NO324883B1

NO324883B1 - Fartoy

Info

Publication number: NO324883B1
Application number: NO20015889A
Authority: NO
Inventors: Svein Inge Eide; Kare G Breivik
Original assignee: Statoil Asa
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2007-12-27
Also published as: AU2002367607A1; NO20015889L; WO2003066423A1; NO20015889D0

Description

O ppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et fartøy med tanker som omskiftbart kan transportere LPG, kondensat og C02, og et system for energiproduksjon uten utslipp av CO2 til atmosfæren

Oppfinnelsens bakgrunn

Den foreliggende oppfinnelse er særlig aktuell i forhold til to problemstillinger: 1. Utslipp til atmosfæren av CO2 er en problemstilling som har økende aktualitet, særlig på grunn av forpliktelser i henhold til Kyoto-avtalen. I forbindelse med bestrebelsene for å redusere utslipp av gasser som bidrar til økt drivhuseffekt, har Norge forpliktet seg til å redusere utslippene av CO2 med ca. 12 millioner tonn i forhold til det forventede utslippsnivå i år 2010 dersom tiltak ikke iverksettes. En meget aktuell metode for å redusere C02-utslipp er å deponere CO2 i undergrunnsreservoarer hvorfra hydrokarboner produseres, hvorved det injiserte C02 kan bidra til opprettholdelse av reservoartrykket for fortsatt utvinning av hydrokarboner. Nevnte C02 injiseres i væskeform eller i gassform, hvorav injeksjon i gassform foregår i dag. Idéen med å injisere C02 i væskeform i undergrunnsreservoarer er kjent, og er planlagt på Søhvitfeltet utenfor Nord-Norge fra år 2005. Etter inngåelse av Kyoto-avtalen er både utslipp og deponering av CO2 blitt en handelsvare som kan kjøpes og selges mellom industriaktører og nasjoner. I Norge er det planlagt bygging av flere gasskraftverk. Utslippene av CO2 fra et gasskraftverk er typisk ca. 2 millioner tonn pr. år, hvilket representerer en avhendingsverdi på ca. 300 millioner NOK. Gasskraftverk og andre store industriaktører er aktuelle leverandører av væskeformig C02. 2. Det finnes gassfelt til havs der det i dag ikke er mulig å produsere de tyngre gassfraksjoner, slik at de tyngre gassfraksjoner enten må injiseres tilbake i reservoaret der de kom fra eller må avbrennes. Et typisk gassfelt uten løsning for å produsere de tyngre gassfraksjoner kan i dag bidra med en døgnproduksjon på ca. 1000 tonn LPG, i tillegg til kondensat. Utnyttelse av de tyngre gassfraksjoner fra 4-5 typiske gassfelt vil representere en markedsverdi på ca. 3,5 milliarder NOK pr. år.

I lys av de ovennevnte problemstillinger foreligger det et transportbehov for å kunne transportere de nevnte tyngre gassfraksjoner (LPG primært, men også noe kondensat) og væskeformig C02. Det er særlig behov for et fartøy som kan frakte de nevnte typer last på én kjøl under full fleksibilitet med hensyn til lastutskifting, hvorved LPG og kondensat kan transporteres en vei og væskeformig CO2 kan transporteres en annen vei. Det er også behov for et fartøy som, i tillegg til de ovennevnte funksjoner, kan tilkobles gassfelt uten løsning for produksjon av tyngre gasskomponenter, slik at fartøyet kan separere ut og laste de tyngre gasskomponenter samtidig som væskeformig C02 losses for påfølgende undergrunnsinjeksjon.

Kjent teknikk

Det finnes i dag kun ett fartøy, eller nærmere bestemt en skrogkonstruksjon, som kan transportere LPG og kondensat på samme kjøl i stor skala, med høy grad av sikkerhet. Det siktes til en skrogkonstruksjon patentsøkt av Navion ASA med norsk patentsøknad NO 2001 1982. Nevnte fartøy har ikke utforming eller utrustning til å transportere væskeformig CO2 i stor skala, og har dessuten ingen separasjonsfasiliteter.

