韓軍仕

中海油能源發(fā)展股份有限公司惠州石化分公司 （廣東惠州　516086）

節(jié)能環(huán)保

LNG冷能在丁基橡膠項(xiàng)目中的應(yīng)用

韓軍仕

中海油能源發(fā)展股份有限公司惠州石化分公司 （廣東惠州516086）

摘要以5萬(wàn)t/a丁基橡膠項(xiàng)目為例，分析了液化天然氣（LNG）冷能用于丁基橡膠裝置的可行性。通過(guò)對(duì)比分析給出的兩個(gè)方案，得到以下結(jié)論：與常規(guī)使用乙烯和丙烯聯(lián)合制冷的丁基橡膠裝置相比，采用LNG和丙烯二級(jí)制冷方案，每噸膠可節(jié)約電能1100 kW·h，投資成本可降低約10%～12%；采用LNG直接用于丁基橡膠裝置的制冷方案，每噸膠可節(jié)約電能2000 kW·h以上、成本可節(jié)約2000元以上。

關(guān)鍵詞LNG冷能丁基橡膠節(jié)能

丁基橡膠的合成屬于典型的陽(yáng)離子聚合反應(yīng)[1]，具有低溫（-100℃左右）、快速（1 s）的特點(diǎn)，在反應(yīng)的同時(shí)放出大量的反應(yīng)熱（約為837.2 kJ/kg）。為了保證丁基橡膠的正常反應(yīng)和生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行，需要通過(guò)冷媒及時(shí)地將反應(yīng)熱從聚合反應(yīng)器中帶走。如果反應(yīng)熱不能及時(shí)撤出，輕則導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格，重則發(fā)生暴聚，局部超溫超壓，損壞反應(yīng)器，甚至發(fā)生安全事故，導(dǎo)致裝置非計(jì)劃性停工等，給企業(yè)造成巨大的損失。

丁基橡膠的傳統(tǒng)制冷工藝為乙烯和丙烯二元復(fù)疊制冷，其設(shè)備投資成本高，操作流程復(fù)雜，能耗較高[2]。而液化天然氣（LNG）由于具有高品位的冷源[3]，可以提供丁基橡膠聚合反應(yīng)所需的冷能，而且設(shè)備投資少，流程較短，操作方便。根據(jù)丁基橡膠生產(chǎn)的特點(diǎn)，以福建某石化公司5萬(wàn)t/a丁基橡膠項(xiàng)目為例，探討了LNG冷能用于丁基橡膠項(xiàng)目的可行性。

1　區(qū)域位置優(yōu)勢(shì)

目前LNG輸送流程為：遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船將LNG運(yùn)輸?shù)絃NG專(zhuān)用碼頭，用其自帶的輸送泵泵出LNG，通過(guò)卸料主管線將LNG輸送到LNG接收站內(nèi)的儲(chǔ)罐中。然后由儲(chǔ)罐內(nèi)的低壓輸出泵將LNG連續(xù)輸出至再冷凝器，在再冷凝器中LNG同蒸發(fā)氣接觸換熱，再由高壓輸出泵泵送至氣化器。正常情況下，LNG由開(kāi)架式海水氣化器氣化后外輸至輸氣干線。LNG在接收站氣化后經(jīng)管道首站輸往各分輸站和末站，在各分輸站和末站內(nèi)經(jīng)過(guò)分離、計(jì)量、流量控制與調(diào)節(jié)及壓力控制后供給電廠和城市門(mén)站。

如圖1所示，該項(xiàng)目選址距離LNG供應(yīng)商（福建LNG接收站）和LNG用戶（莆田燃?xì)怆姀S）都很近，并且該項(xiàng)目所需原料甲基叔丁基醚（MTBE）也可以實(shí)現(xiàn)“隔墻供應(yīng)”，因此在該位置規(guī)劃LNG冷能利用丁基橡膠項(xiàng)目具有區(qū)域優(yōu)勢(shì)。

