帶有傅立葉變換紅外分光計的用於監視和控制氨氧化反應器的裝置和方法

2023-06-13 13:06:41

專利名稱：帶有傅立葉變換紅外分光計的用於監視和控制氨氧化反應器的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及通過傅立葉變換紅外(FT-IR)分光計對氨氧化反應器的流出物中的多種組分進行鑑定和定量，並利用通過此方法獲得的信息對氨氧化反應實施控制和最優化。
除烯烴和烷烴外，含氧烴也可以使用已知的氨氧化催化劑進行氨氧化。例如醇類如異丙醇、正丙醇、叔丁醇，醛類如丙烯醛和甲基丙烯醛可以很容易地轉化為腈。一般而言，起始材料為具有三個或四個碳原子的烯烴、烷烴、醛和醇。用來把烯烴、烷烴、醇和醛轉化為相應的腈的通用氨氧化方法是眾所周知的，並在如USP 3,642,930和4,897,504以及轉讓給標準石油公司(The Standard Oil Company)的其它專利中有描述。
以下背景和本發明描述中用作例證的對於氨氧化反應的說明，可以使用烯烴，有時特指丙烯。本發明不受此限制，並且適用於使用任何已知的起始材料並除烯烴外還特別包括烷烴的氨氧化反應。另外還需注意，本領域的技術人員應當理解，按照特定使用的起始材料以及需要得到的產物，還需要調整本發明方法，包括改變所使用的催化劑。為在本文中說明方便，術語「烴」可用來指有機原料，其為烯烴、烷烴或其它已知的氨氧化原料。
迄今為止，在氨氧化反應的監測和控制中，工業界的做法是根據從先前對反應器的操作中獲得的試驗結果來操作反應器，其中試驗結果是從稱作「回收試驗」的質量控制程序中獲得的。回收試驗是指對收集的流出物流和/或氨氧化反應收集的產物(即一天的產量)的樣品進行的實驗化學分析。回收試驗的進行至少需要數小時，因此，不能同時提供。因此，回收試驗僅僅能夠提供事後信息作為氨氧化反應的操作參數。工業界長久以來一直渴望既能對反應產物進行快速的分析，又能有方法實時提供這些信息，這樣就使得可以在反應過程中對氨氧化反應進行控制和最優化，即「實時」。
在一個實施方案中，本發明提供一種方法，用於對來自氨氧化反應器的流出物流中的組分進行鑑定和定量，其包括(A)將一部分流出物流通過FT-IR分光計中的一個樣品池；(B)用紅外能量在多個紅外波長處對樣品池中的部分進行掃描，其中每一種組分在一個或多個選定的紅外波長處吸收紅外能量；(C)對通過樣品池的紅外輻射進行檢測並產生每種組分的吸光度數據；和(D)通過將吸光度數據與被程序化以對每一種組分進行定量的微處理器中每一種組分的校正曲線進行比較，對每種組分進行定量。
在一個實施方案中，本發明提供一種方法，根據對來自氨氧化反應器的流出物流中的組分進行的實時定量分析，對氨氧化反應器進行控制，其包括(a)通過使用一種校正方法分析每種均含有多種組分的多種流出物流，為每種組分建立一條校正曲線，校正方法包括(a-1)將每種流出物流的至少一部分通過FT-IR分光計的樣品池；(a-2)使用一定波長範圍的紅外能量對通過樣品池的流出物流進行掃描，並獲得選定波長處的吸光度數據；(a-3)收集與每種流出物流對應的至少一個樣品；(a-4)對該至少一個樣品進行回收試驗分析以獲得每個樣品中各種組分的定量數據；和(a-5)通過將吸光度數據與定量數據相關聯確定每種組分的校正曲線；(b)通過對來自氨氧化反應器的操作物流中的各種組分執行步驟(a-1)和(a-2)獲得其中每種組分的實時吸光度數據，並使用一臺被程序化的微處理器，根據校正曲線和實時吸光度數據計算操作物流的實時定量數據；和(c)以實時定量數據為依據，控制氨氧化反應器以對至少一種組分的生產實現最優化。
在一個實施方案中，操作氨氧化反應器以生產丙烯腈。在一個實施方案中，丙烯腈通過丙烯原料進行生產。在一個實施方案中，丙烯腈通過丙烷原料進行生產。儘管下述內容具體描述的是將本發明應用於丙烯腈反應器，但是應該理解這僅僅是出於說明的目的，本發明廣泛應用於氨氧化反應器，並不受此限制。
因此，本發明提供所需要的實時信息，以實現對控制進行改進，並在發生作為獲得實時信息的目的的反應過程中對氨氧化反應器中進行的反應進行即時的、進行中的最優化處理，因此提供了長久以來人們所盼望的「實時」分析和過程控制。
圖2是按照本發明的一個實施方案的丙烯腈反應器以及FT-IR分析裝置的示意圖。
圖3是按照本發明的一個實施方案的用於分析丙烯腈反應器的流出物並對反應器提供有效控制的裝置的示意圖。
圖4是丙烯腈反應器的流出物的一個示例性樣品的FT-IR譜圖。
圖5A-5J是來自一個以丙烯為烴物料的丙烯腈反應器的流出物中十個獨立組分的FT-IR譜圖，每個圖表示一個獨立組分的光譜。
圖6A-6J是來自一個以丙烯作為烴進料的丙烯腈反應器的流出物中十個獨立組分的FT-IR摩爾％值對回收試驗摩爾％值作的圖，其中FT-IR數據已經得到校正，每個圖形表示一個獨立組分的值。
圖7是依據不同實驗室對回收試驗進行的不同分析，以來自兩個不同的丙烯腈反應器的流出物的丙烯腈的FT-IR摩爾％值對回收試驗摩爾％值作的圖，其中在每個反應器中使用不同等級的丙烯作為烴進料，並且FT-IR摩爾％是在不同的FT-IR分光計上得到的。
圖8是以一個來自以丙烯為烴物料的丙烯腈反應器的流出物的丙烯腈的FT-IR摩爾％值對回收試驗摩爾％值作的圖，其中模型用在從FT-IR摩爾％值和回收試驗摩爾％值所得到的全部數據中。
發明詳述傅立葉變換紅外(FT-IR)分光術使用紅外(IR)輻射形式的能量，紅外輻射位於電磁光譜的可見光譜和微波區之間。

