NO305827B1

NO305827B1 - FremgangsmÕte og innretning for t°mming av karbondioksyd pÕ dypt vann

Info

Publication number: NO305827B1
Application number: NO903206A
Authority: NO
Inventors: Koetsu Asai
Original assignee: Mitsubishi Heavy Ind Ltd
Priority date: 1989-07-19
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 1999-08-02
Also published as: US5293751A; NO903206D0; EP0408979B1; KR910002669A; JP3021004B2; NO903206L; JPH03128792A; KR940007215B1; EP0408979A1

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved uttømming av karbondioksid på dypt vann til havs.

Problemet med oppvarming av jorden på grunn av øket konsentrasjon av karbondioksid i atmosfæren har vært diskutert over hele verden, og som et mottiltak mot dette problem er det fremsatt en idé at konsentrasjonen av karbondioksidgass i atmosfæren kan reduseres ved industriell oppsamling av karbondioksidgass fra forbrennings-eksosgass og liknende, for deretter å uttømme gassen i sjøen på stor dybde.

Denne idé er basert på det faktum, at sjøvann nær overflaten blir holdt i kontakt med atmosfæren og er i nært forhold til atmosfæren på grunn av bølger, tidevann o.l., mens sjøvannet på større dybder enn ca. 100 m beveger seg meget liten og har en liten forbindelse med overflatelaget. Det antas derfor at karbondioksid som uttømmes i sjøen på større dybder ikke vil komme ut i atmosfæren på meget lang tid, og kanskje aldri. Idéen er også basert på det faktum at karbondioksid, i flere titalls ganger så store mengder som i atmosfæren, allerede finnes i oppløst tilstand i sjøvannet, og at kunstig tilført karbondioksid i tillegg vil ha liten eller ingen virkning.

Figur 4 viser et eksempel på tidligere teknikk, hvor karbondioksid blir transportert til sjøs med et skip og kastet i sjøen.

I et varmekraftverk 1, blir forbrenningsgass som inneholder karbondioksid generert fra en kjele, og etter at karbondioksidgassen er atskilt og samlet fra eksosgassen, blir den omdannet til fast form i et karbondioksidoppsamlings- og behandlingsanlegg 2. Det blir med andre ord produsert fast karbondioksid (vanligvis kalt "tørr is"). Temperaturen i fast karbondioksid er omkring -78 °C under atmosfærisk trykk som vist på figur 2, og den blir lagret i et varehus 3 for fast karbondioksid. Den faste karbondioksid blir så lastet på et transportskip 4 for fast karbondioksid, og blir transportert på sjøen til et forutbestemt område, hvor det blir kastet ut av skipet. Egenvekten til fast karbondioksid er omkring 1,5, så det synker på grunn av sin egen vekt til en stor dybde. Transportskipet 4 går tilbake til havnen etter utkasting, og det utfører transport og uttømming av fast karbondioksid gjentatte ganger.

Figur 5 viser et flytdiagram som viser en prosess for å produsere fast karbondioksid fra karbondioksidgass. Karbondioksidgass 11 blir komprimert ved 12 ved hjelp av en kompressor, og deretter blir den avkjølt og kondensert ved 13 til flytende karbondioksid 14. Hvis dette gjennomgår en adiabatisk utvidelse ved 15 ved å lade det sprute ut av en dyse, vil omkring 30 til 60 % av det flytende karbondioksid fordampe, men det resterende flytende karbondioksid ville bli snøfnugg-formet fast karbondioksid 17 som følge av fjerning av fordampningsvarmen, og dette blir presstøpt ved 18 til fast karbondioksid (vanligvis kalt "tørr is" ).

Uttømming av karbondioksid i sjøen i henhold til tidligere kjent teknikk som forklart ovenfor, har imidlertid etterfølgende ulemper.

Når det gjelder å omdanne oppsamlet karbondioksid til fast form i sammenlikning med flytende form, blir installasjonen kostbar, og vil kreve stor tilførsel av kraft for å opereres. Dessuten, når det gjelder arbeidet med å laste om bord i et skip o.l., er håndtering av fast karbondioksid vanskelig i sammenlikning med håndtering av flytende karbondioksid.

Fast karbondioksid som kastes ut fra et skip vil fordampe raskt på grunn av kontakten med sjøvann, og en del av det fordampede karbondioksid ville unnslippe til atmosfæren. Det er med andre ord et tap av karbondioksid på veien når det kastes i sj øen.

