NO323679B1 - Fremgangsmate for lasting og lossing av petroleumsvaesker i tankfartoy, samt anvendelse av fremgangsmaten for trykkregulering av lagertanker. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for lasting og lossing av petroleumsvæske i tankfartøy, hvilket tankfartøy innbefatter en eller flere lagertanker for petroteumsvæsken og en eller flere prosesstanker. Fremgangsmåten eliminerer bruken av inertgass og fjerner alle utslipp relatert til lasting, lossing og frakt av petroleumsvæske med tankfartøy. Oppfinnelsen vedrører også anvendelse av fremgangsmåte for regulering av trykket i lagertanken eller -tankene.

Ved tømming av en væske fra en lukket tank oppstår et undertrykk i tanken. For å utlikne 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 for dette formål 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 med undertrykk ofte ved at man lar luft fylle den manglende gassmengde i tankene. Ved transport av petroleumsvæsker på tankfartøy kan ikke luft benyttes da oksygeninnholdet i luft er for høyt etter internasjonale regler. Ved lossing av petroleumsvæsker fra tankfartøy benyttes ofte renset avgass fra fartøyets energiproduserende enheter. Denne "inertgassen" vil 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.

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 systemene 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 å behandle en andel væske som ikke lar seg like lett fordampe.

Fra US 2 487 863 er det kjent et system for lasting/lossing av to tanker, der det er kjent at den ene tanken det skal losses fra er forbundet med en prosesstank. Ved lossing blir petroleumsvæske ført inn i en prosesstank; fra prosesstanken blir væsken ført videre til lagringstanken samtidig som flyktige organisk væskekomponenter føres tilbake til lossetanken.

Fra WO 02/081298 er det kjent en fremgangsmåte og system for lasting av petroleum, der systemet omfatter en eller flere lagertanker, en eller flere prosesstanker, kompressorer) for komprimering av VOC, samt rørføring, pumper etc. for føring av væske/VOC.

Dagens løsninger for tømming av petroleumsvæsker 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 petroleumsvæske. Dersom man benytter inertgass ved tømming av petroleumsvæske vil flyktige komponenter fra petroleumsvæsker) i tanken gå over i gassform og blande seg méd inertgassen. Dette skjer fordi inertgassen søker å komme i termodynamisk likevekt med petroleumsvæsken. Ved endt tømming består gassen typisk av 10-30 % VOC og 70-90 % inertgass. Når tanken igjen blir fylt med petroleumsvæske 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 den VOC som kommer ut av tankene i gassform under fylling. Det er også i senere tid kommet statlige direktiver som krever 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 petroleumsvæske offshore. De to dominerende typer anlegg i markedet benytter absorpsjonsteknikk og kjøleteknikk.

I et av de 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 petroleumsvæsken og den slippes derfor ut til atmosfæren. Inertgassen som slippes ut til atmosfæren vil imidlertid 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 som inneholder VOC ut til atmosfæren.

I anlegg som benytter kjøleteknikk blir VOC-gassen som kommer ut av tanken gjort om til væske som lagres på trykktanker. Kjølesystemet må da 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 for øvrig ikke noen statlige pålegg som krever at metan skal gjenvinnes.

Absorpsjonssystemet og kjølesystemet har minst tre aspekter som hindrer at disse 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 prosessene for gjenvinning av VOC ville vært betydelig mer effektive dersom gassen som kommer ut av tanken hadde hatt en høy andel VOC ved start av lasteprosessen fordi man da ville kunne benytte et absorpsjonsanlegg med et langt lavere trykk. Gassvolumstrømmen ut av tankene vil da også bli betydelig redusert fordi man ikke vil ha like stor avgassing fra den påfylte petroleumsvæsken. Prosessene vil da således kunne skaleres betydelig ned og energiforbruket vil bli lavere. Da dagens løsninger for lossing og lasting av petroleumsvæske med gjenvinning av miljøskadelig VOC-gasser ikke kan ansees som økonomisk attraktive for bred industriell implementering foreslår den foreliggende oppfinnelsen en alternativ fremgangsmåte for lasting og lossing av petroleumsvæsker. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for trykkontroll av lagertanker under frakt og ballastreise. Oppfinnelsen eliminerer bruken av inertgass, reduserer energibehovet og gir en mer miljøvennlig drift fordi den vil kunne gi null utslipp tii atmosfæren.

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å tilveiebringe en fremgangsmåte for lasting og lossing av petroleumsvæske i tankefartøy, hvor man unngår ulempene forbundet med den kjente teknikk.

Dette oppnås ved en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte type, som er kjennetegnet ved at fremgangsmåten innbefatter følgende trinn: ved lasting av tankfartøyet med petroleumsvæske: - tilføre et forutbestemt volum av petroleumsvæske som skal lastes inn i prosesstanken eller -tankene,

tilføre petroleumsvæske som skal lastes til lagertanken eller -tankene, komprimere VOC-gass fra lagertanken eller -tankene og føre den komprimerte VOC-gassen til prosesstanken eller -tankene for absorpsjon i det forutbestemte volumet av petroleumsvæske i prosesstanken eller -

tankene, og

ved lossing av petroleumsvæske fra tankfartøyet:

- føre petroleumsvæske ut fra lagertanken eller -tankene ved hjelp av en pumpe, - føre petroleumsvæske med absorbert VOC-gass fra prosesstanken eller

-tankene til lagertanken eller -tankene,

- frigjøre VOC-gass absorbert i petroleumsvæsken i lagertanken eller - tankene ved hjelp av en dyse.

