TDLAS

Надежность

Точность

Скорость

Анализаторы TDLAS (лазерная абсорбционная спектроскопия на основе перестраиваемого диода) для процессов нефтепереработки Точное и надежное измерение содержания H 2 S и H 2 O

2

Анализаторы TDLAS для нефтезаводских газов

SpectraSensors: ведущий мировой поставщик лазерного контрольно-измерительного оборудования

Компания SpectraSensors специализируется на разработке и производстве анализаторов для лазерной абсорбционной спектроскопии на основе перестраиваемого диода (tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS), предназначенных для оперативного измерения содержания загрязнителей в потоках технологических газов в режиме реального времени. Участие экспертов из разных областей науки и инженерных дисциплин позволило нам решить реальные прикладные задачи, стать признанным лидером в технологии TDLAS и обладателем уникального портфеля патентов. Наш курс на предоставление точных и надежных решений для измерения загрязнителей в потоках технологических газов подтверждается парком из более чем 7500 анализаторов TDLAS, установленных в различных странах мира. Обслуживаемые отрасли Анализаторы TDLAS компании SpectraSensors используются в газовой промышленности, при переработке газов, сжижении природного газа (СПГ), в нефтехимии, нефтепереработке и анализе воздушной среды. SpectraSensors Inc. была основана в 1999 году как технологическое подразделение Лаборатории реактивного движения НАСА/Калифорнийского технологического института (JPL) в Пасадене (штат Калифорния). Разработка технологий и производство анализаторов осуществляются в городе Ранчо- Кукамонга (штат Калифорния), а штаб-квартира компании находится в Хьюстоне (штат Техас). Региональный Центр компетенций (CoC), оказывающий техническую поддержку европейским заказчикам, расположен в Лионе (Франция). В 2012 году компания SpectraSensors была приобретена Endress+Hauser. Компания Endress+Hauser — мировой лидер в области контрольно-измерительного оборудования для автоматизации процессов, базирующийся в Швейцарии и обладающий безупречной репутацией в сфере производства высококачественных приборов для измерения и контроля жидкофазных процессов. Приобретение SpectraSensors позволило Endress+Hauser расширить свое присутствие в области измерений газовой фазы и усилило возможности SpectraSensors по поддержке заказчиков на мировом уровне. В конце 2013 года компания Endress+Hauser также приобрела компанию Kaiser Optical Systems Inc, которая разработала рамановские спектрометры Optograf и RXN, что еще больше укрепило позиции E+H в сфере анализа газов и жидкостей.

Природный газ

Переработка газа

Сжижение природного газа (СПГ)

Нефтехимия

Нефтепереработка

Анализ воздушной среды

3

Мониторинг загрязняющих веществ в газовых потоках НПЗ для повышения эффективности процессов Выборочное и специфическое измерение критически важных загрязнителей процессов

Построение сети распределения газа на нефтеперерабатывающем заводе и управление потоками газов напрямую влияют на производственные мощности. Для производства экологически чистого топлива с низким содержанием серы нефтеперерабатывающим заводам необходимо производить, восстанавливать, обрабатывать водород и другие газы, а также обеспечивать их рециркуляцию. Газовые потоки содержат загрязняющие вещества, которые могут негативно влиять на эффективность работы, технологический выход и операционную рентабельность предприятия. Анализаторы TDLAS SpectraSensors в режиме реального времени измеряют содержание сероводорода и влажности

в потоках технологических газов, упрощая контроль над этими загрязнителями и давая возможность оптимизировать работу оборудования.

Мониторинг H 2

S и H 2

O в реальном времени позволяет

нефтеперерабатывающим данные, необходимые для более эффективного контроля над процессами, обеспечения соответствия спецификациям на продукцию, уменьшения коррозии и увеличение активности катализатора, соблюдения экологических норм и обработки потоков водорода и отходящих газов для их последующего использования в других процессах нефтепереработки и нефтехимических процессах. заводам получать

