhvert samles i bunnen av kammeret 1 ved dre-neringsrør 7 og sirkuleres gjennom varmeveksleren 8 for fornyet nedkjøling. Som eksternt kjølemedium 9 kan fortrinnsvis benyttes naturlig forekommende kaldt vann eller varmeveksleren kan være tilkoblet et kjølemaskineri. All necessary energy transport takes place below by circulation of cold water through the chamber 1. The cooling water is supplied, as already mentioned, preferably through its own nozzles 6, located near the ceiling in the chamber. The amount of cooling water 11 required is approx. ten times the quantity of water 3 which in the same period of time is required to be supplied through the nozzles 4 for the formation of hydrate. It is therefore essential that there are separate cooling water nozzles 6 that can deliver larger quantities of water than the hydrate nozzles 4. All water that is supplied and is not included in the formation of hydrate will eventually collect at the bottom of the chamber 1 at the drainage pipe 7 and is circulated through the heat exchanger 8 for renewed cooling. Naturally occurring cold water can preferably be used as external cooling medium 9 or the heat exchanger can be connected to a cooling machine.

Lagerets form er viktig, da stor høyde, som antydet i fig. 1, øker kontakttiden mellom avkjølt vann og gass, og dermed øker dannelsen av hydrat. The shape of the bearing is important, as high height, as indicated in fig. 1, the contact time between cooled water and gas increases, thus increasing the formation of hydrate.

Så skal forholdene betraktes når kammeret 1 er fylt av hydrat 5 som skal lagres. Når hydratet 5 er dannet, blir det ganske enkelt liggende på samme sted hvor det er dannet, inntil det ønskes smeltet under frigjørelse av gass. Dette er et viktig trekk ved foreliggende oppfinnelse da det er for-bundet med store vanskeligheter å flytte eller transportere hydrat. Ettersom lagringstiden går, vil hydrat under tyngdens påvirkning pakke seg til en noe mer kompakt masse, og derved blir det rom for dannelse og lagring av noe mer hydrat i det samme kammer. Then the conditions must be considered when the chamber 1 is filled with hydrate 5 to be stored. When the hydrate 5 is formed, it simply remains in the same place where it was formed, until it is desired to be melted with the release of gas. This is an important feature of the present invention as it is associated with great difficulty in moving or transporting hydrate. As the storage time goes on, hydrate will pack under the influence of gravity into a somewhat more compact mass, and thereby there will be room for the formation and storage of somewhat more hydrate in the same chamber.

LagringstUstanden, dvs. hydratformen, opprettholdes og forblir stabil såsant omgivelsestemperaturene ligger mellom 0°C og ca. 15°C og trykket er som angitt av kurven i fig. 2. Det er bare nødvendig å opprettholde et trykk i henhold til likevektsdiagrammet for de aktuelle lagrede gasser. Et slikt likevektsdiagram for naturgass er vist i fig. 2 og som det fremgår vil de aktuelle temperaturer føre til at lagringstrykket kan holdes under ca. 80 barg. The storage state, i.e. the hydrate form, is maintained and remains stable as long as the ambient temperatures are between 0°C and approx. 15°C and the pressure is as indicated by the curve in fig. 2. It is only necessary to maintain a pressure according to the equilibrium diagram for the relevant stored gases. Such an equilibrium diagram for natural gas is shown in fig. 2 and as can be seen, the relevant temperatures will mean that the storage pressure can be kept below approx. 80 bargs.

Lagringen av gass krever derfor ikke ytterligere energi-tilførsel enn det som skal til for å opprettholde det ønskede og relativt lave overtrykk, og eventuelt den ønskede temperatur hvis denne ikke samsvarer med omgivelsestemperaturen. I denne forbindelse kan nevnes at det kan benyttes en såkalt vanngardin 12 omkring lagringsrommet 1, for opprettholdelse av de ønskede trykkforhold. Virkningen av en slik i og for seg kj ent vanngardin 12, er å øke grunnvannstrykket og dermed det rådende trykk i bergrommet 1, ut over naturlig grunn-vannstrykk. The storage of gas therefore does not require additional energy input than what is needed to maintain the desired and relatively low overpressure, and possibly the desired temperature if this does not correspond to the ambient temperature. In this connection, it can be mentioned that a so-called water curtain 12 can be used around the storage room 1, to maintain the desired pressure conditions. The effect of such a water curtain 12, known per se, is to increase the groundwater pressure and thus the prevailing pressure in the rock space 1, beyond natural groundwater pressure.

