Veien til LNG. Gassens vei gjennom prosessanlegget

Transkript

1 Veien til LNG Gassens vei gjennom prosessanlegget for Hammerfest LNG Side 1 av 15 Statoil 2005

2 I RESERVOARET Når vi borer produksjonsbrønner ned i reservoarene i undergrunnen, er det som å stikke hull på en ballong. Gassen i Snøhvit-feltet står under hele 260 bars trykk tilsvarende en vannsøyle med en høyde på om lag 2,5 kilometer. Trykket i reservoaret fungerer som drivmekanisme for å transportere gassen til land. Underveis sørger høydeforskjeller, friksjon i rørsystemene og en strupeventil for at trykket tilpasses operasjonstrykket for prosessanlegget på land. Høydeforskjellen mellom reservoaret og havbunnen reduserer trykket til om lag 220 bar ved ventiltreet i bunnrammen på toppen av brønnen. Temperaturen på gassen reduseres også langs veien opp til havbunnen - fra om lag 90 grader celsius i reservoaret til grader i ventiltreet. Side 2 av 15 Statoil 2005

3 PÅ HAVBUNNEN Ventiltreet på toppen av hver brønn har flere avstengningsventiler mot reservoaret. I tillegg til brønnsikringsventilen nede i brønnen, fungerer ventiltreet som en barriere mot ukontrollerte utblåsninger fra brønnen. En strupeventil (choke) tilknyttet ventiltreet reduserer trykket fra hver enkelt brønn til et trykk som er tilpasset rørledningen mot land. Ved denne ventilen tilsettes også monoetylenglykol (MEG). MEG fungerer som en frostvæske og skal forhindre at det dannes hydrater en form for issørpe som kan skape plugger i røret - i brønnstrømmen videre. MEG sendes i et eget rør fra land til modulen for distribusjon av kontrollsignaler (control distribution unit CDU) ute på feltet. CDU-en er plassert i en egen bunnramme og fordeler MEG, elektrisk kraft, styringssignaler, hydraulikktrykk og kjemikalier videre til de enkelte ventiltrærne. Brønnstrømmene fra de tre brønnene i hver bunnramme sendes i strømningsrør til bunnrammen med koplingspunktet - samlemanifolden (pipeline end manifold PLEM) hvor strømmene samles før totalstrømmen sendes gjennom hovedrørledningen til land. Trykket er nå redusert til 130 bar og temperaturen til i overkant av 25 grader celsius. Side 3 av 15 Statoil 2005

4 ILANDFØRING Strømmen i hovedrørledningen til land består av tre faser: naturgass, kondensat og en vannfase som er en blanding av vann og monoetylenglykol (MEG). Temperaturen i strømmen faller til 4-5 grader celsius underveis gjennom den 143 kilometer lange hovedrørledningen. Nedkjølingen gjør at vanndamp i gassen kondenseres og legger seg som dråper på rørveggen. Disse dråpene strømmer ned i vannfasen i røret. Vann og hydrokarboner kan danne hydrater - issørpe som kan skape plugger i røret - når temperaturen kommer under 25 grader celsius. For å hindre slike plugger, tilsettes MEG som en slags frostvæske før brønnstrømmen sendes til land. En kombinasjon av friksjon mellom gassen og rørveggene i hovedrørledningen og høydeforskjellene langs rørbanen, har redusert trykket til om lag 70 bar når brønnstrømmen når land. Side 4 av 15 Statoil 2005

5 VÆSKEFANGEREN Brønnstrømmen fra feltet kan komme støtvis gjennom hovedrøret mot land fordi det dannes væskeplugger i strømmen underveis. Høydeforskjeller på rørbanen, strømningshastigheten og blandingsforholdet mellom de tre fasene naturgass, kondensat og blandingen vann/monoetylenglykol (MEG) er faktorer som påvirker disse støtene. Første behandlingspunkt for gassen i prosessanlegget på Melkøya er derfor den store væskefangeren som virker som en buffer mellom feltet og anlegget på land. Væskefangeren fanger opp væskepluggene og sikrer jevn strøm videre. I væskefangeren skjer også den første, grove separasjonen av de tre fasene. Disse tas ut på ulike høydenivåer og splittes i tre strømmer videre i prosessen. Side 5 av 15 Statoil 2005

