应用在线分析仪技术进行蒸汽裂解炉操作

本文讨论了利用在线傅里叶变换近红外(FT-NIR)和其他分析仪的异常重复性和快速响应时间，为石脑油蒸汽裂解炉的优化提供完整的实时数据。

炼油厂

首先，看看背景是必要的：为什么蒸汽开裂炉的实时优化如此重要，以及有助于帮助的分析工具是什么？

乙烯产量每年将近1.75亿吨，其中大部分是通过蒸汽裂解轻烃生产的——乙烷在那里价格便宜，很容易获得，液体原料如石脑油，或者在更有利的地方，不太常见的是粗柴油。当最终用户市场在定价和需求方面处于动态状态时，使用石脑油作为原料具有重要的额外好处，因为石脑油原料还会产生附加价值的副产品，如丁烯(用于丁二烯生产)、丙烯和高芳烃含量的化气产品。这使蒸汽裂解的操作在战役模式下，更好地调整产品的频谱，以市场机会。

流程优化

蒸汽开裂过程涉及几个阶段，例如，主要是裂化炉，淬火，下游压缩和纯化/回收。将进料到裂解炉预热并以受控电荷速率和蒸汽与烃比混合蒸汽，然后通过炉子的辐射部分快速通过。裂化温度高（约1382°F至1562°F / 750°C至850°C），停留时间非常短（0.08至0.25秒的顺序）。这产生了大量的裂纹污水气体，主要由丙烯和乙烯组成，但与上面表示的其他共同产品。

该高温气流主要通过转移线热交换器，并通过主淬火塔瞬间停止进一步反应并防止侧产物的形成。最终，气流通过多级压缩机火车，然后通过多级压缩机火车，然后进入蒸汽开裂单元的冷段，用于回收，分离和纯化。

问题的关键是，蒸汽裂解装置的总收益和效率取决于炉内废气的质量和产量。下游阶段充分利用所生产的东西，但不能影响炉子本身。

炉子运作中的关键问题是平衡突破肢体免受产量，乙烯/丙烯选择性和产量，所有这些都可以影响气体制造，下游分离和压缩列的能力，以及不可接受的炉子焦化的威胁．完美的炉子设定点（例如，测量为线圈出口温度[COT]）将在其他因素中，关键依赖于液体石脑油饲料的组成。相对轻的石蜡石脑油将更容易地裂起并产生更高体积的气体，而没有炉灶的风险 - 因此能够更高的严重性收率和设置，直到下游压缩机列车的极限。在同一严重程度下更芳香的石脑油将通过极端焦化强烈减少炉膛流量。

蒸汽裂解装置的裂解、淬火、压缩和回收阶段

在不同饲料质量下，使用基于严重程度的控制与在恒定COT下操作保持乙烯产量%

在一定层次上的测量是过程优化的基础。测量产生信息，使控制成为可能。这种测量方法所采取的形式是一个可以忽略不计的更开放的问题，在一些人(主要是工程师)和一些人(主要是化学家)之间引发了巨大的争论，其中一些人不喜欢分析员而喜欢统计学，另一些人则不相信任何不能直接追溯的分析结果。

测量和优化的循环

炉严重控制采用动态COT设定点饲料组成和出水分析。

这就产生了几种APC的方法:

APC基于推理模型

• 使用各种基本的流量、温度、压力变送器
• 需要实验室测试数据来校准和维护推断质量估计器
• 需要化工模型的单位

APC基于物理分析仪

• 使用各种单一性质的物理分析仪进行直接测量
• 需要相当大的培训，校准，维护和备件股权

APC基于高级分析仪

• 使用较少数量的多流多财产分析仪
• 需要校准或校准模型开发
• 通常在精度、可靠性和速度方面提供显著提高

石脑油饲料组合物的实时分析

APC基于真实的过程流质量测量从表面上看是有吸引力的，但充满了风险。

从历史上看，这种方法受到以下因素的阻碍:

• 大型基础设施的安装要求
• 高资本成本
• 复杂的操作需求(验证、校准)
• 生命周期成本高，可靠性低

技术进步导致:

• 更强大、简单、性价比更高的分析器
• 大大减少了操作和安装需求
• 更广泛的现有技术

傅里叶变换近红外(FT-NIR)分析仪的低寿命周期成本和较长的维护周期为解决部分问题提供了一种方法。如果选择得当，它们可以提供空间技术水平的可靠性和正常运行时间(确切地说，因为这种技术经常被用于气候传感卫星)。目前，在线FT-NIR分析仪在从原油蒸馏到重油升级、石脑油转化和最终产品混合的整个石化和炼油厂流程中，都有经过验证的油气流特性测量跟踪记录。

在当前实例中，在线过程FT-NIR分析仪为实时监测液体石脑油进料成分提供了极好的匹配量。在这个应用中，他们可以很好地与过程气相色谱仪进行比较，而过程气相色谱仪对于一个完整的PIONA分析来说，在这个快速移动的过程中，对于有效的APC更新周期来说太慢了。与此同时，气相色谱(或过程质谱)相当适合于炉后气体排放的测量。对于具有不同石脑油原料质量或使用C4+回炉原料的蒸汽裂解炉RTO来说，排出气组成和原料质量都是必不可少的输入。

