NO961666L - Fremgangsmåte og system for oppfanging og lagring av lett hydrokarbondamp fra råolje - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte og et system for oppfanging og lagring av lett hydrokarbondamp fra råolje, nærmere bestemt en fremgangsmåte og et system - for bruk ombord i et tankskip for transport av råolje - for oppfanging av slik hydrokarbondamp fra tankskipets råoljetanker under lasting, transport og lossing av råoljen og hel eller delvis utnyttelse av hydrokarbondampen som en energikilde ombord i tankskipet, spesielt som brennstoff for skipets motorer og kjelanlegg.

Under råoljelasting av skytteltankskip på oljefelt til havs frigjøres store mengder hydrokarbondamp bestående av lette komponenter med høyt damptrykk, først og fremst metan, etan, propan, isobutan, n-butan, isopentan og n-pentan, samt mindre mengder av tyngre hydrokarboner (C6,). Denne hydrokarbondamp blir som oftest sluppet ut i atmosfæren og representerer dermed et miljøproblem. Fra norsk side av Nordsjøen slippes det årlig ut slik hydrokarbondamp i mengder av en størrelsesorden svarende til et tankskip fullastet med olje.

Hydrokarbondampen ville representere verdifull energi, dersom den kunne utnyttes på en hensiktsmessig måte. For å antyde størrelsen av problemet kan det nevnes at et 140.000 tonns tankskip som laster på Statfjord-feltet anslagsvis vil fri-gjøre tilstrekkelig store mengder hydrokarbondamp til å kunne holde skipet dynamisk posisjonert ved lastebøyen i 20 timer og til deretter å kunne drive skipet tur-retur Rotterdam (ca. 2500 km), dersom dampen ble utnyttet som brennstoff ombord i tankskipet. Med oppfanging og utnyttelse av dampen ville således et miljøproblem kunne vendes til en økonomisk fordel gjennom innsparing av bunkersolje. I tillegg ville det oppnås en ytterligere miljøfordel ved at avgassene fra dieselmotorene blir renere når de drives med gass enn når de drives med bunkersolje.

Under lasting av tankskip vil damp som frigjøres fra råoljen blande seg med nøytralgass (hovedsakelig N2og C02) som av sikkerhetsmessige grunner er anbragt i de tomme råoljetanker.Blandingen av lett hydrokarbondamp fra råoljen (HC-damp eller HC-gass) og den nevnte nøytralgass betegnes i sammenheng med denne oppfinnelse som VOC-damp (VOC = "Volatile Organic Com-pounds"). Slik VOC-damp slippes vanligvis ut i atmosfæren, ikke bare under lastingen av råoljen men også ved sjøgang under oljetransporten og under lossing. Videre slippes det ut betydelige mengder hydrokarbongass når lasterommene renspyles med råolje etter lossingen.

En tidligere tilnærmelse til å løse problemene forbundet med utslipp av VOC-damp under lasthåndtering har gått ut på å kondensere de tyngste komponenter av VOC-dampen og å pumpe kondensatet tilbake i råoljen på et sted hvor det hydrosta-tiske trykk er tilstrekkelig høyt til at kondensatet kan absorberes i råoljen. De letteste fraksjoner av VOC-dampen, som metan og etan, lar seg imidlertid vanskelig absorbere i oljen og har derfor måttet slippes ut i atmosfæren. I tillegg til denne sistnevnte ulempe vil denne foreslåtte løsning i mange tilfeller bare forflytte problemet til det neste trinn i transportkjeden, hvor råoljen skal håndteres på ny. En kjøper av råolje vil helst unngå slike håndteringsproblemer, og markedsprisen for en slik VOC-dampkondensatholdig råolje vil kunne synke på grunn av håndteringsproblemene. Tidligere kjente fremgangsmåter av denne art er beskrevet f.eks. i NO 941704 og i US 2 978 876 (1961).

Ved hjelp av den foreliggende oppfinnelse angripes det ovenfor omtalte problem på en annen måte. Det har vist seg at problemet kan løses ved at de lette hydrokarbondamper som frigjøres under lastingen av råolje i tankskipets tanker, og senere under transporten av råoljen og lossingen, blir fanget opp og underkastet en hydratisering og en eventuell kondensering, hvoretter det dannede gasshydrat lagres som en hydratslurry ombord i tankskipet og anvendes etter behov som en energikilde ombord i tankskipet, først og fremst som brennstoff for tankskipets motorer og kjelanlegg.

Det er tidligere kjent å fremstille gasshydrater ved å bringe gass og vann i kontakt med hverandre under egnede temperatur-og trykkbetingelser. Det kan i denne forbindelse vises f.eks. til norske patentskrifter nr. 149.976, 175.656 og 172.080, samt til de dermed beslektede WO 93/01153 og WO 94/00713. Videre kan det vises til US patentskrift nr. 2.356.407 og til norske patentsøknader nr. 951669 og 951670.

