PAC 在线微量蒸馏测定仪在催化装置上的应用

蒋学宁

（南京金陵石化建筑安装工程有限公司）

炼油催化装置的主要产品之一为粗汽油。 汽油的干点是产品质量的重要指标，直接决定汽油的质量是否合格，对工艺参数的调整具有重要的指导意义。 未安装在线微量蒸馏测定仪之前，汽油的干点只能通过人工定时采样化验分析获得，生产车间根据人工化验的结果对工艺参数进行适当的调整，使汽油的干点维持在要求的控制范围内。 由于人工采样间隔时间长，化验结果滞后，在此期间产品质量的波动情况操作人员也无法知晓，所以只能凭经验和理论上的干点值进行相关的控制操作。 为了确保汽油的质量，操作人员通常采取保守的控制操作，使汽油的干点适当地远离质量指标，这样必然会对装置的经济效益带来负面影响。

在生产过程中油品的全馏程是油品质量和应用性质的重要指标，它能够反映油品轻重成分的分布情况。 如果能及时准确地获得这一信息，生产操作人员就能够掌握全塔各类产品的分配比例和质量情况，及时调整塔内温度、压力及回流量等参数，使各组分在保证质量的前提下处于最佳的分配状态，从而使企业获得更大的经济效益。

1 PAC 在线微量蒸馏测定仪

在线微量蒸馏测定仪能实时对催化装置生产过程中的汽油进行全馏程分析，并将检测到的数据实时显示、储存并输出到DCS，实现生产过程在线质量监测。

某催化装置于2016 年5 月安装MicroDist 在线微量蒸馏测定仪系统，并于当月调试完成投入运行。 MicroDist 采用ASTM D7345 方法，直接关联输出ASTM D86 结果。 仪表标配4 路4～20mA输出，可以通过组态输出从初馏点到终馏点任一点的温度。

1.1 MicroDist 的技术参数

MicroDist 的测量精度等同甚至优于ASTM D86，其他相关参数如下：

分析周期 小于10min

温度范围 20～400℃

重复性 ±1.5℃

仪表风压力 不低于0.4MPa

工业氮气压力 不低于0.4MPa

1.2 工作原理

当样品温度达到某一数值， 使样品各组分的蒸气分压之和恰好与外压（大气压）相等，油品即开始沸腾。 测定经校正的毛细管气体的压力变化，计算馏出体积。 样品开始蒸发，压力从零开始突升的点为初馏点（IBP），样品完全蒸发，压力恢复到初始压力的点为终馏点（FBP）。 基于热力学方程，通过得到的压力随时间变化的曲线，可计算得到馏出体积。 通过体积和压力数据，可以计算出ASTM D86 结果。

1.3 MicroDist 的运行流程及常见问题

1.3.1 运行流程

MicroDist 的运行流程如图1 所示，流程分为4 个阶段：冲洗、采样、蒸馏和数据进程。其中冲洗阶段发生在每次做样前和做样后，被测样品进入MicroDist 定量管后，通过电子冷却单元对样品进行冷却。 进入冲洗阶段时，氮气将冷却后的样品打入烧瓶，对烧瓶内的油温进行冷却，然后排空，如此循环，直到烧瓶内的油温达到设定温度才进入采样阶段。 样品采集完成初始化后，对烧瓶进行加热，在经过一个完整的蒸馏过程后，经过计算得到相关数据并进行保存，之后再次进入冲洗阶段，以此循环。

图1 MicroDist 的运行流程

1.3.2 常见问题

从MicroDist 的运行情况来看，最常出现的问题大多都在冲洗阶段，而最主要的有两个——温度问题和气密问题。

1.3.2.1 温度问题

理论上要求进入微量蒸馏测定仪的样品温度最好比初馏点低10℃以下，如果进来的样品温度过高，尽管仪表内有电子冷却系统，但由于其冷却能力所限，很可能无法将烧瓶内的油温降到设定的蒸馏起始温度，进而无法进入下一步的蒸馏程序。 即便人为提高蒸馏起始温度的设定值，仪表也会因为无法找到初馏点而报错。 对于初馏点只有30℃左右的汽油来说，如何将50℃的样品温度降到20℃左右，是首先要解决的一个问题。

