在線總硫分析儀在催化汽油加氫裝置的應用

姜美玲

(上海中玨石油化工工程有限公司，上海 201108)

國內汽油調和組分中催化裂化(FCC)汽油占75%，其硫含量占汽油調和組分硫含量的90%～99%[1]。近年來汽車使用量成倍增加，汽車尾氣污染越發嚴重，國家對汽車尾氣排放提出嚴格的要求，對車用汽油實施更高的標準。面對嚴峻的環境形勢，環保壓力日益增大，生產低硫和超低硫汽油的任務越來越緊迫。加氫是生產出清潔燃料油的主要方式。該廠引進法國Axens公司Prime-G+技術對催化裂化汽油進行加氫精制，得到低硫精制汽油。

1 工藝流程簡述

Prime-G+是采用固定床雙催化劑的加氫脫硫技術，工藝流程主要包括：全餾分選擇性加氫(SHU)及分餾，重汽油選擇性加氫脫硫(HDS)[2]。選擇性加氫部分主要進行二烯烴加氫、硫醇和輕硫化物轉變成重硫化物、烯烴異構化等反應[3]。反應產物在汽油分餾塔中被切割為輕、重兩個組分，使重質硫切割到重汽油中。加氫脫硫部分，重汽油在高選擇性加氫脫硫催化劑作用下脫除硫的同時，盡可能減少烯烴加氫飽和避免辛烷值損失。輕汽油與加氫脫硫后的重汽油混合作為低硫精制汽油至罐區。

在汽油分餾塔輕汽油抽出管線設置在線總硫分析儀，參與輕汽油產品抽出控制，優化汽油分餾塔的分餾切割點。在重汽油產品管線設置在線總硫分析儀監測重汽油中總硫含量。

2 在線總硫分析儀的檢測原理

總硫分析是測量液體或氣體樣品中無機硫和有機硫含量的儀器。目前在線總硫分析的方法前有能量和波長X射線熒光法、醋酸鉛紙帶比色法、化學發光法、氣相色譜-火焰光度法和紫外熒光法幾種[4]。紫外熒法由于精確度高、有較高的穩定性和可靠性，抗干擾能力強幾乎不受其他物質干擾對氣體液體都適用而被廣泛應用。

2.1 紫外熒光法檢測原理

紫外熒光法總硫分析儀的檢測方法是基于對含有硫的多種化合物氧化裂化反應后產生的SO2濃度的精確測量。待測樣品進入氧化裂解爐，在氧氣充足的高溫工況下發生氧化裂化反應，生成CO2、SO2、少量水蒸氣等組分，經干燥器除去其中的水蒸氣后進入紫外熒光檢測器進行檢測。SO2在波長190～230nm中心波長214nm的紫外光源照射下生成激發態SO2，激發態SO2不穩定，會很快衰變到基態并釋放能量輻射出240～420nm波長的熒光，經過濾波片濾掉其他波長光波只保留SO2輻射熒光，樣品氧化裂化生成的SO2含量與輻射熒光成正比，而SO2濃度又與總硫濃度一致[5]，所以SO2輻射熒光與總硫濃度成正比。SO2輻射熒光經過光電倍增管和電路進行信號處理得到總硫含量。

2.2 在線總硫分析系統

在線總硫分析系統主要由采樣和預處理系統、在線總硫分析儀、樣品回收系統及分析柜或分析小屋組成。樣品經采樣、預處理后進入分析儀進行檢測，以本裝置輕汽油總硫含量檢測為例，簡述在線總硫分析系統工作流程，分析儀采用賽默飛世爾 SOLA II 在線總硫分析儀。

2.2.1 采樣和預處理

防止管垢和其他沉積在工藝管壁上顆粒進入分析儀，采樣探頭應插入輕汽油管線0.3倍～0.5倍管道公稱通徑處進行取樣。然后輕汽油通過316SS管線傳輸到分析小屋附近，經過冗余的直通式自清洗過濾器(粗過濾：15μm)初步過濾后進入預處理箱。

預處理系統由系統分析儀廠家集成在預處理箱內，安裝在分析小屋側面。在預處理箱入口設置開關球閥，便于總硫分析儀維護時切斷輕汽油進樣。輕汽油樣品進入預處理系統后，一路樣品經過自清洗膜式過濾器(F，10μm)、中間過濾器(TF，2μm)，然后經過減壓閥減壓后進入精細過濾器(F，0.5μm)，經過三級過濾后進入總硫分析儀進樣閥。另一路通過流量檢測后經快速回路返回輕汽油管線低壓返樣點。在預處理部分經過三級過濾保證進入分析儀的輕汽油樣品顆粒減小到0.5μm以內。所有管線在安裝前都要經過多次清洗去除油污，然后用潔凈的儀表風吹干。

