在线分析蒸气相工艺流的方法技术

在线分析工艺流的方法，其中工艺流为蒸汽转化器的输入流或输出流，该工艺流的温度至少为２００℃，工艺流中的组分处于蒸气相中。该方法包括：（ａ）从工艺流中提取滑流；（ｂ）冷却滑流至高于其露点的温度；（ｃ）使用近红外（ＮＩＲ）光谱法分析冷却的滑流以获得表征工艺流中ＮＩＲ－吸收组分的光谱；以及（ｄ）将所获得的光谱与使用化学计量学技术从ＮＩＲ光谱法建立的校正模型进行关联，以确定一个或多个工艺流中的ＮＩＲ吸收组分的浓度和／或分压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及使用近红外光谱法(NIR)在线分析烃蒸汽转化中的蒸气相工艺流(process stream)。用于制备例如甲醇的化学制品的合成气通常取自于催化剂存在下的烃，典型的为石脑油或天然气的蒸汽转化。产自蒸汽转化反应的合成气包含一氧化碳、氢气和二氧化碳的混合物。通常，产生的一氧化碳∶氢气的摩尔比不是用于如甲醇生产的下游化学工艺的最优比例。因此，一般做法是去除在转化反应中同时产生的二氧化碳，并将所需要的量循环回转化器。在转化器输入中加入的二氧化碳改变了一氧化碳∶氢气的摩尔比。小心控制循环的二氧化碳的量能得到所需的一氧化碳∶氢气的比例。通常，是通过使用溶剂(典型地为链烷醇胺水溶液)的吸收反萃取来分离二氧化碳，随后压缩至循环回转化器的必要的压力。如果在蒸汽转化反应中产生的二氧化碳的量能够被调整或最小化将会是有利的。蒸汽转化反应的输入组分为水(水蒸汽)、烃以及任选的二氧化碳。输入组分典型的被预加热至至少500℃的温度，并在至少15barg的压力下被输入转化器。在这些条件下，输入组分为气体。常规的蒸气相分析技术为气相色谱。但是，当采用气相色谱时，发现有些组分如水蒸汽可能发生冷凝，使得获得可接受精度的组成数据变得困难。因而高度期望在分析中保持处于蒸气相中的工艺流。然而，并不期望分析非常高的温度的工艺流，例如在蒸汽转化器中采用的温度，因为可能不容易获得能够承受如此高温的分析设备，或这种设备可能很昂贵。因此，本专利技术提供一种在线分析工艺流的方法，该工艺流是蒸汽转化器的输入流(feedstream)或输出流，该工艺流具有至少200℃的温度，工艺流的组分处于蒸气相中，该方法包括：(a)从工艺流中提取滑流(slipstream)；(b)冷却滑流至高于其露点的温度；(c)使用近红外(NIR)光谱法分析冷却的滑流以获得表征工艺流中NIR-吸收组分的光谱；以及(d)使用化学计量学技术将所获得的光谱与从NIR光谱法建立的校正模型进行关联，以确定工艺流中一种或多种NIR-吸收组分的浓度和/或分压。典型的是，在烃的蒸汽转化中，组分：水蒸汽、烃以及任选的二氧化碳在高温和高压下被输入转化器。烃可以是，例如石脑油(naphtha)或天然气。天然气主要包括甲烷，但也可含较少量的低级脂肪族烃，如乙烷和丙烷。这样，工艺流可能包含的组分为水蒸汽、甲烷和二氧化碳。二氧化碳可能来自含二氧化碳的循环流或来自其它来源。有利的是，滑流可以在二氧化碳循环输入接头之后的点取自于转化器的输入流。蒸汽转化反应产生含一氧化碳、氢气、未转化的烃以及二氧化碳的输出流。因而，工艺流可能包含的组分为一氧化碳、氢气、甲烷和二氧化碳。典型的是，在商业实践中，二氧化碳被从输出流分离出，并且至少一部分二氧化碳被循环回到转化器中。有利的是，滑流可以在二氧化碳分离出输出流之前的点取自于转化器的输出流。-->蒸汽转化器可以是任何适合的转化器单元，例如商业上可提供的，还可以是单程转化器或二段式转化器。典型的是，转化器为燃烧炉，包含充填有传统蒸汽转化催化剂，例如氧化铝负载的氧化镍的平行管束。在本专利技术的方法中，工艺流的组分处于蒸气相中，但组分也可在压力下。工艺流的温度和压力取决于蒸汽转化工艺的性质。本专利技术的方法适于分析蒸汽转化器的输入流和/或输出流，温度为至少200℃，比如200至500℃，例如200至350℃。工艺流可以在大气压下或更高压力下，例如在至少10barg的压力下，比如10barg至100barg的范围内。滑流由工艺流的一部分构成。滑流的体积不是至关重要的，但是，可实施的滑流冷却的速度将随着滑流体积的减少而提高。滑流的较快冷却，会使本专利技术的方法实施的越频繁。滑流的冷却可通过空气冷却实现。可选的是，滑流的冷却可通过水夹套实现。通过将滑流冷却至高于其露点的温度，即在滑流的组分将要开始冷凝的温度，滑流的组分被保持在蒸气相中。因而，本专利技术实现了高精度组成数据的确定，因为分析期间的组分冷凝被避免了。实践中，滑流被适当冷却至高于滑流露点至少20℃的温度以避免在流中形成冷点。适合的，滑流被保持在200至300℃的温度范围内。近红外(NIR)光谱技术可用于表征在光谱的近红外区域中吸收的分子。NIR光谱法允许定性和定量分析。NIR分析仪是商业上可提供的。NIR分析仪的主要元件包括检测器、光源、将光信号传送至检测器的装置以及光谱仪。检测器与传送光信号至光源的装置以及光谱仪连接。波长为10000至4000cm-1的光通过现有技术中已知的适合的装置被传送至检测器。典型的是，这种传送装置包括光纤光缆，例如，低OH硅石光纤光缆。适当的，为了在高温下使用，光纤光缆外涂覆有在高于200℃的温度下不易降解的涂层。例如，光纤光缆可涂覆聚酰亚胺材料或金属，如金。光源不是至关重要的，可以是，例如石英卤灯光源或近红外发光二极管。滑流的分析在可在近红外区(10000cm-1至4000cm-1)操作的检测器上进行。