Measurement, characterization and simulation of VOC emissions from crude oil loading, transport and discharge from Persian Gulf by ship

Abstract

Lette hydrokarboner fordamper fra råolje når den lagres og frigjøres også under turbulent strømning når den lastes om bord oljetankere. Når disse flyktige organiske forbindelsene frigjøres, opptar de volumet mellom oljen og taket i oljetanken. Når råoljen blir lastet eller lagret, blir disse hydrokarbonene oftest sluppet rett ut i atmosfæren som et resultat av å redusere trykk i tankene. Denne typen utslipp skaper alvorlig lokal luftforurensning og har helseskadelige effekter. Samtidig går verdifulle hydrokarboner tapt fra oljen. Utslipp av flyktige organiske forbindelser vekker stadig mer oppmerksomhet ettersom klimaendringer er et hett tema rundt om i verden og mange land har signert forskrifter og protokoller for å redusere disse utslippene. Fortsatt er det mange store oljeproduserende land som ikke er en del av slike forskrifter. Dermed fører olje som er øremerket eksport fra disse landene til store utslipp av flyktige organiske forbindelser. Denne studien estimerer mengden slike utslipp som slipper ut i atmosfæren fra en veldig stor oljetanker under lasting og seilas fra Ras Tanura utenfor Saudi Arabia, og lossing i Quanzhou langs kysten av Kina. Oppgaven er en del av Wärtsilä Gas Solutions og NEDA Maritimes visjon om å prosessere disse utslippene fra en veldig stor oljetanker (VLCC) om til flytende drivstoff i Midtøsten regionen. En utslippsmodell ble utviklet og brukt for å estimere utslipp av flyktige organiske forbindelser ved å analysere målinger av gassprøver gjort med en gasskromatograf sammen med temperatur- og trykkdata fra skipets tanker. Resultatene viste at skipet slapp ut betydelige mengder hydrokarboner ut til atmosfæren under lasting. Skipet slapp imidlertid ikke ut slike utslipp under seilas eller lossing. For å validere måleresultatene ble utslippsprogrammet "VOCSim" implementert og brukt til å teste forskjellige hypoteser som ble utviklet underveis. Simuleringen ga andre resultater enn målingene, noe som videre blir diskutert i rapporten. Forslag til fremtidige måleprosjekter innen utslipp av flyktige organiske forbindelser ble gitt sammen med feilkilder. Denne oppgaven kan hjelpe redere og prosessanleggsdesignere med å skalere prosessanlegg som skal installeres om bord veldig store oljetankere og som opererer rundt om i verden, spesielt Midtøsten området.

Light hydrocarbons evaporate from crude oil when stored and is also released during turbulent flow and flashing in droplines during loading into crude oil carriers. As these volatile organic compounds (VOCs) are released, they occupy the spacing between the crude and roof of storage tank. When crude oil is loaded to the tanks or stored, these hydrocarbons are often vented out into the atmosphere. This type of emission creates severe local air pollution and has health damaging effects. At the same time, valuable hydrocarbons are lost from the crude oil. VOC emissions draws more attention as climate change is a hot topic around the world and many countries have signed regulations and protocols to reduce these emissions. Still, there are many large oil producing countries which are not part of such regulations and oil set for export from these countries lead to high VOC emissions. As part of Wärtsilä Gas Solutions' and NEDA Maritime's vision to liquefy VOC emissions from a very large crude carrier (VLCC) to fuel in the middle east region, this study estimates the amount of VOC emissions released from a VLCC during loading, sailing and discharging from Ras Tanura, outside the coast of Saudi Arabia, to Quanzhou in China. A model was developed and used to estimate VOC emissions by analysing measurements of samples done with a gas chromatograph together with ship tank data. Results showed that the VLCC emitted substantial amounts of hydrocarbons into the atmosphere during loading. However, the ship did not release any VOC emissions during sailing or discharging. To validate the measurement results, the VOC emission simulation program, VOCSim, was implemented and used to test different hypotheses. The simulation gave different results than the measurements and is further discussed in the report. Suggestions for future measurement projects was given together with sources of error. This work can help shipowners and process plant designers to scale VOC processing plants to be installed on crude oil carriers operating in the middle east region and beyond.