LNG冷能在丁基橡膠項目中的應用

韓軍仕

中海油能源發展股份有限公司惠州石化分公司 （廣東惠州　516086）

節能環保

LNG冷能在丁基橡膠項目中的應用

韓軍仕

中海油能源發展股份有限公司惠州石化分公司 （廣東惠州516086）

摘要以5萬t/a丁基橡膠項目為例，分析了液化天然氣（LNG）冷能用于丁基橡膠裝置的可行性。通過對比分析給出的兩個方案，得到以下結論：與常規使用乙烯和丙烯聯合制冷的丁基橡膠裝置相比，采用LNG和丙烯二級制冷方案，每噸膠可節約電能1100 kW·h，投資成本可降低約10%～12%；采用LNG直接用于丁基橡膠裝置的制冷方案，每噸膠可節約電能2000 kW·h以上、成本可節約2000元以上。

關鍵詞LNG冷能丁基橡膠節能

丁基橡膠的合成屬于典型的陽離子聚合反應[1]，具有低溫（-100℃左右）、快速（1 s）的特點，在反應的同時放出大量的反應熱（約為837.2 kJ/kg）。為了保證丁基橡膠的正常反應和生產的連續進行，需要通過冷媒及時地將反應熱從聚合反應器中帶走。如果反應熱不能及時撤出，輕則導致產品質量不合格，重則發生暴聚，局部超溫超壓，損壞反應器，甚至發生安全事故，導致裝置非計劃性停工等，給企業造成巨大的損失。

丁基橡膠的傳統制冷工藝為乙烯和丙烯二元復疊制冷，其設備投資成本高，操作流程復雜，能耗較高[2]。而液化天然氣（LNG）由于具有高品位的冷源[3]，可以提供丁基橡膠聚合反應所需的冷能，而且設備投資少，流程較短，操作方便。根據丁基橡膠生產的特點，以福建某石化公司5萬t/a丁基橡膠項目為例，探討了LNG冷能用于丁基橡膠項目的可行性。

1　區域位置優勢

目前LNG輸送流程為：遠洋運輸船將LNG運輸到LNG專用碼頭，用其自帶的輸送泵泵出LNG，通過卸料主管線將LNG輸送到LNG接收站內的儲罐中。然后由儲罐內的低壓輸出泵將LNG連續輸出至再冷凝器，在再冷凝器中LNG同蒸發氣接觸換熱，再由高壓輸出泵泵送至氣化器。正常情況下，LNG由開架式海水氣化器氣化后外輸至輸氣干線。LNG在接收站氣化后經管道首站輸往各分輸站和末站，在各分輸站和末站內經過分離、計量、流量控制與調節及壓力控制后供給電廠和城市門站。

如圖1所示，該項目選址距離LNG供應商（福建LNG接收站）和LNG用戶（莆田燃氣電廠）都很近，并且該項目所需原料甲基叔丁基醚（MTBE）也可以實現“隔墻供應”，因此在該位置規劃LNG冷能利用丁基橡膠項目具有區域優勢。

圖1　LNG冷能利用丁基橡膠項目區域位置簡圖

2　丁基橡膠項目利用LNG冷能方案

丁基橡膠冷能主要有兩個品位的用戶：-120℃用戶和-45℃用戶。反應器撤熱、進料最終冷卻器、引發劑最終冷卻器和氯甲烷不凝氣冷卻器需要-120℃的冷能；低溫鹽水冷卻器、進料第三冷卻器和引發劑溶液冷卻器需要-45℃的冷能。根據LNG供給量和下游天然氣需求量制訂了兩個符合該丁基橡膠裝置的制冷方案，即LNG與其他冷劑聯合制冷方案和LNG單獨制冷方案。

2.1LNG和丙烯二級制冷方案

該方案的流程為：由福建LNG接收站的低壓儲罐通過罐內低壓泵直接供應的壓力為0.8 MPa、溫度為-150℃左右的低壓液態LNG先進入丁基橡膠裝置的緩沖罐，然后通過泵送入裝置。液態LNG進入裝置后，通過氣化直接為裝置內操作溫度低于-45℃的物料提供冷能，同時為丙烯冷凝提供冷量。液態丙烯通過氣化為裝置內操作溫度為-45℃左右的物料提供冷能，同時為制造冷凍鹽水提供冷量。液態丙烯氣化后，利用LNG氣化的冷能進行冷凝，循環使用。氣化后的天然氣經一個功率為3300 kW的壓縮機增壓并升溫后送出界區。具體流程如圖2所示。

