TDLAS Олефины

Надежность

Точность

Скорость

Анализаторы TDLAS (лазерная абсорбционная спектроскопия на основе перестраиваемого диода) для нефтехимических предприятий Точное и надежное измерение показателей C 2 H 2 , NH 3 , H 2 O, H 2 S и CO 2

2

Анализаторы TDLAS для производства олефинов

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)

Нефтехимический завод

Нефтепереработка

Анализ воздушной среды

3

4

Анализаторы TDLAS для производства олефинов

Лазерные анализаторы для нефтехимических предприятий 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 олефинах в режиме реального времени, оценивая концентрации от микродолей до нескольких процентов . Уникальная конструкция анализаторов TDLAS от SpectraSensors обеспечивает существенные преимущества перед другими технологиями мониторинга содержания C 2 H 2 , NH 3 , H 2 O, H 2 S и CO 2 в потоках при производстве олефинов. 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. Такая конструкция позволяет предотвратить засаливание и коррозию, снижающих производительность анализаторов, и обеспечивает длительный срок службы и высокую точность измерений. Быстрый анализ и малое время отклика. Анализаторы TDLAS определяют изменения концентрации измеряемого параметра намного быстрее устройств, применяющих газовую хроматографию, кварцевые кристаллы и другие технологии, а это важный параметр для эффективного контроля ключевых технологических установок на заводах по производству олефинов. Выборочное и специфическое измерение. Анализаторы TDLAS выполняют выборочное измерение молекулярной абсорбируемости C 2 H 2 , NH 3 , H 2 O, H 2 S и CO 2 в газовых потоках при производстве олефинов. В отличие от приборов, работающих на основе принципов газовой хроматографии, анализаторы TDLAS не требуют применения транспортирующих и горючих газов, а также практически не используют расходные материалы, потому операционные расходы и расходы на обслуживание этих приборов намного ниже. Низкая стоимость владения.

Анализаторы TDLAS для производства олефинов

5

Отслеживание загрязнителей на нефтехимических предприятиях Выборочное и специфическое измерение критически важных загрязнителей

Сырая нефть и природный газ содержат очень небольшое количество олефинов ввиду высокой реакционной способности последних. Поэтому олефины приходится производить. Производство олефинов высокой степени чистоты, этилена (C 2 H 4 ) и пропилена (C 3 H 6 ), предполагает применение парового крекинга углеводородного сырья (прямогонного бензина или этана) с последующим выполнением ряда операций по удалению или преобразованию загрязнителей в полученном потоке газа крекинга. Потоки готовых олефиновых газов используются как источники сырья для производства полимеров и других продуктов нефтепереработки, требующих строгого контроля содержания примесей для выполнения требований по чистоте в последующих процессах.

Анализаторы для лазерной абсорбционной спектроскопии на основе перестраиваемого диода (tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS) от компании SpectraSensors в реальном времени выполняют измерение содержания загрязнителей (C 2 H 2 , NH 3 , H 2 O, H 2 S и CO 2 ) в критических точках процесса на заводах по производству олефинов, обеспечивая тем самым непрерывность и эффективность технологического процесса. С помощью таких измерений операторы завода могут повысить эффективность контроля процессов для обеспечения соответствия строгим требованиям к чистоте продуктов, уменьшения коррозии и снижения загрязнения катализатора, минимизация инцидентов при сжигании газа и остановов процесса, а также для повышения операционной рентабельности завода.

Процесс производства олефинов

Легкий газойль

Этан

Природный газ

Газ крекинга

Холодильная камера

Сушильная камера

Гашение

Промывка щелочью

Деметанизатор

Конвертер ацетилена

Печь крекинга

Трубопроводы

Скважина

Нефтехимический завод

Этилен полимерного сорта

Прямогонный бензин

Нефтепереработка

Деэтанизатор

Отсекатель C 2

Реактор метил- ацетилена и пропадиена

Хранение

Нефть

Пропилен полимерного сорта

Установка отгонки пропана

Отсекатель C 3

Этан

Пропан

6

Анализаторы TDLAS для производства олефинов

Промывка едкой щелочью Измерение содержания H 2 S и CO 2 углеводородного сырья, должен быть очищен от CO 2 , который может кристаллизоваться и повредить теплообменное и воздухоотделительное оборудование, и H 2 S, способствующего коррозии и загрязнению катализаторов. Газ крекинга, выходящий из колонны гашения, сжимается с помощью многоступенчатого компрессора. Этот газ подается в колонну щелочной очистки, размещенную выше этапа окончательного сжатия. В колонне щелочной очистки газ вступает в контакт с встречным потоком водного раствора гидроксида натрия (NaOH), вступающего в реакцию с H 2 S с образованием сульфида натрия (Na 2 S) и гидросульфата натрия (NaHS), которые абсорбируются в жидкой фазе. CO 2 вступает в реакцию с образованием углекислого натрия (Na 2 CO 3 ) и гидрокарбоната натрия (NaHCO 3 ). Кислый газ, полученный путем парового крекинга

в газе крекинга

Для поддержания интенсивности этих реакций, в которых происходит захватывание примесных частиц, необходимо вводить свежий раствор NaOH. Анализаторы TDLAS от SpectraSensors отслеживают содержание H 2 S и CO 2 на входе в колонны щелочной очистки для эффективного контроля концентрации NaOH и компенсации изменений в загрузке H 2 S и CO 2 , а также истощения NaOH.

