ΥΓΡΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟ

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΥΓΡΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟ ΧΑΤΖΗΑΝΑΣΤΑΣΗ ΕΛΕΝΗ Α.Ε.Μ: 3170 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΔΡ. ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ ΓΕΡΑΣΙΜΟΥ

2 ΚΑΒΑΛΑ 2015 ΕΓΚΡΙΝΕΤΑΙ Ο ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ

3 Δρ. ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ ΓΕΡΑΣΙΜΟΥ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΥΓΡΟΠΟΙΗΜ ΕΝΟ ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟ ΧΑΤΖΗΑΝΑΣΤΑΣΗ ΕΛΕΝΗ Α.Ε.Μ: 3170 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΓΡ. ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ ΓΕΡΑΣΙΜΟΥ ΚΑΒΑΛΑ 2015 Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ

4 ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ 2014 Η παρούσα Πτυχιακή Εργασία και τα συμπεράσματά της σε οποιαδήποτε μορφή αποτελούν συνιδιοκτησία του Τμήματος Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου του ΤΕΙ Καβάλας και του φοιτητή. Οι προαναφερόμενοι διατηρούν το δικαίωμα ανεξάρτητης χρήσης και αναπαραγωγής (τμηματικά ή συνολικά) για διδακτικούς και ερευνητικούς σκοπούς. Σε κάθε περίπτωση πρέπει να αναφέρεται ο τίτλος, ο συγγραφέας, ο επιβλέπων και το εν λόγω τμήμα του ΤΕΙ Καβάλας. Η έγκριση της παρούσας Πτυχιακής Εργασίας από το Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου δεν υποδηλώνει απαραιτήτως και αποδοχή των απόψεων του συγγραφέα εκ μέρους του Τμήματος. H υποφαινόμενη δηλώνω υπεύθυνα ότι η παρούσα Πτυχιακή Εργασία είναι εξ ολοκλήρου δικό μου έργο και συγγράφηκε ειδικά για τις απαιτήσεις του προγράμματος σπουδών του Τμήματος Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου. Δηλώνω υπεύθυνα ότι κατά τη συγγραφή ακολούθησα την πρέπουσα ακαδημαϊκή δεοντολογία αποφυγής λογοκλοπής. Έχω επίσης αποφύγει οποιαδήποτε ενέργεια που συνιστά παράπτωμα λογοκλοπής. Γνωρίζω ότι η λογοκλοπή μπορεί να επισύρει ποινή ανάκλησης του πτυχίου μου. Υπογραφή Χατζηαναστάση Ελένη

5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ To αντικείμενο της εργασίας είναι η εξέταση του Υγροποιημένου Φυσικού Αερίου (ΥΦΑ) όσον αφορά τις φυσικές και χημικές ιδιότητες του καθώς και η περιβαλλοντική επιβάρυνση από τη χρήση του σε σύγκριση με τις άλλες διαθέσιμες εναλλακτικές λύσεις. Ερμηνεύεται η εκτεταμένη χρήση του ΥΦΑ για τις ενεργειακές ανάγκες (30% παγκοσμίως) και οι λόγοι που προβλέπεται να αυξηθεί η χρήση του στο μέλλον. Κατόπιν εξετάζονται οι βασικοί τρόποι προεπεξεργασίας και οι βασικές μέθοδοι ψύξης και υγροποίησης του καθώς και η επαναεριοποίηση του για να παραδοθεί στον καταναλωτή. Γίνεται μια επισκόπηση των έργων επεξεργασίας στο Ελληνικό χώρο και στην Κύπρο. Επίσης εξετάζονται τα μέσα μεταφοράς και τα ειδικά εξελιγμένα πλοία μεταφοράς ΥΦΑ και οι εγκαταστάσεις αναγκών αιχμής. ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ: Εναλλακτικές πηγές ενέργειας ΛΕξ ΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: υδρογονάνθρακες, υγροποιημένο φυσικό αέριο, άζωτο, διαχωριστές σωματιδίων, ψυκτικά, υγροποίηση, επαναεριοποίηση.

6 Αφιέρωση Η αφιέρωση της συγκεκριμένης πτυχιακής εργασίας στην σικσγένεια μσυ είναι τσ ελάχιστσ ευχαριστώ απέναντι στην ανιδιστελή τσυς υπσστήριξη καθ όλη την διάρκεια των σπσυδών μσυ στην Καβάλα,σι σπσίσι στήριξαν τις σπσυδές μσυ με διάφσρσυς τρόπσυς, φρσντίζσντας για τη καλύτερη δυνατή μόρφωσή μσυ.

7 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Για τη διεκπεραίωση της παρούσας πτυχιακής εργασίας, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα καθηγητή δρ.ευάγγελο Γερασίμου για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε και την βοήθεια που μου παρείχε κατά την εκπόνηση της πτυχιακής μου εργασίας.

8 Περιεχόμενα ΠΡΟΛΟΓΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ν Εισαγωγή Χημική σύσταση φυσικσύ αερίσυ (NG) Υγραέρισ (LPG) Υγρσπσιημένσ φυσικό αέρισ (ΥΦΑ - LNG) Φυσικές ιδιότητες φυσικσύ αερίσυ (NG) Ιδιότητες υπερκρίσιμων ρευστών Χρήσεις υγρσπσιημένσυ φυσικσύ αερίσυ (LNG) Εξόρυξη και παραγωγή Η μεταφσρά φυσικσύ αερίσυ Γλωσσάρισ Βασικών Όρων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ν Κύκλος υγροποιημένου φυσικού αερίου Ιστσρική αναδρσμή ΥΦΑ Ιδιότητες υγρσπσιημένσυ φυσικσύ αερίσυ (LNG) Πυκνή φάση Πυκνότητα Ιξώδες Συντελεστής συμπιεστότητας Υγρσπσίηση Μεταφσρά LNG... 34

9 2.3.1 Τύποι πλοίων μεταφοράς υγροποιημένου αερίου Πρότυπα σχεδιασμού και τύποι πλοίων Συστήματα περιορισμού του φορτίου Ανεξάρτητες δεξαμενές Δεξαμενές τύπου Α Δεξαμενές τύπου Β Δεξαμενές τύπου C Δεξαμενές μεμβράνης (μεμβράνη - 0,7 έως 1,5 mm πάχος) Δεξαμενές ημι-μεμβράνης Ενσωματωμένες δεξαμενές ΠΑΡΑΛΑΒΗ, ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΚΑΙ ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΣΤΟΝ ΤΕΛΙΚΟ ΠΡΟΟΡΙΣΜΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ν : ΠΑΡΑΓΩΓΗ LNG Υγροποίηση φυσικού αερίου-τερματικοί σταθμοί υγροποίησης Φ.Α ΥΦΑ στην Ελλάδα ΥΦΑ στην Κύπρο Κατασκευή δικτύου σωληνώσεων μεταφοράς Φ Α Προεπεξεργασία αερίου τροφοδοσίας (Gas conditioning pre-treatment) Λόγοι για την προετοιμασία του φυσικού αερίου Προεπεξεργασία Μονάδα αναστολής Ο διαχωριστής... 57

10 3.3.3 Μείωση της πίεσης Ο καθαρισμός Η έκπλυση αμίνης Μέθσδσς καθαρισμσύ με έκπλυση νερσύ Απσρρόφηση διακυμάνσεων πίεσης (PSA) Αφυδάτωση Μσριακό κόσκινσ Αφυδάτωση TEG Ανάκτηση υγρών ΦΑ (NGL) Εκτόνωση Joule-Thomson Μσνάδα Ψύξης Συστήματα στρσβιλσδιαστσλέως Κλασμάτωση Συμπίεση φυσικσύ αερίσυ Πρσεπεξεργασία αερίσυ τρσφσδσσίας (Gas conditioning pre-treatment) Συσκευές πρσσυλλσγής Οι θάλαμσι καθιζήσεως Εκπλυντές Διαχωριστές σρμής Οι μηχανικά υπσβσηθσύμενσι διαχωριστές Κύκλσς Ψύξης... 70

11 3.11 Διαδικασία ενός κύκλου για την ψύξη του Φ Α LIMUM 1,2 (διαδικασία Linde πολλαπλών σταδίων μικτού ψυκτικού μέσου με εφαρμογή έλασματος-πτερυγίου εναλλάκτη θερμότητας) Διαδικασίες δύο κύκλων για την ψύξη του ΦΑ Διαδικασία με μίγμα ψυκτικών και προκαταρκτική ψύξη (C3MR ή APCI) Διαδικασία με διπλό μίγμα ψυκτικών (ShellDMR) Διαδικασία παράλληλης μίξης ψυκτικού (PMR) Διαδικασίες τριών κύκλων για την ψύξη του ΦΑ Διαδικασία καταρράκτη μικτού ψυκτικού μέσου (MFC) Διαδικασία μικτού ψυκτικού μέσου προπανίου και αζώτου (ΑΡ-Χ) Η διαδικασία Cascade ΥΦΑ της ConocoPhillips (ConocoPhillips Optimised Cascade LNG Process) Διαδικασίες υγροποίησης αναγκών αιχμής Βιβλιογραφία...83

12 ΠΙΝΑΚΑΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ Διάγραμμα 1 : Τυπικός τερματικός σταθμός υποδοχής/αεριοποίησης ΥΦΑ (πηγή : BP LNG) Διάγραμμα 2 : Προετοιμασία όξινου ΦΑ (*ΝΜΡ = n - μεθυλοπυρρολιδόνη)...58 Διάγραμμα 3 : Αρχή μεθόδου έκπλυσης αμίνης Διάγραμμα 4 : Αρχή λειτουργίας μονάδας αφυδάτωσης με μοριακό κόσκινο Διάγραμμα 5 : Αφυδάτωση TEG...63 Διάγραμμα 6 : Μονάδα Ψύξης NGL (αρχή λειτουργίας) Διάγραμμα 7: Σύστημα στροβιλοδιαστολέως (αρχή λειτουργίας) πηγή : Porner Group 65 Διάγραμμα 8 : Ο κύκλος VAP ή συμπίεσης...70 Διάγραμμα 9 : Διάγραμμα πίεσης-ενθαλπίας κύκλου AP...70 Διάγραμμα 10 : Διεργασία με μίγμα ψυκτικών και προκαταρκτική ψύξη (C3MR ή APCI). Ο κύκλος προπανίου (C3) εμφανίζεται με κόκκινο χρώμα, του μικτού ψυκτικού (MR) σε μπλε, και το φυσικό αέριο (NG) σε πράσινο...72 Διάγραμμα 11 : Λογικό διάγραμμα πρόψυξης και επανασυμπίεσης...73 Διάγραμμα 12 : Προφίλ θερμοκρασίας (θερμοκρασία ως προς ενεργειακή ροή) για την ψύξη του φυσικού αερίου με εξάτμιση προπανίου χωρίς υπερθέρμανση...74 Διάγραμμα 13 : Προφίλ θερμοκρασίας (θερμοκρασία ως προς ενεργειακή ροή) για την ψύξη του φυσικού αερίου με εξάτμιση προπανίου με υπερθέρμανση Διάγραμμα 14 : Διεργασία με διπλό μίγμα ψυκτικών (ShellDMR)...75 Διάγραμμα 15 : Τυπικό διάγραμμα διαδικασίας MFC Statoil-Linde...76

13 Διάγραμμα 16 : Η βελτιστοποιημένη διαδικασία Cascade ΥΦΑ της ConocoPhillips (αρχή λειτουργίας) ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1: Σύνθεση τυπικού φυσικού αερίου Εικόνα 2 : Κύκλος ΥΦΑ. (πηγή : CMS Energy)...21 Εικόνα 3 : Κατασκευή διπλού κύτους...35 Εικόνα 4 : Δεξαμενές τύπου Α Εικόνα 5 : Αυτοφερόμενη σφαιρική δεξαμενή τύπου Β...41 Εικόνα 6 : Αυτοφερόμενη πρισματική δεξαμενή τύπου Β...43 Εικόνα 7 : Δεξαμενόπλοιο ΥΦΑ σφαιρικού (Moss) σχεδιασμού...45 Εικόνα 8 : Τομή Δεξαμενόπλοιου ΥΦΑ σφαιρικού (Moss) σχεδιασμού...45 Εικόνα 9 : Διατομή δεξαμενής δεξαμενόπλοιου ΥΦΑ σφαιρικού τύπου Εικόνα 10 : Καλλιτεχνική απεικόνιση των εγκαταστάσεων της Μονάδας ΥΦΑ στο Βασιλικό...54 Εικόνα 11: Εναλλάκτης θερμότητας ελάσματος-πτερύγιου... 81

14 ΠΡΟΛΟΓΟΣ To φυσικό αέριο είναι μία από τις πιο σημαντικές πηγές ενέργειας στον κόσμο σήμερα. Είναι η πιο εύκολα διαθέσιμη πηγή υδρογονανθράκων με το κατώτερο δυναμικό ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Ήδη, περίπου το 30% της ενεργειακής ζήτησης παγκοσμίως αντιμετωπίζεται με φυσικό αέριο. Το μεγαλύτερο μέρος του φυσικού αερίου παραδίδεται μέσω αγωγών προς τις τοπικές αγορές. Ωστόσο, το υγροποιημένο φυσικό αέριο (LNG) διαδραματίζει ολοένα και σημαντικότερο ρόλο στην παροχή φυσικού αερίου στον κόσμο. Αυτή η καθαρή, εναλλακτική πηγή ενέργειας έχει το πλεονέκτημα της ευελιξίας - μπορεί να μεταφερθεί σε οποιαδήποτε τοποθεσία σε όλο τον κόσμο χωρίς να χρειάζεται μια σταθερή υποδομή αγωγών. Το φυσικό αέριο περιέχει τυπικά ένα μίγμα μεθανίου και βαρύτερων υδρογονανθράκων, καθώς και άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα και άλλα ανεπιθύμητα συστατικά. Αυτά τα συστατικά πρέπει να έχουν εν μέρει αφαιρεθεί πριν από την υγροποίηση, προκειμένου να καλύψουν τις απαιτήσεις των καταναλωτών ή να αποφευχθεί η στερεοποίηση κατά τη διάρκεια της υγροποίησης. Αυτό περιλαμβάνει μεθόδους όπως η προσρόφηση, η απορρόφηση, και ο κρυογονικός διαχωρισμός - τα οποία αποτελούν θεμελιώδεις δυνατότητες μιας εγκατάστασης επεξεργασίας. Τα έργα επεξεργασίας LNG απαιτούν υψηλή αρχική επένδυση λόγω της υψηλής πολυπλοκότητας και της μεγάλης ποικιλίας των τεχνολογιών που εμπλέκονται. Επί του παρόντος, υπάρχουν διάφορες διαθέσιμες τεχνολογίες για την υγροποίηση του φυσικού αερίου, αλλά η επιλογή μιας συγκεκριμένης τεχνολογίας δεν είναι ένα εύκολο έργο. Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο σημαντικοί δικαιοπάροχοι τεχνολογίας και ένας νέος που έχουν κυριαρχήσει στην αγορά υγροποιημένου φυσικού αερίου για πολλά χρόνια. Η Conoco Phillips (μέθοδος POCP), η Shell-APCI (μέθοδος C3-MR) και η Statoil-Linde (μέθοδος MFC). Αυτό είχε ως αποτέλεσμα υψηλό κόστος επένδυσης για τα έργα που οφείλεται στην μικρή ομάδα διαθέσιμων εξειδικευμένων τεχνικών εταιρειών και την έλλειψη ανταγωνιστικότητας. Η αύξηση του κόστους κατασκευής, των υλικών και των υπηρεσιών μηχανικού προκάλεσε στα περισσότερα από τα προτεινόμενα έργα καθυστέρηση και σε μερικά ακυρώσεις. Για να αντιμετωπίσουν αυτή την κατάσταση, ορισμένοι δικαιοπάροχοι εξέλιξαν βελτιστοποιημένες διαδικασίες, ενώ νέοι παίκτες αναδύονται με τεχνολογικές καινοτομίες σε αυτόν τον τομέα. (Chabrelie, 2007) (Perez, 2009)

15 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εισ α γω γή 1.1 Χημική σύσταση φυσικνύ αερίνυ (NG) Το φυσικό αέριο (NG-Natural Gas) είναι η καθαρότερη πηγή πρωτογενούς ενέργειας, μετά τις ανανεώσιμες μορφές. Τα μεγέθη των εκπεμπόμενων ρύπων είναι σαφώς μικρότερα σε σχέση με τα συμβατικά καύσιμα, ενώ η βελτίωση του βαθμού απόδοσης μειώνει τη συνολική κατανάλωση καύσιμου και συνεπώς περιορίζει την ατμοσφαιρική ρύπανση. Το Φυσικό Αέριν είναι αέριο μίγμα υδρογονανθράκων. Εξάγεται από υπόγειες κοιλότητες και εξαιτίας των ιδιοτήτων του θεωρείται οικολογικό καύσιμο. Βασικό συστατικό του φυσικού αερίου είναι το μεθάνιο, συνυπάρχουν όμως σε αυτό και σημαντικές ποσότητες αιθανίου, προπανίου και βουτανίου, καθώς και διοξείδιο του άνθρακα, άζωτο, υδρογόνο, ήλιο και υδρόθειο. Συστατικά % κατά όγκο σύσταση Μεθάνιο (CH4) Αιθάνιο (C2H6) 5-15 Προπάνιο (CsHs) και Βουτάνιο (C4Hio) < 5 CO2, N2, H2S, κτλ. μικρότερες ποσότητες Το φυσικό αέριο που είναι απαλλαγμένο από τους υδρογονάνθρακες πέραν του μεθανίου, δηλαδή το καθαρό μεθάνιο, συχνά αποκαλείται και ξηρό φυσικό αέριο. Αντίστοιχα, το φυσικό αέριο που συμπεριλαμβάνει και άλλους υδρογονάνθρακες εκτός από το μεθάνιο, αποκαλείται και υγρό φυσικό αέριο.

