阅读说明：本技术 一种可在线监控的吸附设备 (Adsorption equipment capable of being monitored on line ) 是由 李俊诚 钱震 张晓龙 武靖为 高源� 邬学霆 陈浩庭 于 2019-03-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种可在线监控的吸附设备。吸附设备包括在线中红外光谱检测系统,在需要在线监控的物料管路上设置带有测试样品池的支路,采用在线中红外光谱仪对样品池中的物料进行检测。本发明的可在线监控的吸附设备能够对吸附设备中的物料浓度进行实时在线检测。(The invention relates to adsorption equipment capable of being monitored on line. The adsorption equipment comprises an online mid-infrared spectrum detection system, a branch with a test sample pool is arranged on a material pipeline to be monitored online, and an online mid-infrared spectrometer is adopted to detect materials in the sample pool. The adsorption equipment capable of being monitored on line can carry out real-time on-line detection on the concentration of the materials in the adsorption equipment.)

一种可在线监控的吸附设备

技术领域

本发明属于吸附分离技术领域，具体涉及一种可在线监控的吸附设备。

背景技术

吸附设备是常用的分离设备。吸附设备包括固定床吸附设备和模拟移动床设备等。模拟移动床设备具有生产效率高、有机溶剂消耗少、传质推动力大、便于自动化连续生产等优点，被广泛应用于石油化工、食品工业和制药等领域，它是一个复杂的工业过程且影响因素众多的非线性、非平衡、非理想、多自由度的周期性过程。

模拟移动床把固定吸附床分为许多段，段内装有吸附剂，段间液体不能直接流通。每段均装有进出口管道，由多通道旋转阀控制其进出。典型地，在具有8个吸附柱的模拟移动床中，24个进出口中的20个只起段间联系的作用，另4个供四股物料的进入或离出，某一瞬间的物料进出口位置把整个吸附床层分成了四个区，各区距离不等长，每段相际传质也不同。

模拟移动床利用多通道旋转阀使四个物料的进出口以与固相浓度的变化同步的速度上移。这样，构成一闭合回路，其总的结果与保持进出口位置不动，而固体吸附剂在吸附器中自上而下移动的效果基本相同，从而达到分离效果。而实现此过程的核心设备就是多通道旋转阀，通过多通道旋转阀的旋转来实现流程的周期性切换，从而达到分离产品的目的。

现有技术中，CN100453867C公开了一种用于高效液相制备色谱模拟移动床的36通旋转阀，该36通旋转阀通过皮带与一个安装有同步带轮的步进电机相连，所述的36通旋转阀主要包括静盘和安装在静盘上的罩壳，静盘与罩壳之间有传动轴，传动轴的一端***静盘的中心孔中，另一端穿出罩壳并安装另一同步带轮，静盘和罩壳的圆周边装有密封圈并均匀固定；静盘与罩壳之间从下至上还依次有动盘、驱动盘、碟形弹簧、调整垫块和推力轴承。该36通旋转阀结构紧凑、死体积小，极大地减少了模拟移动床设备的故障率；但是该36通旋转阀造价较高，不便于拆卸检修，更换吸附剂时需要真个模拟移动床装置停工，这就降低了装置长周期运转能力。

将程控阀用于模拟移动床已经是现有技术，Axens Eluxyl模拟移动床工艺与Sorpx模拟移动床工艺也是通过n*24个程控阀组进行控制。但由于其与吸附柱相连的各管线体积不同，同时循环泵在区域中的相对位置周期性变化，因此，循环泵流量随所在区域大幅度变化，控制困难，压力波动大。

在工艺生产过程中，工艺控制的精度对产品的质量影响非常大，因此能够在线实时检测物料组成显得尤为重要。现有的吸附设备中仅设置有压力和温度等工艺条件的测量装置，并不存在能够实时在线检测物料浓度的测量装置。

专利CN 103760131A公开了一种基于近红外光谱检测的汽油油品属性实时预测方法。该方法要求扫描汽油组分C4～C12的近红外光谱图，并建立模型计算辛烷值，并不能直接测量烯烃、烷烃、炔烃含量。