Endelig skal forholdene under uttrekking av gass fra hydratet 5 betraktes. Uttrekking av gass fra kammeret skjer ved at man tilfører varme til hydratet 5 slik at dette smel-ter. Prosessen vil naturligvis gå hurtigere ved noe redusert trykk kombinert med varmetilførsel. Derved frigjøres gassen automatisk og presses ut gjennom ledning 10, dvs. gjennom samme ledning som den tilførte gassen når lagringsprosessen pågikk. Det er således ikke nødvendig med pumper eller lignende utstyr for å styre gasstilførsel eller gasstransport ut, da trykkforhoIdene i kammeret styrer slike forhold. Dersom trykket i det eksterne ledningsnettet er høyere enn uttrekks-trykket, vil dette derimot forutsette et kompresjonstrinn. De eneste grunner til å for øvrig inkludere pumper eller ventiler i tilførselsledningen 10 er derfor rent sikkerhets-messige forhold og vedlikehold og reparasjoner på anlegget. Finally, the conditions during extraction of gas from the hydrate 5 must be considered. Extraction of gas from the chamber takes place by adding heat to the hydrate 5 so that it melts. The process will naturally go faster with somewhat reduced pressure combined with heat supply. Thereby, the gas is automatically released and pushed out through line 10, i.e. through the same line as the added gas when the storage process took place. There is thus no need for pumps or similar equipment to control gas supply or gas transport out, as the pressure conditions in the chamber control such conditions. If the pressure in the external wiring is higher than the extraction pressure, this will, on the other hand, require a compression step. The only reasons for otherwise including pumps or valves in the supply line 10 are therefore purely safety-related matters and maintenance and repairs on the plant.

Den nødvendige varmetilførsel skjer ved tilførsel av varmt vann. Dette gjennomføres enklest ved anvendelse av eksakt det samme sirkulasjonssystem 7, 8, 6, som ble benyttet under kjøling. Herunder kan benyttes en egen varmeveksler, eller den samme varmeveksler 8 som ble benyttet under av-kjølingen. Den eneste forandringen blir dermed at man fra en ekstern varmevekslerkrets nå må tilføre varmt vann 13. Mengden av frigjort gass og hastigheten ved hvilken gassen fri-gjøres, bestemmes og kontrolleres av mengden tilført varme. Det skal atter bemerkes at all styring av energiutvekslingen bare skjer i varmevekslingssystemet som ligger utenfor lagringskammeret 1. The necessary heat supply is provided by the supply of hot water. This is carried out most simply by using exactly the same circulation system 7, 8, 6, which was used during cooling. Here, a separate heat exchanger can be used, or the same heat exchanger 8 that was used during cooling. The only change is thus that hot water must now be added from an external heat exchanger circuit 13. The amount of released gas and the speed at which the gas is released is determined and controlled by the amount of added heat. It should again be noted that all control of the energy exchange only takes place in the heat exchange system located outside the storage chamber 1.

Varmemengden som må tilføres for å frigjøre gass til-svarer den varmemengde som ble fjernet under lagringen. For naturgass representerer dette ca. 4% av energi-innholdet i gassen. Energien til oppvarming kan fortrinnsvis hentes fra eksterne, naturlige varmereservoarer, eller anlegget kan planlegges ved at lageret lokaliseres nær et energiverk som likevel slipper ut kjølevann, slik som gasskraftverk eller lignende. The amount of heat that must be added to release gas corresponds to the amount of heat that was removed during storage. For natural gas, this represents approx. 4% of the energy content of the gas. The energy for heating can preferably be obtained from external, natural heat reservoirs, or the plant can be planned by locating the storage near an energy plant which nevertheless releases cooling water, such as a gas power plant or the like.

For å øke uttrekkshastigheten, kan det være fordelaktig å justere trykket i lageret ned til en lavere verdi, i enkelte tilfelle helt ned til atmosfæretrykk. To increase the extraction speed, it can be advantageous to adjust the pressure in the warehouse down to a lower value, in some cases all the way down to atmospheric pressure.

