低温乙烯贮存的关键技术探讨

赵继伟+王玥阳

摘要：本文分析了乙烯在储存运输过程中的问题，介绍了乙烯的几种贮存方式（加压法、低温法、盐洞贮存法）。重点对低温乙烯贮存工艺的关键技术进行了分析探讨。

关键词：低温乙烯；贮存；关键技术

一、前言

众所周知在石油化工行业中，乙烯是最重要的基础有机原料之一，目前约有75%的石油化工产品由乙烯来生产，主要用于生产聚乙烯、环氧乙烯/乙二醇、二氯乙烷/氯乙烯、苯乙烯等多种重要的有机化工原料和聚合物。在化工生产过程中，为了避免对下游加工产品的影响，在新建大型乙烯工厂的同时，往往建设相当规模的乙烯储运系统，从而利用码头或槽车进行装卸，实现了根据市场需求流通乙烯，互相调节。低温存储法在近些年来因储存压力低和安全性好而得到了大量的运用。

二、乙烯储存运输的概况

2.1储存方式

乙烯是石油化工最基本原料之一，面对市场需求的增加，使得乙烯的储存运输任务十分艰巨，如何解决在储运过程中的高能耗，成为业界关注的焦点和难点。根据乙烯的物理性质，乙烯的储存方式通常为高压下常温储存，或者在液态下常压低温储存。低温储存有规模大，便于运输、安全稳定等优势，因而得到了广泛的应用。低温储罐有单包容、双包容和全包容等形式，全包容储罐能单独盛装内罐泄漏的低温乙烯，因此不需要另外设置防火堤，日前新建低温乙烯储罐中小容量储存常采用单包容，大容量储存多为双包容和全包容储罐，因全包容储罐更加安全稳定、节能、占地少等优点，随着国外技术的引进在新建项目中正逐步推厂应用。

2.2储存运输过程中的问题

乙烯在低温（-104℃）下储存运输，如果储罐和管道保冷措施不好，外界热量容易侵入液相乙烯容易气化，通过对目前低温乙烯储存的实际操作数据统计，乙烯日蒸发率为0.08%-0.108%之间，再液化回收该部分乙烯耗能巨大，同时对系统的安全运行构成一定威胁；进一步做好保冷技术，并回收利用输送过程的冷、热能，成为主要攻克方向，下面以宁波瑞福特低温乙烯储运系统作为例证，针对低温储运出现的问题采取了哪些新设备、新技术、新材料进行逐一介绍，可为以后的工程项目起到参考作用。

三、乙烯的几种贮存方式

3.1加压法

3.1.1工艺流程

乙烯分离流程中如采用高压乙烯精馏方案时，一般由乙烯精馏塔的侧线采出液态乙烯（2.0MPa、-30℃左右）可以直接输送至球罐贮存，球罐内的液态乙烯经乙烯产品泵加压、加热汽化和过热后送出。

正常操作时，球罐因冷损失蒸发的气体通过气相管线返回乙烯精馏塔。在乙烯装置停产时，气化的乙烯放入火炬系统。送至乙烯装置的下游加工装置，乙烯一般在常温气态下用臂线输送。一般用丙烯冷剂或甲醇进行加热和汽化操作。

3.1.2储存设备

贮存乙烯采用的容器主要是球罐。与圆筒形立式或卧式贮烯罐比较，在相同的压力和直径下，球罐的受力情况最好，钢材消耗量也较小。此外，球罐还具有占地面积较小，维护简单，土建工程量小等优点。

球罐的材质在很大程度上决定了球罐贮存乙烯的先进性，国内过去一般进口国外板材（如LT_50-V-40G等），现在也可以采用国产板材（如CF-62钢等），做到选材国产化。

3.2低温法

3.2.1工艺流程

乙烯低温贮存的操作条件是：操作压力接近常压，操作温度略低于常压沸点（-103.8℃）。为处理界外输送来的高压乙烯产品，回收由于外界热量或其它能量导入引起的贮存罐内少量乙烯的蒸发。低温法贮存乙烯需建设一套较加压法复杂的完整工艺流程。由乙烯精馏塔的送来的液态乙烯经过预处理进入低温贮罐贮存，罐内的液态乙烯经乙烯产品泵加压，加热汽化和过热并回收冷量后送出至下游用户。