圖1　LNG冷能利用丁基橡膠項(xiàng)目區(qū)域位置簡(jiǎn)圖

2　丁基橡膠項(xiàng)目利用LNG冷能方案

丁基橡膠冷能主要有兩個(gè)品位的用戶：-120℃用戶和-45℃用戶。反應(yīng)器撤熱、進(jìn)料最終冷卻器、引發(fā)劑最終冷卻器和氯甲烷不凝氣冷卻器需要-120℃的冷能；低溫鹽水冷卻器、進(jìn)料第三冷卻器和引發(fā)劑溶液冷卻器需要-45℃的冷能。根據(jù)LNG供給量和下游天然氣需求量制訂了兩個(gè)符合該丁基橡膠裝置的制冷方案，即LNG與其他冷劑聯(lián)合制冷方案和LNG單獨(dú)制冷方案。

2.1LNG和丙烯二級(jí)制冷方案

該方案的流程為：由福建LNG接收站的低壓儲(chǔ)罐通過(guò)罐內(nèi)低壓泵直接供應(yīng)的壓力為0.8 MPa、溫度為-150℃左右的低壓液態(tài)LNG先進(jìn)入丁基橡膠裝置的緩沖罐，然后通過(guò)泵送入裝置。液態(tài)LNG進(jìn)入裝置后，通過(guò)氣化直接為裝置內(nèi)操作溫度低于-45℃的物料提供冷能，同時(shí)為丙烯冷凝提供冷量。液態(tài)丙烯通過(guò)氣化為裝置內(nèi)操作溫度為-45℃左右的物料提供冷能，同時(shí)為制造冷凍鹽水提供冷量。液態(tài)丙烯氣化后，利用LNG氣化的冷能進(jìn)行冷凝，循環(huán)使用。氣化后的天然氣經(jīng)一個(gè)功率為3300 kW的壓縮機(jī)增壓并升溫后送出界區(qū)。具體流程如圖2所示。

圖2　LNG和丙烯二級(jí)制冷方案原則流程圖

與傳統(tǒng)乙烯-丙烯復(fù)疊式制冷相比，該方案具有如下特點(diǎn)：

（1）LNG和丙烯作為冷媒，設(shè)備包括天然氣壓縮機(jī)，無(wú)乙烯和丙烯壓縮機(jī)，設(shè)備投資成本低；

（2）取消乙烯制冷系統(tǒng)，每噸膠減少乙烯消耗6 kg；

（3）LNG冷凝丙烯并提供裝置-45℃以下?lián)Q冷需要，丙烯提供裝置-45℃以上換冷需要并產(chǎn)生低溫鹽水；

（4）LNG氣化壓力為1.1～2.4 MPa，氣化溫度為-120～-101℃，氣化壓力適中，設(shè)備設(shè)計(jì)壓力低；

（5）LNG氣化用量約58 t/h；

（6）天然氣壓縮機(jī)功率為3300 kW，壓縮機(jī)耗電量較乙烯、丙烯壓縮機(jī)少；

（7）設(shè)備設(shè)計(jì)條件：LNG氣化設(shè)備設(shè)計(jì)壓力3.0 MPa，設(shè)計(jì)溫度-196℃；丙烯系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力0.1 MPa，設(shè)計(jì)溫度-80℃，設(shè)備設(shè)計(jì)壓力較低。

通過(guò)對(duì)該方案的初步計(jì)算可知：與常規(guī)使用乙烯和丙烯制冷方式的丁基橡膠裝置相比，每噸膠可節(jié)約電能1100 kW·h左右，而且不需要乙烯-丙烯二元復(fù)疊制冷系統(tǒng)所需的裝卸、貯存設(shè)施和運(yùn)行設(shè)備等，可以降低投資成本約10%～12%，同時(shí)還可降低物耗和運(yùn)行成本等。綜合計(jì)算：每噸膠總成本可節(jié)約1000元左右。

2.2LNG直接用于丁基橡膠裝置制冷方案

該方案的流程為：由LNG接收站的低壓儲(chǔ)罐通過(guò)低壓泵直接供應(yīng)的壓力為0.8 MPa、溫度為-150℃左右的低壓液態(tài)LNG先進(jìn)入丁基橡膠裝置內(nèi)的緩沖罐，然后通過(guò)泵送入裝置，一部分進(jìn)入LNG閃蒸罐，閃蒸后作為低溫鹽水冷卻器、進(jìn)料第三冷卻器和引發(fā)劑溶劑冷卻器的冷媒，另一部分用作反應(yīng)器、進(jìn)料最終冷卻器、引發(fā)劑最終冷卻器和氯甲烷不凝氣冷凝器的冷媒，氣化后的天然氣通過(guò)功率為1000 kW的天然氣壓縮機(jī)增壓并升溫后送往燃?xì)怆姀S。具體見(jiàn)圖3。