Промывка едкой щелочью

Этилен

Компрессорная линия

Холодильная камера

Газ крекинга

Печь крекинга

Башня гашения

Конвертер ацетилена

Сушильная камера с молекулярными фильтрами

Отсекатель C 2

Колонна щелочной очистки

Этилен

7

Осушка молекулярными ситами Измерение содержания H 2 O в газе крекинга

Выходящий из колонны щелочной очистки газ крекинга насыщается водяным паром. Перед низкотемпературным фракционированием газа необходимо отвести воду, чтобы избежать образования гидратов и льда. После обработки в колонне щелочной очистки газ сжимается и затем охлаждается для удаления максимально возможного количества отработанной воды перед подачей в сушильную камеру с молекулярными фильтрами. Сжатие и охлаждение газа сокращают водную нагрузку на слой адсорбента в молекулярных фильтрах, что позволяет сократить операционные расходы. С помощью молекулярных фильтров газ крекинга осушается до показателя <1 ppm v и только затем направляется в холодильную камеру для отвода водорода и далее в колонны фракционирования.

Анализаторы TDLAS от SpectraSensors позволяют отслеживать субмикроконцентрации H 2 O на выходе из осушителя с молекулярными фильтрами в режиме реального времени, что помогает обнаружить резкое увеличение содержания H 2 O и предотвратить попадание газа с повышенным содержанием H 2 O в последующее оборудование для криогенного разделения. В анализаторах TDLAS применяется бесконтактный лазерный метод измерения, который позволяет прибору намного быстрее реагировать на изменения концентрации H 2 O, чем анализаторы на базе кварцевых кристаллов, что дает ощутимое преимущество в таком важном виде измерений.

Осушение газа крекинга

Отработанный регенерационный газ

Колонна щелочной очистки

Компрессор

Влажный исходный газ

Молекулярные сита (адсорбция)

Сушильни (регенерация)

Регенерационный газ

Нагреватель регенерационного газа

Сухой газ в холодильную камеру

8

Анализаторы TDLAS для производства олефинов

Ацетилен в этилене Критические измерения для контроля и оптимизации процесса

Ацетилен является побочным продуктом процесса крекинга и должен быть удален из этилена, поскольку его присутствие загрязняет катализаторы и снижает эффективность их применения в процессах производства полипропилена. Количество ацетилена в газе крекинга в значительной степени зависит от состава сырья, конструкции завода и технологических условий. Отделение ацетилена (C 2 H 2 ) от этилена (C 2 H 4 ) затруднено ввиду сходных характеристик летучести этих газов. Для превращения ацетилена в этилен обычно используется реакция гидрогенизации с катализатором. Конвертер ацетилена состоит из нескольких реакторов или одного резервуара с несколькими слоями катализатора.

Концентрация C 2

H 2 снижается с нескольких тысяч промилле

на входе в конвертер ацетилена до сотен промилле на среднем участке и всего лишь нескольких частиц на тонну на выходе из конвертера. Этиленовые заводы, как правило, размещают колонну сепарации до конвертера ацетилена. На заводе по производству компонентов деэтанизатор размещается до конвертера ацетилена. На заводе по производству конечных продуктов деметанизатор размещается до конвертера ацетилена. На большинстве этиленовых заводов используется процесс гидрогенизации конечного продукта. Заводы по производству конечной продукции обычно работают с прямогонным бензином и более тяжелым сырьем. Заводы по производству компонентов чаще работают с этаном и более легким сырьем.

Производство компонентов: гидрогенизирование ацетилена

Деметанизатор

Этилен

Этан/этилен в отсекатель C 2

Конвертер для гидрогенизирования ацетилена C 2

Деэтанизатор

Этан

Установка отгонки пропана

Очиститель

Сырье

Охладитель

Печь крекинга

9

Ацетилен в этилене Мониторинг в реальном времени для обеспечения соответствия продукции спецификациям с возможностью отказаться от сжигания газа

Для оптимизации производства этилена крайне важно контролировать соотношение ацетилена и водорода в конвертере. Недостаточный контроль водородного сырья снижает производительность преобразования ацетилена в этилен, что может привести к пустой трате ацетилена, несоответствию продукта спецификациям и сжиганию, либо нестабильности условий экзотермической реакции в конвертере. Измерение показателей в установках с ацетиленом в реальном времени позволяет контролировать условия гидрогенизации. Газовая хроматография является традиционным методом измерения показателей ацетилена. Время анализа при использовании газовой хроматографии может превышать несколько минут. За это время концентрация C 2 H 2 и условия процесса в конвертере могут существенно измениться еще до того, как вы получите результаты.