Det er et fordampningstap av karbondioksid under lastearbeidet på skipet og under transport, og videre er det en fare for at uttømming kan finne sted utenfor de bestemte områder, i strid med bestemmelsene. Derfor, og også som følge av de ovenfor beskrevne mangler, er det vanskelig å vite nøyaktig når, hvor og hvor meget karbondioksid som var uttømt i sjøen.

Det er derfor et mål med den foreliggende oppfinnelse å frembringe en fremgangsmåte og et system for uttømming av karbondioksid på dypt vann, hvor ovennevnte mangler ved fremgangsmåten og systemet ifølge tidligere teknikk unngås. Dette oppnås med fremgangsmåten og systemet ifølge oppfinnelsen slik de er definert med de i kravene anførte trekk.

Det karbondioksid som skal lastes på et skip er i flytende form, og det er intet behov for å omdanne dette til fast karbondioksid. I tillegg er tilstanden til karbondioksidet etter arbeidet med lasting av skipet også i flytende form, som lett kan håndteres.

Siden karbondioksid som skal uttømmes dypt i sjøen går gjennom et uttømmingsrør til det når stor dybde, vil det aldri bli tapt på veien.

Fordampningstap av karbondioksid under arbeidet med lasting av skipet og under transport på sjøen finnes ikke, og veien for uttømming av flytende karbondioksid dypt i sjøen er begrenset til inne i uttømmingsrøret.

De ovennevnte samt andre formål, trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den følgende beskriv-else av en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, under henvisning til tegningen, hvor figur 1 viser et generelt konseptriss som viser en foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelsen, figur 2 og 3 viser diagrammer som viser tilstandene for henholdsvis karbondioksid og sjøvann, figur 4 viser et generelt konseptriss som viser et eksempel på fremgangsmåten for uttømming av karbondioksid dypt i sjøen ifølge tidligere teknikk, og figur 5 viser et flytdiagram med en prosess for fremstilling av fast karbondioksid fra karbondioksidgass.

I det følgende skal fremgangsmåten og systemet for uttømming av karbondioksid i sjøen ifølge den foreliggende oppfinnelse beskrives i mer detalj, under henvisning til tegningene. Et generelt konseptriss som viser en foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelse er illustrert på figur 1. På denne figur blir karbondioksidgass samlet fra forbrennings-eksosgass som inneholder karbondioksid, og som blir generert i varmekraftverket 1, og blir videre flytendegjort i et karbondioksidgass-oppsamlings- og behandlingsanlegg 2. Det flytende karbondioksid blir midlertidig lagret i lagertanker 5 til det blir lastet på et skip. Henvisningstallet 6 betegner et flytende sjøanlegg, som flyter i et sjøområde på for eksempel 200 sjømil fra havnen, og med en dybde på så meget som 400 m. Den flytende installasjon 6 er utstyrt med et uttømmingsrør 7, omkring 3 000 m langt, som henger ned fra anlegget, og dessuten, skjønt det er utelatt fra illustrasjonen, er det anordnet et dynamisk posisjo-neringsapparat for å gjøre marineanlegget 6 i stand til å holde seg i det designerte område, et måleapparat for karbondioksid som skal uttømmes i sjøen og forskjellige rørutstyr. Mellom lagertankene 5 på land og det flytende anlegg 6, blir flytende karbondioksid transportert på sjøen ved hjelp av et transportskip 8 for flytende karbondioksid.

Temperaturen i flytende karbondioksid som transporteres er for eksempel omkring -50 °C med et trykk på omkring 7 kgf/cm<2>, omkring 2 °C ved omkring 38 kgf/cm<2>eller omkring 15 °C ved omkring 52 kgf/cm<2>. Disse temperaturer og trykk er på vanlig brukte nivåer, og følgelig er stor erfaring knyttet til i konstruksjon, fremstilling og drift av anlegget. Derfor er det foreslåtte system vel egnet for håndtering av store mengder flytende karbondioksid.

