液態(tài)乙烯冷量綜合利用的技術(shù)改造

呂慶霖

（滕州中盛化工有限公司，山東滕州 277500）

液態(tài)乙烯冷量綜合利用的技術(shù)改造

呂慶霖

（滕州中盛化工有限公司，山東滕州 277500）

提出了液態(tài)乙烯冷量綜合利用改造的設(shè)計(jì)方案，介紹了裝置的工藝流程和主要設(shè)備；分析了技術(shù)改造的成果。實(shí)踐表明：液態(tài)乙烯冷量綜合利用裝置每小時(shí)節(jié)約用電190kW·h、蒸汽1t、循環(huán)水350m3/h。裝置年利潤(rùn)380萬元，節(jié)能效果明顯。

液態(tài)乙烯；綜合利用；節(jié)能；技術(shù)改造

滕州中盛化工有限公司基地位于魯南高科技化工園區(qū)內(nèi)，規(guī)劃建設(shè)面積兩平方公里。一期工程規(guī)劃的環(huán)氧乙烷項(xiàng)目已建成投產(chǎn)，與之配套的10萬t/a乙烯倉儲(chǔ)項(xiàng)目于2012年投產(chǎn)，在整個(gè)項(xiàng)目投產(chǎn)后對(duì)液態(tài)乙烯的汽化過程中的冷量進(jìn)行了綜合改造利用，即以乙二醇作為冷媒，獲取-103.9℃液態(tài)乙烯汽化時(shí)釋放的冷量，傳遞給其他需要冷量化工裝置使用，從而降低了乙烯倉儲(chǔ)單元液態(tài)乙烯汽化所需蒸汽量，大大減少化工裝置了制冷所需能耗。經(jīng)過2a來的運(yùn)行，收到較好的效果，年節(jié)約達(dá)380萬元，技改投入少、成效顯著。

1 技改前冷量供需情況

1.1 乙烯倉儲(chǔ)單元冷量情況

環(huán)氧乙烷裝置設(shè)計(jì)為6萬t/a，按100%負(fù)荷每小時(shí)7.5t產(chǎn)量計(jì)，乙烯倉儲(chǔ)單元正常供給乙烯為6.25t。這部分乙烯從液態(tài)乙烯（-104℃）汽化至約50℃供環(huán)氧乙烷裝置使用（暫為40℃）。期間產(chǎn)生的冷量除自身使用外，其余汽化所需的熱量全部靠蒸汽加熱來進(jìn)行調(diào)整。

1.2 環(huán)氧乙烷裝置冷量需求情況

技改前環(huán)氧乙烷裝置所需要冷量來源于氟利昂冰機(jī)機(jī)組的制冷。環(huán)氧乙烷裝置冷量主要使用部位及狀態(tài)：環(huán)氧乙烷單元熱態(tài)產(chǎn)品由約40℃冷卻至-5℃以下；去外界其他單元環(huán)氧乙烷輸送及循環(huán)其冷量的損耗.根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行測(cè)試：環(huán)氧乙烷產(chǎn)品冷卻器冷媒為50%乙二醇水溶液。最大熱負(fù)荷250kW·h，正常時(shí)228kW·h；環(huán)氧乙烷儲(chǔ)存冷卻器冷媒為50%乙二醇水溶液，最大熱負(fù)荷140kW·h，正常時(shí)128kW·h。

2 冷量供需概算

1）按環(huán)氧乙烷100%負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)每小時(shí)供給乙烯6.25t計(jì)，乙烯倉儲(chǔ)單元液態(tài)乙烯可以提供的冷量為：

