Saverio Barbero Lodigiani, Analytical Measurement - Service, 23 Novembre 2011 Tecnologia FT-NIR Applicazione eseguita nell industria petrolchimica

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1 Saverio Barbero Lodigiani, Analytical Measurement - Service, 23 Novembre 2011 Tecnologia FT-NIR Applicazione eseguita nell industria petrolchimica November 22, 2011 Slide 1

2 FT-NIR per controllo in linea L ottimizzazione dei processi richiede Controllo (tempo reale) Importanza delle informazioni di Input Le informazioni richiedono Misure Flussi di massa, Temperatura, Pressione sono input necessari per modelli inferenziali Processi Analitici (misure dirette quantitative delle proprietà) I Processi analitici possono essere controllati da: Test di Laboratorio off-line Analizzatori on-line per misure fisiche di singole proprietà Misure complesse multiproprietà e multistreams on-line FT-NIR, GC, Raman, NMR.. November 22, 2011 Slide 2

3 Quali applicazioni HPI o petrolchimiche? La tecnologia FT-NIT è applicabile a streams idrocarburici Final Product Blending Benzina & Diesel Nafta Conversion Units CCR, HDT, HDS, ISOM etc Alchilazione con HF HF, ic4, Olefine Crude Oil, Crude Distillation Units Per molte proprietà Misure in Real-time e multi-proprietà fisiche e chimiche Es. RON, Cetano, D86, T95, E70, E100, Cloud Point, Freeze Point, Aromatici, Benzene, PIONA ecc. Analizzatore FT-NIR in grado di gestire molti streams Ideale per essere accoppiato a controlli di processo (qualità spettrale, validabile, veloce) November 22, 2011 Slide 3

4 Necessità di impianto Controllo in tempo reale di 3 streams Misure ogni minuto (no downtime linea trasporto campione) Informazioni di input da analisi di Laboratorio (CFR, cromatografiche) Entrata Nafta Qualità del prodotto da reforming BTX November 22, 2011 Slide 4

5 L offerta ABB ABB offre un ampia e flessibile selezione di analizzatori FTIR per applicazioni da processo e laboratorio Soluzioni estrattive e a fibre ottiche per area sicura o per Area Classificata (versione ATEX) Messa in servizio del sistema analitico e validazione sistema Sviluppo dei modelli chemiometrici o possibilità di supporto al Cliente per lo sviluppo delle proprie calibrazioni November 22, 2011 Slide 5

6 Diagramma generale di processo in Raffineria NGL Unit FT Sulfur Unit (g) Light Gas FT Crude Unit (a) FT FT FT FT Isomerizer (c) Reformer (d) Straight Run Gasoline FT FT Gasoline Blender (i) FT FT FT Gasoline Kerosene Diesel FT CAT Cracker (e) FT FT Vacuum Crude Alkylation Unit (h) FT FT Unit (b) Not shown: FT Hydrotreating (f) FT Lube Unit FT Lube Oil Not shown: FT Naphtha Cracking FT November 22, 2011 Slide 6

7 Possibili analisi quantitative richieste Raffineria November 22, 2011 Slide 7

8 Possibili analisi quantitative richieste Impianto petrolchimico Fenoli Pseudocumene Acetone Poliuretano Acidi grassi Surfattanti Solventi Butadiene Alpha-olefine EtilBenzene Aromatici, BTX Acrilonitrile OXO chemistry Polioli OH, TAN, Umidità % Monomeri in Polimeri Ammine Stirene EtilBenzene Aromatici, BTX Acrilonitrile OXO chemistry November 22, 2011 Slide 8

9 Soluzione in campo Cambio dello Stream di analisi e Sample Conditioning Sistema di raccolta campioni(1) Sistema di Lavaggio e Validazione Sistema di raccolta campioni(2) Fluidi di lavaggio Blending del prodotto Mixer Statico Fastloops November 22, 2011 Slide 9

10 Soluzione in area sicura metodo estrattivo Analizzatore con shelter In Campo Cambio dello Stream di analisi e Sample Conditioning Sistema di raccolta campioni(1) Sistema di Lavaggio e Validazione Sistema di raccolta campioni(2) Fluidi di Lavaggio Blending del Prodotto Mixer Statico Fastloops November 22, 2011 Slide 10

11 Soluzione in area sicura fibre ottiche Control Room (Safe Area) In Campo Cabina con cella (in campo) Sistema di lavaggio e validazione Liquidi di lavaggio e validazione Blending del Prodotto Fastloop Mixer Statico November 22, 2011 Slide 11

12 FTNIR in HPI e petrolchimico Blending Blending Benzina RON, MON, Benzene%, Aromatici%, Olefine%, Ossigenati, Etanolo, E170, ASTM %D, RVP Blending Diesel Numero di Cetani, Cloud Point, T95, E350, ASTM %D, Aromatici%, Flash Point, Pour Point, Viscosità November 22, 2011 Slide 12

13 FTNIR in HPI e petrolchimico Catalytic reforming Alimentazione Nafta PIONA, ASTM %D Rundown Riformata RON, MON, Benzene%, Aromatici% Splitter Riformata Alta / Bassa % Benzene November 22, 2011 Slide 13

14 FTNIR in HPI e petrolchimico Alkylation Riciclo HF HF, ASO, Acqua Riciclo ic4 ic4, nc4, C3 Alimentazione Olefine C3 olefine %, C4 olefine %, Umidità November 22, 2011 Slide 14

