在線總硫分析儀在催化汽油加氫裝置的應(yīng)用

姜美玲

(上海中玨石油化工工程有限公司，上海 201108)

國(guó)內(nèi)汽油調(diào)和組分中催化裂化(FCC)汽油占75%，其硫含量占汽油調(diào)和組分硫含量的90%～99%[1]。近年來(lái)汽車使用量成倍增加，汽車尾氣污染越發(fā)嚴(yán)重，國(guó)家對(duì)汽車尾氣排放提出嚴(yán)格的要求，對(duì)車用汽油實(shí)施更高的標(biāo)準(zhǔn)。面對(duì)嚴(yán)峻的環(huán)境形勢(shì)，環(huán)保壓力日益增大，生產(chǎn)低硫和超低硫汽油的任務(wù)越來(lái)越緊迫。加氫是生產(chǎn)出清潔燃料油的主要方式。該廠引進(jìn)法國(guó)Axens公司Prime-G+技術(shù)對(duì)催化裂化汽油進(jìn)行加氫精制，得到低硫精制汽油。

1 工藝流程簡(jiǎn)述

Prime-G+是采用固定床雙催化劑的加氫脫硫技術(shù)，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(jìn)行二烯烴加氫、硫醇和輕硫化物轉(zhuǎn)變成重硫化物、烯烴異構(gòu)化等反應(yīng)[3]。反應(yīng)產(chǎn)物在汽油分餾塔中被切割為輕、重兩個(gè)組分，使重質(zhì)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(shí)，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(qū)。

在汽油分餾塔輕汽油抽出管線設(shè)置在線總硫分析儀，參與輕汽油產(chǎn)品抽出控制，優(yōu)化汽油分餾塔的分餾切割點(diǎn)。在重汽油產(chǎn)品管線設(shè)置在線總硫分析儀監(jiān)測(cè)重汽油中總硫含量。

2 在線總硫分析儀的檢測(cè)原理

總硫分析是測(cè)量液體或氣體樣品中無(wú)機(jī)硫和有機(jī)硫含量的儀器。目前在線總硫分析的方法前有能量和波長(zhǎng)X射線熒光法、醋酸鉛紙帶比色法、化學(xué)發(fā)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(wěn)定性和可靠性，抗干擾能力強(qiáng)幾乎不受其他物質(zhì)干擾對(duì)氣體液體都適用而被廣泛應(yīng)用。

2.1 紫外熒光法檢測(cè)原理

紫外熒光法總硫分析儀的檢測(cè)方法是基于對(duì)含有硫的多種化合物氧化裂化反應(yīng)后產(chǎn)生的SO2濃度的精確測(cè)量。待測(cè)樣品進(jìn)入氧化裂解爐，在氧氣充足的高溫工況下發(fā)生氧化裂化反應(yīng)，生成CO2、SO2、少量水蒸氣等組分，經(jīng)干燥器除去其中的水蒸氣后進(jìn)入紫外熒光檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。SO2在波長(zhǎng)190～230nm中心波長(zhǎng)214nm的紫外光源照射下生成激發(fā)態(tài)SO2，激發(fā)態(tài)SO2不穩(wěn)定，會(huì)很快衰變到基態(tài)并釋放能量輻射出240～420nm波長(zhǎng)的熒光，經(jīng)過(guò)濾波片濾掉其他波長(zhǎng)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(jīng)過(guò)光電倍增管和電路進(jìn)行信號(hào)處理得到總硫含量。

2.2 在線總硫分析系統(tǒng)

在線總硫分析系統(tǒng)主要由采樣和預(yù)處理系統(tǒng)、在線總硫分析儀、樣品回收系統(tǒng)及分析柜或分析小屋組成。樣品經(jīng)采樣、預(yù)處理后進(jìn)入分析儀進(jìn)行檢測(cè)，以本裝置輕汽油總硫含量檢測(cè)為例，簡(jiǎn)述在線總硫分析系統(tǒng)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(yù)處理

防止管垢和其他沉積在工藝管壁上顆粒進(jìn)入分析儀，采樣探頭應(yīng)插入輕汽油管線0.3倍～0.5倍管道公稱通徑處進(jìn)行取樣。然后輕汽油通過(guò)316SS管線傳輸?shù)椒治鲂∥莞浇?jīng)過(guò)冗余的直通式自清洗過(guò)濾器(粗過(guò)濾：15μm)初步過(guò)濾后進(jìn)入預(yù)處理箱。

預(yù)處理系統(tǒng)由系統(tǒng)分析儀廠家集成在預(yù)處理箱內(nèi)，安裝在分析小屋側(cè)面。在預(yù)處理箱入口設(shè)置開(kāi)關(guān)球閥，便于總硫分析儀維護(hù)時(shí)切斷輕汽油進(jìn)樣。輕汽油樣品進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)后，一路樣品經(jīng)過(guò)自清洗膜式過(guò)濾器(F，10μm)、中間過(guò)濾器(TF，2μm)，然后經(jīng)過(guò)減壓閥減壓后進(jìn)入精細(xì)過(guò)濾器(F，0.5μm)，經(jīng)過(guò)三級(jí)過(guò)濾后進(jìn)入總硫分析儀進(jìn)樣閥。另一路通過(guò)流量檢測(cè)后經(jīng)快速回路返回輕汽油管線低壓返樣點(diǎn)。在預(yù)處理部分經(jīng)過(guò)三級(jí)過(guò)濾保證進(jìn)入分析儀的輕汽油樣品顆粒減小到0.5μm以內(nèi)。所有管線在安裝前都要經(jīng)過(guò)多次清洗去除油污，然后用潔凈的儀表風(fēng)吹干。

