循環水氣化低溫液相乙烯工藝技術

軒書琴

（青島石化高級技工學校，山東 青島266041）

乙烯是石油化學工業中最重要的基礎有機原料之一，目前約有80%的石油化工產品由乙烯作原料，因此乙烯的儲運十分重要。液態乙烯低溫儲運是指乙烯在接近沸點溫度和常壓條件下的儲存和運輸。因溫度低，則比在常溫下儲存壓力低，儲存安全，且儲罐壁厚減薄，易于建造大容積的儲罐，適合遠距離運輸，在大型乙烯儲運裝置中得到廣泛運用。

在以外購乙烯作為原料去生產PVC 或者苯乙烯等產品時， 乙烯以低溫乙烯形式進行儲運， 溫度為-104 ℃。 儲罐裝置包括冷凍式低溫儲罐、卸船和裝船設施、卸車和裝車設施、乙烯再液化系統、乙烯氣化和過熱系統、輸出系統和其它為裝置安全、穩定操作而配備的設備以及裝置組成部分。 當利用低溫乙烯時需要將液態乙烯氣化后送往下游用戶， 一般需要從-103 ℃加熱氣化到至少最低-26 ℃， 這樣會消耗大量的蒸汽，但同時也浪費了大量的冷量。

本工藝技術描述了一種低溫乙烯氣化新工藝，該工藝在乙烯平衡氧氯化法制取聚氯乙烯工藝基礎上降低了成本，提高了能量的綜合利用率。利用循環水來代替蒸汽熱源來氣化-104 ℃低溫液相乙烯，在節省蒸汽的同時又降低了循環水的溫度， 取得了顯著的節能降耗效果。

1 傳統乙烯氣化工藝

來自低溫乙烯船的低溫液態乙烯經卸船臂及外管輸送進入乙烯低溫儲罐， 乙烯儲罐中的低溫乙烯經乙烯輸送泵加壓，輸送到乙烯汽化器加熱氣化，加熱后經管道送至下游用戶裝置。儲存期間，為了控制低溫乙烯貯罐的壓力和溫度， 需要將由于熱量傳入產生的乙烯蒸發氣（BOG）壓縮液化。氣相乙烯通過乙烯壓縮機壓縮后進入壓縮機后乙烯冷卻器， 再進入乙烯冷凝器由來自冷凍機的丙烯冷凝。 冷凝后的乙烯凝液經節流閃蒸分離， 而液相乙烯經過節流冷凝后再返回低溫乙烯貯罐， 傳統乙烯氣化工藝流程示意圖見圖1。

圖1 傳統乙烯氣化工藝流程示意圖

當乙烯需要輸送至下游用戶時， 需要蒸汽熱源加熱使之氣化，裝置采用甲醇作為加熱的中間介質，如果直接用蒸汽加熱-104 ℃低溫液相乙烯會造成冷凝水冷凝結冰。 先通過一個蒸汽甲醇換熱器通過蒸汽將甲醇加熱氣化，甲醇蒸氣進入乙烯換熱器，將液相乙烯氣化后自身再冷凝成液體后至蒸汽甲醇換熱器，通過中間媒介甲醇來傳遞熱量。

乙烯儲罐T211 中液態乙烯溫度為-104 ℃，壓力控制在100~160 mbarg，用乙烯輸送泵P212 送入氣化裝置E451 和E452，通過低壓蒸汽與甲醇換熱，再利用甲醇液化給低溫乙烯加熱， 氣化后的乙烯氣體直接送往下游用戶裝置。

該工藝存在的問題是消耗大量的蒸汽， 同時液態乙烯的大量冷量未能有效利用，造成能量的浪費，為了降低能耗，提高效益，一種能夠充分利用乙烯冷能新工藝的開發顯得非常必要。

2 乙烯氣化新工藝

為了充分利用乙烯系統的能量， 可以進一步優化流程， 將來自低溫乙烯貯罐向外輸送的液相乙烯在新增的乙烯氣化器系統中氣化后送往用戶， 以降低蒸汽消耗。 需要在生產裝置中尋找合適的熱源來代替蒸汽為乙烯氣化提供熱量， 在大的工業生產裝置中，循環水站的規模一般較大。采用循環水來氣化低溫液相乙烯是一個合適的選擇， 在確定采用循環水來氣化乙烯后， 下一步關鍵是中間傳熱媒介的選擇、換熱設備的選型及計算，根據液相乙烯和循環水的物理特性和溫度，經過篩選，丙烯的沸點是-47.6 ℃，確定采用丙烯為中間換熱媒介， 過熱部分的能量仍由蒸汽提供，以此來實現液相乙烯的氣化，乙烯氣化新工藝流程示意圖見圖2。

新工藝所涉及設備包括乙烯氣化器、 乙烯過熱器、丙烯再沸器、循環水加壓泵等。 丙烯再沸器采用釜式換熱器，其他采用列管式換熱器。

來自輸送泵的低溫乙烯進入乙烯氣化器管程，經過與殼程中的氣相丙烯換熱后， 再通過乙烯過熱器用蒸汽加熱后，送往下游工序。

丙烯再沸器殼程內充裝液相丙烯， 管程中循環水作為熱源， 丙烯受熱氣化后的氣相丙烯上升至乙烯氣化器殼程，與管程內的乙烯換熱后冷凝，形成氣液相循環轉換。

圖2 乙烯氣化新工藝流程示意圖

目前裝置已經投入運行，運行狀態穩定，系統控制穩定，節能效果較好。

3 運行及節能效益

DCS 數據顯示，液相乙烯氣化負荷32 t/h 時，丙烯再沸器中丙烯溫度為16.47 ℃，丙烯壓力為0.8 MPa；乙烯出氣化器進熱器的氣相乙烯溫度為3 ℃， 出過熱器的乙烯溫度為22 ℃； 此部分液相乙烯使750 m3/h循環水從21.38 ℃降低到了17.41 ℃，降低了循環水回水溫度的同時節約了蒸汽7 t/h，具有較好的節能效果。 按照51 萬t/a 液相乙烯使用量計算，采用新工藝后，除能降低循環水溫度外，可減少蒸汽使用量約12 t/h，每年可節約蒸汽9.6 萬t，蒸汽按110 元/t 成本計，則年可節省蒸汽費用超過1 000 萬元，顯示了較好的經濟效果。

上述運行指標是基于循環水溫度21.38 ℃，在夏季由于循環水溫度能到30 ℃， 換熱效果會更好，節約蒸汽的量也會更多，效果更為明顯。

上述裝置占地面積較小， 利用了原裝置的框架結構，投資強度不高，新增裝置總投資約800 萬元，當年可完成投資回報。由此可見，利用循環水的熱量來氣化低溫乙烯節約能耗具有較大優勢。

4 結語

采用循環水氣化低溫乙烯新工藝技術，提高了能量的綜合利用率。利用循環水代替蒸汽作為熱源來氣化-104 ℃低溫液相乙烯，在大幅節省蒸汽消耗的同時降低了循環水的溫度， 有效利用了低溫乙烯的冷能，提高了能量的綜合利用率，節能效果極為顯著。