Det finnes i dag ingen fartøy for transport av væskeformig C02 i stor skala.

Innretninger og fartøy som er relevant for den foreliggende oppfinnelse er beskrevet i patentpublikasjonene NO 180470, US 6094937, JP 4104834, US 3387581 og EP 680434.

Oppsummering av oppfinnelsen

Med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes et fartøy av en type og med en utforming slik det fremgår av krav 1. Foretrukne utførelsesformer av fartøyet er nærmere spesifisert i de tilhørende avhengige krav.

Med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes et ytterligere fartøy av en type og med en utforming slik det fremgår av krav 7, med en foretrukken utførelsesform nærmere spesifisert i krav 8.

Med den foreliggende oppfinnelse blir det også tilveiebrakt et system for energiproduksjon uten utslipp av C02 til atmosfæren, i henhold til krav 9.

Tegninger

Det foreligger en tegning som omfatter to figurer, hvor:

Figur 1 illustrerer et fartøy ifølge oppfinnelsen, ved tilkobling til et gassfelt. Figur 2 illustrerer et fartøy ifølge oppfinnelsen, ved tilkobling til et kraftverk.

Detaljert beskrivelse

Det henvises til figurene 1 og 2.

Med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes et fartøy 1, omfattende: utrustning for å laste LPG, én eller flere tanker 2 for stabil lagring av LPG under transport, og utrustning for å losse LPG,

utrustning for å laste kondensat eller annen væske som er stabil under atmosfæretrykk, én eller flere tanker 3 for lagring av nevnte kondensat eller væske under transport, og utrustning for å losse nevnte kondensat eller væske, og

en separasjonsenhet 6 som er i stand til å motta en strøm 7 av våtgass og kondensat for separasjon til LPG, kondensat og tørrgass, slik at LPG og kondensat kan

ledes til respektive tanker 2, 3 i fartøyet og tørrgass 8 kan ledes ut fra fartøyet til en annen enhet.

Fartøyet er særpreget ved at det videre omfatter:

utrustning for å laste væskeformig C02, én eller flere tanker 4 for stabil lagring av væskeformig C02 under transport, og utrustning 5 for å losse væskeformig C02 til en annen enhet, eksempelvis for påfølgende injeksjon i et undergrunnsreservoar.

På figur 1 er det illustrert at fartøyet ligger tilkoblet et gassfelt til havs, via en overflateplattform som er uten fasiliteter for produksjon av de tyngre gasskomponenter. Fartøyet laster en strøm 7 omfattende våtgass og kondensat for separasjon av nevnte last i separasjonsenheten til LPG, kondensat og tørrgass. LPG og kondensat lagres på fartøyet i respektive tanker 2,3, hvorved fartøyet lastes med LPG og kondensat. Tørrgassen ledes gjennom en ledning 8 tilbake til overflateplattformen for påfølgende videre transport, eksempelvis gjennom en gassrørledning. Tilkoblingen mot gassfeltet er via en kobling av typen STL- Submerged Turret Loading, et nedsenket dreielegeme for lasting, i henhold til tidligere kjent teknikk. Separasjonsenheten er fortrinnsvis anordnet nær fartøyets tilkobling mot gassfeltet, for å holde kort transportvei. Det er illustrert samtidig lossing av væskeformig C02 via en egen ledning 5. Figur 1 gir således en illustrasjon av fartøyet og dets operasjon i en ende av en transportvei.

På figur 2 illustreres fartøyet og dets operasjon i en annen ende av transportveien, nærmere bestemt ved et kraftverk der fartøyet laster væskeformig C02 og losser LPG og kondensat.

Ved operasjon av fartøyet i henhold til figurene 1 og 2 blir det oppnådd økt markedsverdi fra gassfeltet ved at også de tyngre gasskomponenter blir produsert, C02 blir deponert således at bidrag blir gitt både til oppfyllelse av Kyoto-avtalens forpliktelser og opprettholdelse av reservoartrykket, og fartøyets operatør kan frakte en verdifull last begge transportveier.

