NO332506B1 - Regassifisering av LNG med Rankinkrets - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et regassifiseringsanlegg for flytende naturgass (LNG), en fremgangsmåte for regassifisering av flytende naturgass, samt anvendelser av regassifiseringsanlegget og fremgangsmåten for regassifisering av flytende naturgass.

Naturgass er en viktig energibærer på verdensbasis. Når det er lang avstand mellom kilde og forbrukere transporteres naturgassen med skip som LNG istedet for gjennom rør. Naturgassen kondenseres da til LNG ved en eksport-terminal og transporteres med skip til en mottaksterminal. Mottaksterminalen består blant annet av en eller flere lagertanker for LNG og et regassifiseringsanlegg. I regassifiseringsanlegget tilbakeføres LNG til naturgass. Dette skjer ved at LNG først trykksettes for deretter å varmes opp før den sendes ut i det lokale gassnettverket.

Både det å gjøre naturgassen flytende og å regassifisere den flytende naturgassen er svært energi-intensive prosesser som forbruker store mengder gass og/eller elektrisitet, noe som er kostbart og normalt også medfører utslipp av CO2.

Det finnes flere eksisterende teknologier for regassifisering av LNG. Etter at LNG er transportert frem til ønsket bestemmelsessted, for eksempel med et fartøy, transporteres naturgassen videre gjennom en eksportledning til forbrukerne. I denne prosessen vil LNG normalt også regassifiseres til naturgass. For dette formålet finnes det flere teknologier. Som eksempler kan nevnes direkte fordampning i en varmeveksler med damp, sjøvann eller luft som varmekilde og på den annen side indirekte fordampning eller regassifisering med sjøvann eller et annet medium som varmekilde men med et mellomfluid mellom mediet og LNG. Ved å benytte et mellomfluid med lavt frysepunkt kan man unngå faren for at varmemediet fryser til is og stanser prosessen da varmemediet ikke kommer i direkte kontakt med LNG. Regassifisering med primærvarmekilde (for eksempel sjøvann) og mellommedium (eng.: brine) kalles kaskadesystem og er ofte benyttet for mellomstore fordampningsanlegg.

Dette systemet består av en eksportledning med eksportpumper for å trykksette den flytende naturgassen til det trykket som det lokale gassnettet krever. Dette er ofte høyere enn det kritiske trykket for gassen. Etter trykksettingen varmes (eventuelt fordampes) gassen i en eller flere primær varmevekslere og til slutt en sekundær varmeveksler. Gassen har da nådd en temperatur som er høyere enn 0°C og kan sendes ut i det lokale gassnettet. Kaskadesystemet omfatter en mellomfluidkrets med pumpe, varmevekslere, fordampere og en lagertank for mellommedium (brine). Som mellomfluid kan et hydrokarbon, som for eksempel propan eller propylen, benyttes og dette mellomfluidet vil gjennomgå en faseforandring fra væske til gass i kaskadekretsen. Mellommediet vil da utveksle varme med fluidstrømmen i eksportledningen i varmevekslerne slik at fluidstrømmen fordampes og overhetes til ønsket temperatur (over 0°C) før levering til gassnettet. Ulempene med kaskadeteknologien er at den forbruker store mengder energi og krever et eget system for å håndtere og oppbevare et mellomfluid (som for eksempel propan). Et slikt ekstra system krever også ekstra plass til oppbevaring av mellomfluidet og medfører også økt fare for eksplosjon og brann når mellomfluidet er et hydrokarbon som f.eks. propan.

Fra US4444015 er det kjent en fremgangsmåte for gjenvinning av effektiv energi som kraft mellom LNG og en kilde med høy temperatur ved at det benyttes to Rankinsykluser.

Det skal også vises til US 20100146971 som viser en anordning for regassifisering av LNG.

En hensikt med den foreliggende oppfinnelsen har således vært å utvikle et mer energieffektivt anlegg for regassifisering av LNG.

Det har videre vært en hensikt å utvikle et anlegg for regassifisering av LNG hvor i det minste en del av energien som forbrukes ved produksjon av LNG gjenvinnes ved regassifiserningen slik at det oppnås et mindre totalforbruk av energi og et lavere utslipp av CO2enn det som oppnås ved kjent teknologi.