专利CN 104122235A公开了一种烯烃气体的检测装置及方法。该方法仅能检测各类烯烃在装置区域是否泄漏，但烯烃的气体检测需要气态烯烃或将烯烃气化后检测，检测过程繁琐，前处理复杂，且并不能够形成定量检测。

梁仕普(在线红外光谱法检测汽油中的烯烃和芳烃(苯)，《精细石油化工》，第4期，2001年7月)提出一种在线红外光谱法检测汽油中的烯烃和芳烃方法。该方法采用近红外光谱在管道内对汽油在线检测，检测样品适用范围小，且烯烃检测的重复性与再现性偏差较大。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可在线监控的吸附设备，能够对吸附设备中的物料浓度进行实时在线检测。

所采用的技术方案是：

一种可在线监控的吸附设备，吸附设备包括在线中红外光谱检测系统，在需要在线监控的物料管路上设置带有测试样品池的支路，采用在线中红外光谱仪对样品池中的物料进行检测。

优选地，采用在线中红外光谱检测系统可以实时检测吸附装置的物料中烯烃、烷烃及炔烃的含量。

中红外光谱仪采用光纤探头式测量，光谱范围4000-650cm^-1，分辨率4cm^-1。

中红外光谱检测系统可以设置在吸附设备的进口和出口管路上。

进一步地，吸附设备包括多根吸附柱，在每根吸附柱的进口和出口管线上均可以设置在线中红外光谱检测系统。

在物料管路带有压差的调节阀的前后，分别引出进入样品池的入口管和出口管；通过阀门调节样品池内的压力在69bar之下，并且使进入样品池物料的温度不高于200℃。

通过光纤探头进行光谱扫描，经仪器软件工作站处理，得出特征波长下的光谱峰峰高。

优选的，吸附装置的进料来自于费托合成油。

本发明中红外光谱仪检测步骤为：

(1)校正模型建立

选取各种费托合成油样品，采用气相色谱法测定其中烯烃、烷烃及炔烃的含量；再将各样品通过样品池进行中红外光谱扫描，选取C＝C键在3100～ 3010cm^-1为特征谱区；C-C键在2975～2800cm^-1为特征谱区；C≡C键在3300～ 2150cm^-1为特征谱区，将上述特征谱区的响应值与样品采用气相色谱法测定的烯烃、烷烃及炔烃的含量相关联，采用化学计量法的最小二乘法分别建立校正模型；

(2)未知样品含量测定

在与建立校正模型相同的测试条件下进行未知样品的中红外光谱扫描，分别将在3100～3010cm^-1、2975～2800cm^-1、3300～2150cm^-1谱区的响应值代入各自对应的校正模型，得到未知样品的烯烃、烷烃及炔烃的含量。

优选地，采用化学计量法的最小二乘法建立校正模型步骤如下：

(1)假设烯烃(或烷烃或炔烃)在特征波长下的光谱峰峰高y，与烯烃(或烷烃或炔烃)浓度值x，存在下列关系，y＝ax+b，a为系数、b为截距。

(2)对应每组数据(xi，yi)都存在对应关系。

(3)误差e＝yi-(axi+b)

(4)当为最小时拟合度最高，即

最小，S代表标准偏差 (5)分别求一阶偏导

(6)分别让上面两式等于0，有

(7)最终可得

(8)代入各样品x、y值得到a、b值，进而得出线性关系方程式。

本发明吸附设备优选为模拟移动床设备，并优选具有以下结构：

模拟移动床设备包括吸附床、原料进料系统、解吸剂进料系统、循环系统、抽出液系统、抽余液系统、程控阀组以及自动控制系统；其中，所述的吸附床包括若干根吸附柱，分为吸附区、提纯区、脱附区；

