NO328260B1 - Fremgangsmate og anlegg for re-gassifisering LNG - Google Patents

Abstract

Det blir beskrevet en fremgangsmåte for regassifiseing av LNG, i hvilken fremgangsmåte naturgass blir forbrent i en brenner for å gi varme til LNG i et lukket varmevekslingssystem, hvori hovedsakelig ren oksygen blir benyttet for forbrenningen av naturgass, og at C02 blir separert fra avgassen for eksport eller deponering. Et anlegg for regassifisering av LNG, hvor anlegget omfatter en gassfyrt Brenner (14) for generering av varme for regassifiseringen, et lukket varmevekslingssystem / (5,17,25) for overføring av varme fra brenneren til LNG som skal fordampes, hvor anlegget ytterligere omfatter en luftseparasjonsenhet (10) for generering av hovedsakelig ren oksygen for tilførsel til brenneren (14), blir også beskrevet.

Description

Oppfinnelsens felt

Foreliggende oppfinnelse angår en miljøvennlig regassifiseringsprosess for LNG. Mer spesifikt angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte og et anlegg for regassifisering av LNG som tillater regassifisering av LNG uten, eller med betydelig redusert, miljøpåvirkning slik som kjøling av sjøvann og utslipp av CO2 til atmosfæren.

Teknisk bakgrunn

LNG (Liquefied Natural Gas) er en fremgangsmåte for transport av metangass over lange avstander. Gassen blir gjort flytende før transport fra stedet for produksjon av gass og blir transportert som en avkjølt væske i LNG-tankere. Tankerne leverer LNG til en LNG regassifiseringsterminal omfattende lossefasiliteter for LNG-tankere, LNG lagringstanker, regassifiseringsenheter og rørledning(er) for gasseksport.

LNG må bli regassifisert før den kan bli overført gjennom en rørledning i et distribusjonsnett. Regassifiseringen skjer i regassifiseringsenheten. Tradisjonelt blir to forskjellige teknologier benyttet i regassifiseringsprosessen. Disse er neddykket forbrennings fordampere ("Submerged Combustion Vaporisers") (SCV) som benytter en Brenner som varmekilde, og åpen rist fordampere ("Open Rack Vaporizers") (OVR) som benytter sjøvann som varmekilden. I tillegg, eksisterer det varmevekslere for systemer med lukket sløyfe oppvarmingsmedium som benytter sjøvann og/eller varmegjenvinning fra kraftsystemer eller luft som varmekilde. Trykket i rørledningen for gasseksport blir i alle systemene oppnådd ved høytrykkspumper i den LNG-væskefasen.

En SCV består av en gassbrenner hvor en del av brenneren og avgassledningen er neddykket i et vannbasseng. LNG fordamperen er også neddykket i det oppvarmede vannet. En lokal vifte forbundet til SVC tilfører tilstrekkelig forbrenningsluft. Dette gir en meget høy utbyttingsrate og en kompakt varmeveksler.

En ORV er et batteri av vertikale radiatorer over en sump, hvor sjøvann kontinuerlig strømmer ned den ytre overflaten av radiatorene ved tyngdekraften, mens LNG under høyt trykk koker på innsiden. Mengden av sjøvann som er nødvendig er avhengig av tilgjengelig (eller tillatelig) fall i temperatur i utløpet for oppvarmingsvannet. For et OVR-anlegg er de absolutt største kraftforbrukerne pumper for LNG og sjøvann.

En stor mengde sjøvann er nødvendig med det normalt begrensede tillatte temperaturfallet som tillates i sjøvann benyttet som varmekilde. Innløpene for sjøvann er utstyrt med finmaskede filter for å begrense andelen av zooplankton og fiskelarver som kommer inn i sjøvanns- og fordampersystemet. Sjøvannet er tilsatt hypokloritt for å forhindre marin vekst i rørsystemet.

