乙烯低温储存工艺流程优化

乙烯低温储存工艺流程优化刘占卫【摘要】本文在原有低温乙烯储存工艺流程基础上，提出三种方案并进行模拟计算,通过对比分析得出优化流程.【期刊名称】《化工设计》【年(卷)，期】2019(029)003【总页数】4页(P12-14,17)【关键词】乙烯;低温储存;流程优化【作者】刘占卫【作者单位】惠生工程(中国)有限公司北京分公司北京100102【正文语种】中文乙烯是石油化学工业中重要的基础原料。乙烯属于液化烃，火灾危险性分类为甲A类。乙烯的储存方式：全压力式、半冷冻式和全冷冻式［1］。其中全冷冻式储存法具有储运压力低、安全性高、储运量大等特点，在国内外得到广泛应用［2］。传统乙烯装置生产的乙烯产品进入低温乙烯罐前先将温度冷却至-98°C左右，储存时产生少量的节流气相乙烯。节流气相乙烯与乙烯低温罐吸热气化的乙烯再回收到低温乙烯罐，其气相乙烯的回收量少，工艺简单。而近年来发展迅猛的MTO装置生产的乙烯产品温度都在-30C左右，MTO装置里没有温度级别-100C左右的制冷压缩机，不能对乙烯产品进一步冷却，如果直接进入低温乙烯罐进行常压储存时会产生大量的节流气相乙烯，照搬传统乙烯装置的低温乙烯储存流程能耗大，浪费资源。1原有乙烯低温罐工艺流程某乙烯低温罐工艺流程见图1。工艺流程：自界外来液态乙烯进入低温乙烯罐区后，经过乙烯进料冷却器E1被冷却到-101C后减压进入乙烯低温罐F3储存。来自低温乙烯罐「3的BOG和汽化后的乙烯冷剂汇合后进入乙烯压缩机C1。乙烯压缩机为三段压缩为了简化，在此流程图上只表示出一段）。乙烯压缩机C1出口的乙烯经压缩机出口冷却器E2冷至40C，该气相乙烯被送到乙烯冷凝器E3冷却至-26C液态乙烯后一部分节流降压进入乙烯压缩机进口分液罐F1，另一部分则进入低温乙烯罐「3储存。丙烯压缩机进口分液罐「4底部出来的液相丙烯经乙烯冷凝器E3气化后返回丙烯压缩机进口分液罐F4，丙烯压缩机进口分液罐F4顶部出来的低压气相丙烯进入丙烯压缩机C2。丙烯压缩机C2出口的气相丙烯经丙烯冷凝器E5冷却成40C液态丙烯后进入丙烯闪蒸器F5。丙烯闪蒸器F5顶部出来的中压气相丙烯自丙烯压缩机中段进口进入丙烯压缩机，丙烯闪蒸器F5底部出来的液相丙烯节流降压后进入丙烯压缩机进口分液罐F4。图1某乙烯低温罐工艺流程2乙烯低温罐工艺流程优化在原有低温乙烯罐流程的基础上，本着节约能耗及设备投资的目的，研究以下三种优化流程：2.1优化方案1乙烯低温罐工艺流程优化方案1见图2。在流程中增加一个冷箱，将压缩机入口的低温低压气相乙烯与压缩机出口的高压常温乙烯进行换热，提高压缩机入口的气相乙烯温度，避免压缩机采用低温材质。图2乙烯低温罐工艺流程优化方案1工艺流程：乙烯压缩机C1出口的乙烯经压缩机出口冷却器E2冷至40°C，该乙烯被送到冷箱E4与低温气相乙烯换热，预冷至20C。经冷箱E4预冷后的乙烯又经乙烯冷凝器E3冷却至-26C后返回冷箱E4过冷至-65C，经冷箱E4过冷后液态乙烯冷剂一部分节流降压后进入乙烯压缩机进口分液罐F1,乙烯压缩机进口分液罐F1底部出来的乙烯作为冷剂将进料乙烯冷却至-101C并气化后返回乙烯压缩机进口分液罐F1,另一部分液相乙烯则进入低温乙烯罐F3储存。2.2优化方案2乙烯低温罐工艺流程优化方案2见图3。在流程中增加一个冷箱，同时增加一个乙烯预冷器和压缩机二级分液罐。除了将压缩机入口的低温低压气相乙烯与压缩机出口的高压常温乙烯进行换热，提高压缩机入口的气相乙烯温度，避免压缩机采用低温材质之外，液相乙烯冷剂采用两级节流预冷进料乙烯，提高冷剂的使用效率。图3乙烯低温罐工艺流程优化方案2工艺流程：来自低温乙烯储罐F3的BOG和乙烯压缩机进口分液罐F1顶部出来的气相乙烯汇合后进入冷箱E4,经冷箱E4换热至10C后进入乙烯压缩机C1—段入口。乙烯压缩机二级入口分液罐F2顶部出来的气相进入冷箱E4，经冷箱E4换热至30C后进入乙烯压缩机C1二段入口。乙烯压缩机C1出口的乙烯经压缩机出口冷却器E2冷至40C,该乙烯被送到冷箱E4与低温气相乙烯换热，预冷至20C。经冷箱E4预冷后的乙烯又经乙烯冷凝器E3冷却至-26C后返回冷箱E4过冷，经冷箱E4过冷后液态乙烯节流降压后进入乙烯压缩机二级入口分液罐F2。乙烯压缩机二级入口分液罐F2底部出来的液相乙烯冷剂一部分进入乙烯进料一级冷却器E7，将乙烯进料冷却至-60C，气化后的乙烯返回乙烯压缩机二级入口分液罐F2；另一部分节流降压后进入乙烯压缩机进口分液罐F1,其余部分则进入低温乙烯罐F3储存。乙烯压缩机进口分液罐F1底部出来的乙烯作为冷剂进入乙烯进料二级冷却器E1,将进料乙烯冷却至-10UC并气化后返回乙烯压缩机进口分液罐F1。