Anlegget i henhold til foreliggende oppfinnelse er særpreget ved at det blir enkelt og krever svært få kontroll-og styringssystemer. Det bemerkes at gassen som skal lagres slippes ubehandlet inn i lagringsrommene ved eksisterende temperaturforhold. En trykkreduksjon kan imidlertid komme på tale dersom ledningstrykket er spesielt høyt. Dermed unngås store og kostbare anlegg med nødvendige styrings- og kon-trollrutiner for nedkjøling av gassen til egnet temperatur. All nedkjøling foretas ved foreliggende oppfinnelse inne i selve lagringskammeret 1 og utelukkende ved at vann 3 og 11 sirkulerer gjennom kammeret og gjennomrisler gassen/hydratet. Dette gir en svært enkel og lett styrbar energitransport i anlegget. The plant according to the present invention is characterized by the fact that it is simple and requires very few control and management systems. It is noted that the gas to be stored is released untreated into the storage rooms at existing temperature conditions. A pressure reduction may, however, be considered if the line pressure is particularly high. This avoids large and expensive facilities with necessary management and control routines for cooling the gas to a suitable temperature. All cooling is carried out in the present invention inside the storage chamber 1 itself and exclusively by water 3 and 11 circulating through the chamber and permeating the gas/hydrate. This provides a very simple and easily controllable energy transport in the plant.

Videre kreves ingen eller svært få kontroll- og styr-ingstiltak ved gasstilførsels-/gassutløp 10. Denne forbindel-sen kan ganske enkelt være en åpen gassledning som fører rett inn i det aktuelle prosess- eller transportsystem. Og kammeret 1 kan direkte være sprengt ut i fjell nær brukerstedet. Det skal særskilt nevnes at krystallint fjell med en velegnet struktur finnes nær brukerstedet både i Norge og andre land, som f.eks. Sveits, Spania, Sverige, Finland og Østerrike. I alle disse land vil man ved hjelp av foreliggende oppfinnelse stå svært fritt med hensyn til hvor et lager skal plasseres, og dermed vil man kunne plassere slike lagre nær forbruks-stedet, noe som vil sikre en jevn tilførsel selv ved store og plutselige forbrukssvingninger. Furthermore, no or very few control and control measures are required at the gas supply/gas outlet 10. This connection can simply be an open gas line that leads directly into the process or transport system in question. And the chamber 1 can be directly blown into the mountains near the user site. It should be mentioned in particular that crystalline rock with a suitable structure can be found close to the user site both in Norway and other countries, such as e.g. Switzerland, Spain, Sweden, Finland and Austria. In all these countries, with the help of the present invention, one will be very free with regard to where a warehouse is to be placed, and thus one will be able to place such warehouses close to the place of consumption, which will ensure a steady supply even in the event of large and sudden fluctuations in consumption.

I denne forbindelse kan nevnes at det kan plasseres flere likeartede bergromkamre i nærheten av hverandre slik som antydet i fig. 3. Og driften av et slikt anlegg kan da variere i avhengighet av svingningene i forbruk. Dersom svingningene i forbruket ikke er for kraftig, kan ett og ett kammer fylles helt opp med hydrat under lagringsperioden og likeledes kan ett og ett kammer tas i bruk når det er behov for en ekstra tilførsel av gass til forbrukerne. Dette kan betegnes som at alle kamrene er plassert i seriekobling. Dersom svingningene i forbruket er svært store, kan imidlertid gass trekkes ut av to eller flere lagringskamre samtidig, dvs. i parallell. Ved på denne måten å variere mellom serie-og parallelldrift av flere kamre som inngår i anlegget, kan svært store endringer i forbruket tilfredsstilles. Når forbruket synker, kan kamrene på ny fylles med hydrat, mens gasstilførselen er større enn forbruket. In this connection, it can be mentioned that several similar rock chambers can be placed close to each other as indicated in fig. 3. And the operation of such a facility can then vary depending on the fluctuations in consumption. If the fluctuations in consumption are not too strong, one and one chamber can be completely filled with hydrate during the storage period and, likewise, one and one chamber can be used when there is a need for an additional supply of gas to the consumers. This can be described as all the chambers being placed in series connection. If the fluctuations in consumption are very large, however, gas can be extracted from two or more storage chambers at the same time, i.e. in parallel. By varying in this way between series and parallel operation of several chambers included in the system, very large changes in consumption can be satisfied. When the consumption drops, the chambers can be filled with hydrate again, while the gas supply is greater than the consumption.