圖1是一臺FT-IR分光計1的光學部分的示意圖，這種分光計例如用於獲得一個與本發明相一致的丙烯腈反應器的組合流出物的IR光譜。在一個實施方案中，圖1所示的FT-IR分光計示意性地說明了一臺BOMEM MichelsonFT-IR分光計，該分光計包含一臺Michelson幹涉儀。在該FT-IR分光計中，一個待分析的樣品置於或通過一個FT-IR樣品池2，該樣品池專門設計用於透射紅外波長的光。由一臺廣譜紅外光源發射的IR輻射通過樣品池2，並行進至一臺靈敏的IR檢測器4。從光源3發出的IR輻射被幹涉儀5分裂，這樣IR輻射就沿著具有輕微差別的路徑長度的路徑通過樣品池2到達IR檢測器4。不同的路徑長度對應於不同的IR輻射波長。IR輻射的某些波長可以被樣品吸收，通過存在特徵吸收帶說明存在特殊的分子鍵。當檢測器4掃描某個範圍的IR輻射時，它會根據通過兩條路逕到達檢測器4的IR輻射的相對強度的變化產生一個信號，其中兩條路徑中的一條通過樣品池2。用計算機進行傅立葉變換，把按時間調製的強度變化轉換成樣品的吸光度相對于波長的光譜。該裝置產生一個吸光度相對於輻射波長的圖形，稱作IR光譜。對特徵吸收帶進行分析就可以鑑定樣品的組成。用於產生圖形的信號也可以發送到微處理器中的存儲設備中以對數字表示的結果進行計算。圖1中的樣品池2以仿真的形式顯示，因為例如在工業生產設備如丙烯腈反應器中，它的真實尺寸以及位置可以根據其相對於樣品來源所作的安排而發生很大的變化。
在本發明中，分析丙烯腈反應器的流出物中的多種組分的FT-IR光譜吸收帶。然而，多種組分中的每一種並不是各自獨立地以純態進行分析以識別其特徵吸收帶。相反，收集了從丙烯腈反應器來的實際流出物的多個光譜，進行相應的回收試驗分析，並通過使用精密計算機算法對流出物流中多種組分的每一種進行定性和定量的關聯。來自丙烯腈反應器的實際流出物含有混合在一起的多種組分，這些組分會在以後的操作物流中找到。因此，用於校正的流出物中多種組分的每一種，其相對量與操作物流中組分的相對量類似。因此，所有的幹擾應該都類似，並被抵銷。
定量關聯的結果就是建立了校正曲線，通過校正曲線，來自丙烯腈反應器的流出物中的每一種組分都可以得到鑑定和定量。因此，來自丙烯腈反應器的流出物被重複分析，唯一對應於多種組分中的每一種的特定吸收帶通過電腦程式確認並使其與通過常規回收試驗分析提供的每一種組分的量相互關聯。以下詳細描述用於獲得校正曲線的方法。氨氧化反應器與FT-IR裝置在氨氧化反應過程中可以使用各種氧氣來源。在一個實施方案中，使用了空氣。在一個實施方案中，使用了氧氣與氮氣的混合物。從經濟原因考慮，通常優選使用空氣作為氧氣來源。在一個實施方案中，使用了分子氧並得到了類似的結果。從過程控制的原因考慮，優選使用氧氣與氮氣的混合物如空氣，因為當控制更大體積的氣體流量時會獲得更精確的控制。在一個實施方案中，在進入反應容器的物料中，氧氣與烴的摩爾比範圍為約0.5∶1至約4∶1。在一個實施方案中，該摩爾比為約1∶1至約3∶1。
在進入氨氧化反應器的物料中，氨與烴的摩爾比可以在約0.05∶1至約5∶1之間變化。氨/烴比沒有真正的上限，但通常不會超過5∶1的比例。當氨/烴比明顯低於化學計量比1∶1時，會形成各種數量的烴氧化衍生物。在所指明的氨-烴比例範圍內，能夠對氨的利用實現最優化，而這一點也是人們所期望的。回收所有未反應的烴和未反應的氨通常也是可能的。當使用烷烴進料時，過程會連續地回收進料烴和氨。
在一個實施方案中，進料中含有水。在使用固定床系統的實施方案中，水可以提高反應的選擇性以及腈的產率。在一個實施方案中，水與烯烴的摩爾比範圍為約0.1∶1以及更高。在一個實施方案中，該比例範圍為約1∶1至約6∶1。在一個實施方案中，該比例最高至約10∶1。
在一個實施方案中，該反應在約200℃至約600℃範圍的高溫下進行。在一個實施方案中，反應進行的溫度範圍為約400℃至約550℃。在一個實施方案中，反應進行的溫度範圍為約420℃至約500℃。在一個實施方案中，反應進行的溫度為約420℃。在一個實施方案中，反應進行的壓力為約大氣壓至約2-3個大氣壓。一般而言，高壓即超過15個大氣壓並不適合，因為較高的壓力傾向於形成不需要的副產物。
表觀接觸時間並不重要，接觸時間的範圍可以為0.1-40秒。當然，最佳接觸時間會根據所使用的反應物而有所變化。在一個實施方案中，接觸時間為約1至約15秒。
氨氧化反應通常是在氣相中進行。流出反應器的反應產物通常也是氣相形式。對氣態反應產物進行處理以除去NH3，然後或者通過與冷卻介質間接接觸或者與水直接接觸使部分產物冷凝，形成含有丙烯腈、丙烯醛、丙烯酸、HCN和乙腈的液相與含有CO2、CO、N2和O2的氣相。然後通過多種不同技術如蒸餾或水萃取/蒸餾中的一種將丙烯腈與液相分離。還可以採用其它步驟分別從氣態反應產物中回收HCN和/或丙烯腈。另外，所有過量的氨都可以回收並循環使用。
圖2為按照本發明的丙烯腈反應器以及FT-IR分析裝置的示意圖。注意到圖2所示的許多過程組件包括虛線和實線。這樣結合起來的虛線和實線說明在正常操作過程中，這些過程組件被加熱，並應該保持在較高的溫度下。具體的溫度在某種程度上依據特殊的過程組件進行變化，以下對其進行說明。
圖2所示的裝置包括一個丙烯腈反應器10。圖2中所示的該丙烯腈反應器10為中試規模設備。氨氧化反應在丙烯腈反應器10中進行。在一個實施方案中，反應器10為包含固態鬆散顆粒狀的催化劑的流化床反應器。在一個實施方案中，反應器10為固定床反應器，其中催化劑放置在固態的固定支撐物上。反應器10也可以置於如砂浴12的集料中，目的是為氨氧化反應中使用的高溫提供熱源。儘管氨氧化反應放熱，但在如圖2所示的反應器10這樣的中試規模反應器中，必須提供額外的熱以使反應器10維持在反應所需要的溫度水平上。砂浴12用外源加熱，除由氨氧化反應所產生的熱之外，砂浴也是中試規模反應器10的熱源。以下的描述儘管對於流化床或固定床氨氧化反應器都適用，但特定針對流化床反應器。熟悉本領域的技術人員會看出並理解其中的差別，並且會認識到本發明並不局限於一種特殊類型的氨氧化反應器。