Utløpet for sjøvann er anordnet med en stor diffuser for å spre det avkjølte vannet I de omkringliggende vannmassene for å forhindre store lokale temperaturforskjeller. Imidlertid, har miljøvernere i senere studier uttrykt motstand mot både inntak / klorinering og utløp / temperaturendringer, siden begge deler har ufordelaktige effekter på det marine liv. I tillegg er sjøvanns inntakssystemer store og således kostbare siden hastigheten på innkommende vann i filtrene blir holdt meget lav for å begrense de ufordelaktige effektene på marint liv.

Det synes imidlertid som ORV i de fleste tilfellene er foretrukket som hovedvarmeveksler av sikkerhetshensyn og lavere driftskostnader selv om kapitalkostnadene er høyere. I noen studier har SCV blitt foreslått kun som backup varmeveksler ved ekstraordinært vedlikehold, perioder med spesielt høyt behov eller I perioder hvor sjøvannet er for kaldt til å gi tilstrekkelig fordampning av gass.

LNG Regassfiseringsterminalen er normalt drevet med en moderne, industrialisert jetmotor for fly. Disse motorene har lavtemperatur brennere hvor nitrogen ikke blir oksidert og blir kjørt med overskudd av luft for å begrense dannelsen av CO. Resultatet er en avgas med kun spor av NOx, CO og sot. Det meste av avgassen er da nitrogen og co2

I WO02097252 blir det beskrevet et regassifiseringsanlegg hvor LNG blir fordampet ved avkjøling av luft. Luften og en del av LNG'en blir tilført et kraftanlegg som henholdsvis oksygeninneholdende gass og brensel. Det er her ikke nevnt noe om reduksjon eller eliminering av utslipp av CO2 fra anlegget.

US 6598408 beskriver et regassifiseringsanlegg for bruk om bord i skip hvor et varmemedium i et lukket kretsløp blir benyttet for fordampning av LNG. Varmemediet blir oppvarmet ved varmeveksling mot sjøvann. Dette systemet tilsvarer i store trekk det som er beskrevet for OVR system, med et mellomliggende lukket kretsløp.

Utslippene til atmosfæren fra kraftgenerering og fra SCV har ufordelaktige effekter på luftkvaliteten. Det er attraktivt å lokalisere LNG mottaksterminalen så nær som mulig til markedet. Markedet er normalt i industrialiserte og befolkede områder hvor menneskelig aktivitet allerede har en stor påvirkning på luftkvaliteten. Mange steder som ellers ville være attraktive for en LNG mottaksterminal kan således bli funnet ikke å være akseptable av luftkvalitetsgrunner.

I tillegg, er det voksende fokus på CO2 utslipp av stor betydning. Det er følgelig et behov for en fremgangsmåte og et anlegg for regassifisering som gjør det mulig å redusere eller til og med eliminere problemene som er nevnt de kjente løsningene.

Oppsummering av oppfinnelsen

Ifølge et første aspekt angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for regassifisering av LNG, i hvilken naturgass blir forbrent i en brenner for å gi varme for fordamping av LNG og hvor varmen blir overført fra brenneren til LNG i et lukket varmevekslingssystem, hvor hovedsakelig ren oksygen blir benyttet til forbrenningen av naturgass, og hvor CO2 blir separert fra avgassen for eksport eller deponering. Anvendelsen av hovedsakelig ren oksygen for forbrenning resulterer i en avgas omfattende H2O og CO2, som gjør det mulig å separere CO2 ved enkle midler, slik som avkjøling av avgassen og kondensering av vanndamp. Denne CO2 kan bli komprimert for deponering eller også omgjort til væske for eksport.

Ifølge en utførelsesform, blir avkjølt avgas fra forbrenningen resirkulert inn i forbrenningen. Resirkulering av avkjølt avgas blir primært benyttet for å kontrollere temperaturen i forbrenningskammeret, men vil også sikre en mer fullstendig forbrenning av hydrokarbonene i forbrenningskammeret.