Det har videre vært en hensikt å utvikle et anlegg med økt sikkerhet i forhold til eksplosjonsfare og brannfare.

Det har også vært en hensikt å utvikle et anlegg med færre komponenter og som derfor krever mindre plass og er billigere å produsere og installere.

Dette oppnås med en fremgangsmåte for regassifisering av LNG som definert i krav 1, et regassifiseringsanlegg som definert i krav 7 og anvendelser av fremgangsmåten for regassifisering av LNG og regassifiseringanlegget som definert i henholdsvis krav 14 og 15.

En Rankine-krets er en termodynamisk prosess for omdannelse av varmeenergi til mekanisk arbeid. Dampbaserte kraftverk for produksjon av elektrisk energi fra gass, olje eller kull hvor en Rankine-krets er tatt i bruk, er vanlig. En Rankine-krets benytter seg av et arbeidsfluid som gjennomgår faseomvandlinger mellom væskeform og dampform for å utnytte latent fordampningsvarme eller kondensasjonsvarme.

Den foreliggende oppfinnelsen er basert på en "åpen Rankine-krets" hvor en del av LNGen/naturgassen anvendes som arbeidsfluid. Dermed unngår man å bruke et

mellomfluid, og dette medfører en rekke fordeler, blant annet en stor energigevinst.

For å synliggjøre denne energigevinsten, er det utført bergninger i form av prosess-simuleringer for å sammenligne energitilskuddet i et tradisjonelt kaskadeanlegg som vist i figur 1 med energitilskuddet i et anlegg basert på den foreliggende oppfinnelsen som vist på figur 2.

Beregningene viser, at det er en stor reduksjon i forbruk av energi ved bruk av et regassifiseringsanlegg i henhold til den foreliggende oppfinnelsen i forhold til kjent teknologi.

Den foreliggende oppfinnelsen omfatter således en fremgangsmåte for regassifisering av LNG som strømmer i en eksportledning og regassifiseres ved at LNGen strømmer gjennom én eller flere varmeoverføringsinnretninger. En andel regassifisert naturgass tas ut av eksportledningen og ekspanderes deretter i en eller flere turbiner, hvoretter den ekspanderte naturgassen mates inn i en første varmeoverføringsinnretning. I den første varmeoverføringsinnretningen utveksler den ekspanderte naturgassen varme med fluidstrømmen i eksportledningen slik at naturgassen i all hovedsak er rekondensert etter å ha passert igjennom den første varmeoverføringsenheten. Deretter pumpes den rekondenserte naturgassen tilbake inn i fluidstrømmen i eksportledningen.

I en utførelsesform av oppfinnelsen kobles den minst ene turbinen til og driver en generator som produserer elektrisk energi for drift av regassifiseringsanlegget og/eller eksport av den produserte elektriske energien. Den minst ene turbinen kan om ønskelig også kobles til og drive en eller flere av pumpene i regassifiseringsanlegget.

I en utførelsesform av oppfinnelsen varmes fluidstrømmen i eksportledningen ytterligere opp i en andre varmeoverføringsinnretning som er anordnet nedstrøms den første varmeoverføringsinnretningen og oppstrøms et fluiduttak. I den andre varmeoverføringsinnretningen utveksler fluidstrømmen i eksportledningen varme med fortrinnsvis vann eller sjøvann, men andre fluider kan selvsagt også tenkes anvendt.

I en utførelsesform av oppfinnelsen føres den rekondenserte naturgassen tilbake i fluidstrømmen i eksportledingen oppstrøms for den første

varmeoverføringsinnretningen. Alternativt kan den rekondenserte naturgassen, om ønskelig, føres tilbake i fluidstrømmen i eksportledingen nedstrøms for den første varmeoverføringsinnretningen og oppstrøms for den andre varmeoverførings-innretningen. Det er selvsagt også mulig å benytte begge alternativene ovenfor, dvs. at den rekondenserte naturgassen føres tilbake i fluidstrømmen i eksportledingen oppstrøms for den første varmeoverføringsinnretningen, og nedstrøms for den første varmeoverføringsinnretningen og oppstrøms for den andre varmeoverføringsinnretningen.

