典型的烯烴廠有兩個(gè)基本工段：裂解爐和分餾系統(tǒng)。烯烴裂解爐或熱解爐將飽和烴裂解成較小的不飽和烴。生產(chǎn)較輕的烯烴，包括乙烯、丙烯和丁烯所用的主要工業(yè)方法是蒸汽裂解法。在這一過(guò)程中，用蒸汽稀釋氣態(tài)或液態(tài)的烴原料（即石腦油、液化石油氣、氫裂粗柴油或簡(jiǎn)單乙烷和丙烷混合物），并在裂解爐內(nèi)短時(shí)加熱。典型的反應(yīng)溫度很高（約為 850℃），反應(yīng)時(shí)間限制在一秒鐘內(nèi)。在現(xiàn)代的裂解爐中，駐留時(shí)間縮短到毫秒級(jí)，產(chǎn)生超音速氣流，從而提高所需產(chǎn)品的產(chǎn)量。當(dāng)達(dá)到裂解溫度以后，氣體在傳輸線熱交換器中急速驟冷以停止反應(yīng)。反應(yīng)時(shí)的產(chǎn)量取決于進(jìn)料的成份、烴與蒸汽的比例、裂解溫度和爐內(nèi)駐留時(shí)間。輕烴物料，包括乙烷、液化石油氣或輕石腦油，產(chǎn)生的產(chǎn)品富含輕烯烴，包括乙烯、丙烯和丁二烯。石腦油和煉油廠液態(tài)原料不僅可生產(chǎn)出這些輕質(zhì)烯烴的一部分，還能生產(chǎn)出富含芳香烴產(chǎn)品，適于高溫?zé)峤馄突蛉加?。較高的裂解度，有利于乙烯和苯的生成，而較低的裂解度則生產(chǎn)較多數(shù)量的丙烯、C4烴和液態(tài)產(chǎn)品。這一過(guò)程也會(huì)導(dǎo)致焦炭慢慢沉積在爐管或裂解盤(pán)管壁上。由于炭層會(huì)限制熱傳導(dǎo)和增加壓降，因此反應(yīng)器的效率會(huì)降低。設(shè)計(jì)反應(yīng)條件時(shí)應(yīng)使焦炭沉積的速率減小到很低。采用動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)焦炭層的厚度，以保證依賴(lài)爐溫的裂解效果能被預(yù)測(cè)。蒸汽裂解爐通常只能運(yùn)行幾個(gè)月，就需從裂解線上分離出來(lái)除炭。蒸汽或蒸汽 /空氣混合氣通過(guò)裂解爐盤(pán)管，可以使硬質(zhì)固體的炭層轉(zhuǎn)化為一氧化碳和二氧化碳。當(dāng)這一反應(yīng)完成后，裂解爐就可重新使用。另一種方法是離線的低溫機(jī)械式清除法，用低溫堿性清洗劑去除盤(pán)管上的沉積炭是有效的。不管用何種方法，在除炭過(guò)程中每一臺(tái)爐要至少停爐27小時(shí)。

以下的內(nèi)容介紹了如何利用Prima PRO在線過(guò)程質(zhì)譜儀使裂解爐的使用得以?xún)?yōu)化。

1、裂解爐優(yōu)化的基本原理：

在任何給定時(shí)刻，產(chǎn)量取決于許多因素，包括原料成份、稀釋蒸汽流量、烴流量、盤(pán)管溫度分布（即爐子燃燒率和燃料能量）、爐子抽力和盤(pán)管焦炭成份。模型預(yù)測(cè)控制（MPC）利用多種測(cè)量參數(shù)，如盤(pán)管出口溫度和進(jìn)料率等來(lái)預(yù)測(cè)上述因素。這樣，溫度和駐留時(shí)間可以?xún)?yōu)化，在使焦炭沉積率最小的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)烯烴的最高產(chǎn)量。雖然眾多過(guò)程變量的關(guān)系是復(fù)雜的，但如果裂解度太低，乙烯產(chǎn)量將會(huì)很低。如果裂解度太高，則積炭率也會(huì)高，產(chǎn)量的減少也將是不可接受的。

 

2、裂解度技術(shù)比較

當(dāng)動(dòng)力學(xué)模型沒(méi)有成份反饋時(shí)，實(shí)際的裂解度如何隨時(shí)間變化。在這種情況下，一臺(tái)氣體裂解裝置通常有62%的乙烯產(chǎn)率。

使用在線氣相色譜儀（GC）測(cè)量實(shí)際裂解度指數(shù)的益處（如丙烯/乙烯比和丙烯/甲烷比）。采用這種六分鐘間隔的定時(shí)測(cè)量，就能通過(guò)提高裂解度的設(shè)定值來(lái)強(qiáng)化對(duì)裂解度的控制。這種升級(jí)一般能使氣體裂解裝置的產(chǎn)量提高 5%。這就是為什么世界上多數(shù)乙烯裝置將氣相色譜儀用于過(guò)程控制的原因。由于Prima PRO快速分析，可以用一臺(tái)在線質(zhì)譜儀（MS）取代 5臺(tái)氣相色譜儀，并把取樣間隔從6分鐘縮減到2分鐘，從而得到另外 2%的增產(chǎn)。

應(yīng)注意到，由于在這個(gè)動(dòng)力特性很強(qiáng)的過(guò)程中速度是很重要的，氣相色譜分析將限定在 C1到C3分析。它能滿足對(duì)于實(shí)際裂解度指數(shù)的測(cè)量，但不能提供足夠的數(shù)據(jù)使動(dòng)力學(xué)模型能精確地預(yù)測(cè)由于重?zé)N的凝結(jié)和聚合作用所產(chǎn)生的焦炭沉積率。因此，在一般的裝置中，對(duì)于速度很低的 C1烴到C4烴的擴(kuò)展分析要用附加的氣相色譜儀，以提供動(dòng)力學(xué)模型所需數(shù)據(jù)。對(duì)于液態(tài)物料裂解爐，這種分析還要進(jìn)一步擴(kuò)展到 C5烴，以計(jì)算動(dòng)力裂解因子（KSF），這一因子用于根據(jù)市場(chǎng)條件優(yōu)化特種烯烴的生產(chǎn)。通常會(huì)將附加的擴(kuò)展分析色譜儀多路配置，使每一臺(tái)氣相色譜儀能監(jiān)測(cè) 4到5臺(tái)爐。然而，使用一臺(tái)Prima PRO就能監(jiān)測(cè)爐內(nèi)裂解產(chǎn)物而無(wú)需額外的裝置。Prima PRO的擴(kuò)展分析還能提供對(duì)重?zé)N進(jìn)行監(jiān)測(cè)的附加功能，重?zé)N通常被 Thermo Scientific PyGas自清洗取樣器所去除。這一數(shù)據(jù)能預(yù)測(cè)當(dāng)樣品處理系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)的維護(hù)能力，從而保證更可靠的運(yùn)行。