Ifølge en annen utførelsesform, blir avgassen fra forbrenningen som hovedsakelig omfatter CO2 og H2O tørket, komprimert og fortettet for å flytende CO2 for eksport eller deponering. Tørking av avgassen fjerner vann og etterlater hovedsakelig ren CO2. Fortetting av CO2 er spesielt foretrukket når CO2 skal bli transportert over lange avstander for eksempel for injeksjon i et felt som er fjerntliggende fra regassifiseringsanlegget.

Ifølge en annen utførelsesform, blir kjøling og fortetting av CO2 for eksport benyttet for å gi energi for gassifisering og oppvarming av LNG. Ved avkjøling og fortetting av CO2 mot den kalde LNG som skal regassifiseres, kan enda mer energi bli trukket fra avgassen, eller mer spesifikt CO2, før den blir eksportert.

Ifølge et andre aspekt fremskaffer foreliggende oppfinnelse et anlegg for regassifisering av LNG, hvor anlegget omfatter en gassfyrt brenner for generering av varme for regassifisering, et lukket varmevekslingssystem for overføring av varme fra brenneren til LNG som skal bli fordampet, hvor anlegget ytterligere omfatter en luftsepareringsenhet for generering av hovedsakelig ren oksygen som skal bli tilført til brenneren.

Ifølge en utførelsesform, omfatter anlegget ytterligere midler til å kjøle, tørke og komprimere CO2 generert i brenneren. Komprimering og tørking av CO2 gjør det mulig å benytte den for injeksjon inn i en gass- eller oljebrønn for deponering i en uttømt brønn, eller som trykkstøtte for å øke produksjonen i en produserende brønn.

Ifølge en utførelsesform, omfatter anlegget resirkuleringslinjer for resirkulering av avkjølt avgass fra brenneren inn i brenneren for å redusere forbrenningstemperaturen. Resirkulering av avgass forbedrer kontrollen over forbrenningen med hensyn til bade forbrenningstemperatur og fullstendig forbrenning.

Ifølge en annen utførelsesform omfatter anlegget også en CO2 fortettingsenhet for fortetting av CO2 for eksport fra anlegget. En CO2 fortettingsenhet er spesielt foretrukket dersom regassifiseringsanlegget er plassert langt borte fra mulige injeksjons-eller deponeringssteder.

Anlegget kan ytterligere omfatte midler for generering av elektrisk kraft. Et regassifiseringsanlegg har et behov for elektrisk kraft og midler for generering av kraft kan være dimensjonert for anleggets behov. I tillegg kan elektrisk kraft bli eksportert fra anlegget.

Ifølge en utførelsesform, omfatter luftseparasjonsanlegget midler for separasjon av andre luftgasser slik som argon, nitrogen, helium for andre anvendelser eller salg. Separasjonen av andre luftgasser kan forbedre den totale energieffektiviteten og profitabiliteten til anlegget.

Kort beskrivelse av figuren

Figur 1 er et skjematisk flytdiagram som illustrerer foreliggende oppfinnelse.

Detaljert beskrivelse av foreliggende oppfinnelse

Figur 1 illustrerer prinsippene ved foreliggende regassifiseringsprosess og anlegg. LNG blir levert fra tankskip til en terminal og kommer inn I anlegget gjennom en LNG tilførselslinje 1 inn i et LNG lager 2. LNG lageret 2 omfatter nødvendige rørledninger, tanker og pumper I tankene for intern transport, lagring og pumping av LNG fra lageret 2 inn I en LNG linje 3 ved høytrykks LNG pumper. LNG under høyt trykk i linje 3 blir oppvarmet i flere varmevekslere, her illustrert ved en luftkjøler 4, en dampkondensator 5, en CO2 kjøler 6, en CO2 kondensator 7 og en hjelpekjøler 8, før den regassifiserte LNG forlater anlegget I en gasseksportlinje 9.