16 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Υγραέριο (LPG) Ο όρος υγραέριο (LPG-Liquified Petroleum Gas) αναφέρεται σε οποιοδήποτε προϊόν που αποτελείται κατά βάση από μίγμα κάποιων από τους ακόλουθους υδρογονάνθρακες: προπάνιο, προπένιο (προπυλένιο), κανονικό βουτάνιο, ισοβουτάνιο, ισοβουτυλένιο, βουτένιο (βουτυλένιο) και αιθάνιο. Οι υδρογονάνθρακες αυτοί είναι σε συνήθεις ατμοσφαιρικές συνθήκες αέρια, τα οποία συνήθως υγροποιούνται υπό πίεση για τη μεταφορά και αποθήκευση. Το LPG, το υγροποιημένο βουτάνιο που περιέχεται στις γνωστές φιάλες camping gaz, και το φωταέριο το οποίο αποτελείται από υγροποιημένα αέρια προερχόμενα από απόσταξη λιθάνθρακα είναι γνωστοί τύποι υγραερίων. Το υγροποιημένο αέριο πετρελαίου (LPG) αποτελείται από ελαφρά κλάσματα αργού πετρελαίου, τα οποία είναι αέρια όταν βρίσκονται υπό συνήθεις ατμοσφαιρικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Τα αέρια αυτά κλάσματα υδρογονανθράκων διαχωρίζονται από τα υγρά κλάσματα κατά τη διύλιση που γίνεται στο αργό και οδεύουν προς δεξαμενές αποθήκευσης προς άλλες χρήσεις, ενώ τα υγρά κλάσματα χρησιμοποιούνται για την παρασκευή υγρών καυσίμων (ντίζελ, βενζίνη κ.ο.κ.). Επίσης ο όρος LPG αναφέρεται στα κλάσματα που αφαιρούνται από το φυσικό αέριο προτού αυτό οδεύσει προς κατανάλωση. Τα κλάσματα αυτά είναι υγρά όταν είναι υπό υψηλή πίεση. Ουσιαστικά δηλαδή το LPG είναι μίγμα προπανίου και βουτανίου το οποίο είτε προέρχεται από αργό είτε προέρχεται από την ξήρανση του φυσικού αερίου. Η αναλογία προπανίου-βουτανίου μπορεί να διαφέρει ανάλογα με την εποχή, πιο πολύ προπάνιο το χειμώνα, πιο πολύ βουτάνιο το καλοκαίρι. Συνήθως προστίθεται σε μικρή αναλογία κάποιο συστατικό με πολύ ισχυρή οσμή ώστε να είναι εύκολα ανιχνεύσιμες τυχόν διαρροές. Το υγραέριο ή LPG δεν πρέπει να συγχέεται με το φυσικό αέριο που είναι κυρίως μεθάνιο. Επίσης δεν πρέπει σε καμία περίπτωση το υγραέριο να συγχέεται με το υγροποιημένο φυσικό αέριο (LNG). (Peebles, M.W.H., 1992)

17 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου Υγροποιημένο φυσικό αέριο (ΥΦΑ - LNG) Το LNG είναι το φυσικό αέριο που έχει μετατραπεί προσωρινά σε υγρή μορφή για τη διευκόλυνση της αποθήκευσης και της μεταφοράς του. Καταλαμβάνει περίπου το 1/600 τον όγκο του ΦΑ σε αέρια κατάσταση. Το ΥΦΑ είναι άοσμο, άχρωμο, μη τοξικό και μη διαβρωτικό. Το ΦΑ υγροποιείται με πίεση κοντά στην ατμοσφαιρική πίεση και ψύξη του στους -161 C περίπου. Κατά την διαδικασία υγροποίησης απαιτείται προ-επεξεργασία για την αφαίρεση των προσμείξεων όπως νερό, άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα, υδρόθειο και άλλες ενώσεις του θείου. Απομακρύνοντας αυτές τις προσμίξεις, δεν μπορεί να δημιουργηθούν στερεές ουσίες με την ψύξη του φυσικού αέριου. Σαν αποτέλεσμα, το ΥΦΑ περιέχει κυρίως μεθάνιο. Εικόνα 1: Σύνθεση τυπικού φυσικού αερίου Επειδή το ΥΦΑ είναι ένα εξαιρετικά ψυχρό υγρό που σχηματίζεται με ψυχτικά μέσα, δεν αποθηκεύεται υπό πίεση. Είναι λανθασμένη η πεποίθηση ότι το ΥΦΑ είναι ένα συμπιεσμένο αέριο.

18 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου 1.2 Φυσικές ιδιότητες φυσικού αερίου (NG) Το φυσικό αέριο είναι άχρωμο και άοσμο. Η χαρακτηριστική του οσμή δίνεται τεχνικά ώστε να γίνεται αντιληπτό σε τυχόν διαρροές. Ανήκει στη δεύτερη οικογένεια των αέριων καυσίμων. Είναι ελαφρύτερο από τον αέρα: έχει ειδικό βάρος ίσο με 0,59. Η καύση του φυσικού αερίου, σε σχέση με αυτή άλλων καυσίμων όπως ο γαιάνθρακας ή το λάδι, έχει λιγότερο επιβλαβείς συνέπειες για το περιβάλλον. Παράγει, για παράδειγμα, μικρότερες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα για κάθε μονάδα παραγόμενης ενέργειας. (Danesh, 1998) Ιδιότητες υπερκρίσιμων ρευστών «Πυκνά υγρά» ή «υπερκρίσιμα ρευστά» Όταν μία καθαρή ένωση, σε αέρια ή υγρή κατάσταση, θερμαίνεται και συμπιέζεται πάνω από την κρίσιμη θερμοκρασία και πίεση, μετατρέπεται ένα πυκνό, ιδιαίτερα συμπιεστό ρευστό που επιδεικνύει τις ιδιότητες και των δύο του υγρού και του αερίου. Μία καθαρή ένωση, πάνω από την κρίσιμη πίεση και κρίσιμη θερμοκρασία, αναφέρεται ως «πυκνό υγρό» ή «υπερκρίσιμο ρευστό» για τη διάκρισή του από τα φυσιολογικά αέρια και τα υγρά. Η πυκνή φάση είναι μια τέταρτη (στερεό, υγρό, αέριο, πυκνό) φάση που δεν μπορεί να περιγραφεί με τις αισθήσεις. Η λέξη «ρευστό» αναφέρεται σε οτιδήποτε ρέει και ισχύει εξίσου καλά σε αέριο και υγρό. Διάγραμμα 1: Διάγραμμα φάσεων πίεσης ενθαλπίας του CO2. Διακρίνεται το κρίσιμο σημείο (βέλος). Πηγή : ChemicaLogic 1999.

19 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου Καθαρές ενώσεις στην πυκνή φάση ή υπερκρίσιμη ρευστή κατάσταση συνήθως έχουν καλύτερη διαλυτική ικανότητα από ό, τι η ίδια ουσία σε υγρή κατάσταση. Λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων της, η πυκνή φάση έχει καταστεί ελκυστική για τη μεταφορά της φυσικού αερίου, την βελτιωμένη ανάκτηση πετρελαίου και την επεξεργασία τροφίμων και φαρμακευτικών προϊόντων. Το χαμηλό ιξώδες της πυκνής φάσης, υπερκρίσιμου διοξειδίου του άνθρακα (σε σύγκριση με τα γνωστά υγρά διαλύτες), το καθιστά ελκυστικό για βελτιωμένη ανάκτηση πετρελαίου (EOR), δεδομένου ότι μπορεί να διεισδύσει μέσω των πορωδών μέσων (σχηματισμός δεξαμενής). Επιπλέον, οι ουσίες διασπείρονται σε όλη την πυκνή φάση ταχέως, λόγω των υψηλών συντελεστών διάχυσης. Οι αγωγοί φυσικού αερίου έχουν κατασκευαστεί για τη μεταφορά φυσικού αερίου που βρίσκεται στην περιοχή της πυκνής φάσης λόγω της υψηλότερης πυκνότητας του, και αυτό παρέχει επίσης το προστιθέμενο όφελος της αποφυγής σχηματισμού υγρών στον αγωγό. 1.3 Χρήσεις υγροποιημένου φυσικού αερίου (LNG) Το ΥΦΑ χρησιμοποιείται για τις πλωτές μεταφορές τόσο στις θαλάσσιες, όσο και στις εσωτερικές πλωτές οδούς. Οι υποδομές ΥΦΑ για τον εφοδιασμό σκαφών βρίσκονται σε πολύ πρώιμο στάδιο, μόνο η Σουηδία διαθέτει μονάδα ανεφοδιασμού ΥΦΑ μικρής κλίμακας για ποντοπόρα πλοία, ενώ υπάρχουν ανάλογα σχέδια σε διάφορα άλλα κράτη μέλη. Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή προτείνει την εγκατάσταση πρατηρίων ανεφοδιασμού ΥΦΑ και στους 139 λιμένες θαλάσσιας και εσωτερικής ναυσιπλοΐας για το Διευρωπαϊκό Βασικό Δίκτυο έως το 2020 και έως το Δεν πρόκειται για μεγάλους τερματικούς σταθμούς φυσικού αερίου, αλλά για σταθερούς ή για κινητούς σταθμούς ανεφοδιασμού. Με τον τρόπο αυτό θα καλύπτονται όλα τα μεγαλύτερα λιμάνια της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Το υγροποιημένο φυσικό αέριο χρησιμοποιείται επίσης για τα φορτηγά, αλλά υπάρχουν μόνο 38 πρατήρια ανεφοδιασμού καυσίμων στην Ευρωπαϊκή Ένωση. Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή προτείνει τα πρατήρια ανεφοδιασμού να εγκατασταθούν, σε απόσταση 400

20 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου χιλιόμετρων μεταξύ τους, κατά μήκος των οδικών αρτηριών του Διευρωπαϊκού Βασικού Δικτύου έως το Το υγροποιημένο φυσικό αέριο (LNG) ως καύσιμο στις προωστήριες εγκαταστάσεις των πλοίων αποτελεί μια ακόμα τάση της ανάπτυξης στις τεχνολογίες πρόωσης και θεωρείται ένα πολύ καθαρό καύσιμο που οδηγεί σε πολύ χαμηλές εκπομπές ρύπων. Από μερικούς ειδικούς θεωρείται ότι σε 5-10 χρόνια η πλειοψηφία των πλοίων της ακτοπλοΐας που καταναλώνουν συμβατικές μορφές καυσίμων, θα χρησιμοποιούν ως καύσιμο το LNG. 1.4 Εξόρυξη και παραγωγή Το ΦΑ εξάγεται από υπόγειες κοιλότητες στις οποίες βρίσκεται υπό υψηλή πίεση. Σε αυτές τις κοιλότητες το φυσικό αέριο σχηματίστηκε με τρόπο παρόμοιο με τον τρόπο σχηματισμού του πετρελαίου. Η άντληση του φυσικού αερίου γίνεται στις ίδιες περιοχές που υπάρχει και το πετρέλαιο σε βάθος μ. αν και σε ορισμένες περιοχές φτάνει και τα μ. Τα κοιτάσματα φυσικού αερίου βρίσκονται συνήθως μακριά από τα κύρια κέντρα καταναλώσεως - συνεπώς το αέριο θα πρέπει να μεταφερθεί σε κάποια απόσταση μέχρι να καταναλωθεί, αν και οι βιομηχανίες χημικής επεξεργασίας είναι συχνά εγκατεστημένες στην περιοχή της παραγωγής. Το φυσικό αέριο μεταφέρεται είτε με αγωγούς είτε με δεξαμενόπλοια, όπως ακριβώς δηλαδή και το πετρέλαιο. Στην περίπτωση που πρέπει να μεταφερθεί με δεξαμενόπλοια τότε γίνεται -με ειδική επεξεργασία -υγρό, για να μειωθεί ο όγκος του και να μεταφερθεί όσο γίνεται μεγαλύτερη ποσότητα. Η μεταφορά του φυσικού αερίου εξαρτάται από την κατάστασή του. Σε αέρια κατάσταση μεταφέρεται με αγωγούς υπό υψηλή πίεση, ενώ σε υγρή κατάσταση μεταφέρεται με δεξαμενόπλοια στις εγκαταστάσεις υγροποίησης. 1.5 Η μεταφορά φυσικού αερίου Η μεταφορά φυσικού αερίου σε μορφή LNG απαιτεί 2 στάδια βιομηχανικής επεξεργασίας επιπλέον σε σχέση με τη μεταφορά CNG (την υγροποίηση και την επαναεριοποίηση). Η θαλάσσια μεταφορά Συμπιεσμένου Φυσικού Αερίου γίνεται με

21 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου ειδικά διαμορφωμένα πλοία στα οποία προσαρμόζονται ειδικές συστοιχίες μεγάλων φιαλών αποθήκευσης. Εικόνα 2 : Κύκλος ΥΦΑ. (πηγή : CMS Energy) (Foss, 2012) 1.6 Γλωσσάριο Βασικών Όρων Αυτόματη ψύξη: Η διαδικασία κατά την οποία ΥΦΑ διατηρείται είναι σημείο βρασμού του, έτσι ώστε κάθε προστιθέμενη θερμότητα αντιμετωπίζεται από την ενέργεια που χάνεται λόγω εξατμίσεων. BCF - δισεκατομμύρια κυβικά πόδια: Μια μονάδα μέτρησης ίση με περίπου ένα τρισεκατομμύριο ( ) αερίου Btu του. Boil off: Μία μικρή ποσότητα LNG εξατμίζεται από την δεξαμενή κατά την αποθήκευση, την ψύξη της δεξαμενής και τη διατήρηση της πίεσης στο εσωτερικό της σταθερή δεξαμενής και το LNG στο σημείο βρασμού του. Αύξηση της θερμοκρασίας αντισταθμίζεται από LNG εξαερισμό στη δεξαμενή αποθήκευσης. Btu - Βρετανικές θερμικές μονάδες: Η Btu είναι η βασική μονάδα μέτρησης για την παραγωγή θερμότητας. Μια Btu ορίζεται ως το ποσό ενέργειας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία μιας λίβρας νερού κατά ένα βαθμό Φαρενάιτ 58,5-59,5 βαθμούς υπό κανονική πίεση 30 ιντσών υδραργύρου. Συμπίεση: Το φυσικό αέριο συμπιέζεται κατά τη μεταφορά και την αποθήκευση. Η κανονική πίεση που Τα ποσότητες φυσικού αερίου που μετρώνται είναι 14,7 λίβρες ανά

22 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου τετραγωνική ίντσα (psi). Όταν μεταφέρονται μέσω αγωγών, όταν αποθηκεύεται, το φυσικό αέριο συμπιέζεται για εξοικονόμηση χώρου. CNG - Συμπιεσμένο Φυσικό Αέριο: Το φυσικό αέριο στην αέρια κατάστασή του που έχει συμπιεστεί. Κρυογονικό υγρό ή Τα κρυογόνα: Τα κρυογόνα υγρά είναι υγροποιημένα αέρια που διατηρούνται σε υγρή κατάσταση σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες έχουν φυσιολογικό σημείο βρασμού κάτω από -238 βαθμούς Φαρενάιτ (-150 βαθμοί Κελσίου). Όλα τα κρυογόνα υγρά είναι αέρια σε κανονικές θερμοκρασίες και πιέσεις. Αυτά τα υγρά περιλαμβάνουν μεθάνιο, οξυγόνο, άζωτο, ήλιο και υδρογόνο. Τα κρυογόνα κανονικά αποθηκεύονται σε χαμηλές πιέσεις. Υδρογονάνθρακας: Μια οργανική ένωση που περιέχει μόνο άνθρακα και υδρογόνο. Υδρογονάνθρακες εντοπίζονται συχνά σε προϊόντα πετρελαίου, φυσικό αέριο και άνθρακα. Υγροποίηση: Η διαδικασία με την οποία φυσικό αέριο μετατρέπεται σε υγρό φυσικό αέριο. Υγροποιημένο φυσικό Αέριο (ΥΦΑ): Το φυσικό αέριο που έχει ψυχθεί στους -259 βαθμούς Φαρενάιτ (-161 βαθμοί Κελσίου) οπότε και έχει συμπυκνωθεί σε ένα υγρό το οποίο είναι άχρωμο, άοσμο, μη διαβρωτικό μη-τοξικό. Χαρακτηρίζεται ως κρυογονικό υγρό. Υγροποιημένο αέριο πετρελαίου (LPG): Αέριο που αποτελείται κυρίως από προπάνιο, βουτάνιο, βουτυλένιο σε διάφορα μείγματα. Αποθηκεύεται ως υγρό με αυξανόμενη πίεση. Μεθάνιο: Το μεθάνιο (CH4) είναι κοινώς γνωστό ως φυσικό αέριο. Είναι άχρωμο και καίγεται πλήρως χωρίς πολλά υποπροϊόντα. Το Φυσικό αέριο έχει οσμή που προστίθεται ως μέτρο ασφαλείας, δεδομένου ότι είναι φυσικά άοσμο. Φυσικό αέριο: Ένας αέριος υδρογονάνθρακας ο οποίος συνήθως λαμβάνεται από υπόγειες πηγές, συχνά σε συνδυασμό με πετρέλαιο και αποθέματα άνθρακα. Το φυσικό αέριο γενικά περιέχει ένα υψηλό ποσοστό μεθανίου και αδρανών αερίων.

23 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου Μονάδα Απόρριψης Άζωτου (NRU): Στις εγκαταστάσεις NRU, το ρεύμα υγροποιημένου αερίου καθαρίζεται από τις ακαθαρσίες και επαναεριοποιημένο αποστέλλεται ως αέριο. Αιχμή ζήτησης: Χρήση πηγών ενέργειας, όπως το φυσικό αέριο από τα υπάρχοντα αποθέματα, για να συμπληρώσουν τις κανονικές ποσότητες που παραδίδονται στους πελάτες κατά τις περιόδους αιχμής. Χρησιμοποιώντας αυτές τις συμπληρωματικές πηγές δεν χρειάζεται οι αγωγοί να επεκτείνουν τις εγκαταστάσεις παράδοσής τους μόνο και μόνο για σύντομες περιόδους εξαιρετικά υψηλής ζήτησης. Διευκόλυνση ζήτησης αιχμής: Μια μονάδα η οποία αποθηκεύει το φυσικό αέριο που θα χρησιμοποιηθεί για την συμπλήρωση της κανονικής ποσότητας του αερίου που παραδίδεται στους πελάτες κατά τις περιόδους αιχμής. Περίοδος αιχμής χρήσης: Η περίοδος χρόνου, όταν η χρήση του φυσικού αερίου σε ένα συγκεκριμένο σύστημα είναι στο μέγιστο. Αυτή είναι η περίοδος κατά την προμήθεια φυσικού αερίου είναι πιο πιθανό να ανασταλεί για τη διακοπή της παροχής των υπηρεσιών. Λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα (psi): πίεση που μετριέται σε σχέση με την ατμοσφαιρική πίεση. Αυτή είναι μια ένδειξη μανομέτρου στην οποία ο μετρητής ρυθμίζεται ώστε να δείχνει μηδέν στην περιβάλλουσα ατμοσφαιρική πίεση. Ταχεία μετάβαση φάσης: Το ΥΦΑ υποβάλλεται σε ταχεία μετάβαση σε ατμό ειδικά όταν χυθεί στο νερό. Ο όγκος του υγροποιημένου φυσικού αερίου επεκτείνεται άμεσα 600 φορές και οδηγείται σε ταχεία φάση μετάβασης (RPT) ή φυσική έκρηξη που ενέχει κίνδυνο για τις δομές και τους ανθρώπους κοντά στον τόπο του συμβάντος. Αυτή η έκρηξη δεν συνεπάγεται καύσεις. Όταν το ΥΦΑ χυθεί στο νερό, η θερμότητα μεταφέρεται από το νερό προς το LNG. Αυτό οδηγεί σε μια ταχεία μετατροπή του υγρού σε αέριο που απελευθερώνει μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Επαναεριοποίηση: Η διαδικασία με την οποία ΥΦΑ θερμαίνεται, και μετατρέπεται σε αέριο. Αποθεματικά: Όγκοι υδρογονανθράκων (μετρούμενοι σε BCP, σε τρισεκατομμυρια κυβικά μέτρα ή δισεκατομμύρια βαρέλια), που θεωρούνται οικονομικά αποδοτικά χρησιμοποιώντας την τρέχουσα τεχνολογία.

24 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Εγκαταστάσεις Αποθήκευσης: Οι εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση φυσικού αερίου. Therm: βρετανικές θερμικές μονάδες (Btu). Μια δημοφιλής μονάδα μέτρησης όγκου αερίου που πωλείται σε καταναλωτές.

