NO791198L - Fremgangsmaate for kontrollert avgassing av raaolje - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for kontrollert

avgassing av råolje.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for kontrollert avgassing av råolje.

Et formål med oppfinnelsen er ved transport av råolje i tankfartøy å erstatte en del av den bunkerolje som kreves for fartøyets fremdrift, med gass fra lasten. Bunkerkostnadene for fremdrift av et turbin-tankfartøy på 300-400.000 tonn under en reise fra produsentlandene ved den Persiske bukt til raffinerianleggene i Europa, beregnes idag til 1,3-2,2 millioner kroner hvorved man har kalkulert med et bunkerforbruk på 3900-5600 tonn, hvilket tilsvarer 1-2% av den transporterte mengde råolje.

Under en lastreise skjer en forgassing av de mest lavtkokende komponenter i lasten. Ved å holde et visst overtrykk (0,1-0,2 kp/cm 2) i tankene, kan denne avkoking reduseres til mellom 100 og 300 tonn avhengig av oljens gassinnhold. På grunn av gassenes høye forbrenningsvarme tilsvarer denne gassmengde ca. 120-360 tonn bunkerolje til en verdi av 40-120.000 kroner eller ca. 2-8% av bunkerkostnaden. Idag slippes den fra lasten avkokede gass ut i luten, ofte via ventiler på dekk. Under ugunstige vindforhold forårsaker den en alvorlig forring-else av luftkvaliteten for de som befinner seg ombord.

Når råoljen pumpes opp ved oljefeltet, inneholder den betydelige mengder gassformige komponenter. Ved den nuværende praksis avdrives deler av denne gass fra råoljen før den pumpes til utlastningsplassene. Man har sjelden muligheter til å oppsamle gassen. Til tross for at den er i besittelse av en stor energiverdi, forbrennes derfor store gassmengder i åpne fakler uten at utviklet energi tas vare på. Også ved visse raffinerier er det slik at mer gass oppnås ved lagring, pumping og raffinering av råoljen enn det som effektivt kan utnyttes. Gass anvendes for fremstilling av såkalt flaskegass og for pro-duksjon av den energi som er nødvendig for prosessen.

Et overskudd av gass foreligger således hos produsentene og i visse tilfelle også hos konsumentene av råolje. Dersom man kan ta vare på gassen uten at kostbare flytendegjøringspros-esser må foretas, bør derfor dens pris være lav.

Råoljer inneholder normalt 1-2 vekt-% og i visse tilfelle 2-4 vekt-% gassformige komponenter (metan til butan). Som angitt tidligere tilsvarer bunkerforbruket ved en lastreise 1-2% av lasten. En betydelig del av den bunkerolje som er nødvendig for fremdriften, skulle derfor kunne erstattes med gass som tas ombord og lagres løst i råoljelasten.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan også benyttes for energiproduksjon i tanktonnasje i opplag som benyttes for bered-skapslagring av olje, og der fartøyene i prinsippet fungerer som mellomlager i raffinerienes råoljehavner. . I tankfartøy for transport av gass i kondensert form (LNG-carriers) benyttes den avkokede gass for fremdrift. Tek-nikken for ivaretagelse og forbrenning av gass fra lasten er altså kjent. Dette er beskrevet i f.eks. de svenske utlegnings-skrifter 7202509-1 og 7316716-5. Her har man altså en ukontrol-lert fordampning av gass som benyttes for fartøyets fremdrift.

I svensk patent nr. 168.140 beskrives en metode for oppvarming av olje ved å lede inn en varm luftstrøm i oljen. En slik fremgangsmåte gir i prinsippet en avgassing, men dette har ikke vært hensikten. Det er antageligvis en hovedårsak til at metoden ikke har blitt anvendt i praksis.

De fire letteste hydrokarbonforbindelsene av alkantypen er metan CH^, etan C2H6'Propan C3Hs 0<? butan C4Hio*De har kokepunkter under 0°C og forekommer derfor i gassform ved normale temperaturer. De er imidlertid oppløselige i tyngre flytende hydrokarbonforbindelser, og av denne grunn kan de fore-komme i en flytende fase også ved normale omgivelsestempera-turer.

I et system der en flytende og en gassformig gass befinner seg i likevekt med hverandre, avhenger inngående forbind-elsers partialtrykk P, i gassfasen av dens konsentrasjon C^ i væskefasen og vice versa. Ifølge Henrys lov kan dette forhold skrives P./C.=K., der K. er fasefordelingskonstanten for for-lii i 3

bindelsen i.

