NO322855B1 - Fremgangsmate for trykkvedlikehold av lagertanker til bruk ved transport, tomming og lagring av flyktige vaesker, samt anvendelse av fremgangsmaten - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for trykkvedlikehold av lagertanker for flyktige væsker under transport, tømming og lagring av flyktige væsker samt anvendelse av fremgangsmåten.

Ved tømming av en væske fra en lukket tank oppstår et undertrykk i tanken. For å utligne dette undertrykket tilfører man et tilsvarende volum gass til toppen av tanken. Da innholdet i tanker ofte består av brann og eksplosjonsfarlig væske/damp blir det ofte benyttet en inertgass.

Ved tømming av flyktige væsker fra tanker på land, for eksempel ved tømming eller tapping av bensin ved bensinstasjoner eller ved tankterminaler, løses problemet ofte ved at man lar luft fylle den manglende gassmengde i tankene. Ved transport av råolje på tankfartøy kan ikke luft benyttes da oksygeninnholdet av luft er for høyt etter internasjonale regler. Ved lossing av petroleumsprodukter og råolje fra tankfartøy benyttes ofte renset avgass fra fartøyets energiproduserende enheter. Denne "inertgassen" vil da typisk bestå av 83 % nitrogen, 12 % karbondioksid og 5 % oksygen. I andre tilfeller benytter man nitrogen som inertgass ved å produsere denne fra luft via membranteknologi.

Ved transport og lagring av væsker i tanker vil væsken "puste" ved bevegelse og ved endring i trykk eller temperatur. Med "pusting" menes her at molekyler går fra å være i væskefase til å være i gassfase eller motsatt vei for å oppnå termodynamisk likevekt. Denne massetransport mellom væske og gass kan være betydelig og kan foregå over store temperatur- og trykkområder for væsker som inneholder mange forskjellige komponenter. Årsaken er at forskjellige komponenter har forskjellig kokepunkt og damptrykk samtidig med at væsken er i stand til å assosiere flyktige komponenter. Slik "pusting" under lagring vil således kunne skape undertrykk som ofte løses ved at man pumper inertgass in i tankene.

Både gass og væske vil endre volum ved endringer i trykk og temperatur. Når temperaturen stiger vil de fleste væsker og gasser oppta større volum (ekspansjon). Dersom tankvolumet ikke endres vil derfor trykket stige. Når temperaturen synker vil det motsatte skje, dvs. man får en trykkreduksjon. De termodynamiske sammenhengene fører altså til at man i lukkede tanker vil få vekslende overtrykk og undertrykk

Ved transport av råolje med fartøy er det vanlig at man utfører flere utluftninger hvert døgn når temperaturen øker (om dagen) og flere påfyllinger av inertgass når temperaturen avtar (om natten). Denne periodevise påfylling av inertgass medfører at ytterligere VOC ("Volatile Organic Components") går ut av råoljen som utluftes. Ved frakter over lange strekninger vil det totale utluftede gassvolum ofte være stort.

Det eksisterer flere publikasjoner som beskriver fremgangsmåter og systemer som fokuserer på å løse problemet med etterfylling av gass ved tømming av tanker og ved undertrykk i tanker. Etterfylling av luft og inertgass har vært anvendt lenge i industrien. Andre metoder fokuserer på problemet med etterfylling av gass i tanker som holder kryogeniske væsker og hvor man ønsker å unngå en forurensning av tankinnholdet under tømming. Slike systemer er vist i US patent nr. 5,165,246 og 2,500,249. Begge disse systemer benytter varmevekslere som fordamper væsken som tømmes fra tanken og fører denne gassen tilbake til tanken. Kryogeniske væsker har den fordelen at de kan fordampes fullstendig ved atmosfæriske betingelser og man er således ikke avhengig av å bruke en inertgass for etterfylling eller behandle en andel væske som ikke lar seg like lett fordampe. Fra JP 59.164.288 er det kjent et system for gjenvinning av flyktige komponenter, hvor der er kjent at flyktig væske blandes sammen med en gass i et blandingskammer (absorpsjonstårn). Blandingen skjer ved at væsken sprøytes gjennom dyser. Den separerte væsken føres deretter tilbake til lagertanken. Denne publikasjonen beskriver imidlertid ikke en fremgangsmåte for trykkvedlikehold av tanker og det er heller ikke vist bruk av en tofasedyse.

