摘 要：针对某煤化工公司烯烃车间目前存在排放物料较多的问题，为了最大限度回收物料，践行节能减排、绿色低碳的发展理念，减小公司环保压力，综合分析了改造成本与现场安全，提出轻烃(乙烯和丙烯)回收利用改造技术，对罐区装置和聚乙烯装置所排放的轻烃进行回收，并使用SRK方程计算回收轻烃的量。结果表明：改造项目在低施工成本的情况下运行平稳，每年减少运行生产成本约27.6万元，减少CO2排放约148.6t,经济和环保效益显著。
关键词:轻烃;回收利用;节能减排; SRK方程;
Discussion on reutilization of light hydrocarbon based on SRK equation in
methanol-to-olefins unit
DUAN Chong SHANG Rong LIURui XU Zhi ZUO Li-qiang
China Coal Shaanxi Yulin Energy and Chemical Co,Ltd.
Abstract：
At present, there was a problem of discharging more materials in the olefin plant of a coal chemical company.In order to maximize the material recovery, implement the concept of energy conservation, emission reduction, green and low-carbon development, and reduce environmental pressure, the paper comprehensively analyzed the transformation cost and site safety, and proposed the light hydrocarbon(ethylene and propylene) recycling transformation technology.The light hydrocarbon discharged from tank unit and polyethylene unit was recycled.The amount of the light hydrocarbon recovered was also calculated using the SRK equation.The results showed that the transformation project ran smoothly under the condition of low construction cost, reducing the annual operation and production cost by about 276000 Yuan, and reducing the annual emission of CO2 by about 148.6 tons, with significant economic and environmental benefits.
Keyword：
light hydrocarbon; reutilization; energy saving and emission reduction; SRK equation;
我国能源分布特点为“富煤、贫油、少气”,在传统技术上，生产乙烯和丙烯基本依赖石油资源。我国是有机原料生产大国也是消费大国，对乙烯和丙烯的需求量逐年攀升。2020年我国乙烯产量为2250万t, 乙烯当量消费量约为5576万t, 自给率在40%左右；2025年乙烯产量预计达到4680万t左右，当量需求量约为6700万t, 自给率有望提高到70%左右。2020年我国丙烯产量为3680万t, 当量需求量在4400万t, 自给率在84%左右；2025年丙烯产量预计达到5000万t左右，当量需求量约为5400万t, 自给率有望提高到93%左右[1]。
在石油对外依存度持续走高、原油价格不稳定和国际关系复杂多变推动下，我国大力发展新型煤化工产业。由大连化物所开发的具有自主知识产权的甲醇制烯烃技术(简称DMTO技术)是实现非石油资源转化制取低碳烯烃的关键技术，自2010年在世界上首次工业化以来，已成为我国生产乙烯和丙烯的重要方式之一。据中国石油和化学工业联合会煤化工专委会统计，截至“十三五”末，我国已建成32套甲醇制烯烃装置，年产能超过1450万t[2]。而碳排放、物料损失问题一直是困扰甲醇制烯烃技术面向低碳发展的阻碍，各家企业都在积极寻找减排、回收物料的措施，目前存在回收改造成本高，项目运行周期短等问题[3]。本研究提出的轻烃回收利用改造措施符合当前绿色低碳发展理念，特点在于充分利用现有设备增加回收管线，配管相对简便，改造成本低，最大限度地回收了富含乙烯丙烯的各种尾气，在保证安全运行的同时减轻了公司环保压力，向公司达到“零排放”目标迈出了重要的一步。
