用在线分析仪技术测量氢氟酸纯度

这篇文章着眼于在线ft -近红外分析仪的快速响应时间和出色的重复性如何提供全面和安全的实时数据，同时提高氢氟酸烷基化装置的运行。

炼油厂

概述

在石油炼制的最初几年，大多数汽油调合组分是直接从原油蒸馏装置中提取的直馏原料。炼油厂本质上是简单的燃油锅炉。第一个转换装置是直接的，目的是对直馏石脑油进行重整，以生产更高的辛烷值混合组分，以提高产品质量。在第二次世界大战期间，由于明显的原因，对高辛烷值航空汽油的疯狂需求大大推动了这种情况(在那个时期，军用飞机配备了以高辛烷值汽油为燃料的往复式活塞发动机，而不是以煤油为燃料的喷气发动机)。

针对高辛烷值汽油这一要求的解决方案之一是开发炼油厂转化装置——氢氟酸（HF）烷基化装置，生产烷基化物，烷基化物主要由c7和c8异烷烃组成，具有优异的汽油混合性能、高辛烷值和零芳烃含量。

氟化氢烷基化装置

的氢氟酸烷基化装置至今仍具有重要意义。它在为汽油混合池的最终产品提供最重要的原料之一方面发挥着关键作用。随着炼油厂流化催化裂化（FCC）装置数量的不断增加，其重要性与日俱增。FCC通过催化裂化重质原料，使其成为轻质产品，如FCC汽油和轻循环油，从而提高原油蒸馏的重馏分，这些产品可直接或在加氢处理后用于最终产品混合操作。该工艺的缺点是，催化裂化操作中也会产生轻烯烃，通常是丙烯和丁烯。这些基本上是毫无价值的原料。

同样，在任何原油蒸馏过程中，都会形成过量的轻终端产品，如丁烷，其用途有限；正丁烷可以简单地转化为异丁烷，并以这种形式加入FCC c3或c4烯烃（丙烯或丁烯）作为HF烷基化装置的混合进料。HF烷基化装置的关键作用是将这些副产品升级为高价值烷基化物，然后用作汽油混合成分。清除FCC中的c4烯烃和原油蒸馏装置中的c4异烷烃，并通过HF烷基化过程将其转化为异辛烷，这项经济上至关重要的任务在石油精炼中仍然非常重要。

在过去15年里，在大多数国家的政府环保机构(但以欧盟和美国为首)的推动下，汽油配方要求已大幅提高。低硫、低RVP、低芳烃、低苯和低可驾驶性指数(一种混合燃料蒸馏特性)的要求，严格限制了炼油厂在最终产品汽油混合操作中的选择。因此，HFU生产的烷基化物对炼油厂来说具有非常重要的价值，因为他们正努力应对环境和其他法律对其运营的限制。

因此，使用HF烷基化装置的炼油厂面临着越来越大的压力，以最大限度地提高装置吞吐量、精炼产品质量和产量，同时确保操作安全，对环境的影响较小。关于汽油质量的立法越来越严格，公众和监管机构对氢氟酸使用的审查也有所增加，从而导致氢氟酸的可靠和高效运行，这对炼油厂的整体盈利能力和声誉至关重要。

HFU的高效运行是一项艰巨的任务，依赖于操作系统的最大限度测试。这是因为一些特定行业的限制和操作问题，拉伸了工厂的处理能力。

HF烷基化装置对烯烃原料和异丁烷进行加工，生产高价值的烷基化产品。

操作问题

• 由于上游操作的复杂性，HFUs应该能够处理污染物水平、碳氢化合物组成和体积不同的原料。作业公司面临着一个艰巨的挑战，既要降低iC4的回收利用和相关的公用事业成本，又要以最小的酸消耗制造出优质的烷基化物。
• 该装置应以安全的方式运行，而不考虑始终存在的酸失控、加速设备腐蚀和相关HF释放的可能性。app亚博体育

