軒書琴

（青島石化高級(jí)技工學(xué)校，山東 青島266041）

乙烯是石油化學(xué)工業(yè)中最重要的基礎(chǔ)有機(jī)原料之一，目前約有80%的石油化工產(chǎn)品由乙烯作原料，因此乙烯的儲(chǔ)運(yùn)十分重要。液態(tài)乙烯低溫儲(chǔ)運(yùn)是指乙烯在接近沸點(diǎn)溫度和常壓條件下的儲(chǔ)存和運(yùn)輸。因溫度低，則比在常溫下儲(chǔ)存壓力低，儲(chǔ)存安全，且儲(chǔ)罐壁厚減薄，易于建造大容積的儲(chǔ)罐，適合遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，在大型乙烯儲(chǔ)運(yùn)裝置中得到廣泛運(yùn)用。

在以外購(gòu)乙烯作為原料去生產(chǎn)PVC 或者苯乙烯等產(chǎn)品時(shí)， 乙烯以低溫乙烯形式進(jìn)行儲(chǔ)運(yùn)， 溫度為-104 ℃。 儲(chǔ)罐裝置包括冷凍式低溫儲(chǔ)罐、卸船和裝船設(shè)施、卸車和裝車設(shè)施、乙烯再液化系統(tǒng)、乙烯氣化和過(guò)熱系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)和其它為裝置安全、穩(wěn)定操作而配備的設(shè)備以及裝置組成部分。 當(dāng)利用低溫乙烯時(shí)需要將液態(tài)乙烯氣化后送往下游用戶， 一般需要從-103 ℃加熱氣化到至少最低-26 ℃， 這樣會(huì)消耗大量的蒸汽，但同時(shí)也浪費(fèi)了大量的冷量。

本工藝技術(shù)描述了一種低溫乙烯氣化新工藝，該工藝在乙烯平衡氧氯化法制取聚氯乙烯工藝基礎(chǔ)上降低了成本，提高了能量的綜合利用率。利用循環(huán)水來(lái)代替蒸汽熱源來(lái)氣化-104 ℃低溫液相乙烯，在節(jié)省蒸汽的同時(shí)又降低了循環(huán)水的溫度， 取得了顯著的節(jié)能降耗效果。

1 傳統(tǒng)乙烯氣化工藝

來(lái)自低溫乙烯船的低溫液態(tài)乙烯經(jīng)卸船臂及外管輸送進(jìn)入乙烯低溫儲(chǔ)罐， 乙烯儲(chǔ)罐中的低溫乙烯經(jīng)乙烯輸送泵加壓，輸送到乙烯汽化器加熱氣化，加熱后經(jīng)管道送至下游用戶裝置。儲(chǔ)存期間，為了控制低溫乙烯貯罐的壓力和溫度， 需要將由于熱量傳入產(chǎn)生的乙烯蒸發(fā)氣（BOG）壓縮液化。氣相乙烯通過(guò)乙烯壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入壓縮機(jī)后乙烯冷卻器， 再進(jìn)入乙烯冷凝器由來(lái)自冷凍機(jī)的丙烯冷凝。 冷凝后的乙烯凝液經(jīng)節(jié)流閃蒸分離， 而液相乙烯經(jīng)過(guò)節(jié)流冷凝后再返回低溫乙烯貯罐， 傳統(tǒng)乙烯氣化工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 傳統(tǒng)乙烯氣化工藝流程示意圖

當(dāng)乙烯需要輸送至下游用戶時(shí)， 需要蒸汽熱源加熱使之氣化，裝置采用甲醇作為加熱的中間介質(zhì)，如果直接用蒸汽加熱-104 ℃低溫液相乙烯會(huì)造成冷凝水冷凝結(jié)冰。 先通過(guò)一個(gè)蒸汽甲醇換熱器通過(guò)蒸汽將甲醇加熱氣化，甲醇蒸氣進(jìn)入乙烯換熱器，將液相乙烯氣化后自身再冷凝成液體后至蒸汽甲醇換熱器，通過(guò)中間媒介甲醇來(lái)傳遞熱量。

乙烯儲(chǔ)罐T211 中液態(tài)乙烯溫度為-104 ℃，壓力控制在100~160 mbarg，用乙烯輸送泵P212 送入氣化裝置E451 和E452，通過(guò)低壓蒸汽與甲醇換熱，再利用甲醇液化給低溫乙烯加熱， 氣化后的乙烯氣體直接送往下游用戶裝置。