Fortrinnsvis absorberes all VOC-gass fra lagertanken eller - tankene i det forutbestemte volumet med petroleumsvæske i prosesstanken eller -tankene.

Fortrinnsvis tilføres eller fjernes energi fra petroleumsvæsken i prosesstanken eller - tankene.

Fremgangsmåten innbefatter fortrinnsvis også å avkjøle VOC-gassen fra lagertanken eller -tankene før den føres inn i prosesstanken eller - tankene.

Oppfinnelsen vedrører også anvendelse av fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen for regulering av trykket i lagertanken eller -tankene.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for lasting og lossing av petroleumsvæsker på tankfartøy som baserer seg på de reversible prosessene absorpsjon og fordampning og er brukt henholdsvis ved lasting og lossing. Ved oppstart av lasteprosessen inneholder tankfartøyets lagertanker en gassblanding av i hovedsak VOC-gasser som er generert under lossingen, en prosess som blir omtalt senere. Lasteprosessen starter, i henhold til oppfinnelsen, med at man fører petroleumsvæsken som lastes inn i en eller flere vertikale prosesstanker som inneholder VOC-gass. Prosesstankene fylles med et væskevolum som bestemmes av sammensetningen av petroleumsvæsken som lastes og av lagertankenes VOC-gass. Disse prosesstankene har et samlet volum som er større enn det volumet som VOC-gassen i lagertankene ville opptatt dersom den hadde vært i væskeform. Prosesstankene kan også ha en høyde som er relativt lik lagertankens høyde og kan være plassert i samme nivå som lagertankene, enten på utsiden eller inne i lagertankene. Etter at prosesstankene er fylt med korrekt volum petroleumsvæske, som typisk kan ligge i området 30-70 % av totalt prosesstankvolum, fortsetter lastingen av petroleumsvæsken i tankfartøyets lagertanker. Under fylling av lagertankene vil trykket i lagertankene øke og den tilstedeværende VOC-gassen samt den som eventuelt vil genereres fra væsken som fylles føres ut av lagertankene og komprimeres for å føres inn i bunnen av prosesstankene for videre å bli absorbert av petroleumsvæsken der. Under denne prosessen vil væskevolumet og temperaturen i prosesstankene stige. Temperaturen kan kontrolleres med kjøle- og varmeelementer i prosesstankene. Etter endt lasting kan prosesstankene være nesten fulle og under høyt trykk med en petroleumsvæske som inneholder mye flyktige komponenter. I prosesstanken blir VOC-gassen fordelt til små bobler ved hjelp av en mekanisk struktur med lavt volum av i og for seg kjent art. VOC-gassen perkolerer oppover i petroleumsvæsken inntil de er absorbert. Dersom gassen ikke blir fullstendig absorbert samles den i toppen av prosesstanken og øker trykket hvilket medfører at væsken i prosesstanken er mottagelig for ytterligere VOC-gass for absorpsjon. Ingen gass eller væske slippes ut av prosesstankene under denne prosessen.

Losseprosessen starter, i henhold til oppfinnelsen, ved at petroleumsvæsken i lagertankene pumpes ut av tankfartøyet. Samtidig føres væske fra prosesstankene til en dyse plassert i lagertanken hvor de lagrede flyktige komponentene vil gå ut av væsken ved det lave trykket i lagertanken. Denne væsken inneholder nok flyktige komponenter til å fylle det volumet som losses fra lagertanken og prosessen kan kontrolleres med kjøle- og varmeelementene i prosesstanken. Ved optimal drift vil lagertankene og prosesstankene ved endt lossing være tomme for væske og bare inneholde en VOC-gass.

Oppfinnelsen vil bli mer detaljer forklart ved hjelp av et utførelseseksempel, med henvisning til den medfølgende tegningen, hvor

Figur 1 viser et eksempel på et system som kan utøve fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