Flytende karbondioksid blir lastet på skipet 8 fra an kai nær lagertankene 5 og transportert på sjøen til det flytende anlegg 6. Skipet blir fortøyd ved det flytende anlegg 6, og flytende karbondioksid blir uttømt i sjøen, omkring 3 000 m dypt, gjennom uttømmingsrøret 7. Temperaturen i det flytende karbondioksid blir lik temperaturen i det omliggende sjøvann mens det passerer gjennom det langs uttømmingsrøret 7. Det flytende karbondioksid som uttømmes fra den nedre ende på uttømmingsrøret 7 blandes delvis med det omliggende sjøvann, og oppløses i sjøvannet eller genererer hydrater, mens resten synker dypere, og etter å ha nådd sjøbunnen, blir det etter hvert oppløst i sjøvannet og diffundert bort. Figur 2 er et diagram som viser forholdet i tetthet mellom sjøvann og flytende karbondioksid dypt i sjøen. De viktigste faktorer som påvirket tettheten til sjøvannet er temperatur, saltkonsentrasjon og trykk (vannets dybde), men temperatur og saltkonsentrasjon i sjøvannet i sjødybder på 2 000 m eller mer er meget jevne i alle sjøområder, og temperaturen er omkring 2 °C og saltkonsentrasjonen omkring 3,5 %. På basis av denne viten er en linje som viser sjøvannets tetthet tilsvarende forskjellige dybder av vann tegnet ved L på figur 2, og en annen linje som viser tettheten til flytende karbondioksid under samme temperatur og trykk (vannets dybde) er tegnet ved M på figur 2. Dette diagram viser det faktum at ved en dybde på 3 000 m i sjøen, er tettheten til flytende karbondioksid som uttømmes fra den nedre ende på uttømmingsrøret 7, større enn tettheten til det omliggende sjøvann. Figur 3 er et diagram som det henvises til for å forklare tilstandene for karbondioksid og sjøvann, hvor temperaturen er representert ved en jevn skala langs abscissen og trykk er representert i en logaritmisk skal langs ordinaten. For det første, for å forklare karbondioksidets tilstand, er tilstanden delt i tre områder (X, Y og Z) med to linjer A-B-C og B-D, og karbondioksid er fast i den tilstand til tilsvarer området X på venstre, øvre side av linjen A-B-D på figur 3, flytende i tilstanden som tilsvarer regionen Y på høyre, øvre side av linjen B-D-C, og gassformig i den tilstanden som tilsvarer region Z på høyre, nedre side av linjen A-B-C. Punktet B representerer et trippelpunkt som tilsvarer omkring 5,3 atmosfærer og omkring - 57 "C. Flytende karbondioksid kan finnes bare under forhold med høyere trykk enn dette spesielle trykk. Tilstanden for flytende karbondioksid under transport på sjøen i den illustrerte utførelse av den foreliggende oppfinnelse tilsvarer et punkt F, G eller H. Punktet F er et punkt så nært som mulig til trippel-punktet B, punktet G er et punkt som tilsvarer sjøvannets temperatur i stor dybde, og punktet H er et punkt som tilsvarer ordinær temperatur. Sammenlikning av punkt F og punkt H viser at tanken i et transportskip for flytende karbondioksid ville bli mer kostbar for last ved punkt H enn i tilfelle med last ved punkt F på grunn av at tanken måtte motstå høyere trykk, men den kraft som er nødvendig for å flytendegjøre karbondioksidgassen kan reduseres. De optimale temperatur- og trykkforhold må bestemmes ved å ta disse problemer generelt i betraktning, og de bør ikke begrenses bare til de ovennevnte punkter F, G eller H.

I tillegg er tilstandene for sjøvann indikert ved punktene P, Q og R. Punkt P indikerer, som et eksempel, et trykk og en temperatur i sjøvannet ved en dybde på 3 000 m, punkt Q indikerer et trykk og en temperatur i sjøvannet ved en dybde på 500 m, og punktet R indikerer trykk og temperatur i sjøvannet ved en dybde på 30 m.

Hvis uttømmingsrøret 7 skulle være så kort som 30 m, ville flytende karbondioksid bli uttømt ut i sjøvannet som indikert ved punkt R, og derfor ville det uttømte karbondioksid øyeblikkelig fordampe, flyte opp og gå ut i atmosfæren, og formålet med å uttømme karbondioksid dypt i sjøen ville ikke bli nådd. Hvis lengden av uttømmingsrøret skulle være omkring 500 m, ville flytende karbondioksid bli uttømt i sjøvannet som indikert ved punkt Q. Skjønt karbondioksid under disse trykk- og temperaturforhold ikke ville fordampe på grunn av at det er flytende, har det lavere tetthet enn sjøvannet under samme trykk- og temperaturforhold. Følgelig ville det flytende karbondioksid som uttømmes fra den nedre ende av uttømmingsrøret flyte opp under påvirkning av temperatur og trykk i det omliggende sjøvann, og fordampning ville begynne ved en vanndybde hvor trykket er redusert under oppflytingen. Derfor ville en del av det uttømte karbondioksid oppløses i sjøvann, men resten ville fordampe å unnslippe til atmosfæren, og ville således være tapt når det gjelder objektet med å uttømme karbondioksid dypt i sjøen.