Dagens løsning for tømming av råolje og råoljeprodukter fra tanker ved bruk av store mengder inertgass kan vise seg å være uheldig når tanken ved et senere tidspunkt igjen skal fylles med en råolje. Dersom man benytter inertgass ved tømming av råolje vil flyktige komponenter fra råoljen i tanken gå over i gassform og blande seg med inertgassen. Dette skjer fordi inertgassen søker å komme i termodynamisk likevekt med råoljen. Ved endt tømming inneholder gassfasen typisk 10-30 % VOC og 70-90 % inertgass. Når tanken igjen blir fylt med råolje vil ytterligere VOC gå ut av væskeløsningen og blande seg med den gassen som er på vei ut av tanken. I startfasen av en fylling kan ofte den volumetriske gassraten ut av tanken være dobbelt så stor som væskeraten inn i tanken. I sluttfasen av en fylling kan ofte VOC innholdet i gassfasen være 70-90%. Etter endt fylling kan det totale VOC gassvolumet som har gått ut av tanken være omtrent like stort som det påfylte væskevolumet. Dette VOC gassvolumet tilsvarer i væskeform ca 0,5 % av det totale påfylte væskevolumet.

Av miljømessige årsaker har det vært et stort ønske å gjenvinne denne VOC som kommer ut av tankene i gassform under fylling og under frakt. Det er også i senere tid kommet statlige direktiver som pålegger at en andel av denne gassen skal gjenvinnes. Denne VOCen representerer også betydelige verdier. Det eksisterer flere kommersielle prosessanlegg for å gjenvinne flyktige komponenter fra slik tankdamp ved lasting av råolje offshore. De to dominerende typer anlegg i markedet benytter absorpsjonsteknikk og kjøleteknikk.

I et av systemene som benytter absorpsjonsteknikk absorberes VOC-komponentene som strømmer ut av tanken inn i en del av den væsken som fylles på tanken. Denne prosessen krever et høyt trykk og en lav temperatur for å være effektiv. Brorparten av inertgassen vil ikke absorberes i råoljen og den slippes derfor ut til atmosfæren. Inertgassen som slippes ut til atmosfæren vil imidlertid fortsatt inneholde noe VOC på grunn av inertgassens affinitet for de flyktigste VOC komponentene. Inertgassen som absorberes i oljen vil senere kunne skape problemer under lagring og frakt da den har gjort væsken mer flyktig. Dette kan medføre en trykkoppbygging i tanken under frakt som i dag løses ved at man lufter tanken og slipper gassen inneholdende VOC ut til atmosfæren.

I anlegg som benytter kjøleteknikk blir VOC-gassen som kommer ut av tanken gjort om til væske og så lagret på trykktanker. Kjølesystemet må kjøle hele gasstrømmen, også inertgassen. Da VOC-gass kondenseres før inertgass kan denne tas ut som væske i en kondenseringsanordning, mens inertgassen kan sendes til atmosfæren. Da metan, som er en vesentlig del av VOC-gassen, krever mye energi for å kondenseres velger man ofte å la denne følge inertgassen ut til atmosfæren. Det foreligger heller ikke noen statlige pålegg som krever at metan skal gjenvinnes.

Absorpsjonsystemet og kjølesystemet har minst tre aspekter som hindrer at teknologiene kan få et internasjonalt gjennombrudd uten at det foreligger statlige direktiver for gjenvinning. Anleggene krever mye energi, de er av betydelig størrelse og vekt og de har lav effektivitet. Hovedårsaken til dette følger direkte av bruken av store mengder inertgass ved tømmingen. Anleggene må dessuten prosessere den verdiløse inertgassen sammen med VOC gassen.

I begge systemene må store mengder inertgass komprimeres sammen med VOC-gassen før den ledes inn i absorpsjonsenheten eller kondenseringsenheten. Dette medfører store energikostnader og enhetene må konstrueres for høye gassrater. Således medfører stor bruk av inertgass at de kommersielle anleggene i dag har en investeringskostnad og driftskostnad som er for høy til å forsvare verdien av gjenvunnet VOC.