I figur 1 er det vist et eksempel på et system som kan utøve fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Når lasteoperasjonen starter inneholder lagertank 1 og prosesstank 2 VOC-gass. Systemet er her vist med kun en lagertank og en prosesstank. På et fartøy og i henhold til oppfinnelsen vil det kunne være flere lagertanker og prosesstanker. Under lasteoperasjonens første fase føres petroleumsvæske inn i systemet i rør 3, gjennom ventilene 4 og 5, til rør 6, gjennom ventil 7 og føres inn i bunnen av prosesstank 2. Prosesstanken 2 fylles med petroleumsvæsken til et prekalkulert volum, og VOC-gassen i prosesstank 2 komprimeres tilsvarende. Det prekalkulerte væskevolumet kan ligge i området 30-70 % av full prosesstank, avhengig av petroleumsvæskens sammensetning og dens mulighet til å absorbere VOC-gass. Den videre lasteprosessen foregår ved at ventil 5 og 7 stenges og ventil 14 åpnes slik at petroleumsvæsken føres inn i lagertank 1. For å unngå et uakseptabelt overtrykk i lagertank 1 føres VOC-gassen ut i rør 10, komprimeres av kompressor 11, føres i rør 12 og gjennom ventil 13 før den føres inn i prosesstank 2.1 prosesstank 2, som er stengt for utslipp av både gass og væske, vil det foregå en absorpsjon av VOC-gassen og trykket vil stige sakte. Den nødvendige absorpsjonshastigheten styres av varme/kjøleelement 20 plassert inne i prosesstank 2. Ved endt lasting er all VOC-gass som opprinnelig befant seg i lagertank 1 absorbert av petroleumsvæsken som ble fylt inn i prosesstank 2. Væskevolumet og trykket i prosesstank 2 har steget og lastingen har blitt utført uten utslipp til atmosfæren.

Systemet vist i figur 1/1 blir også brukt ved tømming av lagertank 1 og vil resultere i at den ved endt lossing igjen er fylt med VOC-gass og klar for en påfølgende lasting. Ved tømming åpnes ventilene 14 og 15, og pumpe 16 og rør 3 fører petroleumsvæsken ut av tankfartøyet. Samtidig åpnes ventilene 7 og 21, og pumpe 17 og rør 18 fører petroleumsvæsken i prosesstank 2 til dyse 19 som sprer strømmen inn i lagertank 1. Når den VOC-holdige petroleumsvæsken kommer inn i lagertank 1 med atmosfærisk trykk vil de flyktige komponentene gå hurtig ut av løsningen og etterfylle væskevolumet som tappes fra lagertank 1.

Fremgangsmåten kan også anvendes for trykkvedlikehold av lagertanker under frakt og ballastreise. Ved undertrykk i lagertank 1 føres VOC-gass, i henhold til oppfinnelsen, fra prosesstank 2 gjennom ventil 8 og rør 9 til toppen av lagertank 1. Ved overtrykk i lagertank 1 føres VOC-gass, i henhold til oppfinnelsen, fra lagertanken 1 gjennom rør 10 og kompressor 11 og rør 12 til prosesstank 2.

Hovedfordelene med fremgangsmåten i følge oppfinnelsen er at den eliminerer bruken av inertgass og at den er mer miljøvennlig enn kjent teknologi da den representerer et system som er fullstendig lukket uten utslipp til atmosfæren. 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.

Videre 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 lite effektive dieselmotorer ombord på tankfartøy fordi man ikke lenger har behov for inertgassen disse genererer.

Man kan også argumentere for en verdifull teknisk effekt for oljeselskapene og selskapene som frakter råoljen. I dag blir oljen prosessert på plattformene slik at den inneholder små mengder av de lettere komponentene, nettopp for å unngå de store utslippsproblemene under lossing og frakt. Det er likevel et økonomisk ønske å sende råoljen til raffineriene med så mye lettere komponenter som mulig da oljeselskapene oppnår en bedre pris for lasten. Et tankfartøy med et prosessanlegg som klarer å håndtere lettere oljekvaliteter uten utslipp vil derfor også kunne oppnå flere frakter og med bedre fraktrater.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for lasting og lossing av petroleumsvæske i tankfartøy, hvilket tankfartøy innbefatter en eller flere lagertanker (1) for petroleumsvæsken og en eller flere prosesstanker (2), karakterisert vedat fremgangsmåten innbefatter følgende trinn: ved lasting av tankfartøyet med petroleumsvæske: - tilføre et forutbestemt volum av petroleumsvæske som skal lastes inn i prosesstanken eller -tankene (2), - tilføre petroleumsvæske som skal lastes til lagertanken eller -tankene (1). - komprimere VOC-gass fra lagertanken eller -tankene (1) og føre den komprimerte VOC-gassen til prosesstanken eller -tankene (2) for absorpsjon i det forutbestemte volumet av petroleumsvæske i prosesstanken eller -tankene (2), og ved lossing av petroleumsvæske fra tankfartøyet: - føre petroleumsvæske ut fra lagertanken eller -tankene (1) ved hjelp av en pumpe (16) - føre petroleumsvæske med absorbert VOC-gass fra prosesstanken eller -tankene (2) til lagertanken eller-tankene (1), - frigjøre VOC-gass absorbert i petroleumsvæsken i lagertanken eller - tankene (1) ved hjelp av en dyse (19).

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat all VOC-gass fra lagertanken eller -tankene (1) absorberes i det forutbestemte volumet med petroleumsvæske i prosesstanken eller -tankene (2).

3. Fremgangsmåte i henhold til hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert vedå tilføre eller fjerne energi fra petroleumsvæsken i prosesstanken eller-tankene.

4. Fremgangsmåte i henhold til hvilke som helst av de foregående krav,karakterisert vedå avkjøle VOC-gassen fra lagertanken eller - tankene før den føres inn i prosesstanken eller -tankene (2).

5. Anvendelse av fremgangsmåte i henhold til hvilke som helst av de foregående krav for regulering av trykket i lagertanken eller -tankene (1).