Med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes det en fremgangsmåte for oppfanging av VOC-damp fra råolje under lasting av råolje i et tankskip og under skipning og påfølgende lossing av råoljen, og hel eller delvis utnyttelse av dampen som en energikilde ombord i tankskipet. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved at: VOC-damp som frigjøres fra råoljen, som befinner seg i én eller flere oljetanker ombord i tankskipet, ledes til en hydratiseringsenhet, hvor den underkastes en hydratiseringsreaksjon i kontakt med vann og under hydratdannende trykk- og temperaturbetingelser,

det dannede hydrat kjøles ved direkte kontakt med en lettflytende hydrokarbonholdig kjøle- og bærevæske og lagres i form av en suspensjon eller slurry av hydrat i denne kjøle- og bærevæske, ved nedsatt temperatur og ved et trykk nær omgivelsenes trykk, og

lagret, kjølt hydratslurry etter behov oppvarmes ombord i tankskipet for dissosiering av hydratet og frigjøring av i hydratet innesluttet VOC-damp, som så anvendes som energikilde, spesielt som brennstoff for skipets motorer og kjelanlegg.

Den hydrokarbonholdige kjøle- og bærevæske for hydratet må være lettflytende ved de nedenfor angitte hydratiserings- og lagringstemperaturer og vil i det følgende bli betegnet som en "lettolje". Lettoljen kan f.eks. være en dieselolje eller en kondensatfraksjon av en råolje. Det er vesentlig at lettoljen ikke inneholder eller bare inneholder uvesentlige mengder av komponenter som vil felles ut som voks eller annen fast eller tyktflytende substans ved de laveste temperaturer i prosessen.

Hydratiseringsreaksjonen utføres vanligvis ved trykk i området fra 10 til 150 bar, vanligvis fra 30 til 100 bar, og ved temperatur i området fra 0 °C til 10 °C, fortrinnsvis i området fra 0 °C til 4 °C. Etter den avsluttende nedkjøling har den ferdige hydratslurry vanligvis en temperatur fra -10 "C til -20 °C, men den kan også ha en enda lavere temperatur, ned til -40 °C eller sågar ned til -60 °C. Hydratslurryen blir lagret ved disse temperaturer, helst ved temperatur fra -10 °C til

-20 °C, og ved et trykk rundt atmosfæretrykket.

De følgende komponenter av VOC-dampen lar seg hydratisere, angitt i rekkefølge etter stigende reaktortrykk: isobutan, propan, etan, C02, metan og nitrogen. Også n-butan lar seg hydratisere, når det foreligger i blanding med hydrokarboner med 1-3 karbonatomer. Tyngre hydrokarbonkomponenter hydratise-rer ikke, fordi det ikke er plass til de store gassmolekyler i hydratgitterets hulrom. Hovedsakelig ikke-hydratiserbare hydrokarbonmolekyler som kan inneholdes i VOC-dampen, er pentaner og C6+. Disse tyngre hydrokarbonkomponenter vil blande seg med den som kjølevæske benyttede lettolje og vil dermed kunne fungere som en del av kjølemediet i hydratiseringsprosessen og som en del av bærevæsken i den ferdige hydratslurry. Bare mindre mengder nitrogen vil hydratisere ved de trykk som er aktuelle ved den foreliggende fremgangsmåte.

Med oppfinnelsen tilveiebringes det også et system - for bruk ombord i et tankskip for transport av råolje - for oppfanging av VOC-damp fra råolje under lasting av råolje i tankskipet og under skipning og påfølgende lossing av råoljen, og hel eller delvis utnyttelse av dampen som en energikilde ombord i tankskipet. Systemet er kjennetegnet ved at det omfatter: (a) én eller flere rørledninger (6) for tilførsel av VOC-damp fra én eller flere råoljetanker (3) i tankskipet, (b) en hydratiseringsenhet (10) omfattende én eller flere kompressorer (11) for mottak og komprimering av tilført VOC-damp og én eller flere hydratiseringsreaktorer (12) for mottak av komprimertVOC-damp, utformet for fremstilling av en slurry - i en lettflytende hydrokarbonholdig kjøle- og bærevæske - av et hydrat dannet fra hydratdannende komponenter av VOC-dampen og tilført vann, (c) én eller flere varmeisolerte lagertanker (4) for mottak av hydratslurry fra hydratiseringsreaktoren(e) (12), og (d) én eller flere dissosiasjonsenheter (32) utstyrt for å kunne tilføres varme, for dissosiering av hydratslurry tilført fra lagertanken(e) (4) og overføring av dissosiert produkt til maskineri ombord i tankskipet, spesielt som brennstoff for skipets motorer og kjelanlegg.