25 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου 2.1 Ιστορική αναδρομή ΥΦΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ν Κύκλος υγροποιημένου φυσικού αερίου Η δημιουργία του φυσικού αερίου πραγματοποιήθηκε πριν εκατομμύρια χρόνια στους πυθμένες των θαλασσών από μεγάλες ποσότητες μικροοργανισμών-απουσία αέρα- και υπό την επίδραση βακτηριδίων. Σε διάστημα εκατομμυρίων ετών το υλικό αυτό βυθίστηκε και καταπλακώθηκε από μεγάλα στρώματα γης. Το αέριο που παρήχθη κατ αυτόν τον τρόπο και ύστερα από διάφορες στρωματικές διαμορφώσεις, εμφανίζεται με τη μορφή που το βρίσκουμε σήμερα. Στις κοιλότητες του υπεδάφους όπου βρίσκεται, υπάρχει συνήθως και αργό πετρέλαιο. Επίσης η διαδικασία σχηματισμού φυσικού αερίου που περιγράφηκε παραπάνω είναι ανάλογη με αυτή του αργού πετρελαίου. Εξετάζοντας ιστορικά την εξέλιξη του φυσικού αερίου, παρατηρούμε ότι το πιο σημαντικό αέριο καύσιμο ήταν ήδη γνωστό στην ανθρωπότητα πριν εκατοντάδες χρόνια. Τα πρώτα στοιχεία που έχουμε για την ύπαρξη φυσικού αερίου έχουν καταγραφεί πολύ παλαιότερα από ό,τι μπορεί να φανταστεί κανείς, το 6000 και το 2000 π.χ. στην περιοχή που σήμερα βρίσκεται το Ιράν. Υπάρχουν μελετητές που αναφέρουν πως οι πρώτοι που έκαναν χρήση φυσικού αερίου οι Κινέζοι το 900 π.χ. περίπου και το μετέφεραν με αγωγούς από μπαμπού. Στην Ευρώπη το φυσικό αέριο δεν ανακαλύφθηκε παρά το 1659 στην Αγγλία. Το αέριο από απόσταξη ανθράκων ανακαλύφθηκε το 1670 και άρχισε να χρησιμοποιείται το 1790, γιατί ήταν πιο εύκολη η μεταφορά, η αποθήκευση και η χρησιμοποίησή του στις μηχανές εσωτερικής καύσεως και στο φωτισμό δρόμων και σπιτιών. Ο αμερικανός συγγραφέας E.N. Tirastoo στο βιβλίο του "Natural Gas αναφέρει ότι το φυσικό αέριο ήταν γνωστό στην Κίνα από τον 3ο αιώνα π.χ. ενώ το 17ο αιώνα στην Ιταλία το χρησιμοποιούσαν για θέρμανση και φωτισμό. Το 18ο αιώνα εγκαταστάθηκε το πρώτο δίκτυο διανομής φυσικού αερίου στην Νέα Υόρκη. Εντυπωσιακό είναι το γεγονός πως το 1821 η πόλη Fredonia στην περιφέρεια της Νέας Υόρκης φωτιζόταν με φυσικό αέριο. Αλλά η χρησιμοποίηση του φυσικού αερίου εξακολουθούσε να είναι περιορισμένη, γιατί δεν υπήρχε τρόπος μεταφοράς του σε μεγάλες αποστάσεις και επί έναν αιώνα το

26 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου φυσικό αέριο παρέμεινε στο περιθώριο της βιομηχανικής εξέλιξης, που βασίστηκε στον άνθρακα, το πετρέλαιο και τον ηλεκτρισμό. Ο πρώτος αγωγός διεθνούς μεταφοράς φυσικού αερίου κατασκευάσθηκε και ολοκληρώθηκε το 1891 μεταξύ του Οντάριο (Καναδάς) και της Νέας Υόρκης (Η.Π.Α.). Η μέθοδος μεταφοράς φυσικού αερίου με αγωγούς αναπτύχθηκε στη δεκαετία του 1920 και αποτέλεσε ένα σημαντικό στάδιο στη χρήση του αερίου. Μετά τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο ακολούθησε μια περίοδος τεράστιας κατανάλωσης, που συνεχίζεται μέχρι σήμερα. Το 1960 η παγκόσμια παραγωγή φυσικού αερίου ήταν 470 δισεκατομμύρια κυβικά μέτρα και το 1979 ήταν 1,459 τρισεκατομμύρια κυβικά μέτρα. Το 1950 το φυσικό αέριο αποτελούσε το 12% της καταναλισκόμενης παγκοσμίως ενέργειας, ένα ποσοστό που o αυξήθηκε σε 14,6% το 1960 και o σε 25% το Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις του Διεθνούς Οργανισμού Ενέργειας (ΓΟΕ) η κατανάλωση φυσικού αερίου θα υπερβεί την κατανάλωση άνθρακα μετά το 2010 και περί το 2030 θα καλύπτει το 1/4 των παγκόσμιων ενεργειακών αναγκών. Μετά τον Β' παγκόσμιο πόλεμο και με την αλματώδη πρόοδο της τεχνολογίας, αναπτύχθηκαν δίκτυα μεταφοράς και διανομής, τα οποία ευνόησαν την ανάπτυξη πολλών εφαρμογών στη χρήση του φυσικού αερίου. Η σύνθεση του φυσικού αερίου ποικίλει ανάλογα με το κοίτασμα από το οποίο προέρχεται. Κάποιες διαφοροποιήσεις μπορούν να προκύψουν και από την επεξεργασία στην οποία υπόκειται. Η αλματώδης αύξηση που παρουσίασε η χρήση του Φ. Α. στην παγκόσμια βιομηχανία τα τελευταία χρόνια, προέρχεται από την ανάγκη μείωσης της εξάρτησης της βιομηχανίας από το πετρέλαιο. Η ανάγκη αυτή, σε συνδυασμό με τα συγκριτικά πλεονεκτήματα που εμφανίζει το Φ.Α. έναντι του πετρελαίου, προβλέπεται ότι θα αυξάνει διαρκώς τη κατανάλωση του.

27 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου Μεγάλα αποθέματα φυσικού αερίου υπάρχουν σε όλο τον κόσμο σε περιοχές για τις οποίες δεν υπάρχει σημαντική αγορά, ή όπου η προσφορά φυσικού αερίου, υπερβαίνει κατά πολύ την τοπική ή περιφερειακή ζήτηση, ή όπου ο αγωγός δεν είναι μια εναλλακτική λύση. Αποθέματα τέτοιων υδρογονανθράκων είναι διεσπαρμένα στη Βόρεια Αφρική, τη Δυτική Αφρική, Νότια Αμερική, την Καραϊβική, τη Μέση Ανατολή, την Ινδονησία, τη Μαλαισία, την Αυστραλία και τη βορειοδυτική Αλάσκα. Ορισμένες ποσότητες από το φυσικό αέριο που παράγεται υγροποιείται για τη θαλάσσια μεταφορά σε περιοχές όπου η χρήση φυσικού αερίου υπερβαίνει την τοπική προσφορά. Τέτοιες αγορές συμπεριλαμβάνουν την Ιαπωνία, την Ταϊβάν, την Κορέα, την Δυτική Ευρώπη και τις ΗΠΑ και το εμπόριο υγροποιημένου φυσικού αερίου προσφέρει μεγαλύτερη ευελιξία από τους αγωγούς, γιατί επιτρέπει την μεταφορά φυσικού αερίου όπου υπάρχει μεγαλύτερη ανάγκη και οι εμπορικοί όροι είναι πιο ανταγωνιστικοί. Το διάγραμμα που ακολουθεί δείχνει ότι όσο η απόσταση στην οποία το φυσικό αέριο πρέπει να μεταφερθεί αυξάνεται, τόσο η χρήση του ΥΦΑ έχει οικονομικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τη χρήση αγωγών. Σε γενικές γραμμές, η υγροποίηση φυσικού αέριου και η θαλάσσια μεταφορά του γίνεται φθηνότερη από τη μεταφορά φυσικού αερίου σε υπεράκτιους αγωγούς για αποστάσεις άνω των 700 μιλίων ή για επίγειους αγωγούς στην ξηρά για αποστάσεις μεγαλύτερες από μίλια. Διάγραμμα 2 : Διάγραμμα εξάρτησης του κόστους μεταφοράς ($ ανά ΜΜΒίυ) ΥΦΑ από την απόσταση (πράσινο) και σύγκριση με υπεράκτιους (μαύρο) και αγωγούς ξηράς (σκούρο πράσινο) (πηγή : Institute of Gas Technology)

28 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Η πλειοψηφία της παγκόσμιας προμήθειας υγροποιημένου φυσικού αερίου προέρχεται από χώρες με μεγάλα αποθέματα φυσικού αερίου. Οι χώρες αυτές περιλαμβάνουν την Αλγερία, την Αυστραλία, το Μπρουνέι, την Ινδονησία, την Λιβύη, τη Μαλαισία, τη Νιγηρία, το Ομάν, το Κατάρ, και το Τρινιντάντ & Τομπάγκο. Σε όλο τον κόσμο υπάρχουν 60 τερματικοί σταθμοί υποδοχής υγροποιημένου φυσικού αερίου (βρίσκονται στην Ιαπωνία, τη Νότια Κορέα, τις ΗΠΑ και ορισμένες Ευρωπαϊκές χώρες). Οι εγκαταστάσεις ή ο κύκλος του υγροποιημένου φυσικού αέριου αποτελείται από τέσσερα αλληλεξαρτώμενα στάδια: 1) εξόρυξη και παραγωγή (ή Ε & Π); 2) την υγροποίηση 3) Μεταφορά από το σημείο της υγροποίησης για τον τελικό προορισμό και 4) την παραλαβή, αποθήκευση και αεριοποίηση στον τελικό προορισμό. 2.2 Ιδιότητες υγροποιημένου φυσικού αερίου (LNG) Πυκνή φάση M ethane E thane 8.00 P ro pane 4.00 i-b utane 3.00 n-b utane 2.00 i-p entane 1.00 n-p entane 0.50 n-h exane 0.50 n-h eptane 0.25 n-o ctane 0.25 n-n onane 0.25 n-d ecane 0.25 Cricondenbar είναι η μέγιστη πίεση πάνω από την οποία δεν υπάρχει αέριο που να μπορεί να σχηματιστεί ανεξάρτητα από την θερμοκρασία. Η αντίστοιχη θερμοκρασία ονομάζεται θερμοκρασία cricondenbar. Cricondentherm είναι η μέγιστη θερμοκρασία πάνω από την οποία το υγρό δεν μπορεί να σχηματιστεί ανεξάρτητα από την πίεση. Η αντίστοιχη πίεση ονομάζεται πίεση cricondentherm. Πίνακας 1: Τυπίθή σύσταση ΥΦΑ (συστατικό και αντίστοιχη molarity)

29 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου Όταν ένα φυσικό αέριο, συμπιέζεται πάνω από την cricondenbar στην περιοχή μεταξύ της κρίσιμης θερμοκρασίας και cricondentherm, τότε γίνεται ένα πυκνό, ιδιαίτερα συμπιεστό ρευστό που επιδεικνύει τις ιδιότητες και των δύο, των υγρών και των αερίων. Διάγραμμα 3 : Διάγραμμα φάσεων ΥΦΑ πίεσης (M Pa)- θερμοκρασίας (^Ο, F): μεταβατική φάση (πράσινο), υγρή φάση (μπλε),, πυκνή φάση (γαλάζιο). Οι καμπύλες BP και η DP τέμνονται και περατώνονται στο κρίσιμο σημείο, C. Το Διάγραμμα 3 παρουσιάζει διαφορετικές περιοχές του συνολικού εύρους φάσεως για ένα τυπικό μίγμα φυσικού αερίου με τη σύσταση που φαίνεται στον Πίνακα 1. Στο διάγραμμα διακρίνονται : Τα σημεία : o κρίσιμο σημείο, o cricondenbar και o cricondentherm. Οι καμπύλες o ΒΡ ( σημείου δημιουργίας φυσαλίδων) και o DP (σημείου αρχής υγροποίησης) Ορίζουμε την πυκνή φάση να είναι ανάμεσα στην κρίσιμη θερμοκρασία και την cricondentherm εάν η πίεση βρίσκεται πάνω από την cricondenbar.

30 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Στην πράξη, δεν υπάρχει σαφής γραμμή (δηλαδή κρίσιμη θερμοκρασία) που να διαχωρίζει την πυκνή φάση από την υγρή φάση ή άλλη ενιαία γραμμή (δηλαδή cricondentherm) ) που να διαχωρίζει την πυκνή φάση από την αέρια φάση. Τόσο το αριστερό όριο (κρίσιμη θερμοκρασία) και το δεξιό όριο (cricondentherm) θα πρέπει να αντικατασταθούν από μια περιοχή μετάβασης. Υπάρχει μια σταδιακή μετάβαση από την αέρια φάση στην πυκνή φάση και μια άλλη σταδιακή μετάβαση από την πυκνή φάση στην υγρή φάση. Η πυκνή φάση αναφέρεται συχνά ως «πυκνό υγρό» ώστε να διακρίνεται από το κανονικό αέριο και υγρό (βλέπε σχήμα 1). Η πυκνή φάση είναι μια τέταρτη φάση (στερεό, υγρό, αέριο, πυκνό) που δεν μπορεί να περιγραφεί με τις αισθήσεις. Η λέξη "ρευστό" αναφέρεται σε οτιδήποτε υλικό που ρέει και ισχύει εξίσου καλά σε αέριο και υγρό. Η πυκνή φάση έχει ένα ιξώδες παρόμοιο με εκείνο ενός αερίου, αλλά μία πυκνότητα κοντά σε εκείνη ενός υγρού. Λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων της, πυκνή φάση έχει γίνει ελκυστική για τη μεταφορά του φυσικού αερίου Πυκνότητα -5D 0 50 Temperature, ''C Διάγραμμα 4 : Διάγραμμα της πυκνότητας (μαύρο) και πίεσης (μωβ) ως προς τη θερμοκρασία. Η καμπύλη σημείου έναρξης βρασμού φαίνεται με κόκκινο και η καμπύλη σημείου έναρξης υγροποίησης με μπλε.

31 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου Στο διάγραμμα παρουσιάζεται η μεταβολή της πυκνότητας σε διαφορετικές φάσεις ως συνάρτηση της πίεσης και της θερμοκρασίας. Στην ισοβαρή υπόψυξη ΑΒ, αυξάνεται η πυκνότητα του υγρού απότομα. Στην ισόθερμη συμπίεση BC, παρατηρείται μια μικρή αύξηση της πυκνότητας. Στην ισοβαρή μεταβολή CD, πυκνότητα του συμπιεσμένου υγρού μειώνεται σταδιακά καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται στην περιοχή της πυκνής φάσης. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνει περαιτέρω στην πυκνή φάση, η μείωση της πυκνότητας επιταχύνεται. Κατά την ισοθερμική εκτόνωση DE, η μείωση της πυκνότητας περαιτέρω επιταχύνεται. Η ισοβαρής ψύξη του αερίου κατά μήκος της EF ανταποκρίνεται με μια απότομη αύξηση στην πυκνότητα. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι τιμές της πυκνότητας πυκνής φάσης είναι κοντά στις τιμές πυκνότητας υγρής φάσης σε ορισμένα τμήματα της περιοχής πυκνής φάσεως, και είναι συνολικά σημαντικά υψηλότερες από τις πυκνότητες αερίου φάσεως Ιξώδες Το διάγραμμα παρουσιάζει την μεταβολή του ιξώδους σε διάφορες φάσεις ως συνάρτηση της πίεσης και της θερμοκρασίας. Στην ισοβαρή υπόψυξη ΑΒ, αυξάνεται το ιξώδες του υγρού απότομα. Κατά την ισόθερμη συμπίεση BC, παρατηρείται μια πολύ μικρή μεταβολή του ιξώδους. Στην ισοβαρή CD, το ιξώδες του συμπιεσμένου υγρού μειώνεται γραμμικά και απότομα καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται στην περιοχή πυκνής φάσης. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνει περαιτέρω στην πυκνή φάση, η μείωση του ιξώδους γίνεται σταδιακή και πλησιάζει τις τιμές αερίου φάσεως. Η μείωση του ιξώδους είναι αρκετά μικρή κατά τη διάρκεια της εκτόνωσης του στην ισοθερμική DE.

32 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Η ισοβαρής ψύξη του αερίου κατά μήκος της EF μέχρι τη θερμοκρασία σημείου δρόσου (έναρξη υγροποίησης) δεν παρουσιάζει κάποια αξιόλογη μεταβολή στο ιξώδες, αλλά αυξάνει σημαντικά στην περιοχή των δύο φάσεων (μεταβατική). Διάγραμμα 5 : Διάγραμμα του ιξώδους (μαύρο) και πίεσης (μωβ) ως προς τη θερμοκρασία. Η καμπύλη σημείου έναρξης βρασμού φαίνεται με καφέ και η καμπύλη σημείου δρόσου (έναρξης υγροποίησης) με μπλε Συντελεστής συμπιεστότητας Σε γενικές γραμμές, οι υπολογιζόμενες τιμές του συντελεστή συμπιεστότητας, Ζ, δεν είναι ακριβείς για την υγρή φάση. Ως εκ τούτου, το Διάγραμμα 5 το οποίο παρουσιάζει το συντελεστή συμπιεστότητας ως συνάρτηση της πίεσης και της θερμοκρασίας θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη μόνο για ποιοτική μελέτη. Στην ισοβαρή υπόψυξη ΑΒ, ο Ζ μειώνεται. Στην ισοθερμική συμπίεση BC, ο Ζ αυξάνεται δραστικά. Στην ισοβαρή CD, ο Ζ παραμένει σχεδόν σταθερός στην περιοχή του συμπιεσμένου υγρού, αλλά αυξάνεται σταδιακά καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται στην περιοχή πυκνής φάσης. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνει περαιτέρω στην πυκνή φάση, η αύξηση του Ζ επιταχύνεται.

33 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου Η αύξηση του Ζ περαιτέρω επιταχύνεται κατά στην ισοθερμική διαστολή DE. Η ισοβαρής ψύξη του αερίου κατά μήκος της διαδρομής της EF ανταποκρίνεται με μια σταδιακή μείωση του Z. Στην περιοχή δύο φάσεων, ο Ζ δεν ορίζεται και η αξία του δεν παρίσταται γραφικώς. (J (Ο 11- ν> (Λ <1>W Δ. Ο Ο Ι,Οΰ 0.9ΰ ο.&ο 0,70 D.eo 0, ^ "C *rrt jr«ss jl3 il 7 Τ Π.. S. 1 S ssitre ^ ^ ^ 3 B P ' [ T V 1 DP. [\ ίπ π \ - ΐΆ h A t...., J i / i \ ' - \ 1 ' 1 's: 1 ι J - / / ' ' Temperature,''C ^ ί? S 1S CL (Λ ΙΛ 4t Διάγραμμα 6 : Διάγραμμα του συντελεστή συμπιεστότητας (μαύρο) και πίεσης (μωβ) ως προς τη θερμοκρασία. Η καμπύλη σημείου έναρξης βρασμού φαίνεται με κόκκινο και η καμπύλη σημείου έναρξης υγροποίησης με μπλε. 2.2 Υγροποίηση To φυσικό αέριο σε ατμοσφαιρική πίεση υγροποιείται σε μια θερμοκρασία κοντά στους -160 C (υπό το μηδέν). Η συνήθης πρακτική είναι το υγροποιημένο φυσικό αέριο να ψύχεται σε αυτή τη πολύ χαμηλή θερμοκρασία και σε ατμοσφαιρική πίεση (ή ελαφρά αυξημένη κατά κάποια μικρά κλάσματα της ατμοσφαιρικής) για αποθήκευση και μεταφορά σε ειδικές κρυογονικές δεξαμενές. Η πυκνότητα του υγροποιημένου φυσικού αερίου είναι περίπου 467 γραμμάρια ανά λίτρο, μικρότερη σε σύγκριση με την πυκνότητα του νερού, (η οποία είναι περίπου 994 γραμμάρια ανά λίτρο). Έτσι, αν το ΥΦΑ χυθεί στο νερό, επιπλέει και εξατμίζεται γιατί είναι ελαφρύτερο από το νερό. Οι ατμοί ΥΦΑ από την εξάτμιση είναι εύφλεκτοι και μπορεί να δημιουργήσουν έκρηξη κάτω από ορισμένες συνθήκες.