2.2.2 總硫檢測

總硫分析儀安裝在分析小屋內，分析小屋由分析儀廠家根據相關標準規范集成。

SOLA II總硫分析儀組成主要由進樣閥、混合室、裂解爐、干燥器、脈沖紫外熒光檢測器等組成，圖1為SOLA II典型功能圖。初次使用SOLA II總硫分析儀時需要對分析儀進行初始設置，設置完成后打開進樣閥，自預處理來輕汽油樣品通過由載氣驅動的進樣閥周期性的、精確的輸送到分析儀，經過加熱汽化并與空氣完全混合后進入裂解爐，在高溫下燃燒轉換成CO2、SO2和少量水蒸氣，經過干燥后進入脈沖式紫外熒光檢測器進行檢測。脈沖式紫外熒光檢測器是總硫分析儀的核心部件，它是集檢測和數據處理一體的整體集成的獨立部件，同時還包含一個軟件程序和用戶操作界面，主要對脈沖紫外光源及其相關系統和裂解爐溫度進行控制，對光電倍增管輸出信號進行處理。

圖1 SOLA II典型功能圖

2.2.3 樣品回收

回收樣品包括進樣閥輸出的輕汽油樣品和分析儀分析后的微量樣氣兩部分。

進樣閥輸出的輕汽油樣品輸送到樣品回收罐，通過在PLC設置樣品回收罐液位和泵的控制回路，實現樣品回收自動控制。回收罐液位低于液位低限，停回流泵；高于液位高限，啟動回流泵主泵、高于液位高高限，兩臺回流泵同時啟動。樣品經過濾加壓后送回輕汽油工藝管線返樣點。回收罐頂配置氮氣密封，同時回收罐頂出口還設置背壓閥、單向閥、阻火器及管線至低壓火炬管網。回流罐底部設置低點排污，排至裝置排污罐。整個樣品回收系統整體集成安裝在分析小屋側面。

由于SOLA II總硫分析儀不能有背壓，分析后的微量樣氣按照相關規范通入放空管排空，在排空管設置阻火器和防雨帽。

3 在線總硫分析儀在輕汽油抽出控制中的應用

輕汽油抽出控制是催化汽油加氫裝置的關鍵控制，它能夠實現汽油分餾塔輕汽油和重汽油分餾切割點的最優化，在輕汽油硫含量可控的同時能最大化保留辛烷值。工藝包給出的復 雜控制方案，在輕汽油抽出管線設置在線總硫分析儀，實現了輕汽油總硫含量自動控制。

如果所有的參數是穩定的，那么汽油分餾塔分餾切割點也是穩定的，輕汽油側線抽出只需要流量單回路控制就可以，但是正常情況下操作參數是不穩定的。反映質量指標的最直接參數是成分或物性參數[6]，由于在線分析儀檢測分析頻率低，響應時間長等原因，不能將成分作為受控對象進行直接控制。目前大多數還是采用對間接指標的控制來實現對產品品質的控制。靈敏點溫度是最常用的指標，但是如果分餾塔的進料的硫含量發生變化，輕重汽油的切割點就要調整，即靈敏點溫度設定值要調整，需要引入補償信號來修正靈敏點溫度。圖 2為輕汽油抽出控制流程圖，選擇輕汽油總硫含量作為補償信號來修正靈敏塔板溫度設定值。總硫控制器的輸出(AIC-10601)作為靈敏塔板的溫度(TIC-10601)的設定值來修正靈敏塔板溫度，靈敏塔板的溫度(TIC-10601)與輕汽油抽出流量(FIC-10601)串級控制克服操作參數干擾保證靈敏塔板溫度穩定。這個控制在最大化的保留輕汽油辛烷值的同時控制輕汽油中硫含量，保證輕汽油產品質量合格。其中溫度控制器和流量控制器都是常規的 PID 控制器。由于總硫分析儀輸出是半連續的，總硫控制器不是常規的 PID 控制器。根據總硫含量與靈敏點溫度之間的對應關系，在保證過程控制平穩的條件的限定下，在 DCS 搭建功能模塊實現總硫控制器的組態。

4 結束語

在線總硫分析儀在該廠催化汽油加氫裝置的成功應用，實現了輕汽油總硫含量自動控制，降低人工成本，避免了由于人工分析數據實時性差而可能引起的產品質量問題。隨著環保要求日趨嚴格，越來越多的在線分析儀應用到生產生活過程中，無論是參與過程監測還是過程控制，都大幅的提高了企業工作效率和經濟效益。做好在線分析儀系統的日常維護以及維護人員定期培訓和知識的更新，使在線分析儀效能在生產過程中得到充分發揮。

圖2 輕汽油抽出控制流程圖