如圖2所示，反應器10可以在其下部包含一個擋板14。三種進料即烴、氨和氧(在一個實施方案中為空氣形式)被注入到反應器10的下部中。空氣經由擋板14以下的氣體管線16注入。烴和氨進料經由一條加熱的、混合進料管線18，剛好在擋板14之上注入。
如圖2所示，反應器10還包括一系列的混合板20，它們確保在反應器中，氣態反應物和催化劑固體顆粒之間能夠完全以及緊密地接觸。圖2所示的混合板20是示意性的，能夠理解可以應用多種混合元件的實施方案。在反應器10的上部為一個過濾器22。過濾器22允許氣態產物以及任何未反應的氣態反應物通過，但不允許固體物質如催化劑顆粒通過。在一個實施方案中，過濾器22可以是旋風式分離器。一般來說，過濾器22是一個用於分離固體和氣體的裝置。反應器10的內部經過過濾器22與流出物管線24流通。流出物管線24把流出物從丙烯腈反應器傳送至洗滌塔26，並從洗滌塔傳送到產品回收裝置，並選擇性傳送到反應物循環裝置(未畫出)。加熱流出物管線24以保持反應器的所有產物都處於氣態，如上述及圖2所示。所有把流出物傳送到洗滌塔26的管線都要被加熱，並且應該加熱至相對恆定的溫度。
如圖2所示，流出物管線24可以包括一個三通或T型接頭28，在此處一條側流出物管線30可以與主流出物管線24分開。側流管線30可以明顯比主流出物管線24小。如上述及圖2所示，側流管線30也是被加熱的。側流管線30也包括截止閥32和清洗閥34。FT-IR分光計的一個樣品池36置於側流管線30中。圖2和圖3中的樣品池36與圖1中的樣品池2相對應。儘管也可以把樣品池36置於主流出物管線24中，但在工業化生產過程中這並不是最好的，這是因為從氨氧化反應器10(圖2)或工業規模的氨氧化反應器100(圖3)中排出大量氣體產物，並且同時需要大尺寸的樣品池。
如圖2所示，提供了第一和第二氮氣清洗管線38和40。提供第一氮氣清洗管線38的目的是對整個側流管線30進行洗滌，並用於在例如維修樣品池36或關閉反應器系統之前把微量的流出物除去。當調節三通閥28使側流管線30與流出物管線24隔斷、關閉截止閥32並打開清洗閥34時，可以使用從第一氮氣管線38來的氮氣對整個側流管線30進行清洗，包括樣品池36。提供第二氮氣清洗管線40僅清洗樣品池36，如校正和本底測定。為清洗樣品池36，就需要關閉一個池截止閥42以防止從反應器來的流出物進入，關閉截止閥32，並打開至少一個清洗閥如清洗閥34，而讓氮氣流入並通過樣品池36。
如圖2所示，流出物管線24包括一個樣品閥44。該樣品閥44可以用於為化學分析如回收試驗分析轉移樣品。作為選擇，或另外，回收試驗的樣品可以從第二樣品閥46轉移出來。在用於對本發明的FT-IR分光計進行校正的回收試驗分析中，從第二樣品閥46收集樣品，該閥門在樣品池36的下遊。
圖3為按照本發明的一個實施方案的一臺用於分析來自丙烯腈反應器的流出物，並對反應器提供有效控制的裝置示意圖。在圖3與圖2相同組件的地方使用相同的參考數字標記表示，並且不再對其進行描述。為簡化起見，圖3中省略了一些組件。
圖3所示的反應器系統包括工業規模的反應器100。反應器100在某些方面與圖2所示的反應器有所不同，以下將對此進行描述。反應器100不包含砂浴作為熱源。在一個工業規模的反應器中，如反應器100，氨氧化放熱反應會產生比用於維持反應進行所需要的更多的熱量。在反應器100中，不僅不用加熱來維持反應，相反必須除去熱以控制反應。因此，正如以下將要詳細描述的那樣，對反應器100的溫度進行控制通過是通過調節從反應器中除去的熱量來進行的，而不是調節加入的熱量，後者是一個更小的反應器如圖2所示的反應器10的情況。
反應器100包括一種把氣體原料分布到反應器中的設備。在一個實施方案中，反應器100包括第一噴霧器102和第二噴霧器104。第一噴霧器102進料並分布空氣或其它含氧的物料至反應器100中。如圖3的實施方案所示，第一噴霧器102可以置於擋板14水平面的下面或靠近其水平面。第二噴霧器104進料並分布氨和烴物料至反應器100中。如圖3的實施方案所示，第二噴霧器104可以置於擋板水平面以上以及第一噴霧器102的水平面以上。在其它實施方案中，採用其它已知的分布裝置，如噴射混合器、噴射器、帶擋板的流動混合器、複合式噴嘴型入口或複合式噴霧器中的一種或多種。
如圖3所示，該裝置包括一臺FT-IR分光計48，樣品池36是它的一部分。FT-IR分光計48包括光學系統、IR光源和IR檢測器(如圖1所示的那些)，以及用於測定從IR光源發生併到達IR檢測器以及樣品池36的IR輻射的強度的電路系統。FT-IR分光計48還包括產生吸光度數據的電路系統，以及一臺能夠輸出吸光度數據以及相關的信息如IR輻射的波長的輸出裝置。FT-IR分光計的詳細結構和操作原理對本領域的技術人員是公知的，除了需要在本發明中公開的內容外，此處不作進一步闡述。
如圖3所示，FT-IR分光計48經一條FT-IR輸出線52連接到微處理器50上。FT-IR分光計48經輸出線路52把吸光度數據以及與其相關的信息如IR輻射的波長輸出到微處理器50。微處理器50經一條輸入線54連接到輸入裝置56上，通過該輸入裝置，校正信息和數據、回收試驗數據以及能夠輸入到微處理器50的其它信息。輸入裝置56可以包含一個鍵盤，用於手動輸入數據，也可以連接到一臺另外的、可能是遠程的、產生或提供校正數據的微處理器上。微處理器50也可以連接到其它裝置上，如數據收集儲存裝置的輸出裝置。微處理器50被程序化，以根據由FT-IR分光計48提供的吸光度數據以及輸入裝置56提供的校正數據對來自丙烯腈反應器100的流出物中的組分進行定量。
