乙烯裂解原料在線近紅外預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

李 婷，劉海生

（甘肅省蘭州石化公司研究院，甘肅蘭州 730000）

乙烯原料的優(yōu)劣對(duì)乙烯生產(chǎn)有著至關(guān)重要的影響。裂解原料包含石腦油、輕柴油、輕烴、加氫尾油等，它的范圍很廣，同一種物料的性質(zhì)也不盡相同，而原料性質(zhì)對(duì)裂解結(jié)果有著決定性的影響，因此研究表征原料裂解的特性十分重要。

近紅外分析技術(shù)因分析速度快、不需要樣品前處理、一臺(tái)儀器能同時(shí)分析多種組分的多個(gè)指標(biāo)，性價(jià)比較高，易實(shí)現(xiàn)原位實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，已廣泛應(yīng)用于石油化工、醫(yī)藥、飼料、食品等行業(yè)的過程控制和產(chǎn)品分析[1]。連續(xù)重整裝置所需檢測的指標(biāo)繁多，傳統(tǒng)的分析方法無法滿足裝置優(yōu)化運(yùn)行對(duì)原料分析所提出的要求。因此，運(yùn)用快捷、準(zhǔn)確、安全的近紅外光譜技術(shù)進(jìn)行檢測，就能對(duì)裝置的生產(chǎn)運(yùn)行起到很好的指導(dǎo)作用，提高生產(chǎn)效率。

要做好這項(xiàng)“指導(dǎo)”工作，就需要非常準(zhǔn)確的近紅外光譜分析檢測數(shù)據(jù)做支持。而在線分析儀能否用好，往往不在近紅外光譜分析儀自身，而是取決于樣品系統(tǒng)的完善程度和可靠性。在工業(yè)應(yīng)用中，影響近紅外光譜檢測的因素較多，樣品系統(tǒng)使用中遇到的問題往往比分析儀還要多，分析精度也要受到樣品的代表性，實(shí)時(shí)性和物理狀態(tài)的限制。比如待測樣品中有固體雜質(zhì)和氣泡會(huì)影響近紅外光譜的吸光度，水在近紅外譜區(qū)中也具有較強(qiáng)的吸收帶[2]，對(duì)其他基團(tuán)光譜吸收有干擾，樣品溫度變化太大會(huì)導(dǎo)致近紅外光譜發(fā)生飄移，因此在工業(yè)應(yīng)用的在線近紅外分析中，為了滿足在線近紅外分析儀的檢測要求，同時(shí)為了保證分析系統(tǒng)的長周期運(yùn)行和測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須設(shè)計(jì)可以除渣、除水、除氣泡和恒溫的預(yù)處理系統(tǒng)。

1 預(yù)處理系統(tǒng)的組成及流程

1.1 預(yù)處理系統(tǒng)組成

在線近紅外預(yù)處理分析系統(tǒng)由分析小屋、四套預(yù)處理及配套設(shè)備構(gòu)成。該分析小屋具有密閉、防雨、防塵、隔熱的作用。它集過濾、除水、恒溫等多項(xiàng)功能于一體，滿足近紅外分析的全部要求。

在線近紅外預(yù)處理系統(tǒng)外觀上由3 600×2 200×2 500的全封閉儀表分析小屋構(gòu)成，該分析小屋有兩部分功能區(qū)域，分別為預(yù)處理間（左側(cè)）和分析間（右側(cè)），左側(cè)預(yù)處理間的尺寸為 2 000×2 200×2 500，承擔(dān)樣品的前期預(yù)處理過程，右側(cè)分析間的尺寸為1 600×2 200×2 500，具有樣品的分析、檢測及PLC控制功能。

預(yù)處理間由四路預(yù)處理和防爆配電裝置、可燃?xì)怏w報(bào)警儀及風(fēng)機(jī)等設(shè)備構(gòu)成。小屋內(nèi)的防爆配電箱負(fù)責(zé)整個(gè)小屋的用電供應(yīng)，風(fēng)機(jī)保證儀表小屋內(nèi)氣體的流通和置換，防止工作人員發(fā)生窒息和輕微中毒。

分析間由恒溫箱、近紅外光譜分析儀以及PLC控制設(shè)備構(gòu)成。系統(tǒng)中的PLC主要具有兩個(gè)功能，一是控制整個(gè)流路的電加熱溫度，二是控制系統(tǒng)的自動(dòng)反吹。

圖1 分析系統(tǒng)預(yù)處理流程圖

為了提高小屋的安全性能，儀表小屋的每一間都配備了安全報(bào)警裝置。

1.2 預(yù)處理系統(tǒng)分析流程

預(yù)處理系統(tǒng)是分析小屋的重要組成部分，它由過濾系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)及恒溫系統(tǒng)組成。詳細(xì)流程（見圖1）。樣品從裝置泵出口通過Φ8采樣管線進(jìn)入到一級(jí)沉降過濾器進(jìn)行過濾，去除體積比較大的顆粒、漂浮物，在壓力的作用下使得樣品從過濾器出口進(jìn)入二級(jí)脫水過濾階段，樣品中所帶的雜質(zhì)、氣泡得到進(jìn)一步的去除，然后樣品通過纖維棉的脫水作用進(jìn)入到脫水過濾器的中心，從過濾器的中部大約1/4高處經(jīng)過樣品引出管從樣品出口進(jìn)入換熱、恒溫階段。從二級(jí)脫水過濾器出來的樣品進(jìn)入到油水換熱階段（如需要時(shí)），油水換熱器設(shè)計(jì)的思路為樣品流動(dòng)方向?yàn)樯线M(jìn)下出的流動(dòng)方式，并且為了增加換熱效率，設(shè)計(jì)為回旋盤管的形狀。最終使得換熱器樣品出口的溫度保持在30℃。最后樣品進(jìn)入鋁塊恒溫階段，鋁塊恒溫主要起到了對(duì)樣品的恒溫作用，使進(jìn)入流通檢測池樣品溫度恒定在30℃。樣品經(jīng)過兩級(jí)過濾、脫水、換熱，然后進(jìn)入恒溫箱進(jìn)行恒溫，最后通過氣泡除去器，進(jìn)入流通檢測池進(jìn)行測量。

