Boil-off gas managementtechniek: LNG-boil-off-conditionering door reliquefactie

Beschrijving

Conditionering van boil-off gas door reliquefactie kan door gebruik te maken van een (mobiele) micro-liquefactie-installatie met koelcyclus of door een warmtewisselaar die gevoed wordt met vloeibare stikstof (‘LIN^[69]-assist’).

De eerste variant wordt momenteel (2017) voor het eerst toegepast op het LNG-tankstation in Lokeren.

Van de warmtewisselaar met stikstof zijn er (momenteel) in Vlaanderen nog geen toepassingen.

Het kookpunt van stikstof bedraagt bij atmosferische druk ca. -196 °C. Het stikstof wordt gescheiden van het verdampte LNG en in een warmtewisselaar gebracht, waardoor het bij een bepaalde druk condenseert (bij een temperatuur van ca. -150 °C). Het stikstof gaat door de warmteoverdracht in gasvormige toestand over en wordt naar de atmosfeer afgeblazen.

Het vloeibare stikstof wordt opgeslagen in een opslagtank, die identiek opgebouwd is en eenzelfde isolatiewaarde heeft als de opslagtank voor LNG: dubbelwandig vacuüm geïsoleerd en gevuld met perliet. De opslagtank voor vloeibare stikstof wordt eveneens op eenzelfde manier gevuld als een LNG-tank. Ook de drukregeling is identiek aan deze van een LNG-tank. De stikstoftank wordt voorzien van alle noodzakelijke kleppen en beveiligingen. De operationele druk bedraagt om en bij de 6 bar.

Stikstof kan in gasvormige toestand en bij omgevingstemperatuur ook in de samenbouw aangewend worden als instrumentgas voor bv. de sturing van kleppen en als middel om installatieonderdelen te inertiseren. Het vloeibare stikstof kan in dit geval d.m.v. een kleine aparte verdamper in gasvormige toestand worden gebracht.

Het volume van de stikstofopslagtank varieert in functie van het gebruik van het stikstof voor als instrumentgas, en van het volume van de LNG-opslagtank.

Naast de voeding van een warmtewisselaar met vloeibaar stikstof (LIN) dat in vloeibare vorm wordt aangeleverd, zijn er technisch nog andere configuraties mogelijk om de LNG-dampen terug vloeibaar te maken. Deze komen in de praktijk echter weinig voor omwille van hun kostenplaatje.

• Periodieke liquefactie d.m.v. een mobiele liquefactie-installatie (opbouw op vrachtwagen).

• Ter plaatse het vloeibaar stikstof aanmaken en gebruiken als voeding voor de warmtewisselaar (i.p.v. in vloeibare vorm aanleveren).

• Liquefactie m.b.v. andere koelmiddelen en een koelcyclus realiseren. De verschillende mogelijke opties staan beschreven in hoofdstuk 3 Procesbeschrijving.

Toepasbaarheid

De maatregel is toepasbaar op elke vorm van samenbouw waarin een LNG-opslagtank is geïntegreerd, maar vooral op die vormen van samenbouw die een onregelmatige en/of onvoorspelbare afnamehoeveelheid en –frequentie van LNG hebben: een afleverinstallatie voor voer- en vaartuigen. Bij een laadstation en een opslaginstallatie voor bevoorrading van een industriële toepassing van LNG is de hoeveelheid over te slagen LNG beter in te schatten en is er minder kans op verliezen van LNG door overdruk.

Voordeel voor milieu/veiligheidsniveau

Deze maatregel is in eerste instantie een milieumaatregel en leidt tot het voorkomen van een directe emissie van methaanrijk gas. Gelet op het aardopwarmingsvermogen van methaan (25 keer zo sterk als koolstofdioxide) is elke vermeden emissie een voordeel voor het milieu.

De maatregel resulteert anderzijds wel in een emissie van stikstof, maar dit gas is onschadelijk voor het milieu^[70].