每一根所述的吸附柱的上端设置有原料进料阀、解吸剂进料阀、循环液进料阀；

每一根所述的吸附柱的下端设置有抽余液出料阀、抽出液出料阀；

相邻两根吸附柱之间设置单向阀；

所述的原料进料系统连接每一根吸附柱的原料进料阀；

所述的解吸剂进料系统连接每一根吸附柱的解吸剂进料阀；

所述的循环系统的包括循环泵，所述的循环系统通过循环泵连接每一根吸附柱的循环液进料阀；

所述的抽出液系统连接每一根吸附柱的抽出液出料阀；

所述的抽余液系统连接每一根吸附柱的抽余液出料阀；

所有阀门组成程控阀组，程控阀组与自动控制系统相连，自动控制系统能够控制程控阀组中每一个阀门的开、闭状态。

优选的，所述的吸附柱为3～100根。

优选的，所述的吸附柱为8*N根，其中，N为大于等于1的整数。

优选的，所述的原料进料系统包括原料泵以及位于原料泵下游的原料加热器，原料加热器出口管线连接吸附柱；

所述的解吸剂进料系统包括解吸剂泵以及位于解吸剂泵下游的解吸剂加热器，解吸剂加热器出口管线连接吸附柱；

所述的抽出液系统包括抽出液泵，抽出液泵连接吸附床的抽出液管线；

所述的抽余液系统包括抽余液泵，抽余液泵连接吸附床的抽余液管线；

所述的循环系统的循环泵的进料口连接吸附床的抽出液管线。

优选的，所述的程控阀组中的阀门类型各自独立的选择为球阀、针阀、截止阀、蝶阀中的一种。优选的，执行机构为气动或电动。

优选的，所述的循环泵在区域中的相对位置不变。

优选的，每一根吸附柱之间的连接管线体积相同。

优选的，每一根吸附柱连接到循环泵的管线体积相同。

优选的，其特征在于，所述吸附区还包括缓冲区，即，所述的吸附床分为吸附区、提纯区、脱附区以及缓冲区。

使用上述的高效模拟移动床设备的高效模拟移动床工艺为：

一种使用所述的高效模拟移动床设备的高效模拟移动床工艺，控制阀门切换以改变每次进出料的位置，实现了吸附区、提纯区、脱附区的模拟移动。

优选的，控制阀门切换以改变每次进出料的位置，实现了吸附区、提纯区、脱附区、缓冲区的模拟移动。

优选的，所述的吸附柱为8根，所述的高效模拟移动床工艺具体是：

0-t时序，打开吸附柱1的单向阀A1、解吸剂进料阀A2、吸附柱2的解吸剂进料阀B2、抽出液出料阀B6、吸附柱3的循环液进料阀C4、吸附柱4的单向阀D1、吸附柱5的单向阀E1、原料进料阀E3、吸附柱6的单向阀F1、抽余液出料阀F5、吸附柱7的单向阀G1、吸附柱8的单向阀H1打开，其余阀关闭；

此时，吸附区为吸附柱5及吸附柱6，原料进入吸附柱5和吸附柱6，对目标产品组分进行吸附，非目标组分由出口流出；

提纯区为吸附柱3及吸附柱4，由循环泵带动循环液进入吸附柱3和吸附柱4，将上个周期中吸附的目标产品组分进行提纯；

脱附区为吸附柱1及吸附柱2，由解吸剂泵带动解吸剂以及部分来自于缓冲区的解吸剂进入吸附柱1和吸附柱2，上个周期中经过提纯的目标产品组分进行洗脱，抽出系统，达到吸附分离的目的；

缓冲区为吸附柱7及吸附柱8，原料中的目标产品组分大部分已在吸附区被吸附，剩余大量非目标组分及少量目标组分的混合液进入缓冲区，等待下一个周期的进行；

控制阀门切换以改变t-2t、2t-3t、3t-4t时序进出料的位置，实现了吸附区、提纯区、脱附区、缓冲区的模拟移动。

有益效果

(1)本发明的在线中红外光谱检测系统比离线检测更方便而且测量结果准确度可信；根据在线检测结果实时调整吸附工艺的操作条件，实现了工艺操作快速响应，提高了生产效率、产品质量和产品合格率。选择了中红外光谱范围，其抗干扰能力强，测量精度高，很好地实现了工业化大生产中的产品质量控制，降低了成本，操作方便。