34 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Οι ατμοί ΥΦΑ γίνονται εύφλεκτοι όταν η συγκέντρωση τους στον αέρα είναι μεταξύ 5% και 15% (κατ 'όγκο αέρα). Όταν η συγκέντρωση ατμών ΥΦΑ στο αέρα υπερβαίνει το 15% δεν μπορεί να πάρουν φωτιά γιατί υπάρχει λίγο οξυγόνο. Όταν η συγκέντρωση ατμών ΥΦΑ στον αέρα είναι κάτω από το 5% (κατώτατο όριο δεν μπορεί να καούν γιατί είναι πολύ λίγο το φυσικό αέριο. 2.3 Μεταφορά LNG Τύποι πλοίων μεταφοράς υγροποιημένου αερίου Τα πλοία μεταφοράς αερίου μπορούν να ομαδοποιηθούν σε πέντε διαφορετικές κατηγορίες ανάλογα με το μεταφερόμενο φορτίο και την κατάσταση μεταφοράς : Πλοία πλήρους πίεσης: Αυτό το είδος του μεταφορέα αερίου έχει εξελιχθεί ως το βέλτιστο μέσο για μεταφορά μιας ευρείας ποικιλίας αερίων όπως το LPG, το βινυλοχλωρίδιο, το προπυλένιο και το βουταδιένιο. Πιο συχνά βρίσκονται στις παράκτιες μεταφορές στην περιοχή της Μεσογείου και της Βόρειας Ευρώπης. Σήμερα, αυτό το είδος του πλοίου είναι το πιο δημοφιλές μεταξύ των επιχειρηματιών των μεταφορέων αερίου μικρότερου μεγέθους λόγω της ευελιξίας χειρισμού του φορτίου του. Πλοία μερικής πίεσης: είναι οι απλούστεροι όλων των μεταφορέων αερίου. Τα συστήματα περιορισμού και εξοπλισμού για τη διακίνηση φορτίου έχουν καθιερωθεί εδώ και πολλά χρόνια. Μεταφέρουν τα φορτία τους σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Είναι εξοπλισμένα με δεξαμενές τύπου C (δοχεία πίεσης) που κατασκευάζονται με ανθρακούχο χάλυβα που έχουν μία τυπική πίεση σχεδιασμού των περίπου 18 barg. Πλοία με σχεδιασμό υψηλότερων πιέσεων είναι σε λειτουργία και μερικά πλοία μπορούν να δεχθούν φορτία σε πιέσεις μέχρι 20 barg. Δεν είναι απαραίτητη η θερμομόνωση ή η χρήση μονάδας επαναϋγροποίησης για αυτά τα πλοία και τα φορτία μπορούν να εκχέονται χρησιμοποιώντας είτε αντλίες ή συμπιεστές.

35 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου Πλοία αιθυλενίου: Τα πλοία αιθυλενίου κατασκευάζονται συχνά για συγκεκριμένες συναλλαγές, αλλά επίσης μεταφέρουν LPG ή χημικά αέρια. ο Συνήθως έχουν χωρητικότητα που κυμαίνεται από έως m3. Το αιθυλένιο μεταφέρεται συνήθως σε κατάσταση πλήρους ψύξης στο ατμοσφαιρικό σημείο βρασμού του -104 C. Θερμομόνωση και μονάδα επαναϋγροποίησης υψηλής δυναμικότητας τοποθετείται σε αυτό το είδος του πλοίου. Το έρμα μεταφέρεται σε πλευρικές δεξαμενές έρματος διπλού πυθμένα. Ένα πλήρες διπλό κύτος απαιτείται για όλα τα φορτία που μεταφέρονται κάτω από -55 C, Εικόνα 3 : Κατασκευή διπλού κύτους

36 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου ανεξάρτητα αν οι δεξαμενές του φορτίου είναι τύπου A, B ή C. Οι πρώτοι τρεις τύποι πλοίων που αναφέρονται είναι οι πλέον κατάλληλοι για την αποστολή των φορτίων μικρότερου μεγέθους υγραερίου και χημικών αερίων. Αυτό επιτυγχάνεται συνήθως στις θαλάσσιες μεταφορές μικρών αποστάσεων και των περιφερειακών οδών. Πλήρως κατεψυγμένα πλοία LPG : χρησιμοποιούνται ευρέως για τη μεταφορά φορτίων μεγάλου μεγέθους υγραερίου και αμμωνίας στα δρομολόγια βαθέων υδάτων. Τα πλοία πλήρους ψύξης μεταφέρουν τα φορτία τους σε περίπου ατμοσφαιρική πίεση και έχουν σχεδιαστεί για να μεταφέρουν μεγάλες ποσότητες αμμωνίας και βουτανίου. Τέσσερα διαφορετικά συστήματα περιορισμού του φορτίου έχουν χρησιμοποιηθεί για τα πλοία αυτά : o Ανεξάρτητες δεξαμενές με μονό κύτος, διπλού πυθμένα και χοάνης o Ανεξάρτητες δεξαμενές με διπλό κύτος o Ενσωματωμένες δεξαμενές (ενσωμάτωση ενός διπλού κύτους), και o Δεξαμενές μερικής μεμβράνης (ενσωμάτωση ενός διπλού κύτους) Πλοία LNG : Τα πλοία μεταφοράς LNG αποτελούν εξειδικευμένα είδη πλοία μεταφοράς αερίου κατασκευασμένα για τη μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων υγροποιημένου φυσικού αερίου (LNG) στο ατμοσφαιρικό σημείο βρασμού του περίπου -162 C. Αυτά τα πλοία κυμαίνονται συνήθως μεταξύ και ο m3 και είναι συνήθως αποκλειστικής χρήσης για ένα συγκεκριμένο έργο. Παραμένουν στην ίδια χρήση για όλη τη διάρκεια ζωής της σύμβασής τους, η οποία μπορεί να είναι μεταξύ ετών ή και περισσότερο. Εκτός από μερικές αξιοσημείωτες εξαιρέσεις κατά τα πρώτα χρόνια της μεταφοράς υγροποιημένου φυσικού αερίου, τα συστήματα περιορισμού φορτίου σε αυτά τα πλοία είναι κυρίως τεσσάρων τύπων: o o o o Gaz Transport μεμβράνης Technigaz μεμβράνης Kvaerner Moss αυτοφερόμενο σφαιρικό και IHI SPB Tank πρισματικό

37 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου Πρότυπα σρεδιασμού και τύποι πλοίων Η συνολική διάταξη ενός μεταφορέα αερίου είναι παρόμοια με εκείνη του συμβατικού πετρελαιοφόρου από το οποίο εξελίχθηκε. Το σύστημα περιορισμού του φορτίου και η ενσωμάτωσή του στο κύτος, ωστόσο, είναι πολύ διαφορετικά λόγω της ανάγκης για τη μεταφορά φορτίου υπό πίεση, ή συνθήκες ψύξης ή υπό συνθήκες που συνδυάζουν πίεση και ψύξη. Τα υγραεριοφόρα που έχουν σχεδιαστεί για φορτία υπό πίεση LNG με σφαιρικές δεξαμενές που προεξέχουν πάνω από το κύριο κατάστρωμα. Τα υγραεριοφόρα που είναι σχεδιασμένα για να μεταφέρουν το φορτίο τους σε ατμοσφαιρική πίεση, διαθέτουν πρισματικές δεξαμενές. Μεγαλύτερη άνωση προκύπτει από το γεγονός ότι τα φορτία έχουν πολύ χαμηλότερη πυκνότητα από τα περισσότερα έλαια και η απαίτηση να έχουν εντελώς διαχωρισμένες δεξαμενές έρματος. Οι κωδικοί αερίου (Gas Codes), που αναπτύχθηκαν από τον ΙΜΟ, εφαρμόζονται σε όλα τα πλοία μεταφοράς υγροποιημένου αερίου, ανεξάρτητα από το μέγεθος τους. Υπάρχουν τρεις Κώδικες αερίου Συστήματα περιορισμού του φορτίου Ένα σύστημα συγκράτησης φορτίου είναι η συνολική ρύθμιση για τον ιδανικό περιορισμό του φορτίου που αποτελούνται από τα εξής: ένα βασικό φράγμα (η δεξαμενή φορτίου), ένα δευτερεύον φράγμα (εάν υπάρχει), μια συναφής θερμομόνωση, τυχόν παρεμβαλλόμενοι χώροι, και παρακείμενη δομή, εάν είναι απαραίτητο, για την υποστήριξη αυτών των στοιχείων. Για τα φορτία που μεταφέρονται σε θερμοκρασίες μεταξύ -10 C και -55 C, το κύτος του πλοίου μπορεί να ενεργεί ως το δευτερεύον φράγμα και σε τέτοιες περιπτώσεις μπορεί να είναι ένα διαχωριστικό του χώρου αποθήκευσης. Οι βασικοί τύποι δεξαμενής φορτίου που χρησιμοποιούνται σε πλοία μεταφοράς υγροποιημένου αερίου σκάφους είναι :

38 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Αυτόνομη Α Αυτόνομη Β Αυτόνομη C Μεμβράνης Κάποιοι άλλοι τύποι έχουν πλήρως σχεδιαστεί και εγκριθεί αλλά δεν έχουν ακόμα χρησιμοποιηθεί εμπορικά : Εσωτερική Τύπου μόνωσης 1 Εσωτερική Τύπου μόνωσης 2 Ενσωματωμένη Ανεξάρτητες δεξαμενές Οι ανεξάρτητες δεξαμενές είναι εντελώς αυτοφερόμενες και δεν αποτελούν μέρος της δομής της γάστρας του πλοίου. Επιπλέον, δεν συμβάλλουν στην αντοχή του κύτους ενός πλοίου. Όπως ορίζεται στον Κώδικα IGC, και κυρίως ανάλογα με την πίεση σχεδιασμού, υπάρχουν τρεις διαφορετικοί τύποι ανεξάρτητων δεξαμενών στα πλοία μεταφοράς αερίου: αυτές είναι γνωστές ως τύποι Α,Β και C Δεξαμενές τύπου Α

39 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου Οι δεξαμενές τύπου Α είναι κατασκευασμένες κυρίως από επίπεδες επιφάνειες. Η μέγιστε επιτρεπόμενη πίεση στο χώρο ατμών στο σχεδιασμό της δεξαμενής για αυτόν

40 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου τον τύπο του συστήματος είναι 0,7 barg (πίεση σε bars παραπάνω από την πίεση του περιβάλλοντος ή την ατμοσφαιρική πίεση) αυτό σημαίνει ότι τα φορτία πρέπει να Εικόνα 4 : Δεξαμενές τύπου Α μεταφέρονται σε μια κατάσταση πλήρους ψύξης ή κοντά στην ατμοσφαιρική πίεση (συνήθως κάτω από 0,25 barg). Το υλικό που χρησιμοποιείται στις δεξαμενές τύπου Α δεν είναι ανθεκτικό στη διάδοση ρωγμής. Ως εκ τούτου, προκειμένου να εξασφαλιστεί η ασφάλεια, στην απίθανη περίπτωση διαρροής της δεξαμενής φορτίου, απαιτείται ένα δευτερεύον σύστημα περιορισμού. Αυτό το δευτερεύον σύστημα περιορισμού είναι γνωστό ως ένα δευτερεύον φράγμα και αποτελεί χαρακτηριστικό όλων των πλοίων τύπου Α με δεξαμενές που μπορούν να μεταφέρουν φορτία σε θερμοκρασία κάτω από -10 C. Για ένα πλήρους ψύξης πλοίο μεταφοράς LPG (τα οποία δεν μεταφέρουν φορτία κάτω από τους -55 C) το δευτερεύον φράγμα πρέπει να είναι ικανό να περιέχει το

41 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου σύνολο του όγκου της δεξαμενής σε μια καθορισμένη γωνία κλίσης και μπορεί να αποτελεί μέρος του κύτους του πλοίου. Με τον τρόπο αυτό κατάλληλα τμήματα του κύτους του πλοίου είναι κατασκευασμένα από ειδικό χάλυβα ικανά να αντέξουν σε χαμηλές θερμοκρασίες. Η εναλλακτική λύση είναι να οικοδομήσουμε ένα ξεχωριστό δευτερεύον φράγμα γύρω από κάθε δεξαμενή φορτίου. Ο κώδικας IGC προβλέπει ότι ένα δευτερεύον φράγμα πρέπει να μπορεί να περιέχει τη διαρροή της δεξαμενής για ένα χρονικό διάστημα 15 ημερών. Σε τέτοια πλοία, ο χώρος μεταξύ της δεξαμενής φορτίου (μερικές φορές αναφέρεται ως το πρωτεύον φράγμα) και το δευτερεύον φράγμα είναι γνωστό ως ο κενός χώρος. Όταν μεταφέρονται εύφλεκτα φορτία, οι χώροι αυτοί πρέπει να είναι γεμάτοι με αδρανές αέριο για να αποτρέψουν την δημιουργία μιας εύφλεκτης ατμόσφαιρας που δημιουργείται σε περίπτωση διαρροής του πρωτεύοντος φράγματος Δεξαμενές τύπου Β Οι δεξαμενές τύπου Β μπορούν να κατασκευασθούν από επίπεδες επιφάνειες ή μπορεί να είναι σφαιρικού τύπου. Αυτός ο τύπος συστήματος περιορισμού αποτελεί το αντικείμενο μιας πολύ πιο λεπτομερούς ανάλυσης τάσεων σε σύγκριση με τις δεξαμενές τύπου Α. Οι έλεγχοι αυτοί πρέπει να περιλαμβάνουν την έρευνα της αντοχής στην κόπωση και μια ανάλυση Εικόνα 5 : Αυτοφερόμενη σφαιρική δεξαμενή τύπου Β διάδοσης ρωγμής.

42 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Λόγω των ενισχυμένων παραγόντων σχεδιασμού, μια δεξαμενή τύπου Β απαιτεί μόνο ένα μερικό δευτερογενές φράγμα με τη μορφή ενός δίσκου ενσταλάξεως. Ο κενός χώρος είναι συνήθως γεμάτος με ξηρό αδρανές αέριο. Ωστόσο, κατά την υιοθέτηση σύγχρονων πρακτικών, μπορεί να συμπληρωθεί με ξηρό αέρα υπό την προϋπόθεση ότι η αδρανοποίηση του χώρου μπορεί να επιτευχθεί εάν το σύστημα ανίχνευσης ατμών δείχνει διαρροή φορτίου. Ένας προστατευτικός θόλος χάλυβα καλύπτει την πρωτεύον φράγμα πάνω από το επίπεδο του καταστρώματος και η μόνωση εφαρμόζεται στο εξωτερικό της δεξαμενής. Η μέγιστη πίεση χώρου ατμών, όπως για τις δεξαμενές τύπου Α, περιορίζεται σε 0,7 barg.

43 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου Εικόνα 6 : Αυτοφερόμενη πρισματική δεξαμενή τύπου Β Δεξαμενές τύπου C Οι δεξαμενές τύπου C είναι δοχεία πίεσης συνήθως σφαιρικά ή κυλινδρικά που έχουν πιέσεις σχεδιασμού υψηλότερες από 2 barg. Τα κυλινδρικά δοχεία μπορεί να είναι οριζόντια ή κάθετα τοποθετημένα. Αυτό το είδος του συστήματος περιορισμού χρησιμοποιείται πάντα για τους μεταφορείς αερίου μερικής πίεσης και πλήρους πίεσης. Οι δεξαμενές τύπου C σχεδιάζονται και να κατασκευάζονται με συμβατικούς κωδικούς δοχείων πίεσης και, ως αποτέλεσμα, μπορεί να υποβληθούν σε ακριβή ανάλυση τάσεων. Επιπλέον, οι τάσεις σχεδιασμού διατηρούνται σε χαμηλά επίπεδα. Συνεπώς, δεν απαιτείται δευτερεύον φράγμα για δεξαμενές τύπου C και ο κενός χώρος μπορεί να γεμίζεται είτε με αδρανή αέριο ή ξηρό αέρα.