1 罐区装置轻烃回收
某公司烯烃车间罐区装置有6台3000m3乙烯球罐，5台3000m3丙烯球罐。按照工艺包中的要求，乙烯、丙烯罐物料回收至烯烃分离装置水洗塔，水洗塔正常操作压力约为0.79MPa, 乙烯储罐正常操作压力约为1.75MPa, 丙烯储罐正常操作压力约为1.44MPa。储罐检修时，罐压降至1.0MPa后，物料无法通过自压压送至水洗塔，储罐中剩余的气相烃类排火炬燃烧，造成物料损失。车间技术人员严格分析后拟出改造方案，经设计院审核同意后对系统进行改造，将轻烃回收路径改至甲醇制烯烃装置(下称DMTO装置)急冷塔(急冷塔正常操作压力为0.09MPa),可使储罐压力降至0.21MPa, 极大程度回收了物料。
1.1 乙烯罐轻烃回收
2台乙烯罐每3年理化检验1次，其他4台每6年检验1次，按照理化检验频次安排，每年约2台乙烯罐进行理化检验。改造后增加回收的乙烯量见表1。由于生产操作条件与理想气体条件相差较大，所以理想气体状态方程不适用。在实际状态下，由SRK方程计算的结果和实验结果接近[4,5],故采用SRK方程计算得出气体密度，进而求得气体质量。
通过计算，得出1台乙烯罐可减少排放乙烯约0.98t, 每年2台乙烯罐理化检验交付检修减少排放乙烯约1.96t。
由于乙烯罐为低温罐，检修完成后需进行气液相预冷，使球罐温度最终降低到约-30℃才可以正常接收乙烯。气相乙烯进入预冷储罐，在压力达到与其他储罐平衡后，把预冷储罐的气相乙烯排入火炬管网，大约需要充放6次才能达到气相预冷的目的，过程会消耗大量的乙烯。通过轻烃回收技术改造，预冷储罐的气相乙烯可通过罐底出料线送至急冷塔进行回收，该方法既达到了预冷储罐的目的，又避免了气相乙烯的燃烧排放。根据实际运行经验，预冷过程温降不超过5℃/h, 乙烯罐投用前需要预冷6次。气相预冷时罐内乙烯量见表2。
通过计算得出，每年1台罐6次气相预冷回收乙烯约21.3t, 2台罐检修回收乙烯约42.6t。
烯烃车间每3年进行1次大检修工作，大检修时乙烯罐会预留部分液相乙烯供聚乙烯装置开车使用。由于大检修期间乙烯罐热量无法循环撤热，不断积聚的热量使得液相乙烯气化，导致乙烯罐压力升高，当乙烯罐压力升高至1.88MPa左右时，考虑乙烯储存安全向火炬泄压，造成乙烯损失量较大。经过车间技术人员研究决定，在大检修前预留2台压力约为0.31MPa的乙烯空罐，使得气化后的乙烯与空罐平压。向空罐平压回收乙烯量见表3。
通过计算得出，通过向2台空罐平压回收乙烯约0.85t, 每年回收乙烯约0.28t。
综上分析，通过乙烯罐轻烃回收技术改造，每年可回收乙烯约44.8t, 乙烯成本按2021年均值5851元/t计算，全年节约成本约26.2万元。
1.2 丙烯罐轻烃回收
2台丙烯罐每3年理化检验1次，其他3台每6年检验1次，按照理化检验频次安排，每年1台丙烯罐进行理化检验。改造前后增加回收的丙烯量见表4。
通过计算得出，1台丙烯罐可减少排放丙烯约2t, 丙烯成本按5561元/t计算，全年节约成本约1.1万元。
2 聚乙烯装置轻烃回收
聚乙烯装置乙烯自界区来经过乙烯脱氧床、乙烯脱CO床、乙烯干燥床和乙烯脱CO2床精制后进入反应系统。在乙烯精制单元，精制床层需要定期再生，再生时床层内的乙烯需要排火炬燃烧，此过程不仅浪费乙烯物料污染环境，同时增加了公司环保压力。受罐区轻烃回收启发，车间技术人员提出将床层内的再生乙烯排放至DMTO装置急冷塔进行回收。通过配管至DMTO装置急冷塔气相回收管线对乙烯进行回收利用(创新点)。乙烯精制系统共有7个床层，乙烯脱CO2床为单个床，其他3个精制床层一开一备。精制床层回收乙烯量见表5。
按照目前精制床层每季度再生1次，计算得出1年内精制床层回收乙烯约0.51t, 全年节约成本约3000元。
综上所述，轻烃回收改造项目年节约成本约27.6万元，减少CO2排放约148.6t。
3 结论
轻烃改造项目通过配管至DMTO装置乙烯、丙烯气相回收管线上，实现物料的回收利用，项目实施成本低，安全系数高。在日益严苛的环保政策下，改造项目的实施对相关企业加强碳减排研究，探索节能减排路径具有借鉴意义。
[1] 黄格省，李锦山，师晓玉，等.石化企业应对煤制烯烃快速发展的策略研究[J].石油科技论坛，2020,39(4):31-36.
[2] 杨洋.新形势下的煤制烯烃产业发展的挑战和机遇[J].山东化工，2021,50(24):98-100,105.
[3] 王珏.回收炼厂干气中高浓度C<sub>2</sub>工艺开发及经济性评价[D].天津：天津大学，2015.
[4] 李向荣.用SRK方程计算真实气体的密度[J].青岛化工学院学报：自然科学版，2002,23(1):3.
[5] 李雷，罗金生过程模拟中热力学模型的选择和使用[J]新疆大学学报(自然科学版),2001,18(4):481-485.