乙烯分离与复叠制冷系统用能的综合优化

乙烯装置的分离过程要在低温下进行,由乙烯制冷系统提供所需冷量。乙烯制冷系统为封闭式循环,独立于分离单元之外。将乙烯分离单元与制冷系统同时优化,能有效提高装置用能效率。复叠式制冷级数是当前乙烯工业中使用最为广泛的制冷技术。本文针对乙烯分离过程和配套的复叠制冷系统,采用Aspen Hysys进行模拟并进行(火用)分析,发现系统主要的(火用)损失发生在换热与压缩两部分,其占总(火用)损失的83%,为节能的重点。进而通过夹点技术对冷剂配置进行分析,发现-56℃以上各温位的冷量配置不合理,远超过理论最小值,-56℃以下各温位的冷量基本达到理论最小值。提出了采用多股流换热器的换热网络理论设计方法,并对冷剂进行重新配置,该理论方案可以降低丙烯制冷压缩机约30%的功耗,并节约部分乙烯制冷压缩机功耗,显著降低了乙烯深冷分离能耗。     

考虑LNG冷能利用的乙烯装置制冷系统节能分析

乙烯装置深冷分离过程需要制冷系统提供不同温度级位的冷能,而低温LNG在加热和汽化过程中会释放出大量的冷能。文中研究了LNG接收站和乙烯装置的冷量集成,提出使用携带LNG冷能的中间冷媒在乙烯装置内替代部分乙烯和丙烯冷剂,降低压缩机功率,从而降低乙烯装置能耗。以某1 200 kt/a乙烯装置为例,使用-80℃中间冷媒在装置内梯级换热替代部分乙烯和丙烯冷剂,冷媒使用量约800 t/h,可降低丙烯制冷压缩机功率约11 600 kW,降低乙烯制冷压缩机功率约1 500 kW,乙烯装置的单位能耗(标油)降低约25 kg/t乙烯。     

LNG轻烃分离与乙烯冷分冷量联合

乙烯深冷分离过程需要冷剂为分离过程提供不同等级的冷量,可以把乙烯深冷分离过程作为一个冷阱;LNG气化过程中,需要加热,可以作为冷源.考虑到冷阱冷源的相互匹配,提出通过将LNG经过轻烃分离,为乙烯深冷分离提供冷量,降低了制冷公用工程消耗,同时LNG气化装置降低了加热公用工程消耗,且LNG分离出的轻烃直接供给乙烯装置作为裂解原料使用,优化乙烯装置裂解原料.以300万吨/年的LNG装置和64万吨/年的乙烯装置为例进行模拟计算得到,LNG轻烃分离装置可为乙烯冷分提供冷量41464 kW,降低乙烯冷分三元冷剂消耗75%,为乙烯装置提供优质裂解原料约65万吨/年.     

乙烯制冷压缩机机体漏油的分析与处理

本厂乙烯制冷压缩机(位号 GB-601)是裂解装置的心脏设备之一,它与丙烯制冷压缩机形成复叠制冷系统,提供-50℃,-75℃,-101℃温度级的冷量,以满足深冷分离的需要。GB-601运行的好坏,会直接影响     

三元制冷系统分析

乙烯装置产品分离过程需要在低温下进行,为此需配置压缩制冷系统为深冷分离提供冷量。三元压缩制冷由于能提供温位连续的制冷曲线,与工艺物流降温曲线更好地匹配,相比传统的复叠制冷具有热力学效率高、制冷能耗低的特点。为了分析三元压缩制冷的节能潜力,本文对某乙烯装置的三元制冷系统进行了(火用)分析。从(火用)总复合曲线(EGCC)图的分析可以得出该系统三元冷剂配置是比较合理的,(火用)损失较小。将该制冷系统划分为换热器、压缩机、节流阀、闪蒸罐等子系统,并分别计算了各子系统的(火用)损失。三元制冷系统的(火用)损失总计为24238.1kW,90%(火用)损失集中在换热器和压缩机两个子系统。然后将(火用)损失分为可避免的和不可避免的(火用)损失两类,其中不可避免的(火用)损失为13539.9kW,可避免的(火用)损失为10698.2kW,最后指出节能重点应该放在降低可避免的(火用)损失。     

