使用在线分析仪技术进行蒸汽开裂炉操作

在本文中，已经讨论了在线FT-NIR的特殊重复性和快速响应时间，用于提供用于提供完整的实时数据的用于优化石脑油蒸汽裂缝炉的完整实时数据。

炼油厂

首先，有必要看看背景:为什么蒸汽裂解炉的实时优化如此重要，有哪些分析工具可以提供帮助?

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

蒸汽裂化过程主要包括裂解炉、淬火、下游压缩和净化/回收等几个阶段。进入裂解炉的进料经过预热，并在受控的进料速率和汽烃比下与蒸汽混合，然后快速通过炉辐射段。开裂温度高(约1382°F至1562°F/750°C至850°C)，停留时间很短(约0.08 ~ 0.25秒)。这产生了大量的裂解废气，主要由丙烯和乙烯组成，但也有其他副产物如上所述。

这种高温气流主要通过传输线热交换器和一个主急冷塔，以立即停止进一步的反应，并防止副产物的形成。最后，气流通过多级压缩机组，然后进入蒸汽裂解装置的冷段进行回收、分离和净化。

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。

如何平衡裂化极限与产量、乙烯/丙烯选择性和产率之间的关系是加热炉运行中的关键问题，这些因素都会影响制气、下游分离和压缩装置的能力，以及炉管结焦的威胁。理想的炉膛设定值(例如，测量线圈出口温度[COT])将取决于液体石脑油饲料的组成。相对较轻的石蜡石脑油更容易裂解，产生更多的气体，而不会有熔炉结焦的风险，因此能够产生更高的严重收率和设置，达到下游压缩机组的极限。同样严重的更芳香的石脑油会因严重结焦而大大缩短炉长。

蒸汽开裂单元的裂缝，淬火，压缩和恢复阶段

使用基于严重的对照与恒定馈电的恒定馈电质量保持乙烯产率％维持乙烯产率％

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。

测量和优化的周期

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:

基于推理模型的APC

• 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理质量估计
• 需要单位化学工程模型

基于物理分析仪的APC

• 使用各种单一物理分析仪进行直接测量
• 需要大量的培训、校准、维护和备件储备

APC基于高级分析仪

• 使用较少数量的多流多属性分析器
• 需要校准或校准模型开发
• 通常以精度，可靠性和速度提供显着的增强

石脑油饲料成分的实时分析

APC基于真实分析仪的实际过程流质量测量，这是一套充满风险的充满活力的又充满了风险。

从历史上看，这种方法受到阻碍：

• 安装的大型基础设施要求
• 高资本成本
• 复杂的操作需求（验证，校准）
• 高生命周期成本，更可靠性

技术进步导致：

• 更强大，简单，经济高效的分析仪
• 相当减少操作和安装需求
• 更广泛的现有技术

IR（FT-NIR）分析仪附近的傅立叶变换的低生命周期成本和长维护间隔已经提供了一种方法来处理一部分问题。精心选择，它们提供可靠性和正常运行时间的空间技术水平（完全是因为该技术经常在气候传感卫星中使用）。目前，在线FT-NIR分析仪在一致的烃流量测量中，在整个石化和炼油厂流中，从粗蒸馏到重油升级，石脑油转化率和最终产物混合的整个石化和炼油流。

在当前的实例中，在线过程FT-NIR分析仪提供优异的匹配与监测液体石脑油饲料实时组成的测量。在此应用中，它们与过程气相色谱仪比较，对于完整的PiONA分析，对于这种快速移动过程中的有效APC更新周期来说太慢了。同时，GCS（或工艺质谱仪）可显着适用于熔炉后气流流出测量。流出气体组成和饲料质量是炉RTO的必要输入，用于蒸汽饼干，具有可变石脑油饲料质量，或者使用C4 +回收回到炉子饲料中。

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，两种分析器平台都表示为EX区域认证，现场安装过程FT-NIR系统。主要的差异是Talys ASP400-EX单元是一个非常简洁的单通道光纤基系统，完全适用于Piona测量，安装要求非常简单，而HP360单元是具有嵌入式分析样品流程的提取系统-细胞。这最后的布置不需要使用光纤，并且能够在炉子产量模拟器的要求下提供石脑油进料组合物的非常精确的全C次数击穿。

ABB工艺FT-NIR分析仪TALYS ASP400-Ex。

ABB工艺FT-NIR分析仪FTPA2000-HP360。

典型石脑油进料质量由TALYS ASP400-Ex FT-NIR分析仪提供

示例石脑油馈送校准数据
财产	红外光谱R	FTIR R.	范围Vol％	财产	红外光谱R	FTIR R.	范围（°C）
P％	0.74	0．14	18 - 53	IBP	2.1	0.26	21到105.
我%	0.98	0.11	20 - 55	T10	1.2	0.17	35到81
O %(你好)	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到143.
% (lo)	0.26	0．08	1 - 15	T90	4．9	0.32	67到165.
a％（嗨）	0.57	0．08	0 - 35	T95	7．7	0.48	69到185.
C4总	0.17	0.09	1 - 6	FBP.	10．9	0.73	76年到225年

测量在4000至4800厘米处进行^-1FTPA2000-HP360分析仪系统的NIR组合区域的范围。这使得能够精确的异构体辨别，因此可以是基于石脑油组分的可靠碳数。

石脑油原料中PIONA的PLS回归校正图由TALYS ASP400-Ex FT-NIR分析仪提供。

例如，上面说明的是各种C6异构体的光谱。左侧的曲线表现出各个化合物的光谱，观察到在近红外组合区域吸光带的形状，位置和强度中显然地分化。右侧的曲线表明了纯化合物的重物制备的混合物的情况。这与通常的石脑油型碳氢化合物谱相比相对较好。

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。

FT-NIR光谱分析样品的校准设置。

用c数详细分析

FT-NIR光谱在近红外合成区4000 ~ 4800 cm^-1对于一系列C6烃和相关校准图表明了对各种C6异构组合物的接近完美分析。

对于此应用，使用傅立叶变换的近红外IR分析仪平台可以选择广泛的潜在近红外频谱区域，因为它是这项技术的内在特征，它涵盖了3700的整个近红外线范围厘米^-1超过12,000厘米^-1不影响信噪比或分辨率。因此,TALYS ASP400-Ex适用于需要PIONA馈送到产量估计器和炉RTO的标准应用，并且当需要完成C次数分析时，HP360（例如，在整个SPYRO中^TM执行）。

通过FT-NIR分析校准2-甲基戊烷，甲基环戊烷和3-甲基戊烷的校准图。

ABB处理FT-NIR Analyzer Talys ASP400-EX采用光纤链路采样流动箱柜。

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分析仪技术的应用，以进行液体石脑油进料的实时分析，以用于丙烯和乙烯的通用规模生产的蒸汽开裂单元。观察到，可以选择FT-NIR技术的不同实现，因为应用需要将部分或完整的馈送质量表征作为前馈信息作为裂解炉产生估计器和实时优化器。

性能包括蒸馏，完整的C数分解，PIONA的分析周期低于1分钟，与其他技术相比非常好。其他在线分析仪技术可用ABB测量和分析在乙烯单元中的等效施加包括用于炉污水表征的方法PGC5000气相色谱仪，LGR-ICOS偏离轴上可调二极管激光系统，用于超低水平乙炔和最终产品纯化乙烯中的氨检测。

校准图显示FTPA2000-HP360系统的C型C-Number分析。

参考

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5. ABB应用说明，“基于模型的烯烃厂的严重性控制，PA部，石油煤气和石油化工，2011年。

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