用简单可靠的在线分析技术优化炼油厂催化重整装置

本文以炼油厂的催化重整装置为例，说明在先进的过程控制中，如何使用简单、可靠的在线分析仪提供及时有效的流程质量数据。

炼油厂

测量了容易

本文首先考虑的背景:为什么优化炼油生产装置是如此的必要和普遍，以及存在什么分析工具来帮助。炼油的主要问题是，虽然原油的炼油是一个连续的、大容量的过程，具有极其重要的原材料和能源成本，但它不是稳态的。

原油原料在质量、成本和可获得性方面持续存在差异，而与此同时，炼油厂产品及其市场在需求、定价和规格方面极其动态。这导致使用相对复杂的整体精炼厂线性规划(LP)模型来管理这些变化。在这些模型之下，单独的过程单元高级过程控制(APC)包需要保持单元在目标上(即使这些目标将会改变)并处于控制之下。

炼厂石脑油总厂，含CCR和一体化石化装置

考虑炼油厂内的一个特定区域——石脑油总厂或石脑油转换区——可以看到许多不同的工艺单元和流程之间的相互作用。这些工艺装置和流程的关键是催化重整装置(CCR)。该装置负责从CDU中提取低附加值的重质石脑油，并在加氢处理后将其转化为高附加值的高芳烃、高辛烷值的原料。

注意:在这篇文章中，CCR作为一个通用符号来表示催化重整装置。提出的论点主要适用于连续催化再生改革者，然而，它们也可以适用于固定床装置。问题是-有什么替代石脑油加工或CCR石脑油原料来源，以及不同的单位产品有什么替代用途?

成本、产能、质量、价值和需求都在不断变化。

上面的图表试图展示这些场景的简化和理想化的视图。例如，来自CCR的重整产物通常作为一种有用的高辛烷值混合组分直接进入汽油混合池，但重整产物的高辛烷值来自于高芳烃(BTX)含量。它有多种用途，根据混合汽油产品和芳烃装置之间的价格折让，可以确定作为芳烃装置原料的转用。同样地，通常经过加氢处理作为CCR原料的CDU的直馏石脑油可能更好地用作石脑油蒸汽裂解烯烃装置的原料，这也是基于芳烃、汽油和烯烃产品的相对瞬时盈利能力。

在某种程度上度量对于流程优化是必不可少的。测量产生的信息使控制成为可能。这种测量采用什么样的形式是一个比较开放的问题，在那些喜欢统计而不喜欢分析器的人(主要是工程师)和那些不相信任何不能被认为是直接可追踪的分析结果的人(主要是化学家)之间有相当大的争论。

这导致了APC的不同方法:

基于推理模型的APC

• 采用一些基本的质量流量、温度和压力变送器
• 需要实验室测试数据，以校准和维护推断质量估算器
• 需要化工单元模型

基于物理分析仪的APC

• 使用多个单特性物理分析仪进行直接测量
• 需要广泛的维护，培训，校准和备件储备

APC基于先进的分析仪

• 使用少量的多流多属性分析器
• 通常在精度、速度和可靠性方面都有显著提高
• 需要校准或校准模型开发

基于实际过程流质量测量的APC被认为表面上有吸引力，但充满风险。

从历史上看，这种方法受到以下因素的阻碍:

• 高资本成本
• 生命周期成本高，可靠性有限
• 复杂的操作要求(验证、校准)
• 大型基础设施安装要求

技术进步带来了:

• 更强大，更简单，更低成本的分析仪
• 广泛的可用技术范围
• 大大降低了操作和安装需求

本文考虑了两个现代、健壮的分析技术的例子，它们使基于实时过程分析测量的APC策略的实现更加可靠和容易。傅里叶变换近红外(FT-NIR)分析仪为解决部分问题提供了一种途径。如果选择得当，它们将提供可靠性和正常运行时间的空间技术水平(这是相当确切的，因为该技术通常用于气候传感卫星)。

目前，在线FT-NIR分析仪在可靠的烃流特性测量方面已经建立了跟踪记录(在这种情况下，重整产物中的RON和BTX以及重石脑油原料中的PINA)。第二种技术是基于固态电化学传感器的方法，用于观察氢循环/净气体流，这也是CCR运行中的关键。