折算為138.734 2×104kJ。

其中：C——2.775kJ/kg·K

M——6 250kg

△T——80℃，其中設(shè)計(jì)進(jìn)丙烷換熱器的溫度為-95℃，出丙烷換熱器的溫度-15℃。

2）環(huán)氧乙烷熱態(tài)產(chǎn)品使用冰機(jī)降溫的實(shí)際運(yùn)行情況

①冬季運(yùn)行需要的冷量：（2012年11月22日數(shù)據(jù)）

折算為105.001 6×104kJ。

其中：C——3.351kJ/（kg·K）M=ρ*V——104 945kg

V——983/h

ρ——1 070.87kg/m3

△T——3℃，其中進(jìn)冰機(jī)換熱器的溫度為-9.7℃，出小冰機(jī)換熱器的溫度-12.7℃。

②夏季運(yùn)行需要的冷量：（2012年9月16日數(shù)據(jù)）

折算為171.38×104kJ

其中：C——3.35 kJ/（kg·K）

M=ρ*V——107 087kg

V——1003/h

ρ——1 070.87kg/m3

△T——-4.8℃，其中進(jìn)小冰機(jī)換熱器的溫度為-9.7℃，出小冰機(jī)換熱器的溫度-14.5℃。

3 冷量綜合利用與平衡的技改方案

圖1 冷量綜合利用技改流程簡(jiǎn)圖

3.1 技改方案的流程描述

采取冰機(jī)和乙烯倉儲(chǔ)單元換熱器串聯(lián)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式。即：乙二醇冷凍液經(jīng)循環(huán)泵加壓先進(jìn)入小冰機(jī)初步降溫然后再經(jīng)過乙烯倉儲(chǔ)裝置丙烷換熱器進(jìn)行冷量交換進(jìn)一步降溫，降溫至-12℃冷凍乙二醇溶液給環(huán)氧乙烷裝置降溫后返回乙二醇溶液儲(chǔ)槽。

從簡(jiǎn)易流程圖可以看出，根據(jù)環(huán)氧乙烷裝置冷量生產(chǎn)負(fù)荷，小冰機(jī)和乙烯倉儲(chǔ)單元換熱器既可以串聯(lián)使用也可以單獨(dú)隔離使用。具體情況分析如下：

（1）當(dāng)在夏季生產(chǎn)或者環(huán)氧乙烷裝置負(fù)荷所需冷量超過小冰機(jī)制冷量時(shí)，采取小冰機(jī)和乙烯倉儲(chǔ)單元換熱器串聯(lián)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式。乙二醇冷凍液經(jīng)循環(huán)泵加壓先進(jìn)入小冰機(jī)初步降溫然后再經(jīng)過乙烯倉儲(chǔ)單元丙烷換熱器進(jìn)一步降溫（優(yōu)先調(diào)節(jié)使用乙烯倉儲(chǔ)單元提供的最大冷量），冷凍乙二醇給環(huán)氧乙烷裝置降溫后返回乙二醇儲(chǔ)槽。

（2）當(dāng)環(huán)氧乙烷裝置負(fù)荷所需冷量低于乙烯倉儲(chǔ)單元提供的冷量時(shí)可以停運(yùn)小冰機(jī)，環(huán)氧乙烷裝置所需的冷量全部依靠乙烯倉儲(chǔ)單元提供，小冰機(jī)作為備用，可以大大降低電耗。

3.2 技改平衡方案的概算

在對(duì)環(huán)氧乙烷裝置運(yùn)行過程中所需的乙烯的壓力及飽和分壓進(jìn)行了整體方案制作前的概算，具體是以乙烯供應(yīng)的參數(shù)及冷量交換時(shí)部分溫差進(jìn)行的。

3.2.1 乙烯倉儲(chǔ)單元自身冷量的需求量計(jì)算

乙烯倉儲(chǔ)單元一臺(tái)乙烯壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將乙烯儲(chǔ)罐的氣態(tài)乙烯壓縮冷凝為液態(tài)乙烯，液態(tài)乙烯回流至乙烯罐，期間加壓由氣態(tài)冷凝為液態(tài)的冷量是由液態(tài)乙烯的提供。

乙烯壓縮機(jī)設(shè)計(jì)為：流量400m3/h；出口壓力1.7MPa；溫度40℃（此溫度為經(jīng)循環(huán)冷卻水后的氣體溫度）由此進(jìn)行冷量概算如下：