Luft som kommer inn gjennom et luftinntak 11 inn I en luftsepareringsenhet (ASU) 10, blir avkjølt mot LNG I luftkjøleren 4.1 ASU 10, blir luft kryogenisk separert i hovedsakelig ren oksygen, som forlater ASU gjennom en oksygenlinje 13, og nitrogen og de andre gassene som blir frigitt til atmosfæren gjennom en nitrogenlinje dersom det ikke kan bli funnet andre industrielle anvendelser for nitrogenet lokalt. Uttrykket "hovedsakelig ren oksygen" er i foreliggende søknad benyttet for en oksygenanriket gass som har et oksygeninnhold på mer enn 90%, foretrukket mer enn 95 % og mest foretrukket mer enn 98%.

Oksygenet i oksygenlinje 13 blir introdusert inn i en brenner 4, hvor oksygenet blir benyttet for generering av varme ved forbrenning av naturgass som kommer inn i brenneren gjennom en naturgasslinje 15. Den varme avgassen fra brenneren 14 blir avkjølt i en varmeveksler 17 mot et varmevekslingsmedium i et lukket damp og kraftsystem 25. Nevnte varmevekslingsmedium i det lukkede systemet blir igjen benyttet til å overføre varme fra den varme avgassen til LNG i dampkondensatoren 5 nevnt ovenfor, så vel som å tilføre tilstrekkelig kraft i dampturbinen og generatoren 25 til å levere til terminalen, som indikert ved linje 26.

Den delvis avkjølte avgassen som hovedsakelig omfatter vanndamp og CO2, blir tørket for å fjerne H2O, blir komprimert og avkjølt i et CO2 tørke- og kompressortog 18. Gassen i tørke- og kompressortoget, som hovedsakelig omfatter CO2, blir avkjølt mot LNG i CO2 kjøleren 6. H2O som er kondensert I tørke- og kompressortoget blir fjernet i en H2O linje 21. Den tørkede og komprimerte CO2 fra tørke- og kompressortoget 18 blir deretter fortettet i en CO2 fortettingsenhet 19. Gassen i fortettingsenheten 19 blir også avkjølt ved varmeveksling i CO2 kondensatoren 7, mot LNG i LNG linjen.

Fortettet C02 forlater C02 fortettingsenheten 19 i en CO2 linje 20, og blir sendt for

eksport, f.eks. for injeksjon i oljefelt for øket oljeproduksjon eller for å bli deponert i et uttømt olje- eller gassfelt, eller benyttet for industrielle formal. En begrenset mengde av avgassen omfattende CO2, N2, Ar og O2, som ikke blir kondensert i fortettingsenheten, blir delt i to strømmer, en som blir frigitt til atmosfæren gjennom en skorstein 23 for å unngå anriking av N2 og Ar i prosessen, og den andre strømmen blir resirkulert inn i en CO2 resirkuleringslinje 24 inn i brenneren 4.

En hoveddel av den avkjølte avgassen som forlater varmeveksleren 17 blir resirkulert I en resirkuleringslinje 22 tilbake til brenneren 14. Grunnene til å resirkulere avgass er flere. For det første virker den resirkulerte avgassen som en hovedsakelig inert gass i brenneren. Forbrenning av naturgass og hovedsakelig ren oksygen ville resultere i alt for høy forbrenningstemperatur for eksisterende brennere og varmevekslere. Resirkuleringen av avkjølt avgas gjør det mulig å kontrollere forbrenningstemperaturen. For det andre, vil ved resirkulering av avgassen, eventuelt brennbart materiale some r tilbake i avgassen bli forbrent, noe som resulterer i en mer total forbrenning i brenneren. For det tredje, øker inertgassen varmekapasiteten til avgassen og øker således varmeoverføringen i varmevekslerne.

Varme fra det lukkede damp- og kraftsystemet, som ikke blir benyttet for oppvarming av LNG, vil bli benyttet for kraftproduksjon i terminalen som indikert ved linje 26, i en dampturbin for å gjøre terminalen selvforsynt med elektrisk kraft. Kraftgenerering i en gassturbin vil være foretrukket da det vil gi høyere effektivitet for kraftgenereringen, men gassturbinteknonologi er enda ikke moden for kraftgenerering ved de høye temperaturer som blir oppnådd ved forbrenning av metan og ren oksygen.

