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乙烯中间产品存储和外送方式的选取原则

发布时间:2020-03-14 16:56所属平台:学报论文发表浏览:

摘要:随着中国乙烯工业的蓬勃发展,乙烯这一重要中间产品的流通市场也在显著扩大。由于乙烯性质的特殊性,其存储设施和存储上下游配套的工艺输送方式也有了更多的选择。介绍了乙烯装置产出的液体乙烯这一中间产品可以采用的两种不同储存方式和配套的3种不同

  摘要:随着中国乙烯工业的蓬勃发展,乙烯这一重要中间产品的流通市场也在显著扩大。由于乙烯性质的特殊性,其存储设施和存储上下游配套的工艺输送方式也有了更多的选择。介绍了乙烯装置产出的液体乙烯这一中间产品可以采用的两种不同储存方式和配套的3种不同的外送方式,以及各种不同方式间的区别,通过量化的模拟计算结果得出关于乙烯中间产品储存和外送方式的定性结论,即中冷球罐储存中转的外送方式是最佳的乙烯外送方式。

  关键词:乙烯储存低温罐球罐低能耗外送

乙烯

  近期,我国新建和计划新建“多套”乙烯项目,其中包括乙烷裂解的乙烯项目,项目数量呈现爆发式增长,且规模均为年产乙烯百万吨以上的大型项目。随着石化装备的技术进步、装置能力的大型化及运输工具的多元化,乙烯产品可选择的存储方式和去向也变得丰富起来。这批新乙烯项目中,乙烯中间产品的储存方面,较多项目设置了约-100℃的“常压低温乙烯罐”,也有部分项目依然沿用约-35℃的常规“中冷球罐”储存方式。

  低温乙烯罐和中冷球罐的设置原则是什么、不同的储存方式下如何考虑乙烯产品的外送方式,需要从装置间物料需要的缓冲时间、上下游之间乙烯供应的衔接方式、是否有乙烯外售和外购需求等方面进行分析,这些方面对乙烯的存储方式的选取均有直接影响ꎻ另外,存储方式也与乙烯产品供应下游的方式相关,不同的外送方式能量消耗差别显著,且对上下游装置的生产有不同程度的影响。了解不同类型储罐的设置原则和不同的乙烯外送方式差别,选择更加节能的工艺方式,对科学合理地规划项目非常重要。以下从几方面分别论述。

  1乙烯产品交易能力

  商品乙烯交易过程中,为常压低温液相运输方式,如果规划中的项目有乙烯产品长期“外卖”计划,则应设置常压低温罐ꎻ同样,如果需要长期“外购”乙烯维持生产或进行分销,也需要设置常压低温罐。这样使装车、装船或卸车、卸船更加便利,且有较充分的缓冲时间保证生产或分销供给。中国化工市场的“液体乙烯”交易体系目前还不发达,甚至全球乙烯商品的交易体系也不甚发达,但随着全球经济和中国经济的发展,该体系会日趋完善,未来交易量应有较大增长。面对多变的乙烯上、下游市场,以及生产上时有发生的突发情况,如能拥有液相乙烯产品交易能力,不失为拥有一种更加灵活的应变手段。

  2设置乙烯低温罐的原因

  当前,单台中冷球罐的容积只有2000m3或3000m3的成熟规格。在乙烯装置规模较大时,如采用中冷球罐存储,要满足常规储存天数的要求,需要较多的球罐。以1500kt/a乙烯装置为例,为保证乙烯产品3d的缓存时间,需要2000m3球罐17台。但由于乙烯球罐为特殊型号的低温钢,压力较高壁厚较厚,导致球罐的工程造价较高。因此,在乙烯产能足够大时,可以采用常压低温罐的方案,既可节省项目投资,也可节省占地。视低温罐的罐容,通常1台低温罐可以容纳多台球罐的储量,即通过常压低温罐替代一定数量的球罐。

  然而,尽管低温罐占地小且投资较少,但它对节能和生产的上下游衔接不一定有利。在占地受限、球罐需要数量过多时,低温罐是一个较好的解决方案。在拥有乙烯生产装置,而非外购乙烯的项目中,无论低温乙烯罐的容量多大,均不能没有中冷球罐,要有合适数量的中冷球罐来分别储存“不合格乙烯”和“合格乙烯”。

  3设置乙烯中冷球罐的必要性

  如果设置低温乙烯罐,那么低温乙烯罐只在外卖时充装,不外卖时仅保留一定液位,作为乙烯装置紧急停车时有适量的乙烯能保障下游连续供应的补充。当正常生产时,乙烯装置产出的乙烯应通过中冷球罐进行液相缓冲,然后送回裂解装置汽化回收冷量,采用再送气相管网的方式送至下游用户。这样可以长期保证送至下游的乙烯都是“合格”的。而相比低温储存再汽化外送方式,球罐储存外送工艺可以较大地节省能量消耗。

  4不同乙烯存储外送工艺的能耗差别

  乙烯装置的乙烯产品可以有多种不同的工艺方式送至下游装置,且通常需以表压3.5MPa的气相状态供给下游,对于低压和高压供应下游的情况属极少特例,本文不予分析论证。理论上,乙烯供应下游的工艺方式有以下3种:1)用气体压缩机对乙烯气升压,直接将乙烯气送至下游用户管网。2)乙烯气全部液化为中冷温度约-35℃后送至中冷球罐,再用离心泵对乙烯液体进行升压,然后送回乙烯装置内汽化回收冷量,再将乙烯气体送入下游用户管网。3)乙烯气全部降温送至常压低温储罐,经低温罐内泵升压、送回乙烯装置汽化回收冷量,之后送至下游用户管网。