为了用于本专利技术其中组分处于蒸气相中的方法，优选使用流通池形式的检测器。流通池为商业上可提供的，例如来自Specac Limited。NIR流通池的选择应当使得可以在冷却的滑流的温度和压力条件下实现组分的分析。例如，流通池可以能够被电加热至高于滑流的露点的温度。适用于本专利技术的方法的NIR流通池包括Typhoon-T池(Specac Limited)。适合的是，流通池体是由高品质不锈钢，比如不锈钢级316L，双相不锈钢(duplex stainless steel)或Hastelloy C制成的。适合的是，池窗口包含在近红外区域透明，在冷却的滑流的条件下化学耐受和机械坚固的材料。适合的池窗口材料为，例如是，蓝宝石。池窗口通过能够耐受冷却的滑流的温度和压力的密封材料粘结于流通池体。例如，合适的环氧基密封剂可被采用。所使用的池体的光程长度(path length)取决于待分析组分的特定压力和温度.提高光谱的强度导致吸收强度和浓度间的非线性关联.非线性关联是不期望的，因为其可-->能产生错误的分析结果.因此，适合的是，被分析组分的光谱具有小于1.5吸光度单位的吸光度.光谱强度随压力的增加而增加。因此，当待分析组分的压力增加时，池体的光程长度应相应减少。例如，当待分析组分的压力在12至25barg的范围内时，池体的光程长度可在5至10cm的范围内。典型的，天然气蒸汽转化器的输入流和输出流为在大约17barg的压力，因而，池体光程长度在7.0至8.0cm的范围内，比如7.5cm将实现水蒸汽、甲烷、二氧化碳以及其它在近红外区有吸收的组分的定量。很多类型的NIR光谱仪是商业可提供的并可用于本专利技术的方法。例如，NIR光谱仪可以是傅利叶变换红外光谱仪(FTIR光谱仪)或二极管阵列光谱仪。如本领域公知的，在高分辨率下操作FTIR光谱仪可提供无扭曲的光谱，同时在低分辨率下操作可实现工艺流组分的更频繁的分析。适合的是，测量的频率应有效的使工艺控制被实现。使用FTIR光谱仪，发现在0.1至2cm-1范围的分辨率下，以大约三十秒的频率能实现无扭曲的光谱。但是，使用高于4cm-1比如4至16cm-1范围的分辨率将实现更快的响应时间。水、甲烷和二氧化碳可被定量的光谱区域为7500至4800cm-1。获得的光谱被记录在NIR光谱仪中。使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
在线分析工艺流的方法，所述工艺流是蒸汽转化器的输入流或输出流，所述工艺流具有至少２００℃的温度，所述工艺流的组分处于蒸气相中，所述方法包括：　　　　（ａ）从所述工艺流中提取滑流；　　　　（ｂ）冷却该滑流至高于其露点的温度；　　　　（ｃ）使用近红外（ＮＩＲ）光谱法分析该冷却的滑流以获得表征工艺流中ＮＩＲ－吸收组分的光谱；以及　　　　（ｄ）使用化学计量学技术将所获得的光谱与从ＮＩＲ光谱法建立的校正模型进行关联，以确定该工艺流中一种或多种ＮＩＲ－吸收组分的浓度和／或分压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2007-6-15 07252448.11.在线分析工艺流的方法，所述工艺流是蒸汽转化器的输入流或输出流，所述工艺流具有至少200℃的温度，所述工艺流的组分处于蒸气相中，所述方法包括：(a)从所述工艺流中提取滑流；(b)冷却该滑流至高于其露点的温度；(c)使用近红外(NIR)光谱法分析该冷却的滑流以获得表征工艺流中NIR-吸收组分的光谱；以及(d)使用化学计量学技术将所获得的光谱与从NIR光谱法建立的校正模型进行关联，以确定该工艺流中一种或多种NIR-吸收组分的浓度和/或分压。2.如权利要求1所述的方法，其中所述工艺流包含组分水蒸汽、甲烷和二氧化碳。3.如权利要求1所述的方法，其中所述工艺流包含组分一氧化碳、氢气、甲烷和二氧化碳。4.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述工艺流还包含氮气。5.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述工艺流的温度在200至500℃的范围内。6.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述滑流在二氧化碳循环输入接头之后的点处，从输入流获得。7.如上述权利要求1至5任一项所述的方法，其中所述滑流在从所述输出流分离出二氧化碳之前的点处，从输出流获得。8.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述滑流被冷却至高于该露点至少20℃的温度。9.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述冷却的滑流的温度保持在200至300℃的范围内。10.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述工艺流处于10至100barg的范围内的压力。11.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述化学计量学技术选自于部分最小二乘法，多元线性回...

【专利技术属性】
技术研发人员：D莱托勒斯，AI汤森，
申请(专利权)人：英国石油化学品有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]