15 FTNIR in HPI e petrolchimico Crude Unit Alimentazione Grezzo Gravità API, TBP Nafte Leggere PIONA, ASTM %D Nafte Pesanti PIONA, ASTM %D Kerosene, JetA1 Flash Point, ASTM %D Gasoli Leggeri Flash Point, Cloud Point, Cetani, Aromatici, T95, E350 Gasoli Pesanti Flash Point, Cloud Point, Cetani, Aromatici, T95, E350 November 22, 2011 Slide 15

16 FTNIR in HPI e petrolchimico Catalytic Converter Alimentazione FCC Distillata Frazioni della Benzina RON, MON, Benzene%, Aromatici%, Olefine%, ASTM D% Frazioni della Nafta PIONA, ASTM %D Gasoli Leggeri Flash Point, Cloud Point, Cetani, Aromatici, T95, E350 Gasoli Pesanti Flash Point, Cloud Point, Cetani, Aromatici, T95, E350 November 22, 2011 Slide 16

17 FTNIR in HPI e petrolchimico Sulfur Recovery and Claus Sulfur Plant Sour-water Stripper (Foul) Gas Feed H 2 S, H 2 O, NH 3, Idrocarburi (Alcani, Aromatici, Olefine, Total Hydrocarbons Air Demand) Acid Gas Feed H 2 S, CO 2, H 2 O, Idrocarburi (Alcani, Aromatici, Olefine, Total Hydrocarbons Air Demand) November 22, 2011 Slide 17

18 Tecnologia FT-NIR Dettagli di applicazione November 22, 2011 Slide 18

19 Project Delivery KOM Fornitura ABB DCS Properties Vector FTSW Software Sample Point ABB FT-NIR Analyser Fastloop Pumps Analyser Shelter Sample Conditioning Hardware Software Integrazione di Sistema Sistema di trattamento campione Site Services KOM Survey in campo Modelli chemiometrici Progress Meetings FAT, Commissioning, Startup SAT, Validazione Warranty & Life-Cycle Services November 22, 2011 Slide 19

20 Prima di partire Punti fondamentali Tutte le analisi da FTNIR sono analisi secondarie Gli analizzatori FT-NIR sono inferenziali servono dati reali per la costruzione dei modelli chemiometrici Quindi: Il primo step è definire i metodi di analisi primari e la loro precisione Tali metodi dovrenno essere aderenti alle disposizioni ASTM per le nalisi di laboratorio (fondamentale per la validazione dei modelli) Qui si stabiliscono le caratteristiche delle analisi in campo: stabilità, precisione, riproducibilità spettrale November 22, 2011 Slide 20

21 1 Stadio: FTNIR da laboratorio Campionamento Acquisire spettri IR del training set Analisi primarie Costruzione dei Modelli chemiometrici Validazione dei modelli I Overtone.. Combination.. Fondamentale Trasferibilità della Calibrazione November 22, 2011 Slide 21

22 FT-NIR: modelli chemiometrici H H H H H November 22, 2011 Slide 22

23 Il modello di calibrazione Proprietà Chimico-Fisica MODELLO DI CALIBRAZIONE Spettro IR in Assorbanza

24 Usi della spettroscopia infrarossa La spettroscopia FTIR non è una tecnica primaria (in generale), ma deve essere abbinata ad una tecnica primaria per la referenziazione dei campioni. Può dare utili informazioni qualitative su: Identificazione dei materiali Analisi passata/fallita Identificazione strutturale della molecola (MiD-IR) Può dare utili informazioni quantitative su: Proprietà fisiche Temperatura Viscosità RON... Proprietà chimiche Doppi legami Gruppi OH...

25 Criteri di Discriminazione

26 2 Stadio: FT-NIR mod. FTPA2000-HP260 8-Canali, con s/ware di gestione multiplex Rack Mount da 19 pollici Armadio 60 Controllo della Temperatura e Stream switching grazie a celle multiple poste in remoto Ethernet: il PC può essere installato in remoto rispetto all armadio dell FTPA2000 Opzione per rivelatore raffreddato TE nell armadio FTSW100 touch-screen / console Opzione Armadio Zona Eex

27 In campo Individuare i corretti punti di stacco sulle linee di trasporto campione esistenti Individuare il posizionamento della strumentazione FTNIR e dei sistemi di trattamento campione per minimizzare l ingombro e il costo Individuare le utilities necessarie per il corretto funzionamento dell analizzatore FTNIR e dei sistemi di trattamento campione (aria strumenti, Azoto, fluidi di lavaggio) Supervisione stesura fibre ottiche Stesura dei cavi di alimentazione e di comunicazione tra PC, FTNIR, SHS e DCS

28 Una visione di insieme November 22, 2011 Slide 28

29 Sistema di campionamento November 22, 2011 Slide 29

30 Cella di analisi Cella di campionamento termostatata per campioni liquidi predisposta per trasmissione via fibra ottica percorso ottico fisso corpo in acciaio INOX 316; tenute in Kalrez; accesso per il sensore di temperatura porte I/O per fibra ottica purga continua del percorso ottico idonea per installazione in area pericolosa Finestre: BK 7 Pressione operativa massima: 50 bar Temperatura operativa massima: - 20 C/250 C

31 Sistema di lavaggio linea November 22, 2011 Slide 31

32 Integrazione del sistema analitico

33 Informazioni utili per il controllo di impianto e RoI FTIR November 22, 2011 Slide 33

34 November 22, 2011 Slide 34