基于拉曼光谱的PX装置产品杂质含量在线分析

【摘要】拉曼光谱分析技术具有分析速度快、分析精度高、谱图特征性强、重现性好以及无损分析等一系列优点。针对PX(对二甲苯)成品杂质含量的在线检测这一应用问题,本文通过实验分析PX成品的拉曼光谱特性,建立了一套相应的预处理方法,并建立了其杂质含量的定量分析模型；在此基础上,开发了一套PX装置产品杂质含量在线拉曼分析系统,并完成了其工业应用。本文主要研究内容包括：(1)根据PX成品高纯度这一理化性质,提出了一种针对性的拉曼光谱预处理方法,并以此为基础,建立了定量分析模型。PX成品中对二甲苯纯度高于99.7%,已达到分析纯等级。基于这一性质,本文创新性地逆向利用波长—拉曼位移转换公式,求解实际激光中心波长偏移,以克服由于激光器中心波长波动带来的谱图频移；在归一化算法中,再次利用PX成品纯度高这一特点,直接以对二甲苯为内标法参照物,利用其特征峰进行归一化处理。在预处理后的拉曼光谱中,PX成品中杂质含量与拉曼光谱强度有很高的相关性。本文然后采用偏最小二乘(PartialLeastSquare,PLS)算法建立了杂质含量的拉曼光谱定量分析模型。该模型可以计算PX成品中甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯四种杂质的含量。(2)针对某石化企业PX装置产品质量控制的要求,开发一套集光谱采集与光谱分析于一体的在线拉曼分析系统。系统硬件包括位于工艺管线旁的预处理装置与位于分析小屋内的在线拉曼分析仪主机柜,预处理装置和主机柜由光纤与防爆电缆进行连接。预处理装置用于对PX成品进行过滤、减压、冷却等处理；主机柜内的主要部件包括光谱仪、激光器、工控机等,用于实现拉曼光谱的检测与后续信号处理。软件系统包括在线拉曼分析软件以及标定软件。在线分析软件周期性采集PX成品的拉曼光谱,并利用上述提出的预处理方法及定量分析模型进行计算。标定软件用于修改PLS模型的训练样本集。在线拉曼分析系统采用正压防爆,防爆等级：pⅡT6,分析周期2分钟,采用RS485总线Modbus协议与集散控制系统进行数据通讯,并备有4路4～20mA模拟量输出。(3)将上述在线拉曼分析系统成功应用于实际PX生产装置。该系统已在工业现场稳定运行8个月以上。运行结果表明：该系统分析速度快,分析精度高,维护工作很少。与工厂离线采集的气相色谱分析结果比较,在线拉曼分析仪对甲苯、乙苯、间二甲苯、邻二甲苯四种杂质测量结果的均方误差分别为0.005%、0.041%、0.013%、0.003%,最大测量误差分别为0.012%、0.070%、0.020%、0.008%。由此可见,上述在线分析系统的测量精度能满足厂方要求,可以替代日常的离线采样分析工作。
【作者】卢艺楠；
【导师】戴连奎；
【作者基本信息】浙江大学，控制科学与工程，2014，硕士
【关键词】拉曼光谱；在线分析；PX成品；杂质含量检测；定量分析；

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