典型的烯烴廠有兩個基本工段：裂解爐和分餾系統。烯烴裂解爐或熱解爐將飽和烴裂解成較小的不飽和烴。生產較輕的烯烴，包括乙烯、丙烯和丁烯所用的主要工業方法是蒸汽裂解法。在這一過程中，用蒸汽稀釋氣態或液態的烴原料（即石腦油、液化石油氣、氫裂粗柴油或簡單乙烷和丙烷混合物），并在裂解爐內短時加熱。典型的反應溫度很高（約為 850℃），反應時間限制在一秒鐘內。在現代的裂解爐中，駐留時間縮短到毫秒級，產生超音速氣流，從而提高所需產品的產量。當達到裂解溫度以后，氣體在傳輸線熱交換器中急速驟冷以停止反應。反應時的產量取決于進料的成份、烴與蒸汽的比例、裂解溫度和爐內駐留時間。輕烴物料，包括乙烷、液化石油氣或輕石腦油，產生的產品富含輕烯烴，包括乙烯、丙烯和丁二烯。石腦油和煉油廠液態原料不僅可生產出這些輕質烯烴的一部分，還能生產出富含芳香烴產品，適于高溫熱解汽油或燃油。較高的裂解度，有利于乙烯和苯的生成，而較低的裂解度則生產較多數量的丙烯、C4烴和液態產品。這一過程也會導致焦炭慢慢沉積在爐管或裂解盤管壁上。由于炭層會限制熱傳導和增加壓降，因此反應器的效率會降低。設計反應條件時應使焦炭沉積的速率減小到很低。采用動力學模型預測焦炭層的厚度，以保證依賴爐溫的裂解效果能被預測。蒸汽裂解爐通常只能運行幾個月，就需從裂解線上分離出來除炭。蒸汽或蒸汽 /空氣混合氣通過裂解爐盤管，可以使硬質固體的炭層轉化為一氧化碳和二氧化碳。當這一反應完成后，裂解爐就可重新使用。另一種方法是離線的低溫機械式清除法，用低溫堿性清洗劑去除盤管上的沉積炭是有效的。不管用何種方法，在除炭過程中每一臺爐要至少停爐27小時。

以下的內容介紹了如何利用Prima PRO在線過程質譜儀使裂解爐的使用得以優化。

1、裂解爐優化的基本原理：

在任何給定時刻，產量取決于許多因素，包括原料成份、稀釋蒸汽流量、烴流量、盤管溫度分布（即爐子燃燒率和燃料能量）、爐子抽力和盤管焦炭成份。模型預測控制（MPC）利用多種測量參數，如盤管出口溫度和進料率等來預測上述因素。這樣，溫度和駐留時間可以優化，在使焦炭沉積率最小的同時，實現烯烴的最高產量。雖然眾多過程變量的關系是復雜的，但如果裂解度太低，乙烯產量將會很低。如果裂解度太高，則積炭率也會高，產量的減少也將是不可接受的。

 

2、裂解度技術比較

當動力學模型沒有成份反饋時，實際的裂解度如何隨時間變化。在這種情況下，一臺氣體裂解裝置通常有62%的乙烯產率。

使用在線氣相色譜儀（GC）測量實際裂解度指數的益處（如丙烯/乙烯比和丙烯/甲烷比）。采用這種六分鐘間隔的定時測量，就能通過提高裂解度的設定值來強化對裂解度的控制。這種升級一般能使氣體裂解裝置的產量提高 5%。這就是為什么世界上多數乙烯裝置將氣相色譜儀用于過程控制的原因。由于Prima PRO快速分析，可以用一臺在線質譜儀（MS）取代 5臺氣相色譜儀，并把取樣間隔從6分鐘縮減到2分鐘，從而得到另外 2%的增產。

應注意到，由于在這個動力特性很強的過程中速度是很重要的，氣相色譜分析將限定在 C1到C3分析。它能滿足對于實際裂解度指數的測量，但不能提供足夠的數據使動力學模型能精確地預測由于重烴的凝結和聚合作用所產生的焦炭沉積率。因此，在一般的裝置中，對于速度很低的 C1烴到C4烴的擴展分析要用附加的氣相色譜儀，以提供動力學模型所需數據。對于液態物料裂解爐，這種分析還要進一步擴展到 C5烴，以計算動力裂解因子（KSF），這一因子用于根據市場條件優化特種烯烴的生產。通常會將附加的擴展分析色譜儀多路配置，使每一臺氣相色譜儀能監測 4到5臺爐。然而，使用一臺Prima PRO就能監測爐內裂解產物而無需額外的裝置。Prima PRO的擴展分析還能提供對重烴進行監測的附加功能，重烴通常被 Thermo Scientific PyGas自清洗取樣器所去除。這一數據能預測當樣品處理系統發生故障時的維護能力，從而保證更可靠的運行。