2 預(yù)處理系統(tǒng)各分系統(tǒng)

2.1 過濾系統(tǒng)

2.1.1 一級(jí)過濾器 一級(jí)沉降過濾器的結(jié)構(gòu)（見圖2），材質(zhì)和工作條件（見表1）。一級(jí)沉降過濾器的主要作用：樣品從采樣管線樣品入口1進(jìn)入沉降過濾器（因管道內(nèi)樣品帶有懸浮物、顆粒、氣泡等雜質(zhì)），先進(jìn)行沉降，那些重的、大的顆粒物沉入底部，然后樣品通過溢流作用流過沉降過濾器的濾網(wǎng)層，這樣大部分懸浮物和氣泡就能得到有效的阻止，通過濾網(wǎng)后的樣品進(jìn)入過濾器中心，從過濾器的中部大約1/3高處通過樣品引出管，在壓力的作用下使得樣品從樣品出口2進(jìn)入二級(jí)脫水過濾器。

表1 一級(jí)沉降過濾器參數(shù)表

圖2 一級(jí)沉降過濾器設(shè)計(jì)圖

2.1.2 二級(jí)脫水過濾器 二級(jí)脫水過濾器的結(jié)構(gòu)（見圖3），材質(zhì)和工作條件（見表2）。從一級(jí)沉降過濾器出來的樣品從樣品進(jìn)口5進(jìn)入二級(jí)脫水過濾階段，樣品先進(jìn)入脫水過濾器的外殼1和燒結(jié)金屬過濾芯2的夾層進(jìn)行二次過濾，樣品中所帶的雜質(zhì)、氣泡得到進(jìn)一步的去除，然后樣品通過纖維棉3的脫水作用將進(jìn)入到脫水過濾器的中心，從過濾器的中部大約1/4高處經(jīng)過樣品引出管4從樣品出口進(jìn)入換熱、恒溫階段。

表2 二級(jí)脫水過濾器參數(shù)表

圖3 二級(jí)脫水過濾器設(shè)計(jì)圖

2.2 油水換熱器

油水換熱器的結(jié)構(gòu)（見圖4），材質(zhì)和工作條件（見表3）。從二級(jí)脫水過濾器出來的樣品進(jìn)入到油水換熱階段，油水換熱器設(shè)計(jì)的思路為樣品流動(dòng)方向?yàn)樯线M(jìn)下出的流動(dòng)方式，并且為了增加換熱效率，設(shè)計(jì)為回旋盤管的形狀。最終使得換熱器樣品出口的溫度在30℃。

2.3 恒溫箱

鋁浴恒溫箱（見圖5）主要起到了對(duì)樣品的恒溫作用，采用積木式的鋁塊結(jié)構(gòu)，中間嵌入電伴熱帶伴熱的方式。通過恒溫作用，使進(jìn)入流通檢測池樣品溫度恒定在30℃。

表3 油水換熱器參數(shù)表

圖4 換熱器設(shè)計(jì)圖

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)

分析系統(tǒng)運(yùn)行近一個(gè)月的烷烴、密度等原料性質(zhì)持續(xù)運(yùn)行24 h的分析曲線（見圖6），從圖6曲線的運(yùn)行趨勢(shì)可以得到，近紅外分析儀運(yùn)行穩(wěn)定（垂直的線表示氮?dú)獯祾撸?/p>

圖5 恒溫箱組裝圖

圖6 持續(xù)一個(gè)月的各性質(zhì)運(yùn)行曲線

表4 異構(gòu)烷烴、烯烴的準(zhǔn)確性對(duì)比

3.2 準(zhǔn)確性

為了驗(yàn)證在線測量的準(zhǔn)確性，用近紅外光譜分析儀檢測的分析值與實(shí)驗(yàn)室色譜及質(zhì)檢部三者之間的數(shù)據(jù)比對(duì)。異構(gòu)烷烴和烯烴的準(zhǔn)確性對(duì)比值（見表4）。

通過數(shù)據(jù)的比對(duì)，在線近紅外分析數(shù)據(jù)運(yùn)行穩(wěn)定，分析誤差均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，準(zhǔn)確性良好。

4 結(jié)論

（1）近紅外分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合現(xiàn)場應(yīng)用要求，為分析過程提供良好的環(huán)境支持。

（2）分析系統(tǒng)裝置應(yīng)用效果良好，運(yùn)行平穩(wěn)，準(zhǔn)確性高。

（3）分析系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)在線分析，快速獲得乙烯裂解原料的PONA值、密度、芳烴關(guān)聯(lián)指數(shù)、餾程等性質(zhì)指標(biāo)，可以為裝置工藝員提供數(shù)據(jù)支持。

［1］鐘海慶.紅外光譜法入門［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1984.

［2］田地，等.近紅外光譜儀器［J］.分析儀器，2001，（3）：3-7.