Fremgangsmåten og systemet ifølge oppfinnelsen skal nedenfor beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser skjematisk en enkel prinsipputførelse av et system ifølge oppfinnelsen, og Fig. 2 viser en alternativ og foretrukken utførelse av hydratiseringsenheten i systemet ifølge fig. 1.

På figurene er samme henvisningstall benyttet for ekvivalente deler av systemet.

Det vises til fig. 1, hvor en råoljetank 3 ombord i et tankskip 2 lastes med råolje gjennom en rørledning 1. I oljetanken frigir råoljen lette hydrokarbondamper som følge av omrøring ved relativt lavt trykk. De frigjorte hydrokarbondamper blan-der seg med nøytralgass, hovedsakelig N2og C02, som er anbragt i det tomme lasterom av sikkerhetsmessige grunner. Råoljetanken 3, som i praksis vil være én av flere innbyrdes forbundne råoljetanker ombord i tankskipet, er utstyrt med vakuum- og overtrykksventiler som åpner ved bestemte under-, henh. overtrykk for å beskytte mot overbelastning og deformasjon av tankveggene. Dampblandingen (VOC-dampen) over råoljen i tanken ledes av fra tanken via en rørledning 6 til en kompressor 11, hvor den komprimeres til et trykk i området fra 30 til 100 bar, f.eks. til ca. 60 bar. Kompressoren 11 styres av bl.a. trykket i råoljetanken 3. Ved relativt høyt trykk eller stigende trykk i råoljetanken økes kompressorens kapasitet, og ved relativt lavt trykk eller synkende trykk reduseres kapa-siteten, slik at trykket i råoljetanken til enhver tid blir liggende mellom de innstilte verdier for vakuum- og over-trykksventilene, f.eks. mellom henholdsvis -0,05 bar og +0,14 barg.

Den komprimerte og eventuelt delvis kondenserte damp fra kompressoren 11 føres via et inntak 13 inn i en hydratiseringsreaktor 12, bestående f.eks av en langstrakt, vertikal beholder. I reaktoren 12 bringes VOC-dampen i kontakt med vann som tilføres gjennom en rørledning 14 forsynt med én eller flere dyser, under betingelser hvorunder det skapes god væske-damp-kontakt og for øvrig under hydratdannende trykk- og temperaturbetingelser. Som hydratiseringsvann kan det benyttes fersk-vann eller sjøvann. Under hydratiseringsreaksjonen som finner sted mellom vannet og hydratdannende komponenter av VOC-dampen, danner vannmolekylene gitterstrukturer hvis hulrom inne-slutter gassmolekyler. Når det tilførte vann innføres i reaktoren 12 forstøvet til små dråper gjennom dyser, vil hydratet dannes som små, snøfnugglignende krystallinske partikler som daler ned gjennom reaktoren.

Varme som frigjøres under hydratdannelsen, fanges opp av en lettflytende hydrokarbonholdig kjøle- og bærevæske som tilfø-res hydratiseringsreaktoren 12 i kald tilstand, dvs. med en temperatur som er lavere enn en valgt driftstemperatur for hydratiseringsreaksjonen. Denne kjøle- og bærevæske, som nedenfor betegnes "lettolje", bør fortrinnsvis tilføres gassvolumet i reaktoren i form av finfordelte dråper. Den sirkuleres i en rundpumpningskrets omfattende reaktoren 12, et uttak i bunnen av reaktoren, en rørledning 15, en varmeveksler 16, en pumpe 17 og en rørledning 18 med inntak fortrinnsvis i reaktorens toppseksjon.

Eventuelle tyngre hydrokarbonkomponenter av VOC-dampen som kondenseres, men som ikke hydratiseres under de anvendte hydratiseringsbetingelser, vil sirkulere i rundpumpningskret-sen sammen med lettoljen og vil dermed inngå som en del av kjølevæsken. En sil 19 kan være anordnet i reaktoren for å fange opp det dannede hydrat i reaktoren 12.

Temperaturen i reaktoren 12 må være så lav at det blir dannet hydrat fra vann og hydratdannende komponenter av VOC-dampen, dvs. lavere enn likevektstemperaturen for dannelse/disossia-sjon av gasshydratet ved det aktuelle driftstrykk, men ikke så lav at vann i reaktoren danner is istedenfor å inngå i hydratdannelse sammen med de hydratdannende komponenter av VOC-dampen. Forekomster av fritt, uomsatt vann i hydratet eller i kjølevæsken vil redusere energiinnholdet og gjøre hydratmassen vanskelig håndterbar og vil kunne skape problemer når hydratmassen kjøles ned til temperaturer lavere enn 0 °C, idet det frie vann vil fryse til is, hvilket vil kunne forårsake sin-tring av hydratmassen og tilstopping av rørledninger og kana-ler og føre til dannelse av en unåndterlig, hard eller klumpet masse. Det bør derfor sørges for at vann ikke tilføres i mengder - i forhold til andre material- og energistrømmer til og fra reaktoren 12 - som fører til at det dannes et hydratpro-dukt som inneholder fritt vann (i form av vann eller is) i mer enn ubetydelige mengder.