圖2　LNG和丙烯二級制冷方案原則流程圖

與傳統乙烯-丙烯復疊式制冷相比，該方案具有如下特點：

（1）LNG和丙烯作為冷媒，設備包括天然氣壓縮機，無乙烯和丙烯壓縮機，設備投資成本低；

（2）取消乙烯制冷系統，每噸膠減少乙烯消耗6 kg；

（3）LNG冷凝丙烯并提供裝置-45℃以下換冷需要，丙烯提供裝置-45℃以上換冷需要并產生低溫鹽水；

（4）LNG氣化壓力為1.1～2.4 MPa，氣化溫度為-120～-101℃，氣化壓力適中，設備設計壓力低；

（5）LNG氣化用量約58 t/h；

（6）天然氣壓縮機功率為3300 kW，壓縮機耗電量較乙烯、丙烯壓縮機少；

（7）設備設計條件：LNG氣化設備設計壓力3.0 MPa，設計溫度-196℃；丙烯系統設計壓力0.1 MPa，設計溫度-80℃，設備設計壓力較低。

通過對該方案的初步計算可知：與常規使用乙烯和丙烯制冷方式的丁基橡膠裝置相比，每噸膠可節約電能1100 kW·h左右，而且不需要乙烯-丙烯二元復疊制冷系統所需的裝卸、貯存設施和運行設備等，可以降低投資成本約10%～12%，同時還可降低物耗和運行成本等。綜合計算：每噸膠總成本可節約1000元左右。

2.2LNG直接用于丁基橡膠裝置制冷方案

該方案的流程為：由LNG接收站的低壓儲罐通過低壓泵直接供應的壓力為0.8 MPa、溫度為-150℃左右的低壓液態LNG先進入丁基橡膠裝置內的緩沖罐，然后通過泵送入裝置，一部分進入LNG閃蒸罐，閃蒸后作為低溫鹽水冷卻器、進料第三冷卻器和引發劑溶劑冷卻器的冷媒，另一部分用作反應器、進料最終冷卻器、引發劑最終冷卻器和氯甲烷不凝氣冷凝器的冷媒，氣化后的天然氣通過功率為1000 kW的天然氣壓縮機增壓并升溫后送往燃氣電廠。具體見圖3。

該方案有如下特點：

（1）可以直接使用LNG接收站的低壓LNG；

（2）取消乙烯制冷系統，每噸膠減少乙烯消耗6 kg；

（3）利用LNG直接進入裝置內各用戶氣化并進行換熱的方式，不使用丙烯做冷媒，可以節省丙烯貯運設施等；

（4）LNG氣化用量約120 t/h；

（5）流程較短，易于操作。

該方案取消丙烯制冷系統，與常規的丁基橡膠裝置相比，每噸膠節約電能2 000 kW·h以上、總成本可節約2000元以上。

圖3　LNG直接用于丁基橡膠裝置制冷方案

2.3方案對比

以上兩個方案都能達到降本增效的目的，并且大大簡化了裝置流程，但是LNG直接用于丁基橡膠裝置制冷方案中，LNG氣化用量較大，如果電廠不能保證充足、穩定的LNG用量，會對項目實施的可靠性造成影響，因此推薦LNG和丙烯二級制冷方案為該項目的最優方案。

3　LNG冷能資源量及其穩定性對該項目影響

目前福建LNG接收站有4座160 000 m3的低壓儲罐，罐內泵（中壓泵）8臺（5開1備），另有2臺因市場容量原因暫時未運行，單臺設計流量258 t/h，輸送壓力2.2 MPa；高壓輸出泵7臺（3開1備），另有3臺未運行，單臺設計流量279 t/h，輸送壓力17.96 MPa。LNG接收站向外輸送的設計壓力為7.5 MPa，運行天數為365 d，出站溫度為0℃，由于目前天然氣用戶還未達到設計規模，所以每臺泵的向外輸送量為195 t/h，實際總輸送量為585 t/h，其中60%用于電廠，20%民用，20%他用，輸氣干線長301.039 km，支線總長54.484 km。二期工程正在建設5#、6#儲罐及配套設施。以上數據說明LNG接收站能夠提供該項目所需的58 t/h的LNG用量并能保證該項目用后的LNG返回LNG外輸管網。