2.3优化方案3乙烯低温罐工艺流程优化方案3见图4。在流程中仅增加一个乙烯预冷器和压缩机二级分液罐。液相乙烯冷剂采用两级节流预冷进料乙烯，提高冷剂的使用效率。图4乙烯低温罐工艺流程优化方案3工艺流程：来自低温乙烯储罐F3的BOG和乙烯压缩机进口分液罐F1顶部出来的气相乙烯汇合后进入乙烯压缩机C1—段入口。乙烯压缩机二级入口分液罐F2顶部出来的气相进入乙烯压缩机C1二段入口。乙烯压缩机C1出口的乙烯经压缩机出口冷却器E2冷至40C,该乙烯又经乙烯冷凝器E3冷却至-26C并节流降压后进入乙烯压缩机二级入口分液罐F2。乙烯压缩机二级入口分液罐F2底部出来的液相乙烯冷剂一部分进入乙烯进料一级冷却器E7气化后返回乙烯压缩机二级入口分液罐F2，另一部分节流降压后进入乙烯压缩机进口分液罐F1,其余部分则进入低温乙烯罐F3储存。乙烯压缩机进口分液罐F1底部出来的乙烯作为冷剂进入乙烯进料二级冷却器E1,将进料乙烯冷却至-101C并气化后返回乙烯压缩机进口分液罐F1。3优化流程方案比较3.1模拟基础条件自界外来的乙烯压力1.8MPa(G),温度-30C，流量12t/h，低温乙烯的储存压力6kPa(G),温度-103C。乙烯压缩机进出压力分别为：0.005MPa(G)和2.5MPa(G)；丙烯压缩机的进出口压力分别为：0.112MPa(G^D1.586MPa(G)。3.2状态方程选择[3]状态方程是物质P-V-T关系的解析式。从19世纪的理想气体方程开始，状态方程一直在完善和发展之中。状态方程分为三类：第一类是立方型状态方程，如VanderWaals、RK、SRK、PR等；第二类是多常数状态方程，如Virial、BWR、MH等；第三类是理论型状态方程。第一类和第二类状态方程直接以工业应用为目的，在探讨流体性质规律基础上，结合一定的理论指导，由半经验方法建立模型，并带有若干个模型参数，需要从实验数据确定。一般来说，状态方程包含的流体性质规律越多，方程就越可靠，描述流体的准确性越高。综上特点，采用第一类立方型状态方程进行模拟计算，在第一类状态方程中，由于PR方程能够较准确的预测液相摩尔体积，所以选择PR方程进行气液平衡的计算。3.3模拟结果以三种流程乙烯的流量、温度及压力相同为原则，分别模拟计算三种流程的乙烯压缩机和丙烯压缩机的功率及水冷器的热负荷。以优化方案1流程说明中的工艺参数为基础，用PROII软件进行模拟计算，乙烯压缩机及丙烯压缩机模拟数据见表1。表1乙烯压缩机及丙烯压缩机模拟数据乙烯压缩机丙烯压缩机一段出口二段出口三段出口一段出口二段出口压力,MPa(G)0.30512.50.4321.586温度,^107.6115.2107.214.172.8功率,kW401.7312.6257.6139.7333.3绝热指数,k1.2211.20291.19311.1161.0456总功率,kW971.92473.04以优化方案2流程说明中的工艺参数为基础，用PROII软件进行模拟计算，乙烯压缩机及丙烯压缩机模拟数据见表2。表2乙烯压缩机及丙烯压缩机模拟数据乙烯压缩机丙烯压缩机一段出口二段出口三段出口一段出口二段出口压力,MPa(G)0.30512.50.4321.586温度,^107.6110.4107.214.172.8功率.kW226.4307.5257.2135.7324.4绝热指数,k1.2211.20521.19341.1161.0456总功率,kW791.10460.12以优化方案3流程说明中的工艺参数为基础，用PROII软件进行模拟计算，乙烯压缩机及丙烯压缩机模拟数据见表3。优化流程与贝特尔流程的比较见表4。4结语通过比较可以看出，优化流程2的能耗最低，表3乙烯压缩机及丙烯压缩机模拟数据乙烯压缩机丙烯压缩机一段出口二段出口三段出口一段出口二段出口压力,MPa(G)0.30512.50.4321.586温度,°C-24.2104.6107.214.172.8功率.kW137.0416.7354.9164.6345.4绝热指数,k1.29181.20771.19321.1161.0464总功率,kW908.56510.05表4优化流程与贝特尔流程的比较工艺流程压缩机功率(kW)水冷器热负荷(M・kJ/h)乙烯压缩机丙烯压缩机总计乙烯压缩机丙烯压缩机总计优化流程1971.92473.041444.963.5455.3578.90优化流程2791.1460.121251.222.915.218.12优化流程3908.56510.051418.613.0455.78.74贝特尔流程1085.97201805.91.848.2710.1总的水冷器的热