I den illustrerte utførelse av den foreliggende oppfinnelse, er lengden på uttømmingsrøret 7 antatt å være omkring 3 000 m. Flytende karbondioksid ville derfor bli uttømt i sjøvannet som indikert ved punkt P. Karbondioksid under dette trykk- og temperaturforhold har større tetthet enn sjøvannet under samme trykk- og temperaturforhold. Følgelig ville det flytende karbondioksid som uttømmes fra nedre ende på uttømmings-røret 7 delvis blande deig med det omgivende sjøvann, og ville oppløses i sjøvannet eller dannet hydrater, og resten som ikke oppløses i det omliggende sjøvann ville synke dypere på grunn av sin egen vekt, slik at den totale mengde av karbondioksid som uttømmes i sjøvannet på omkring 3 000 m dybde kan møte de iboende objekt med uttømming av karbondioksid dypt i sjøen.

Hvis det flytende karbondioksid som er lastet på transportskipet 8 skulle uttømmes utenfor skipet uten å benytte spesielt utstyr, ville store mengder av fordampning finne sted øyeblikkelig, og derfor er uttømming i sjøen utenfor det bestemte område i det vesentlig umulig, idet uttømming i sjøen bare kan finnes sted gjennom uttømmingsrøret 7. Forutsatt at en last av flytende karbondioksid på transportskipet 8 er på 30 000 tonn, laste- og tømmekapasitet er henholdsvis 30 000 tonn pr. time, og at en tur tar 3 dager, er det således mulig å uttømme dypt i sjøen omkring 3 millioner tonn i året pr. skip, og hvis tre transportskip 8 er forbundet med ett flytende anlegg 6, kan uttømming i sjøen av 10 millioner tonn pr. år lett utføres av denne flåte av transportskip.

Det skal bemerkes at arbeidet med lasting o.l. dreier seg om håndtering av flytende last, hvor dette er meget lettere enn håndtering av fast last.

Ovennevnte forskjellig numeriske verdier er bare en indikasjon av en foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelse, og de kan endres innenfor oppfinnelsens omfang.

Som beskrevet i detalj ovenfor i forbindelse med en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, kan fremgangsmåten og systemet for uttømming av karbondioksid i sjøen ifølge den foreliggende oppfinnelse gi de etterfølgende fordeler.

Siden karbondioksidgass, oppsamlet fra forbrennings-eksosgass eller liknende, blir flytendegjort før den lastes på

et skip, er anlegget for å gjøre gassen flytende mindre kostbar i sammenlikning med det tilfelle hvor den blir omdannet til fast form, og kraftforbruket for drift av anlegget kan også bli redusert. Arbeidet med lasting på et skip er også lettere i sammenlikning med håndtering av fast last .

Siden flytende karbondioksid blir uttømt gjennom et uttømmingsrør som når en stor dybde, blir det ingen tap av karbondioksid på veien, og derfor øket effektiviteten.

Siden det ikke er noe fordampningstap under lastearbeid

på skipet eller under transport på sjøen, og siden uttømmingen av flytende karbondioksid fra skipet til sjøen finner sted bare gjennom et uttømmingsrør på et flytende anlegg, kan man ved å overvåke målingen av uttømmingen på det flytende anlegg nøyaktig vite når, hvor og hvor meget karbondioksid som er uttømt i sjøen.

Claims

1. Fremgangsmåte ved uttømming av karbondioksid på dypt vann til havs, KARAKTERISERT VED at ved å transportere karbondioksidet i væskeform med skip til en flytende marin konstruksjon offshore, å tømme karbondioksidet på dypt vann gjennom den nedre ende av et nedsenkbart tømmerør som forløper ned til en vanndybde på omkring 3 000 m og flere hundre meter over havbunnen, idet tømmerøret er montert på en fritt flytende marin konstruksjon som ikke er forbundet med havbunnen og hvor røret alltid er klart til tømming av flytende karbondioksid på dypt vann.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at det væskeformede karbondioksid som tømmes ut, befinner seg nær sitt trippelpunkt.

3. System for uttømming av karbondioksid på dypt vann til havs, KARAKTERISERT VED at det omfatter et skip for transport av det væskeformede karbondioksid, idet skipet er innrettet til å transportere karbondioksidet til en fritt flytende marin konstruksjon som ikke er forbundet med havbunnen, og at konstruk-sjonen omfatter et nedsenkbart tømmerør som forløper ned til en vanndybde på omkring 3 000 m hvis ende er anordnet flere hundre meter over havbunnen, idet tømmerøret alltid klart for uttømming av det væskeformede karbondioksid i vannet.