如圖3所示，微處理器50經一條輸出線58連接到反應器控制器60上。反應器控制器60控制反應器100的操作，它通過一條反應器控制線62與反應器100相聯。反應器控制器60操作一組用於反應物進到反應器的質流控制閥。在一個實施方案中，與丙烯腈反應器相連的各種不同的控制閥由氣動操作，並且當微處理器把一個電信號傳送至轉換器並由它把電信號轉換成氣動信號時，這些閥被開動。氣動信號反過來又會以已知的方式開啟、關閉或調節各個控制閥。
用於反應物的質流控制閥包括一個空氣控制閥64、一個烴進料控制閥66和一個氨控制閥68。如對圖2中的空氣管線16所述，以及如圖3所示，空氣管線16把空氣運送到反應器100，空氣的流量由空氣控制閥64控制。同理，混合進料管線18會把烴和氨的混合物料運送到反應器100，每一種物料的流量分別由烴控制閥66和氨控制閥68控制。
根據經輸入線58接收的微處理器50的輸出數據，反應器控制器60還可以通過反應器輸入線62控制反應條件，如反應器內部溫度和壓力、進料管線16和18的溫度和流出物管線24的溫度。反應器控制器60控制流向反應器100的冷卻水的流量，這樣反應器100的溫度就受到了控制。圖中沒有畫出冷卻系統。基於微處理器50的輸出數據和產物的所需要的分布，反應器控制器60能夠對反應器條件、反應物流量以及其它參數如反應器溫度和加熱或排熱速率進行精確地控制，產物的所需要的分布可以由如操作員設定。本領域的技術人員應當理解，反應器控制器60可以包括例如一個另外的微處理器以及輸入裝置，通過它操作員能夠選定變量以調節反應器100中特定產物的產量，並使其最優化。
在一個實施方案中，與丙烯腈反應器一起使用的FT-IR分光計48中的樣品池36由不鏽鋼製成，並帶有ZnSe窗口，IR會通過該窗口，同時丙烯腈反應器的流出物會流過窗口之間的樣品池36的內部，結果IR光束會通過流出物。在一個實施方案中，樣品池36中的路徑長度為10cm。樣品池36的溫度保持在較高的水平，一般而言如上述關於流出物管線的描述，目的是保持流出物處於均勻的氣體狀態。在一個實施方案中，流出物管線以及樣品池36中的溫度保持在大約200℃。在一個實施方案中，流出物管線以及樣品池36中的溫度保持在大約150℃。有一點很重要，就是樣品池36中的溫度要保持恆定，並且在校正過程以及使用此處描述的校正進行生產操作過程中，樣品池36中的溫度要相同。
樣品的FT-IR光譜如圖4和5A-5J所示。在圖4和5A-5J所示的每個譜圖中，解析度為1cm-1。圖4為示例性的丙烯腈反應器的混合流出物的FT-IR光譜，它在一臺如圖3示意的裝置中，在200℃下得到，並調整刻度使最大峰在Y軸上滿刻度。圖4的FT-IR譜圖包括從500cm-1至4000cm-1的波數範圍。在本發明說明書中，如本領域的通常作法，在電磁光譜的IR區，波長表達為每釐米的波數，即每釐米中波的數目，或簡單地用釐米的倒數cm-1表示。
圖5A-5J中的每一個是十種組分中的一種的FT-IR光譜，這些組分通常都是室溫(RT)下收集的在丙烯腈反應器流出物中以可檢測量和明顯量發現的組分，調整光譜圖刻度以使最大峰在Y軸為滿刻度，並使其「光滑」以降低解析度，並與在高溫下獲得的混合流出物的光譜的解析度相符合，如圖4所示。圖5A為丙烯腈(AN)在1200cm-1至801cm-1區域的FT-IR光譜。圖5B為乙腈在1200cm-1至801cm-1區域的FT-IR光譜。圖5C為丙烯(Pro)在1200cm-1至801cm-1區域的FT-IR光譜。圖5D為氨(NH3)在1200cm-1至801cm-1區域的FT-IR光譜。圖5E為氰化氫(HCN)在3350cm-1至3250cm-1區域的FT-IR光譜。圖5F為一氧化碳(CO)在2230cm-1至2050cm-1區域的FT-IR光譜。圖5G為二氧化碳(CO2)在2400cm-1至2300cm-1區域的FT-IR光譜。圖5H為水(H2O)在2133cm-1至1241cm-1區域的FT-IR光譜。圖5I為丙烯醛(Aln)在3500cm-1至801cm-1區域的FT-IR光譜。圖5J為丙烯酸(AA)在4000cm-1至801cm-1區域的FT-IR光譜。
十種組分每一種的光譜都在室溫下收集，而丙烯腈反應器的混合流出物的光譜在大約200℃下收集。這十種組分各自的光譜是為說明的目的而顯示的。在來自丙烯腈反應器流出物中存在的十種組分中每一種的峰都會在它的光譜中出現，儘管峰可能會由於其它組分而與其它峰有所重疊，並可能由於溫度差別波數會產生輕微的位移。由於這個以及其它原因，為本發明所作的校正曲線應該使用混合流出物獲得，並且對混合流出物進行回收試驗分析，而不是試圖根據每一種單獨組分的光譜來獲得校正曲線。
圖4和5A-5J所示的FT-IR光譜圖是使用一臺BOMEM MichelsonFT-IR分光計採集的，分光計如示意圖1所示以及前文所述。丙烯腈反應器的流出物或其一部分被引入安裝在BOMEM Michelson FT-IR分光計上的FT-IR樣品池36中。來自分光計48的輸出的數據被傳送至微處理器50，在微處理中安裝了專用軟體，如下文所述從BOMEM購買的CAAP軟體。為建立校正曲線，在同一時間收集FT-IR數據，並收集一個流出物樣品用於回收試驗分析。一般而言，當收集數據以建立校正曲線時，對於收集的每一個回收試驗樣品要採集多個FT-IR光譜。鑑定與定量校正方法用於開發本發明的專用軟體是BOMEM的連續自動分析程序(CAAP)。BOMEM CAAP軟體是為本發明所使用的BOMEM FT-IR分光計而設計的。BOMEM CAAP軟體用於獲得校正數據和數據曲線，並且用於使BOMEM FT-IR分光計系統適合本文所述的用途。一個用CAAP軟體寫成的程序能夠記錄並存儲通過FT-IR樣品池的流出物的光譜。該程序使用CAAP軟體，但是是在其範圍內工作，很像電子表格或字處理程序中的一個宏。