2.2.2 總硫檢測(cè)

總硫分析儀安裝在分析小屋內(nèi)，分析小屋由分析儀廠家根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范集成。

SOLA II總硫分析儀組成主要由進(jìn)樣閥、混合室、裂解爐、干燥器、脈沖紫外熒光檢測(cè)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(shí)需要對(duì)分析儀進(jìn)行初始設(shè)置，設(shè)置完成后打開(kāi)進(jìn)樣閥，自預(yù)處理來(lái)輕汽油樣品通過(guò)由載氣驅(qū)動(dòng)的進(jìn)樣閥周期性的、精確的輸送到分析儀，經(jīng)過(guò)加熱汽化并與空氣完全混合后進(jìn)入裂解爐，在高溫下燃燒轉(zhuǎn)換成CO2、SO2和少量水蒸氣，經(jīng)過(guò)干燥后進(jìn)入脈沖式紫外熒光檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。脈沖式紫外熒光檢測(cè)器是總硫分析儀的核心部件，它是集檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理一體的整體集成的獨(dú)立部件，同時(shí)還包含一個(gè)軟件程序和用戶操作界面，主要對(duì)脈沖紫外光源及其相關(guān)系統(tǒng)和裂解爐溫度進(jìn)行控制，對(duì)光電倍增管輸出信號(hào)進(jìn)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(jìn)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(jìn)樣閥輸出的輕汽油樣品輸送到樣品回收罐，通過(guò)在PLC設(shè)置樣品回收罐液位和泵的控制回路，實(shí)現(xiàn)樣品回收自動(dòng)控制?；厥展抟何坏陀谝何坏拖蓿；亓鞅茫桓哂谝何桓呦?，啟動(dòng)回流泵主泵、高于液位高高限，兩臺(tái)回流泵同時(shí)啟動(dòng)。樣品經(jīng)過(guò)濾加壓后送回輕汽油工藝管線返樣點(diǎn)?；厥展揄斉渲玫?dú)饷芊猓瑫r(shí)回收罐頂出口還設(shè)置背壓閥、單向閥、阻火器及管線至低壓火炬管網(wǎng)?；亓鞴薜撞吭O(shè)置低點(diǎn)排污，排至裝置排污罐。整個(gè)樣品回收系統(tǒng)整體集成安裝在分析小屋側(cè)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(guān)規(guī)范通入放空管排空，在排空管設(shè)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(yīng)用

輕汽油抽出控制是催化汽油加氫裝置的關(guān)鍵控制，它能夠?qū)崿F(xiàn)汽油分餾塔輕汽油和重汽油分餾切割點(diǎn)的最優(yōu)化，在輕汽油硫含量可控的同時(shí)能最大化保留辛烷值。工藝包給出的復(fù) 雜控制方案，在輕汽油抽出管線設(shè)置在線總硫分析儀，實(shí)現(xiàn)了輕汽油總硫含量自動(dòng)控制。

如果所有的參數(shù)是穩(wěn)定的，那么汽油分餾塔分餾切割點(diǎn)也是穩(wěn)定的，輕汽油側(cè)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(shù)是不穩(wěn)定的。反映質(zhì)量指標(biāo)的最直接參數(shù)是成分或物性參數(shù)[6]，由于在線分析儀檢測(cè)分析頻率低，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等原因，不能將成分作為受控對(duì)象進(jìn)行直接控制。目前大多數(shù)還是采用對(duì)間接指標(biāo)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的控制。靈敏點(diǎn)溫度是最常用的指標(biāo)，但是如果分餾塔的進(jìn)料的硫含量發(fā)生變化，輕重汽油的切割點(diǎn)就要調(diào)整，即靈敏點(diǎn)溫度設(shè)定值要調(diào)整，需要引入補(bǔ)償信號(hào)來(lái)修正靈敏點(diǎn)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(bǔ)償信號(hào)來(lái)修正靈敏塔板溫度設(shè)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(shè)定值來(lái)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(jí)控制克服操作參數(shù)干擾保證靈敏塔板溫度穩(wěn)定。這個(gè)控制在最大化的保留輕汽油辛烷值的同時(shí)控制輕汽油中硫含量，保證輕汽油產(chǎn)品質(zhì)量合格。其中溫度控制器和流量控制器都是常規(guī)的 PID 控制器。由于總硫分析儀輸出是半連續(xù)的，總硫控制器不是常規(guī)的 PID 控制器。根據(jù)總硫含量與靈敏點(diǎn)溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在保證過(guò)程控制平穩(wěn)的條件的限定下，在 DCS 搭建功能模塊實(shí)現(xiàn)總硫控制器的組態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在線總硫分析儀在該廠催化汽油加氫裝置的成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了輕汽油總硫含量自動(dòng)控制，降低人工成本，避免了由于人工分析數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性差而可能引起的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。隨著環(huán)保要求日趨嚴(yán)格，越來(lái)越多的在線分析儀應(yīng)用到生產(chǎn)生活過(guò)程中，無(wú)論是參與過(guò)程監(jiān)測(cè)還是過(guò)程控制，都大幅的提高了企業(yè)工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。做好在線分析儀系統(tǒng)的日常維護(hù)以及維護(hù)人員定期培訓(xùn)和知識(shí)的更新，使在線分析儀效能在生產(chǎn)過(guò)程中得到充分發(fā)揮。

圖2 輕汽油抽出控制流程圖