Med LPG menes det væskedannet petroleumsgass som må nedkjøles til temperatur under normal omgivelsestemperatur og/eller holdes under trykk høyere enn atmosfæretrykket for å foreligge som en stabil væske.

Med kondensat menes det væskeformige bestanddeler kondensert ut fra gass, og eventuelt mindre mengder andre bestanddeler som i væskeform har vært assosiert med gassen, hvilket kondensat foreligger som en stabil væske ved normal omgivelsestemperatur under atmosfæretrykk.

Med C02 menes i hovedsak ren C02, i den utstrekning forstyrrende innvirkning av ytterligere bestanddeler unngås.

Den generelle utforming av fartøyets skrog er med fordel i henhold til patentpublikasj on NO 2001 1982. Fartøyet har derved dobbelt skrog med et sentralt lasteområde langs fartøyets lengdeakse, mellom to langsgående ytre skott, fortrinnsvis med lastetanker anordnet på rekke sentrert langs lengdeaksen i det sentrale lasteområde, og med sidetanker eller vingtanker symmetrisk mellom nevnte skott og de ytre doble skrogvegger. Fartøyet omfatter derved eksempelvis 8 tanker anbrakt langs skipets senterakse, hvor nevnte tanker har utforming og utrustning som muliggjør enhver av de aktuelle typer last, og tanker for kondensat eller annen væske som er stabil under atmosfæretrykk langs hver av fartøyets sider. Det henvises til ovennevnte patentpublikasj on for ytterligere beskrivelse.

Det er med fordel opplegg for fluidkommunikasjon mellom tanker, fortrinnsvis med dobbel ventilsegregering.

Fartøyet kan generelt sett utformes fritt under forutsetning av at funksjonene som skal utøves blir ivaretatt. Tankene kan i prinsippet ha hvilken som helst form og være av hvilket som helst antall, gitt at fartøyets funksjon opprettholdes.

Generelt kan kondensattanker dimensjoneres for atmosfæretrykk og atmosfære-temperatur, LPG-tanker kan dimensjoneres for minimum 3 bar driftstrykk og maksimum -30 °C driftstemperatur, mens CCVtanker kan dimensjoneres for minimum 5,3 bar driftstrykk og maksimum -50 °C driftstemperatur. Derved unngås gassdannelse eller tørrisdannelse.

Alle lastetanker i fartøyet har utforming og utrustning til å opprettholde en lasttemperatur på -50 °C eller lavere og et lasttrykk på minimum 8 bar. Derved kan alle lastetanker i fartøyet i henhold til oppfinnelsen ta alle aktuelle typer last. Tankene er hensiktsmessig utformet med ytre isolasjon over et skall av austenittisk rustfritt stål eller annet materiale som ikke er utsatt for sprøbrudd ved den aktuelle nedkjøling, med en kjølekappe mellom nevnte isolasjon og skall, og eventuelt med kjøleinnretninger inne i tankene.

I en foretrukken utførelsesform har hver tank påtenkt for enhver aktuell type last form av en sylinder med sirkulært tverrsnitt med en halvkuleformet øvre ende og en halvkuleformet nedre ende, idet hver tank er anordnet stående vertikalt i fartøyet med den øvre ende ovenfor fartøyets dekknivå. Typiske dimensjoner vil være: indre diameter 8-10 m og høyde 15-20 m. En slik tankutforming gir et fordelaktig stort lagringsvolum i forhold til veggtykkelse og vekt av en tank.

I en foretrukken utførelsesform av fartøyet har alle tankene form av en vertikalt stående sylinder med sirkulært tverrsnitt og halvkuleformede ender, idet tankene som ligger i fartøyets lengdeakse strekker seg opp over dekksnivå, mens sidetankene eller vingtankene i sin helhet ligger under dekksnivå og er symmetrisk plassert rundt fartøyets lengdeakse. Derved oppnås stort lastevolum og god stabilitet.