在建立本發明的校正曲線的過程中，總共記錄了420個FT-IR光譜，並把其歸合成42個組，每組10個光譜。每組中十個光譜中的每一個都對應一個回收試驗分析。在24分鐘期間內記錄一個包括十個光譜的組，在此期間回收試驗樣品是連續採集的。在42個光譜中，實際上有38個各自對應回收試驗樣品，對某些流出物樣品採集了兩個相同組的光譜，對這些樣品僅僅採集了單一的操作回收樣品。
檢測每組十個這種光譜中的每一個FT-IR光譜的異常噪聲、意外的信號、分析器問題的證據以及十個光譜之間一致性的存在。選擇一個光譜作為代表。在光譜中沒有顯示存在缺陷的情況下，一組十個光譜中的第五個通常被選定用於建立校正方程或曲線。因此，此處作為例子描述的校正組包含38個光譜和38個相關的回收試驗分析結果組。
可以採用偏最小二乘法(PLS)分析檢測吸收帶變量和濃度數據變量。PLS求出被稱為直接與兩組變量相關的因子的部分。這些部分在降低關聯級數中求出。實際上在解析過程中PLS使用了濃度信息以幫助對相關的吸收帶進行鑑定。含有較高組成值的光譜，其重量大於含有較低值的光譜。這種方法為光譜數據產生了一組向量以及相應的分數，也為組分濃度產生了一組向量以及相應的分數。將兩組分數進行回歸，並獲得相關向量，相關向量在此處是指為流出物中的組分以及相關的FT-IR光譜數據製作的校正曲線。
為了交叉校驗該方法以及所得到的校正曲線，大約30％的光譜和相關的回收試驗分析結果不計入校正程序，而以後進行分析。在此處所述的數據或校正曲線得到校驗的地方，程序包括從計算結果中扣除大約30％的FT-IR數據和相關的回收試驗分析數據，確定校正曲線，然後把扣除的數據一個接一個合入，並再次確定校正曲線。當扣除其它數據時，在扣除其它數據的同時重複再確定校正曲線的過程，等等。該程序把建立依據FT-IR光譜中摩爾％數據與隨機變量之間的相關性的模型的可能性降至最低，光譜與分析以建立校正曲線時特殊物質的濃度變化不相關聯。除了前述的校驗程序，也可以計算校正和交叉校驗的標準偏差。
在開發本發明的過程中，在FT-IR光譜中觀察到偶然的基線漂移。為了消除這種基線漂移的影響，在每個光譜中，對每個光譜測量後立即通過從光譜中的每個吸光度數據點中減去2523cm-1處的吸光度值對基線進行修正。修正是用程序進行的，並且對此處所述的樣品的每次測量都使用。修正應該在按照本發明獲得的光譜中進行。修正消除了在校正和操作樣品中的所有由計算自光譜的定量值引起的基線漂移。
校驗程序和標準偏差的計算以及交叉校驗的結果顯示校正曲線精確地跟蹤了丙烯腈反應器的流出物多種組分的實際濃度，與標準實驗回收試驗分析所提供的結果一致。這兩種技術的主要差別是FT-IR數據採集和丙烯腈反應器的流出物中各組分的濃度的計算提供了關於各組分濃度的直接的、實時的信息，而回收試驗分析要求許多個小時提供相同的定量結果。由於回收試驗分析暫時的限制，它不能提供實時控制丙烯腈反應器的操作所需的實時信息。因此，FT-IR技術和對校正曲線的計算機分析提供了及時的信息，這些信息可用於實時直接控制丙烯腈反應器的操作並實時使其操作最優化。
下表顯示了丙烯腈反應器流出物中可能存在的十個獨立組分的光譜區，單位為cm-1，以及從示例性校正程序所獲得的標準校驗偏差(SEV)。
表1
SEV由下面的方程式計算SEV=i=1n(Yki-Ypi)2n]]>其中Yk為回收試驗濃度，Yp為使用FTIR模型得到的濃度，n為在FTIR光譜組和回收試驗樣品組中的樣品數目。如此處所述，對於特定樣品，Yp值是通過使用在不包括該樣品的樣品組中建立的模型進行計算的，該方法稱為交叉校驗，SEV有時是指交叉校驗的標準偏差。
圖6A-6J對以丙烯為烴原料的丙烯腈反應器的流出物的十種組分進行回收試驗分析而得的FT-IR摩爾％值相對於摩爾％值的圖形。每個圖形都是校驗的FT-IR摩爾％值對回收試驗分析獲得的測量摩爾％值作圖。圖6A-6J是典型的校正曲線，本發明的微處理器應用它們對丙烯腈反應器的流出物的每種組分的含量進行計算。圖6A所示的圖形為用於丙烯腈的校正曲線，同時示出了直線方程和相關係數值R2，提供了圖形依據的數據。圖6B所示的圖形為用於丙烯的校正曲線，同時示出了直線方程和相關係數值R2，提供了圖形依據的數據。圖6C所示的圖形為用於氨(NH3)的校正曲線，同時示出了直線方程和相關係數值R2，提供了圖形依據的數據。圖6D所示的圖形為用於二氧化碳(CO2)的校正曲線，同時示出了直線方程和相關係數值R2，提供了圖形依據的數據。圖6E所示的圖形為用於一氧化碳(CO)的校正曲線，同時示出了直線方程和相關係數值R2，提供了圖形依據的數據。圖6F所示的圖形為用於氰化氫(HCN)的校正曲線，同時示出了直線方程和相關係數值R2，提供了圖形依據的數據。圖6G所示的圖形為用於乙腈的校正曲線，同時示出了直線方程和相關係數值R2，提供了圖形依據的數據。圖6H所示的圖形為用於丙烯醛的校正曲線，同時示出了直線方程和相關係數值R2，提供了圖形依據的數據。圖6I所示的圖形為用於丙烯酸的校正曲線，同時示出了直線方程和相關係數值R2，提供了圖形依據的數據。圖6J所示的圖形為用於水(H2O)的校正曲線，同時示出了直線方程和相關係數值R2，提供了圖形依據的數據。
圖7為來自兩個不同的丙烯腈反應器的流出物中的丙烯腈的FT-IR摩爾％值相對於回收試驗摩爾％值的圖形，在每個反應器中，使用了不同等級的丙烯作為烴進料。圖7中的圖形是基於以不同的分析員在不同的實驗室並通過對兩個丙烯腈反應器的流出物使用獨立的FT-IR儀器，獨立對兩個丙烯腈反應器進行的回收試驗分析。每種情況的FT-IR數據都通過前述的方法進行校驗。除圖形外，還示出了直線方程和相關係數值R2，提供了圖形依據的數據。為了驗證校正方法和該方法的長期穩定性和重現性，在一個較長的時期內記錄數據。在採集數據的時期內，原料氣的品質會發生很大的變化。進行該實驗是為了保證所建立的校正模型能夠包含所有可能的變量。該圖形表明了本發明方法的穩定性。
