乙烯儲存裝置節能改造及其效益分析

李新冬

上海華誼工程有限公司（上海 200235）

乙烯儲存裝置節能改造及其效益分析

李新冬

上海華誼工程有限公司（上海 200235）

根據某氯堿企業實際情況，從工藝、費用和經濟效益等方面，探討其乙烯儲存裝置中乙烯汽化系統的節能改造，分析利用液體低溫乙烯汽化過程釋放的冷量液化氯氣的可行性。乙烯汽化系統改造費用約590萬元，每年可為工廠節約1184.16萬元的費用，給工廠帶來可觀的經濟效益。

低溫乙烯節能費用經濟效益

乙烯作為基礎化工原料，在石油和化工行業應用甚廣，國內建設了大量的乙烯儲存設施。作為液化烴，其儲存方式有全壓力式液化儲存、半冷凍式液體儲存和全冷凍式儲存[1]，其中全冷凍式儲存法由于具有儲運壓力低、安全性高、儲運量大等特點，在國內外得到了廣泛應用[2]。

全冷凍式儲存的低溫乙烯蘊藏著可觀的冷量，這部分冷量如果能夠得到合理利用，將極大降低工廠的能耗，提高工廠的經濟效益。江蘇某氯堿企業生產燒堿、氯乙烯（VCM）和聚氯乙烯（PVC）等化工產品，該廠3萬m3低溫乙烯儲存裝置是其VCM生產裝置配套的原料供應裝置，采用國外引進全冷凍式乙烯儲存工藝技術，常壓存儲，溫度為-104℃。上海華誼工程有限公司受托對其乙烯儲存裝置進行節能改造。本文以該工廠3萬m3低溫乙烯儲運裝置為例，簡單介紹全冷凍式儲存工藝，對其冷量利用改造方案進行討論，并對改造費用和產生的經濟效益進行分析。

1 全冷凍式乙烯儲存工藝介紹

該廠3萬m3低溫乙烯儲運裝置改造前流程見圖1。

當卸船管線預冷到一定溫度后，開始進行乙烯卸船操作，從乙烯船來的低溫液體乙烯經輸液臂和卸船管線送至乙烯儲罐儲存。

乙烯儲罐操作壓力為-0.5～23 kPa(G)，操作溫度為-104℃，乙烯儲罐為內外雙層全防罐結構。為降低熱量進入，儲罐外層設有絕熱層，罐底部由底層混凝土上的多層玻璃磚進行絕熱，內外罐之間的環形空間用彈性氈和珍珠巖絕熱；內罐吊頂板上有玻璃棉絕熱。通過對儲罐壓力、溫度和液位等工藝參數的測量和控制，維持儲罐正常操作。

預冷及儲存時產生的乙烯蒸發氣體（BOG）經管線送至BOG氣體處理系統壓縮再液化，再液化后的乙烯送回乙烯儲罐。

BOG氣體處理系統由BOG壓縮機、進出口緩沖罐、循環水冷卻器、冷凝器和閃蒸罐等組成，BOG壓縮機為兩級立式往復壓縮機，兩級之間安裝了一臺水冷的中間冷卻器。

液態低溫乙烯經過罐內泵送乙烯汽化器汽化，汽化乙烯在過熱器加熱到20℃后送VCM裝置。

汽化加熱系統由乙烯汽化器、乙烯過熱器和中間熱媒汽化器三個換熱器組成，三個換熱器呈鞍型安裝，殼程通過管路相連。中間熱媒汽化器殼程的中間熱媒經蒸汽加熱汽化，蒸汽量由殼程壓力控制；汽化的中間熱媒進入乙烯汽化器和乙烯過熱器，通過乙烯汽化器和乙烯過熱器出口與乙烯混合，控制送出的乙烯溫度在20℃左右。

2 工藝改造方案分析

2.1 能量平衡分析

每噸低溫乙烯從-104℃液體變化為1.1 MPa (G)飽和氣體過程中，釋放出約515600 kJ[3]冷量。與之對應，需要外界提供515600 kJ的熱量才能使其汽化，這些熱量如果由0.5 MPa(G)的飽和蒸汽提供則需要13.7 kg飽和蒸汽。原工藝中，乙烯汽化過程采用0.5 MPa(G)的飽和蒸汽作為熱媒，27 t/h乙烯汽化需要消耗蒸汽約370 kg/h。