44 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Στην περίπτωση ενός τυπικού πλήρους πίεσης πλοίου (όπου το φορτίο μεταφέρεται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος), οι δεξαμενές μπορούν να είναι σχεδιασμένες για μέγιστη πίεση λειτουργίας περίπου 18 barg Δεξαμενές μεμβράνης (μεμβράνη - 0,7 έως 1,5 mm πάχος) Η έννοια του συστήματος συγκράτησης μεμβράνης βασίζεται σε ένα πολύ λεπτό πρωτεύον φράγμα (μεμβράνη - πάχος 0,7 έως 1,5 mm) το οποίο υποστηρίζεται μέσω της μόνωσης. Αυτές οι δεξαμενές δεν είναι αυτοφερόμενες - ένα εσωτερικό κύτος αποτελεί το φορτίο που φέρει τη δομή. Στα συστήματα περιορισμού μεμβράνης πρέπει πάντα να παρέχεται ένα δευτερεύον φράγμα για να εξασφαλίζει την ακεραιότητα του συνολικού συστήματος στην περίπτωση διαρροής του πρωτεύοντος φράγματος. Η μεμβράνη είναι σχεδιασμένη με τέτοιο τρόπο ώστε η θερμική διαστολή ή συστολή αντισταθμίζεται χωρίς υπερβολική καταπόνηση της ίδιας της μεμβράνης Δεξαμενές ημι-μεμβράνης Η έννοια ημι-μεμβράνης είναι μια παραλλαγή του συστήματος δεξαμενής μεμβράνης. Το πρωτεύον φράγμα είναι πολύ παχύτερο από ότι στο σύστημα μεμβρανών, που έχουν επίπεδες πλευρές και μεγάλες στρογγυλεμένες γωνίες. Η δεξαμενή είναι αυτοφερόμενη όταν είναι κενό, αλλά όχι σε συνθήκες φορτίου. Σε αυτή η κατάσταση οι πιέσεις υγρού (υδροστατικής) και ατμού που ασκούνται στο πρωτεύον φράγμα μεταδίδονται μέσω της μόνωσης προς το εσωτερικό κήτος, όπως είναι η περίπτωση με το σύστημα μεμβράνης. Οι γωνίες και ακμές σχεδιαστεί για να διευκολύνουν την διαστολή και συστολή Ενσωματωμένες δεξαμενές Οι ενσωματωμένες δεξαμενές σχηματίζουν ένα δομικό μέρος του κύτους του πλοίου και επηρεάζονται από τα ίδια φορτία που εξασκούν τάσεις στη δομή του κύτους. Οι ενσωματωμένες δεξαμενές δεν επιτρέπεται κανονικά να χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά υγροποιημένου αερίου, εάν η θερμοκρασία είναι κάτω από -10 C. Ορισμένες δεξαμενές σε έναν περιορισμένο αριθμό Ιαπωνικής κατασκευής μεταφορείς LPG είναι ενσωματωμένες για την ειδική μεταφορά της πλήρους ψύξης βουτανίου.(lamb T., 2004γ).Το υγροποιημένο φυσικό αέριο μεταφέρεται με πλοία διπλού κύτους που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να χειρίζονται την χαμηλή θερμοκρασία

45 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου του υγροποιημένου φυσικού αερίου. Τα εν λόγω δεξαμενόπλοια είναι μονωμένα για να περιορίζουν την απώλεια υγροποιημένου αερίου λόγω εξάτμισής του*. Αυτές οι απώλειες εξάτμισης χρησιμοποιούνται για τη συμπλήρωση των καυσίμων των πλοίων. Σύμφωνα με το World Gas Intelligence (2008), σε ένα τυπικό ταξίδι, εκτιμάται ότι περίπου το 0,1% - 0,25% του φορτίου ΥΦΑ εξατμίζεται κάθε μέρα, ανάλογα με την αποτελεσματικότητα της μόνωσης και την τραχύτητα του ταξιδιού. Σε ένα τυπικό ταξίδι, 20 ημερών μπορεί να εξατμιστεί από το 2% - 6% του συνολικού όγκου του ΥΦΑ. Υπάρχουν τρεις τύποι δεξαμενόπλοιων ΥΦΑ: Σφαιρικού (Moss) σχεδιασμού - (44%) Σχεδιασμού μεμβράνης (51%) Διαρθρωτικού πρισματικού σχεδιασμού (Okumoto Y.,Takeda Υ., Mano Μ., Okada Τ., 2009) Μόνων ΐ Υγρο.τοιηιίΓνο Φΐ'<Τ»Μ),λίριο Μ61 C l Μηιβνη ΣυμίΓίεστής Κιβώτιο Twj'^TiiTwv Εικόνα 8 : Τομή Δεξαμενόπλοιου ΥΦΑ σφαιρικού (Moss) σχεδιασμού

46 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Φωτογραφία 1 : Δεξαμενόπλοιο ΥΦΑ σχεδιασμού μεμβράνης (πηγή : NLNG) Εικόνα 9 : Διατομή δεξαμενής δεξαμενόπλοιου ΥΦΑ σφαιρικού τύπου Τα δεξαμενόπλοια μεταφοράς ΥΦΑ έχουν μήκος μέχρι 300 μέτρα μήκος, 46 μέτρα πλάτος και απαιτούν ένα ελάχιστο βάθος υδάτων 12 μέτρα όταν είναι πλήρως φορτωμένα. Αυτή τη στιγμή υπάρχουν 155 δεξαμενόπλοια που μεταφέρουν περισσότερο από 120 εκατ. τόνους υγροποιημένου φυσικού αερίου ανά έτος. Μια μικρή ποσότητα ΥΦΑ εξατμίζεται από τη δεξαμενή κατά την αποθήκευση, την ψύξη της δεξαμενής, την διατήρηση σταθερής πίεσης στο εσωτερικό της δεξαμενής και την διατήρηση του ΥΦΑ στο σημείο «βρασμού» του. Η άνοδος της θερμοκρασίας αντισταθμίζεται από με εξαερισμό του ΥΦΑ από την δεξαμενή αποθήκευσης (Πηγή: University of Houston lele, Introduction to LNG.)

47 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου 2.4 ΠΑΡΑΛΑΒΗ, ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΚΑΙ ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΣΤΟΝ ΤΕΛΙΚΟ ΠΡΟΟΡΙΣΜΟ Όταν το ΥΦΑ φτάσει στους τερματικούς σταθμούς, μεταφέρετε σε ειδικές μονωμένες δεξαμενές αποθήκευσης. Οι δεξαμενές αυτές μπορεί να είναι πάνω ή κάτω από το έδαφος και διατηρούν το υγρό σε χαμηλή θερμοκρασία για να ελαχιστοποιηθεί το ύψος της εξάτμισης. Αν δεν απελευθερωθούν ατμοί ΥΦΑ, η πίεση και η θερμοκρασία στο εσωτερικό της δεξαμενής αυξάνεται. Το υγροποιημένο φυσικό αέριο χαρακτηρίζεται ως κρυογονικο και διατηρείται στην υγρή του κατάσταση σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Η θερμοκρασία στο εσωτερικό της δεξαμενής θα παραμείνει σταθερή, αν η πίεση παραμένει σταθερή, επιτρέποντας το εξατμισμένο φυσικό αέριο να απελευθερώνεται από τη δεξαμενή. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως αυτόκατάψύξη. Οι απώλειες εξάτμισης συλλέγονται και χρησιμοποιούνται ως πηγή καυσίμων στην εγκατάσταση ή για το δεξαμενόπλοιο μεταφοράς. Το υγροποιημένο φυσικό αέριο θερμαίνεται στο σημείο που μπορεί να μετατρέπει στην αέρια κατάσταση για να μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας μια διαδικασία απενεργοποίησης με εναλλάκτες θερμότητας. (Timmerhaus, Klaus D., Reed, Richard, 200 7) Διάγραμμα 1 : Τυπικός τερματικός σταθμός υποδοχής/αεριοποίησης ΥΦΑ (πηγή : BP LNG)

48 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 : ΠΑΡΑΓΩΓΗ LNG 3.1 Υγρνπνίηση φυσικνύ αερί υ-τερματικ ί σταθμνί υγρνπνίησης Φ.Α ΥΦΑ στην Ελλάδα Για πρώτη φορά το ζήτημα του φυσικού αερίου τέθηκε τον Οκτώβριο του 1979 στη Μόσχα, στη συνάντηση του τότε Πρωθυπουργού Κωνσταντίνου Καραμανλή με το Ρώσο ομόλογό του Αντρέι Κοσύγκιν. Στη συνάντηση εκείνη εξετάστηκε η δυνατότητα προμήθειας φυσικού αερίου από τη Ρωσία και η κατασκευή κεντρικού αγωγού για τη μεταφορά του στη χώρα μας. Λίγα χρόνια αργότερα, το 1983, στελέχη της τότε Δημόσιας Επιχείρησης Πετρελαίου (ΔΕΠ), αποτέλεσαν τον πρώτο πυρήνα για την προετοιμασία της Εμπορικής Σύμβασης Προμήθειας Φυσικού Αερίου, που υπογράφηκε στις 26 Ιουλίου 1988, σε συνέχεια της Διακρατικής Συμφωνίας μεταξύ της Ελληνικής Δημοκρατίας και της Σοβιετικής Ένωσης που είχε υπογραφεί ένα χρόνο νωρίτερα, στις 7 Οκτωβρίου 1987, όταν πρωθυπουργός ήταν ο Ανδρέας Παπανδρέου. Η Ελλάδα σήμερα προμηθεύεται φυσικό αέριο από 3 διαφορετικές πηγές: από τη Ρωσία (μέσω Βουλγαρίας) μέσω αγωγών σε αέρια μορφή, από το 2007, από το Αζερμπαϊτζάν (μέσω Τουρκίας) μέσω αγωγών σε αέρια μορφή και από την Αλγερία με δεξαμενόπλοια σε υγροποιημένη μορφή στις εγκαταστάσεις της νήσου Ρεβυθούσας, στον κόλπο των Μεγάρων Ο Τερματικός Σταθμός Υγρ π ιημέν υ Φυσικνύ Αερίνυ (ΥΦΑ) Ρεβυθνύσας Το 2000 ξεκίνησε η λειτουργία του τερματικού σταθμού υγροποιημένου φυσικού αερίου (LNG) στη βραχονησίδα Ρεβυθούσα, ανοικτά των Μεγάρων, όπου παραδίδονται υγροποιημένο φυσικό αέριο από το δεύτερο βασικό προμηθευτή της χώρας, την Αλγερία. Ο Τερματικός Σταθμός Υγροποιημένου Φυσικού Αερίου (ΥΦΑ) Ρεβυθούσας αποτελεί μια από τις σημαντικότερες εθνικές υποδομές της χώρας μας. Συγκαταλέγεται στους δεκατρείς (13) αντίστοιχους σταθμούς υγροποιημένου φυσικού αερίου, που

49 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου λειτουργούν σήμερα σε όλο το χώρο της Μεσογείου και της Ευρώπης. Ο Σταθμός είναι εγκατεστημένος στη νήσο Ρεβυθούσα, 500 μέτρα περίπου από την ακτή της Αγίας Τριάδας, στον κόλπο Πάχης Μεγάρων, 45 χλμ. δυτικά της Αθήνας. Ο Σταθμός ΥΦΑ σχεδιάστηκε και λειτουργεί, σύμφωνα με τις αυστηρότερες προδιαγραφές ασφαλείας τόσο για τους εργαζομένους στο νησί όσο και για τους κατοίκους των γύρω περιοχών. Η τεχνολογία επεξεργασίας του υγροποιημένου φυσικού αερίου που χρησιμοποιείται είναι φιλική προς το περιβάλλον και τηρείται αυστηρά η Ελληνική και Ευρωπαϊκή νομοθεσία. Η διατήρηση των υψηλών προδιαγραφών ασφαλείας και σεβασμού προς το περιβάλλον ελέγχονται και πιστοποιούνται διαρκώς από ανεξάρτητους φορείς, καθώς ο Σταθμός είναι πιστοποιημένος κατά τα πρότυπα OHSAS και ISO Στα δέκα πρώτα χρόνια λειτουργίας του είχαν παραληφθεί πάνω από 300 φορτία υγροποιημένου φυσικού αερίου. Τα φορτία ΥΦΑ, φθάνουν στη χώρα μας με δεξαμενόπλοια και αποθηκεύονται προσωρινά στις δύο δεξαμενές συνολικής χωρητικότητας κ.μ. ΥΦΑ και στη συνέχεια, στις ειδικές εγκαταστάσεις αεριοποίησης του Σταθμού, το ΥΦΑ μετατρέπεται ξανά σε αέριο και τροφοδοτεί το Εθνικό Σύστημα Μεταφοράς Φυσικού Αερίου. Ο Τερματικός Σταθμός ΥΦΑ του ΔΕΣΦΑ αποτελεί ένα σπουδαίο ενεργειακό κεφάλαιο για την Ελλάδα, αφού παρέχει ασφάλεια ενεργειακής τροφοδοσίας, λειτουργική ευελιξία στο σύστημα μεταφοράς και αυξημένη δυνατότητα κάλυψης Φωτογραφία 2 : Σταθμός Υγροποιημένου Φυσικού Αερίου Ρεβυθούσας.

50 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου αιχμιακών απαιτήσεων της αγοράς ΦΑ. Ο Σταθμός μπορεί πλέον να υποδέχεται μεγαλύτερα δεξαμενόπλοια και να παραλαμβάνει γρήγορα και αποτελεσματικά διπλάσιες ποσότητες αερίου. Η αδιάλειπτη δυναμικότητα αεριοποίησης τριπλασιάστηκε από 271 κ.μ. ΥΦΑ την ώρα πριν την αναβάθμισή του, σε κ.μ παρέχοντας του τη δυνατότητα να επεξεργάζεται τριπλάσιες ποσότητες υγροποιημένου ΦΑ και να τροφοδοτεί το Εθνικό Σύστημα Μεταφοράς με 5,2-5,3 δις. κ.μ. ΦΑ ετησίως. Εν όψη της 2ης Φάσης Αναβάθμισης του Σταθμού ΥΦΑ Ρεβυθούσας ο ΔΕΣΦΑ ολοκλήρωσε τη μελέτη σκοπιμότητας για την κατασκευή της 3ης δεξαμενής αποθήκευσης ΥΦΑ με παράλληλη αύξηση της δυναμικότητας αεριοποίησης. Η τρίτη δεξαμενή θα έχει χωρητικότητα κ.μ ΥΦΑ. και θα αυξήσει τη συνολική αποθηκευτική ικανότητα του Σταθμού σε κ.μ. ΥΦΑ από κ.μ. ΥΦΑ που είναι σήμερα. Η δυναμικότητα αεριοποίησης θα αυξηθεί σε κ.μ. ΥΦΑ την ώρα από κ.μ. Με την προσθήκη της τρίτης δεξαμενής, ο αποθηκευτικός χώρος του σταθμού θα αυξηθεί κατά 73%. Η έναρξη των εργασιών της κατασκευής της 3ης δεξαμενής στο σταθμό Υγροποιημένου Φυσικού Αερίου (ΥΦΑ) άρχισε στις 20 Μαΐου 2014 στη Ρεβυθούσα ΥΦΑ στην Κύπρο Το 1959 η οικογένεια Λευκαρίτη ιδρύει την Petrolina Limited, την πρώτη Κυπριακή εταιρεία που ασχολείται με την εισαγωγή και εμπορία πετρελαιοειδών. Σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα η εταιρεία ολοκληρώνει την κατασκευή και λειτουργία επτά πρατηρίων ως επίσης και των εγκαταστάσεων της στη Λάρνακα. Το 1972 έγινε η έναρξη λειτουργίας του Κυπριακού Διυλιστηρίου Πετρελαίου στη Λάρνακα. Στις 12 Δεκεμβρίου του 1988, η Κύπρος προχώρησε στην επικύρωση της Σύμβασης των Ηνωμένων Εθνών για το Δίκαιο της Θάλασσας. Η Κύπρος το 2003 προσέγγισε την Ελληνική Κυβέρνηση και ζήτησε να προχωρήσουν στην οριοθέτηση της ΑΟΖ, αλλά η Ελλάδα αρνήθηκε την οριοθέτηση με την αναφορά: «Να μην προκαλέσουμε την Τουρκία». Τον Φεβρουάριο του 2001 η Κυβέρνηση της Κυπριακής Δημοκρατίας αποφάσισε τον τερματισμό της λειτουργίας του Διυλιστηρίου Πετρελαίου, την περιβαλλοντική

51 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου αποκατασταση του χώρου και την απομάκρυνση των εγκαταστάσεων εισαγωγής και αποθήκευσης πετρελαιοειδών για περιβαλλοντικούς και όχι μόνο σκοπούς. Αυτό έγινε τελικά τον Απρίλιο του 2004, με τη μετατροπή του σε τερματικό αποθήκευσης πετρελαιοειδών και τη μετέπειτα εξαγωγή του εξοπλισμού και των εγκαταστάσεων διύλισης στο εξωτερικό. Σήμερα, στο χώρο παραμένουν τα ντεπόζιτα του πρώην διυλιστηρίου καθώς και οι εγκαταστάσεις των εταιρειών εμπορίας πετρελαιοειδών Τερματικός σταθμός υγροποιημένου φυσικού αερίου (LNG) στο Βασιλικό Το 2007, η Κύπρος εγκαινίασε τον πρώτο γύρο υποβολής αιτήσεων αδειών έρευνας και αδειών εκμετάλλευσης υδρογονανθράκων. Από την 01/01/2008 αποτελεί υποχρέωση της Κύπρου, η διατήρηση εθνικών αποθεμάτων καυσίμων ασφαλείας 90 ημερών κατανάλωσης. Δεδομένων των πιο πάνω και λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι η γεωγραφική θέση της Κύπρου προσφέρει ευκαιρίες ανάδειξης της νήσου ως περιφερειακού ενεργειακού κέντρου στην Ανατολική Μεσόγειο, αποφασίστηκε η δημιουργία του Τερματικού Σταθμού Παραλαβής και Αποθήκευσης Πετρελαιοειδών στο Βασιλικό. Η περιοχή του Βασιλικού βρίσκεται περίπου 40 χιλιόμετρα από την πόλη της Λάρνακας και 25 χιλιόμετρα από την πόλη της Λεμεσού. Το εν λόγω τερματικό θα περιλαμβάνει εγκαταστάσεις εισαγωγής, αποθήκευσης και διανομής λειτουργικών αποθεμάτων πετρελαιοειδών, εγκαταστάσεις αποθήκευσης στρατηγικών αποθεμάτων πετρελαιοειδών, καθώς και εγκαταστάσεις για την αποθήκευση, διαχείριση και εξαγωγή πετρελαιοειδών για διαμετακομιστικό εμπόριο. Η Κύπρος στις αρχές της προηγούμενης δεκαετίας άρχισε να σκέφτεται σοβαρά την εμπλοκή της στις έρευνες υδρογονανθράκων, αρχικά πιεζόμενη έμμεσα για την οριοθέτηση της θαλάσσιας ζώνης με την Αίγυπτο. Οι θαλάσσιες οικονομικές ζώνες Κύπρου και Ελλάδας, θα ήταν ενωμένες αν εφαρμοζόταν το διεθνές δίκαιο. Με τις τουρκικές παραχωρήσεις διχοτομούνται και αποκόπτονται. Στον χάρτη δημοσιεύονται όλοι οι χάρτες παραχωρήσεων και οι αλληλοεπικαλύψεις που καταδεικνύουν ανάγλυφα το πρόβλημα.

52 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Η Κύπρος οριοθέτησε τα θαλάσσια σύνορά της με την Αίγυπτο το 2003, με το Λίβανο το 2007 και με το Ισραήλ το Η Τουρκία, η οποία δεν αναγνωρίζει τις συμφωνίες της Κύπρου με τους γείτονές της, έχει απειλήσει να κινητοποιήσει ναυτικές δυνάμεις, στην περίπτωση που ξεκινήσει γεωτρήσεις στο Οικόπεδο 12. Χάρτης 1 : Παραχωρήσεις Κύπρου - Τουρκίας 2009 (επεξεργασίαχαρτών IHS Energy) Πηγή: logiosermis.net/2010/09/blog-post_2435. htmi#ixzz32ee7ikfs Το Οικόπεδο 12 «Αφροδίτη» είναι μια διερευνητική άδεια γεώτρησης που βρίσκεται στα ανοικτά της νότιας ακτής της Κύπρου και στη θαλάσσια Αποκλειστική Οικονομική Ζώνη (ΑΟΖ) της χώρας. Βρίσκεται 34 χιλιόμετρα δυτικά του κοιτάσματος φυσικού αερίου Λεβιάθαν (του μεγαλύτερου κοιτάσματος φυσικού αερίου που ανακαλύφθηκε την τελευταία δεκαετία) του Ισραήλ. Πιθανολογείται ότι το Οικόπεδο 12 μπορεί να περιέχει τεράστια κοιτάσματα φυσικού αερίου. Η αμερικανική εταιρεία Noble Ενεργειακή έλαβε την παραχώρηση για την διερεύνηση στο Οικόπεδο 12 τον Οκτώβριο του Τον Αύγουστο του 2011, η Noble σύναψε συμφωνία κατανομής της παραγωγής με την Κυπριακή κυβέρνηση σχετικά με

53 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου την εμπορική ανάπτυξη του οικοπέδου. Στις 14 Σεπτεμβρίου του 2011 η πλατφόρμα «Όμηρος», ξεκίνησε τη μετακίνηση του γεωτρύπανου Noble Homer Ferrington στο «Αφροδίτη» από το οικόπεδο ΝΟΑ του Ισραήλ. H Noble τελικά ξεκίνησε τις γεώτρησεις στο Οικόπεδο 12 τη Δευτέρα 19 Σεπτεμβρίου 2011 και επισήμανε πως θα απαιτηθούν 90 έως 120 μέρες για την εξόρυξη. Σημειώνεται ότι στην πρώτη γεώτρηση στο κοίτασμα οι προβλέψεις ήταν για 5 έως 8 τρισεκατομμύρια κυβικά πόδια με μέσο όρο τα 7 τρισεκατομμύρια κυβικά πόδια. H επιβεβαιωτική γεώτρηση έφτασε σε συνολικό βάθος πόδια. από 3,6 τρισεκατομμύρια κυβικά πόδια έως 6τρισεκατομμύρια κυβικά πόδια, με μέση τιμή τα 5τρισεκατομμύρια κυβικά πόδια, είναι οι προκαταρτικές εκτιμώμενες ποσότητες φυσικού αερίου μετά την επιβεβαιωτική γεώτρηση. Χάρτης 2 : Οικόπεδα εξερεύνησης υδρογοναναθράκων στα ύδαηα της Κύπρου. Δεύτερη επιβεβαιωτική γεώτρηση (γκρι) Σημειώνεται ότι στο τεμάχιο Αφροδίτη θα διενεργηθεί και δεύτερη επιβεβαιωτική γεώτρηση, ενώ στο οικόπεδο 12 προγραμματίζεται να γίνει νέα ερευνητική γεώτρηση για άλλο κοίτασμα εντός του Αναμένονται σημαντικές εξελίξεις που θα ενισχύσουν την επιλογή δημιουργίας χερσαίου τερματικού, μετά την προσπάθεια επίσπευσης των ερευνητικών γεωτρήσεων στην Κυπριακή Αποκλειστική Ζώνη (ΑΟΖ).

