在线光学光谱仪在油气工艺优化中的应用

在本次采访中，ABB Measurement & Analytics的行业经理Michael B. Simpson博士向AZoM介绍了他们用于石油和天然气应用过程优化的新型在线光学光谱仪。

为什么过程控制和优化在炼油、石化和下游油气行业如此重要?

在高度动态的情况下，炼油厂面临着一个非常困难的平衡问题。计划和安排原油原料的到货时间，这些原料具有最佳的原油质量，在最佳的成本和可用性下，具有最佳的原油混合潜力，以适应炼油厂的原油蒸馏特性，同时在适当的数量上满足特定最终混合产品的市场需求。仅仅匹配产品规格要求而不过度赠送或需要延长滞期费是一个重大的挑战。

为了实现利润最大化，增加了额外的复杂性。在典型的炼油操作中，有多个优化级别，从整个炼油厂LP模型级别开始，通过规划和调度到单个工艺装置APC系统．

精炼的关键问题是什么?ABB如何提供帮助?

炼油业务分为四个主要业务部门:

• 蒸馏和分馏,
• 石脑油转换,
• 重油升级
• 最终产品混合

此外，还有重要的公用事业基础设施。每一个领域都有自己的挑战。这些可能包括蒸馏切点和消耗质量、催化剂或熔炉严重性控制、能源需求、氢需求、可变工艺装置进料质量、装置消耗质量的变化要求，当然还有场外混合期间最终产品质量的优化。

常用的工具和方法是什么?

优化需要控制，只有通过直接测量或推理过程模型获得过程信息，才能实现这一点。在任何级别，都需要向控制系统提供基本的测量输入。

这可以来自多种现场测量设备，将质量流量、压力和工艺温度数据输入一个复杂的推理模型，从中获得工艺流质量并用于运行单元APC系统。

或者，直接测量过程分析仪可以用来直接确定流的质量。这些仪器可以是相对简单的物理分析仪，通常用于单个工艺流程参数，也可以是更复杂的光谱分析仪或色谱分析仪，能够在多个流程中提供多属性数据。

工艺流分析的光学方法有什么特别之处？

虽然物理性质分析仪的优势在于其测量原理与目标性质之间存在相当直接的联系（例如，在线蒸馏分析仪只做它所说的——它使用样品的测试蒸馏来工作）——但这种直接性通常会导致高度的机械复杂性，响应速度相当慢，维护需求非常大，因此拥有成本很高。

这种效果在必要的大量不同的分析仪的安装场地上成倍增加，所有这些分析仪都有自己的维护、备件和培训需求，需要为单元APC系统提供完整的输入。

另一方面，基于光学光谱法的分析仪通常有一个通用且简单的基本操作原理，适用于所有测量特性，其特点是响应速度非常快（典型的流循环时间小于1分钟）且精度非常高（在类似应用中，通常比物理特性分析仪好几倍）。

这些属性(快速、精确)作为输入数据非常有价值APC系统，允许严密的闭环控制和优化。

请告诉我们ABB系列在线分析仪的优点？这些产品将使哪些应用受益？

ABB提供一系列在线过程FT-NIR分析仪包，设计用于广泛的炼油厂应用和工艺装置。最重要的应用包括控制和优化超高容量操作（蒸馏、最终产品混合）或超高值工艺装置（烷基化、催化重整、加氢裂化）。

FT-NIR非常适用于表征碳氢液体流的体积特性，可以是化学成分(如PIONA, BTX)，也可以是物理、点火或冷流特性(如D86蒸馏、运动粘度、辛烷值、云点等)。

除了FT-NIR, ABB还有另一种光谱测量技术(即TDLS-ICOS)，它高度适用于气相流中的超痕量杂质测量，可应用于某些关键的下游油气测量。这些包括ppm和亚ppm水平测量H₂年代,有限公司₂，O₂C₂H₂和NH_3.在氢气回收、蒸汽裂解乙烯产品和生物甲烷等流程中。

在线FT-NIR和其他分析仪如何帮助提供石脑油蒸汽裂解炉优化的实时数据?

液态石脑油进料的蒸汽裂解仍然是全球乙烯和丙烯需求的一个重要且具有经济吸引力的来源。主要过程控制目标是实时优化炉气，以使炉气与下游淬火、压缩机和产品分离能力最佳匹配，同时最大限度地提高炉气回收率炉管结焦控制长度。

这需要良好的石脑油进料质量实时信息，因为石脑油进料过渡影响上述两个参数。在线工艺FT-NIR能够满足这一需求，而gc很难做到这一点，因为它们的洗脱时间较长，因此整个PIONA分析的循环时间很长，加上繁重的日常维护要求。

FT-NIR分析仪可以在1分钟的循环时间内将实时优化的炉PIONA、c数分解和蒸馏曲线特性前馈到炉内。

FT-NIR作为一种多流、多特性的CDU优化分析方法有什么优势?

原油蒸馏装置有时是一个很好的例子，基于简单的物理传输数据的推理过程模型可以很好地工作，因为至少在原则上，有可能有一个很好的严格的精馏塔化学工程模型。

然而，经常有经济上关键的质量参数，需要监视和控制特定的rundown流切割点。例如LGO和HGO之间或LN和开销之间。

在线FT-NIR分析仪可以非常灵活地配置-从简单的单流分析仪(例如:TALYS ASP400-Ex)到多通道分析仪(例如:FTPA2000-HP260X)，允许特定操作关键的直接工艺流质量测量所需的任何特定CDU的设置来实现。

由于CDU的高产量，即使在重要的粗饲料质量转变期间，正确把握切点边界也能带来巨大的经济效益。

ABB TALYS将如何处理CCR催化重整装置的优化，以平衡汽油增长、芳烃需求和炼油厂氢平衡的要求？

尽管CCR催化重整装置是最普遍、最熟悉和最常用的工艺装置之一，几乎在每个炼油厂都是石脑油转换装置的组成部分，但在当今经济动态的环境下，它仍然存在优化挑战。

CCR是MOGAS混合组分的典型高辛烷值重整物来源，但它也能生成天然气氢(而且是唯一的制氢标准工艺装置之一)，其重整产物含有大量有用的芳香烃/ BTX组分。

这意味着，只有通过良好的实时进料、产品和净气流质量数据，才能实现CCR的灵活操作（最大化辛烷桶，实现最佳BTX质量和石化原料，匹配氢气净产量，帮助炼油厂实现氢气平衡或获得最长的催化剂运行长度）。

光学光谱(FT-NIR)和固态(传感器)技术的结合可以用于重石脑油原料PIONA，产品重整RON，芳烃%，苯%，BTX分解和天然气氢%。

我们的读者可以去哪里了解更多？

想了解更多，请访问我们的网站http://new.abb.com/products/measurement-products

有关产品的更多信息，请访问http://new.abb.com/products/measurement-products/analytical/ft-ir-and-ft-nir-analyzers/process-spectrometers/talys-asp400-series＆http://new.abb.com/products/measurement-products/analytical/ft-ir-and-ft-nir-analyzers/process-spectrometers/ftpa2000-hp260x

关于迈克尔·辛普森博士

Michael B.Simpson博士从事在线FT-NIR和其他光学光谱技术超过20年，作为应用化学家和技术支持与ABB合作。

过去10年担任全球炼油、石化和下游油气业务部门的行业经理，使用ABB PMU Quebec, Measurement & Analytics提供的在线FT-NIR分析仪。

迈克尔·辛普森博士有化学和分析光谱学的背景。