煤制烯烴裝置乙烯深冷裝車方案探討

王 寧

（大唐內蒙古多倫煤化工有限責任公司，內蒙古 多倫 027300）

生產工藝

煤制烯烴裝置乙烯深冷裝車方案探討

王 寧

（大唐內蒙古多倫煤化工有限責任公司，內蒙古 多倫 027300）

摘 要：針對煤制烯烴裝置中存在的乙烯生產和消耗之間不平衡的問題，結合乙烯儲運裝備技術的最新進展，提出兩套乙烯深冷裝車系統(tǒng)設計方案，不僅可以將裝置富余的乙烯外售創(chuàng)造經(jīng)濟效益，還可以提高裝置生產的靈活性和可靠性。

關鍵詞：煤制烯烴；MTP；乙烯；深冷；裝車

大唐多倫煤基烯烴項目以內蒙古錫林浩特市勝利煤田褐煤為原料，年產49萬t聚丙烯，同時副產LPG、汽油、硫磺等副產品。其中甲醇制烯烴采用魯奇MTP專利技術，設計年產47.5萬t丙烯和2.3萬t乙烯。丙烯和乙烯單體送入聚丙烯裝置，采用氣相流化床本體聚合的方法生成聚丙烯。由于聚丙烯裝置需要根據(jù)市場需求生產相應牌號的樹脂產品，當不生產無規(guī)共聚和抗沖共聚聚丙烯時，多余的乙烯會造成乙烯罐處于高液位運行，只能采取放火炬的方法降低球罐液位，造成產品浪費。

為了調節(jié)乙烯生產和消耗之間的不平衡，本文結合乙烯儲運裝備技術的最新進展，根據(jù)裝置的實際情況，提出兩套乙烯深冷裝車系統(tǒng)設計方案，不僅可以將裝置富余的乙烯外售創(chuàng)造經(jīng)濟效益，還可以提高裝置生產的靈活性和可靠性。

1 原系統(tǒng)描述

MTP裝置設計每天生產丙烯1423.9 t（約2998m3），副產乙烯69.5 t（約163 m3）。為了調節(jié)MTP裝置和PP裝置生產之間的不平衡，設置丙烯和乙烯罐區(qū)，包括4臺3000 m3的丙烯球罐和2臺650m3的乙烯球罐（裝填系數(shù)0.9），設計貯存時間分別為4 d和7 d。乙烯罐區(qū)的主要功能為接收、儲存MTP裝置生產的乙烯，并用乙烯輸送泵將乙烯送往聚丙烯裝置。乙烯球罐設計操作溫度-35 ℃，設計操作壓力2.16 MPa，儲罐采用聚氨酯保冷，全露天布置。乙烯貯罐內的聚合級乙烯規(guī)格如下。

表1 聚合級乙烯質量規(guī)格

根據(jù)裝置設計規(guī)模確定的產能分配，聚丙烯裝置可生產均聚物25萬t·a-1（42個牌號），無規(guī)共聚物7.5萬t·a-1（21個牌號），抗沖共聚物17.5萬t·a-1（42個牌號），共計105個牌號。為了滿足市場需求，聚丙烯裝置經(jīng)常需要進行切換，生產不同牌號的聚合物。當不生產無規(guī)共聚和抗沖共聚牌號聚合物時，多余的乙烯無法消耗，造成乙烯罐處于高液位運行，只能采取放火炬的方法降低球罐液位，造成極大的浪費。由于我國石油資源短缺，能源需求增長較快，乙烯自給率低，遠遠不能滿足經(jīng)濟高速發(fā)展的需求。因此可根據(jù)國內乙烯儲運的技術條件，將MTP裝置富余的乙烯通過低溫槽車向周邊地區(qū)輻射，增強裝置盈利能力。

2 乙烯槽車儲運進展

乙烯是一種低沸點易燃易爆氣體，常壓下沸點為-103.7℃ ， 臨界壓力5.11MPa，臨界溫度9.9℃。因此，其存儲條件非?？量?，如10℃時，其壓力高達5.0 MPa以上，若儲存壓力低于2.0 MPa，其溫度須低于-30 ℃。

當乙烯需要進行大量貯存和運輸時，從經(jīng)濟角度考慮，一般采用低溫微壓方式［1］。液態(tài)乙烯運輸可分成冷凍槽車（載重拖車）、鐵路槽車、駁船和海輪，以及管道運輸［2］。對陸上運輸來講，管道輸送的投資大，在沒有大量產能時很難考慮。采用槽車運輸液相乙烯則具有實用意義，槽車運輸?shù)撵`活性，為調節(jié)乙烯產銷不平衡提供了方便條件。

20世紀80年代之前，液態(tài)乙烯運輸在我國基本上是空白。1988年，撫順石化公司化工塑料廠開始使用日本真空保冷槽車和西德固體材料保冷槽車進行液態(tài)乙烯運輸，此時為高壓乙烯槽車［3］。1997年，揚子石化建成國內第一臺10000m3低溫乙烯貯存裝置以后，低溫乙烯槽車進入國內市場。20世紀90年代以后，隨著對低溫乙烯槽車研究的深入［4-5］，低溫液態(tài)乙烯槽車不僅實現(xiàn)國產，并且走向國際市場，國內主要有江西制氧機廠、中集圣達因、富瑞特裝等生產廠家。乙烯槽車裝車溫度一般為-104℃～90℃、槽車工作壓力一般不高于0.5MPa，裝載能力涵蓋10 t、16.5 t、18 t、22.7 t、23.6 t不等。

