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Produktströme online überwachen

NIR-Spektrometer analysiert kontinuierlich die Zusammensetzung
Produktströme online überwachen

Produktströme online überwachen
Das modular aufgebaute NIR-Spektrometer überwacht online die Prozessdaten
Um Anlagen profitabel zu betreiben, ist eine online Analytik nicht mehr wegzudenken. Leistungsfähige Prozessanalysentechniken wie die NIR-Technologie eröffnen zusätzliche Optimierungsmöglichkeiten. Da sie sehr schnell viele regelrelevante Kenngrößen liefern, können sie in Kombination mit Advanced Process Control-Softwarepaketen einen Beitrag zur Gewinnoptimierung des Betriebes leisten.

Neben dem klassischen Ansatz, die Herstellungskosten von Chemikalien zu senken, der Reduktion des Energiebedarfs, können auch Prozessanalysatoren helfen diese Aufgabe zu erfüllen. Die NIR-Technologie basiert auf einer korrelativen, optischen Messmethode und kann in weniger als einer Minute gleichzeitig mehrere Kenngrößen bestimmen. Diese Analysenmethode beruht auf der Tatsache, dass Proben mit identischen Spektren, auch identische Zusammensetzung und Eigenschaften besitzen. Dazu wird das Spektrum einer unbekannten Probe im nahen Infrarotbereich aufgenommen und die entsprechenden Eigenschaften mit Hilfe von chemometrischen Modellen, die zuvor in einem Lernsatz aus Proben mit bekannten Eigenschaften erstellt wurden, vorhergesagt. So lassen sich mit derselben Technologie gleichzeitig Konzentrationen einzelner Verbindungen, Substanzklassen und komplexe Kenngrößen wie Oktanzahl oder Brom-Zahl ermitteln. Die zeitaufwändigen Analysen können offline in einer Lernphase im Labor durchgeführt werden und sind daher nicht zeitbestimmend für die Online-Analytik.

Prozess-NIR-Technik
Es gibt mehrere Methoden, NIR-Spektren aufzuzeichnen. Nicht alle sind jedoch für den Prozesseinsatz geeignet. Bei der Auswahl der Methode sollten mehrere Dinge berücksichtigt werden. Die NIR-Technologie muss weitgehend unempfindlich gegen Erschütterungen und Temperatureinflüsse sein, und eine einmal erarbeitete Methode zur Bestimmung von bestimmten Eigenschaften muss von Analysator zu Analysator übertragbar sein. In Kohlenwasserstoffgemischen mit mehreren hundert unterschiedlichen Verbindungen wie sie in Raffinerien und in der Petrochemie vorliegen, kann nur die fouriertransformierte NIR-Technik (FT-NIR) auf Basis eines Michelson Interferometers die extrem hohen Anforderungen an Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit erfüllen. In der chemischen Industrie ist die Matrix deutlich einfacher und liegt selten über zehn Verbindungen. Ein Prozessspektrometer, das die Diodenzeilentechnik einsetzt, bietet hier das beste Preis-Leistungs-Verhältnis. In dieser Technik wird der Lichtstrahl, der die Probe durchleuchtet hat, über eine Faseroptik auf ein starres Gitter projiziert. Das Gitter zerlegt das Licht in seine Spektralenanteile, deren Intensitäten von einer Diodenzeile gemessen werden. Für die Prozessanwendung hat diese Technik noch den Vorteil, dass sie keine bewegten Teile benötigt. Für den Einsatz in der Produktionsanlage ist das System mit der notwendigen Peripherie zu versehen. Dazu gehören innerer und äußerer Ex-Schutz, Steuerung und Funktionsüberwachung, Auswertung, Visualisierung und Archivierung der Messungen, Datenaustausch mit den Prozessleitsystemen sowie Fernwartung und Systemdiagnose. Benke bietet ein modular aufgebautes System, das auf die jeweilige Anwendung exakt zugeschnitten ist.
Einsatz in der Olefinanlage
Im konkreten Beispiel einer europäischen Olefinanlage findet zwei- bis dreimal pro Monat ein Naphatawechsel statt. Wird nur die Dichte online gemessen, lassen sich die Änderungen in der Übergangsphase nur schwer erkennen, da sich selbst bei gleicher Dichte die Naphthaqualitäten deutlich unterscheiden können und damit die Ethylen-/Propylenausbeute stark beeinflussen. Erst die online Verfolgung der Dichte, des Siedeverlaufs und der PIONA-Werte (n-Paraffine, i-Paraffine, Olefine, Naphthene, Aromaten) des Naphthas in der Übergangsphase, ermöglicht dem Anlagenbetreiber, den Cracker während dieser Phase nahe am Optimum zu fahren. In der Anlage, in der etwa 700 000 t Naphtha pro Jahr durchgesetzt werden, kann durch die online Überwachung mit einem Benke-Prozessanalysator pro Naphthawechsel deutlich mehr erwirtschaftet werden.
Ein weiteres Beispiel ist die Herstellung von Kraftstoffen. Hier können mit den Prozess-NIR-Analysatoren sowohl die Komponentenströme als auch der geblendete Treibstoff gleichzeitig gemessen werden. Im Falle der Ottokraftstoffe liefern die Prozessanalysensysteme eine sehr hohe Informationsdichte über Oktanzahl, Dampfdruck, Siedeverlauf, Olefin- und Aromatengehalt, bei der Dieselproduktion zum Beispiel über die Cetanzahl, den Siedeverlauf, Flash Point und Cloud Point. Die Einbindung dieser Daten in die ped-Software von Benke ermöglicht eine feed forward Steuerung mit nichtlinearen Optimierungsalgorithmen.
In einer Raffinerie mit ca. 1,3 Mio. t Jahreskapazität an Ottokraftstoff konnte durch Einsatz der Prozess-NIR-Technik der Oktanzahlverschnitt um 0,2 Oktan abgesenkt werden.
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