Нефтехимическая установка: операции, продукты и потоки газов

Природный газ

Водородная установка

Восстановленный водород и отходящий газ

Очищенный сухой газ

Нефтехимически й завод

Олефины

Топливный газ НПЗ

СУГ

Переработка газа

СУГ

Рециркуляция H 2

Рециркуляция H 2

Гидроочистка нафты

Изомеризация

Нафта

Компоненты смешениябензинов

Переработка газа

H 2

Восстановление

Колонна разделения риформата

Установки каталитического риформинга

Компоненты смешения бензинов иароматические продукты

Реактивное топливо на керосиновой основе

Рециркуляция H 2

Гидроочистка реактивного топлива

Авиационный керосин

дистилляция

Атмосферная

Рециркуляция H 2

Гидроочистка дизельноготоплива

Дизельное топливо

Сырая нефть

Дизельное топливо

Откачиваемые неконденсируемые газы

Рециркуляция H 2

Рециркуляция H 2

СУГ

Легкий газойль

Остатки атмосферной перегонки

Гидроочистка легкого газойля

Установка гидроочистки

Переработка газа

Компоненты смешениябензинов

дистилляция Тяжелый газойль

Установкафлюид- каталитического крекинга

Переработка газа

Вакуумная

СУГ

Авиационный бензин

Алкилирование Алкилат

Бутамер

Рецирку- ляция H 2

Гидроочистка сырья УФКК

Компоненты смешениябензинов

Деасфальтизат

Компоненты смешениябензинов

Рецирку- ляция H 2

Гидроочистка бензина

Компоненты смешениябензинов

Установка деасфальтизаци и

Компоненты смешения топочного мазута

4

Анализаторы TDLAS для нефтезаводских газов

Лазерные анализаторы для нефтезаводских газов Лазерная спектроскопия — лучшее решение для сложных технологических условий

Преимущества устройств SpectraSensors. Анализаторы для лазерной абсорбционной спектроскопии на основе перестраиваемого диода (tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS) от компании SpectraSensors осуществляют измерение примесей в потоках технологических газов в режиме реального времени, оценивая концентрации от долей ppm до нескольких процентов. Уникальная конструкция анализаторов TDLAS SpectraSensors обеспечивает значительные преимущества по сравнению с другими технологиями мониторинга H 2 O и H 2 S в газовых потоках НПЗ. Бесконтактное измерение. Узлы лазеров и твердотельных детекторов анализаторов TDLAS изолированы и защищены от технологических газов и имеющихся в них загрязнений, проходящих через измерительную ячейку с образцом. Подобная конструкция позволяет избежать загрязнения и коррозии, характерных для анализаторов, созданных на основе оксида алюминия (Al 2 O 3 ) и кварцевых кристаллов, что обеспечивает надежную и долговременную эксплуатацию. Быстрый анализ и малое время отклика. Анализаторы TDLAS определяют динамику концентрации измеряемого компонента намного быстрее устройств, созданных на основе других технологий. Необходимость в смачивании и сушке, свойственная анализаторам влажности с кварцевыми кристаллами, приводит к замедлению реакции на изменение концентрации. Результаты газовой хроматографии (ГХ) могут быть задержаны на несколько минут в ожидании завершения хроматографического анализа. В отличии от газовых хроматографов и анализаторов с лентами на основе ацетата свинца для анализаторов TDLAS практически не требуются расходные материалы, что снижает стоимость владения и объем работ по техническому обслуживанию, выполняемых техническими специалистами. Низкая стоимость владения.

Анализаторы TDLAS для НПЗ

5

Газы C 3

установки флюид-каталитического крекинга

(УФКК) Измерение содержания H 2

S и H 2

O в пропилене и пропане

Установки флюид-каталитического крекинга (УФКК) являются основным источником пропиленового сырья, используемого на нефтехимических заводах. Выход пропилена из УФКК варьируется в зависимости от сырья и условий эксплуатации. Нефтеперерабатывающие заводы используют УФКК для достижения баланса между производством бензина и пропилена. Газовая установка, связанная с УФКК, отделяет топливный газ от газов C 3 и C 4 , а также бензина, и содержит устройства очистки, предназначенные для удаления H 2 S, H 2 O и других загрязнений из этих продуктов. Во многих из последующих нефтехимических процессах используются катализаторы, обладающие высокой чувствительностью к H 2 S и H 2 O.

Эти примеси необходимо удалить из смесей пропана/пропилена C 3 , чтобы избежать их переноса в отдельные потоки готовых пропана и пропилена. , а также отдельных потоках готового пропана и пропилена обеспечивает соблюдение технических требований к чистоте для последующих процессов нефтепереработки и нефтехимического производства. Запатентованный* метод дифференциальной спектроскопии позволяет обнаруживать содержание H 2 O и H 2 S в смесях пропана и пропилена, а также оценивать их количество на уровне до долей ppm. Оперативный мониторинг H 2 S и H 2 O в смеси C 3