由于石油炼制部门的持续趋势，对HF烷基化单元的压力进一步增加。

行业趋势

• 随着催化裂化装置的不断扩大，以及为满足汽油增长而增加的新型裂化催化剂的增加，也导致了更多烷基化原料的产生
• 随着渣油裂解和升级能力的不断提高，烷基化原料变得更加复杂和困难
• 人们对C5烯烃加工越来越感兴趣，这是一种将挥发性成分返回汽油池的方法，同时提高产品产量
• 关于汽油质量的立法不断收紧，进一步限制了某些现有混合成分的使用

每一个趋势都要求HF烷基化装置在管理增加和变化的原料时更加通用，同时保持装置的有效性和烷基化质量。烷基化物完美的共混特性使其成为实现炼油厂利润目标和实现燃料质量立法的关键因素。

ABB TALYS ASP400-Ex FT-NIR分析仪，含HF酸区现场样品系统

氢氟酸烷基化装置的关键工艺参数不易监测。从历史上看，它依赖于缓慢、昂贵且可能不安全的对循环氢氟酸催化剂的手工取样，以用于实验室评估其强度和临界污染物(如水和氟化副产物[称为酸溶性油])的水平。

氢氟酸纯度的测定是氢氟酸控制和优化的主要控制参数，因为它可以足够迅速地提供，以发现工艺单元的中断，如酸强度的瞬态变化和上游干扰(例如催化裂化操作)造成的污染事件。

FT-NIR法监测氢氟酸回收纯度

• 烷基化质量优化-HFU烷基化产物的RON、RVP和蒸馏特性对于其在下游汽油调合中的应用非常重要。这些参数受HF催化剂纯度的影响，特别是受水含量的影响，必须在适当的操作窗口内提高水含量。氢氟酸循环流的含水量容易受到进料污染事件的影响，必须立即收集并处理这些事件。
• 缓蚀-减缓腐蚀导致HF酸纯度的严重下限和水分含量的严重上限。保持在限定的操作窗口内可以延长高频氟化氢的周转时间，大大降低维护成本，并限制HF排放到环境中的危险。
• 氢氟酸消耗量HFU的正确工作依赖于酸沉降器中烃类产品与酸催化剂的有效分离。如果存在酸溶性油(ASO)副产品的积累和HF酸的消耗(从而降低酸强度)，这个过程就会失败，导致剩余酸的快速消耗——所谓的酸失控事件。这样的事件是非常昂贵的，但是HFU操作不可避免的风险。密切观察酸强度和ASO副产物的百分比可以大大降低发生这种情况的概率。

在形成一种强大而有用的用于HFU监测和优化的过程FTIR分析解决方案方面，主要的突破来自于对必要过程变量(水%、氢氟酸强度和ASO%)的精确和精确的预校准化学计量模型的进步。

这些测量的传统实验室参考方法不合格，与通常的分析仪校准方法相比，不能提供可靠的基础，以发展一个精确的校准模型。幸运的是，氢氟酸循环流是一个相当简单的组成。这使得在真实工艺环境下，在试验室规模的烷基化反应器中，在失重制备校准标准的基础上，开发了至关重要的通用校准模型，但在运行过程中没有任何烯烃进料，以保持精确的酸组成。

该技术由康菲石油公司在20世纪90年代首创，为ABB HF烷基化分析仪提供了非常可靠的预校准，无需任何额外的现场模型开发。

该应用的成功很大程度上归功于创建了一个稳定的安全工程现场样品面板，该面板维护成本低，并且在酸性区域内需要进行少量的现场干预(在HFU中，这需要全套C-suit个人安全设备)。app亚博体育

TALYS-HF在线过程分析仪测量完整的HF酸纯度

基于光纤的过程FTIR分析仪的使用最适合于这种类型的应用。它允许基于野外的酸区样品流池和相关的安全和样品调理系统与分析仪光学站(通常位于控制室或类似的安全区域)在物理上分离。当处理极危险工艺流(如氢氟酸)的在线分析时，这种设置是至关重要的。