圖1 改造前低溫乙烯儲罐工藝流程

該工廠燒堿裝置每小時副產40 t氯氣，這部分氯氣為便于儲存需要冷凝液化，每噸氯從40℃氣體轉化為-10℃液體，需要冷量約274400 kJ。改造前為冷凝40 t/h氯氣配備了兩臺（一開一備）冷凍機組，以氟利昂R22為冷媒冷凝氯氣，每年消耗電量約1280萬kW·h，消耗循環冷卻水688萬t。

理論上，0.533 t乙烯汽化所釋放的冷量即可冷凝1 t氯氣，27 t/h的乙烯汽化所釋放的冷量完全可滿足40 t/h氯氣冷凝所需冷量。

為降低工廠能耗，考慮對低溫乙烯儲存工藝的乙烯汽化輸送部分進行改造，利用乙烯汽化過程釋放的冷量冷凝氯氣，以節省蒸汽、電和循環冷卻水。

2.2 工藝方案分析

2.2.1 乙烯汽化和氯氣冷凝工況分析以及設備結構討論

由于氯氣是助燃劑，如果乙烯與氯氣直接換熱，發生泄漏時，二者可能會發生反應，造成安全事故，故不可直接換熱，需采用中間傳熱介質間接換熱，同時中間傳熱介質也應為不與氯氣反應的介質。

考慮到乙烯為-104℃低溫介質，且氯氣需要冷凝至-10℃，因此汽化器內的中間傳熱介質需要能夠在-104℃下不凝固；兼顧傳熱溫差和冷量損失，中間傳熱介質操作溫度在-20℃左右較好。根據這些因素，考慮采用氟利昂R22作為中間傳熱介質。

由于40 t/h的氯氣冷凝并不能滿足27 t/h的乙烯汽化所需熱量，且該廠燒堿裝置與VCM裝置并非聯合裝置，不能保證兩裝置同開同停，因此在對汽化工藝進行改造時，汽化加熱系統內除氯氣和乙烯外，還需要其他供熱介質。該供熱介質既要容易獲得，又要在-20℃時不凝固，且滿足乙烯過熱器乙烯出口溫度為20℃的要求，考慮到傳熱溫差和熱量損失，該供熱介質操作溫度最好在50℃左右。根據這些因素，考慮采用氯化鈣水溶液作為供熱介質。

根據以上分析，乙烯汽化器為三管束的換熱器，密閉殼程中為中間傳熱介質R22，乙烯管束布置在殼程氣相區域，氯氣管束和氯化鈣水溶液管束布置在殼程液相區域。在殼程液相區域，氯氣被R22冷凝，R22受熱汽化上升到殼程氣相區域；在殼程氣相區域，乙烯被氣體R22加熱汽化，R22被冷凝為液態回到液相區域。控制殼程氣相的壓力和出口乙烯的溫度，保證乙烯汽化器熱量和冷量平衡，不足的熱量通過調節氯化鈣水溶液的流量來補充。

汽化后乙烯送至乙烯過熱器，通過調節過熱器氯化鈣水溶液的流量來控制出口乙烯溫度為20℃。乙烯過熱器采用常規的管殼式換熱器。

2.2.2 乙烯汽化和氯氣冷凝配套設施

氯氣冷凝后需要汽液分離，分離出的液相需要收集和輸送，故乙烯汽化改造中配備了(氯氣)氣液分離罐、液氯接收罐、液氯輸送泵等設備。

該廠原先并無氯化鈣加熱系統，因此乙烯汽化改造中配備了氯化鈣水溶液循環泵、氯化鈣水溶液加熱器和氯化鈣水溶液膨脹罐，利用蒸汽加熱氯化鈣水溶液，保證進入乙烯汽化器和乙烯過熱器的氯化鈣水溶液為50℃。改造后的工藝流程見圖2。

圖2 改造后低溫乙烯儲罐工藝流程

3 改造費用和經濟效益分析

3.1 改造費用

改造過程中，乙烯汽化器、乙烯過熱器、氣液分離罐、液氯接收罐、液氯輸送泵、熱媒膨脹罐、熱媒加熱器和熱媒循環泵等設備均為新增設備，該部分設備費用約490萬元人民幣，此外，新增的管道、儀表及電氣設備費用約100萬元，故總的改造費用約590萬元。