Alle typer last foreligger i væskeform og lastes og losses ved hjelp av rørledninger, koblinger, ventiler og pumper. I tankene benyttes det fortrinnsvis senkepumper for å sikre god tømming. Forutsatt at tankene og utrustningen for lasting og lossing har slik utforming at det oppnås god tømming, forventes det ikke spesielle problemer ved skifte fra en type last til en annen type last i en tank.

Fartøyet har fortrinnsvis to uavhengige kjølesystem eller kjølesløyfer, med kjøling til tanker, eventuelt til utrustning for lasting og lossing, og til separasjonsenheten. For å unngå avgassing eller dannelse av tørris kan det fortrinnsvis utføres forhåndsnedkjøling av laste- og losseutrustning, tanker og separasjonsenhetens kjølende deler, før innføring av LPG eller C02 i tanker og C02 i separasjonsenhetens varmeveksler.

Innløpsstrømmen av våtgass til fartøyet holder et typisk trykk på 200-300 bar og en typisk temperatur på ca. 100 °C.

Fartøyets separasjonsenhet har utforming slik at den funksjonerer ved ekspansjon og trykkavlastning i kombinasjon med kjøling. Det er foretrukket at kjølingen helt eller delvis tilveiebringes ved varmeveksling mot relativt kald væskeformig C02 i en C02-strøm som losses til en annen enhet, hvilken væskeformig C02 -strøm som losses foreligger i motstrøm til separasjonsenhetens innløpsstrøm. Dette er indikert på figur 1 ved at C02-strømmen 5 er ledet gjennom en del av separasjonsenheten 6. Det kan anordnes strømningssløyfer av væskeformig C02 for kjøling i tillegg til strømmen som tilveiebringes ved lossing.

Det er foretrukket at fartøyets separasjonsenhet inneholder utrustning til temperaturstyrt varmeveksling med væskeformig C02 slik at temperaturen i den væskeformige C02 opprettholdes under en forhåndsbestemt maksimal øvre verdi. Derved kan dannelse av tørris eller C02 -gass i varmeveksleren unngås.

For å unngå dannelse av tørris eller C02 -gass i varmeveksleren er det fordelaktig å forhåndsnedkjøle varmeveksleren ved hjelp av kjølesystemet og/eller flytende C02 før innløpsstrømmen til separasjonsenheten gradvis åpnes.

Med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes det også et fartøy som prinsipielt er likt med fartøyet beskrevet ovenfor, bortsett fra at fartøyet er uten en separasjonsenhet.

Det henvises til figurene, som i tillegg til ytterligere trekk viser trekk for det nevnte fartøy.

Det ytterligere fartøy omfatter:

utrustning for å laste LPG, én eller flere tanker 2 for stabil lagring av LPG under transport, og utrustning for å losse LPG,

utrustning for å laste kondensat eller annen væske som er stabil under atmosfæretrykk, én eller flere tanker 3 for lagring av nevnte kondensat eller væske under transport, og utrustning for å losse nevnte kondensat eller væske.

Det ytterligere fartøy særpreges ved at det omfatter:

Det ytterligere fartøy kan ikke tilkobles et gassfelt for å separere ut og laste tunge gasskomponenter som LPG og kondensat, men kan laste LPG, kondensat eller annen væske som er stabil ved atmosfæretrykk der slik last foreligger ferdig separert og klar for utskipning. En aktuell transportvei er å laste væskeformig C02 fra et gasskraftverk, levere nevnte væskeformige C02 ved et LNG-anlegg (eksempelvis Snøhvit) for påfølgende injeksjon i et undergrunnsreservoar, laste LPG og kondensat fra nevnte LNG-anlegg, og levere nevnte LPG og kondensat ved nevnte gasskraftverk eller et annet sted, og på ny laste væskeformig C02 fra gasskraftverket.