De hoeveelheid vermeden emissies hangt af van de opslagcapaciteit van de samenbouw in combinatie met de frequentie en volume van de afnames van LNG. Naarmate de LNG-opslagtank een grotere capaciteit heeft, worden er relatief gezien (per aanwezige kg LNG in de tank) minder boil-off gassen gevormd die na verloop van tijd tot een overdruk kunnen leiden. Een grotere koudemassa is immers beter bestand tegen warmte-insijpeling en wordt relatief gezien ook minder aan warmte-insijpeling blootgesteld. De opslagtankoppervlakte per kg LNG daalt namelijk naarmate het volume van de tank stijgt.

Er is geen extra direct elektriciteitsverbruik verbonden aan deze maatregel. Het vloeibare stikstof wordt vloeibaar geleverd en vloeit doorheen de leidingen door het drukverschil tussen verdampt (druk in de kopruimte van de tank) en vloeibaar stikstof. Indirect is er extra energieverbruik, wat het gevolg is van de productie en transport van het vloeibaar stikstof.

Hoewel het aanbrengen van een actieve koeling voor het re-liquefiëren van LNG-dampen in eerste instantie een milieumaatregel is, heeft deze maatregel terzelfdertijd ook een voordeel voor het veiligheidsniveau.

Terzelfdertijd moet opgemerkt worden dat ook vloeibaar stikstof een cryogene temperatuur heeft en deze bij blootstelling voor een persoon zonder aangepaste persoonlijke beschermingsmiddelen schadelijk is.

De emissie van afgeblazen (licht ontvlambaar) methaangas door overdruk wordt vermeden. Installatie van een dergelijk systeem zal geen risicoverhoging tot gevolg hebben, zo blijkt uit gevoeligheidsanalyses op QRA’s van tankstations die dit systeem geïnstalleerd hebben.

Financiële aspecten

De opslagtank voor stikstof is een standaardtank die doorgaans circa 25.000 euro kost bij een volume van ca. 6.000 liter. Aangezien dit standaard type opslagtank frequent ingezet wordt en er ook andere producten in opgeslagen kunnen worden, worden ze over lange periode (> 20 jaar) afgeschreven. De opslagtank blijft doorgaans eigendom van de (vloeibaar) gas leverende firma. De huurprijs die de exploitant maandelijks betaalt, bedraagt in het geval van “tankleasing” enkele honderden euro. De overige onderdelen (sensoren, warmtewisselaar, leidingen, …) van de stikstofmodule kosten om en bij de 30.000 euro indien ze buiten de LNG-opslagtank worden geïnstalleerd. De installatie kan volgens recente ontwikkelingen ook in de LNG-tank worden ingewerkt. Dit heeft een meerkost van 15.000 euro, maar maakt het mogelijk om de vloeistof- en dampfase in de LNG-opslagtank onafhankelijk van elkaar te conditioneren. De gehele opslaginstallatie wordt daardoor een stuk compacter en flexibeler.

Naast de investeringskost (capital expenditure, CAPEX) is er een operationele kost (OPEX) ten gevolge van verbruik van vloeibaar stikstof^[71]. Dit verbruik hangt af van de warmte-insijpeling en het gebruik^[72] van het station. Het verbruik ligt ongeveer op 0,1 kg vloeibaar stikstof per kg opgeslagen LNG.

De kostprijs per kg LNG om LNG(-damp) terug vloeibaar te maken m.b.v. stikstof kan worden gedrukt indien de benodigde stikstofinstallatie ook aangewend wordt om stikstof als instrumentgas en gas voor inertisering te gebruiken. De kosten die verbonden zijn aan een apart systeem voor gebruik van een ander instrumentgas worden op die manier immers voorkomen.

De kostprijs van het stroomverbruik zakt indien het ’s nachts gebeurt en bijgevolg is het dan kostenefficiënter om te koelen.

De financiële kost van de maatregel wordt geplaatst tegenover de vermeden kosten door productverlies (afgeblazen methaanrijk gas door overdruk) en het behoud van de kwaliteit van het LNG. Indien de boil-off gassen opnieuw vloeibaar worden gemaakt en niet worden afgeblazen of verwijderd, zal het methaangetal immers behouden blijven. Sommige vrachtwagens vereisen een methaangetal van minimum 90.