Gasskomponenter som ikke lar seg omdanne til hydrat under de aktuelle hydratiseringsbetingelser, som f.eks. overskytende nitrogen, oksygen, edelgasser, hydrogen, eventuelle uomsatte hydrokarboner og lignende, tas ut fra toppen av reaktoren 12. Denne gass, som vil inneholde en viss mengde uomsatte/ikke-hydratiserte hydrokarboner, kan fakles eller, mer foretrukket, gå til forbrenning i skipets fremdriftsmaskineri eller kjelanlegg, slik at energipotensialet utnyttes og utslipp av hydrokarboner til atmosfæren reduseres.

Ved et driftstrykk på ca. 60 bar i reaktoren 12 vil en temperatur på 6-8 °C være tilstrekkelig lav til å oppnå hydratdannelse i reaktoren. Hydratdannelsestemperaturen bør imidlertid være lavere enn dette og helst ned mot 0 °C. Temperaturen bør imidlertid ikke være lavere enn vannets frysepunkt. Tilførsel av supplerende mengder kjølevæske til erstatning av den kjøle-væske som inngår som bærevæske i den uttatte hydratslurry, kan foretas gjennom en rørledning 25 tilknyttet rundpumpningskret-sen (kjølekretsen).

Når en passende mengde hydrat er blitt dannet i reaktoren 12, stanses tilførslene av komprimert VOC-damp og vann til reaktoren. På dette trinn i hydratiseringsprosessen bør kjøle- og bærevæsken være noenlunde fri for flyktige komponenter, da slike komponenter kan bidra til at det bygger seg opp et partialtrykk av flyktige komponenter under lagringen av slurryen av gasshydrat og bærevæske, og disse komponenter vil frigjøres som gass dersom det samlede partialtrykk av flyktige komponenter overstiger lagringstrykket, hvilket vanligvis vil være ca.

1 ata.

Temperaturen av den sirkulerende lettolje som under hydratiseringsreaksjonen tjente som kjølevæske for å fjerne reaksjonsvarme, senkes nå ytterligere, slik at reaktorinnholdets temperatur senkes til en temperatur som fortrinnsvis er i området fra -10 "C til -20 °C. Det vil imidlertid ikke være noe i veien for å benytte to kjølemedier istedenfor bare ett, det første for å fjerne reaksjonsvarme utviklet under den eksoter-me hydratiseringsreaksjon og det andre for nedkjølingen av det dannede hydrat. Under nedkjølingen senkes trykket i reaktoren gradvis som følge av temperatursenkningen og som følge av utslipp av gasser, som f.eks. nitrogengass. Når trykket er blitt tilstrekkelig lavt, f.eks litt over omgivelsenes trykk, blir en suspensjon eller slurry av det dannede hydrat i den som kjølevæske benyttede lettolje tatt ut av reaktoren 12 via en sluse (20a) og en rørledning 20 og ført til én eller flere varmeisolerte lagertanker 4, som f.eks. kan være isolerte sloptanker. Den oppnådde hydratslurry lar seg lagre og håndtere ved hjelp av tradisjonelt lagrings- og transportutstyr for væsker og suspensjoner. For overføring av hydratslurryen fra reaktoren til lagertanken(e) kan et rest-trykk i reaktoren benyttes, eller det kan benyttes pumper (ikke vist på figu-ren). En slurrytemperatur på fra -10 °C til -20 °C anses tilstrekkelig til at hydratslurryen vil være tilstrekkelig stabil til å kunne lagres adiabatisk ved atmosfæretrykk i de varmeisolerte lagertanker 4. Temperaturen i hydratslurryen i lagertankene 4 kan eventuelt reguleres ved dekantering av bærevæske fra hydratslurryen øverst i lagertankene 4, kjøling av bærevæsken i en varmeveksler og tilbakeføring av bærevæsken nær lagertankenes bunn.

Den ferdige hydratslurry som lagres i lagertankene 4, vil med fordel ha et så lavt innhold av bærevæske som det er mulig å forene med kravet til pumpbarhet. Dermed oppnås maksimal kon-sentrasjon av den hydratiserte VOC-damp i hydratslurryen.

