Teorija apsorpcione spektroskopije, zasnivane na Beer-Lambert-ovom zakonu, našla je široku upotrebu u praksi i to pre svega u petrohemijskoj industriji jer nudi mnoge prednosti u odnosu na konvencionalne metode merenja hemijskih komponenti.
Beer–Lambertov zakon može se prikazati izrazom: I=I0exp(-cεL), gde je I0 početni svetlosni intenzitet, I svetlosni intenzitet propuštene svetlosti kroz uzorak “debljine” L i koncentracije c, a ε redukovani koeficijent apsorpcije karakterističan za komponentu fluida koji apsorbuje svetlost.
Apsorpcija A je definisana logaritamskom zavišnošću transmisije T koja je zapravo odnos početnog intenziteta svetlosti I0 i intenziteta svetlosti I koja je propuštena kroz uzorak: A=log(I0/I)=εLc, što zapravo predstavlja drugi oblik Beer-Lambertovog zakona.
Empirijskim merenjem uzoraka poznatih koncentracija dolazi se do koeficijenta apsorpcije ε. L je poznata “debljina” fluidnog filma. Merenjem intenziteta svetlosti pre i posle apsorpcije, logaritmovanjem njegovih odnosa, uz poznatu dužinu merne ćelije kroz koji fluid prolazi i poznatog koeficijenta apsorpcije dolazi se do precizne koncentracije komponente koje je od interesa.
NIR (near infrared) spektroskopija
Iako prvi put uočen 1881 godine, NIR (near infrared) spekar dugo nije bio interesantan istraživačima, pre svega zbog njegove kompleksnosti. Razvojem modernih računara, omogućeno je tumačenje kompleksnih spektara iz te oblasti.
Zbog svojih osobina i specifičnih talasnih dužina (od 780 do 2500 nm) NIR spektar pogodan je za kvantitativnu analizu različitih jedinjenja bez ili sa vrlo malim pripremama uzorka. Takođe vreme analize je gotovo trenutno i zbog toga je pronašao svoju oblast primene u procesnoj industriji.
Sa tim u vezi, sa ponosom Vam predstavljamo predvodnika iz “porodice” NIR procesnih analizatora – Beacon 3000.
BEACON 3000
Kompanija IvDam process control d.o.o. je ove godine ozvaničila saradnju sa kompanijom Modcon systems i time postala njen ovlašćeni zastupnik.
Modcon systems se već 40 godina bavi razvojem procesnih analizatora, kao i celokupnih rešenja kada je u pitanju optimizacija i kontrola procesa. U ovom broju Mehatronike predstavljamo Vam jedan od proizvoda ove renomirane kompanije – Beacon 3000, NIR procesni analizator poslednje generacije.
Razvitkom Beacon 3000 postignut je veliki pomak u projektovanju i povećanju funkcionalnosti NIR procesnih analizatora. „Intrinsically safe“ merna ćelija i niska cena sistema, rezultat su kombinacije inovativne optičke tehnologije i patentirane primene standardnih optičkih kablova u NIR analizama.
Ovaj analizator predstavlja vrhunsko rešenje za merenje sledećih veličina:
- MON
- RON
- Aromati
- Olefini
- Benzeni
- Destilacione temperature
- Oksigenate
- API Gravity
- PIONA
- Cloud point
- Tačka paljenja
- Orto Xylene
- Meta Xylene
- Para Xylene
- Viskoznost
- Hemijske komponente
- %MTBE
- Cetene index
- Reid vapor pressure
„Daljinska” analiza
Zone opasnosti od eksplozije i požara karakteristične su za rafinerije, pretakališta, stanice za “blending” naftnih derivata kao i za petrohemijske komplekse. Ova postrojenja se sastoje od kontinuiranog procesa koji zahtevaju stalno praćenje kvaliteta proizvoda, radi prevencije distribucije proizvoda lošeg ili nedozvoljenog kvaliteta. Standardna rešenja podrazumevaju instaliranje analizatora blizu mesta uzoraka, što zahteva dodatnu opremu sa ATEX sertifikatima koja znatno podiže cenu celog sistema.
Merna ćelija sa priključcima
Beacon 3000 projektovan je tako da se sam analizator smešta van zone opasnosti (na primer kontrolnu sobu), dok se njegova sonda, koja nema nikakvu opremu koja zahteva Ex sertifikaciju, instalira blizu mesta uzorkovanja. Merne ćelije su “EX-safe”, bez napajanja, bez pokretnih delova i bez bilo kog materijala koji može da generiše statički elektricitet.
Dozvoljena udaljenost mernih ćelija i analizatora iznosi neverovatna 3 kilometra, bez uticaja na tačnost merenja!
„Real time” monitoring
Pomenuti procesni analizator, zahvaljujući ranije opisanoj NIR spektrometiji, gotovo trenutno daje rezultate analiza procesnih fluida sa čak osam različitih mernih mesta (tokova), lociranih na bilo kom mestu u postrojenju. Pouzdani, dobijeni rezultati u realnom vremenu su od suštinskog značaja za optimalno upravljanje proizvodnim procesom, koji kontinualno daje proizvode u skladu sa njihovim zahtevanim kvalitetom.
Kontinualna kontrola parametara kvaliteta je neophodna radi obezbeđivanja sve viših zahteva tržišta, i to ne oslanjajući se na merenju samo jedne fizičke veličine procesnog toka. Uopšteno govoreći, kvalitet naftnih derivata obuhvata kvantifikaciju različitih fizičkih veličina koji su u skladu sa propisanim granicama. Važno je napomenuti da kvalitet merenja NIR spektroskopije zavisi od transparentnosti uzorka, što se prevazilazi već uobičajenim sistemima za pripremu uzorka.