Hjelpekjøleren 8 indikerer en eller flere varmevekslere som blir benyttet for kjøling av forskjellig prosessutstyr som trenger kjøling og kan omfatte kjølere for smøreolje, hvac-kjøling etc, for å unngå å bruke sjøvann for avkjølingsformål.

Fagmannen vil forstå at hver av varmevekslerne / kjølerne 4, 5, 6, 7, 8 illustrert I figure 1 kan omfatte flere varmevekslere. Den faktiske konfigurasjonen av varmevekslerne 4, 5, 6, 7, 8 kan bli endret på grunn av optimalisering av anlegget.

Brenneren kan være en hvilken som helst type brenner, slik som et forbrenningskammer, en forbrenningskjele eller en moderne industrialisert gassturbin.

Eksempel

Et eksempel på et LNG re-gassifiseringsanlegg for regassifisering av 1717 t/h (2 BSCFD) LNG, har blitt simulert.

Det utslippsfrie regassifiseringssystemet som beskrevet ovenfor har blitt beregnet for et LNG-anlegg med 1717t/h (2BSCF/D) salgsgass (9). Brenneren (14) vil kreve ytterligere 23,4 t/h naturgass (15) for forbrenning med 93,1 t/h ren oksygen (13). Nesten 700t/h CO2 blir resirkulert til brenneren (22 og 24). En ventilasjonslinje fra CO2 fortettingsenheten slipper ut 2,5t/h, mest CO2 med noe N2, Ar og O2, til atmosfæren (23).

Dampkraftsystemet (25) produserer de 55MW elektrisk kraft (26) some r krevet av regassifiseringsanlegget. I tillegg til gass for salg produserer anlegget ytterligere:

> Omkring 50t/h fortettet C02 ved -38°C fra fortettingsenheten (19).

> Omkring 50t/h ferskvann fra C02 tørketoget (18).

> Den store mengden N2 ventilasjon (12) til atmosfæren fra ASU (10) er ikke ansett som en forurensning.

"Ikke-utslipps regassifiseringsprosessen" har ikke noe behov for sjøvann for avkjølings-eller oppvarmingsformål. Et regassifiseringsanlegg som benytter ORV fordampere kan kreve omkring 50000 t/h behandlet sjøvann for den samme kapasiteten.

CO2 blir tørket før og under kompresjon i to trinn til et trykk på 15 bar i tørke- og kompressortog enheten 18. CO2 blir så tørket for å unngå dannelse av is I fortettingssystemet. Det neste trinnet i CO2 fortettingsenheten 19, er å kjøle CO2 til - 30,8 °C, hvor den er fortettet og kan bli pumpet, lagret og lastet på en enklere mate. Avkjølingen blir gjort 1 en kolonne med LNG avkjølt kondensator 7. Den CO2 rike avgassen kommer inn nær bunnen av kolonnen, flytende CO2 blir tatt ut fra bunnen og oksygen/nitrogen/argon kommer ut ved toppen. Kolonnen muliggjør lav CO2 konsentrasjon i topp-produktet (7,2 mol%). 50% av topp-produktet blir sluppet ut i atmosfæren (2500 kg/hr) for å unngå anriking av nitrogen/argon (som kommer inn i prosessen som en urenhet i oksygenet.

Luftseparasjonsenheten (10) i "ikke-utslipp" regassifiseringsprosessen beskrevet ovenfor, slipper ut avkjølt nitrogen anriket med argon til luften (12). Nitrogen og argon kunne her blitt separert og ytterligere raffinert og hatt i flasker for a gi industrielle gasser som et biprodukt. Flytende nitrogen har imidlertid et begrenset marked som kjølemedium.

En fraksjon av CO2 strømmen kan også bli prosessert for å gi tørris som et produkt, hvilken han bli solgt som et kjølemedium.