54 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Τον Ιούνιο του 2012 η Κυβέρνηση αποφάσισε (κατ αρχήν) την έναρξη ενεργειών Εικόνα 10: Καλλιτεχνική απεικόνιση των εγκαταστάσεων της Μονάδας ΥΦΑ στο για Βασιλικό. τη δημιουργία Μονάδας Υγροποίησης Φυσικού Αερίου στο Βασιλικό. Η εν λόγω Μονάδα θα περιλαμβάνει εγκαταστάσεις υγροποίησης φυσικού αερίου και αποθήκευσης και φόρτωσης ΥΦΑ σε δεξαμενόπλοια, για μεταφορά στις διεθνείς αγορές.η Μονάδα αυτή θα έχει αρχική δυναμικότητα εξαγωγής 5 εκ. τόνων ΥΦΑ ετησίως (μία συστοιχία υγροποίησης), που θα μπορεί να επεκταθεί σε 15 εκ. τόνους ΥΦΑ ετησίως (τρεις συστοιχίες υγροποίησης). Το έργο αυτό αποτελεί προτεραιότητα για το Κράτος. Στις 27/12/2012, ανατέθηκε στην Κυπριακή Κρατική Εταιρεία Υδρογονανθράκων η συνέχιση των διαπραγματεύσεων με την Noble Energy International Ltd αναφορικά με την έλευση του φυσικού αερίου από το Τεμάχιο Αρ.12 και το έργο του Τερματικού Υγροποίησης Φυσικού Αερίου στο Βασιλικό. Επιπλέον, με την πιο πάνω Απόφαση του Υπουργικού Συμβουλίου, ανατέθηκε η διαχείριση του έργου του Τερματικού Υγροποίησης Φυσικού Αερίου στο Βασιλικό στην Κυπριακή Κρατική Εταιρεία Υδρογονανθράκων (η οποία θα προβεί σε διεθνή Εκδήλωση Ενδιαφέροντος για την επιλογή συνεργατών και χρηματοδοτών για το έργο), όπως επίσης και η αρμοδιότητα εμπορικής εκμετάλλευσης των υδρογονανθράκων Κατασκευή δικτύου σωληνώσεων μεταφοράς ΦΑ Στα πλαίσια της προσπάθειας για αδιάλειπτη κι ασφαλή τροφοδοσία Φυσικού Αερίου σε πρώτο στάδιο για Ηλεκτροπαραγωγή, η ΔΕΦΑ έχει προγραμματίσει και

55 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου δρομολογήσει τις εργασίες για την κατασκευή και ανάπτυξη του αναγκαίου για αυτό το σκοπό εσωτερικού δικτύου Μεταφοράς και Διανομής Φυσικού Αερίου. Αρχικά, το δίκτυο αυτό, θα αποτελείται από τρεις σωληνώσεις αγωγών Φυσικού Αερίου οι οποίες θα τροφοδοτούν τους τρεις Ηλεκτροπαραγωγούς Σταθμούς της Αρχής Ηλεκτρισμού Κύπρου (Α.Η.Κ.). Το πρώτο αυτό δίκτυο, θα αποτελέσει και τη ραχοκοκαλιά, για την ανάπτυξη του μελλοντικού δικτύου στις πόλεις και τις βιομηχανίες και υπολογίζεται να έχει συνολικό μήκος 80km περίπου. Η αρχική εκτίμηση κόστους για αυτή τη φάση του Έργου είναι περίπου 60εκ. Σημαντικό είναι να αναφερθεί ότι για το Έργο αυτό έχει ήδη εξασφαλιστεί χορηγία ύψους 10εκ από κοινοτικά ταμεία. (Πρόγραμμα EEPR).

56 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου 3.2 Προεπεξεργασία αερίου τροφοδοσίας (G a s c o n d itio n in g p re -tre a tm e n t) Λόγοι για την προετοιμασία του φυσικού αερίου Το ακατέργαστο φυσικό αέριο στις δεξαμενές περιέχει όξινα συστατικά, όπως το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), το υδρόθειο (H2S) και ενώσεις του θείου, τα οποία καθιστούν το αέριο διαβρωτικό. Επίσης περιέχει στερεά συστατικά, όπως άμμο, άλατα, κατάλοιπα δεξαμενής, ιλύ γεώτρησης, προϊόντα διάβρωσης και ακόμα και υγρά συστατικά, π.χ. αναστολείς και συμπυκνώματα. Λόγω της όξινης φύσης και των διαβρωτικών συστατικών του, το φυσικό αέριο δεν πρέπει ούτε να τροφοδοτηθεί στον αγωγό φυσικού αερίου ούτε και να καεί χωρίς την κατάλληλη προετοιμασία. Το αέριο θα πρέπει κατά προτίμηση να προετοιμάζεται επί τόπου στο κοίτασμα φυσικού αερίου για την αποφυγή μεταφοράς όξινου φυσικού αερίου σε μεγάλες αποστάσεις. Η ρύθμιση των παραμέτρων και η διαστασιολόγηση του συστήματος προετοιμασίας του αερίου εξαρτώνται από προδιαγραφές όπως : η σύνθεση του ακατέργαστου του αερίου, το μέγεθος της μονάδας προετοιμασίας και την η περαιτέρω χρήση του φυσικού αερίου. Μία τυπική σύνθεση ακατέργαστου αερίου παρουσιάζεται στον πίνακα παρακάτω: Συστατικό Κλάσμα (vol.) CH %. C2H6 / C4H8 / CeHic 3-10% N2 0,4-14% CO2 0,1-1% H2 S Μερκαπτάνες ποικίλλει σημαντικά ποικίλλει σημαντικά Πίνακας 2 : Τυπική σύνθεση ακατέργαστου ΦΑ

57 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου Βασικά, το σύστημα προετοιμασίας αερίου περιλαμβάνει τα ακόλουθα στάδια: ^ Μείωση της πίεσης ^ Διαχωρισμός των στερεών και συμπυκνωμάτων ^ Καθαρισμός ^ Αφυδάτωση ^ Συμπίεση φυσικού αερίου ^ Ανάκτηση του θείου ^ Η κλασματοποίηση 3.3 Προεπεξεργασία Η προεπεξεργασία συνδυάζει τα διαδικαστικά βήματα που απαιτούνται πριν από την προετοιμασία του αερίου για την αποφυγή ζημιών στις μεταγενέστερους μονάδες, που προκαλούνται από τα διαβρωτικά συστατικά των στερεών και υγρών συστατικών του φυσικού αερίου και την κυμαινόμενη ή υπερβολική πίεση Μονάδα αναστολής Για να αποφευχθούν οι αέριοι υδρίτες στα φρεάτια, ένας αναστολέας όπως ΜΕΑ (μονοαιθανολαμίνη) πρέπει να εγχέεται στο έδαφος του πηγαδιού. Στην κεφαλή φρεατίου, ο αναστολέας διαχωρίζεται και ανασυστάται Ο διαχωριστής Ένας διαχωριστής αφαιρεί τα στερεά συστατικά του αερίου, όπως άμμο, άλατα, δεξαμενής κατάλοιπα, ιλύ γεώτρησης και προϊόντα διάβρωσης που προκαλούνται από τη δεξαμενή καθώς και από τα υγρά συστατικά όπως ο αναστολέας (π.χ. ΜΕΑ) και τα συμπυκνώματα (νερό και ανώτεροι υδρογονάνθρακες) του ακατέργαστου φυσικού αέριου.

58 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Μείωση της πίεσης Μια μείωση της πίεσης μπορεί να είναι απαραίτητη για τη λειτουργία του συστήματος προετοιμασίας αερίου, ανάλογα με την πίεση της κεφαλής καθώς και την πίεση που απαιτείται για την τροφοδοσία. Μια μείωση πίεσης μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας μια κατάλληλη αξονική βαλβίδα ελέγχου. 3.4 Ο καθαρισμός Αφαιρούνται το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), το υδρόθειο (H2S) και οι μερκαπτάνες. Ο συνδυασμός διαδικασιών ή η διαδικασίας που είναι το περισσότερο κατάλληλη για την προετοιμασία φυσικό αέριο εξαρτάται από τη σύνθεση του ακατέργαστου αερίου και τις απαιτούμενες παραμέτρους του αερίου προϊόντος. Ένα τυπικό σύστημα για ένα συνδυασμό ενός καθαριστή αμίνης (CO2 και απομάκρυνση H2S), ενός μοριακού κόσκινου (αφαίρεση μερκαπτάνης και ξήρανση), το οποίο χρησιμοποιείται για την προετοιμασία του όξινου αερίου φαίνεται στο ακόλουθο σχήμα.. Διάγραμμα 2 : Προετοιμασία όξινου ΦΑ (*ΝΜΡ = n - μεθυλοπυρρολιδόνη)

59 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου Η έκπλυση αμίνης Η έκπλυση αμίνης είναι μια διαδικασία πλύσης, η οποία χρησιμοποιεί αμίνη ως παράγοντα καθαρισμού. Το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και υδρόθειο (H2S) μπορεί σχεδόν πλήρως να αφαιρεθούν χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνολογία. Η αρχή λειτουργίας ενός συστήματος έκπλυσης αμίνης απεικονίζεται στο ακόλουθο σχήμα. Η αμίνη ρέει σε ένα κλειστό κύκλωμα και συνεχώς αναγεννάται. Η φορτωμένη από CO2 και H2S αμίνη πρέπει να ανανεώνεται συνεχώς. Ως εκ τούτου, μία δεύτερη στήλη είναι απαραίτητη, όταν η αμίνη αναγεννάται με επαναβρασμό. Το όξινο αέριο εξάγεται προς τη διαδικασία Claus, όπου θα ανακτηθεί το στοιχειακό θείο. Με αυτή την τεχνολογία και με ΜΕΑ (μονοαιθανολαμίνη) ως μέσο καθαρισμού το CO2 μπορεί να απομακρυνθεί μέχρι σε συγκέντρωση μικρότερη από 50 ppm και το H2S έως λιγότερο από 3 ppm. Διάγραμμα 3 : Αρχή μεθόδου έκπλυσης αμίνης Άλλοι παράγοντες καθαρισμού, όπως MDEA (μεθυλοδιαιθανολαμίνη), amdea (ενεργοποιημένη MDEA), DEA (διαιθανολαμίνη) ή εναλλακτικές διαδικασίες όπως Purisol, Rectisol ή SELEXOL μπορούν να χρησιμοποιηθούν ανάλογα με την σύνθεση του φυσικού αερίου.

60 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Μέθοδος καθαρισμού με έκπλυση νερού Η διαδικασία καθαρισμού νερού είναι μια ανάλογη διαδικασία πλύσης προς την έκπλυση αμίνης. Η διαφορά είναι η χρήση του νερού αντί αμίνης ως παράγοντα καθαρισμού. Καθώς η ικανότητα του νερού είναι σημαντικά μικρότερη από της αμίνης, υπάρχει μεγαλύτερη απαίτηση ενέργειας για την αντλία κυκλοφορίας. Ως εκ τούτου, η διαδικασία καθαρισμού του νερού είναι κατάλληλη για χαμηλά φορτία αερίου Απορρόφηση διακυμάνσεων πίεσης (PSA) Ένα σύστημα PSA περιλαμβάνει βασικά μοριακά κόσκινα. Τα μοριακά κόσκινα συχνά αποτελούνται από ζεόλιθους, που έχουν ανοιχτές δομές μέσω των οποίων μικρά μόρια μπορούν να διαχέονται. Ανάλογα με το είδος των ζεολίθων, το CO2, οι μερκαπτάνες και η υγρασία μπορούν να αφαιρεθούν από το αέριο. Εάν ένα μοριακό κόσκινο που είναι πλήρως φορτωμένο πρέπει να αναγεννηθεί με έκπλυση με θερμό φυσικό αέριο. Καθώς ο τρόπος λειτουργίας ενός μοριακού κοσκινού είναι ασυνεχής, η συνεχής λειτουργία της μονάδας προετοιμασίας απαιτεί δύο ή περισσότερα μοριακά κόσκινα. Λόγω της ασυνεχούς λειτουργίας των μοριακών κόσκινων που αναγεννώνται σε τακτά χρονικά διαστήματα, το απαέριο αναγέννησης οδηγείται σε μια άλλη διαδικασία πλύσης όπου π.χ.η Ν-μεθυλο-πυρρολιδόνη (ΝΜΡ) χρησιμοποιείται ως διαλύτης. Η NMP απορροφά φυσικά το CO2, το H2S ή τις μερκαπτάνες και παρέχει καθαρό αέριο καύσιμο. Οι μερκαπτάνες και το H2S μπορούν να δρομολογηθούν σε διαδικασία Claus. 3.5 Αφυδάτωση Καθώς το ακατέργαστο αέριο είναι συνήθως κορεσμένο με υδρατμούς, όταν βγαίνει από τη δεξαμενή, και επίσης Καθώς ορισμένες διαδικασίες προετοιμασίας (π.χ. η διαδικασία καθαρισμού του νερού) αυξάνουν την υγρασία του αερίου κατά την διάρκεια της διαδικασίας, μία επακόλουθη ξήρανση και ρύθμιση του σημείου δρόσου του νερού του αερίου είναι αναγκαία για να μπορεί να τροφοδοτείται στο δίκτυο του φυσικού αερίου.

61 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου Οι λόγοι για αυτό είναι ότι το ελεύθερο νερό μπορεί να μετατραπεί με το φυσικό αέριο σε αέριους υδρίτες που θα δημιουργήσουν προβλήματα στους αγωγούς και τις μετέπειτα εγκαταστάσεις της μονάδας προετοιμασίας. Ο συνδυασμός του ελεύθερου νερού και H2S ή CO2 δημιουργεί οξύ, το οποίο προκαλεί διάβρωση σε εγκαταστάσεις και αγωγούς. Υπάρχουν αρκετές μέθοδοι αφυδάτωσης, ανάλογα με τις παραμέτρους του ακατέργαστου αερίου και τις ποιοτικές απαιτήσεις του παραγόμενου αερίου. Ένας τρόπος για την αφυδάτωση είναι με τη χρήση μοριακών κόσκινων, μια άλλη δυνατότητα είναι η διαδικασία γλυκόλης Μοριακό κόσκινο Μια τυπική μονάδα αφυδάτωσης με μοριακό κόσκινο αποτελείται από δύο πύργους προσρόφησης γεμάτους με στερεό ξηραντικό. Ένας από τους πύργους προσρόφησης χρησιμοποιείται για την αφυδάτωση του υγρού εισόδου του αερίου, ενώ ο παράλληλα εγκατεστημένο πύργος στοχεύει στην αναγέννηση του φορτωμένου (κορεσμένο με υδρατμούς) αποξηραντικού. Σε γενικές γραμμές, όλες οι υγρές και στερεές προσμίξεις απομακρύνονται από το ρεύμα τροφοδοσίας μιας μονάδας μοριακού κοσκινού με ένα διαχωριστή εισόδου ή καθαριστή (ανάντη). Καθώς το υγρό αέριο έρχεται σε επαφή με τη στερεά ξηραντική κλίνη, οι υδρατμοί απορροφώνται μέχρις ότου αποκατασταθεί η ισορροπία μεταξύ της περιεκτικότητας νερού στο αέριο ρεύμα και τα στερεά σωματίδια αποξηραντικού. Το αποξηραμένο φυσικό αέριο που εγκαταλείπει την κλίνη ρέει διαμέσου της βαλβίδας μεταγωγής στην έξοδο, και τελικά εγκαταλείπει τη μονάδα αφυδάτωσης μέσω του ξηρού συλλέκτη εξόδου αερίου. Ενώ μία κλίνη είναι στη διαδικασία ξήρανσης, η άλλη κλίνη πρέπει να αναγεννηθεί. Η αναγέννηση μπορεί να διεξάγεται με τη χρήση ξηρού αερίου προϊόντος ή υγρό εισόδου αερίου. Το αναγεννημένο αέριο πρέπει να θερμανθεί ανάντη τον πύργο αναγέννησης. Το θερμό αέριο αναγέννησης θερμαίνει τη κλίνη, απομακρύνει το νερό από τα σωματίδια αποξηραντικού, και μεταφέρει τους προκύπτοντες υδρατμούς έξω από την κλίνη.

62 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Το ρεύμα αναγέννησης ψύχεται και το περιεχόμενο ύδατος διαχωρίζεται στην από τον διαχωριστή αναγέννησης. Το Σήμα. δείχνει την αρχή λειτουργίας μιας μονάδας αφυδάτωσης δυο πύργων χρησιμοποιώντας θερμό φυσικό αέριο ως ρεύμα αναγέννησης. Διάγραμμα 4 : Αρχή λειτουργίας μονάδας αφυδάτωσης με μοριακό κόσκινο Αφυδάτωση TEG Η έκπλυση του υγρού αερίου με γλυκόλη (στις περισσότερες περιπτώσεις TEG - τριαιθυλενογλυκόλη) είναι μια από τις πιο εφαρμοσμένες τεχνολογίες αφυδάτωσης για το φυσικό αέριο. Το υγρό αέριο που ρέει διαμέσου της στήλης Σχ. ενώ η γλυκόλη σε κατ' αντιρροή απορροφά το νερό. Η φορτωμένη γλυκόλη αναγεννάται σε μια στήλη έκπλυσης που θερμαίνεται από ένα επαναβραστήρα. Η αναγεννημένη γλυκόλη ρέει σε κλειστό κύκλωμα προς τα πίσω στην στήλη γλυκόλης. (Klein, J.P., Verloop, J.,, 1975)

63 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου Διάγραμμα 5 : Αφυδάτωση TEG 3.6 Ανάκτηση υγρών ΦΑ (NGL) Εκτόνωση Joule-Thomson Μια εφικτή δυνατότητα για την απομάκρυνση συμπυκνωμένων υγρών από το φυσικό αέριο είναι με ψύξη, έτσι ώστε το συμπύκνωμα (νερό και υψηλότεροι υδρογονάνθρακες) να εξαχθεί και μπορεί να κλασματοποιηθεί. Χρηση του φαινόμενου Joule-Thomson σημαίνει ότι η θερμοκρασία του αερίου μειώνεται κατά τη διάρκεια της εκτόνωσης του αερίου π.χ. σε μια βαλβίδα εκτόνωσης («διαδικασία της αυτο-ψύξης»). Αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην κεφαλή φρεατίου, όπου η πίεση πρέπει να μειωθεί στις περισσότερες περιπτώσεις, ως προ-αφυδάτωση, ή μετά από το καθαρισμό του αερίου χρησιμοποιώντας μία βαλβίδα εκτόνωσης και έναν εναλλάκτη θερμότητας αερίου-αερίου. Αυτό μπορεί να απαιτήσει εκ νέου συμπίεση του αερίου πριν από την τροφοδοσία. Για την κάλυψη των απαιτήσεων των ατμών πίεσης και των προδιαγραφών σύνθεσης το συμπυκνωμένο υγρό πρέπει να να κλασματοποιηθεί.