Som eksempel på størrelsen av et slikt lagringsanlegg, kan nevnes at det enkelte kammer kan ha en lengde på 400-1000 m, en bredde på 15-20 m og en høyde på 40-60 m. Og inntil 20 slike kamre kan inngå i samme anlegg. As an example of the size of such a storage facility, it can be mentioned that the individual chamber can have a length of 400-1000 m, a width of 15-20 m and a height of 40-60 m. And up to 20 such chambers can be part of the same facility.

Foreliggende oppfinnelse angår både en fremgangsmåte for å gjennomføre slik dannelse av hydrat samt lagring og uttrekking av gass, og anlegget hvorved dette oppnås gjennom-ført. The present invention relates to both a method for carrying out such formation of hydrate as well as the storage and extraction of gas, and the plant by which this is achieved.

Herunder kan nevnes at mange detaljer ved anlegget kan være viktige for en effektiv utnyttelse av det. Således kan nevnes at dysene som skal behandle den hydratdannende væske bor anbringes i en så stor mengde nær taket i kammeret at hele kammeret kontinuerlig holdes fylt med forstøvet væske under hele hydratdannelsesprosessen. Samtidig bør de temperaturregulerende dyser 6 avgi så meget avkjølt væske at ny, varm gass, som trenger seg inn i kammeret, hurtig bringes ned til sin hydratdannende temperatur ved det aktuelle trykk. Det skal nevnes at en væske slik som vann, har et meget høyt varmeovergangstall og derved sikrer en raskere avkjøling av oppvarmet gass enn det man ville kunne oppnå ved andre og mer kompliserte avkjølingsprinsipper. Man oppnår også hurtig avkjøling på grunn av direkte kontakt mellom det kalde vannet og den varme gassen, og samtidig fører spray-virkningen av det kalde vannet til en kraftig bevegelse i gassen, noe som både fremmer avkjølingen og hydratdannelsen på en enkel og meget effektiv måte. Below it can be mentioned that many details of the facility can be important for its efficient use. Thus, it can be mentioned that the nozzles that are to treat the hydrate-forming liquid should be placed in such a large quantity near the ceiling of the chamber that the entire chamber is continuously kept filled with atomized liquid during the entire hydrate-forming process. At the same time, the temperature-regulating nozzles 6 should emit so much cooled liquid that new, hot gas, which penetrates into the chamber, is quickly brought down to its hydrate-forming temperature at the relevant pressure. It should be mentioned that a liquid such as water has a very high heat transfer coefficient and thereby ensures a faster cooling of heated gas than could be achieved with other and more complicated cooling principles. Rapid cooling is also achieved due to direct contact between the cold water and the hot gas, and at the same time the spray effect of the cold water leads to a strong movement in the gas, which both promotes cooling and hydrate formation in a simple and very effective way .

Ved en spesiell utførelse kan man sågar benytte en annen væske enn vann som kjølemedium, da mediet utelukkende sirkulerer i systemet uten å forbrukes. Likeledes kan en egnet, fritt valgt væske benyttes som varmemedium under oppvarmings-prosessen. Men det foretrekkes at både den hydratdannende væske og det temperaturregulerende medium er samme væske og strømmer gjennom et felles røropplegg. Dog skal bemerkes at selv om samme røropplegg benyttes, behøver ikke væsken og mediet være det samme. In a special design, a liquid other than water can even be used as cooling medium, as the medium exclusively circulates in the system without being consumed. Likewise, a suitable, freely chosen liquid can be used as heating medium during the heating process. But it is preferred that both the hydrate-forming liquid and the temperature-regulating medium are the same liquid and flow through a common pipe system. However, it should be noted that even if the same piping system is used, the liquid and the medium do not have to be the same.

Anlegget må selvsagt forsynes med de nødvendige pumper og ventiler for at systemet skal virke tilfredsstillende, men disse komponenter er ikke nærmere forklart eller vist på figurene, da plasseringen av slikt tilleggsutstyr og kravene som stilles til dette må kalkuleres av fagfolk innenfor området i avhengighet av hvilke væsker og gasser som benyttes og hvilke konstruksjonsdetaljer man ellers har fastlagt på kamrene og dets omgivelser. The plant must of course be supplied with the necessary pumps and valves for the system to work satisfactorily, but these components are not explained in more detail or shown in the figures, as the location of such additional equipment and the requirements placed on it must be calculated by professionals within the area depending on which liquids and gases used and what construction details have otherwise been established for the chambers and their surroundings.