乙烯装置制冷系统模拟及优化

以化工流程模拟软件ASPEN PLUS为应用平台,建立了能良好描述裂解气在冷箱中预冷、在脱甲烷塔中分离和制冷系统工艺模型。应用该模型对扬子乙烯装置老区制冷系统进行了流程模拟、参数灵敏度分析和过程优化;研究了甲烷和乙烯冷剂分配、相同和不同温度级乙烯冷剂分配对乙烯损失的影响,以及相应操作参数的优化调整;找到了现有制冷系统的用能瓶颈;解决了工艺操作参数的优化问题;实现了装置高负荷工况下的经济运行。     

分离冷区的无乙烯开车方案探讨

新疆独山子乙烯装置采用鲁姆斯公司的专利技术,以油田轻烃、石脑油、轻柴油为裂解原料,投两台石脑油炉进行无乙烯开车;定于1995年7月投料试车。无乙烯开车的关键在于积累混合碳二馏分,投用乙烯制冷压缩机(K-601)。这样,采用无乙烯冷剂的裂解气预冷则显得相当重要。     

乙烯装置低排放开工

目前乙烯装置开工普遍采用有乙烯倒开车方案。先启动丙烯制冷压缩机和乙烯制冷压缩机,再启动裂解气压缩机并进行氮气运行。用氮气作为介质,乙烯和丙烯为冷剂对冷箱、脱甲烷塔等深冷系统进行预冷,同时引进乙烯、丙烯对乙烯精馏塔和丙烯精馏塔进行全回流运转。在深冷系统预冷完成后裂解气压缩机引进天然气提前进行分离系统预开车,打通从裂解气压缩机到冷箱、脱甲烷塔、脱乙烷塔、高压脱丙烷塔及碳二加氢反应器的整个流程。     

乙烯装置优化开车过程技术综述

结合已有的乙烯装置开车过程减少火炬排放技术,总结了乙烯装置开车过程的优化成套技术,指出超高压蒸汽保障是开车过程优化的前提,开车循环气选择是裂解气压缩机循环气运行和分离冷区预冷的关键,物料循环线设置是分离冷区预冷和乙烯装置低负荷开车的要求,并提出了开车过程优化的建议。     

利用氢气分离膜降低乙烯深冷系统制冷压缩机的功耗

针对传统乙烯过程中深冷脱氢工艺冷凝温度低、能耗大的问题,基于某800kt/a乙烯的裂解气脱氢装置,提出了两级膜与深冷耦合回收乙烯裂解气中氢气的流程,利用UniSimDesign软件对新流程进行了模拟分析,确定了两级膜面积分别为28000m²和10110m²。由于第一级膜分离装置回收了裂解气中的部分氢气,显著地减少了深冷系统中制冷压缩机的功耗和脱甲烷塔塔顶的乙烯损失,新流程深冷系统的制冷压缩机功耗为39496kW,比原流程减少了8996kW,乙烯损失率由1.29%降低到0.46%。第二级膜分离装置实现了氢气回收的高纯度(99%)和高回收率(98.52%),获得的氢气产品可以直接并入氢网或用于对氢气浓度要求较高的加氢裂化装置中。     

前脱乙烷流程乙烯装置的凝液汽提工艺研究

在百万吨级前脱乙烷流程的乙烯装置裂解气压缩机工艺系统中进行了凝液汽提工艺的研究。模拟计算了凝液汽提塔在裂解气压缩机第五段出口时裂解气压缩、分离和制冷系统的变化情况,考察了该塔塔压的变化对这些系统的影响。研究结果表明,应用凝液汽提塔可降低脱乙烷塔塔底温度13℃以上,当凝液汽提塔塔压与裂解气压缩机第四段吸入口压力平衡时,综合能耗最低。建议在新建前脱乙烷流程的乙烯装置时应用凝液汽提塔,并将它设置在裂解气压缩机第五段出口。     

A method to refine the start-up scheme of compression and refrigeration systems in ethylene plants via dynamic simulation