For å gjennomføre regassifisering av flytende naturgass (LNG) i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, kan det benyttes et regassifiseringsanlegg for regassifisering av LNG som omfatter en eksportledning for en fluidstrøm av LNG og regassifisert naturgass, hvor regassifiseringsanlegget omfatter et fluiduttak i eksportledningen, for uttak av en andel av den regassifiserte naturgassen, og minst én turbin for ekspansjon av naturgass. Den minst ene turbinen er fortrinnsvis fluidmessig koblet til fluiduttaket i eksportledningen for tilførsel av naturgass og til en første varmeoverføringsinnretning hvori ekspandert naturgass utveksler varme med LNG som strømmer i eksportledningen. Regassifiseringsanlegget omfatter fortrinnsvis også en pumpeinnretning som er fluidmessig koblet til den første varmeoverføringsinnretningen og til minst ett fluidinntak i eksportledningen.

I en utførelsesform av oppfinnelsen kan det minst ene fluidinntaket være anordnet i eksportledningen oppstrøms den første varmeoverføringsinnretningen. Alternativt kan det minst ene fluidinntaket være anordnet i eksportledningen nedstrøms den første varmeoverføringsinnretningen og oppstrøms for den andre varmeoverførings-innretningen. Det er selvsagt også et alternativ å anordne et fluidinntak i eksportledningen oppstrøms den første varmeoverføringsinnretningen og et annet fluidinntak i eksportledningen nedstrøms den første varmeoverføringsinnretningen og oppstrøms for den andre varmeoverføringsinnretningen.

Den første varmeoverføringsinnretningen er fortrinnsvis en varmeveksler.

I en utførelsesform av oppfinnelsen omfatter regassifiseringsanlegget også en andre varmeoverføringsinnretning for oppvarming av fluidstrømmen i eksportledningen, hvor den andre varmeoverføringsinnretningen er anordnet nedstrøms den første varmeoverføringsinnretningen og oppstrøms fluiduttaket i eksportledningen. Den andre varmeoverføringsinnretningen kan være en varmeveksler hvori fluidstrømmen i eksportledningen utveksler varme fortrinnsvis med vann eller sjøvann.

I en utførelsesform av oppfinnelsen kan den minst ene turbinen være koblet til en generator for produksjon av elektrisk energi. Den minst ene turbinen kan også være koblet til én eller flere pumpeinnretninger for drift av pumpeinnretningen eller pumpeinnretningene i regassifiseringsanlegget.

I en utførelsesform av oppfinnelsen omfatter regassifiseringsanlegget eksportmidler for elektrisk energi slik at i det minste en del av den elektriske energien som produseres i generatoren kan eksporteres ut av regassifiseringsanlegget, dvs. at elektrisk energi som produseres av generatoren også kan benyttes av innretninger som ikke er en del av regassifiseringsanlegget.

En foretrukket anvendelse av fremgangsmåte for regassifisering av LNG som beskrevet ovenfor vil være for regassifisering av LNG som befinner seg på et fartøy, en flytende innretning eller på land.

En foretrukket anvendelse av et regassifiseringsanlegg som beskrevet ovenfor vil være for regassifisering av LNG som befinner seg på et fartøy, en flytende innretning eller på land.

I det etterfølgende skal det beskrives et eksempel på kjent teknikk og en ikke-begrensende utførelsesform av oppfinnelsen med henvisning til de vedlagte figurene hvor: Figur 1 skjematisk viser et eksempel på kjent teknikk for regassifiering av LNG. Figur 2 skjematisk viser et regassifiseringsanlegg i henhold til den foreliggende oppfinnelsen.

I figur 1 er det vist et anlegg 10 for regassifisering av LNG av en kjent type som antydet i innledningen av beskrivelsen. Dette anlegget omfatter en eksportledning 14 og en eller flere pumper 12 som øker trykket på den flytende naturgassen og pumper den ut i eksportledningen 14. Fluidstrømmen i eksportledningen 14 passerer gjennom en primær varmeveksler 16 og en sekundær varmeveksler 18. Etter den sekundære varmeveksleren 18 eksporteres den regassifisert naturgassen videre til en mottaker av eksportgassen, som kan være et innenlandsk gassnettverk.