Claims

1. Method for storing gas in at least one chamber (1), where the storage is carried out by transforming the gas (2) so that it forms part of a hydrate (5) as it is brought together with a hydrate-forming liquid (3) at temperature/pressure -conditions that lead to hydrate formation, and where the liquid (3) to be included in the hydrate (5) is supplied to the chamber(s) (1) through intake nozzles (4) located at the top of the chamber(s) (1), characterized in that the storage chamber ( the chambers) (1) for hydrate gas is continuously supplied (2) at the present process temperature, a temperature-regulating medium (11) is supplied to the chamber (chambers) (1) through special nozzles (6), and that excess liquid is removed from the lower part of the chamber, in that the temperature-regulating medium (11) is supplied in a cooled state when more gas (2) is desired to be stored and/or when the formed hydrate (5) is desired to be kept chilled so that it retains its hydrate form, while the temperature-regulating medium (11) is supplied in a heated state when extraction of gas (2) is desired from the formed hydrate (5), so that both cooling of gas; - when more gas is to be stored -; as heating hydrate; - when gas is desired to be extracted from the hydrate -; essentially takes place by direct contact between gas, respectively between hydrate and the temperature-regulating medium (11).

2. Method according to claim 1, characterized in that the temperature regulating medium (11) is recycled both by cooling down gas and by heating hydrate.

3. Method according to claim 2, characterized in that one and the same heat exchanger (8) placed outside the chamber(s) (1) is used both for cooling and for heating the recirculating, temperature-regulating medium (11).

4. Method according to one of claims 1-3, characterized in that the temperature-regulating medium (11) has the same or essentially the same composition as the hydrate-forming liquid (3) and that the medium and the liquid are supplied at least partially through the same piping, but distributed to different nozzles (4;6).

5. Method according to claim 4, characterized in that both the temperature-regulating medium (11) and the hydrate-forming liquid (3) consist mainly of water.

6. Method according to one of claims 1-5, characterized in that the gas pressure in the chamber (chambers) (1) is reduced, during the extraction of gas from the hydrate, in order to facilitate the extraction of gas.

7. Installation for storing gas bound in hydrate and subsequent extraction of gas from the hydrate, which installation comprises at least one chamber (1) with inlet and outlet for a hydrate-forming gas (10), with inlet nozzles (4) for the hydrate-forming liquid (3) ), as well as with temperature-regulating and possibly pressure-regulating devices, characterized in that the chamber(s) (1) is provided with special nozzles (6) for injecting a temperature-regulating medium (11), and that the lower part of the chamber (chambers) (1) is provided with a liquid outlet (7) for removing excess of the temperature-regulating medium (11).

8. Installation according to claim 7, characterized in that the facility is provided with a recirculation system (7,18,6) for recirculation of the temperature-regulating medium.

9. Installation according to claim 8, characterized in that it comprises a heat exchanger (8) placed outside the chamber(s) and arranged so that the temperature regulating medium (11) can flow from the outlet (7) at the bottom of the chamber(s) (1), through the heat exchanger (8) and back to the upper gas-containing part of the chamber(s) (1) through both the nozzles (4) for the hydrate-forming liquid and through the nozzles (6) for the temperature-regulating medium.

10. Plant according to one of claims 7, 8 or 9, characterized in that the intake nozzles (4) for fine distribution of the hydrate-forming liquid (3), as well as the special nozzles (6) for injecting the temperature-regulating medium (11) are connected to respective control devices for control of the flow rate.

11. Plant according to claim 10, characterized in that the special nozzles (6) for supplying the temperature-regulating medium (11) are designed to mediate the flow of significantly larger quantities of liquid than the fine-distributing/atomizing nozzles (4) for introducing hydrate-forming liquid (3).

12. Installation according to one of claims 8-11, characterized in that the gas inlet/gas outlet (10) is in direct connection with gas-carrying lines between the production site and the consumer.

13. Plant according to one of claims 8-12, characterized in that the intake nozzles (4) for supplying the hydrate-forming liquid (3) are designed with a mechanical high-frequency generator, e.g. in the form of an ultrasound source.