6 MOTTAKSANLEGGET Når gassen ankommer væskefangeren, har den en temperatur på mellom minus fem og pluss fire grader celsius med et trykk på bar. For å hindre dannelse av hydrater faste kjemiske forbindelser mellom vann og hydrokarboner - varmes gassen opp underveis fra væskefangeren til gasseparatoren. Trykket stabiliseres til om lag 70 bar. I gasseparatoren fjernes rester av kondensat som sendes til kondensatseparatoren. Etter gasseparatoren tas noe av gassen ut til energiforsyning. LNG-anlegget er selvforsynt med energi. Gassen brukes til å produsere elektrisitet i fem gassturbiner. Eksosvarmen fra gassturbinene brukes til å varme opp varmemediet i anlegget. Sammenliknet med andre gassanlegg har Hammerfest-anlegget et lavt energiforbruk og dermed et lavt forbruk av gass til energiproduksjon. Dette skyldes en kombinasjon av en energieffektiv kjøleprosess og lave temperaturer på sjøvannet som brukes som kjølevann. Side 6 av 15 Statoil 2005

7 FORBEHANDLING Under prosessen med fjerning av CO 2 er den allerede fuktige gassen blitt enda våtere. Gassen må nå tørkes for å hindre at fuktigheten skal bli til is senere i prosessen. Denne tørkingen skjer i tre tørkekolonner. Gassen kan inneholde svært små konsentrasjoner av kvikksølv som kan skade metallet i utstyret videre i prosessen. Gassen sendes derfor gjennom en egen beholder som trekker ut (adsorberer) kvikksølvet. Side 7 av 15 Statoil 2005

8 FRAKSJONERING Salgsspesifikasjonen for flytende tørrgass (liquefied natural gas - LNG) sier hvor lite propan, butaner og andre tyngre hydrokarboner gassen kan inneholde og hvor mye energi som skal avgis når en bestemt mengde av gassen brennes. For å overholde spesifikasjonen, må deler av komponentene gassen består av fjernes. Fjerningen skjer ved at gassen først kjøles noe ned før den sendes inn i et fraksjoneringstårn. Bunnproduktet fra dette tårnet produktet som tas ut fra bunnen av tårnet - består hovedsakelig av propan, butaner og tyngre hydrokarboner, som sendes videre til fraksjoneringstårnene for flytende petroleumsgass (liquefied petroleum gases - LPG). Gassen som tas ut på toppen topproduktet - av fraksjoneringstårnet, for det meste metan og etan, sendes videre til nedkjøling til LNG. Side 8 av 15 Statoil 2005

9 FLYTENDE NATURGASS - LNG Den gassen som blir igjen når de tyngre hydrokarbonene er sendt til fraksjonering, går videre til kuldeboksen for å kjøles ned til flytende naturgass (liquefied natural gas LNG). Kuldeboksen inneholder varmevekslere og fungerer som et stort kjøleskap. Gassen sendes gjennom de tre store varmevekslerne for forkjøling, væskedanning og underkjøling som kjøler den ned til flytende form. Kuldeboksen inneholder også flere mindre varmevekslere. Forkjølingen skjer i platefinnevarmeveksleren, mens væskedanning og underkjøling skjer i spiralrørvarmevekslere. I væskedanneren og underkjøleren strømmer gassen oppover gjennom tynne aluminiumsrør. På utsiden av disse rørene regner det kjølemedium en blanding av nitrogen, metan, etan og propan. Kjølemediene benytter varme fra gassen og fordamper, mens gassen blir nedkjølt og kondenserer til væske. Tre separate kjølemedier drives i egne kretsløp gjennom varmevekslerne av tre svære kjølekompressorer én for hver av de tre delene av kjøleprosessen. I varmeveksleren for forkjøling reduseres temperaturen på gassen til minus 53 grader celsius før den strømmer videre til væskedanneren. Når gassen strømmer ut i røret på toppen av væskedanneren, er temperaturen redusert til minus 77 grader celsius og gassen er blitt flytende. I underkjøleren reduseres temperaturen til minus 155 grader celsius for å sikre at gassen forholder seg flytende selv om trykket senere blir redusert. Den siste nedkjølingen skjer ved intern varmeveksling, der flytende LNG benyttes som varmemedium i kolonnen for fjerning av nitrogen, samt i en ekspansjonsturbin som reduserer trykket og dermed også temperaturen på den flytende gassen. Gassen som strømmer gjennom kuldeboksen inneholder større mengder nitrogen enn det som inngår i salgsspesifikasjonen for LNG. Noe av nitrogenet må derfor fjernes i neste prosessutstyrsenhet; nitrogenfjerningskolonnen. Topproduktet fra nitrogenfjerningskolonnen består av nitrogen (N 2 ) og noe LNG. Dette sendes til et eget nitrogenfjerningssystem med to kolonner. Renset nitrogen slippes ut til atmosfæren, mens LNG sendes i retur til prosessen. LNG som kommer ut som bunnproduktet fra nitrogenfjerningskolonnen har en temperatur på om lag minus 163 grader celsius. Den sendes videre fra kuldeboksen til lagring på tank før den fraktes på spesialskip til gassbehandlingsterminaler i Sør-Europa og USA. Side 9 av 15 Statoil 2005