3.2 經濟效益

改造后，低溫乙烯儲運裝置每小時可節約飽和蒸汽292 kg，按照每年8 000 h生產時間計算，每年節約蒸汽約2336 t，以每噸蒸汽350元計，每年節約蒸汽費用約81.76萬元。

改造后，燒堿裝置原氯氣液化冷凍機可停機，每年節約1280萬kW·h電量和688萬t循環冷卻水，以每千瓦時電量0.7元計，每年節約電費896萬元；以每噸循環冷卻水0.3元計，每年節約水費206.4萬元，燒堿裝置每年總計節約費用約1102.4萬元。

改造后全廠節約費用合計為1184.16萬元。

由此來看，改造費用可在一年之內收回，并且為工廠帶來非?？捎^的效益。

4 總結

通過對某氯堿企業3萬m3低溫乙烯儲存裝置的乙烯低溫常壓儲存工藝進行分析，結合該工廠的生產情況，提出了乙烯冷量利用節能改造方案，根據該方案，改造費用約為590萬元，每年可為工廠節約1 184.16萬元的費用，給工廠帶來可觀的經濟效益。

[1]陶清.淺談全冷凍式乙烯儲存及布置[J].化工設計, 2013,23(3):17-20.

[2]王漢松.乙烯工藝與技術[M].北京:中國石化出版社, 2006.

[3]劉光啟.化學化工物性數據手冊(有機卷）[M].北京:化學工業出版社,2002.

拜耳材料科技助力打造未來派超輕質飛機

具有歷史性意義的第二架陽光動力號飛機宣布誕生，這架飛機于4月上旬在瑞士貝耶納正式亮相，它將于2015年完成開創性的全程無燃料環球飛行。拜耳材料科技為其提供諸多先進創新產品和解決方案，包括為駕駛艙提供極為高能效的保溫隔熱材料，使之尤為輕質且高效節能。

在此次歷史性的環球飛行之旅中，飛機將完全以太陽能供給動力，由機翼上17 200多塊太陽能電池制造動力，機翼長達72 m，等同于世界最大客機的機翼，整架飛機的重量僅為2.3 t。

無燃料晝夜飛行

這架最新飛機是對第一架原型機的改進升級，原型機于2010年驗證了僅靠太陽能實現晝夜飛行的可行性，并在此后成功完成了多次飛行測試，最近實現了從東海岸到西海岸的橫跨美國之旅。第二架飛機，即此架最新飛機將在2014年進行多次試飛，并計劃于2015年3月正式啟航完成環球飛行的偉大使命。

十多年前，伯特蘭·皮卡德和安德烈·博爾施伯格創立了陽光動力號項目。

自2010年以來，拜耳材料科技始終是陽光動力號項目的官方合作伙伴，致力于為其提供具可持續性的產品和解決方案。

高效隔熱保溫

拜耳材料科技為陽光動力號提供極高性能的保溫隔熱材料Baytherm?Microcell，其保溫隔熱性能超出當前標準的10%。對于這架飛機而言，極高效隔熱保溫性能至關重要，因為它必須能夠承受白天40℃和夜間-40℃的巨大溫度變化。除了Baytherm?Microcell被應用于飛機艙門，駕駛艙殼體的其余部分由拜耳材料科技的各類硬質聚氨酯泡沫塑料制成。門鎖和舷窗上，拜耳材料科技分別使用了聚氨酯/碳纖維復合材料和高性能透明聚碳酸酯薄片。盡管駕駛艙體比第一架原型機大許多，但其同等重量增加卻微乎其微。

銀色涂層

在駕駛艙外部，拜耳材料科技硬質聚氨酯泡沫塑料被應用于電池隔熱，還提供用于覆蓋大部分機身的銀色涂層的原材料，以及將紡織材料固定在機翼下方的黏合劑。

拜耳材料科技通過陽光動力號項目，極大促進發展其現有的產品和解決方案及發掘出全新的潛在應用。

（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年生工程師2005年畢業于華東理工大學長期從事化工設計工作