Brevet FR2619572A1 — publié le 19890224

Procédé de conduite automatisée d'un reformer. L'invention concerne un procédé de conduite assistée par ordinateur d'un reformeur catalytique à partir de la saisie continue du spectre différentiel dans le proche infrarouge relatif aux coupes hydrocarbonées traitées et produites par l'unité. L'article de J.B. CALLIS, D.L. ILLMANN et B.R. K13;ALSKI paru en Mai 1987 dans Analytical Chemistry, Vol. 59, nO 9, p. 624 A à 636 A, mentionne la possibilité de déterminer l'indice d'octane d'une essence sans plomb par spectroscopie infrarouge et signale, dans ce cas particulier, l'existence d'un lien entre d'autres propriétés des produits et le spectre dans le proche infrarouge de ces mêmes produits. On a observé que le spectre différentiel saisi en temps réel constitue un signal numérique permettant d'améliorer la conduite assistée par ordinateur de l'unité. Les opérations de reformage catalytique génèrent une augmentation de l'indice d'octane directement liée à la sévèrité des conditions opératoires, pour un état donné de l'activité du catalyseur. Or, il a été constaté que le spectre différentiel est directement corrélable aux gains d'indice d'octane (moteur et/ou recherche) du produit clair ou plombé à différentes teneurs en plomb tétraéthyle ou tétraméthyle et est lié à la sévérité des opérations. Une manière très sensible et tres précise de conduite assistée par ordinateur d'un reformeur catalytique est alors rendue possible par la saisie continue du spectre différentiel qui permet de corriger les réglages afin de satisfaire pre'cise'ment aux spécifications d'indices d'octane de l'essence produite quelles que soient les variations de la qualité de l'alimentation. Dans ce mode nouveau de conduite de l'unité, les variations du spectre différentiel dans le proche infrarouge guident de manière sensible et rapide l'évolution des réglages à travers un programme informatique d'optimisation de l'unité mis en oeuvre par un ordinateur de procédé. Une particularité de l'invention consiste à utiliser pour les mesures un rayonnement dans le proche infrarouge, c'est-à-dire la bande de 0,8wu à 2,6/u. Les longueurs d'ondes utilisées sont de préférence situées dans la bande 2,lui à 25,u. On a utilisé les fréquences suivantes F1 4670 cm'l F2 4485 cm-l F3 4332 cm-l F4 4100 cm'l F5 4040 cm~ F6 4305 cm-l F7 4210 cm-l La fréquence correspondante exprimée en unités légales (Hz) s'obtiendrait en multipliant ces valeurs par 3.1010, vitesse de la lumière en cm/s. La ligne de base est prise à 4780 cm-l. Cette liste n'est ni limitative, ni exclusive, d'autres longueurs d'ondes pouvant être utilisées pour la réalisation de l'invention. La procédure de conduite assistée e par ordinateur selon l'invention, consiste à 1 / Estimer l'indice d'octane IO de l'essence entrante à l'aide de la relation suivante Di...Dj sont les absorbances aux longueurs d'ondes considérées, la ligne de base étant prise à 4780 cm La constante C et les divers coefficients p, q et r sont obtenus à partir des techniques d'analyse numérique multivariée appliquées à un ensemble de charges servant d'étalonnage préalable. La liaison est, soit linéaire, pour un type de charge peu variable (par exemple, facteur de caractérisation KUOP compris entre 11,8 et 12,2) (termes p de l'équation (1)), ou encore peut impliquer des termes ' quadratiques (termes q de l'équation (I)) ou homogra,ohiques (termes r) pour un ensemble de charges plus diversifiées (par exemple, KUOP compris entre 10,8 et 12,2). (Voir la définition de KUOP page 6). 2 / Estimer le bonus d'octane à l'aide de la formule suivante 7 (2) Gain d'octane =o+ i oti DDi i=l dans laquelle iOet Czi sont des constantes, et DDi est le spectre différentiel sortieentrée pour la longueur d'onde i. 3 / Corriger le réglage en fonction du spectre différentiel comme précisé dans l'exemple qui suit L'indice d'octane d'une gazoline alimentant l'unité est obtenu à partir de son spectre aux longueurs d'ondes suivantes F1 (4670 cm-) D1 0,01223 F2 (4485 cm-1) D2 0,03878 F3 (4332 cm-) D3 0,9339 F4 (4100 cm-l) D4 0,6167 F5 (4040 cm~l) D5 0,6083 F6 (4305 cm-l) D6 0,6794 F7 (4210 cm-1) D7 0,4800 On utilisera pour la suite les valeurs de l'indice d'octane recherche (RON) obtenues après ajout de 0,4 g!l de plomb tétraéthyle (RON-0,4). La relation (1) est alors de la forme (RON-0,4) = - 65,52 - 3,178 D4.D6 + 180,3.D2 - 6,32.D3 - 1814 D5.D6 + 1232.D5 + 1165.D6 - 1O9.D7. D1 ... D7 sont les absorbances aux longueurs d'onde considérées, la ligne de base étant prise à 4780 cm-l. La valeur de l'indice d'octane éthylé ainsi calculée par la