Den foreslåtte "utslippsfrie" terminalen er ikke helt utslippsfri. Av prosesstekniske grunner blir en mindre mengde N2, CO2 og Ar sluppet ut for å forhindre akkumulering av N2 og Ar i resirkuleringssløyfen. En fraksjon av denne CO2 kommer over fra fortettingskolonnen. Det eneste utslippet fra terminalen til sjøen er renset gråvann og drenering fra anlegget.

Den innfangede CO2 blir fortettet og kan bli eksportert i bulk eller i rørledning. Terminalen er imidlertid avhengig av å ha en avtaker for CO2 som kan være et nærliggende oljefelt hvor CO2 kan bli injisert, ellers kan kostnadene ved å bli kvitt CO2 bli økonomisk ugunstige. CO2 kan fortrinnsvis bli injisert for øket oljegjenvinning, eller bare lagret i et uttømt felt eller saltdom. Dette vil begrense mulige plasseringer for en "utslippsfri" terminal. I mange tilfeller vil imidlertid en LNG regassifiseringsterminal bli lokalisert nær eller kunne benytte eksisterende rørledninger for å minimalisere rørlegningskostnadene. Gassrørledningen kommer ofte fra produksjonsplattfomer for CO2 kan være fordelaktig for injeksjon. For begrensede perioder under spesielle forhold, kan det hende at CO2 ikke kan bli eksportert. CO2 vil da bli sluppet ut til atmosfæren med mindre ufordelaktige innvirkninger på luftkvaliteten enn med tradisjonelle teknologier.

Claims (10)

1. En fremgangsmåte for regassifisering av LNG, i hvilken fremgangsmåte naturgass blir forbrent i en brenner for å gi varme for fordampning av LGN og hvor varmen blir overført fra brenneren til LNG i et lukket varmevekslersystem, karakterisert ved at hovedsakelig ren oksygen blir benyttet i forbrenningen av naturgassen og at CO2 blir separert fra avgassen for eksport eller deponering.

2. Fremgangsmåten ifølge krav 1, karakterisert ved at avkjølt avgass fra forbrenningen blir resirkulert til forbrenningen.

3. Fremgangsmåten ifølge krav 1 eller 2, karakterisert v e d at avgassen fra forbrenningen som hovedsakelig omfatter CO2 og H2O blir tørket, komprimert og fortettet for å bli separert for å gi flytende CO2 for eksport eller deponering.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at avkjøling og fortetting av CO2 for eksport blir benyttet for å gi energi for fortetting og oppvarming av LNG.

5. Et anlegg for regassifisering av LNG, hvor anlegget omfatter en gassfyrt brenner (14) for generering av varme for regassifiseringen, et lukket varmevekslersystem (5,17,25) for overføring av varme fra brenneren til LNG som skal fordampes, karakterisert ved at anlegget ytterligere omfatter en luftsepareringsenhet (10) for generering av hovedsakelig ren oksygen for tilførsel til brenneren (14).

6. Anlegget ifølge krav 5, karakterisert ved at det ytterligere omfatter midler for å kjøle, tørke og komprimere CO2 som er generert I brenneren.

7. Anlegg ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at anlegget omfatter resirkuleringslinjer (22,24) for resirkulering av avkjølt avgas fra brenneren tilbake til brenneren for å redusere forbrenningstemperaturen.

8. Anlegg ifølge hvilke som helst av kravene 5 til 7, karakterisert ved at anlegget også omfatter en CO2 fortettingsenhet (19) for fortetting av CO2 for eksport fra anlegget.

9. Anlegget ifølge hvilke som helst av kravene 5 til 8, karakterisert ved at anlegget ytterligere omfatter midler for generering av elektrisk kraft.

10. Anlegg ifølge et hvilket som helst av kravene 5 til 9, karakterisert ved at luftseparasjonsenheten ytterligere omfatter midler for separasjon av luftgasser slik som argon, helium og nitrogen for andre anvendelser eller salg.