Starting the cracking gas compressor and precooling the refrigeration system are keys to start-up of an ethylene plant and accounts for up to 50% of the total start-up time and plant flare emissions. Premature feeding of cracking furnaces can be avoided if the cracking gas compressor is started and the refrigeration system is precooled in advance using mixed gas as the start-up working medium (SWM). Start-up scenario with mixed gas as SWM could significantly reduce the emission loss and shorten the precooling time. Research shows that making appropriate start-up scheme is important not only to ensure operational safety and feasibility, but also to reduce energy consumption. In this paper, a method is proposed to select suitable start-up operational parameters of compression and refrigeration system with sufficient safe operating ranges and short precooling time. The complex interrelation among key parameters of start-up is analyzed. It is found that higher energy consumption, especially for super high-pressure steam (SS), can promote operational safety and shorten the precooling time during start-up. Based on steady-state and dynamic simulation, appropriate operating parameter ranges are determined with reasonable SS consumption. A real case study demonstrates that an appropriate start-up scheme will optimize the operation.     

泵-压缩机复叠式相变冷却系统

泵-压缩机复叠式相变冷却系统是针对高热通量发热元件散热问题的主动式冷却技术,以机械泵循环为重点,实验研究了系统的启动特性、稳定运行特性以及环境适应性等工作特性。结果表明：在机械泵启动时,由于入口抽吸作用和系统内工质的流动特性,系统的压力先降低后升高,热源启动时,系统蒸发器和储液器压力温度波动较小,热源启动稳定。稳定运行阶段,系统流量从2.22 g·s^-1增加至5.56 g·s^-1时,蒸发器出口工质干度下降,蒸发器进出口的压降增大、压降的振荡幅度增加,蒸发器表面温度下降。在高温环境中,冷却系统能够满足热源的散热需求,储液器压力和蒸发器出口温度波动增大。     

撬装型混合制冷剂液化天然气流程的热力学分析

从热力学的角度出发,详细分析了撬装型混合制冷剂液化流程SP-MRC的关键参数对流程性能（包括比功耗、液化率、比制冷剂流量和比冷却水负荷）的影响。这些关键参数包括：分离器S1和S2的温度;高压制冷剂和低压制冷剂的压力;天然气的入口压力和LNG的储存压力;天然气的组分;混合制冷剂的组分。     

新节能脱甲烷系统

在某30万t乙烯装置低压脱甲烷系统的基础上,应用流程模拟技术开发出一套新的节能的脱甲烷系统。新系统在流程中引入膨胀机,有效避免了气体节流的能量损失;调整、优化了原有的工艺参数,减少了直接节流到塔压的裂解气量;对系统换热网络重新进行了匹配,更加合理利用了各股物料的冷量,使脱甲烷塔回流比、甲烷压缩机负荷以及乙烯冷剂消耗均有所降低。模拟结果表明,新系统总计节能达到1377 kW。     

自复叠制冷系统压力和组分调节

热气旁通调节可有效排除高压对自复叠制冷系统的危害，但对混合工质的组分没有调节作用。针对三级自复叠制冷系统冷凝压力和排气温度较高的特点，提出了带两路旁通的4种压力和组分调控方式。热气旁通调节时冷凝压力周期性波动变化较大，电磁阀开启较频繁，系统开机70 min后才能达到稳定状态。二级相分离器气相出口旁通调节时冷量损失较严重，低温工质的冷量通过旁通管路排放到膨胀容器。一级相分离器气相出口调节和两个相分离器气相出口同时调节时制冷系统的性能很接近，系统开机30 min后即可达到稳定运行状态。通过对压缩机和蒸发器运行工况检测，一级相分离器气相出口调节和两个相分离器气相出口同时调节为较好的自动复叠制冷系统压力和组分调控方式。     

乙烯装置前脱乙烷工艺节能及长周期运行研究

在百万吨级前脱乙烷工艺的乙烯装置上进行了前脱乙烷工艺系统的节能和长周期运行研究.模拟计算了不同的凝液加热器出口温度以及2种较低的脱乙烷塔塔底温度和塔压对前脱乙烷工艺系统的影响.研究结果表明:降低脱乙烷塔塔底温度和塔压,可延长塔底再沸器的运行周期,节省前脱乙烷工艺系统的能耗,使乙烯装置运行成本下降;当塔底温度不低于70℃...