Veličina i kompleksnost procesnih postrojenja koja podrazumevaju, razgranate cevovode, zone opasnosti od požara i eksplozija, toksične sredine, zahtevaju da se nadgledanje i upravljanje procesom vodi iz udaljenih prostorija koje se nalaze van opasnih zona. Uvođenjem „udaljene” merne ćelije, zasnovane na optici, Beacon 3000 ima prednost u odnosu na druge NIR analizatore i time omogućava operateru da kontroliše proces iz jednog centralnog mesta. Centralizacija podataka analize sa različitih lokacija, jednim analizatorom pruža operateru mogućnost praćenja kvaliteta različitih procesnih tokova.
Kombinacija tačnih i pouzdanih rezultata
Pored pouzdanog analizatora i mernih ćelija, Beacon 3000 nudi i sofisticirani softver koji “razume” izmerene rezultate. Može ispravno da “čita” dobijene harmonike iz NIR spectra. Ovaj spektometar koristi treći harmonik u određenom delu NIR spektra u kom se nalaze glavni apsorpcioni opsezi koji su povezani sa CH grupama, aromatima, alkoholima, vodom, aminima i ostalim supstancama koji se nalaze u petrohemijskim procesnim tokovima. Hemometrija sa odgovarajućim algoritmima čine sistem za transformaciju spektralnih podataka u analitičke rezultate.
Pri puštanju sistema u rad, matematički model je potrebno uporediti sa laboratorijskim rezultatima istog uzorka, kako bi se izbegla bilo kakva neslaganja među rezultatima. Kada se matematički model opskrbi dovoljnim brojem laboratorijskih podataka, Beacon 3000 je spreman da kvantifikuje više različitih komponenti i/ili fizičkih osobina sa više (do 8) procesnih tokova.
Poređenje laboratorijskih rezultata i rezultata Beacon 3000
Za razliku od mnogih drugih NIR analizatora, koncept pomenutog NIR analizatora poseduje mogućnost formiranja početnog hemometrijskog modela sa ograničenim brojem uzoraka ili koristeći opšti model. Kada merenje krene, on-line korekcija modela počinje uz pomoć FreeTune software – a , koji poredi rezultate NIR analizatora i rezultate laboratorije. Ovakva performansa otvara mogućnost relativno brzom puštanju u rad analizatorskog sistema, jer priprema odgovarajućeg modela zahteva vreme i novac. Takođe FreeTune softwer je napravljen tako da automatski izbegne razlike između laboratorijskih rezultata i rezultata NIR analizatora.
Posebnu pažnju treba obratiti na uticaj softvera tokom promene sirovine koje se analizira kroz isti tok. Sirova nafta sa različitih lokacija često ima značajnije različit hemijski sastav.
Održavanje i cena
Merna ćelija je dizajnirana tako da je zaštićena od prljanja i potreba za čišćenjem i demontiranjem sonde gotovo da ne postoji. U koliko je ipak potrebno, sonda se lako demontira, čisti i montira ponovo. Vrlo mali ili gotovo nikakvi zahtevi što se tiče procesnih uslova povećavaju pouzdanost sistema. Maksimalna dozvoljena temperatura uzorka je 160 °C, a maksimalni pritisak do 40 bar-g.
Merna ćelija
Kod mnogih aplikacija, performanse i cena Beacon 3000 su konkurentnije od tradicionalnih analizatora kao što su hromatografi, destilacioni analizatori…
Analizatorska kućica nije potrebna zbog prethodno opisanih udaljenih mernih ćelija. Troškovi održavanja su svedeni na minimum.
Proverena rešenja za optimizaciju rafinerija i petrohemijskih kompleksa
Poznato je da se petrohemijski kompleksi prostiru na velikim površinama, koje često čine zone opasnosti od eksplozije i požara. Optimizaciju upravljana procesom je jedino ostvarljivo uz pomoć analitičkih podataka u realnom vremenu, koja operaterima omogućuje da pravovremeno reaguju u cilju održavanja stabilnog i efikasnog procesa proizvodnje, koji daje kvalitet proizvoda u zahtevanim granicama po najnižoj ceni proizvodnje.
Postizanje ovog cilja obično zahteva ugradnju više analizatorskih sistema, svako merenje po jedan analizator koje je potrebno postaviti u zone opasnosti. Većina ovih analizatora zahteva posebne sisteme uzorkovanja i pripreme uzorka kao i skupe analizatorske kućice. To iziskuje komplikovano održavanje istih u zonama opasnosti, što rizikuje pojavu nepoželjnih incidenata.
Sve ovo može biti izbegnutom korišćenjem udaljene senzorne tehnologije zasnovane na NIR centralizovanom analizatoru koji se nalazi u komandnoj sobi, van zona opasnosti. Mogućnost analize fluida sa 8 različitih procesnih tokova.
Krajem 2015. godine uspešno je pušten u rad NIR Beacon 3000 procesni analizator u Rafineriji nafte Pančevo na postrojenju “Gasoline in-line blending” koji je pokazao izuzetne performanse, čime su ostvarene velike uštede. Ovih dana, priprema se dodavanje novih merenja, proširenja postojećeg analizatora, sa potpuno drugih postrojenja u Rafineriji, što je jedino izvodljivo sa NIR Beacon 3000.
Za dodatne reference, pojašnjenja ili ponudu kontaktirajte nas.
Više informacija: IvDam Process Control, 11000 Beograd, Koste Abraševića 15, Tel: +381-11-2402575 , 2402579, http://www.ivdamprocess.com/