Anlegget 10 som er vist på figur 1 omfatter videre en mellomfluidkrets 20. Dette er en lukket krets hvor arbeidsmediet kan være basert på et enkelt hydrokarbon eller eller en blanding av hydrokarboner som for eksempel komersiell propan.

Propankretsen 20 er anordnet med en pumpe 22 som pumper propanen rundt i mellomfluidkretsen 20. Pumpen 22 er forbundet til en forvarmer 23 via en fluidledning 28. Forvarmeren 23 er en varmeveksler hvor flytende propan varmes opp ved at den utveksler varme med sjøvann som også strømmer igjennom forvarmeren 23. Forvarmeren 23 er fluidmessig forbundet til en varmeveksler 18 gjennom en fluidledning 29. I varmeveksler 18 avgir den oppvarmede propanen sin energi til fluidstrømmen i eksportledningen 14 og kjøles dermed ned.

Varmeveksleren 18 er videre fluidmessig forbundet til en fordamper 24 via en fluidledning 30. Fordamper 24 er en varmeveksler hvor propanen på nytt tilføres energi og foramper ved at propanen utveksler varme med sjøvann som også strømmer igjennom fordamperen 24. Fordamperen 24 er videre fluidmessig forbundet med den primære varmeveksleren 16 via en fluidledning 31. I den primære varmeveksleren utveksler propanen varmeenergi med fluidstrømmen i eksportledningen 14 slik at LNG regassifiseres til naturgass samtidig som propanen kondenseres. Fra den primære varmeveksleren 16 føres propanen i væskeform tilbake til pumpen 22 gjennom en fluidledning 32.

Sjøvannet som brukes for å tilføre propanen energi i fordamperne 23 og 24, tilføres gjennom et system av fluidledninger 26 som antydet med stiplede linjer på figur 1. Dette kjente systemet omfatter en separat propankrets og forbruker en stor mengde energi. I tillegg forsvinner energien som frigjøres når LNG regassifiseres ut med sjøvannet.

På figur 2 er det skjematisk vist en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Regassifiseringsanlegget 50 omfatter en eksportledning 58 hvorigjennom en fluidstrøm av LNG og naturgass strømmer. En eller flere pumper 52 pumper flytende naturgass inn i eksportledningen 58. Regassifiseringsanlegget 50 omfatter videre en første varmeoverføringsenhet 54 og en andre varmeoverføringsenhet 56 som fortrinnsvis er anordnet i serie langsetter eksportledningen 58 hvorved fluidstrømmen i eksportledningen 58 i tur strømmer igjennom den første varmeoverføringsenheten 54 og den andre varmeoverføringsenheten 56.

De to varmeoverføringsenhetene 54 og 56 er fortrinnsvis innrettet slik at i den første varmeoverføringsenheten 54 varmer LNG til en høyere temperatur, mens i den andre varmeoverføringsenheten 56 regassifiseres og varmes naturgassen til ønsket temperatur ut av regassifiseringsanlegget. Det er selvfølgelig mulig å anvende flere enn to varmeoverføringsenheter om det skulle være ønskelig og/eller nødvendig. For eksempel kan det i en utførelsesform av oppfinnelsen anvendes to varmeoverføringsenheter 54 anordnet i serie for å varme opp den flytende naturgassen, mens det anvendes en enkelt andre varmeoverføringsenhet 56 for å regassifisere og øke temperaturen til ønsket nivå.

Eksportledningen 58 omfatter videre et fluiduttak 60 for uttak av en andel av regassifisert naturgass som strømmer i eksportledningen 58. Fluiduttaket 60 er fortrinnsvis anordnet nedstrøms for den andre varmeoverføringsenheten 56.

Regassifiseringsanlegget 50 omfatter videre en turbin 62 som er fluidmessig koblet til fluiduttaket 60, via en fluidledning 66. I turbinen 62 ekspanderes naturgassen slik at turbinen produserer mekanisk energi. Turbinen 62 er fortrinnsvis koblet til en elektrisk generator 64 slik at den mekaniske energien som produseres i turbinen 62 kan omdannes til elektrisk energi. Den elektriske energien som produseres av generatoren 64 kan inngå i terminalens kraftsentral eller brukes til å drive utstyr i regassifiseringsanlegget 50 som krever tilførsel av elektrisk kraft, slik som for eksempel pumper. Regassifiseringsanlegget kan med fordel også anordnes med eksportmidler (ikke vist på figur 2), innbefattende en eller flere kabler, for eksport av elektrisk energi som produseres av generatoren 64.