該方案有如下特點(diǎn)：

（1）可以直接使用LNG接收站的低壓LNG；

（2）取消乙烯制冷系統(tǒng)，每噸膠減少乙烯消耗6 kg；

（3）利用LNG直接進(jìn)入裝置內(nèi)各用戶氣化并進(jìn)行換熱的方式，不使用丙烯做冷媒，可以節(jié)省丙烯貯運(yùn)設(shè)施等；

（4）LNG氣化用量約120 t/h；

（5）流程較短，易于操作。

該方案取消丙烯制冷系統(tǒng)，與常規(guī)的丁基橡膠裝置相比，每噸膠節(jié)約電能2 000 kW·h以上、總成本可節(jié)約2000元以上。

圖3　LNG直接用于丁基橡膠裝置制冷方案

2.3方案對(duì)比

以上兩個(gè)方案都能達(dá)到降本增效的目的，并且大大簡(jiǎn)化了裝置流程，但是LNG直接用于丁基橡膠裝置制冷方案中，LNG氣化用量較大，如果電廠不能保證充足、穩(wěn)定的LNG用量，會(huì)對(duì)項(xiàng)目實(shí)施的可靠性造成影響，因此推薦LNG和丙烯二級(jí)制冷方案為該項(xiàng)目的最優(yōu)方案。

3　LNG冷能資源量及其穩(wěn)定性對(duì)該項(xiàng)目影響

目前福建LNG接收站有4座160 000 m3的低壓儲(chǔ)罐，罐內(nèi)泵（中壓泵）8臺(tái)（5開(kāi)1備），另有2臺(tái)因市場(chǎng)容量原因暫時(shí)未運(yùn)行，單臺(tái)設(shè)計(jì)流量258 t/h，輸送壓力2.2 MPa；高壓輸出泵7臺(tái)（3開(kāi)1備），另有3臺(tái)未運(yùn)行，單臺(tái)設(shè)計(jì)流量279 t/h，輸送壓力17.96 MPa。LNG接收站向外輸送的設(shè)計(jì)壓力為7.5 MPa，運(yùn)行天數(shù)為365 d，出站溫度為0℃，由于目前天然氣用戶還未達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模，所以每臺(tái)泵的向外輸送量為195 t/h，實(shí)際總輸送量為585 t/h，其中60%用于電廠，20%民用，20%他用，輸氣干線長(zhǎng)301.039 km，支線總長(zhǎng)54.484 km。二期工程正在建設(shè)5#、6#儲(chǔ)罐及配套設(shè)施。以上數(shù)據(jù)說(shuō)明LNG接收站能夠提供該項(xiàng)目所需的58 t/h的LNG用量并能保證該項(xiàng)目用后的LNG返回LNG外輸管網(wǎng)。

對(duì)該LNG接收站2011～2013年高壓外輸中斷情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，資料顯示，LNG高壓外輸?shù)挠绊懸蛩刂饕ㄙY源供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，海上運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)，市場(chǎng)變化風(fēng)險(xiǎn)，天氣等自然原因（如雨季），設(shè)備設(shè)施故障風(fēng)險(xiǎn)，生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)需求（測(cè)試、試車(chē)、維護(hù)）等。

2011～2013年，LNG高壓外輸平均每月中斷3.6次，其中外部原因主要是市場(chǎng)變化，占78.1%；內(nèi)部原因主要是檢修、調(diào)試，占19.8%。詳細(xì)情況見(jiàn)表1。