Nettotransporten mellom gassfasen og væskefasen kan således påvirkes f.eks. ved at gassfasens sammensetning varieres. Med en gassrik olje menes en olje som står i likevekt med en gassfase med høye partialtrykk av lavtkokende forbindelser. Dersom man ønsker å minske mengden av lavtkokende komponenter

i en råolje, kan man altså tilveiebringe dette ved å sørge for at den omgivende gassfase har en lav konsentrasjon av disse komponenter.

Siden råoljen i tankfartøyene lagres i meget store tanker (15000-50.000 m 3) og transporten av lavtkokende komponenter i væskefasen er langsom, vil imidlertid avgassingen skje relativt langsomt. For å øke avgassingshastigheten kreves foruten at gassfasen ventileres, en omrøring av væskefasen og en økning av grenseoverflaten, gjennom hvilken en transport av lavtkokende komponenter kan skje.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen bygger på at inertgass eller tankgass presses inn i lasttankenes bunn-nivå via munnstykker hvis oppgave er å findele gasstrømmen slik at det dannes små bobler. Når disse bobler stiger gjennom råoljen, forårsaker de en omrøring av denne og en økning av gassgrenseflaten gass-olje, hvorved avgassingsprosessen påskyndes. Ved at nevnte gasstrøm kan reguleres, kan også avgassingsprosessen styres.

I løpet av første døgn av en lastreise er antagelig behovet for å øke avgassingen lite. Gasstrømmingen gjennom gassen økes deretter med tiden slik at fordampningen utgjør en beregnet del av brenselforbruket. Siden tilførslen av flytende brennstoff kan reguleres hurtigere, kan den del av brennstoff-strømmen som reguleres, fortrinnsvis utgjøres av bunkerolje.

Den inerte gass kommer fra såkalte intergassanlegg som moderne råoljetankfartøy ofte er utrustet med. Disse består av et arrangement av røkgassvask (skrubber), vifte, rørledninger, ventiler og styreinnretninger, med hvis hjelp forbrenningsgasser fra kjelene skrubbes og føres inn i tankene forrest i forbindelse med at lasten losses. Formålet med denne fremgangsmåte er å minske tankgassens oksygeninnhold under den grense ved hvilken en forbrenning kan underholdes. Inertgassens hovedsakelige bestanddeler er nitrogen, oksygen (1-5%), karbondioksyd og vanndamp. Andre komponenter er nitrogenoksyder, karbonmonoksyd og svoveldioksyd. Intertgasstrømmen bør ikke få adgang til å bli høy. Konsentrasjonen av hydrokarboner i gassen blir da så lav at dens innføring i kjelene innebærer en dårlig forbrenn-ingsøkonomi. Foruten at energi kreves for oppvarming av inert-gassen, medfører en altfor omfattende ventilasjon av råoljen at også visse mengder av tyngre verdifulle fraksjoner bortføres fra råoljen.

For å kunne gjøre en bestemmelse av nødvendige inertgass-strømmer har man foretatt følgende antagelser:

1. Brennstoff-forbruk på 6 tonn/time

2. Derav som gass fra lasten 4 tonn/time

3. Gassens middelmolvekt 40

Gassmengden på 4 tonn tilsvarer 4000 x 24/40 w 2500 m 3.

Nødvendig inertgasstrøm for å avdrive denne strøm av gassformige hydrokarboner fra råoljen avhenger av en mengde fak-torer. Noen av disse er:

a) Mengden av gassformige hydrokarboner oppløst i oljen

b) Ønsket konsentrasjon av hydrokarboner i gassfasen

c) Oljens temperatur

d) Metoden med hvilken inertgass innføres i lasttankene.

Innblåsningsmunnstykkenes antall og utforming.

Hvis gassen når den forlater tankene har et volumforhold mellom hydrokarbon og inertgass på mellom 10:1 og 1:1, kreves det for å avdrive 250 0 m 3 hydrokarbongass pr. time en inertgass-strøm på mellom 250 og 2500 m 3 /time (ca. 4-40 m 3/min) ved NTP. Inertgassanlegg som befinner seg i tankfartøy, skulle ha en kapasitet på minst 10.000 m 3/time.

Ved at lasten omrøres under transporten vil sedimenta-sjonen i tankene minske. Dette skulle medføre et minsket behov for crude-spyling og andre tankrengjøringsoperasjoner.

I forbindelse med at lasten pumpes ombord skulle den gasstrøm som forlater tankene, tilsvare en energistrøm som overskri-der effektbehovet. Eventuell overskuddsgass bør dersom den ikke kan brennes, avledes og utføres i høy høyde f.eks. via stumpmaster. For å forhindre at oljedråper under lastingens slutt-trinn føres med gasstrømmen og kastes opp i luften, bør ledningene forsynes med en eller annen form for dråpeskillere.