Установка флюид-каталитического крекинга (УФКК): восстановление газа C 3

Топливный газ C 2 и более легкие фракции

Сепаратор газа/жидкости

Реактор

Смесь С 3

Пропилен

Продукты

Регенератор

Отрабо- тавший газ

Сепаратор жидкостей

Тяжелая нафта

Легкий рецикловый газойль

Тяжелый рецикловый газойль

Сырье

Разделитель C 3

Установка фракциони- рования

Абсорбер

Установка отгонки бутана

Установка отгонки пропана

Нагнетатель

Пропан

Бензин

Cуспензия в нефтепродукте

*www.spectrasensors.com/patents

6

Анализаторы TDLAS для нефтезаводских газов

Установка каталитического риформинга с периодической регенерацией катализатора (SRR) Измерение содержания H 2 O и H 2 S в рециркулирующем газе, содержащем водород

Установки каталитического риформинга преобразуют нафту в высокооктановые ароматические соединения, используемые при смешивании бензинов, и выдают большие объемы водорода, который подлежит рециркулированию и используется в других процессах нефтепереработки. Установка каталитического риформинга с периодической регенерацией катализатора (SRR) оснащается тремя каталитическими реакторами с неподвижным слоем катализатора, в которых используется платиновый/рениевый катализатор на оксидно-алюминиевых носителях. С целью поддержания кислотных центров, необходимых для проведения реакций преобразования, осуществляется непрерывное нагнетание воды и органических хлоридов. Избыток воды приводит к удалению хлорида с поверхности катализатора и образованию едкой соляной кислоты (HCl), которая переносится по всем технологическим трубопроводам установки SRR. Измерение влажности в режиме реального времени позволяет нефтеперерабатывающим заводам контролировать уровень хлоридов для обеспечения требуемой активности катализатора и свести образование HCl к минимуму.

Активность постепенно уменьшается по мере осаждения кокса на катализаторе, поэтому установку необходимо периодически отключать для сжигания отложений кокса и регенерации катализатора. Отслеживание уровня влажности в насыщенном водородом газе, рециркулирующем через установку SRR для высушивания катализатора после регенерации, помогает определить время достижения предельного состояния H 2 O для перезапуска оборудования и возобновления производства. Задержка перезапуска установки SRR может стоить нефтеперерабатывающему заводу сотен тысяч долларов в день из-за производственных потерь. Внутри установки SRR соединения серы преобразуются в сероводород (H 2 S), который увлекается потоками рециркулирующего и чистого водорода. Мониторинг содержания H 2 S в богатом водородом рециркулирующем газе в режиме реального времени помогает предотвратить снижение активности платинового/рениевого катализатора. катализатора в установке SRR

Установка каталитического риформинга с периодической регенерацией катализатора (SRR)

Чистый водород

Рециркулирующий газ с водородом

Отходящий газ

Реактор с неподвижным слоем катализатора

Реактор с неподвижным слоем катализатора

Реактор с неподвижным слоем катализатора

Рециркулирующий газ

Огневой подогреватель

Огневой подогреватель

Огневой подогреватель

Охладитель

Сепаратор газа

Нафта и водород

Жидкость

Рециркулирующий газ

Сырье (нафта)

Продукт риформинга

7

Установка риформинга с непрерывной регенерацией катализатора (CCR) Измерение содержания H 2 O и H 2 S в рециркулирующем газе, содержащем водород

Установка риформинга с непрерывной регенерацией катализатора (CCR) оснащается трехступенчатым многоуровневым реактором с платиновым/рениевым катализатором на сферическом оксидно- алюминиевом носителе. Под действием силы тяжести катализатор стекает вниз через ярус реактора. Катализатор непрерывно извлекается из нижней части яруса реактора и переносится в отдельный внешний регенератор катализатора. Внутри регенератора сжигаются отложения кокса и выполняется оксихлорирование и последовательное высушивание катализатора в отдельных зонах. После реактивации водородом катализатор возвращается в верхнюю часть реакторной трубы.

Мониторинг концентрации H 2

O в режиме реального времени

позволяет предприятиям контролировать уровень хлоридов для обеспечения требуемой активности катализатора и свести образование HCl к минимуму. Перенос небольшого объема HCl в чистом газообразном водороде может вызвать серьезные эксплуатационные проблемы в последующих процессах, использующих водород. В реакторе CCR соединения серы из нафты преобразуются в сероводород (H 2 S). Мониторинг содержания H 2 S в богатом водородом рециркулирующем газе в режиме реального времени помогает предотвратить снижение активности платинового/рениевого катализатора. нефтеперерабатывающим

Установка риформинга с непрерывной регенерацией катализатора (CCR)