Det ytterligere fartøy ifølge oppfinnelsen har samme foretrukne utførelsesformer og fordelaktige trekk som dem beskrevet for det først omtalte fartøy, i den utstrekning fartøyene har sammenfallende utforming.

Med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes også et system for energiproduksjon uten utslipp av C02 til atmosfæren, omfattende

en eller flere kilder til hydrokarboner,

ett eller flere fartøy, og eventuelt andre transportinnretninger, for transport av nevnte hydrokarboner til

ett eller flere kraftverk hvor energi produseres ved forbrenning av nevnte hydrokarboner, og

en eller flere kilder til C02 som kan transporteres av de ett eller flere fartøy og eventuelt andre transportinnretninger til

ett eller flere mottakssteder for C02 for påfølgende injeksjon av C02 ned i undergrunnen, særpreget ved at det omfatter minst ett av fartøyene ifølge oppfinnelsen.

Det er fordelaktig om systemets kilde til hydrokarboner og mottaksstedet for C02 for påfølgende injeksjon av C02 ned i undergrunnen, er ett eller flere gassfelt eller dertil knyttede fasiliteter, eksempelvis prosesseringsfasiliteter. Derved oppnås det en kort transportvei ved at lasting av hydrokarboner og lossing av C02 for påfølgende undergrunnsinjeksjon forgår på samme sted, i tillegg til at injeksjon av C02 i gassfeltreservoaret bidrar til opprettholdelse av reservoartrykket.

Der er også fordelaktig om kilden til C02 er forbrenningen ved de ett eller flere kraftverk, naturlig forekommende C02 blant nevnte kilder til hydrokarboner, og eventuelt ytterligere kilder slik som raffinerier og industrianlegg. Det er fordelaktig om C02 foreligger i væskeform før transport, hvorved transportvolumet reduseres. Imidlertid kan C02 både transporteres og injiseres i gassform. Naturlig forekommende C02 blant nevnte kilder til hydrokarboner kan foreligge i blanding med nevnte hydrokarboner, og kan transporteres i blanding med nevnte hydrokarboner. Hydrokarbonene blir deretter forbrent for energiproduksjon i de ett eller flere kraftverk og deretter væskedannes all C02. Dersom C02-innblandingen i hydrokarbonene er meget høy, kan en del C02 separeres ut før nevnte forbrenning eller det kan innblandes ytterligere hydrokarboner.

Med systemet ifølge den foreliggende oppfinnelse gjøres det bruk av fartøyene ifølge den foreliggende oppfinnelse, med utførelsesformer slik det er beskrevet ovenfor.

Claims

1. Fartøy (1), omfattende: utrustning for å laste LPG, én eller flere tanker (2) for stabil lagring av LPG under transport, og utrustning for å losse LPG, utrustning for å laste kondensat eller annen væske som er stabil under atmosfæretrykk, én eller flere tanker (3) for lagring av nevnte kondensat eller væske under transport, og utrustning for å losse nevnte kondensat eller væske, idet alle lastetanker har utforming og utrustning til å opprettholde en lasttemperatur på -50 °C eller lavere og et lasttrykk på minimum 8 bar, og en separasjonsenhet (6) som er i stand til å motta en strøm (7) av våtgass og kondensat for separasjon til LPG, kondensat og tørrgass, slik at LPG og kondensat kan ledes til respektive tanker (2, 3) i fartøyet og tørrgass (8) kan ledes ut fra fartøyet til en annen enhet, karakterisert ved at fartøyet videre omfatter: utrustning for å laste væskeformig C02, én eller flere tanker (4) for stabil lagring av væskeformig C02 under transport, og utrustning (5) for å losse væskeformig C02 til en annen enhet, eksempelvis for påfølgende injeksjon i et undergrunnsreservoar.

2. Fartøy ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter 8 tanker anbrakt langs skipets senterakse, hvor nevnte tanker har utforming og utrustning som muliggjør enhver av de aktuelle typer last, og tanker for kondensat eller annen væske som er stabil under atmosfæretrykk langs hver av fartøyets sider.