（1）在1.6 MPa（G）下氣態(tài)乙烯（40℃）冷凝成液態(tài)乙烯（-90℃）需要的冷量為Q耗可由圖2進(jìn)行衡算：

圖2 過程熱量衡算圖

（2）在1.6 MPa（G）下氣態(tài)乙烯（40℃）冷卻到飽和溫度（-35℃）所需要的冷量：

折算為5.9774×104kJ。

其中：C——1.589kJ/（kg·K）

M=ρ*V——500kg

V——400 m3/h

ρ——1.25kg/m3

△T——75℃，其中氣態(tài)乙烯進(jìn)預(yù)冷器的溫度為40℃，達(dá)到飽和溫度-35℃。

（3）在1.6 MPa（G）、飽和溫度下氣態(tài)乙烯液化需要冷量即液態(tài)乙烯的汽化潛熱：

折算為17.054 4×104kJ。M——500 kg

Q潛——340.82 kJ/kg

（4）液態(tài)乙烯由-35℃冷卻到-90℃所需要的冷量：

折算為7.106×104kJ。

其中：C——2.588kJ/kg·K

M——500kg

△T——55℃

此過程消耗的冷量為：Q耗=Q1+Q2+Q3=301 167.5 kJ折算為7.20萬大卡，也就是說自身滿足冷凝所需要的冷量。

3.2.2 乙烯提供冷量計(jì)算

按每小時(shí)供給乙烯6.25t計(jì)量（環(huán)氧乙烷生產(chǎn)負(fù)荷為100%時(shí)），液態(tài)乙烯可以提供的冷量為：

折算為138.734 2×104kJ。

其中：C——2.775kJ/（kg·K）

M——6 250kg

△T——80℃，其中進(jìn)丙烷換熱器的溫度為-95℃，出丙烷換熱器的溫度-15℃。

3.2.3 富余的冷量

富余冷量Q余=Q乙烯-Q=1 387 500-301 167.5=1 086 332.5kJ，折算為108.638 2×104kJ。

通過方案冷量概算可知，乙烯倉儲(chǔ)單元?dú)鈶B(tài)乙烯壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，乙烯倉儲(chǔ)單元內(nèi)部消耗冷量除冷凝乙烯回收至大罐外，還能提供的冷量供化工裝置使用，而且在冬季、春季前期及秋季后期可以滿足環(huán)氧乙烷冷量使用，此種狀態(tài)可以停運(yùn)小冰機(jī)；環(huán)氧乙烷裝置夏季生產(chǎn)時(shí)，冷量是不能滿足生產(chǎn)需要的，還行低負(fù)荷運(yùn)行補(bǔ)充部分冷量。

4 技改成果評(píng)價(jià)

技改實(shí)施后，針對(duì)漏冷嚴(yán)重的情況，加強(qiáng)的保冷的防護(hù)。實(shí)際運(yùn)行中，夏季天氣溫度連續(xù)在36℃以上，并且環(huán)氧乙烷負(fù)荷維持在110%以上運(yùn)行時(shí)，在滿足乙烯倉儲(chǔ)自身冷量使用外，所需冷量由乙烯汽化提供的冷量完全滿足生產(chǎn)所需，而且環(huán)氧乙烷裝置配套的冰機(jī)完全停運(yùn)。

冰機(jī)停運(yùn)，環(huán)氧乙烷所需的冷量全部依靠乙烯倉儲(chǔ)單元提供，小冰機(jī)作為備用，如此可以大大降低電耗。小冰機(jī)機(jī)組的電耗為190kW·h；乙烯倉儲(chǔ)裝置每小時(shí)少用蒸汽約1t；循環(huán)水每小時(shí)節(jié)約350m3/h；三項(xiàng)年累計(jì)達(dá)380余萬元，節(jié)能效果明顯。

5 技改的優(yōu)化

在穩(wěn)定長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，計(jì)劃在乙烯倉儲(chǔ)單元投資一臺(tái)回收能力較小的乙烯壓縮機(jī)，使之連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，氣態(tài)乙烯經(jīng)壓縮機(jī)加壓經(jīng)循環(huán)水冷卻后直接送至環(huán)氧乙烷裝置。

乙烯壓縮機(jī)可以初步設(shè)計(jì)為：流量400m3/h；出口壓力2.8MPa；溫度40℃（此溫度為經(jīng)循環(huán)冷卻水后的氣體溫度，為可調(diào)溫度）見圖3。

圖3 方案二簡(jiǎn)易流程圖

此方案中冷量的核算如下：

（1）按每小時(shí)供給乙烯6.25t計(jì)量（環(huán)氧乙烷的產(chǎn)量在100%生產(chǎn)時(shí)），液態(tài)乙烯可以提供的冷量為：

折算為138.734 2×104kJ。

其中：C——2.775kJ/（kg·K）

M——6250kg

△T——80℃，其中進(jìn)丙烷換熱器的溫度為-95℃，出丙烷換熱器的溫度-15℃。

（2）Q余=Q乙烯=1 387 500kJ 折算為138.734 2×104kJ。

優(yōu)化改造后，電耗相對(duì)冰機(jī)間歇開啟將有所下降，同時(shí)陸續(xù)運(yùn)行后回收的氣體乙烯將不再消耗液態(tài)乙烯的冷量冷凝后回大罐，內(nèi)部不消耗冷量，乙烯倉儲(chǔ)單元液態(tài)乙烯所有冷量完全供環(huán)氧乙烷裝置使用。整體的能量平衡進(jìn)一步得到優(yōu)化。

The Technical Reformation of Comprehensive Utilization of Liquid Ethylene Cold Energy

Lν Qing-lin

The author has proposed a new design scheme of comprehensive utilization of liquid ethylene cold；has introduced the process flow and main equipment；has analyzed the technical reformation results.The results indicates that the unite of comprehensive utilization of liquid ethylene cold can save 190kW·h electricity，1 ton steam and 350m3/h recycled water per hour.The annual profit from comprehensive utilization of liquid ethylene cold is 3.8 million Yuan，the energy saving effect is obvious.

liquid ethylene；comprehensive utilization；energy saving；technical reformation

TQ221.211

B

1003–6490（2016）10–0031–02

2016–09–15

呂慶霖（1975—），男，山東滕州人，工程師，主要從事化工生產(chǎn)管理工作。