圖8為來自以丙烯作為烴進料的丙烯腈反應器的流出物中的丙烯腈的FT-IR摩爾％值相對於回收試驗摩爾％值的圖形，其中該模型用於從FT-IR摩爾％值得到的所有數據以及從回收試驗摩爾％值得到的所有數據，並同時示出了直線方程和相關係數值R2，提供了圖形依據的數據。在該圖形中，使用所有可用的FT-IR數據以根據可用的丙烯腈校正曲線確定FT-IR摩爾％數據，並使可用的FT-IR數據對與各個FT-IR數據同時採集的相應樣品的回收試驗摩爾％作圖。該圖表明，對於丙烯腈，根據FT-IR摩爾％數據與回收試驗摩爾％數據的比較，可以預計通過本發明的方法所得到的FT-IR摩爾％數據之間有極好的相關結果。
FT-IR樣品池中的壓力可能影響校正以及後來的分析。FT-IR樣品池體積恆定，並且通常保存在恆定的溫度下。因此，FT-IR樣品池的內部壓力增加會使FT-IR樣品池中的丙烯腈反應器的流出物組分的大量分子相互關聯。壓力的變化會導致FT-IR分光計所記錄的光譜圖中的峰變寬。這些峰可能由於個別峰的變寬有差別而進一步被扭曲變形，這是因為壓力對不同分子的不同吸收帶的影響可能是不同的，分子的振動產生IR吸收。因此，在恆定壓力下操作FT-IR樣品池非常重要，而更重要的是，在操作期間FT-IR樣品池中的壓力應該與用於為該設備建立校正曲線數據時的壓力相同。統計校正方法詳述偏最小二乘法(PLS)是一項適於進行定量分析的技術，它已經應用於光譜和色譜數據分析。該項技術最終是應用於比耳(Beer)定律，該定律以下面的公式表示A1＝C1K1其中A1為給定波長或波數處的吸光度，C1為產生該吸光度的組分的濃度，K1為組分的吸光度常數。使用Beer定律，人們能夠計算已知濃度的組分的吸光度，然後通過簡單地測量吸光度並使用計算出的吸光度常數，計算含有所關心的組分的未知樣品的濃度。PLS假定了在測量與特定組分的濃度之間存在某種線性關係，儘管該技術允許使用多個不同的波長作為應用Beer定律的因素。對於一個含有兩種組分的混合物，可以對每一種組分寫出Beer定律如下A1＝C1K1+E1A2＝C2K2+E2其中E1和E2是通常由儀器和樣品處理帶來的殘差。如果兩個吸光度(A1和A2)之間沒有關係，那麼人們可以獨立解出每一個方程。因為比耳定律具有加和性，所以可以同時解這些方程，並因此處理當兩個吸光度之間在唯一範圍內存在某些幹擾的情況。
A1＝C1K11+C2K21+E1A2＝C1K12+C2K22+E2當包括不止一個組分時，可以使用矩陣法。以上方程可以矩陣項寫作A(n，p)＝C(n，m)K(m，p)+E(n，p)其中n是校正樣品的數目，p為波長的數目，m為組分的數目。用矩陣標記法將上述方程寫作A＝CK+E使用計算機將吸光度係數矩陣方程和最佳最小二乘法直線與能夠得到的數據進行擬合。一旦解出K矩陣的方程，就可以用K矩陣預測未知樣品的濃度。這種定量分析方法稱為K矩陣或經典最小二乘法(CLS)。
如果一種或多種組分的濃度未知，那麼K吸光度係數的解就會有一些明顯的偏差。解決這個問題的一種方法是把Beer定律重新排列，把濃度寫成吸光度的函數C＝AP+E對於一種含有兩種組分的混合物，該方程可以寫作C1＝A1P11+A2P12+E1C2＝A2P21+A2P22+E2使用以上方程，即使當第二種組分的濃度未知時，也能夠計算出吸光度常數(P)。把濃度寫成吸光度的函數並解P矩陣稱為P矩陣或逆最小二乘法(ILS)。
PLS算法是從CLS和ILS方法發展而來的，它與一種叫作PCR的算法有相似之處。PLS和PCR算法及其總目標與CLS和ILS方法類似。在含有兩種組分的混合物的例子中，理想狀態是體系中存在兩個獨立的變量。這意味著該混合物的光譜可以通過將純組分A和純組分B的光譜相加進行重建。實際上，特別是對於IR，事情並不是這麼簡單。通常存在一些儀器或樣品變量或在純組分A和純組分B之間有一些相互作用，這種相互作用產生了一些中間組分或簡單的變化如吸收帶形狀或光譜的基線的變化。但即使在一個如IR光譜般複雜的系統裡，也總存在有限數目的獨立變化的光譜，當加在一起時，能重建混合物的光譜。使用PLS和PCR術語，Beer定律可以寫成A＝TB+E其中B是獨立變化的光譜的數目，獨立變化的光譜稱為裝載向量或裝載因子，T為應該被加合以重建起始混合物光譜的每個光譜的量，稱為分數。一般來講，每個光譜的量取決於該組分的濃度。這種方法降低了複雜程度，並且人們可以使用少量的裝載以重建或模仿未知樣品。由於總是使用相同的裝載來模仿未知樣品，因此在光譜中不同組分濃度的唯一差別就是每個裝載量或分數。因為分數對於每個獨立組分的濃度以及整枝光譜是唯一的，所以在CLS和ILS方程中，吸光度項可以用分數代替。
為了產生簡化的數據表達如分數和裝載，就要使用光譜解析。這種方法也稱為主組分分析(PCA)，它按以下程序進行1.計算所有整枝(校正)光譜的平均。
2.將整枝組中的每個光譜與平均光譜進行比較，並計算它們之間的差。這是第一裝載向量。
3.計算整枝組的每個光譜中裝載向量的量。此值就是分數。
4.計算裝載(裝載向量乘分數)對整枝組的每個光譜的貢獻，並從每個整枝光譜中減去該值。
5.使用所得的整枝數據並用它代替原始數據。然後對每個獨立的整枝樣品重複步驟1-5。
使用計算所得的分數執行ILS以計算每個整枝樣品的濃度。進行PCA或光譜解析以獲得簡化的數據表達，並進行回歸以得到校正矩陣，此方法稱為PCR算法。
PLS與PCR有關，二者都使用光譜解析。但是兩種技術之間的主要差別是如何執行解析步驟。在PCR中，光譜是基於數據之間的最大差異進行解析。而在PLS中，光譜解析是按照濃度進行稱重。這說明具有更大的值的吸收帶比具有較小值的吸收帶的重量要重。因此，使用PLS計算的裝載向量與PCR裝載向量有很大的不同。