Som det vil fremgå av det ovenstående blir hydratiseringen av VOC-dampen fra råoljetanken(e) utført diskontinuerlig, som en satsvis behandling av den tilførte VOC-damp, nemlig i en hydratiseringsenhet 10 omfattende en kompressor 11, en hydratiseringsreaktor 12 og en kjølekrets omfattende en kjøler 16. For å sikre et rimelig jevnt uttak av VOC-damp fra råoljetanken(e) 3 vil det derfor være hensiktsmessig å ha mer enn én produksjonslinje for dannelse av hydratslurry. Det vil derfor i praksis benyttes minst to slike produksjonslinjer, enten med en felles kompressor 11 eller med hver sin kompressor 11. Ved at det sørges for at de enkelte produksjonslinjer til enhver tid befinner seg i ulike trinn av prosess-syklusen, dvs. at produksjonslinjene starter med fremstilling av hydrat på ulike, innbyrdes forskjøvede tidspunkter, kan det oppnås at den totale hydratiseringsenhet 10, som altså omfatter to eller flere parallelle produksjonslinjer som arbeider i ulike "faser", til sammen får en rimelig jevn tilførsel av VOC-damp og avgir en rimelig jevn strøm av hydratslurry til lagertankene e) 4. Således vil det kunne være hensiktsmessig å benytte 2-5 produksjonslinjer med hver sin hydratiseringsreaktor 12, f.eks. tre slike produksjonslinjer.

I de varmeisolerte lagertanker (4) holdes hydratslurryen lagret inntil den skal benyttes som brennstoff for fremdriftsmotorer, kjelanlegg eller annet forbrenningsmaskineri ombord i tankskipet, eller til den eventuelt skal pumpes i land for annen anvendelse, for eksempel for anvendelse som forbren-ningsgass. Hydrat som lagres adiabatisk ved de aktuelle lave temperaturer, vil dissosiere meget langsomt, selv om det ikke befinner seg i likevekt. Hydratenes likevektstemperatur vil nemlig være vesentlig lavere enn de mest aktuelle lagringstemperaturer på mellom -10 °C og -20 °C. Mindre mengder damp som måtte dissosiere fra hydratet i lagertanken(e), vil kunne tas hånd om i tilknytning til det nedenfor beskrevne arrange-ment for dissosiering av hydrat i dissosiasjonsenheter. Lagertankene 4 beskyttes ved hjelp av overtrykks- og vakuum-ventiler, eller de kan være ventilert til friluft. Det kan være aktuelt med én eller annen form for omrøring i tankene. Det kan også være aktuelt å anordne røreverk ved tankenes utløp.

Fra lagertanken 4 pumpes hydratslurry etter behov til én eller flere dissosiasjonsenheter 32. Tankskipets motorer (hovedmoto-rer/hjelpemotorer) har fortrinnsvis hver sin matepumpe 31 for hydratslurry og hver sin dissosiasjonsenhet 31 plassert nær opp til motoren. Matepumpenes leveringsmengde er variabel og styres av et styringssystem (ikke vist) for brennstoff og luft til motorene. I tillegg til de enkelte matepumper 31, som for-syner hver sin dissosiasjonsenhet 32, kan det i eller nær den varmeisolerte lagertank for hydratslurry være anordnet en egen transportpumpe (ikke vist) som fører slurryen frem til matepumpene. Dette kan være nødvendig for at ikke hydratet i uønsket grad skal dissosiere i rørledningene frem til matepumpene. Det kan derfor være fordelaktig å ha et visst trykk i tilførsels-rør ledningen fra lagertanken, og det kan også være fordelaktig å benytte en hydraulisk akkumulator for å jevne ut trykket under endringer i hydratvolumet. Eventuelle lekkasjer fra en trykksatt hydratslurryrørledning vil ikke medføre noen stor og øyeblikkelig eksplosjonsfare, da hydratet bare langsomt og med stort forbruk av varmeenergi dissosierer og avgir gass. En trykksatt rørledning inneholdende hydratslurry kan derfor ikke sammenlignes med en trykksatt gassrørledning.

I dissosiasjonsenheten 32 tilføres varme, slik at hydratet dissosierer (smelter) til gass, vann og flytende hydrokarboner. Dissosiasjonsenheten 32 har et uttak 33 for dissosiert produkt, og den kan dessuten være utstyrt med et uttak 34 for vann og et uttak 35 for lettolje benyttet som bærevæske i hydratslurryen. Denne lettolje kan resirkuleres for ny anvendelse i hydratiseringsenheten 10. Varmetilførselen til dissosiasjonsenhetene kan foretas for eksempel ved tilførsel av tilgjengelig kjølevann eller varm eller temperert avgass fra motorene og/eller ved tilførsel av forbrenningsluft til motorene, slik at forbrenningsluftens egenvarme utnyttes og dens temperatur dermed senkes.Matepumpene 31 og varmetilførselen st<y>res ut fra hva motorer og kjelanlegg til enhver tid trenger av brennstoff. For at tilførselen av VOC-basert brennstoff til en motor skal kunne varieres raskt etter behov, er dissosiasjonsenheten forholdsvis liten. Den er dessuten plassert nær motoren for å unngå lange rørføringer med trykkgass gjennom maskinrommet, dersomVOC-dampen tilføres motoren under trykk. Avhengig av hydrattilførselen og varmetilførselen vil et eventuelt ønsket trykk i dissosiasjonsenheten kunne styres slik at det ikke blir nødvendig med noen egen kompressor for VOC-dampen frem til motoren.