正常操作时，低温贮罐因冷损失蒸发的气体通过乙烯压缩机加压，再经过制冷机提供的冷剂冷凝冷却。最终被回收回到低温贮罐在事故时，气化的乙烯放入火炬系统。过去普遍认为，低温乙烯贮存技术复杂，自动化水平要求高，实际上自1966年提出低温常压贮存这项技术以来，低温贮存液化气产品，在LNG及合成氨工业中运用非常广泛，随着科学技术的进步，利用低温贮存技术储存乙烯也被人们逐步接受。

3.2.2主要设备

低温乙烯贮罐：一般为耐低温金属壁壳圆形拱顶罐。由耐低温合金钢制成（一般为9%Ni钢），罐外使用高效绝热材料保冷，最大限度降低冷损。减少系统的能耗。其他设备：由于低温法工艺需要，因此还需要乙烯蒸汽压缩机、冷冻压缩机组、换热器、安全火炬、分离罐等设备。

3.3盐洞贮存乙烯

上世纪七十年代石油危机后，美国从其战略储备的要求出发，采用了盐洞贮存技术，在美国本土合适的地区建成地下盐洞数十个，用于贮存石油、石油液化气、乙烯、乙烷、天然气等战略物资。据报道盐洞深度一般在900-1500m之间l，乙烯贮存压力为10-12MPa。乙烯由压缩机送入盐洞贮存，使用时，由盐洞中送出的乙烯需要经过分离罐分离水份，再经干燥后输送到用户。

四、低温乙烯贮存工艺关键技术

低温乙烯贮存工艺在低温常压下贮存，由于压力低，贮罐可以做得很大，符合大型化远距离的贮运需求。但其配套设施较多，含有至少五个系统。这些系统虽相对独立，但协调运作，其中的关键技术决定了低温乙烯贮存工艺的广泛运用。（1）贮罐的保冷。低温乙烯贮罐内部温度为-104℃，与罐外形成约130℃的温差，使环境的热量能较大速度地导入罐内，导致乙烯大量汽化。汽化的乙烯若直接排往焚烧系统，将造成乙烯产品的严重浪费：若冷凝回收，则需要更大功率的压缩机、更大流量的冷却剂，增加能耗若留在贮罐内不外排，则抬升罐内压力，存在破坏罐体、乙烯大量泄漏的风险。（2）液态乙烯管线的保冷。低温液态乙烯存在于卸车管线与罐底出液管线里。卸车管线从槽车卸料口至罐顶进液口，出液管线从罐底出液口至输送泵入口。卸车压力为0.6Pa，若保冷不好，卸车管线可能形成气液两相流，加上卸车点至贮罐进液口距离较远，压降较大，可能导致无法卸车的状况。出液管线为输送泵的入口管线，若因保冷不好而使液相中存有气体，可能出现“气缚”现象，减低输送效率，甚至无法输送乙烯。两根管线采用了真空管绝热技术，即工艺管道外套一较大管道，夹层抽真空，并填塞部分绝热材料。此技术利用了真空具有低导热系数的特点，将管内和环境绝热。（3）节能器的设置。节能器为板式換热器，其间冷热乙烯进行热量交换，如图2所示。由于汽化外输的乙烯流量远远大于罐顶汽化的乙烯气体量，故理论上不需要开启冰机制冷系统以冷却乙烯气体。节能器的设置，充分利用了系统富足的冷量，一方面可节约冰机制冷系统的能耗，另一方面可以减少乙烯汽化器中低压蒸汽的使用量，对降低整套系统的运行成本具有重要作用。节能器本身仅是普通的换热器，但其可能决定工艺技术的经济可行性。

五、结语

低温储存乙烯技术的真正优势在于完成相同的储运任务，储罐的体积小于其他方法。因此，只要采取合理可靠的結构设计和保冷方法，储罐就可以安全平稳运行，从而在整体上降低乙烯成本，具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]王剑舟.低温乙烯贮存工艺技术总结【J】.工程技术，2016（1）：273.

[2]张铁成.乙烯低温储存系统节能技术应用与建议【J】.城市建设理论研究，2012（8）.