在PLS和PCR中，數據壓縮步驟是通過僅僅保留重要的並且沒有噪聲(或無相關信息)的那部分信息實現的。通常都是假設重要的信息部分存在於前幾個因子中，而噪聲部分限制在其餘因子中。使用者必須確定多少因子對於校正。一種方法是使用下面簡述的PRESS標準選擇最優因子的數目。
確定用於PLS或PCR模型的因子數目是建立模型中最重要的一步。必須取得一種平衡，就是使用足夠數目的因子對數據組中重要的變量進行描述，但是不使用過多的因子對模型進行過度的擬合。
一種確定最優因子數目的方法是通過評價PRESS(預測殘差平方和)值。PRESS按下述方法計算1.省去整枝組中的一個樣品，用其餘的樣品進行解析步驟，並獲得校正矩陣。
2.使用校正矩陣對省去的樣品的濃度進行預測。
3.計算預測濃度和真實濃度的差。這是單一PRESS值。
4.現在把先前省去的樣品計入，並省去另一個樣品，並使用一個因子預測其濃度。計算殘差的平方和並把它加到前面的PRESS上。
5.對校正中的所有組因子重複步驟1-4。
另一種確定最優因子數目的方法是計算預測標準偏差(SEP)。SEP定義為SEP＝[(∑d2-N*D2)/N-1]1/2其中d是預測值與真實值的差；D是預測值與真實值的差值的平均值，N為整枝組中樣品的數目。SEV對相關質量進行了全面估計，並指導對PLS分析中使用的因子(即IR吸收帶)數目進行選擇。
理想的情況下，PRESS和SEP值在前幾個因子中應該是其最大值，然後應該減小，到達最小值，然後再增加。從理論上來講，PRESS和SEP到達其最小值的點就是模型的最優因子數目。
在PLS中通常有三種類型的異常值，如下所述(a)與整枝組中其它樣品的光譜不同的光譜，如具有低解析度或異常吸收帶的光譜；(b)具有錯誤濃度值的樣品的光譜，如從受汙染的樣品得到的光譜；(c)具有與其它樣品的濃度有很大差別的樣品的光譜。
(a)和(b)類型的異常值是由儀器誤差和較差的樣品處理技術引起的。一旦這些類型確認為異常值，應該將它們從校正模型中去掉。類型(c)的異常值也稱為「獨特」樣品。這種類型的樣品因為它們的濃度值而獨特，與整枝組中的其它樣品相比，其濃度值或者太高或者太低。由於不存在更多的與此同樣濃度水平的樣品，這些樣品與其餘的樣品相比顯得很突出，而被標記為「獨特」。是否包括這些樣品取決於許多因素。需要特別注意的是在為準備校正而作業系統的過程中，這些值是否是預料到的。識別並將這些獨特的樣品與類型(a)和(b)的樣品區分開是非常重要的。如果在更確切地說可能是(a)或(b)型異常值的校正組中包含了一個獨特的樣品，就會出現一個問題。在這種情況下，如果這樣一個樣品不在處於研究中的系統的樣品範圍中，就可能會得到一個錯誤的校正範圍。例如，考慮一個含有十個濃度範圍為2-15單位的樣品的校正組。如果在最後的校正組中包含了一個濃度值為30單位的樣品，則正確的校正範圍應為2-15單位，但實際得到的校正範圍會是2-30單位。在這種情況下，落在15-30單位範圍內的結果可能就不正確。
校正數據的處理過程，包括校正曲線的建立，可以在微處理器上進行。在一個實施方案中，微處理機被程序化以對校正數據進行計算並對來自丙烯腈反應器的流出物中的每種組分進行鑑定。在一個實施方案中，微處理機被程序化以為多個組分的每一個輸出定量的結果。在一個實施方案中，定量數據輸出至與丙烯腈反應器相聯的反應器控制器上。在一個實施方案中，反應器控制器適於根據定量數據對丙烯腈反應器的運轉進行調節和控制。在一個實施方案中，反應器控制器由一個微處理器控制，該微處理器被程序化以根據從FT-IR獲得的定量數據對丙烯腈反應器進行控制和最優化處理。在一個實施方案中，控制反應器控制器的微處理器與被程序化以對來自丙烯腈反應器的流出物中的每種組分進行校正和定量處理的微處理器相同。在一個實施方案中，控制反應器控制器的微處理器是不同的微處理器，並且該微處理器被程序化以控制反應器控制器，並因此控制並使丙烯腈反應器最優化。
下表2包括可以從本發明系統獲得的示例性結果。表2所示的數據表示了三次試驗操作，其中應用了本發明的裝置和方法，並根據對來自反應器的流出物流中的組分進行的實時定量分析，對丙烯腈反應器的運轉進行控制和最優化處理。在實施此處所述的實驗方法過程中，使用了本文所述的儀器。儀器包括一臺微處理器以及一臺FT-IR分光計，其中微處理器被程序化以根據FT-IR分光計獲得的吸光度數據以及在FT-IR樣品池中進行回收試驗分析所得的數據，對多種組分中的每一種進行鑑定和定量。
對每一個實驗，校正曲線應用於本文所述的先前製備的多種組分中的每一種。對每一個實驗，在微處理器和反應器控制器開始控制之前，獲得丙烯腈反應器的操作流出物的起始實時FT-IR吸光度數據。起始FT-IR吸光度數據用於計算轉化率和產率，如表2的「前」欄中所示。起始FT-IR吸光度數據輸入微處理器，微處理器從FT-IR吸光度數據和對各組分的校正曲線計算操作流出物的實時定量數據。然後反應器的控制轉換給微處理器和反應器控制器，使丙烯腈反應器控制器能夠控制丙烯腈反應器的運轉，並根據定量數據使丙烯腈組分的生產最優化。所得到的優化的操作流出物的吸光度數據列於表2中的「後」欄中。對通過本發明方法所獲得的定量數據進行確認的結果列於「後」欄中，表2「回收試驗」欄的數據為通過標準化學回收試驗分析所得的結果。結果顯示，本發明方法通過控制對最優化丙烯腈反應器的運轉而提供了極好的結果。回收試驗的結果說明通過FT-IR和微處理器獲得的轉化率和產率的實時結果與通過更費時的化學回收試驗分析所得的結果相符得很好。