Fig. 2 viser et alternativ til den utførelse av hydratiseringsenheten 10 som er vist på fig. 1 og beskrevet ovenfor. Hydratiseringsreaksjonen utføres på tilsvarende måte som i anlegget vist på fig.1.Rundpumpningskretsen omfatter imidlertid her i tillegg enbeholder 21, anordnet på oppstrøms-siden av varmeveksleren 16.Hydrat som dannes i reaktoren 12, og som er omgitt av eller suspendert i lettolje benyttet som kjølevæske for fjerning av den varme som utvikles under hydratiseringsreaksjonen, tas ut fra bunnen av reaktoren 12 gjennom en rørledning 15 og føres via en rørledning 26 inn i beholderen 21. Fordi hydratet har større egenvekt enn lettoljen i hvilken det er suspendert, vil hydratet ha en tendens til å synke ned gjennom lettoljen, og det fås derfor i beholderen 21 en nedre sone 22 med hydratslurry, mens det over denne sone fås en sone 23 bestående av lettolje uten vesent-lige mengder hydrat.Lettoljen i sonen 23 føres via en rørled-ning 24 til varmeveksleren 16 og derfra via en pumpe 17 tilbake til reaktoren 12, nærmere bestemt til dennes toppseksjon, på tilsvarende måte som den kjølte lettolje i hydratiseringsenheten vist på fig. 1. i utførelsen vist på fig. 2 vil hydratiseringsreaksjonen kunne fullføres og hydratpartiklene omkrystalliseres i et flytende bad ("fluidized bed"), og det vil ikke være nødvendig med noen sil som kan gå tett eller virke dårlig på annen måte.

Når en passende mengde hydrat er blitt dannet i reaktoren 12, blir også i denne utførelse tilførslene av vann og komprimert

VOC-damp til reaktoren stanset. På tilsvarende måte som i hydratiseringsenheten vist på fig. 1 blir temperaturen av den sirkulerende lettolje som under hydratiseringsreaksjonen tje-ner som kjølevæske for å fjerne reaksjonsvarme nå senket ytterligere, slik at hydratslurryens temperatur i hydratiseringsenheten senkes til en temperatur fortrinnsvis i området fra -10 °C til -20 °C. Samtidig med denne nedkjøling senkes trykket i reaktoren gradvis, delvis som følge av den lavere temperatur og delvis gjennom utslipp av gasser, som f.eks. nitrogengass, fra toppen av reaktoren 12. Gass som samler seg i toppen av beholderen 21, kan tilbakeføres til reaktoren 12 gjennom en egen rørledning (ikke vist). Når trykket i hydratiseringsenheten er blitt tilstrekkelig lavt, f.eks. litt over omgivelsenes trykk, blir den nedkjølte hydratslurry tatt ut fra beholderens 21 bunn via en rørledning 20 og ført til én eller flere varmeisolerte lagertanker 4, på tilsvarende måte som tidligere beskrevet. For ytterligere enkeltheter vises det til NO 951669 og NO 951670, som omhandler tilsvarende og andre utførelsesformer av reaktoren og hydratiseringsprosessen.

Det er ønskelig å kunne kjøre tankskipets fremdriftsmotorer valgfritt på VOC-damp og/eller dieselolje. Dersom tankskipet ikke har VOC-damp tilgjengelig for bruk som brennstoff, må motorene også kunne kjøres konvensjonelt på bare dieselolje. Det avhéngiger av oljefeltet hvor tankskipet laster råolje, og av sjøgang og andre forhold under skipstransporten, hvor mye avdampning som vil skje fra råoljen, og tankskipet må kunne opereres under ulike og skiftende forhold.