10 LNG er et transportformat som reduserer naturgassens volum med 600 prosent, slik at den kan fraktes på skip. Væsken omdannes til salgsgass ved at den varmes opp igjen ved gassbehandlingsterminalene. Bruksområder for LNG som salgsgass er elektrisitetsproduksjon, oppvarming og matlaging. Side 10 av 15 Statoil 2005

11 FLYTENDE PETROLEUMSGASS - LPG Bunnproduktene fra gassen som er behandlet i fraksjoneringstårnet for tyngre hydrokarboner, ledes inn i prosessanlegget for flytende petroleumsgass (liquefied petroleum gases - LPG). Dette anlegget består av flere fraksjoneringstårn. I det første tårnet produseres metan som topprodukt, mens bunnproduktet strømmer videre til neste tårn hvor det produseres etan. Bunnproduktet fra etantårnet splittes videre i neste tårn, hvor reint propan er topproduktet. En blanding av butaner og propan hovedkomponentene i LPG - tas ut som en sidestrøm fra propantårnet. Bunnproduktet er lett kondensat, som overføres til kondensatsystemet i LNG-anlegget. Noe produsert metan, etan og propan brukes i kjølekretsene som kjøler ned den delen av gassen som skal bli til flytende naturgass (liquefied natural gas - LNG), hovedproduktet fra Hammerfest LNG. Kjøleenergien som benyttes i fraksjoneringsprosessen kommer fra de samme kjølekretsene som brukes for å kjøle ned gassen i LNG-prosessen. Ferdig LPG holder en temperatur på om lag minus 34 grader celsius mens den lagres på tank for utskipning på spesialskip. LPG brukes til oppvarming og matlaging, som drivstoff til skip og kjøretøy og som råstoff i den petrokjemiske industrien. Side 11 av 15 Statoil 2005

12 KONDENSAT Fra væskefangeren sendes gass og kondensat videre hver for seg for ytterligere separasjon. Kondensatet varmes opp underveis til kondensatseparatoren for å skille ut det som måtte være igjen av gass. Monoetylenglykol (MEG) skilles ut i kondensatseparatoren og sendes til MEG-systemet for gjenvinning og resirkulering. De siste restene av MEG skilles ut i en egen MEG-fjerningskolonne. Det reine kondensatet sendes til en stabiliseringskolonne hvor de lette hydrokarbonene metan, etan, propan og butan skilles fra for å få stabilt kondensat. Disse komponentene sendes over til gassforbehandlingsprosessen for videre prosessering. Det stabiliserte kondensatet har en temperatur på om lag 17 grader celsius og blandes med kondensatet fra fraksjoneringsprosessen. Kondensatet holder lufttemperatur mens det lagres på tank for utskipning. Kondensat brukes som tilsetning i drivstoffproduksjon i raffinerier og som erstatning for flytende petroleumsgass (liquefied petroleum gases - LPG) i plastproduksjon i petrokjemiske anlegg. Kondensatholdig bensin har et lavere innhold av det kreftfremkallende stoffet benzen enn annen bensin. Side 12 av 15 Statoil 2005

13 MEG-GJENVINNING Væsken som skilles ut i bunnen av væskefangeren inneholder om lag 60 prosent monoetylenglykol (MEG) og 40 prosent vann. Væsken renses for faste partikler, salter og mesteparten av vannet. Renset MEG inneholder 10 prosent vann og sendes ut til feltet igjen via MEG-rørledningen. Vannet kjøres gjennom et biologisk vannrensesystem før det slippes ut i sjøen. Side 13 av 15 Statoil 2005

14 KARBONDIOKSID CO 2 Gassens neste behandlingstrinn skjer i CO 2 -absorberingskolonnen. Her strømmer gassen oppover mens en løsning som inneholder aminet amdea (metyldietanolamin) strømmer nedover. Karbondioksidet (CO 2 ) binder seg til aminet og skilles ut fra gassen. CO 2 fjernes for hindre at det fryser til tørris når gassen senere skal kjøles ned. Tørris ville ødelagt den videre LNG-prosessen. Trykket på blandingen av aminløsning og CO 2 reduseres før den varmes opp for å skille de to stoffene fra hverandre igjen i en separat kolonne. Aminløsningen går gjennom en renseprosess for å kunne benyttes til CO 2 -utskilling på ny. CO 2 tørkes for å fjerne det vannet som måtte være igjen, komprimeres og blir flytende. I væskeform sendes CO 2 ut til feltet via en egen CO 2 -rørledning for å reinjiseres og lagres i en egen formasjon på Snøhvit-feltet. Side 14 av 15 Statoil 2005

15 FARGEKODER Side 15 av 15 Statoil 2005