(2)通过在吸附装置中设置在线中红外光谱检测系统可以实时监控吸附分离工艺操作。进一步地，在每根吸附柱的进口和出口管线上均设置在线中红外光谱检测系统，可以提高监控精度，实现对每根吸附柱工作状态和性能的实时监控，进而调节相应吸附柱的操作条件，最大化提高生产效率、降低成本及能耗，并且准确提示需要更换吸附柱的时间。

(3)支路样品池结合光纤探头测量，减少了样品测量前处理过程，减少检测的繁琐工序，实现在线检测。检测方法容易实现，环境条件要求宽，适用于-80℃～200℃下，压力在69bar下为液态的烃类中的烯烃、烷烃、炔烃的检测。检测对样品无破坏性，不需要加入其它辅助试剂，同时降低检测难度，提高检测频率，为工艺操作提供及时的数据指导。检测碳数为C4-C40，范围更广。

(4)本发明采用程控阀组代替传统的多通道旋转阀控制模拟移动床的周期转换，降低了设备造价；程控阀组可根据检修要求灵活切出，方便设备检修；每根吸附柱均可切出检修，更换吸附剂后切入系统，装置长周期运转能力大幅提高。同时，本发明中与吸附柱相连的各管线体积相同，循环泵在区域中的相对位置不变，因此循环泵的流量不变，压力波动小，控制简单。

附图说明

图1为本发明的样品检测示意图

图2是本发明的一种高效模拟移动床设备的示意图。

具体实施方式

本发明样品检测示意图如图1所示。在物料管路上设置带有测试样品池的支路，采用在线中红外光谱仪对样品池中的物料进行检测。

检测步骤如下：

(1)校正模型建立

采用气相色谱法测定100个费托合成油样品中烯烃、烷烃及炔烃的含量；再将各样品通过样品池进行中红外光谱扫描，选取C＝C键在3100～3010cm^-1为特征谱区；C-C键在2975～2800cm^-1为特征谱区；C≡C键在3300～2150cm^-1为特征谱区，将上述特征谱区的响应值与样品采用气相色谱法测定的烯烃、烷烃及炔烃的含量相关联，采用化学计量法的最小二乘法分别建立校正模型；

上述样品经物料管路后由入口管进入样品池，在物料管路带有压差的调节阀的前后，分别引出进入测试样品池的入口管和出口管，通过阀门调节样品池内的压力在69bar之下，并且使进入样品池物料的温度不高于200℃，所述样品池为支路流动样品池，红外光谱仪采用光纤探头式测量。

所用气相色谱仪为安捷伦7820气相色谱仪，PONA色谱柱，分流/不分流进样口，PONA色谱柱。

所用中红外光谱仪为梅特勒ReactIR15，光谱范围4000～650cm^-1，分辨率 4cm^-1。

通过光纤探头进行光谱扫描，通过仪器软件工作站处理，得出特征波长下的光谱峰峰高。

(2)含量测定

在与建立校正模型相同的测试条件下进行样品的中红外光谱扫描，分别将在3100～3010cm^-1、2975～2800cm^-1、3300～2150cm^-1谱区的响应值代入各自对应的校正模型，得到样品的烯烃、烷烃及炔烃的含量。通过对比样品的气相色谱法检测结果和在线中红外光谱法检测结果可知，在线中红外光谱法与气相色谱法检测结果基本一致，红外光谱法较气相色谱法测量结果偏差最大仅为±2％左右。