  除上述3种典型工艺方式外,还存在不同液化比率或汽化比率的组合搭配情况。不同工艺方式的温度、压力参数不同、所用设备类型和效率不同,动力消耗就会不同。为便于比较,需要建立统一基准,然后利用工艺模拟计算手段,对上述3种典型工艺方式进行量化比较。需要注意,本文的模拟流程仅作为代表性的模拟流程,通过代表流程的“定量化”计算和数据结果得出“定性”的方向性结论,因此不是绝对量化的比较。

  各工艺过程统一模拟的基本条件如下:1)乙烯输送量125t/h,即年8000h操作时间下1000kt/a规模。2)乙烯气源头压力(表)取1.8MPa,饱和温度-31℃。3)所有压缩机各段(丙烯制冷压缩机、乙烯制冷压缩机)均取85%的绝热效率。4)丙烯制冷系统的冷剂级位分3个级位,0.7℃、-20℃和-39℃。

  5)丙烯制冷和乙烯制冷压缩机出口压力(表)均定为1.8MPa。6)下游乙烯气相管网压力(表)3.5MPa、温度25℃。7)压缩机直接压缩送下游时出口压力(表)设定为3.6MPa。8)乙烯球罐的乙烯输送泵和低温罐内乙烯泵效率均取75%、出口压力(表)均为3.6MPa。以上基准条件中,压缩机和升压泵的出口压力(表)取3.6MPa,出于实际工程需要。

  而乙烯气源头压力(表)取1.8MPa,是1种假定条件,该压力接近于非热泵乙烯塔的操作压力。对于热泵乙烯塔系,不同乙烯技术专利商的操作参数不同,但热泵体系的压缩机出口或压缩机段间一定有1.8MPa的状态存在。换言之,忽略技术专利商在乙烯产品压力上的不同,均假定从同1个1.8MPa的大型乙烯气体管网内抽出乙烯饱和气,通过前述3种典型工艺过程向3.5MPa的管网供应125t/h的乙烯气,来对比不同工艺过程的综合能量消耗。模拟过程对各流程进行针对性的建模,根据流程特点进行科学合理的冷量回收处理,通过“类似”或“同等”温度级位的物料热负荷等价进行丙烯制冷压缩机负荷的模拟转换,然后根据各工艺过程动设备功率总消耗与等价回收的动设备功率消耗相减,从而得出各自工艺流程下“综合消耗总功率数据”。

  3种典型工艺流程的特点如下:

  1)流程A最为简单,功率消耗最低,压缩机操作条件不苛刻,只需在乙烯制冷压缩机基础上(热泵乙烯塔流程)再增加一段便可实现。重大缺点是,一旦乙烯产品不合格,下游用户将直接面对不合格乙烯进料的操作状态,对下游产品质量影响难以预测。另外,不同专利商有不同倾向,有专利商为增加竞争能力,降低装置单位能耗,乐于推荐采用流程A,忽视对生产的不利方面。

  2)中冷球罐的流程B利用乙烯泵对乙烯液相升压,然后将乙烯汽化的方式替代1台所谓的“乙烯末段压缩机”。对于下游原料供应的保证性上,由于液体泵均有备用泵,而乙烯制冷压缩机没有备用台套,因此毋庸置疑,流程B的安全保证能力强于流程A。虽然流程B略微复杂,且基于1000kt乙烯能力下能量消耗比流程A高80%(约1250kW),但是流程B更好地保证了下游用户原料供应的稳定性,无不合格乙烯影响下游的担忧,通常这也是生产方较为看重的方面。

  3)低温罐流程C用到了低压气压缩机,该压缩机体积流量较大、温度很低,操作条件很苛刻,设备造价较高,且乙烯从液化到储存,再复热的流程比中冷流程B更复杂。1000kt/a乙烯能力下,该流程的综合功率消耗相当于流程B近3倍,功率消耗数值比流程B多5319kW,按照0.5元/(kW􀅰h)电费折算,8000h下每年需要多耗费约2100万人民币的操作费用。

  本文采用量化数据得出“定性”的结论,因此对比结果非绝对量化结果。在实际项目中,可以针对不同专利商的流程进行更加具体的详细比较,但本文“定性结论”在方向上不失合理。

  5结语

  对于大型乙烯装置,采用低温罐对节省项目占地和投资有利,但低温乙烯罐配套的设备和操作系统相对复杂。如果乙烯供应下游时,都经低温乙烯罐中转,则操作费用增加很多,能力较大时,操作费用的增加很可观。若要更好地保证乙烯这一中间原料对下游装置供应的连续性,同时防止不合格乙烯直接进入下游装置,而且兼顾能量消耗的支出,则最佳的乙烯中转外送方式是通过中冷球罐升压再汽化的方式。项目规划中应设置合适数量的乙烯球罐,用于乙烯的中转存储。处于前期规划中的乙烯项目应对乙烯产品的中转储存和外送方式进行更加科学合理的分析比较再做决策,节约操作成本,避免盲目投资和浪费能量。

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《乙烯中间产品存储和外送方式的选取原则》

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