De kommersielle VOC gjenvinningsprosessene ville vært betydelig mer effektive dersom gassen som kommer ut av tanken hadde hatt en høy andel VOC ved start av lasteprosessen. Da ville man i et absorpsjonsanlegg kunne benytte et langt lavere trykk. Gassvolumstrømmen ut av tankene ville da . også bli betydelig redusert fordi man ikke vil ha like stor avgassing fra den påfylte råoljen. Prosessene vil således kunne skaleres betydelig ned og energiforbruket vil bli lavere. Da dagens løsninger for lossing og lasting av råolje med gjenvinning av miljøskadelig VOC-gasser ikke kan ansees som finansielt attraktive for bred industriell implementering foreslår den foreliggende oppfinnelsen en alternativ fremgangsmåte for trykkvedlikehold til bruk ved losseprosedyren som vil gjøre den påfølgende lasteprosessen mindre krevende, med høyere gjenvinningseffektivitet og med lavere kostnad. Fremgangsmåten vil også kunne anvendes for trykkvedlikehold under frakt og lagring og vil redusere bruken av inertgass samt redusere behovet for utlufting.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for trykkvedlikehold ved frakt, tømming og lagring av flyktige væsker som omfatter føring av tankens egen flyktige væske til en eller flere tofasedyser plassert i en eller flere lagertanker. Tofasedysen blir også tilført en inertgass, luft eller lagertankens egen gassfase.

I et multitank system, slik som på et fartøy som frakter råolje, kan man også tenke seg at tofasedysen blir tilført flyktig væske fra en annen lagertank enn fra den som tømmes. Videre vil det også være aktuelt å la tofasedysen føre gass og væskeblindingen inn i en lagertank som er relativt tom for væske og føre gass fra denne tank videre til en lagertank det tømmes ifra eller som har et undertrykk.

Ved å føre en flyktig væske sammen med en inertgass gjennom en tofasedyse, istedenfor å føre inertgass in i toppen av tanken, oppnås det et stort potensiale for å generere VOC-gass. Tofasedysen vil generere en sky av væskedråper omgitt av inertgass. Avhengig av tofasedysens konstruksjon og størrelsen og forholdet mellom inertgassraten og væskeraten kan væskedråpenes størrelse bestemmes. Dråper generert med tofasedyser har typiske størrelser i området 50-1000 mikron. Dette skaper et enormt væskeareal hvor massetransport av VOC kan skje fra den ene fasen og over til den andre. Resultatet er at inertgassen og væsken vil bli tvunget til likevekt på en særdeles hurtig måte. Potensialet for å generere en gassfase som er rik på VOC kan økes ytterligere ved å varme både inertgassen og væsken før den føres inn til tofasedysen. Således kan man fylle tanken med en gassfase hvor brorparten består av VOC og behovet for inert er tilsvarende begrenset.

Hovedfordelen med fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at den skaper et fordelaktig utgangspunkt for gjenvinning av VOC-gasser ved lasting av væske. Brorparten av gassinnholdet ved oppstart av lastingen består av VOC og ytterligere VOC generert fra den væsken som fylles på tanken er begrenset slik at gassvolumraten ut av tanken er redusert. Resultatet er at gjenvinningsanleggene vil kunne konstrueres mer kompakt og drives mer effektivt og til en lavere kostnad. Nye og bedre gjenvinningsmetoder og teknologi vil også kunne utvikles da forutsetningene for VOC gjenvinning vil være endret.

En ytterligere fordel med fremgangsmåten i følge oppfinnelsen er at energibehovet ved produksjon av inertgass er redusert da inertgassforbruket er redusert. Det er videre et tilleggsmoment at inertgass normalt inneholder noe hydrogensulfid som er en sterk årsak til korrosjon i lagertanker. Således er det en teknisk effekt av oppfinnelsen at man kan få redusert korrosjon av lagertanker fordi inertgassbruken er redusert.

En annen fordel med oppfinnelsen er at man kan tilføre luft i stedet for en produsert inertgass. Gassblandingen som tofasedysen da produserer, vil klare internasjonale myndigheters krav om maksimum 8% oksygeninnhold. Dette åpner videre for ytterligere tekniske fordeler. For det første vil et system som utøver oppfinnelsen kunne skape en ekstra sikkerhet mot feil på inertgassystemet. For det andre vil et system som utøver oppfinnelsen tilrettelegge for å drive pumpene som pumper oljen ut av tankene med elektrisitet fra land i stedet for elektrisitet produsert av mindre effektive dieselmotorer ombord på skip da man ikke lenger har behov for inertgassen disse genererer.