表1　2011～2013年高壓外輸中斷情況　次

根據(jù)目前福建LNG接收站的狀況，在不發(fā)生重大安全問(wèn)題的情況下，完全可以保證該項(xiàng)目58 t/h 的LNG用量，而且LNG接收站的輸氣干線很長(zhǎng)，所以本課題提出的方案具有可行性。另外，該項(xiàng)目冷源為L(zhǎng)NG接收站低壓貯罐通過(guò)罐內(nèi)泵送來(lái)的低壓液態(tài)LNG（不通過(guò)外輸高壓泵，不受高壓泵的影響），其先進(jìn)入丁基橡膠裝置的一個(gè)容量為2000 m3的緩沖罐（該緩沖罐的容量按完全正常停工所需的時(shí)間14.4 h考慮），然后由泵送入裝置，氣化以供使用，使用后的氣態(tài)天然氣通過(guò)壓縮機(jī)增壓至7.5 MPa，升溫至3℃后送入LNG接收站外輸主管網(wǎng)或增壓至4.2 MPa，升溫到3℃后送入莆田燃?xì)怆姀S的調(diào)壓裝置，供電廠使用。這樣，即使LNG高壓外輸中斷，也不會(huì)對(duì)該項(xiàng)目造成大的影響。故以上措施可以保證丁基橡膠裝置有充分的時(shí)間進(jìn)行正常停工操作，從而避免LNG接收站在極端情況下（如火災(zāi)、爆炸等）突然中斷供氣，使裝置不能正常進(jìn)行停工操作甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞等事故。總之，根據(jù)福建LNG接收站和莆田燃?xì)怆姀S的情況以及園區(qū)未來(lái)的規(guī)劃，該項(xiàng)目正常運(yùn)營(yíng)所要求的冷能資源穩(wěn)定性和資源量均能得到保證。

4　結(jié)論

（1）與常規(guī)使用乙烯和丙烯制冷方式的丁基橡膠裝置相比，采用LNG和丙烯二級(jí)制冷方案每噸膠可節(jié)約電能約1 100 kW·h，可以降低投資成本約10%～12%；

（2）采用LNG直接用于丁基橡膠裝置制冷方案，每噸膠可節(jié)約電能2 000 kW·h以上、總成本可節(jié)約2000元以上；

（3）LNG直接用于丁基橡膠裝置制冷方案中，LNG的氣化用量較大，如果電廠不能保證充足、穩(wěn)定的LNG用量，會(huì)對(duì)項(xiàng)目實(shí)施可靠性造成影響，因此推薦LNG和丙烯二級(jí)制冷方案為該項(xiàng)目的最優(yōu)方案；

（4）根據(jù)福建LNG接收站和莆田燃?xì)怆姀S的情況以及園區(qū)未來(lái)的規(guī)劃，該項(xiàng)目正常運(yùn)營(yíng)所要求的冷能資源穩(wěn)定性和資源量均能得到保證。

參考文獻(xiàn)：

[1]赫煒.丁基橡膠生產(chǎn)中引發(fā)劑體系對(duì)聚合反應(yīng)的影響[D].天津:天津大學(xué),2007.

[2]張婷婷,李亞軍.丁基橡膠生產(chǎn)工藝中LNG冷能的利用[J].低溫工程,2010(3):46-51.

[3]周麗君,丁聚慶.利用液化天然氣(LNG)冷源進(jìn)行發(fā)電的理論分析[J].節(jié)能技術(shù),2013,31(2):141-142,158.

中圖分類(lèi)號(hào)TQ333.6

收稿日期：2015年4月

作者簡(jiǎn)介：韓軍仕男1969年生本科工程師目前主要從事石油化工技術(shù)研究和高分子材料合成工作

Application of LNG Cold Energy in Butyl Rubber Item

Han Junshi

Abstract:Taking the 50 kt/a butyl rubber project as an example,the feasibility of utilizing LNG(liquefied natural gas)cold energy in butyl rubber device is analyzed.Based on the comparative analysis of the two presented schemes: LNG-propylene double-stage refrigeration scheme and LNG refrigeration scheme,concludes that when compared with the conventional butyl rubber plant using ethylene-propylene refrigeration scheme,the first scheme can save 1 100 kW·h for one ton rubber and reduce the investment cost by 10%-12%,and the second scheme can save more than 2000 kW·h for one ton rubber and reduce the cost by more than 2000 yuan.

Key words:LNG cold energy;Butyl rubber;Energy Saving