Ulike prinsipper kan legges til grunn for forbrenning av den fra hydratet frigjorte VOC-damp i tankskipets motor(er). Inntil 90-95 % av energiinnholdet i brennstoffet kan tilføres i form av VOC-damp, hvilken VOC-damp føres inn sammen med for-brenningsluf ten og tennes ved hjelp av en dieselinnsprøytning nær forbrenningsstemplets øvre dødpunkt etter kompresjonsslaget. Trykket som VOC-dampen tilføres med, kan være lavt, bare litt over lufttrykket der dampen skal tilføres. Avhengig av om VOC-dampen tilføres foran eller etter luftkompressoren kan tilførselstrykket være for eksempel i området fra ca. atmosfæ retrykk til 20 bar overtrykk. VOC-dampen vil fortrenge luft i innsugningsrøret, slik at oksygentilførselen til forbrenningen blir noe redusert, svarende til en effektreduksjon av størrel-sesordenen 10%. Denne effektreduksjon kan bli mindre, dersom motoren er utstyrt med turbolader (kompressor drevet av en turbin i avgassrøret), hvilken vil kompensere for mindre oksygenkonsentrasjon i tilførselsluftblandingen til motoren.

Et annet prinsipp som er noe mer komplisert, men som er mer anvendelig ved at det eliminerer den ovenfor omtalte reduksjon av oksygentilførselen, går ut på å sprøyte VOC-brennstoffet direkte inn i forbrenningsrommet når forbrenningen skal skje. VOC-brennstoffet kan da foreligge i dampfase og/eller i væske-fase. Det kan også inneholde lettolje og begrensede mengder vann. VOC-brennstoffet er forholdsvis tungt antennelig, og det må derfor antennes for eksempel av en brennende pilotflamme av dieselolje sprøytet inn øyeblikket før og på et passende tids-punkt etter kompresjonsslaget. Multifunksjonsdyser som er i stand til å håndtere ulike brennstoffer, finnes på markedet.

At VOC-dampen fra dissosiasjonsenhetene inneholder en viss mengde nøytralgass (N2og C02) behøver ikke utgjøre noen for-brenningsteknisk ulempe, idet det ofte benyttes EGR-teknikker (EGR = "Exhaust Gas Recirculation") for å minske utslippene av nitrogénoksyder, N0E. EGR-teknikken går ut på å resirkulere noe av avgassen tilbake til forbrenningsrommet, i blanding med frisk forbrenningsluft. Dermed tilføres forbrenningsatmosfæren mindre oksygen og får større egenvarme, hvilket gir en lavere maksimal forbrenningstemperatur, med det resultat at det dannes mindre N0X.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte for oppfanging av VOC-damp fra råolje under- lasting av råolje i et tankskip og under skipning og på-følgende lossing av råoljen, og hel eller delvis utnyttelse av dampen som en energikilde ombord i tankskipet, KARAKTERISERT ved at: VOC-damp som frigjøres fra råoljen, som befinner seg i én eller flere oljetanker ombord i tankskipet, ledes til en hydratiseringsenhet, hvor den underkastes en hydratiseringsreaksjon i kontakt med vann og under hydratdannende trykk- og temperaturbetingelser, det dannede hydrat kjøles ved direkte kontakt med en lettflytende hydrokarbonholdig kjøle- og bærevæske og lagres i form av en suspensjon eller slurry av hydrat i denne kjøle- og bærevæske, ved nedsatt temperatur og ved et trykk nær omgivelsenes trykk, og lagret, kjølt hydratslurry etter behov oppvarmes ombord i tankskipet for dissosiering av hydratet og frigjøring av i hydratet innesluttetV OC-damp, som så anvendes som energikilde, spesielt som brennstoff for skipets motorer og kjelanlegg.

2. Frengangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT ved at hydratiseringsreaksjonen utføres ved et trykk i området fra 10 til 150 bar, fortrinnsvis i området fra 30 til 100 bar, og ved en temperatur i området fra 0 °C til 10 °C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, KARAKTERISERT ved at hydratiseringsreaksjonen utføres ved et trykk på ca. 60 bar og ved en temperatur fra 0 °C til 4 °C.

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-3, KARAKTERISERT ved at det som lettflytende hydrokarbonholdig kjøle- og bærevæske for hydratet anvendes en dieselolje eller en kondensatfraksjon av en råolje.

5. Frengangsmåte ifølge krav 4, KARAKTERISERT ved at kjøle- og bærevæsken helt eller delvis er dannet av utkon-denserte komponenter av VOC-dampen.

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-5, KARAKTERISERT ved at hydratslurryen lagres ved en temperatur fra -10 °C til -20 °C.

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-6, KARAKTERISERT ved at VOC-damp som frigjøres ved dissosiering av fremstilt hydrat, tilføres - eventuelt sammen med annen VOC-damp - til forbrenningsluften for skipets fremdriftsmaskineri.

8. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-6, KARAKTERISERT ved at VOC-damp som frigjøres ved dissosiering av fremstilt hydrat, tilføres - eventuelt sammen med annen VOC-damp - til skipets fremdriftsmaskineri sammen med forbrenningsluften og tennes ved hjelp av en dieselinnsprø ytning nær forbrenningsstemplets øvre dødpunkt etter kompresjonsslaget.

9. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-6, KARAKTERISERT ved at lettolje som helt eller delvis er dannet ved utkonden-sering av kondenserbare komponenter av VOC-dampen, anvendes som flytende brennstoff for skipets motorer eller kjelanlegg.

10. System - for bruk ombord i et tankskip for transport av råolje - for oppfanging av VOC-damp fra råolje under lasting av råolje i tankskipet og under skipning og påfølgende lossing av råoljen, og hel eller delvis utnyttelse av dampen som en energikilde ombord i tankskipet, KARAKTERISERT ved at det omfatter: (a) én eller flere rørledninger (6) for tilførsel av VOC-damp fra én eller flere råoljetanker (3) i tankskipet, (b) en hydratiseringsenhet (10) omfattende én eller flere kompressorer (11) for mottak og komprimering av tilført VOC-damp og én eller flere hydratiseringsreaktorer (12) for mottak av komprimert VOC-damp, utformet for fremstilling av en slurry - i en lettflytende hydrokarbonholdig kjøle- og bærevæske - av et hydrat dannet fra hydratdannende komponenter av VOC-dampen og tilført vann, (c) én eller flere varmeisolerte lagertanker (4) for mottak av hydratslurry fra hydratiseringsreaktoren(e) (12), og (d) én eller flere dissosiasjonsenheter (32) utstyrt for å kunne tilføres varme, for dissosiering av hydratslurry tilført fra lagertanken(e) (4) og overføring av dissosiert produkt til maskineri ombord i tankskipet, spesielt som brennstoff for skipets motorer og kjelanlegg.

11 . System ifølge krav 10, KARAKTERISERT ved at hver hydratiseringsreaktor (12) er utstyrt med et inntak (13) for VOC-damp, et inntak (14) for vann for hydratdannelse, fortrinnsvis omfattende dyser, et inntak (18) for den lettflytende hydrokarbonholdige kjøle- og bærevæske, fortrinnsvis omfattende dyser, for dannelse av en slurry av det dannede hydrat i lettolje, foruten et uttak m/sluse (20a) og rørledning (20) for hydratslurry og en kjølesløyfe (15, 16, 17, 18) for å fjerne reaksjonsvarme, utformet for rundpumping av en avsilt blanding av den lettflytende hydrokarbonholdige kjøle- og bærevæske og kondenserte VOC-dampkomponenter fra bunnen av reaktoren (12) via en varmeveksler (16) og tilbake til reaktorens (12) toppseksjon.

12. System ifølge krav 10, KARAKTERISERT ved at hver hydratiseringsreaktor (12) er utstyrt med et inntak (13) forV OC-damp, et inntak (14) for vann for hydratdannelse, fortrinnsvis omfattende dyser, og et inntak (18) for lettflytende hydrokarbonholdig kjøle- og bærevæske, fortrinnsvis omfattende dyser, for dannelse av en slurry av det dannede hydrat i kjøle- og bærevæsken; og at hver hydratiseringsreaktor (12) ytterligere er tilknyttet en beholder (21) som: får tilført hydratslurry fra reaktorens bunnseksjon via rø rledninger (15, 26), i sin bunn har et uttak m/rørledning (20) for hydratslurry, og er forbundet med reaktorens (12) toppseksjon via en rø rledning (24), en kjøler (16) og en pumpe (17), for over-føring/resirkulering av kjølt kjøle- og bærevæske fra beholderen (21) til reaktoren. (Fig. 2)

13. System ifølge et av kravene 10-12, KARAKTERISERT ved at hydratiseringsenheten (10) omfatter 2-5, fortrinnsvis 3 hydratiseringsreaktorer (12).

14. System ifølge et av kravene 10-13, KARAKTERISERT ved at lagertanken(e) (4) for hydratslurry er utstyrt med innret-ninger for omrøring av hydratslurryen.

15. System ifølge et av kravene 10-14, KARAKTERISERT ved at hver dissosiasjonsenhet (32) er tilkoblet en separat matepumpe (31) for hydratslurry.

16. System ifølge krav 15, KARAKTERISERT ved at det omfatter én eller flere transportpumper som er plassert i/nær lagertanken(e) (4) for hydratslurry, for å føre slurryen frem til matepumpene (31) tilkoblet hver sin dissosiasjonsenhet (32).

17. System ifølge et av kravene 10-16, KARAKTERISERT ved at dissosiasjonsenhetene (32) er utstyrt for oppvarming av hydratslurrien med varmt kjølevann, luft eller varme avgasser fra tankskipets motorer.

18. System ifølge et av kravene 10-17, KARAKTERISERT ved at det omfatter én eller flere dissosiasjonsenheter (32) plassert nær tankskipets motor(er), for anvendelse av den dissosi-erte damp som eneste brennstoff eller som hjelpebrennstoff ved driften av motoren(e).