64 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Μονάδα Ψύξης Η ψύξη είναι η πιο απλή και πιο άμεση διαδικασία για την ανάκτηση NGL. Η εξωτερική ψύξη παρέχεται από ένα κύκλο συμπίεσης ατμών (συνήθως χρησιμοποιώντας προπάνιο ως ψυκτικό μέσο). Ένας εναλλάκτης θερμότητας ψυχρού / θερμού αερίου παρέχει την πρώτη βαθμίδα ψύξης του αερίου εισόδου. Ο ψύκτης (ως επί το πλείστον μια μονάδα βραστήρα τύπου κελύφους-και-σωλήνα : shell-and-tube kettle-type) αποθηκεύει τα προϊόντα της τελικής ψύξης και της μερικής συμπύκνωσης των υγρών. Το ψυκτικό (συνήθως προπάνιο) που βράζει εντελώς, φεύγει από το ψύκτη ως κορεσμένο ατμός, και τροφοδοτείται σε ψυκτική εγκατάσταση. Η αιθυλενογλυκόλη συχνά εγχέεται στην είσοδο του εναλλάκτη αερίου / αερίου ή / και του ψύκτη για να αποτραπεί ο σχηματισμός υδρίτη. Το επιτεύξιμο σημείο δρόσου εξαρτάται από την θερμοκρασία ψύξης και την πίεση του αερίου. Αυτή η τεχνολογία μπορεί να μην απαιτεί επανασυμπίεση, ωστόσο, είναι Διάγραμμα 6 : Μονάδα Ψύξης NGL (αρχή λειτουργίας) απαραίτητη η παροχή εξωτερικής ενέργειας για την ψύξη. Για την κάλυψη απαιτήσεων πίεσης των ατμών και των προδιαγραφών σύνθεσης το συμπυκνωμένων υγρό πρέπει να κλασματοποιηθεί.

65 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου Συστήματα στροβιλοδιαστολέως Εάν το αέριο εκτονώνεται σε ένα στροβιλοδιαστολέα παράγει έργο κατά τη διάρκεια της εκτόνωσης. Αυτό προκαλεί μια μικρότερη μείωση της θερμοκρασίας από ότι με τη χρήση του φαινομένου Joule-Thomson. Το έργο της εκτόνωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αυξηθεί η πίεση του αερίου στο συμπιεστή πέδης για την αύξηση της ενεργειακής απόδοσης της διαδικασίας. Μετά την εκτόνωση ενδέχεται να χρειαστεί μια επανασυμπίεση μέχρι την ονομαστική τιμή πίεσης του αγωγού. Κύριος εξοπλισμός μιας μονάδας στροβιλοδιαστολέα είναι οι εναλλάκτες θερμότητας αερίου προς αέριο σε συνδυασμό με ένα ψύκτη και τους αντίστοιχους διαχωριστές. Ο πύργος απομεθανιώσεως σταθεροποιεί το ακατέργαστο υγρό προϊόν με τη μείωση της περιεκτικότητας σε μεθάνιο σε χαμηλό επίπεδο. Διάγραμμα 7: Σύστημα στροβιλοδιαστολέως (αρχή λειτουργίας) πηγή : Porner Group

66 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου 3.7 Κλασμάτωση Οι υδρογονάνθρακες που εκπίπτουν από το ακατέργαστο φυσικό αέριο κατά τη διάρκεια των διαδικασιών αφυδάτωσης και διαχωρισμού θα πρέπει να κλασματοποιηθούν και/ή να σταθεροποιηθούν ώστε να πληρούν τις προδιαγραφές των προϊόντων και να μετατραπούν με κατάλληλη επεξεργασία τα υγρά αυτά σε αξιοποιήσιμα προϊόντα για περαιτέρω εφαρμογές. Η διαδικασία κλασματοποίησης βασίζεται στα διαφορετικά σημεία βρασμού των υψηλότερων υδρογονανθράκων, έτσι ώστε να μπορούν να διαχωρίζονται σε μία ή περισσότερες στήλες απόσταξης όπου τα προϊόντα (π.χ. προπάνιο, βουτάνιο, κλπ.) να δύνανται να εξαχθούν. Η δομή μιας τέτοιας στήλης απόσταξης εξαρτάται από τη σύνθεση των υδρογονανθράκων στο ρεύμα υγρής τροφοδοσίας του φυσικού αερίου. 3.8 Συμπίεση φυσικού αερίου Μια εκ νέου συμπίεση του αερίου ενδέχεται να χρειαστεί, εάν η πίεση του αερίου είναι πολύ χαμηλή για την τροφοδότηση φυσικού αερίου στο δίκτυο του φυσικού αερίου ή για άλλες εφαρμογές. Ο τύπος του συμπιεστή και ο σχεδιασμός του εξαρτάται από την πίεση του αερίου κατάντη της μονάδας κλιματισμού και η πίεση που απαιτείται για την τροφοδοσία. 3.9 Προεπεξεργασία αερίου τροφοδοσίας (Gas conditioning pre-treatment) Η απόδοση των συσκευών ελέγχου σωματιδίων μπορεί συχνά να βελτιωθεί με προεπεξεργασία της ροής του αερίου. Για συσκευές ελέγχου, η προεπεξεργασία αποτελείται από δύο κατηγορίες: προσυλλογή και προετοιμασία καυσαερίων φυσικού αερίου. Συσκευές προσυλλογής απομακρύνουν τα μεγάλα σωματίδια από τη ροή του αερίου, μειώνοντας την φόρτωση της κύριας συσκευής ελέγχου. Οι τεχνικές προετοιμασίας του αερίου μεταβάλλουν τα χαρακτηριστικά των σωματιδίων και / ή της ροής του αερίου για να επιτραπεί στην κύρια διάταξη ελέγχου να λειτουργήσει πιο αποτελεσματικά. Και οι δύο τύποι προεπεξεργασίας μπορούν να οδηγήσουν σε αύξηση της αποτελεσματικότητας συλλογής και της διάρκειας ζωής, με παράλληλη μείωση των λειτουργικών δαπανών.

67 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου Συσκευές προσυλλογής Η συντριπτική πλειοψηφία των συσκευών προσυλλογής είναι μηχανικοί συλλέκτες. Οι μηχανικοί συλλέκτες είναι μια κατηγορία συσκευών που βασίζονται στη βαρύτητα και την αδράνεια για τη συλλογή σωματιδίων. Έχουν χρησιμοποιηθεί εκτενώς στη βιομηχανία λόγω των πολλών πλεονεκτημάτων που έχουν. Οι μηχανικοί συλλέκτες έχουν χαμηλό κόστος κεφαλαίου, ικανότητα να λειτουργούν σε σκληρά περιβάλλοντα, και χαμηλές απαιτήσεις συντήρησης, επειδή δεν έχουν κινούμενα μέρη. (Cooper & Alley., 1994) Υπάρχουν επίσης μειονεκτήματα τα οποία σχετίζονται με τους μηχανικούς συλλέκτες, όπως οι σχετικά χαμηλές αποδόσεις συλλογής για μικρά σωματίδια. Αυτό δεν εμποδίζει τη χρήση τους ως συσκευές πρωτογενούς συλλογής σε πολλές εφαρμογές, επειδή δεν αποτελεί μείζον πρόβλημα, όταν οι μηχανικές συλλέκτες χρησιμοποιούνται για προσυλλογή. Μερικοί μηχανικοί συλλέκτες μπορούν να επιτύχουν υψηλές αποδόσεις συλλογής, αλλά μόνο με το υψηλό λειτουργικό κόστος που συνδέεται με μεγάλες πτώσεις πίεσης. (Cooper & Alley., 1994) Οι πέντε βασικοί τύποι των μηχανικών συλλεκτών είναι οι θάλαμοι καθιζήσεως, οι εκπλυντές (elutriators), οι διαχωριστές ορμής, οι μηχανικά υποβοηθούμενοι συλλέκτες, και οι φυγοκεντρικοί διαχωριστές (κυκλώνες) ( Iozia, D.L. & Leith D., 1989) Οι θάλαμοι καθιζήσεως Οι πιο απλοί μηχανικοί συλλέκτες είναι οι θάλαμοι καθιζήσεως, που βασίζονται στην βαρυτική καθίζηση ως μηχανισμό συλλογής. Οι θάλαμοι καθιζήσεως αποτρέπουν την υπερβολική τριβή και τη υπερφόρτωση της σκόνης στις πρωτοβάθμιες συσκευές

68 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου συλλογής αφαιρώντας μεγάλα σωματίδια από τη ροή του αερίου. (Office of Air Quality Planning and Standards, 1982) Παρά τη χαμηλή αποδοτικότητα συλλογής, οι θάλαμοι καθιζήσεως εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται ευρέως. Είναι ιδιαίτερα χρήσιμοι για τις βιομηχανίες που χρειάζεται να ψυχθεί το αέριο ρεύμα πριν από την επεξεργασία σε ένα φίλτρο υφάσματος. Οι μεταποιητικές βιομηχανίες ορυκτών προϊόντων και μετάλλων έχουν πολλές χρήσεις για τους θαλάμους καθίζησης. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι θαλάμων καθίζησης: ο θάλαμος εκτόνωσης και ο θάλαμος πολλαπλών δίσκων. Στο θάλαμο εκτόνωσης, η ταχύτητα της ροής του αερίου μειώνεται σημαντικά καθώς το αέριο διαστέλλεται σε ένα μεγάλο θάλαμο. Η μείωση της ταχύτητας επιτρέπει στα μεγαλύτερα σωματίδια να καθιζάνουν από τη ροή. (Theodore & Buonicore., 1988) του αερίου Το σχήμα δείχνει ένα σχηματικό διάγραμμα ενός θαλάμου διαστολής, που αποτελείται από έναν απλό θάλαμο με χοάνες συλλογής Εκπλυντές Όπως οι θάλαμοι καθιζήσεως, οι εκπλυντές βασίζονται επίσης στην καθίζηση λόγω βαρύτητας για τη συλλογή σωματιδίων. Ένας εκπλυντής αποτελείται από έναν ή περισσότερους κατακόρυφους σωλήνες ή πύργους σε σειρά, όπου το ρεύμα του αερίου διέρχεται προς τα άνω διαμέσου των σωλήνων. Μεγαλύτερα σωματίδια των οποίων η τελική ταχύτητα καθίζησης είναι μεγαλύτερη από την προς τα άνω ταχύτητα του αερίου συλλέγονται στον πυθμένα του σωλήνα, ενώ τα μικρότερα σωματίδια απομακρύνονται από την κορυφή του σωλήνα. Ταξινόμηση μεγέθους των συλλεχθέντων σωματιδίων μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση μίας σειράς σωλήνων με αυξανόμενες διαμέτρους, όπως φαίνεται στο Σχήμα (Office of Air Quality Planning and Standards, 1982) (Theodore & Buonicore., 1988) Διαχωριστές ορμής Οι διαχωριστές ορμής χρησιμοποιούν τη βαρύτητα και την αδράνεια σε ξεχωριστά σωματίδια από το ρεύμα του αερίου. Ο διαχωρισμός επιτυγχάνεται εξαναγκάζοντας τη

69 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου ροή του αερίου να αλλάζει απότομα κατεύθυνση μέσα σε ένα θάλαμο καθίζησης μέσω της χρήσης στρατηγικά τοποθετημένων διαφραγμάτων. Τυπικά, το αέριο ρέει πρώτα προς τα κάτω και κατόπιν αναγκάζεται από τα διαφράγματα ξαφνικά να ρέει προς τα πάνω. Η αδρανειακή ορμή και η βαρύτητα ενεργούν στην προς τα κάτω κατεύθυνση επί των σωματιδίων, που αναγκάζει τα μεγαλύτερα σωματίδια να διασχίσουν εγκάρσια τις γραμμές ροής του αερίου και να συλλέγουν στον πυθμένα του θαλάμου. (Office of Air Quality Planning and Standards, 1982) (Theodore & Buonicore., 1988) Οι μηχανικά υποβοηθούμενοι διαχωριστές Οι μηχανικά υποβοηθούμενοι διαχωριστές βασίζονται στην αδράνεια ως μηχανισμό διαχωρισμού. Το αέριο ρεύμα επιταχύνεται μηχανικά, γεγονός που αυξάνει την αποτελεσματικότητα του διαχωρισμού ως προς την αδράνεια (δηλαδή διαχωρίζονται σωματίδια που στους διαχωριστές ορμής θα ήταν στην ίδια κατηγορία αδρανειακής μάζας). Ως εκ τούτου, οι μηχανικά υποβοηθούμενοι διαχωριστές μπορούν να συλλέγουν μικρότερα σωματίδια από ότι οι διαχωριστές ορμής. Δυστυχώς, έχουν επίσης υψηλότερο λειτουργικό κόστος, ως αποτέλεσμα των υψηλότερων πτώσεων πίεσης. Ένας κοινός τύπος μηχανικά υποβοηθούμενου συλλέκτη είναι ο τροποποιημένος ανεμιστήρας ακτινικού πτερυγίου, όπως φαίνεται στο σχήμα. Σε αυτή τη συσκευή, το αέριο ρεύμα εισέρχεται στο κέντρο του ανεμιστήρα, κάθετα προς την περιστροφή του πτερυγίου. Τα πτερύγια ωθούν τα σωματίδια εγκάρσια σε όλες τις γραμμές ροής του αερίου, όπου συγκεντρώνονται στο εσωτερικό τοίχωμα του περιβλήματος. Από εκεί, τα σωματίδια εκτρέπονται σε μια χοάνη συλλογής, ενώ το αέριο συνεχίζει την πορεία του εκτός του διαχωριστή. Οι μηχανικά υποβοηθούμενοι διαχωριστές υπόκεινται σε φθορά απόξεσης από μεγάλα σωματίδια και σε απόφραξη από σωματίδια τα οποία συσσωρεύονται επί των πτερυγίων. Κατά συνέπεια, οι συσκευές αυτές έχουν υψηλότερες απαιτήσεις συντήρησης σε σχέση με άλλους διαχωριστές. (Office of Air Quality Planning and Standards, 1982) (Perry & Green, 1984) (Theodore & Buonicore., 1988)

70 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου 3.10 Κύκλος Ψύξης Ο κύκλος VAP ή συμπίεσης αποτελείται μόνο από τέσσερα τμήματα: τον συμπιεστή, τον συμπυκνωτή, την βαλβίδα εκτόνωσης και τον εξατμιστή. Ένα απλό διάγραμμα (1) και το αντίστοιχο διάγραμμα πίεσηςενθαλπίας(2) δείχνονται στα σχήματα. Ο κύκλος έχει τέσσερα θερμοδυναμικά στάδια : Συμπυκνωτης Το ψυκτικό, εξατμίζεται σε χαμηλή πίεση (PI) στο στάδιο 4 ^ 1 με ανταλλαγή θερμότητας με τη ψυχρή Διάγραμμα 8 : Ο κύκλος VAP ή συμπίεσης πηγή (δηλαδή το σύστημα που πρόκειται να ψυχθεί). Όπως υποδεικνύεται στο διάγραμμα πίεσης-ενθαλπίας, ο ατμός μπορεί να υπερ-θερμαίνεται με σκοπό να εξασφαλισθεί ότι δεν θα υπάρχει υγρό που να τροφοδοτείται στο επόμενο στάδιο του συμπιεστή. Ο βαθμός υπερθέρμανσης, Tsup, είναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της θερμοκρασίας στην έξοδο του εξατμιστή και του σημείου ζέσεως του ψυκτικού μέσου σε δεδομένη πίεση. Ο ατμός συμπιέζεται σε υψηλότερη πίεση (Ph) στο στάδιο 1 ^2 και ψύχεται, συμπυκνώνεται και υποψύχεται με ανταλλαγή θερμότητας με την υπέρθερμη δεξαμενή (π.χ. του ατμοσφαιρικού αέρα ή το νερό ψύξεως) στο στάδιο 2^3.