Такой долгий анализ не позволяет гарантировать своевременное выявление изменений в уровне C 2 H 2 для восстановления нормальных условий реакции и предотвращения сжигания газа или отключения процесса. Беспрецедентно короткое время отклика анализаторов TDLAS на изменения концентрации ацетилена (несколько секунд, а не минут) является крайне важной характеристикой для контроля и оптимизации условий гидрогенизации в конвертерах ацетилена. Анализаторы TDLAS от SpectraSensors позволяют отслеживать уровни C 2 H 2 на входных, средних и выходных участках конвертеров ацетилена. Такие измерения в режиме реального времени обеспечивают эффективную работу всего завода и полное соответствие этиленовых продуктов установленным спецификациям.

Производство конечного продукта: гидрогенизации ацетилена

Конвертер для гидрогенизации ацетилена C 2

Деметанизатор

Этан/этилен в отсекатель C 2

Деэтанизатор

Очиститель

Сырье для прямогонного бензина

Установка отгонки пропана

Гидрогенизация C 3

Охладитель

Пропилен/пропан в отсекатель C 3

Печь крекинга

10

Анализаторы TDLAS для производства олефинов

Этилен высокой степени чистоты Мониторинг следового уровня загрязнений в реальном времени

В процессах производства полипропилена LDPE, LLDPE и HDPE используются катализаторы с высокой чувствительностью к содержанию H 2 O, NH 3 , C 2 H 2 , CO 2 и других примесей, которые загрязняют катализаторы и снижают эффективность их работы. К чистоте этилена полимерного сорта предъявляются очень строгие требования. Для их выполнения необходимо проводить точные и надежные измерения приборами с высокой чувствительностью к примесям. для некоторых процессов полимеризации составляет 1 ppm v . Согласно спецификациям степени чистоты этилена в трубопроводе максимальная концентрация NH 3 составляет <0,25 ppm v . CO 2 может абсорбироваться в этилене, поэтому его необходимо удалять для защиты катализаторов, используемых в процессе полимеризации. Максимально разрешенная концентрация H 2 O и C 2 H 2

На

заводах

по

производству

этилена

для

удаления

ионизированных загрязнителей (H 2 ) из этилена с целью обеспечения его соответствия спецификациям полимерного класса используются молекулярные сита и абсорбенты. Исключительно малое время отклика анализаторов TDLAS на изменения концентрации H 2 O, NH 3 , C 2 H 2 и CO 2 играет большую роль в мониторинге чистоты пропилена. Такой мониторинг осуществляется в реальном времени в процессе производства пропилена и в точках его коммерческого учета в сырьевых потоках, идущих на заводы по производству полипропиленовых полимеров. Запатентованный* метод дифференциальной спектроскопии позволяет анализаторам SpectraSensors обнаруживать субмикроконцентрации H 2 O и NH 3 в этилене высокой степени чистоты. O и NH 3

Процесс производства полиэтилена малой плотности

Добавки

Автоклавный реактор

Сепаратор высокого давления

Этилен (газ)

Первичный компрессор

Вторичный компрессор

Сепаратор низкого давления

Система рециркулирующего газа

Пресс непрерывного действия

Цилиндрическая ячейка

Гранулы полиэтилена

*www.spectrasensors.com/patents

11

Пропилен высокой степени чистоты Мониторинг следового уровня загрязнений в реальном времени

Для полимеризации пропилена используются катализаторы с высокой чувствительностью к H 2 O, NH 3 и другим загрязнителям, которые снижают качество работы и сокращают срок службы катализатора. К чистоте пропилена полимерного сорта предъявляются очень строгие требования. Максимально разрешенная концентрация H 2 O и NH 3 для некоторых процессов полимеризации составляет 1 ppm v . Пропилен поставляется из трех основных источников: печи крекинга этилена, установки каталитического крекинга на нефтеперерабатывающих заводах и установки дегидрогенизации пропана. При проходе по трубам или при хранении в соляных кавернах поток пропилена из этих источников может захватывать частицы воды. Мониторинг в реальном времени обеспечивает соответствие содержания H 2 O в пропилене полимерного класса установленным спецификациям в зависимости от области применения.

Заводы по производству полимеров могут отклонить поставки не соответствующего спецификациям пропилена. В этом случае потребуется выполнить дополнительные шаги обработки или отправить на сжигание, что повлечет за собой высокие затраты. Исключительно малое время отклика анализаторов TDLAS на изменения концентрации H 2 O играет большую роль в мониторинге чистоты пропилена. Такой мониторинг осуществляется в реальном времени во процессе производства пропилена и в точках его коммерческого учета в сырьевых потоках, идущих на полимерные заводы. Запатентованный* метод дифференциальной спектроскопии позволяет анализаторам SpectraSensors обнаруживать субмикроконцентрации H 2 O в пропилен высокой степени чистоты.

Процесс производства полипропилена

Реактор

Пропилен

Газофазный реактор

Водород

Пар

Катализатор

Полимер

Пропилен + водород

Этилен

*www.spectrasensors.com/patents

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 Анализаторы TDLAS от SpectraSensors для производства олефинов (03/19)

www.spectrasensors.com/contact

© 2018 SpectraSensors Упомянутые продукты или ссылки могут быть товарными знаками или зарегистрированными товарными знаками, принадлежащими соответствующим владельцам. Все права защищены.