Oppfinnelsen vil bli mer detaljert forklart i det etterfølgende ved hjelp av et utførelseseksempel og med henvisning til de medfølgende tegninger, hvor

Fig. 1 viser en tofasedyse for bruk ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, Fig. 2 viser den tofasedysen plassert i en lagertank med tilhørende system for bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, Fig. 3 viser et alternativt system med en forlengelse mellom tofasedysen og lagertanken for bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, Fig. 4 viser et alternativt system hvor tofasedysen benyttes for innsprøyting i en prosesstank for bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

I figur 1 er det vist et eksempel på en tofasedyse som kan utøve fremgangsmåten. Tofasedysen har en sirkulær kropp 1 med en sirkulær kanal bestående av tre seksjoner, blandingskammer 2, konisk del 3 og tofasedysens utløp 4, for gjennomstrømming av væsken og gassen. Gassen blir tilført tofasedysen gjennom flere tilførselskanaler 5 til tofasedysens blandingskammer. Væsken blir tilført tofasedysen til dens blandingskammer.

I figur 2 er det vist et eksempel på et system som kan utøve fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Tofasedysen 6 er plassert med utløpet inn i toppen av lagertanken 7. En pumpe 8 tømmer lagertanken for væske og fører den til en mottaker gjennom rørføring 9 og 10. Pumpe 11 fører væsken inn til blandingskammeret i tofasedysen. Rørføring 12 er tilknyttet et inertgassystem og leder inertgassen frem til tofasedysen gjennom ventil 13 og rørføring 14. Kompressor 15 leverer inertgassen til tofasedysen gjennom rørføring 16. Tofasedysen kan også bli levert gass fra lagertankens gassfase med rørføring 17 som leder gassen gjennom ventil 18 og via kompressoren videre til tofasedysen. Man kan også levere luft fra atmosfæren til tofasedysen med rørføring 19 som leder luften gjennom ventil 20 og via kompressoren videre til tofasedysen. Dette systemet kan også tas i bruk ved trykkvedlikehold av lagertanken under lagring og frakt. Da vil man ikke pumpe oljen til en mottaker gjennom rør 10. Figur 3 viser et system som er identisk med systemet i figur 2 bortsett fra at et ekspansjonskammer 21 montert mellom tofasedysen og lagertanken og viser et alternativt system som kan utøve fremgangsmåten. Fig. 4 viser et system som er identisk med systemet i figur 2 bortsett fra at tofasedysen er plassert for innsprøyting i en prosesstank 22 og hvor gassen føres ut av prosesstanken via rør 23, gjennom en kompressor 24 og via rør 25 til lagertanken. Væsken fra prosesstanken 22 føres til bunnen av lagertanken via rør 26. Kompressor 24 vil suge gassen ut av prosesstanken slik at den har et undertrykk. Dette medfører et større potensiale for VOC-gass produksjon. Systemet er et alternativt system som kan utøve fremgangsmåten.

Fremgangsmåten og anvendelsen ifølge oppfinnelsen vil kunne bidra til anvendelse av mer kompakte, effektive og miljøvennlige gjenvinningsanlegg for VOC-gasser. Man kan også tenke seg å utøve fremgangsmåten i systemer der flere tanker står i forbindelse via rørledninger, slik som tilfellet er ved transport av petroleumsprodukter med tankfartøy. I et slikt tilfelle vil systemet kunne bidra med ønsket trykkøking i alle tankene.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for trykkvedlikehold av lagertanker (7) for væsker til bruk ved transport, tømming og lagring av flyktige væsker, karakterisert ved at fremgangsmåten innbefatter følgende trinn: - føre flyktig væske fra lagertanken (7) det tømmes ifra eller fra en annen lagertank til en tofasedyse (6), - samtidig føre inertgass fra et inertgassystem, lagertankens (7) egen gass eller luft inn i blandingskammeret (2) til tofasedysen (6), - føre spruten fra tofasedysen (6) direkte inn i gassfasen i lagertanken (7), inn i en prosesstank (22) montert oppstrøms av lagertanken (7) for å separere ut væske og lede denne til bunnen av tanken (7) eller ut av tanken, eller direkte inn i en konisk forlengelse (21) av lagertanken.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at et vakuum påføres prosesstanken (22).

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å varme gassen med et varmeelement før den føres inn i tofasedysen (6).

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å varme den flyktige væsken med et varmeelement før den føres inn i tofasedysen (6).

5. Anvendelse av fremgangsmåten i henhold til krav 1, 2, 3 eller 4 på et tankfartøy.

6. Anvendelse av fremgangsmåten i henhold til krav 1, 2, 3 eller 4 på et tankkjøretøy.