3. Fartøy ifølge krav 1 eller 3, karakterisertrved at alle lastetankene har form av en sylinder med sirkulært tverrsnitt med en halvkuleformet øvre ende og en halvkuleformet nedre ende, idet tankene som ligger i fartøyets lengdeakse strekker seg opp over fartøyets dekksnivå, mens sidetankene eller vingtankene i sin helhet ligger under fartøyets dekksnivå og er symmetrisk plassert rundt fartøyets lengdeakse.

4. Fartøy ifølge krav 1, karakterisert ved at separasjonsenheten har utforming slik at den funksjonerer ved ekspansjon og trykkavlastning i kombinasjon med kjøling.

5. Fartøy ifølge krav 1 eller 4, karakterisert ved at kjølingen helt eller delvis tilveiebringes ved varmeveksling mot relativt kald væskeformig C02 i en C02-strøm som losses til en annen enhet, hvilken væskeformig C02 -strøm som losses foreligger i motstrøm til separasjonsenhetens innløpsstrøm.

6. Fartøy ifølge krav 1,4 eller 5, karakterisert ved at fartøyets separasjonsenhet inneholder utrustning til temperaturstyrt varmeveksling med væskeformig C02 slik at temperaturen i den væskeformige C02 opprettholdes under en forhåndsbestemt maksimal øvre verdi.

7. Fartøy, omfattende utrustning for å laste LPG, én eller flere tanker (2) for stabil lagring av LPG under transport, og utrustning for å losse LPG, utrustning for å laste kondensat eller annen væske som er stabil under atmosfæretrykk, én eller flere tanker (3) for lagring av nevnte kondensat eller væske under transport, og utrustning for å losse nevnte kondensat eller væske, idet alle lastetanker har utforming og utrustning til å opprettholde en lasttemperatur på -50 °C eller lavere og et lasttrykk på minimum 8 bar, karakterisert ved at det videre omfatter: utrustning for å laste væskeformig C02, én eller flere tanker (4) for stabil lagring av væskeformig C02 under transport, og utrustning (5) for å losse væskeformig C02 til en annen enhet, eksempelvis for påfølgende injeksjon i et undergrunnsreservoar.

8. Fartøy ifølge krav 7, karakterisert ved at det omfatter 8 tanker anbrakt langs skipets senterakse, hvor nevnte tanker har utforming og utrustning som muliggjør enhver av de aktuelle typer last, og tanker for kondensat eller annen væske som er stabil under atmosfæretrykk langs hver av fartøyets sider.

9. System for energiproduksjon uten utslipp av C02 til atmosfæren, omfattende en eller flere kilder til hydrokarboner, ett eller flere fartøy, og eventuelt andre transportinnretninger, for transport av nevnte hydrokarboner til ett eller flere kraftverk hvor energi produseres ved forbrenning av nevnte hydrokarboner, og en eller flere kilder til C02 som kan transporteres av de ett eller flere fartøy og eventuelt andre transportinnretninger til ett eller flere mottakssteder for C02 for påfølgende injeksjon av C02 ned i undergrunnen, karakterisert ved at det omfatter et fartøy ifølge krav 1-8.

10. System ifølge krav 9, karakterisert ved at kilden til hydrokarboner og mottaksstedet for C02 for påfølgende injeksjon av C02 ned i undergrunnen, er ett eller flere gassfelt eller dertil knyttede fasiliteter.

11. System ifølge krav 9, karakterisert ved at kilden til C02 er forbrenningen ved de ett eller flere kraftverk, naturlig forekommende C02 blant nevnte kilder til hydrokarboner, og eventuelt ytterligere kilder slik som raffinerier og industrianlegg.

12. System ifølge krav 9, karakterisert ved at fartøyet velges blant fartøyet ifølge krav 1 og fartøyet ifølge krav 8.