該工藝存在的問(wèn)題是消耗大量的蒸汽， 同時(shí)液態(tài)乙烯的大量冷量未能有效利用，造成能量的浪費(fèi)，為了降低能耗，提高效益，一種能夠充分利用乙烯冷能新工藝的開(kāi)發(fā)顯得非常必要。

2 乙烯氣化新工藝

為了充分利用乙烯系統(tǒng)的能量， 可以進(jìn)一步優(yōu)化流程， 將來(lái)自低溫乙烯貯罐向外輸送的液相乙烯在新增的乙烯氣化器系統(tǒng)中氣化后送往用戶， 以降低蒸汽消耗。 需要在生產(chǎn)裝置中尋找合適的熱源來(lái)代替蒸汽為乙烯氣化提供熱量， 在大的工業(yè)生產(chǎn)裝置中，循環(huán)水站的規(guī)模一般較大。采用循環(huán)水來(lái)氣化低溫液相乙烯是一個(gè)合適的選擇， 在確定采用循環(huán)水來(lái)氣化乙烯后， 下一步關(guān)鍵是中間傳熱媒介的選擇、換熱設(shè)備的選型及計(jì)算，根據(jù)液相乙烯和循環(huán)水的物理特性和溫度，經(jīng)過(guò)篩選，丙烯的沸點(diǎn)是-47.6 ℃，確定采用丙烯為中間換熱媒介， 過(guò)熱部分的能量仍由蒸汽提供，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)液相乙烯的氣化，乙烯氣化新工藝流程示意圖見(jiàn)圖2。

新工藝所涉及設(shè)備包括乙烯氣化器、 乙烯過(guò)熱器、丙烯再沸器、循環(huán)水加壓泵等。 丙烯再沸器采用釜式換熱器，其他采用列管式換熱器。

來(lái)自輸送泵的低溫乙烯進(jìn)入乙烯氣化器管程，經(jīng)過(guò)與殼程中的氣相丙烯換熱后， 再通過(guò)乙烯過(guò)熱器用蒸汽加熱后，送往下游工序。

丙烯再沸器殼程內(nèi)充裝液相丙烯， 管程中循環(huán)水作為熱源， 丙烯受熱氣化后的氣相丙烯上升至乙烯氣化器殼程，與管程內(nèi)的乙烯換熱后冷凝，形成氣液相循環(huán)轉(zhuǎn)換。

圖2 乙烯氣化新工藝流程示意圖

目前裝置已經(jīng)投入運(yùn)行，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，系統(tǒng)控制穩(wěn)定，節(jié)能效果較好。

3 運(yùn)行及節(jié)能效益

DCS 數(shù)據(jù)顯示，液相乙烯氣化負(fù)荷32 t/h 時(shí)，丙烯再沸器中丙烯溫度為16.47 ℃，丙烯壓力為0.8 MPa；乙烯出氣化器進(jìn)熱器的氣相乙烯溫度為3 ℃， 出過(guò)熱器的乙烯溫度為22 ℃； 此部分液相乙烯使750 m3/h循環(huán)水從21.38 ℃降低到了17.41 ℃，降低了循環(huán)水回水溫度的同時(shí)節(jié)約了蒸汽7 t/h，具有較好的節(jié)能效果。 按照51 萬(wàn)t/a 液相乙烯使用量計(jì)算，采用新工藝后，除能降低循環(huán)水溫度外，可減少蒸汽使用量約12 t/h，每年可節(jié)約蒸汽9.6 萬(wàn)t，蒸汽按110 元/t 成本計(jì)，則年可節(jié)省蒸汽費(fèi)用超過(guò)1 000 萬(wàn)元，顯示了較好的經(jīng)濟(jì)效果。

上述運(yùn)行指標(biāo)是基于循環(huán)水溫度21.38 ℃，在夏季由于循環(huán)水溫度能到30 ℃， 換熱效果會(huì)更好，節(jié)約蒸汽的量也會(huì)更多，效果更為明顯。

上述裝置占地面積較小， 利用了原裝置的框架結(jié)構(gòu)，投資強(qiáng)度不高，新增裝置總投資約800 萬(wàn)元，當(dāng)年可完成投資回報(bào)。由此可見(jiàn)，利用循環(huán)水的熱量來(lái)氣化低溫乙烯節(jié)約能耗具有較大優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

采用循環(huán)水氣化低溫乙烯新工藝技術(shù)，提高了能量的綜合利用率。利用循環(huán)水代替蒸汽作為熱源來(lái)氣化-104 ℃低溫液相乙烯，在大幅節(jié)省蒸汽消耗的同時(shí)降低了循環(huán)水的溫度， 有效利用了低溫乙烯的冷能，提高了能量的綜合利用率，節(jié)能效果極為顯著。