核磁共振在线分析仪在乙烯装置裂解炉中的应用

    裂解炉是乙烯装置的关键设备之一,它的运行操作状况对裂解产物的分布和收率、装置能耗及整个乙烯装置的平稳运行有着重要的影响。裂解炉的优化控制是以乙烯产率、原料转化率、裂解深度(甲烷/丙烯比)为目标,消除了常规以裂解炉出口温度为目标的盲目性,它将是未来国内外乙烯行业普遍采用的控制方式,将取代现有的控制方式,使操作更科学、合理。

    1　问题的提出

    中国石油抚顺石化分公司乙烯化工有限公司乙烯装置几台裂解炉可加工处理几种不同的进料,目前裂解炉已安装了先进过程控制包用于控制裂解炉的操作,尤其对裂解深度进行控制。目前现场只装有分析仪,对裂解气中的甲烷、乙烯、丙烯进行分析,对原料进料组成没有进行分析。因此先进过程控制包中的裂解深度控制功能不能发挥其应有的作用。同时,由于缺乏在线的进料组成和裂解气成分分析,对指导操作人员日常操作造成一定的影响。因此,常规在线分析仪表无论在精度上还是在速度上无法满足裂解炉优化控制软件的要求。而最新开发出的在线核磁共振分析仪是一种能够快速、准确分析烃类物质的先进在线核分析仪,它使先进过程控制和过程优化控制得以成功应用并能解决上述问题,从而发挥出最大的效益。

    2　方案构成

    抚顺乙烯化工有限公司将采用Invensys提供的1套集成的NMR应用系统方案,如图1所示。

    整个方案包括2套NMR系统,一套(NMR1)用于裂解炉进料分析;另一套(NMR2)用于几个裂解炉裂解气的分析(几个物流切换)。每个物流的测试时间和切换时间不超过5 min。所有分析结果将与DCS集成。在第1阶段的工作范围内,NMR2的分析数据将取代气相色谱(GC)用于裂解炉裂解深度的控制。NMR1的分析数据为操作员在DCS上提供即时的进料变化信息,指导裂解炉的操作。

    以ROMEO和SPYRO为基础的过程优化,因是在第2步实施,因此本文不再加以叙述。只对裂解炉进料和裂解气在线测量的技术规格,包括设备,采样系统,以及优化控制方案原理加以叙述。

    3　测量组分分析(见图2)

    3.1　裂解炉进料组分分析

    裂解炉石脑油和拔头油原料分析测量,2个回路共68(34×2)个参数。另外,Invensys将提供硫含量的测试结果,该测试结果只作参考。

    3.2　裂解气组分分析

    裂解气中氢气,甲烷,乙烯,乙烷,丙烷,丙烯,丙炔的组分分析,6回路48(6×8)个参数。

    4　优化控制方案

    石脑油和拔头油等进料包含了烷烃,环烷烃,烯烃,和芳香烃(碳4~碳10)的混合物。进料的分析通常包括蒸馏曲线和密度。SPYRO所需要的石脑油的质量特性通常是由此分析信息中获得。直链烷烃乙烯产率为最佳,异烷烃构次之,但是不如直链烷烃。