Veilig opslaan van LNG

Naar verwachting zou de totale capaciteit van lng export- en importterminals de komende tien jaar verdubbelen. Maar wat is er precies nodig om het veilig op te slaan?

Trefwoorden: #CO2, #LNG, #opslagtanks, #Vega, #waterstof

Lees verder

Magazine

Download het artikel in

ENGINEERINGNET.BE - In afwachting van waterstof zal gas een tussenoplossing moeten vormen om onze koolstofvoetafdruk naar beneden te helpen. Aardgas mag dan nog steeds fossiel van oorsprong zijn, het dient zich wel aan als een duurzamer alternatief, omdat er minder CO2 vrijkomt bij de verbranding. Om aardgas makkelijker te kunnen transporteren wordt er lng van gemaakt, oftewel liquid natural gas, vloeibaar aardgas dus. Maar lng kan naast een fossiele ook een synthetische of biogene oorsprong hebben.

Vorig jaar nam Fluxys in Zeebrugge zijn vijfde en grootste opslagtank in gebruik. Met een capaciteit van 180.000 m³ moet ze van Zeebrugge de draaischijf maken voor vloeibaar aardgas uit Rusland. Om de omvang van zo'n tank duidelijk te maken: ze kan een Airbus A380 herbergen. Het contract moet jaarlijks resulteren in tot 8 miljoen ton lng overslag. Het zegt iets over het stijgende verbruik van lng wereldwijd.

Tegen 2025 zou ook steeds vaker lng gebruikt worden als brandstof voor schepen. Waarom? Omdat er kan teruggevallen worden op technologie die zich reeds bewezen heeft en die niet om zware investeringen vraagt. En omdat lng tegelijkertijd wel tegemoet kan komen aan de (toekomstige) strengere eisen met betrekking tot de uitstoot van NOx, SOx en natuurlijk CO2. Ze kunnen tevens dienen voor de bevoorrading van bedrijven die geen verbinding kunnen maken met een aardgasnetwerk.

Minder volume, makkelijker transporteerbaar als vloeistof
Aardgas bestaat voornamelijk uit methaan. Om er lng van te maken, moet het tot cryogene temperaturen (circa -162 °C) worden afgekoeld. Dat gebeurt meestal in verschillende fases, ter plaatse bij de ontginningsvelden, om het vervolgens met schepen te transporteren naar lng terminals wereldwijd voor verdere opslag en distributie. Ter info, het lng in de terminal van Fluxys komt van Yamal in Siberië.

Aardgas wordt meestal ter plaatse vloeibaar gemaakt om het vervolgens met schepen te transporteren naar lng terminals wereldwijd voor verdere opslag en distributie. (Foto iStock)

Door het in vloeibare vorm te brengen zal het volume van lng bij normale atmosferische temperatuur en druk 600-maal kleiner zijn dan dat van aardgas. Dat maakt het transport een stuk flexibeler en goedkoper dan het alternatief: aardgas of cng (compressed natural gas) vanuit afgelegen ontginningsvelden door ellenlange pijpleidingen jagen. De kans is dus groot dat nog meer lng terminals en opslagtanks de industriële skyline zullen kleuren de komende jaren. Vanuit de terminals kunnen ze dan vertrekken naar een pijpleidingennetwerk of via kleinere opslagtanks verder over land en water gedistribueerd worden.

Hoe gebeurt de opslag van lng?
Om lng in vloeibare toestand te houden, moet de temperatuur van -162 °C, het atmosferische kookpunt van aardgas, gerespecteerd blijven. Door opslagtanks onder druk te brengen wordt een hogere temperatuur mogelijk. Hoe hoger de druk, hoe hoger de temperatuur. Het KB van 11 juli 2016 markeert de scheidingslijn om van een opslagtank onder druk te kunnen spreken. Van zodra de maximale druk de drempel van 0,5 barg overschrijdt is er sprake van een druktank. In functie van de opslagdruk en het gewenste volume blijven er nog verschillende tankopties open: cilindrisch (of kogelvormig), bolvormig of met vlakke bodem. Algemeen kan men stellen dat hoe hoger de benodigde druk, hoe kleiner het mogelijke volume. Cilindrische of kegelvormige opslagtanks lenen zich het beste voor hoge druk. Opslagtanks met vlakke bodem staan aan de andere kant van die curve.

Aandachtspunten bij de opbouw van lng opslagtanks
Opslagtanks voor lng zijn in de meeste gevallen dubbelwandig uitgevoerd. De temperaturen moeten immers ferm onder het vriespunt blijven. Isolatiemateriaal aan de buitenkant (schuim) kan soelaas bieden. Wat beter werkt is de ruimte tussen de binnen- en buitentank vacuüm trekken. De tussenruimte kan ook nog verder met isolatiemateriaal gevuld worden. Dergelijke opslagtanks worden ook wel membraantanks genoemd. Een membraan van bijvoorbeeld invar moet dan het isolatiemateriaal zoals perliet of multi layer insulation samenhouden.

Dit materiaal heeft niet alleen een isolerende werking, maar zal ook het plotseling insijpelen van warmte in de tank voorkomen, mocht het vacuüm verloren gaan. Door de toepassing van membraantechnologie kon het volume van lng opslagtanks de laatste jaren gevoelig in crescendo gaan. Het materiaal bij uitstek voor de uitvoering van het binnenste deel van de tank is rvs dat enerzijds bestand is tegen zeer lage temperaturen (minimaal tot -160 °C) en anderzijds voldoende taai en rekbaar is. Eigenschappen die verhinderen dat de tank bij impact zal scheuren. In plaats daarvan zal er een vervorming optreden (breukrek). Voor de buitentank is er keuze uit koolstofstaal of rvs.

Boil-off management
In vergelijking met conventionele brandstoffen, kent lng een zeer lage temperatuur. De dubbelwandige uitvoering en het isolatiemateriaal zullen echter niet 100% kunnen verhinderen dat er vanuit de omgeving warmte de tank binnen sluipt. Zelfs een minimale hoeveelheid, zal de vloeistof al laten verdampen tot wat boil-off gas genoemd wordt. Lng opslagtanks moeten daarom uitgerust worden met een systeem om boil-off gassen te beheren.

Zelfs een minimale hoeveelheid warmte, zal lng al laten verdampen tot wat boil-off gas genoemd wordt. Lng opslagtanks moeten daarom uitgerust worden met een systeem om boil-off gassen te beheren.

Boil-off gas neemt meer volume in dan vloeistof en moet uit de tank verdwijnen om ze onder de juiste druk te houden. Een opslagtank onder te veel druk kan namelijk aanleiding geven tot lekken. Bij de vorming van boil-off gas zullen het eerst de meer volatiele componenten zijn die verdampen (stikstof en methaan). Dat heeft een impact op de samenstelling en kwaliteit van lng. De afregeling van de drukontlastingskleppen heeft een invloed op de maximale vullingsgraad van de tank enerzijds en het boil-off management anderzijds.

Hoe lager de openingsdruk van de veiligheidskleppen, hoe moeilijker het boil-off gas beheer en hoe hoger de vullingsgraad. Boil-off gas kan ofwel weer vloeibaar gemaakt worden door het te koelen, gebruikt als brandstof (bijvoorbeeld tijdens het transport op schepen) of verbrand worden in een speciale vergassingsunit.


Door Valérie Couplez
Met dank aan het partnerbedrijf van dit FOCUS-artikel: Vega – www.vega.com