當采取乙烯槽車運輸方式時，以目前主流乙烯槽車容積46.3m3、裝載量23.6t計算，年運量可達2 萬t，比較適合我公司實際情況。但需要開發(fā)與目前乙烯儲運條件相配套的深冷裝車系統(tǒng)，包括乙烯減溫減壓設施、低溫低壓乙烯儲罐、乙烯壓縮機、液態(tài)乙烯裝車鶴管以及輸送管道及儀表設施。

3 乙烯深冷裝車系統(tǒng)

裝置乙烯貯罐目前操作溫度-35℃，操作壓力1.6～2.0MPa。乙烯貯罐頂設有2臺乙烯冷凝器，用-44℃制冷丙烯蒸發(fā)來冷凝氣相乙烯，以維持乙烯貯罐內的乙烯溫度。當乙烯貯罐中乙烯溫度升高時，乙烯貯罐中的氣相乙烯進入乙烯冷凝器中冷凝，液體乙烯減壓返回乙烯貯罐中部分氣化，以降低乙烯的溫度。

方案一流程設計見圖1。將來自球罐的乙烯通過節(jié)流閥減溫減壓后，送入粉末真空絕熱低壓低溫乙烯罐，在罐內保持一定的停留時間進行氣液分離。低溫低壓乙烯罐操作溫度-104℃～90 ℃，操作壓力0.05～0.1MPa，設計體積80m3，設計壓力與球罐相同，以防止球罐竄壓。由于低溫低壓乙烯儲罐的罐內壓力接近于常壓，液相乙烯出罐后經(jīng)過管道至乙烯輸送泵，泵出口處極易發(fā)生氣蝕，故低溫乙烯儲罐乙烯裝車泵入口距地面最少4m，確保裝車中不發(fā)生氣蝕。裝車泵優(yōu)選屏蔽泵或筒袋泵［6］，裝車泵出口到槽車之間使用真空夾套管。氣相乙烯通過不銹鋼絲網(wǎng)除沫器后，由乙烯壓縮機壓縮至乙烯球罐壓力2.16 MPa，氣相乙烯通過乙烯冷卻器冷卻成不高于-35 ℃的液相乙烯后進入乙烯球罐。

圖1 新上乙烯壓縮機的乙烯深冷裝車系統(tǒng)

MTP裝置深冷區(qū)乙烯凈化單元中設有乙烯制冷壓縮機，C2制冷劑僅用于提供脫甲烷塔頂部氣體部分冷凝所需要的冷量，制冷溫度-103.7℃。C2制冷劑通過C2壓縮機進行壓縮，并且在脫甲烷塔頂冷卻器和制冷壓縮機之間形成制冷劑封閉循環(huán)。C2制冷壓縮機由美國約克制造，額定流量為3813m3·h-1，入口壓力0.1MPa，出口壓力≤2.1MPa。經(jīng)計算可利用該制冷系統(tǒng)的余量，將液相乙烯減溫減壓后的氣相送入該系統(tǒng)處理。

圖2 利用現(xiàn)有C2制冷系統(tǒng)的乙烯深冷裝車系統(tǒng)

經(jīng)過測算，方案一需要新增低溫低壓乙烯儲罐、乙烯壓縮機等設施，總投資約700萬；方案僅需增加低溫低壓乙烯儲罐等設施，總投資約300萬?？紤]到PP裝置的乙烯消耗，乙烯裝車量為設計產量的一半，按乙烯價格1萬元·t-1估算，乙烯深冷裝車系統(tǒng)投用后，方案一當月即可收回投資，方案所需時間更短，因此兩套方案均具有較好的經(jīng)濟性，可根據(jù)煤制烯烴裝置實際設備配置情況進行選擇。

4 結論

液態(tài)乙烯槽車運輸日趨成熟，且具有良好的經(jīng)濟性。針對煤制烯烴項目中存在的乙烯生產和消耗之間的不平衡問題，提出兩套乙烯深冷裝車系統(tǒng)設計方案。兩套方案可根據(jù)煤制烯烴裝置的實際設備配置進行選擇，通過增加乙烯深冷裝車系統(tǒng)，不僅可以將裝置富余的乙烯外售創(chuàng)造經(jīng)濟效益，還可以提高裝置的生產靈活性和可靠性，有效挖掘裝置的富余產能，減少放空損失，獲取生產效益的最大化。乙烯深冷裝車系統(tǒng)靈活性高，造價較低，為甲醇制烯烴裝置乙烯外運提供了解決方案，對同類裝置具有一定的借鑒價值。

參考文獻：

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［2]瞿國華.乙烯運輸、貯存及其對我國石化工業(yè)發(fā)展的影響［J］.石油化工技術經(jīng)濟，1994，10（2）:15-20.

［3]高忠信，玄昌偉，梁彬，胡杰.液態(tài)乙烯的裝卸與運輸［J］.乙烯工業(yè)，1994（2）:36-42.

［4]郁峰，江鎮(zhèn)海.低溫液體槽車發(fā)展的主要技術問題［J］.深冷技術，2000（1）:6-9.

［5]魯雪生，汪榮順，顧安忠.乙烯槽車絕熱結構的設計與試驗［J］.真空與低溫，1998（2）:78-81.

［6]張園園.乙烯球罐及罐區(qū)設計要點分析［J］.化工設計，2011，21（1）:10-13.

中圖分類號：TQ 536.1

文獻標識碼：B

文章編號：1671-9905（2016）02-0044-03

作者簡介：王寧（1985-），男，碩士，工程師，主要從事煤制烯烴技術管理工作

收稿日期：2015-12-03

Discussion of Ethylene Cryogenic Loading Scheme in Coal to Olefins Project

WANG Ning
（Datang Inner Mongolia Duolun Caol Chemical Co.， Ltd.，Duolun 027300，China）