乙烯储存装置节能改造及其效益分析

李新冬

上海华谊工程有限公司（上海 200235）

乙烯储存装置节能改造及其效益分析

李新冬

上海华谊工程有限公司（上海 200235）

根据某氯碱企业实际情况，从工艺、费用和经济效益等方面，探讨其乙烯储存装置中乙烯汽化系统的节能改造，分析利用液体低温乙烯汽化过程释放的冷量液化氯气的可行性。乙烯汽化系统改造费用约590万元，每年可为工厂节约1184.16万元的费用，给工厂带来可观的经济效益。

低温乙烯节能费用经济效益

乙烯作为基础化工原料，在石油和化工行业应用甚广，国内建设了大量的乙烯储存设施。作为液化烃，其储存方式有全压力式液化储存、半冷冻式液体储存和全冷冻式储存[1]，其中全冷冻式储存法由于具有储运压力低、安全性高、储运量大等特点，在国内外得到了广泛应用[2]。

全冷冻式储存的低温乙烯蕴藏着可观的冷量，这部分冷量如果能够得到合理利用，将极大降低工厂的能耗，提高工厂的经济效益。江苏某氯碱企业生产烧碱、氯乙烯（VCM）和聚氯乙烯（PVC）等化工产品，该厂3万m3低温乙烯储存装置是其VCM生产装置配套的原料供应装置，采用国外引进全冷冻式乙烯储存工艺技术，常压存储，温度为-104℃。上海华谊工程有限公司受托对其乙烯储存装置进行节能改造。本文以该工厂3万m3低温乙烯储运装置为例，简单介绍全冷冻式储存工艺，对其冷量利用改造方案进行讨论，并对改造费用和产生的经济效益进行分析。

1 全冷冻式乙烯储存工艺介绍

该厂3万m3低温乙烯储运装置改造前流程见图1。

当卸船管线预冷到一定温度后，开始进行乙烯卸船操作，从乙烯船来的低温液体乙烯经输液臂和卸船管线送至乙烯储罐储存。

乙烯储罐操作压力为-0.5～23 kPa(G)，操作温度为-104℃，乙烯储罐为内外双层全防罐结构。为降低热量进入，储罐外层设有绝热层，罐底部由底层混凝土上的多层玻璃砖进行绝热，内外罐之间的环形空间用弹性毡和珍珠岩绝热；内罐吊顶板上有玻璃棉绝热。通过对储罐压力、温度和液位等工艺参数的测量和控制，维持储罐正常操作。

预冷及储存时产生的乙烯蒸发气体（BOG）经管线送至BOG气体处理系统压缩再液化，再液化后的乙烯送回乙烯储罐。

BOG气体处理系统由BOG压缩机、进出口缓冲罐、循环水冷却器、冷凝器和闪蒸罐等组成，BOG压缩机为两级立式往复压缩机，两级之间安装了一台水冷的中间冷却器。

液态低温乙烯经过罐内泵送乙烯汽化器汽化，汽化乙烯在过热器加热到20℃后送VCM装置。

汽化加热系统由乙烯汽化器、乙烯过热器和中间热媒汽化器三个换热器组成，三个换热器呈鞍型安装，壳程通过管路相连。中间热媒汽化器壳程的中间热媒经蒸汽加热汽化，蒸汽量由壳程压力控制；汽化的中间热媒进入乙烯汽化器和乙烯过热器，通过乙烯汽化器和乙烯过热器出口与乙烯混合，控制送出的乙烯温度在20℃左右。

2 工艺改造方案分析

2.1 能量平衡分析

每吨低温乙烯从-104℃液体变化为1.1 MPa (G)饱和气体过程中，释放出约515600 kJ[3]冷量。与之对应，需要外界提供515600 kJ的热量才能使其汽化，这些热量如果由0.5 MPa(G)的饱和蒸汽提供则需要13.7 kg饱和蒸汽。原工艺中，乙烯汽化过程采用0.5 MPa(G)的饱和蒸汽作为热媒，27 t/h乙烯汽化需要消耗蒸汽约370 kg/h。

图1 改造前低温乙烯储罐工艺流程

该工厂烧碱装置每小时副产40 t氯气，这部分氯气为便于储存需要冷凝液化，每吨氯从40℃气体转化为-10℃液体，需要冷量约274400 kJ。改造前为冷凝40 t/h氯气配备了两台（一开一备）冷冻机组，以氟利昂R22为冷媒冷凝氯气，每年消耗电量约1280万kW·h，消耗循环冷却水688万t。

理论上，0.533 t乙烯汽化所释放的冷量即可冷凝1 t氯气，27 t/h的乙烯汽化所释放的冷量完全可满足40 t/h氯气冷凝所需冷量。

为降低工厂能耗，考虑对低温乙烯储存工艺的乙烯汽化输送部分进行改造，利用乙烯汽化过程释放的冷量冷凝氯气，以节省蒸汽、电和循环冷却水。

2.2 工艺方案分析

2.2.1 乙烯汽化和氯气冷凝工况分析以及设备结构讨论

由于氯气是助燃剂，如果乙烯与氯气直接换热，发生泄漏时，二者可能会发生反应，造成安全事故，故不可直接换热，需采用中间传热介质间接换热，同时中间传热介质也应为不与氯气反应的介质。