1.3.2.2 气密问题

根据仪表的工作原理，可知微量蒸馏测定仪的测定是利用经校正的毛细管气体的压力变化计算馏出体积，所以对气路部分的气密性要求非常高。 每次做样前都要对仪表的气密性进行检测，在做气密性检测时，每次只允许气压有几毫巴（1 巴=105帕）的降幅，否则会认为仪表气密性不合格而报错。

PAC 微量蒸馏测定仪气路复杂，气路各部件由软管和快速接头连接，且进油路部分三通阀和六通阀的内漏也会对气路造成影响。 因此在实际使用过程中，查找漏点是仪表维护过程中工作量最大的环节。

2 系统构成

整套在线微量蒸馏测定仪系统由MicroDist在线微量蒸馏测定仪、预处理系统、回收系统和分析小屋构成。

2.1 预处理系统

预处理系统结构如图2 所示。 为减少测量的滞后时间，样品在进入预处理箱之前先进入一个快速流路， 快速流路中的样品不需要进行处理，只需在快速流路中安装一个自清洗三通过滤器F，将过滤后的样品引入预处理箱。

图2 预处理系统结构

为防止样品汽化，一定要采取先降温后减压的方式。 原设计中样品进口温度为40℃，初馏点为33℃，因此在原设计方案中采取的是VORTEX旋风冷凝的方式对样品进行降温。 但实际投用时，样品温度经常在50℃以上，初馏点的实测值一般都在28℃左右。 因此原设计的冷却效果达不到仪表的运行要求，尤其在夏季，仪表无法正常运行。 由于催化装置有一套过冷水系统，因此笔者对原预处理进行了改造，在样品进入预处理前增加了一个水冷器， 冷却水在夏季采用过冷水，其他季节采用装置的循环冷却水。 改造后效果非常理想。

冷却后的样品降至20℃左右，经过降压稳流后进入MicroDist。 由于MicroDist 还需样品对蒸馏组件的出口进行降温冷却，因此样品的流量不能过低， 实际使用中将样品的流量控制在15～20L/h。 但流量也不宜过大，过大的流量会增大预处理冷却负荷，同时对测量也会产生影响。

样品经过MicroDist 后返回预处理箱，通过背压阀稳压后排至回收系统。 在实际应用中，将减压阀调至4bar，背压阀调至1.5bar 左右。 另外还需说明的是， 仪表还有两路排口需引入回收系统：一路是带液的废气；一路是仪表内部冷凝的废液，这路废液一定要自流到回收系统。 这部分的流量约为2L/h。

2.2 回收系统

回收系统主要由不锈钢回收罐、 带控制触点的磁翻板液位计和两个进口防爆泵构成， 其结构如图3 所示。 仪表产生的废油由于压力低，无法返回工艺管道中，只能先用回收罐进行收集。当回收罐中的液位达到上限时，控制系统启动泵，将油打回指定的工艺管线中， 当液位下降至下限时泵停止工作。 两台泵一备一用，手动切换。 磁翻板液位计还带有上上限触点， 当在用的泵工作不正常时会造成回收罐液位持续上升， 当液位超过上限达到上上限时，控制系统会让两台泵同时工作。

2.3 分析小屋

分析小屋布置如图4 所示。 分析小屋为不锈钢材质，MicroDist 安装在小屋内， 预处理系统和回收系统安装集成在小屋外。 小屋内照明、开关、接线箱、排风扇和空调系统均为防爆产品。 小屋接有CO 和可燃气报警仪，PLC 控制系统安装在防爆箱内，小屋排风扇每15min 自动启动，将小屋内的空气置换一次。 MicroDist 为正压防爆仪表，引入分析小屋的仪表风和氮气压力均不能低于4bar。