额外的优势ABB的FTIR技术它的能力可以扩展到使用单个分析仪跟踪多个流程流。在某些HFU中，这使得需要实时观察两个酸流（例如，主酸循环和酸再生开销），这大大提高了HF酸纯度控制和再生效率。

除了这些优点外，HFU过程FTIR分析仪还有其他有价值的过程控制选项。除了HF酸催化剂的监测作用外，HFU中还有许多关键的烃流，这些烃流得益于可靠、低维护和快速的成分分析。来自等提塔的烯烃进料流和iC4循环流是最关键的。总的来说，这两种流直接影响到HFU原料的纯度，而纯度又直接影响到HF酸的消耗。这些流的实时工艺数据，连同HF酸纯度测量，提供了一个实质性的提高单元操作稳定性。

ABB FTPA2000-HP20全氟化烷基化装置优化多通道系统

FT-NIR法优化HF烷基化单元

在多通道分析仪系统的版本,通常一个流保存为最重要的氢氟酸回收分析(HF流# 1)和酸进一步字段区域样本系统可以使用第二个高频流,例如,高频再生开销几个单位(高频流# 2),或进一步被hf污染的烃流，如iC4循环。此外，不含hf的烃流(烯烃原料或烷基化物产品)可以使用常规冶金的样品系统来合并，该系统可能位于单元酸区之外。

总体:

• 在操作约束条件下，烷基化产率、进料速率和烷基化辛烷值最大化至经济最佳
• 异丁烷与烯烃的比例(通常在10:1左右，以减少副反应，但可调节产率)可以降低，同时匹配烷基化质量和产率目标，以最低的酸消耗
• 在考虑iC4库存限制的情况下，异丁烷补充率可以提高
• 酸质量保持在ASO, HF和水分的最佳操作范围内

这导致：

• 改进烷基辛烷使催化剂的水分含量得以适当管理
• 由于酸补充要求降低，酸库存减少
• 一家领先的许可方报告说，将含水量从1.0 wt%增加到2.0 wt%可以为10000 bpd的装置带来超过100万美元的利润
• 不太经常接触失控的情况
• 回热器操作更温和，酸损失更低
• 调节酸-烃比和反应器温度，以提高产品质量和抑制ASO生产
• 更高质量的烷基化物和收率
• 反应器条件得到改善，以处理新鲜进料成分的差异
• 由于更好的酸强度控制，意外单元腐蚀的风险大大降低

FT-NIR分析仪测量点的例子，全HF烷基化优化

考虑到与等效实验室测试结果相比，在线分析仪的精度大大提高。HF%和ASO%的重复性为0.1%，H %为0.03%₂在线FT-NIR技术测定的0%（绝对值），而标准试验技术（酸碱滴定法、重量法和卡尔·费歇尔滴定法）测定的0%（绝对值）为5×到10×更差。

ABB在线FT-NIR HF烷基化装置分析仪的运行时间数据：两天稳态条件下HF%、水%和ASO%

典型管道图和取样装置从酸冷却器下行管取样，并通过喷射器或其他低压回流管返回iC4循环泵吸入口（如可用）。

结论

在这篇文章中，a预校准在线过程ft -近红外分析系统综述了监测氢氟酸烷基化装置中氢氟酸催化剂循环流中氢氟酸纯度的方法。酸循环流中的关键杂质（酸溶性油[ASO]和水）对核心工艺参数（如烷基化辛烷值和单位腐蚀速率）有相当大的影响。

此外，由于上游工艺单元(以及HFU进料)的干扰，HF酸的质量会迅速恶化。

该装置的传统分析控制基于HF酸样品的频繁（每日）手动现场取样和使用标准化学技术进行的艰苦实验室检查。这些技术使炼油厂人员面临HF释放的可能性，精确度低，实施缓慢。因此，在线分析仪系统为机组优化提供了更快速、更精确、更安全的数据。

工具书类

1. NPRA，年度会议，圣安东尼奥，德克萨斯州，“氢氟酸催化烷基化的进展”，2003年3月23-25日

这些信息是从ABB Measurement & Analytics(分析测量产品)提供的材料中获取、审查和修改的。亚博网站下载

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