在本发明吸附装置的吸附分离过程中，通过吸附装置中设置的在线中红外光谱检测系统可以实时监控吸附分离工艺，以便调节操作条件或者维修更换吸附柱。

图2中，以8根吸附柱组成的吸附床为例，具体示出了本发明模拟移动床设备的结构。

一种高效模拟移动床设备，包括吸附床、原料进料系统、解吸剂进料系统、循环系统、抽出液系统、抽余液系统、程控阀组以及自动控制系统；其中，所述的吸附床若干根吸附柱，分为吸附区、提纯区、脱附区以及缓冲区(需要指出的是，本实施例采用包含吸附区、提纯区、脱附区以及缓冲区的吸附床，但是缓冲区对于本发明而言并不是必须要选的，属于可选的)；

吸附柱1-8的上端分别设置有原料进料阀A3、B3、C3、D3、E3、F3、G3、 H3，解吸剂进料阀A2、B2、C2、D2、E2、F2、G2、H2，循环液进料阀A4、 B4、C4、D4、E4、F4、G4、H4；

吸附柱1-8的下端分别设置有抽余液出料阀A5、B5、C5、D5、E5、F5、 G5、H5，抽出液出料阀A6、B6、C6、D6、E6、F6、G6、H6；

相邻两根吸附柱之间设置单向阀A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1；

所述的原料进料系统连接每一根吸附柱的原料进料阀A3、B3、C3、D3、 E3、F3、G3、H3；

所述的解吸剂进料系统连接每一根吸附柱的解吸剂进料阀A2、B2、C2、 D2、E2、F2、G2、H2；

所述的循环系统的包括循环泵，所述的循环液进料系统通过循环泵连接每一根吸附柱的循环液进料阀A4、B4、C4、D4、E4、F4、G4、H4；

所述的抽出液系统连接每一根吸附柱的抽出液出料阀A6、B6、C6、D6、 E6、F6、G6、H6；

所述的抽余液系统连接每一根吸附柱的抽余液出料阀A5、B5、C5、D5、 E5、F5、G5、H5；

本实施例中，所述的循环泵在区域中的相对位置不变，因此循环泵的流量不变，每一根吸附柱之间的连接管线体积相同，每一根吸附柱连接到循环泵的管线体积相同。因此，本实施例的循环泵的流量不变，压力波动小，控制简单。

本实施例中，所有阀门组成程控阀组，程控阀组与自动控制系统相连，自动控制系统能够控制程控阀组中每一个阀门的开、闭状态。

作为本实施例的改进，可选择的，所述的原料进料系统包括原料泵以及位于原料泵下游的原料加热器，原料加热器出口管线连接吸附柱；原料泵可以为原料进料提供进料动力，而原料加热器可以将原料加热至合适问题，提高吸附活性，具体的泵送压力和加热温度根据物分离体系的特点决定。

作为本实施例的改进，可选择的，所述的解吸剂进料系统包括解吸剂泵以及位于解吸剂泵下游的解吸剂加热器，解吸剂加热器出口管线连接吸附柱；解吸剂泵可以为解吸剂进料提供进料动力，而解吸剂加热器可以将解吸剂加热至合适温度，提高解吸能力，具体的泵送压力和加热温度根据物分离体系的特点决定。

作为本实施例的改进，可选择的，所述的抽出液系统包括抽出液泵，抽出液泵连接吸附床的抽出液管线。抽出液泵提供抽出液的抽出动力。

作为本实施例的改进，可选择的，所述的抽余液系统包括抽余液泵，抽余液泵连接吸附床的抽余液管线。抽余液泵提供抽余液的抽出动力。

作为本实施例的改进，可选择的，所述的循环系统的循环泵的进料口连接吸附床的抽出液管线；将抽出液进行循环。

作为本实施例的改进，可选择的，

所述的程控阀组中的阀门类型各自独立的选择为球阀、针阀、截止阀、蝶阀中的一种；即本实施例的56个阀门各自独立的为球阀、针阀、截止阀、蝶阀中的一种，相互之间没有干扰。阀门执行机构为气动或电动。

作为本实施例的改进，可选择的，所述的循环泵在区域中的相对位置不变，因此循环泵的流量不变，每一根吸附柱之间的连接管线体积相同，每一根吸附柱连接到循环泵的管线体积相同。因此，本实施例的循环泵的流量不变，压力波动小，控制简单。