71 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου 3.11 Διαδικασία ενός κύκλου για την ψύξη του ΦΑ Το υγροποιημένο φυσικό αέριο (LNG), είναι συμπυκνωμένο φυσικό αέριο σε ατμοσφαιρική πίεση και περίπου -162 C. To φυσικό αέριο σε αυτή την κατάσταση καταλαμβάνει μόνο 1/600 του αρχικού όγκου του αερίου και ως εκ τούτου διευκολύνει σημαντικά τη μεταφορά. Το LNG μπορεί να μεταφέρεται δια ξηράς ή θαλάσσης σε ένα τερματικό που συνδέεται σε μια υποδομή του αγωγού, όπου τα LNG εκ νέου αεριοποιείται και διανέμεται στους πελάτες. Η διαδικασία της ψύξης του φυσικού αερίου σε -162 C απαιτεί υψηλή κατανάλωση ενέργειας. Διάφορα σχέδια διαδικασίας έχουν αναπτυχθεί προκειμένου να βελτιστοποιηθεί η παραγωγή του ΥΦΑ LIMUM 1,2 (διαδικασία Linde πολλαπλών σταδίων μικτού ψυκτικού μέσου με εφαρμογή έλασματος-πτερυγίου εναλλάκτη θερμότητας) Το MR (το μικτό ψυκτικό) συμπιέζεται σε ένα δύο σταδίων φυγοκεντρικό συμπιεστή και συμπυκνώνεται μερικώς με νερό ψύξεως ή αέρα. Και οι δύο φάσεις του συμπιεσμένου MR τροφοδοτούνται από κοινού σε έναν εναλλάκτη θερμότητας ελάσματος-πτερυγίου συγκολλημένου αλουμινίου, πλήρως υγροποιούνται και υποψύχονται. Μετά από εκτόνωση σε μια βαλβίδα JT το MR εάν εξατμισθεί πλήρως υπό χαμηλή πίεση παρέχει ψύξη για την υγροποίηση του φυσικού αερίου και κλασμάτωση, αν απαιτείται. Η διαδικασία υγροποίησης βασίζεται στον ενιαίο ψυκτικό κύκλο μικτού μέσου Linde, η οποία περιέχει τα συστατικά: άζωτο, αιθυλένιο, προπάνιο, βουτάνιο, πεντάνιο και ένα τμήμα του πεπιεσμένου αερίου επιστροφής δεξαμενής

72 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου (ευρεσιτεχνία Linde). Η Linde έχει τυποποιήσει εκτέλεση του έργου του με την εφαρμογή των ακόλουθων μέτρων: Ασφάλεια σε προδιαγραφές παγκόσμιας κλίμακας ΥΦΑ: QRA, HAZOP Αποτελεσματική διαδικασία με χαμηλό επενδυτικό και λειτουργικό κόστος (ψυχροκιβωτίου / PFHE) Σπονδυλωτές μονάδες για o την προεπεξεργασία, o τη διαδικασία και o τα κύρια πλαίσια στήριξης του αγωγού Αντίληψη εργαλειοθήκης με πολλές επιλογές (MR-συμπιεστή και επιλογή προγράμματος οδήγησης, κλπ.) Δυναμική προσομοίωση της διαδικασίας του κύκλου MR Υψηλός βαθμός αυτοματοποίησης συμπεριλαμβανομένου τηλεχειρισμού Διαδικασίες δύο κύκλων για την ψύξη του ΦΑ Διαδικασία με μίγμα ψυκτικών και προκαταρκτική ψύξη (C3MR ή APCI) Το πρωταρχικό βήμα είναι η ψύξη με προπάνιο. Το φυσικό αέριο προ-ψύχεται σε περίπου -36 C με τον κύκλο προπανίου, πριν αυτό περάσει διαμέσου του κύριου κρυογονικού εναλλάκτη θερμότητας (MCHE), όπου υγροποιείται και υποψύχεται στους περίπου -157 C με το ψυκτικό κύκλο του μικτού ψυκτικού. Το φυσικό αέριο που τροφοδοτείται στη διαδικασία είναι συνήθως σε πίεση περίπου 40 bar, έτσι ώστε οι προδιαγραφές ψύξης του προϊόντος ΥΦΑ σε περίπου -162 C λαμβάνεται με ισενθαλπίκή εκτόνωση μέσω μιας βαλβίδας. Διάγραμμα 10: Διεργασία με μίγμα ψυκτικών και προκαταρκτική ψύξη (C3MR ή APCI). Ο κύκλος προπανίου (C3) εμφανίζεται με κόκκινο χρώμα, του μικτού ψυκτικού (MR) σε μπλε, και το φυσικό αέριο (NG) σε πράσινο. Καθώς το χαμηλής πίεσης ρεύμα ψυκτικού ρέει μέσω του κύριου

73 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου κρυογονικού εναλλάκτη θερμότητας (MCHE), αυτό εξατμίζεται και υπερθερμαίνεται από την ψύξη του φυσικού αερίου (και τα ρεύματα μικτού ψυκτικού μέσου). Το μικτό υπέρθερμο χαμηλής πίεσης ψυκτικό μέσο κατόπιν επανα-συμπιέζεται και ψύχεται από το νερό για να ολοκληρωθεί ο κύκλος. Το αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας είναι ένα υψηλής πίεσης ρεύμα φυσικού αερίου σε περίπου -157 C, του οποίου αφήνεται να πέσει η πίεση σε ατμοσφαιρική πίεση για να δώσει LNG σε 1 atm και -162 C. (Pillarella, Mark & Liu, Yu-Nan, 2007) Πρόψυξη ψυκτικού μέσου Ο κύκλος προπανίου χρησιμοποιείται επίσης για την πρόψυξη του μικτού ψυκτικού μέσου. Το προπάνιο συμπιέζεται σε αρκετά υψηλή πίεση, ώστε να συμπυκνωθεί με την ψύξη του νερού. Με άλλα λόγια, η πίεση πρέπει να είναι αρκετά υψηλή ώστε το προπάνιο να είναι σε υγρή φάση σε θερμοκρασία που επιτυγχάνεται με την ψύξη. Το ρεύμα υγρού προπανίου αφήνεται να χάσει σε πίεση και να εξατμιστεί με ανταλλαγή θερμότητας με το φυσικό αέριο και το μικτό ψυκτικό. Ένα παράδειγμα ενός προφίλ θερμοκρασίας για έναν εναλλάκτη θερμότητας με ζέον προπάνιο που παρέχει ψύξη σε φυσικό αέριο παρουσιάζεται στο διάγραμμα.

74 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Διάγραμμα 12 : Προφίλ θερμοκρασίας (θερμοκρασία ως προς ενεργειακή ροή) για την ψύξη του φυσικού αερίου με εξάτμιση προπανίου χωρίς υπερθέρμανση. Η πτώση πίεσης και η ανταλλαγή θερμότητας πραγματοποιείται σε τρία στάδια, όπου ο ατμός προπανίου στέλνεται πίσω στη συμπίεση μετά από κάθε στάδιο. Οι τελικοί εναλλάκτες θερμότητας στον κύκλο προπανίου πρέπει να υπερθερμάνουν το προπάνιο, προκειμένου να αποφευχθεί η τροφοδότηση του υγρού στο πρώτο συμπιεστή. Ένα προφίλ θερμοκρασίας για έναν εναλλάκτη θερμότητας προπανίου με 15.0 ^ βjtmside ω ^ I ' (Ο ^ -30,0 Ε ω I r - HeatFlow(MW) 12.0 M.C Διάγραμμα 13 : Προφίλ θερμοκρασίας (θερμοκρασία ως προς ενεργειακή ροή) για την ψύξη του φυσικού αερίου με εξάτμιση προπανίου με υπερθέρμανση.

75 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου υπερθέρμανση παρουσιάζεται στο διάγραμμα Διαδικασία με διπλό μίγμα ψυκτικών (ShellDMR) Οι εταιρείες Shell, ΑΡΟ και Axens-IFP έχουν άδεια εκμετάλλευσης αυτής της διαδικασίας. Αυτή η τεχνολογία είναι πολύ ευέλικτη και μπορεί να λειτουργήσει με την Διάγραμμα 14 : Διεργασία με διπλό μίγμα ψυκτικών (ShellDMR) εναλλάκτες πλάκέτας ή τύπου σπιράλ σε κατακόρυφους κύκλους ψύξης, που χρησιμοποιούν την πλήρη ισχύ του στροβίλου επιτρέποντας την εξισορρόπηση της διαδικασίας. Το σχήμα δείχνει το περίγραμμα της διαδικασίας DMR άδεια από τη Shell (Guerrero, 2006). Στην περίπτωση της τεχνολογίας-ifp Axens Liquefin του εναλλάκτη θερμότητας πρόψυξης και υγροποίησης έχουν ρυθμιστεί με τον ίδιο εξοπλισμό (ψυχρού κουτιού) μειώνοντας τις απαιτήσεις χώρου. Αυτή η τεχνολογία είναι εφαρμόσιμη σε εγκαταστάσεις μεγάλης χωρητικότητας στο εύρος 5 έως 8 ΜΤΡΑ. (Roberts & Agrawal, 2000)

76 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Διαδικασία παράλληλης μίξης ψυκτικού (PMR) Αυτή η τεχνολογία έχει αδειοδοτηθεί από την Shell, και χρησιμοποιεί τους κάθετους εναλλάκτες τύπου πηνίου για την υγροποίηση τρένων μεγάλης χωρητικότητας άνω των 5 ΜΤΡΑ, προσφέροντας μέγιστη χωρητικότητας τρένων έως 12 ΜΤΡΑ (Pek B, 2004). Αυτή η τεχνολογία εκμεταλλεύεται την πλήρη ισχύ του στροβίλου κατά το στάδιο της πρόψυξης και έχει μεγαλύτερη διαθεσιμότητα ως μονάδα υγροποίησης. Μπορεί να παραχθεί έως και 60% της χωρητικότητας του τρένου υγροποίησης εκτός λειτουργίας Διαδικασίες τριών κύκλων για την ψύξη του ΦΑ Διαδικασία καταρράκτη μικτού ψυκτικού μέσου (MFC) Η τεχνολογία αυτή συνδυάζει στη διαδικασία υγροποίησης δύο τύπων εναλλακτών: ελάσματος με πτερύγια για την πρόψυξη και την σπειροειδή κατακόρυφη υγροποίηση και υπόψυξη. Οι τρέχουσες έρευνες επισημαίνουν την επιτυχή εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας σε υπεράκτια περιβάλλοντα, για τις μονάδες μεγάλων δυνατοτήτων στο εύρος 5 έως 8 ΜΤΡΑ. Το σχήμα δείχνει το σχέδιο αυτής της τεχνολογίας (Guerrero, Ramiro A., 2006) Διαδικασία μικτού ψυκτικού μέσου προπανίου και αζώτου (ΑΡ-Χ) Αυτή η τεχνολογία έχει αδειοδοτηθεί από την APCI, και επιτρέπει την κατασκευή συρμών υγροποίησης μεγάλης χωρητικότητας 5 έως 8 ΜΤΡΑ, χωρίς την προσθήκη των

77 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου συμπιεστών παράλληλα. Μπορεί να κατασκευάζεται από μια μονάδα του τύπου C3-MR και DMR ως επιλογή για τη μελλοντική εκτόνωση Η διαδικασία Cascade ΥΦΑ της ConocoPhillips (ConocoPhillips Optimised Cascade LNG Process) H αρχική διαδικασία Cascade ΥΦΑ αναπτύχθηκε από την Phillips Petroleum Company στη δεκαετία του Το αντικείμενο αυτής της ανάπτυξης ήταν να επινοηθεί ένα κύκλος ψύξης που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στην υγροποίησης του φυσικού αερίου που θα επέτρεπε την εύκολη εκκίνηση και ομαλή λειτουργία για ένα ευρύ φάσμα όγκων τροφοδοσίας αερίου και συνθέσεων. H διαδικασία της ConocoPhillips έχει σχεδιαστεί γύρω από την βασική αξιόπιστη ιδέα "δύο-συρμών-σε-ένα" το οποίο είναι αποδεδειγμένα επιτυχημένο για περισσότερες από τέσσερις δεκαετίες της λειτουργίας αυτής της εγκατάστασης. Το φυσικό αέριο πρώτα κατεργάζεται για την απομάκρυνση προσμείξεων συμπεριλαμβανομένων του CO2, του νερού και του υδραργύρου πριν την είσοδο στο τμήμα υγροποίησης της μονάδας επεξεργασίας. Το κατεργασμένο αέριο στη συνέχεια ψύχεται σε περίπου -162 βαθμούς Κελσίου σε διαδοχικά ψυχρότερους εναλλάκτες θερμότητας που χρησιμοποιούν το προπάνιο, το αιθυλένιο και το μεθάνιο ως ψυκτικά υγρά. Το προϊόν που βγαίνει από τους εναλλάκτες του μεθανίου είναι ΥΦΑ έτοιμο για αποθήκευση. Το προϊόν ΥΦΑ στη συνέχεια αντλείται σε μονωμένα δοχεία αποθήκευσης πριν φορτωθεί σε ειδικά πλοία για να μεταφερθεί σε τερματικούς σταθμούς υποδοχής υγροποιημένου φυσικού αερίου σε όλο τον κόσμο. Χρησιμοποιώντας αυτά τα κριτήρια, όπως τις παραμέτρους σχεδιασμού, έχουν αναπτυχθεί προγράμματα υπολογιστών ώστε να υπολογιστούν οι συνολικές απαιτήσεις της διαδικασίας για ένα κύκλο σύστηματος χρησιμοποιώντας το προπάνιο, το αιθυλένιο και το μεθανιο ως ψυκτικά μέσα : Το προπάνιο επιλέχθηκε διότι είναι διαθέσιμο σε επαρκή ποσότητα σε όλο τον κόσμο.

78 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Το αιθυλένιο διότι συμπυκνώνει το μεθάνιο σε μια πίεση μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική του ψυκτικού μέσου και θα μπορούσε με τη σειρά του να συμπυκνωθεί από το προπάνιο. Το μεθάνιο διότι είναι διαθέσιμο στο ρεύμα τροφοδοδσίας του φυσικού αέριου. Με την εφαρμογή προγραμμάτων ηλεκτρονικών υπολογιστών, δημιουργήθηκαν πρότυπα για τη βελτιστοποίηση του κύκλου. Τα μοντέλα αυτά καθορίζουν τη βέλτιστη διαμόρφωση του τρένου υγροποίησης για τη μεγιστοποίηση των αποδόσεων παραγωγής ΥΦΑ. Διάγραμμα 16: Η βελτιστοποιημένη διαδικασία Cascade ΥΦΑ της ConocoPhillips (αρχή λειτουργίας)

79 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου Η βελτιστοποιημένη διαδικασία Cascade ΥΦΑ της ConocoPhillips (ConocoPhillips Optimised Cascade LNG Process) Κατά το τελευταίο τέταρτο του 20ου αιώνα, έγιναν πολλές βελτιώσεις στη Βελτιστοποιημένη διαδικασία Cascade ΥΦΑ Phillips. Μια αλλαγή που έχει ενσωματωθεί στη διαδικασία ΥΦΑ κατά τη διάρκεια των ετών είναι η τροποποίηση του κυκλώματος ψυκτικού μέσου του μεθανίου έτσι ώστε να είναι πλέον ένα ανοιχτό κύκλωμα ή ένα σύστημα τροφοδοσίας ανάφλεξης αντί για το πρωτότυπο κλειστό κύκλωμα. Το σημαντικότερο πλεονέκτημα αυτής της τροποποίησης είναι ότι καταργεί την ξεχωριστό συμπιεστή αερίου καυσίμου. Επίσης, οι αναθυμιάσεις αποθήκευσης και οι αναθυμιάσεις από τα δεξαμενόπλοια ανακτώνται και τροφοδοτούνται στο τρένο υγροποίησης κατά τη φόρτωση και υγροποιούνται εκ νέου αντί να κατευθύνονται απευθείας σε καύσιμα ή καύση, αυξάνοντας έτσι την παραγωγή ΥΦΑ. Αν το αέριο τροφοδοσίας έχει σημαντικές ποσότητες υδρογονανθράκων αλύσου άνω των 2 ανθράκων (C2+) θα συμπεριληφθεί ένα σύστημα απόσυρσης υγρών υδρογονανθράκων. Υπάρχουν ακόμα και άλλες τροποποιήσεις που μπορούν να να ενσωματωθούν στη βελτιστοποιημένη διαδικασία ΥΦΑ Cascade που θα αυξήσει την επιχειρησιακή αποτελεσματικότητα τους παραγωγής ΥΦΑ. Με τη διαδικασία Phillips Cascade ΥΦΑ πολύ μεγάλα τρένα ΥΦΑ μπορούν να κατασκευαστούν λόγω του τρόπου με τον οποίο μπορούν να ρυθμιστούν τα τρένα υγροποίησης χρησιμοποιώντας εναλλάκτες θερμότητας τύπου ελάσματος-πτερύγιου Ειδικά χαρακτηριστικά της διαδικασίας Cascade ΥΦΑ της ConocoPhillips Μεταξύ των ειδικών χαρακτηριστικών της διαδικασίας ΥΦΑ ConocoPhillips είναι: 1. Παραγωγική ευελιξία.: Καθώς η σύνθεση αερίου τροφοδοσίας μεταβάλλεται, τα σημεία απόσυρσης για τη βέλτιστη παραγωγή ΥΦΑ επίσης μεταβάλλονται. Η επεξεργασία πολλαπλών σταδίων

80 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου προσφέρεται για επιλογή αποσύρσεων για την ελαχιστοποίησε του κόστους των προϊόντων. 2. Η απομάκρυνση του αζώτου : Η απομάκρυνση του αζώτου από το αέριο τροφοδοσίας ελαχιστοποιεί τις απαιτήσεις ισχύος ανά εκατομμύριο BTU του προϊόντος και μειώνει τα θαλάσσια έξοδα μεταφοράς. Το άζωτο απομακρύνεται με ένα μοναδικό σύστημα απόρριψης. Επίσης, το καύσιμο τροφοδοτείται με τρόπο που να καταργεί την ανάγκη για ένα ξεχωριστό συμπιεστή αερίου καυσίμου. 3. Επανάκτηση αναθυμιάσεων: Οι αναθυμιάσεις της δεξαμενής αποθήκευσης επιστρέφονται στο σύστημα της ψύξης του μεθανίου για την ανάκτηση των ατμών και της ψύξης τους. Δεν απαιτείται κανενός είδους ειδικός εξοπλισμός, εκτός από ένα φυσητήρα Οι ατμοί από την ανάκτηση των αναθυμιάσεων και της ψύξης τους υποβάλλονται σε επεξεργασία μέσω του υφιστάμενου εξοπλισμού υγροποίησης. 4. Η ευελιξία των ρυθμών λειτουργίας: Η λειτουργία της μονάδας υγροποίησης είναι δυνατή σε ένα εύρος από σχεδόν μηδέν έως εκατό τοις εκατό της παραγωγικής ικανότητας. Η δυνατότητα ανακύκλωσης έχει σχεδιαστεί ειδικά για τους συμπιεστές ώστε να επιτραπεί λειτουργία εντελώς ανεξάρτητη από το πραγματικό φορτίο αερίου τροφοδοσίας. Οι εναλλάκτες θερμότητας λειτουργούν ομαλά σε όλα τα επίπεδα φορτίου. Αυτό επιτρέπει την ομαλή λειτουργία του συνόλου των εγκαταστάσεων κατά τη διάρκεια της εκκίνησης, της διακοπής λειτουργίας και κατά την διάρκεια των περιόδων μειωμένης απόδοσης. 5. Ελάχιστες απαιτήσειςχώρου :Συμπαγείς εναλλάκτες θερμότητας τύπου ελάσματος-πτερύγιου χρησιμοποιούνται εκτεταμένα στη διαδικασία αυτή. Η χρήση αυτού του τύπου εξοπλισμού επιτρέπει την κατασκευή μιας συμπαγούς, σπονδυλωτής μονάδας.

81 Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικου Αερίου 6. Ευκολία λειτουργίας: Η μέθοδος χρησιμοποιεί βασικά καθαρά ψυκτικά συστατικά σταθερού μοριακού βάρους. Το γεγονός αυτό απλοποιεί σε μεγάλο βαθμό τη λειτουργία των συστημάτων συμπίεσης Εικόνα 11: Εναλλάκτης θερμότητας ελάσματοςπτερύγιου 3.14 Διαδικασίες υγροποίησης αναγκών αιχμής Η Διαδικασία Υγροποίησης αναγκών αιχμής είναι ένας τρόπος για τοπικές εταιρείες ηλεκτρικής ενέργειας και φυσικού αερίου ή επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας να αποθηκεύουν φυσικό αέριο για τις περιόδους αιχμής της ζήτησης, όταν η τυπική δυνατότητα μεταφοράς του αγωγού τους είναι ένας περιοριστικός παράγοντας. Σε αυτές τις εγκαταστάσεις, το ΥΦΑ που παράγεται από τον υγροποιητή αποθηκεύεται σε μια μεγάλη δεξαμενή ΥΦΑ για χρήση σε αυτές τις περιόδους αιχμής. Οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας υγροποιούν το φυσικό αέριο, όταν αυτό είναι άφθονο και διαθέσιμο σε τιμές μη αιχμής. Τυπικά εγκαταστάσεις που έχουν ικανότητες υγροποίησης προορίζονται για να καλύψουν μια μεγάλη δεξαμενή υγροποιημένου φυσικού αερίου σε ημέρες. Οι εγκαταστάσεις αυτές έχουν συνήθως μία ή περισσότερες δεξαμενές ΥΦΑ για την παροχή συντελεστή βιοσυσσώρευσης BCF αποθηκευτικής δυναμικότητας από 1 έως 3. Εγκαταστάσεις για την εξάτμιση και την αποστολή του αποθηκευμένου αερίου κατά τη διάρκεια ημερών περιλαμβάνουν επίσης : Μελέτες σκοπιμότητας και αρχικές κατασκευαστικές μελέτες (FEED)