SINDIE总硫分析仪在S－ZORB装置中的应用

2016-08-16李毅

中国科技信息 2016年9期

李毅

李毅

根据SINDIE在线总硫分析仪检测出的汽油中总硫含量，操作人员及时调整工艺运行参数，保证汽油中的总硫含量在控制质量指标范围内。通过与标准液的测量对比，说明总硫分析仪分析数据准确，能够正确反映生产工艺变化，满足S－ZORB装置生产要求。

随着国家可持续发展目标的确立和社会环保意识的增强，油品产品质量不断的提高，国际以及国内规定汽油的硫含量逐步降低，汽油硫含量的测定越来越受到重视。目前国内成品汽油的主要调和组分有催化裂化汽油、催化重整汽油、烷基化汽油、异构化汽油等，其中催化裂化汽油占国内成品汽油的80%以上。因此，如何有效的控制催化汽油的硫含量是控制成品汽油硫含量的关键。为此中国石油化工股份有限公司金陵分公司引进了汽油脱硫吸附S－ZORB装置，将催化汽油里的硫质量分数降至0.001%以下，生产出符合国V标准的清洁汽油。

总硫分析仪的选型

随着样品预处理技术的不断成熟，由原来的实验室检测，到现在使用在线总硫分析仪作为工艺控制手段，并以实验室作为最终检测手段，双辅助来保证油品中总硫含量满足国家标准。目前国际上常见的低浓度总硫分析仪分析方法主要有UVF紫外荧光法和MWD XRF 单波长色散X荧光法。金陵石化S－ZORB装置选用的总硫分析仪是美国XOS公司生产的 SINDIE 6010ZP型号的基于单波长色散X荧光技术的石油产品超低硫在线分析仪。

该分析仪与 UVF 紫外荧光法低硫在线分析仪相比主要有以下几个优点：

1.紫外荧光法首先需要将定量的样品燃烧为气体后检测气体样品中的总硫数据，间断性检测，滞后时间长，而该分析仪直接检测流动的油品，无滞后时间，这对装置操作调整较为有利；

2.紫外荧光法使用高温的石英玻璃，由于石英玻璃有易碎、易有划痕的特点，在清洁过程中很容易被损坏，而该分析仪采用高分子材料坚固不易损坏，不需要清洁，自动更换视窗膜，时间小于2min；

3.维护较为简单，每年进行单点校正，待机功能显著提高，X光源寿命达到2－3a；

标校频次低，周期长，只需每6个月进行一次标校。

SINDIE分析仪的组成及其检测方法

SINDIE在线分析仪用于检测汽油的含硫总量，有助于炼厂对汽油的在线调和，该分析仪由承载电子设备以及分析仪“引擎”（X射线和光学系统）的箱体、油品传送系统以及吹扫系统等组成，该分析仪是用单波长色散X荧光光谱测定法（MWD XRF）来测定单相液体燃料的硫含量。分析仪引擎聚焦一束单色的X光打在样品池中的检测样品上从而激发硫原子的K层电子。分析仪通过X射线管产生X射线，其最大的能量设置为50kV和1.5mA。硫原子发出波长为0.5373nm（5.373Å 或2.3Kev）的Kα射线（荧光），该特定频率射线被检测器吸收。硫原子发出的X射线强度（每秒的光子数）由检测器来测量并用标定方程转化成硫的浓度（mg／kg或 ppm）。

X射线分析引擎

X射线的引擎基本部件包括X射线光源、光学部件、真空室、检测器、检测器放大器、样品池（动力窗模块）以及真空传感器。MWD XRF分析仪引擎如图1所示。

X射线光源

X光源发出的光线在光学室内，X射线的光源的能量是由50K VDC的高压电源来提供，加载到X射线的正极上。这个电源还包含一个低压（5.5VDC）灯丝电源，它提供2.3A低压电流来加热灯管阴极的钨丝，钨丝的加热在灯管里产生了连续的电流，电子由于加在阳极和阴极之间的高压被加速并且轰击阳极靶材料，电子撞击靶材料产生了Kα荧光和轫致辐射（散射），多色的激发光束从灯管旁边的窗口射出，而这束光必须通过另一个分析引擎上的窗口以进入光学室，X射线管和光学室的窗口均使用鈹材料。

真空系统

真空泵是一个干式、隔膜泵，使用24VDC电源，当仪表箱门关闭时连续运转。真空传感器位于分析仪引擎上，测量光学器件室的绝对压力并将这一信息传输给PLC。如果光学器件室的绝对压力变化超出8Torr就会产生分析偏差，如果真空度增加到这个值以上就会有一个错误报警信息出现在触摸屏上，表示一个过程报警出现，当真空度低时不会对分析仪的性能有损害并且不会产生报警，标定和分析检测必须在这个真空范围内。

检测器

图1 MWD XRF分析引擎示意图

图2 SINDIE分析仪的标定曲线

检测器是里面充有气体（氙气）的正比例计数器，有24VDC的电源进行供电。这个检测器的电压是由工厂决定的，使正比例计数器的气体离子的增加不得不转换成检测放大器的电子增加，这个电压通常在1900VDC左右。如果检测器或检测器放大器需要更换，要运行一个公共软件来定义新的电压。正比例计数器里包含有一个内部电极连接到HV BNC（高压连接器）的一端，并且电路相互绝缘，还包含一个面对光学室的小窗口，硫X射线穿入窗内激发氙气原子，产生成对的电离，负离子向正电极补充电荷，HV采集到补充的电子。来自电源的另一根干净的DC信号则利用这个充电脉冲，HV上的充电脉冲被检测放大器俘获成低压电流并且进行放大。每一个放大的脉冲在2.00～4.00V范围内，产生一个5V等幅脉冲。这个逻辑脉冲通过一根小的同轴电缆传输到DIN导轨上的PLC（控制器）计数器。

动力窗

为了保持检测器峰值的灵敏性以此来延长维护周期，动力窗模块设计了这样一个机制：定期的移动样品窗或膜到一个新的位置。当膜传送时，通过关闭SMS（样品管理系统）上的气动阀来隔离样品室和燃料管线，然后通过干燥的氮气充分吹扫。当吹扫循环完成后，压力将完全释放到大气压力，样品的压力通过安装在SMS上的压力传感器检测。此时，气缸启动，O型密封圈的压力值减少到预设值。在移动过程中O型密封圈一直和膜的表面有接触并且作为“橡胶扫埽”擦去移动膜表面的样品。

分析仪箱体的吹扫

吹扫循环的基本操作如下：关闭并确保锁紧分析仪引擎部分及电子部分的箱体门，然后打开气源，调节调压器到40～115psig。压力调节完成后把吹扫气阀打到开的位置，吹扫指示器由黑色变为黄色。等待人工设定的吹扫时间结束，吹扫流程完毕，关闭吹扫阀门，外壳将保持加压同时压力警报指示器仍然为绿色。

SINDIE分析仪的标定

当分析仪的测量不符合标准样分析或者与实验室测量不一致时需要进行手动标定，在标定模式下，仪器会自动关闭在线样品的进、出口阀门，同时打开标定/漂移校正阀门。在标定前，确保仪器已完全预热（此运行至少6小时），同时X光源的温度应该高于箱体温度大约30～35F，然后执行手动进膜来给样品池中光的焦点或动力窗模块传入新的薄膜，把装有IPA（异丙醇）的容器与快速连接插座相连接，并且用软线连接另一个快速插座和容器的底部，由3路转换阀来从容器中选择样品。最后连接电脑进入标定程序，当标定结果有效并感到满意后，把新的标定曲线（因数）导入分析仪。标定曲线如图2所示。