3 MicroDist 在线蒸馏测定仪系统投用注意事项

MicroDist 在投用时要注意仪表参数设置中起始温度的设置，前文已经说明要确保仪表长期稳定工作，其蒸馏起始温度最好设定在低于初馏点10℃左右， 夏季起始温度可以略微上调一些。具体做法是， 进入仪表SETUP→DISTIL→DETAILS→PARAM 菜单，将Start Tmp 改为手动，设定温度低于初馏点10℃左右即可。Start Tmp 温度也不宜设置过低，原因是仪表电子冷却单元冷却能力有限，温度设置过低会造成仪表无法降到指定温度而不停地进行降温循环。

图3 回收系统结构

图4 分析小屋布置图

由于MicroDist 的蒸馏体积只有10mL， 因此测量周期较短，一般10min 左右就能得出一个结果。 在本装置中只输出一路FBP 数值，数值比同时间质检中心的数据低2℃左右， 但数据的历史趋势与质检中心的数据完全一致。 在仪表的偏移量设置中将FBP 上调了2℃， 仪表的测量数据和质检中心同时期的数据偏差一直没有超过1℃，质检中心也因此大幅降低了采样频率。

4 MicroDist 在线蒸馏测定仪系统改进方案

MicroDist 在线蒸馏测定仪系统在催化装置中应用情况良好，给工艺生产提供了非常有效的技术指标。 根据实际应用情况，本系统还可以有一些改进方案。

相对于低初馏点的汽油而言，有效地降低进仪表前的油温是一个非常重要的环节。 在本系统中，由于设计对工艺条件的误判，造成原降温系统不能满足仪表的需求，尽管后来采用过冷水冷却方案解决了该问题，但由于不是每个装置都会有过冷水，因此这个方案的适用范围有限。 后来在其他装置上采用了防爆电制冷的方案，电制冷后的冷却水温度即便在夏季也能达到10℃以下，所以尽管后来的装置油温均超过了设计温度，但用电制冷后的冷却水对油温进行降温，有效地解决了这个问题。

样品经过预处理进入仪表的流量大约为20L/h，仪表如果长期稳定地运行，每天会有几百升的汽油进入回收罐，这些汽油都是未被污染的产品。同时仪表本身还会有约2L/h 的废油进入回收罐。 这两种油品若在回收罐中混合只能按废油处理，造成浪费。 由于仪表本身对压力要求不高，所以只需将废油引入回收系统，另一部分未污染的油品可以采用适当调大背压阀的方法将油品直接打入低压管线中重新收集起来。 这样不仅减少了生产成本，而且还能大幅降低回收泵启动频率，减少回收系统的维护工作量，有效提高回收系统的使用寿命。

5 MicroDist 在线蒸馏测定仪系统存在的问题

MicroDist 在线蒸馏测定仪系统测量周期短，测量数值准确， 能够很好地满足工艺生产的需求，但同时也存在一些客观问题，其中最大的问题就是厂家技术支持的力度不够。

目前该系统在国内使用数量不多，国外厂家对国内的技术支持力度远远不够。 而国内的代理商不具备技术支持的能力，基本上只能做备件采购的业务。 一旦仪表出现故障，维保人员只能通过国内代理商用电子邮件的方式获得国外工程师的技术支持，不仅周期很长，而且经常也得不到具体的方案， 只能得到几个大概的解决方向，最终还是要靠维保人员自行摸索解决，因此相关的仪表维护人员需要具备相当高的技术能力和责任心。 不过随着该系统应用的不断增多，这种状况也会逐步得到改善。

6 结束语

由于这套馏程系统首次用于国内的汽油馏程在线分析，无论是设计还是在实际使用过程中都出现了一些问题，经过对预处理系统的改造和仪表测量参数的调整，该系统已经很好地应用在炼油催化装置中，实时监测生产过程中油品全馏程参数的动态变化，给生产提供了重要的指导依据。 目前厂里的3 套催化装置均使用该系统对汽油的馏程进行监控，厂里的质检中心已经不再对汽油的馏程进行取样检测，也完全满足了工艺生产的要求。