Топливный газ

Многоуровневый реактор

Легкие фракции на восстановление

Регенератор CCR

Чистый H 2

Нагреватель

Чистая жидкость

Сепаратор низкого давления

Башня стабилизатора

Регенерированный катализатор

Израсходованный катализатор

Сырье

Продукт риформинга

Рециркулирующий водород

8

Анализаторы TDLAS для нефтезаводских газов

Топливный и факельный газ НПЗ Измерение содержания H 2

S для соблюдения природоохранных требований

Топливный газ нефтеперерабатывающего завода состоит из смеси водорода и углеводородов от C 1 до C 5 , извлекаемых при выполнении различных операций на НПЗ и предназначенных для использования в качестве топлива в обогревателях и котлах. В США вопросы, связанные с выбросом серы в результате сжигания топливного газа и работы факельных систем нефтеперерабатывающих заводов, регулируются Законом о чистоте атмосферного воздуха и дополнениями к ним (CAAA). Ответственность за выпуск нормативных актов и создание методов испытания для соблюдения требований возлагается на Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Правила в отношении выбросов серы (SO 2 ) при сжигании топливного газа и работе факельных систем определены в своде федеральных правил 40 CFR 60 (подраздел Ja). Аналогичные правила, направленные на сокращение выбросов SO 2 , были обнародованы в Европе, на Ближнем Востоке и в Азии.

EPA признает, что измерение H 2 оценить общее количество SO 2

S позволяет приблизительно , которое образуется в результате

сжигания

топливных

и

факельных

газов

на

нефтеперерабатывающих

заводах.

Требуемый

диапазон

измерений для H 2

S в топливном газе составляет 0–320 ppm v .

Нормативный предел составляет 162 ppm v . В соответствии с требованиями EPA к непрерывному мониторингу выбросов измерение необходимо осуществлять каждые 15 минут (96 раз в день). S не должен превышать 162 ppm v за трехчасовой период времени, получаемый методом скользящего среднего (приблизительно 500 фунтов SO 2 в течение любого 24-часового периода). Для факельного газа уровень H 2

Системы подачи топливного газа и утилизации факельного газа

В нагреватели/котлы НПЗ

Топливный газ НПЗ

Трубопроводы факельного коллектора

Отходящий газ УФКК

Неочищенный отходящий газ

Отходящий газ установки фракционирования

Факельный газ

Выветриваемый газ нафты

Отходящий газ установки каталитического риформинга

Факельный сепаратор

Отходящий газ установки каталитического гидроочистки

Отходящий газ установки изомеризации

Обработка газа

Отходящий газ НПЗ

9

Отходящий газ НПЗ (ROG) Измерение содержания загрязнителей в отходящем газе НПЗ, используемом для извлечения олефинов

Отходящие газы нефтеперерабатывающего завода, извлекаемые во время работы оборудования, как правило, собирают и направляют в систему топливного газа НПЗ. Большие объемы газа, отходящего с установок флюид-каталитического крекинга, коксования и каталитического риформинга, способны перегрузить систему топливного газа, поэтому излишний газ направляется в факел. Потоки отходящих газов из УФКК и установок коксования содержат значительные объемы олефинов, которые можно извлекать, перерабатывать и преобразовывать из низкокачественных компонентов топлива в более ценные этилен и пропилен. высокими мощностями переработки сырой нефти (> 250 000 баррелей в сутки), могут эксплуатировать интегрированные нефтехимические комплексы для более эффективного использования сырья, получаемого из отходящих газов. Нефтеперерабатывающие заводы, обладающие

В этом случае перед ректификацией и восстановлением олефинов отходящий газ подвергается более интенсивной обработке для удаления загрязняющих веществ (H 2 S, CO 2 , H 2 O, NH 3 , C 2 H 2 , Hg и COS) по сравнению с обработкой в системе топливного газа. Отходящий газ из установки аминовой очистки насыщается водой. Перед низкотемпературной ректификацией из газа необходимо удалить воду. Для осушения потоков отходящего газа до уровня < 1 ppm v H 2 O, что позволяет избежать образования гидратов и льда во время низкотемпературной ректификации, используется осушка молекулярными фильтрами. Мониторинг H 2 O на выходе из осушителя с молекулярными фильтрами в режиме реального времени помогает обнаружить резкое увеличение содержания H 2 O и предотвратить попадание газа с повышенным содержанием H 2 O в оборудование для криогенного разделения.