formule (1) est de 83,2 pour une valeur expérimentale de 83,5. On opèrerait de manière similaire dans le cas des autres indices d'octane clairs ou plombés. La relation (2) permet d'estimer le gain d'octane au cours de l'opération de reformage à partir du spectre différentiel sortie-entrée. Le spectre différentiel (dépendant du réglage de l'unité) pour la même gazoline est par exenple le suivant F1 (4670 cm-) DD1 + 0,08238 F2 (4485 cm-l) DD2 + 0,02217 F3 (4332 cm-) DD3 - 0,1679 F4 (4100 cm-1) DD4 - 0,2225 F5 (4040 cm') DDs + 0,0378 F6 (4305 cm-l) DD6 - 0,0307 F7 (4210 cm-) DD7 - 0,0931 Les valeurs des constantes sont les suivantes = = 25,32 cLl = 136,48 cd2 = - 268,14 &alpha;3 = 51,15 o &alpha;6 = 61,85 0(7 = - 288,12 Le spectre différentiel et les valeurs des constantes ci-dessus sont valables pour les conditions de marche du reformeur qui suivent Température moyenne du réacteur : : 510 C Vitesse spatiale de la charge sur le catalyseur V.V.h = 1,85 Catalyseur : R12 UOP (Universal Oil Products). Pression totale : 39 bars. Dans ces conditions, la formule n 2 conduit à un gain d'octane (RON éthylé à 0,4 g/l.) de 13,5. Compte tenu de la qualité de l'essence entrante et des spécifications requises, on visait un gain d'octane de 15 En conséquence, la température de reformage doit être augmentée progressivement jusqu'à atteindre un gain d'octane de 15. Cette opération est réalisée en augmentant la température de 4"C. Dans cette opération, le spectre différentiel sert de guide dans la montée de la température. Ce type de correction à partir du specre différentiel reste valable même si la nature de la charge évolue au cours du recalage de la température. Remarque KUOP ou facteur de Watson s'exprime par la formule \31température d'ébullition dans I'échelle Rankine densité d'ébullition dans V densité 60/60 échelle Rankine = échelle Fahrenheit absolue; densité 60/60 = densité du produit pris à 600 Fahrenheit par rapport à l'eau également à 60 Fahrenheit. REVENDICATIONS 1. Procédé de conduite assistée par ordinateur d'un reformeur catalytique traitant une coupe hydrocarbonée reçue à l'alimentatioa e pruc.i.;ant une coupe sortante à indice d'octane amélioré par rapport à l'indice initial, caractérisé par le fait a) que L'on réalise avec un spectrophotomètre proche infrarouge des mesures d'absorbance dans la zone spectrale de 12530 à 3840 cm-l (0,8 à 2,6 microns) sur la coupe reçue à l'alimentation du reformeur avec une ligne de base définie et pour un certain nombre de fréquences choisies; b) que l'on réalise dans la même zone et pour les mêmes fréquences des mesures de spectre différentiel entre la coupe sortante et celle reçue à l'alimentation;; c) que l'on calcule directement et respectivement les valeurs de l'indice d'octane initial et du gain d'octane par l'application de relations corrélatives avec les valeurs d'absorbance (Di) et de spectre différentiel (DDi) mesurées, ces corrélations étant déterminées expérimentalement par regression multivariée et ne dépendant que du type de spectromètre utilisé, du type d'indice d'octane recherché et des fréquences retenues parmi les plus significatives; d) que l'on compare la somme des deux valeurs ainsi calculées à l'objectif à atteindre pour déterminer le gain d'octane voulu; et e) que l'on accentue ou réduit les conditions de marche du reformeur jusqu a ce que le gain d'octane calculé en permanence corresponde au gain voulu. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on sélectionne les fréquences utilisées parmi celles définies par la liste suivante ou à des valeurs proches de celles-ci F1 = 4670 cm'l F2 = 4485 cm-l F3 = 4332 cm-l F4 = 4100 cm'l = = 4040 cn'l F6 = 4305 cm-l F7 = 4210 cm-l 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la ligne de base est prise à 4780 cm-l. 4. Procédé selon une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la relation corrélative (1) entre les absorbances (Di) et l'indice d'octane comprend des termes linéaires et des termes quadratiques. 5. Procédé selon une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la relation corrélative (2) entre le spectre (DDi) et le gain d'octane est du type linéaire. 6. Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il résulte du couplage d'un spectrophotomètre à proche infrarouge, raccordé par canalisations ou fibres optiques au produit reçu à l'alimentation du reformeur et au produit en sortant, avec un ordinateur oeuvrant éventuellement par transformée de Fourier, afin d'effectuer une mesure continue et en temps réel des caractéristiques recherchées et permettre la conduite automatisée du reformeur.