考虑到乙烯为-104℃低温介质，且氯气需要冷凝至-10℃，因此汽化器内的中间传热介质需要能够在-104℃下不凝固；兼顾传热温差和冷量损失，中间传热介质操作温度在-20℃左右较好。根据这些因素，考虑采用氟利昂R22作为中间传热介质。

由于40 t/h的氯气冷凝并不能满足27 t/h的乙烯汽化所需热量，且该厂烧碱装置与VCM装置并非联合装置，不能保证两装置同开同停，因此在对汽化工艺进行改造时，汽化加热系统内除氯气和乙烯外，还需要其他供热介质。该供热介质既要容易获得，又要在-20℃时不凝固，且满足乙烯过热器乙烯出口温度为20℃的要求，考虑到传热温差和热量损失，该供热介质操作温度最好在50℃左右。根据这些因素，考虑采用氯化钙水溶液作为供热介质。

根据以上分析，乙烯汽化器为三管束的换热器，密闭壳程中为中间传热介质R22，乙烯管束布置在壳程气相区域，氯气管束和氯化钙水溶液管束布置在壳程液相区域。在壳程液相区域，氯气被R22冷凝，R22受热汽化上升到壳程气相区域；在壳程气相区域，乙烯被气体R22加热汽化，R22被冷凝为液态回到液相区域。控制壳程气相的压力和出口乙烯的温度，保证乙烯汽化器热量和冷量平衡，不足的热量通过调节氯化钙水溶液的流量来补充。

汽化后乙烯送至乙烯过热器，通过调节过热器氯化钙水溶液的流量来控制出口乙烯温度为20℃。乙烯过热器采用常规的管壳式换热器。

2.2.2 乙烯汽化和氯气冷凝配套设施

氯气冷凝后需要汽液分离，分离出的液相需要收集和输送，故乙烯汽化改造中配备了(氯气)气液分离罐、液氯接收罐、液氯输送泵等设备。

该厂原先并无氯化钙加热系统，因此乙烯汽化改造中配备了氯化钙水溶液循环泵、氯化钙水溶液加热器和氯化钙水溶液膨胀罐，利用蒸汽加热氯化钙水溶液，保证进入乙烯汽化器和乙烯过热器的氯化钙水溶液为50℃。改造后的工艺流程见图2。

图2 改造后低温乙烯储罐工艺流程

3 改造费用和经济效益分析

3.1 改造费用

改造过程中，乙烯汽化器、乙烯过热器、气液分离罐、液氯接收罐、液氯输送泵、热媒膨胀罐、热媒加热器和热媒循环泵等设备均为新增设备，该部分设备费用约490万元人民币，此外，新增的管道、仪表及电气设备费用约100万元，故总的改造费用约590万元。

3.2 经济效益

改造后，低温乙烯储运装置每小时可节约饱和蒸汽292 kg，按照每年8 000 h生产时间计算，每年节约蒸汽约2336 t，以每吨蒸汽350元计，每年节约蒸汽费用约81.76万元。

改造后，烧碱装置原氯气液化冷冻机可停机，每年节约1280万kW·h电量和688万t循环冷却水，以每千瓦时电量0.7元计，每年节约电费896万元；以每吨循环冷却水0.3元计，每年节约水费206.4万元，烧碱装置每年总计节约费用约1102.4万元。

改造后全厂节约费用合计为1184.16万元。

由此来看，改造费用可在一年之内收回，并且为工厂带来非常可观的效益。

4 总结

通过对某氯碱企业3万m3低温乙烯储存装置的乙烯低温常压储存工艺进行分析，结合该工厂的生产情况，提出了乙烯冷量利用节能改造方案，根据该方案，改造费用约为590万元，每年可为工厂节约1 184.16万元的费用，给工厂带来可观的经济效益。

[1]陶清.浅谈全冷冻式乙烯储存及布置[J].化工设计, 2013,23(3):17-20.

[2]王汉松.乙烯工艺与技术[M].北京:中国石化出版社, 2006.

[3]刘光启.化学化工物性数据手册(有机卷）[M].北京:化学工业出版社,2002.

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（Grace）

Energy Saving Modification of the Cryogenic Ethylene Storage Terminal and Its Benefit Analysis

Li Xindon

According to the actual situation of a chlor-alkali company,discusses the energy saving modification of the ethylene vaporization system of cryogenic ethylene storage terminal in terms of technology,cost and economic benefit,investigates the feasibility of utilizing the cold energy released during the cryogenic ethylene vaporization to liquefy the chlorine gas.The cost of the modification is about 5 900 000 yuan,and it could save 11 841 600 yuan each year,which confers considerable economic benefit to the company.

Cryogenic ethylene;Energy conversation;Cost;Economic benefit

TE 08

2014年3月

李新冬男1980年生工程师2005年毕业于华东理工大学长期从事化工设计工作