Turbinen eller turbinene 62 er videre fluidmessig koblet til den andre varmeoverføringsenheten 54, for eksempel gjennom en fluidledning 67. Naturgassen som er ekspandert i turbinen 62 utveksler her varme med LNG som strømmer i eksportledningen 58, slik at den ekspanderte naturgassen kondenseres og LNG varmes opp.

Regassifiseringsanlegget 50 omfatter videre en pumpe 65 som på den ene siden er fluidmessig koblet til den andre varmeoverføringsenheten 54 gjennom for eksempel en fluidledning 68, og på den andre siden er fluidmessig koblet til et fluidinntak 61 i eksportledningen 58 og/eller et fluidinntak 71 i eksportledningen 58 gjennom for eksempel en fluidledning 69 henholdsvis en fluidledning 79 som antydet på figur 2. Den kondenserte naturgassen kan dermed pumpes tilbake inn i fluidstrømmen i eksportledningen 58. Fluidinntaket 61 er anordnet i eksportledningen 58 fortrinnsvis oppstrøms for den første varmeoverføringsenheten 54 og nedstrøms for pumpen eller pumpene 52, mens fluidinntaket 71 fortrinnsvis er anordnet i eksportledningen 58 nedstrøms for den første varmeoverføringsenheten 54 og oppstrøms for den andre varmeoverføringsinnretningen 56.

Som forklart lenger opp i beskrivelsen, har søker gjennomført beregninger som viser at den energien som produseres i turbinen 62 og generatoren 64 gjør at regassifiseringsanlegget 50 arrangert etter figur 2 krever radikalt mindre elektrisk kraft enn et anlegg arrangert etter figur 1.

Figur 2 viser skjematisk et utførelseseksempel av oppfinnelsen og viser de komponentene som er relevante i forhold til oppfinnelen slik den er definert i kravene. Et fullstendig regassifiseringsanlegg vil nødvendigvis omfatte flere komponenter en det som er vist på figuren. For eksempel vil et regassifiseringsanlegg omfatte innretninger som måler temperatur, trykk og andre parametere samt ventilinnretninger og et kontrollsystem som kontrollerer hele regassifiseringsanlegget.

Claims (17)

1. Fremgangsmåte for regassifisering av LNG som strømmer i en eksportledning (58) og regassifiseres ved at LNGen strømmer gjennom én eller flere varmeoverføringsinnretninger (54, 56), karakterisert vedat en andel regassifisert naturgass tas ut av eksportledningen (58) og deretter ekspanderes i i det minste én turbin (62), hvoretter den ekspanderte naturgassen mates inn i en første varmeoverføringsinnretning (54) hvori den ekspanderte naturgassen utveksler varme med fluidstrømmen i eksportledningen (58) slik at naturgassen i all hovedsak er rekondensert etter å ha passert igjennom den første varmeoverføringsenheten (54), hvoretter den rekondenserte naturgassen pumpes tilbake inn i fluidstrømmen i eksportledningen (58).

2. Fremgangsmåte for regassifisering av LNG i henhold til krav 1,karakterisert vedat den minst ene turbinen (62) kobles til og driver en generator (64) som produserer elektrisk energi for drift av regassifiseringsanlegget (50) og/eller eksport av den produserte elektriske energien.

3. Fremgangsmåte for regassifisering av LNG i henhold til et av kravene 1-2,karakterisert vedat den minst ene turbinen (62) kobles til og driver minst én pumpe (52, 65) i regassifiseringsanlegget (50).

4. Fremgangsmåte for regassifisering av LNG i henhold til et av kravene 1-3,karakterisert vedat fluidstrømmen i eksportledningen (58) ytterligere varmes opp i en andre varmeoverføringsinnretning (56) nedstrøms den første varmeoverføringsinnretningen (54) og oppstrøms et fluiduttak (60).