测定石脑油质量所需的关键成分测量方法是PIONA(总石蜡、异石蜡、烯烃、环烷和芳烃的百分比)。这些信息提供给APC系统的一部分，作为整个产量预测器和炉模拟。对于给定的极值，这通常会估计乙烯/丙烯产量、焦化指数、总制气量或类似定义的参数。根据具体的设置，产量估算器和炉模拟器可能需要输入数据作为一个更简单的简化数据集(例如，PIONA和主要蒸馏参数，如T05, T95)，或者可能需要一个完整的基于c值的整个碳氢化合物成分分解。过程FT-NIR分析仪能够有效地满足这两方面的要求。正确选择分析仪平台可以达到最佳的效果。

在本文中，两种分析仪平台都是Ex区域认证的，现场可安装的过程FT-NIR系统。主要的不同之处在于TALYS ASP400-Ex单元是一个非常简洁的，基于单通道光纤的系统，非常适合PIONA测量，安装非常容易，而HP360单元是一个萃取系统，具有嵌入式分析样品流动池。最后一种方法不需要使用光纤，当炉产率模拟器要求时，能够提供非常精确的石脑油进料成分的全c值分解。

ABB工艺FT-NIR分析仪TALYS ASP400-Ex。

ABB过程FT-NIR分析仪FTPA2000-HP360。

Talys ASP400-EX FT-NIR分析仪提供的典型石脑油饲料素质

石脑油进料校准数据
财产	红外光谱R	红外光谱r	范围卷%	财产	红外光谱R	红外光谱r	范围(°C)
P %	0.74	０．１４	18 - 53	IBP.	2．1	0.26	21 - 105
我%	0.98	0.11	20 - 55	T10	1．2	0.17	35 - 81
o％（嗨）	0.17	0.03	0 - 12	T30	1．7	0．16	44到93.
o％（lo）	0.08	0.03	0 - 1.6	T50	2．4	0．2	50到125
N %	0.83	0．13	8 - 40	T70.	3．3	0．31	54 - 143
% (lo)	0.26	0.08	1 - 15	T90.	4．9	0.32	67年到165年
%(你好)	０．５７	0.08	0 - 35	T95.	7.7	０．４８	69年到185年
C4总计	0.17	0.09	1 - 6	出口押汇	10.9	0.73	76到225.

测量范围在4000到4800厘米之间^－1FTPA2000-HP360分析仪的近红外组合区域范围。这使精确鉴别同分异构体成为可能，从而使石脑油组分的碳数分解成为可靠的基础。

PIONA在塔罗斯ASP400-EX FT-NIR分析仪提供的典型石脑油饲料品质中PIOPA的回归校准曲线。

例如，上面所示的是各种C6异构体的光谱。左边的图显示了单个化合物的光谱，可以观察到在近红外结合区吸收带的形状、位置和强度上有明显的区别。右边的图展示了用重量法配制的纯化合物混合物的实例。这与通常的石脑油型烃谱相当吻合。

2,3二甲基丁烷，2-甲基戊烷，3-甲基戊烷和正己烷甲基环戊烷的FT-NIR光谱。

用于校准集分析样品的FT-NIR光谱。

用c数详细分析

FT-NIR光谱在近红外合成区4000 ~ 4800 cm^－1对一系列C6碳氢化合物和相关校准图显示了各种C6同分异构体组成的近乎完美的分析。

对于这一应用，使用基于傅里叶变换的近红外分析仪平台可以在广泛的潜在近红外光谱区域阵列中进行选择，因为这是该技术的内在特征，它覆盖了3700 cm的整个近红外范围^－1至12000厘米以上^－1不影响信噪比或分辨率。因此,talys asp400-ex适用于需要PIONA馈送到产量估算器和炉RTO的标准应用程序，以及HP360时，需要完整的c数分析(例如，在整个SPYRO^TM值实现)。

用FT-NIR分析对2-甲基戊烷，甲基环戊烷和3-甲基戊烷进行校正。

ABB Process FT-NIR分析仪TALYS ASP400-Ex，带光纤连接到样品流单元柜。

ABB Process FT-NIR分析仪FTPA2000-HP360带快速回路样品调理系统。

结论

本文研究了强大的在线过程FT-NIR分析仪技术在用于丙烯和乙烯通用规模生产的蒸汽裂化装置中液体石脑原料的实时分析中的应用。观察到，FT-NIR技术的不同实现可以选择，因为应用需要将部分或全部饲料质量表征作为裂解炉产率估计器和实时优化器的前馈信息。

包括蒸馏，完整的C次数击穿和PIONA的性质可用于分析循环时间，低于1分钟，与替代技术相比非常良好。其他在线分析仪技术ABB测量与分析在乙烯装置中有相当应用的包括用于表征炉流出物的工艺PGC5000气相色谱仪和用于最终产品纯化乙烯中超低水平乙炔和氨检测的LGR-ICOS离轴可调谐二极管激光系统。

FTPA2000-HP360系统的PIONA分析的标定图。

参考文献

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此信息已采购，从ABB测量和分析 - 分析测量产品提供的材料提供和调整。欧洲杯足球竞彩

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