DNV支持二氧化碳运输船设计创新 | 航运界

建立一个全新的二氧化碳(CO2)捕获和储存(CCS)基础设施对我们实现净零排放至关重要。二氧化碳运输是整个价值链的重要组成部分,因此DNV正在调整相关规范以适应可能到来的液态二氧化碳运输船订购浪潮,并与行业伙伴合作,支持将新技术和解决方案推向市场。要想实现《巴黎协定》和《格拉斯哥协定》的目标,我们需要从2050年起每年从大气中消除60 – 70亿吨二氧化碳。虽然替代燃料和节能措施会帮助减排一定量的二氧化碳,但是巨量的二氧化碳一直在排放,二氧化碳也是钢铁和水泥等基础工业的副产品。

把二氧化碳放回原处,主要是在海底储层,是一种最优的环境解决方案。北欧目前在这方面处于领先地位,北极光合资公司正在开发从捕获到存储的基础设施。政府支持的Longship项目包括挪威东部的捕获设施,将是第一个利用该基础设施的端到端试点项目。DNV海事咨询业务发展主管Erik Mathias Sørhaug表示: “自上世纪90年代中期以来,作为提高石油采收率(EOR)过程的一部分实现油气开采的最大化,我们已经在挪威大陆架注入并储存了大约2.6亿吨二氧化碳,因此我们积累了丰富的经验。”

“我们需要快速部署和扩大从捕获、储存、运输到卸载和注入的整个价值链,以便CCS产生有意义的影响。其中很大一部分,至少在初期阶段,将需要通过船舶运输,这使得海上运输成为一个关键的整体组成部分。我们预计,随着对液态二氧化碳运输需求的增加,一个全新的船型领域将会发展起来。到2050年,可能需要数百艘二氧化碳运输船。”他补充道。

但不同的CCS应用和规模可能要求液态CO2以不同的压力水平运输,这就需要开发低、中、高压 罐解决方案。当下,北欧的商业二氧化碳运输使用的是少数几艘中等压力的小船。计划中的北极光船也将是中等压力(15bar,−28°C),并能够在必要时携带液化石油气(LPG)。该技术在运营上是众所周知的,但在罐的尺寸和材料方面有限制。

低压和高压两种解决方案都可能会增加货物运力,但这些新技术给船舶设计、建造和运营带来了新的风险和挑战,包括罐的大小和最佳布置、材料选择、 所捕获二氧化碳的状态、保压时间和再液化的需要、货物中杂质的腐蚀影响、安全考虑、可靠的监测系统,以及如何在成本和复杂性之间实现最佳平衡。

“要选择最有效的解决方案,采用整体方法起到决定作用。成本可行性归结为到最终埋藏点的距离、二氧化碳的运输量(每次装载和每年)以及卸载和注入的方法”。Sørhaug说道。在这方面,行业需要一个更清晰的图景来做出合理的商业决策。

从整个价值链的成本来看,高压(35 – 45bar)技术是一种中低压力解决方案的有趣替代方案,因为环境温度条件(0-10°C)需要更少的能源来将气体冷却到装载时低温水平,并在卸载点重新加热。货物围护系统的灵活性和可大型化使得建造高达8万立方米甚至更大的更大型的二氧化碳运输船成为可能。

KNCC是Knutsen集团和NYK集团的合资公司,是高压技术发展方面的先锋公司。DNV最近向其颁发了一项原则性批准证书(AiP),批准其新的PCO2储罐概念。该储罐概念原理采用了Knutsen公司专有的加压天然气(PNG)载体解决方案。该方案于15年前开发,用于运输压缩天然气(CNG)。

二氧化碳被储存在一捆捆垂直堆叠的小直径压力罐中,而不是大的圆柱形容器中。

小直径降低了管内压力变化的风险,避免了干冰的形成,并消除了部分或满载状态下液态二氧化碳的晃荡影响。KNCC认为,与低温策略相比,该概念将节省大量成本。

虽然低压和中压是在当前的法规体系框架内,但高压下运输二氧化碳的参数在一定程度上超出了当前的IGC规范,该规范是对37.8°C下蒸汽压高于2.8 bar压力的液化气体散装运输的强制性规定。DNV CO2运输船业务发展经理Johan Petter tuturen表示:“当我们开始考虑KNCC的船舶设计时,很快就发现该解决方案在技术上是可行的,但要确保它在现有法规框架下是允许的,还存在一些挑战。”

根据IGC规则,高压二氧化碳运输船在IGC规范下被视为气体运输船。船舶和设备的设计应尽可能符合IGC的描述性要求和经修订的DNV规范第5部分第7章,并使用“Tankers for CO2”船级符号。“我们认为KNCC维护系统采用了Knutsen的PNG储罐设计,在IGC环境下是一种新颖的构造。因此,它将需要根据新颖构造的围护系统的规定进行评估。” Johan Petter tuturen补充道。

DNV规范第5部分第8章中对CNG船的定义的圆筒形围护系统的要求将作为KNCC设计的基础,但需要进行必要的修改,以考虑到运输液体二氧化碳而不是天然气。“这表明,DNV长期在CNG等行业的规范可以被调整,以推动重要的新技术发展。下一步是通过更详细的技术研究和风险评估来优化船舶和围护系统的设计,这是入级过程的一部分。” Johan Petter tuturen表示。

KNCC首席执行官Anders Lepsøe赞扬了双方正在进行的密切合作:“CCS在帮助脱碳行业方面具有巨大的潜力,我们很自豪能够引领创新,扩大潜在的运输量。DNV规范提供的验证和DNV在二氧化碳运输方面的世界级专业知识对我们在这一新兴领域开展PCO2概念的下一步工作非常有价值。为实现全球环境目标做出贡献对我们和我们的所有者来说至关重要,我们的目标是成为CCS价值链中不可或缺的一部分。”

KNCC将于2022年秋季在挪威的一个新实验室开始环境液态二氧化碳测试,预计结果将于2023年下半年证明该技术的可行性。

DNV以其正在进行的项目和新规范的开发,为业界在二氧化碳运输成本和影响方面提供建议,是理想的合作伙伴。Stella Maris CCS项目计划使用3 – 4艘低压二氧化碳穿梭运输船,北海的一个专用浮动注入装置(FIU)将接收二氧化碳,将其加热到150 barg左右,然后将其连续注入到储存井。

低压力增加了货舱的最大直径,每个货舱可运输约6.300立方米的液态二氧化碳,使船舶的载货总容量达到50.000立方米。

DNV正在为项目所有者Altera Infrastructure和Hoegh LNG的概念提供专家意见,包括法规评估、环境影响研究、电力需求/动态定位分析和穿梭油轮设计、碳收集、存储和卸载单元和FIU的AiP。

Sørhaug表示:“在物流方面,我们通过能源系统业务部门与所有利益相关者合作,以确定在财务和运营上都有意义的解决方案。进一步的关键服务包括新的货物维护系统的技术鉴定、CO2 运输船投标过程中的指导和支持、船舶入级、专门储罐的设计支持、管道 和制冷系统,以及利用复杂的计算流体动力学模型对CO2 泄漏和扩散的后果分析等等。”

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