Fordelene med å utnytte gass som er avkokt fra lasten

for fremdrift av tankfartøy, kan sammenfattes i nedenstående punkter: 1. Utnyttelse av energiinnholdet i den gass som idag forlater lasttankene (2-8% av bunkerkostnadene under lastreisen). 2. Nedsatte bunkerkostnader ved at høyverdig overskuddsbrensel utnyttes uten at dyrbare flytendegjøringsprosesser og spesielle tanker for gass behøver anvendes.

3. Forbedret luftkvalitet for de som befinner seg ombord.

4. Omdannelse av gassrike råoljer til avgassede og dermed lett bearbeidbare råoljer. 5. Minsking av mengdene i råoljen av oppløste hydrogensulfid, karbondisulfid og merkaptaner. Disse forbindelser medfører luftulemper omkring raffinerianleggene i land.

Avgassingen fra råoljen er mest omfattende under last-reisens første døgn. I forbindelse med kortere transporter av råolje f.eks. fra feltene i Nordsjøen til europeiske raffinerier, skulle derfor en større del av bunkerforbruket enn de beregnede 2-8% kunne erstattes bare med den gassmengde som med nåværende metodikk vil strømme ut i luften.

Som tidligere nevnt kan foreliggende fremgangsmåte også benyttes for energiproduksjon i tanktonnasje i opplag. Gassrike råoljer, f.eks. Nordsjøolje, kan forbehandles på denne måte, slik at de kan behandles mer effektivt i raffinerianleggene. Produsert elektrisk energi kan distribueres via raffinerienes ledningsnett. Den lagrede olje omsettes hvorved laminering- og andre aldringsproblemer i forbindelse med langtidslagring elimineres. Beredskapslagringen skjer på plasser der utrustning og personell for bekjempelse av eventuelt oljesøl allerede finnes.

På de medfølgende tegninger vises i

fig. 1 skjematisk et arrangement for kontroll av avgassingen fra råoljen i lasttankene til et fartøy, og

fig. 2 og 3 viser skjematisk et system ifølge ovenstående som fungerer ifølge motstrømsprinsippet.

I figurene betegner B en kjele, S en gassvasker, FR en strømningsregulator, K en kompressor og D en dråpeskiller. Videre betegner I, T, 0 og P, respektivt, inertgass, tankgass, råolje, pumper og ejektorer.

Avgassingen styres ved at inertgass og/eller tankgass føres ned i tankenes bunn-nivå. For å tilveiebringe dette anvendes et system av ejektorer som monteres i bunnen av visse tanker og som drives av råoljestrømmen. Disse strømmer tas fra andre tanker i fartøyet og drives med pumper plassert i fartøyets pumperom. Ejektorene suger ned inertgass fra inert-gassledningen på dekk eller tankgass fra tankenes ullagevolum til bunn-nivået. Ved å arrangere systemet ifølge fig. 2 og 3, oppnås et system som virker ifølge motstrømsprinsippet. Dette gir visse fordeler.

a) Bare en del av lasten behandles av gangen, hvorved forgassing-en lettere kan styres slik at produksjonen er konstant under

reisen.

b) Lasten behandles i motstrøm med gassfasen slik at avdriv-ningen av hydrokarbongass kan drives effektivt mot likevekt. (Den gass som avs.uges, har i slutt-trinnet vært i kontakt med olje i den prosesstank der oljen er behandlet i minst omfang og derfor er mest gassrik). Nødvendig inertgassvolum blir derved mindre pr. produsert enhet frigjort hydrokarbongass. c) Mengden av inertgass som innføres i kjelen sammen med hydro-karbongassen, blir også mindre, hvilket gir bedre kjelevirk-ningsgrad. d) Systemet kan konstrueres slik at nødvendige arrangementer kan konsentreres til fartøyets aktre deler hvorved anleggsomkost-ningene minsker.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for kontrollert avgassing av råolje i lasttankene hos et fartøy, hvorved de frigjorte gassene er beregnet for utnyttelse som energikilde eksempelvis for fartøy-ets fremdrift, karakterisert ved at en gasstrøm ledes inn i. lasttankene i en regulerbar strøm slik at man tilveiebringer dels en omrøring av råoljen samt dels en økning av fasegrenseoverflaten væske-gass.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at inertgass og/eller tankgass ledes inn i lasttankene.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at gassen presses inn i lasttankenes bunn-nivå via munnstykker som findeler gasstrømmen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at ejektorer anordnet ved brunnen av visse tanker suger ned inertgass fra fartøyets inertgassanlegg og/eller tankgass fra lasttankenes ullage-volum.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at nevnte ejektorer drives av råoljestrømmen fra andre tanker i fartøyet og drives med pumper plassert i far-tøyets pumperom.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av det foregående krav, karakterisert ved at lasten behandles i motstrøm med gassfasen.