液態乙烯冷量綜合利用的技術改造

呂慶霖

（滕州中盛化工有限公司，山東滕州 277500）

液態乙烯冷量綜合利用的技術改造

呂慶霖

（滕州中盛化工有限公司，山東滕州 277500）

提出了液態乙烯冷量綜合利用改造的設計方案，介紹了裝置的工藝流程和主要設備；分析了技術改造的成果。實踐表明：液態乙烯冷量綜合利用裝置每小時節約用電190kW·h、蒸汽1t、循環水350m3/h。裝置年利潤380萬元，節能效果明顯。

液態乙烯；綜合利用；節能；技術改造

滕州中盛化工有限公司基地位于魯南高科技化工園區內，規劃建設面積兩平方公里。一期工程規劃的環氧乙烷項目已建成投產，與之配套的10萬t/a乙烯倉儲項目于2012年投產，在整個項目投產后對液態乙烯的汽化過程中的冷量進行了綜合改造利用，即以乙二醇作為冷媒，獲取-103.9℃液態乙烯汽化時釋放的冷量，傳遞給其他需要冷量化工裝置使用，從而降低了乙烯倉儲單元液態乙烯汽化所需蒸汽量，大大減少化工裝置了制冷所需能耗。經過2a來的運行，收到較好的效果，年節約達380萬元，技改投入少、成效顯著。

1 技改前冷量供需情況

1.1 乙烯倉儲單元冷量情況

環氧乙烷裝置設計為6萬t/a，按100%負荷每小時7.5t產量計，乙烯倉儲單元正常供給乙烯為6.25t。這部分乙烯從液態乙烯（-104℃）汽化至約50℃供環氧乙烷裝置使用（暫為40℃）。期間產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行調整。

1.2 環氧乙烷裝置冷量需求情況

技改前環氧乙烷裝置所需要冷量來源于氟利昂冰機機組的制冷。環氧乙烷裝置冷量主要使用部位及狀態：環氧乙烷單元熱態產品由約40℃冷卻至-5℃以下；去外界其他單元環氧乙烷輸送及循環其冷量的損耗.根據生產實際進行測試：環氧乙烷產品冷卻器冷媒為50%乙二醇水溶液。最大熱負荷250kW·h，正常時228kW·h；環氧乙烷儲存冷卻器冷媒為50%乙二醇水溶液，最大熱負荷140kW·h，正常時128kW·h。

2 冷量供需概算

1）按環氧乙烷100%負荷生產時每小時供給乙烯6.25t計，乙烯倉儲單元液態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℃，其中設計進丙烷換熱器的溫度為-95℃，出丙烷換熱器的溫度-15℃。

2）環氧乙烷熱態產品使用冰機降溫的實際運行情況

①冬季運行需要的冷量：（2012年11月22日數據）

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℃，其中進冰機換熱器的溫度為-9.7℃，出小冰機換熱器的溫度-12.7℃。

②夏季運行需要的冷量：（2012年9月16日數據）

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℃，其中進小冰機換熱器的溫度為-9.7℃，出小冰機換熱器的溫度-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圖

3.1 技改方案的流程描述

采取冰機和乙烯倉儲單元換熱器串聯的運轉模式。即：乙二醇冷凍液經循環泵加壓先進入小冰機初步降溫然后再經過乙烯倉儲裝置丙烷換熱器進行冷量交換進一步降溫，降溫至-12℃冷凍乙二醇溶液給環氧乙烷裝置降溫后返回乙二醇溶液儲槽。

從簡易流程圖可以看出，根據環氧乙烷裝置冷量生產負荷，小冰機和乙烯倉儲單元換熱器既可以串聯使用也可以單獨隔離使用。具體情況分析如下：

（1）當在夏季生產或者環氧乙烷裝置負荷所需冷量超過小冰機制冷量時，采取小冰機和乙烯倉儲單元換熱器串聯的運轉模式。乙二醇冷凍液經循環泵加壓先進入小冰機初步降溫然后再經過乙烯倉儲單元丙烷換熱器進一步降溫（優先調節使用乙烯倉儲單元提供的最大冷量），冷凍乙二醇給環氧乙烷裝置降溫后返回乙二醇儲槽。

（2）當環氧乙烷裝置負荷所需冷量低于乙烯倉儲單元提供的冷量時可以停運小冰機，環氧乙烷裝置所需的冷量全部依靠乙烯倉儲單元提供，小冰機作為備用，可以大大降低電耗。

3.2 技改平衡方案的概算

在對環氧乙烷裝置運行過程中所需的乙烯的壓力及飽和分壓進行了整體方案制作前的概算，具體是以乙烯供應的參數及冷量交換時部分溫差進行的。

3.2.1 乙烯倉儲單元自身冷量的需求量計算

乙烯倉儲單元一臺乙烯壓縮機連續運轉，將乙烯儲罐的氣態乙烯壓縮冷凝為液態乙烯，液態乙烯回流至乙烯罐，期間加壓由氣態冷凝為液態的冷量是由液態乙烯的提供。

乙烯壓縮機設計為：流量400m3/h；出口壓力1.7MPa；溫度40℃（此溫度為經循環冷卻水后的氣體溫度）由此進行冷量概算如下：

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

圖2 過程熱量衡算圖

（2）在1.6 MPa（G）下氣態乙烯（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℃，其中氣態乙烯進預冷器的溫度為40℃，達到飽和溫度-35℃。

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

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 乙烯提供冷量計算

按每小時供給乙烯6.25t計量（環氧乙烷生產負荷為100%時），液態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，乙烯倉儲單元氣態乙烯壓縮機連續運轉，乙烯倉儲單元內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氧乙烷冷量使用，此種狀態可以停運小冰機；環氧乙烷裝置夏季生產時，冷量是不能滿足生產需要的，還行低負荷運行補充部分冷量。

4 技改成果評價

技改實施后，針對漏冷嚴重的情況，加強的保冷的防護。實際運行中，夏季天氣溫度連續在36℃以上，并且環氧乙烷負荷維持在110%以上運行時，在滿足乙烯倉儲自身冷量使用外，所需冷量由乙烯汽化提供的冷量完全滿足生產所需，而且環氧乙烷裝置配套的冰機完全停運。

冰機停運，環氧乙烷所需的冷量全部依靠乙烯倉儲單元提供，小冰機作為備用，如此可以大大降低電耗。小冰機機組的電耗為190kW·h；乙烯倉儲裝置每小時少用蒸汽約1t；循環水每小時節約350m3/h；三項年累計達380余萬元，節能效果明顯。

5 技改的優化

在穩定長周期穩定運行的基礎上，計劃在乙烯倉儲單元投資一臺回收能力較小的乙烯壓縮機，使之連續運轉，氣態乙烯經壓縮機加壓經循環水冷卻后直接送至環氧乙烷裝置。

乙烯壓縮機可以初步設計為：流量400m3/h；出口壓力2.8MPa；溫度40℃（此溫度為經循環冷卻水后的氣體溫度，為可調溫度）見圖3。

圖3 方案二簡易流程圖

此方案中冷量的核算如下：

（1）按每小時供給乙烯6.25t計量（環氧乙烷的產量在100%生產時），液態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。

優化改造后，電耗相對冰機間歇開啟將有所下降，同時陸續運行后回收的氣體乙烯將不再消耗液態乙烯的冷量冷凝后回大罐，內部不消耗冷量，乙烯倉儲單元液態乙烯所有冷量完全供環氧乙烷裝置使用。整體的能量平衡進一步得到優化。

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，主要從事化工生產管理工作。