Газоочистительная система НПЗ для восстановления олефинов

В нагреватели/котлы НПЗ

Топливный газ НПЗ

Трубопроводы факельного коллектора

Отходящий газ УФКК

Неочищенный отходящий газ

Отходящий газ установки фракционирования

Факельный газ

Выветриваемый газ нафты

Отходящий газ установки каталитического риформинга

Факельный сепаратор

Отходящий газ установки каталитического гидроочистки

Отходящий газ установки изомеризации

Обработка газа

Отходящий газ НПЗ

Ректификация и восстановление олефинов

Дегидратация

Нефтехимический завод/завод по производству полимеров

10

Анализаторы TDLAS для нефтезаводских газов

HF-алкилирование Измерение содержания H 2

O в сырье для алкилирования

При алкилировании плавиковой кислотой олефины C 3 — C 5 из установки флюид-каталитического крекинга (УФКК) реагируют с изобутаном, образуя алкилат с высокооктановым числом, используемый для производства топлива. Для сведения к минимуму коррозии и образования кислоторастворимого масла (ASO) и фторированных побочных продуктов из олефинового сырья необходимо удалить воду. Эффективность процесса и свойства конечного продукта алкилирования (октановое число, давление пара) зависят от чистоты фтористоводородной кислоты и содержания воды. Содержание воды в сырье для производства олефинов обычно находится в диапазоне от 1 до 5 ppm v . Мониторинг H 2 O в режиме реального времени помогает предотвратить накопление кислоторастворимого масла, которое увеличивает расход HF и снижает концентрацию кислоты. Потребление HF может привести к быстрому снижению крепости кислоты, требующему остановки процесса для проведения дорогостоящего специализированного обслуживания.

Исключительно

быстрый

отклик

анализаторов

TDLAS

на изменения концентрации H 2 O помогает контролировать содержание влаги в сырье, поступающем в установку HF-алкилирования. Бесконтактный лазерный метод измерения, используемый в анализаторах TDLAS, позволяет избежать загрязнений и коррозии, вынуждающих регулярно заменять аналогичные устройства на основе контактных датчиков. Высочайшее значение коэффициента поточной эксплуатации (готовности) анализаторов TDLAS снижает потребность в ремонте или замене анализаторов H 2 O и присутствии персонала в зоне установки HF-алкилирования.

Процесс HF-алкилирования

Свежая кислота

Рециркуляция изобутана

Пропан

Установка отгонки изобутана

Реактор

Отстойник

Сырье (олефины, изобутан)

Установка отгонки пропана

Установка очистки кислоты

Рециркуляция кислоты

Алкилат

Кислое масло

Установка щелочной очистки

11

Система воздуха КИП Измерение содержания H 2

O в системе воздуха КИП

Для эффективной работы компонентов системы управления воздух, подаваемый на приборы, преобразователи, электромагнитные клапаны и пневматические контроллеры должен быть чистым и сухим. Коррозионное повреждение системы воздуха КИП под воздействием влаги может привести к ошибочным показаниям и/или сбоям в работе приборов, что в свою очередь может вызвать сбои или отключение процессов. заводы контролируют влажность воздуха КИП для защиты устройств с пневматическими приводами и обеспечения их правильной и безопасной работы. Нефтеперерабатывающие и нефтехимические

В стандарте качества воздуха КИП (ISA-S7.3) определены четыре основных вида загрязнителей — влага, твердые частицы, смазочные материалы и опасные или едкие химические вещества. Анализаторы TDLAS зарекомендовали себя в качестве эффективных средств контроля влажности в системах воздуха КИП НПЗ. Компоненты лазера и детектора изолированы и защищены от загрязнений, попадающих в воздух КИП. Такая конструкция позволяет избежать проблем, связанных с загрязнением и коррозией, которые возникают в анализаторах с контактными датчиками (емкостные датчики на основе оксида алюминия и кварцевых кристаллов).

Система воздуха КИП

Последующий охладитель

К установке

Компрессор

Установка осушения воздуха

Резервуар для сжатого воздуха

Фильтр предварительной очистки

Фильтр конечной очистки

Приемник обезвоженного воздуха

Endress+Hauser — мировой лидер в области контрольно-измерительного оборудования и решений по автоматизации. Компания приобрела SpectraSensors в 2012 году. Вскоре после этого была приобретена и компания Kaiser Optical Systems, что позволило включить в ассортимент E+H рамановский анализатор Optograf, дополнительно укрепив позиции Endress+Hauser в области анализа технологических газов.

Контактное лицо

BR REFINERY RU 01 (03/19)

www.spectrasensors.com/contact

© 2017 SpectraSensors, Inc. Упомянутые продукты или ссылки могут быть товарными знаками или зарегистрированными товарными знаками, принадлежащими соответствующим владельцам. Все права защищены.