5. Fremgangsmåte for regassifisering av LNG i henhold til krav 4,karakterisert vedat fluidstrømmen i eksportledningen (58), i den andre varmeoverføringsinnretningen (56) utveksler varme med et fluid som for eksempel vann eller sjøvann.

6. Fremgangsmåte for regassifisering av LNG i henhold til et av kravene 1-5,karakterisert vedat den rekondenserte naturgassen føres tilbake i fluidstrømmen i eksportledningen (58) oppstrøms for den første varme overførings innretningen (54).

7. Fremgangsmåte for regassifisering av LNG i henhold til et av kravene 4-5,karakterisert vedat den rekondenserte naturgassen føres tilbake i fluidstrømmen i eksportledingen (58) nedstrøms for den første varmeoverføringsinnretningen (54) og oppstrøms for den andre varme overførings innretningen (56).

8. Regassifiseringsanlegg (50) for regassifisering av flytende naturgass (LNG) omfattende en eksportledning (58) for en fluidstrøm av LNG og regassifisert naturgass, karakterisert vedat regassifiseringsanlegget (50) omfatter et fluiduttak (60) i eksportledningen (58) for uttak av en andel av den regassifiserte naturgassen, og minst én turbin (62) for ekspansjon av naturgass, hvilken minst ene turbinen (62) er fluidmessig koblet til fluiduttaket (60) i eksportledningen (58) for tilførsel av naturgass og til en første varmeoverføringsinnretning (54) hvori ekspandert naturgass utveksler varme med LNG som strømmer i eksportledningen (58), og at regassifiseringsanlegget (50) videre omfatter en pumpeinnretning (65) som er fluidmessig koblet til den første varmeoverføringsinnretningen (54) og til minst ett fluidinntak (61, 71) i eksportledningen (58).

9. Regassifiseringsanlegg i henhold til krav 8, karakterisert vedat det minst ene fluidinntaket (61) er anordnet i eksportledningen (58) oppstrøms den første varmeoverføringsinnretningen (54).

10. Regassifiseringsanlegg i henhold til et av kravene 8-9,karakterisert vedat det minst ene fluidinntaket (71) er anordnet i eksportledningen (58) nedstrøms den første varmeoverføringsinnretningen (54) og oppstrøms for den andre varmeoverføringsinnretningen (56).

11. Regassifiseringsanlegg i henhold til et av kravene 7-8,karakterisert vedat den første varmeoverføringsinnretningen (54) er en varmeveksler.

12. Regassifiseringsanlegg i henhold et av kravene 7-9, karakterisert vedat regassifiseringsanlegget (50) omfatter en andre varmeoverføringsinnretning (56) for oppvarming av fluidstrømmen i eksportledningen (58), hvilken andre varmeoverføringsinnretning (58) er anordnet nedstrøms den første varmeoverføringsinnretningen (54) og oppstrøms fluiduttaket (60) i eksportledningen (58).

13. Regassifiseringsanlegg i henhold til krav 10, karakterisert vedat den andre varmeoverføringsinnretningen (56) er en varmeveksler hvori fluidstrømmen i eksportledningen (58) utveksler varme med et fluid som for eksempel vann eller sjøvann.

14. Regassifiseringsanlegg i henhold til et av kravene 7-11, karakterisert vedat den minst ene turbinen (62) er koblet til en generator (64) for produksjon av elektrisk energi og/eller til én eller flere pumpeinnretninger (65) for drift av pumpeinnretningen eller pumpe innre tningene.

15. Regassifiseringsanlegg i henhold til krav 12, karakterisert vedat regassifiseringsanlegget (50) omfatter eksportmidler for elektrisk energi slik at i det minste en del av den elektriske energien som produseres i generatoren (64) kan eksporteres ut av regassifiseringsanlegget (50).

16. Anvendelse av en fremgangsmåte for regassifisering av LNG i henhold til et av kravene 1-6 for regassifisering av LNG som befinner seg på et fartøy, en flytende innretning eller på land.

17. Anvendelse av et regassifiseringsanlegg i henhold til et av kravene 7-13 for regassifisering av LNG som befinner seg på et fartøy, en flytende innretning eller på land.