對該LNG接收站2011～2013年高壓外輸中斷情況進行統計，資料顯示，LNG高壓外輸的影響因素主要包括資源供應風險，海上運輸風險，市場變化風險，天氣等自然原因（如雨季），設備設施故障風險，生產運營需求（測試、試車、維護）等。

2011～2013年，LNG高壓外輸平均每月中斷3.6次，其中外部原因主要是市場變化，占78.1%；內部原因主要是檢修、調試，占19.8%。詳細情況見表1。

表1　2011～2013年高壓外輸中斷情況　次

根據目前福建LNG接收站的狀況，在不發生重大安全問題的情況下，完全可以保證該項目58 t/h 的LNG用量，而且LNG接收站的輸氣干線很長，所以本課題提出的方案具有可行性。另外，該項目冷源為LNG接收站低壓貯罐通過罐內泵送來的低壓液態LNG（不通過外輸高壓泵，不受高壓泵的影響），其先進入丁基橡膠裝置的一個容量為2000 m3的緩沖罐（該緩沖罐的容量按完全正常停工所需的時間14.4 h考慮），然后由泵送入裝置，氣化以供使用，使用后的氣態天然氣通過壓縮機增壓至7.5 MPa，升溫至3℃后送入LNG接收站外輸主管網或增壓至4.2 MPa，升溫到3℃后送入莆田燃氣電廠的調壓裝置，供電廠使用。這樣，即使LNG高壓外輸中斷，也不會對該項目造成大的影響。故以上措施可以保證丁基橡膠裝置有充分的時間進行正常停工操作，從而避免LNG接收站在極端情況下（如火災、爆炸等）突然中斷供氣，使裝置不能正常進行停工操作甚至導致設備損壞等事故。總之，根據福建LNG接收站和莆田燃氣電廠的情況以及園區未來的規劃，該項目正常運營所要求的冷能資源穩定性和資源量均能得到保證。

4　結論

（1）與常規使用乙烯和丙烯制冷方式的丁基橡膠裝置相比，采用LNG和丙烯二級制冷方案每噸膠可節約電能約1 100 kW·h，可以降低投資成本約10%～12%；

（2）采用LNG直接用于丁基橡膠裝置制冷方案，每噸膠可節約電能2 000 kW·h以上、總成本可節約2000元以上；

（3）LNG直接用于丁基橡膠裝置制冷方案中，LNG的氣化用量較大，如果電廠不能保證充足、穩定的LNG用量，會對項目實施可靠性造成影響，因此推薦LNG和丙烯二級制冷方案為該項目的最優方案；

（4）根據福建LNG接收站和莆田燃氣電廠的情況以及園區未來的規劃，該項目正常運營所要求的冷能資源穩定性和資源量均能得到保證。

參考文獻：

[1]赫煒.丁基橡膠生產中引發劑體系對聚合反應的影響[D].天津:天津大學,2007.

[2]張婷婷,李亞軍.丁基橡膠生產工藝中LNG冷能的利用[J].低溫工程,2010(3):46-51.

[3]周麗君,丁聚慶.利用液化天然氣(LNG)冷源進行發電的理論分析[J].節能技術,2013,31(2):141-142,158.

中圖分類號TQ333.6

收稿日期：2015年4月

作者簡介：韓軍仕男1969年生本科工程師目前主要從事石油化工技術研究和高分子材料合成工作

Application of LNG Cold Energy in Butyl Rubber Item

Han Junshi

Abstract:Taking the 50 kt/a butyl rubber project as an example,the feasibility of utilizing LNG(liquefied natural gas)cold energy in butyl rubber device is analyzed.Based on the comparative analysis of the two presented schemes: LNG-propylene double-stage refrigeration scheme and LNG refrigeration scheme,concludes that when compared with the conventional butyl rubber plant using ethylene-propylene refrigeration scheme,the first scheme can save 1 100 kW·h for one ton rubber and reduce the investment cost by 10%-12%,and the second scheme can save more than 2000 kW·h for one ton rubber and reduce the cost by more than 2000 yuan.

Key words:LNG cold energy;Butyl rubber;Energy Saving