ABB工艺FT-NIR分析仪TALYS ASP400-Ex。

ABB过程氢分析仪HP30。

典型的UOP CCR平台处理单元。

因此，催化重整装置，无论是如图所示的CCR，还是固定床型，都以重石油气为原料，在合理的高温和相当低的操作压力下进行催化转化，将环烷和石蜡转变为主要的芳香烃。

由此产生的产品是富含芳烃的重整液流，在装置内产生纯氢气并部分回收。

这个单元的操作存在哪些选择和问题?如前所述，乘积的CCR单位被认为是一种比汽油更有潜力的混合料。这是标准的关键产品，但在不同的市场，更复杂的炼油厂广泛的重油上转换，这是早期被视为CCR副产物，现在成为重要的和假设有吸引力的经济选择。

重整将重质石脑油转化为:

• 汽油调合用高辛烷值原料
• 石油化工用高芳烃(BTX)原料
• 高纯氢气，适用于加氢裂化装置补充气

CCR单元操作提供了非常多的自由度，包括严重程度、压力和选择性，这些都可以被交换为:

• 运行最大净气体
• 运行以获得最大的催化剂寿命
• 以最小的能源使用量运行
• 运行到最大辛烷值桶
• 运行以获得最大BTX良率

该装置的关键操作参数将是压力、严重程度、催化剂床温度和剖面，这些参数相互关联，同时影响辛烷值、芳烃含量、产率和BTX分布以及净制氢量。

CCR操作中的操作参数权衡示例。

校准数据集1^圣RON的导数和PLS回归图。

在线FT-NIR与实验室测试方法RON

在线FT-NIR RON数据(系列1)与实验室测试样品(系列2)的示例验证图。

最标准的测量是重整产品流的辛烷值监测(通常是RON)，作为反应器严重程度的标志，对其测量可以很容易地集成化学成分参数，如总芳烃%，或离散组分，如甲苯%，苯%和二甲苯%。

为了举例说明，ABB展示了一个典型的RON和芳香烃建模数据集，以及生成的RON校准模型。

请注意，由于良好的现场实验室精度，模型精度(vs实验室测试)约为0.2 RON @ 1 sigma比ASTM标准技术再现性(R)要好。因此，在线FTIR比在线CFR引擎做得更好，后者在任何情况下都要昂贵得多。

这是先进的光学或固态设备在工艺流质量分析方面的主要优势:更好、更快和更便宜的数据。

第二流分析是重石脑油原料，可以使用与重整产品相同的FTIR装置进行测量。在这里，影响CCR单位收率和选择性的目标性质是蒸馏和PINA。

石脑油饲料中PIONA的PLS回归校正图。

石脑油质量的差异可能来自不同的CDU原料和操作，也可能来自替代石脑油原料来源。如果CCR装置的催化剂再生能力过剩，则次优重石脑油原料(例如，来自催化裂化装置的重石脑油)可以运行或与常规直馏石脑油混合，从而使装置具有更大的动态包膜。

在这组实时在线过程分析中，ABB着眼于净气体/氢气循环流的最终测量。这里，主要参数是H₂但必须在混合轻烃含量背景变化的情况下进行测量。显然，净气体循环流不是纯氢气。它与在分离器/回收阶段回收的其他轻气体混合

对于热导率检测(TCD)等传统技术来说，这是一个值得注意的挑战，因为它们只能处理有限数量的干扰成分(不超过两个)。固态传感器对氢气的响应是特定的，也可以防止可能的污染物，如H₂因此，允许快速的氢运输，但阻断了较大的污染物物种。

总结

在本文中，ABB特别回顾了健壮、简单但先进的过程分析仪技术的使用FT-NIR和基于固态传感器的氢检测，到最关键的过程单元流在催化重整装置。ABB已经发现，辛烷值、芳烃、PINA和氢气的测量可以使用这些相对直接的分析技术，而且这些数据几乎是实时的(一分钟的流周期时间)，可以与单元先进的过程控制紧密集成。这可以改进单元操作参数的管理，以提高高质量的重整和净气/氢的生产，使产量和组成更好地与总炼油厂和产品市场需求相一致。

参考文献

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3.Kavousi k;Mokhtarian:;“基于PETROSIM软件的Isfahan炼油厂CCR装置模拟”，《国际科学与调查杂志》，4 (3)，14-33,2015欧洲杯线上买球

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5.Robert A. Meyers，石油精炼过程手册，第三版，2004

6.第4.1章- UOP平台化过程

这些信息已经从ABB分析测量公司提供的材料中获得、审查和修改。欧洲杯足球竞彩

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