在线Raman分析器改进石化产品的质量

Huntsman Petrochemicals公司在英国Wilton的工厂每年生产360kt对二甲苯。对二甲苯是制造聚酯和化纤的关键原材料，聚酯和化纤被广泛用于生产服装、薄膜、饮料瓶和食品容器。产品的纯度在于分离另外两种二甲苯的异构体邻二甲苯和间二甲苯。通过冷却过程中的选择性结晶和离心悬浮。通过控制进料的化合可以达到最好的纯度。

以前用于监控化合过程的设备是在线熔点分析器，需要经常取得样品，送到实验室作分析确认。数据传输上的时滞会造成给料合成2％～3%的变化。在2003年初安装的Rosemount Analytical Raman 分析器，可以全面在线监控合成，由于合成信息每分钟就更新一次，生产变化降低到0.25%，显著的改进了生产的稳定性。

“Raman分析器的确改进了生产质量”对二甲苯生产厂的负责人Tom Liddle说：“通过减少合成过程中的变化，我们可以达到最优化的生产条件，提高了稳定性，首次达到了99.7%的质量水平。”

Huntsman Petrochemicals公司的工艺工程师Steve Gill是首先使用Raman在线光谱仪的，他说：“我对它的效果非常满意。净化控制的主要好处是将一致的固材料给分离机。此外，由于稳定了，就可以看到在前面工序发生变化为后工序所带来的影响。我们以前一直没有能力实时监控。”

Tom Liddle也很高兴看到工厂运转更顺畅了：“没有Raman的在线控制时，生产中的变化有时会导致分离机中载入过量的固体，造成振动和潜在的轴承损坏。现在我们以最大的产量生产，并且降低了离心机的磨损。”

激光探测

Raman光谱仪使用单一波长的激光来探测样品。在分子级的水平上，光强在非常微小的片段发生散射，这些散射光发生于相同的激光波长(Rayleigh散射),更小部份的入射光被转移为较长的波长(Raman散射)。这种激光的转移代表与小分子的能量转换。Raman散射中波长转移的模式和强度上可以得到定性(分子片段)和定量(浓度)的信息。在实际应用中需要开发一种多变量的校正模型，来实现多种成份的分析。

在Wilton使用的Raman分析器将被同时用于测量四个分开的生产位置：给料、回收材料和两个最终产品线中对二甲苯纯度的监控。“我们仍然在学习分析器的使用”Tom Liddle说：“对在线检测有了更多的认识。”

分析器被安放在控制室中。激光通过光导纤维传到四个测量位置：光探针提供至生产线的接口。在每一个探针，样品产生的散射光被收集并通过返回光纤传回分析器。最初的分析和浓度数据经由Modbus送达Emerson DeltaV生产控制系统，从而控制给料稀释。

安装需求

Raman分析器的设计标准与实验室用仪器差别很大。它不仅仅是一个“耐用的实验仪器”，整个系统从分析器到探针、光纤都需要适合生产线安装的要求。

考虑到连续使用的长期稳定性，分析数据的重复性，样品接口、在线诊断和预防性维护、激光的安全性、适当的数据输出协议和相关的成本控制，都是基本设计的基础。

激发源采用NIR多模式半导体激光，以最小化荧光干涉并且连续运转的情况下，使用寿命较长(一般的两年半)。这种激光的线形相对较宽，返回的光谱分辨率较低。模式跳跃造成的线形不稳定通过使用一个内部参考来进行补偿。

单色辐射经过光导纤维、光学滤镜和Raman探针传到样品上，探针也收集被样品散射回来的光。Rayleigh和Raman散射经过不同的光导纤维传回到分析器，光学滤镜被用来滤过未知的波长。Raman散射光被分散为光谱图，由高度敏感的CCD相机记录。Rayleigh纤维的终点在一个光电二极管，作为分析品的激光安全功能的一部分。

激光、控制器和探测器的几何布置（光谱摄制仪和相机）结合起来使Raman分析器可以用一个光谱摄制仪和CCD相机，同时测量四个工业生产液流（并记录内部的参考光谱）。

专利技术的相间校正流程产生一个标准的光谱，使内部通道具有可比性。它的优点是校正可以换移到多个监控点，并且避免了更换光学器件时再重新校正。此外，基于因数的标准化可以帮助去除散装样品的变化，例如气泡。标准化流程和内部参考的组合可以确保光谱结果有良好的可重复性。

对于定量分析，通过采用多变量的校正方法(典型的如Partial Least Squares regression)将光谱数据转化为成份的含量。数据处理由分析器完成，因此在一分钟的更新时间内就可以得到成份含量的真实数据。Rosemount Analytical Raman服务小组在亚特兰大的两边工作，与Huntsman Petrochemicals公司的工程师一同提供早期的项目指导和咨询，工程应用和校正。Emerson的工程师在俄亥俄远程监控Rosemount Raman分析器，完成在线调试和校正模式的远程优化。