表2前後回收試驗實施例轉化率 產率轉化率 產率 轉化率 產率1 73.123 56.443 98.573.5197.5775.312 78.864 62.886 98.577.8998.3178.403 65.204 49.601 98.573.4098.6675.05儘管本發明是按照此處的具體的實施方案進行描述的，但很顯然，對於熟悉本領域的技術人員來說，根據上述說明所做的許多備選方案、修改方案和變化方案是顯而易見的。因此，本發明意圖在附帶權利要求的精神和廣泛的範圍內包括這些所有的備選方案、修改方案和變化方案。
權利要求
1.一種用於對來自氨氧化反應器的流出物流的各種組分進行鑑別和定量的裝置，其包括一臺微處理器；和一臺傅立葉變換紅外分光計，其包括一個樣品池，一部分所說的流出物流可以流過該樣品池；一個紅外光源用於發射紅外輻射並使所說的紅外輻射通過所說的流出物流；一臺紅外檢測器，用於在選定的紅外波長處對透過的紅外輻射進行檢測，並由於所說的組分吸收所說的紅外輻射而產生吸光度數據，其中所說的組分中的每一種都在一個或多個所說的紅外波長處吸收紅外輻射；以及一個輸出裝置，用於把所說的吸光度數據傳輸至所說微處理器；其中所說的微處理器被程序化以基於所說的吸光度數據和校正數據對所說的多種組分中的每一種進行鑑別和定量，所說的校正數據得自在所說的樣品池中進行的回收試驗分析和校正分析。
2.權利要求1所述的裝置，其還包括一臺供微處理器使用的存儲設備，用於存儲多種組分中每一種的所說的校正數據。
3.權利要求1所述的裝置，其還包括一臺輸出設備，用於輸出所說多種組分中每一種的定量數據。
4.權利要求3所述的裝置，其還包括一臺與所說的氨氧化反應器和所說的輸出設備相聯的反應器控制器，其適於根據所說的定量數據調節和控制所說的氨氧化反應器的運轉。
5.權利要求4所述的裝置，其中所說的反應器控制器控制反應器溫度、反應器內部壓力、空氣進料、烴進料和氨進料中的一個或多個。
6.權利要求5所述的裝置，其中所說的反應器控制器由所說的微處理器控制。
7.權利要求1所述的裝置，其還包括一臺顯示器，用於顯示輸入到所說的微處理器和從所說的微處理器輸出的數據。
8.權利要求2所述的裝置，其中傳送至所說的存儲設備的所說校正數據得自來自所說氨氧化反應器的流出物。
9.權利要求1所述的裝置，其中操作所說的氨氧化反應器以生產丙烯腈。
10.一種用於對來自氨氧化反應器的流出物流的組分進行鑑別和定量的方法，其包括(A)將一部分流出物流通過傅立葉變換紅外分光計中的樣品池；(B)在多個紅外波長處使用紅外能對處於所說的樣品池中的所說的部分進行掃描，其中所說的組分的每一種都在一個或多個所說的多個選定波長處吸收所說的紅外能；(C)檢測通過所說樣品池的所說紅外輻射並產生所說組分的每一種的吸光度數據；和(D)通過將所說吸光度數據與一臺被程序化以對所說組分的每一種進行定量的微處理器中每一種組分的校正曲線進行比較，對所說的組分的每一種進行定量。
11.權利要求10所述的方法，其還包括輸出所說多種組分的每一種的定量結果。
12.權利要求11所述的方法，其中所說的定量數據輸出到與所說的氨氧化反應器相聯的反應器控制器，並且所說的反應器控制器適於根據所說的定量數據調節和控制所說的氨氧化反應器。
13.權利要求12所述的方法，其中所說的反應器控制器由所說的微處理器控制。
14.權利要求12所述的方法，其中所說的反應器控制器控制反應器溫度、反應器內部壓力、空氣的進料、烴的進料和氨的進料中的一個或多個。
15.權利要求10所述的方法，其還包括顯示輸入到所說的微處理器以及從所說的微處理器輸出的數據。
16.權利要求10所述的方法，其中所說的校正曲線從校正數據計算得到，校正數據得自在所說的樣品池中對來自所說的氨氧化反應器的流出物進行的回收試驗分析和校正分析，所說的校正分析是通過步驟(A)、(B)和(C)進行的。
17.權利要求10所述的方法，其中操作所說的氨氧化反應器以生產丙烯腈。
18.一種依據對來自所說的氨氧化反應器的流出物流的組分進行的實時定量分析而控制氨氧化反應器運轉的方法，其包括(a)利用一種校正方法分析每種都包含所說的組分的多種流出物流，為所說的組分的每一種建立一條校正曲線，該校正方法包括(a-1)將所說的流出物流的至少一部分通過傅立葉變換紅外分光計中的樣品池；(a-2)使用一定波長範圍的紅外能對通過所說的樣品池的所說的流出物流進行掃描，並獲得在選定波長處的吸光度數據；(a-3)收集與每種所說的流出物流對應的至少一個樣品；(a-4)對所說的至少一個樣品進行回收試驗分析以得到存在於所說的至少一個樣品中的所說的組分的每一種的定量數據；和(a-5)通過使所說的吸光度數據與所說的定量數據進行關聯而確定所說的組分的每一種的校正曲線；(b)通過執行步驟(a-1)和(a-2)並在一臺被程序化的微處理器中根據所說的校正曲線和所說的實時吸光度數據計算操作物流的實時定量數據，從而獲得來自所說的氨氧化反應器的操作物流中的所說的組分的每一種的實時吸光度數據；和(c)根據所說的實時定量數據，由一臺反應器控制器控制所說的氨氧化反應器以對所說的組分的至少一種的生產進行最優化處理。
19.權利要求18所述的方法，其中所說的校正是在一臺被程序化以建立所說的校正曲線的微處理器中進行的。
20.權利要求18所述的方法，其還包括輸出所說的多種組分的每一種的定量結果。
21.權利要求18所述的方法，其中所說的定量數據輸出到與所說的氨氧化反應器相聯的反應器控制器，並且所說的反應器控制器適於依據所說的定量數據調節和控制所說的氨氧化反應器。
22.權利要求21所述的方法，其中所說的氨氧化反應器由所說的微處理器控制。
23.權利要求18所述的方法，其中操作所說的氨氧化反應器以生產丙烯腈。
全文摘要
本發明為一種方法和一種裝置,用於鑑定和定量來自氨氧化反應器的流出物流中的各種組分,該裝置包含有一臺微處理器和一臺傅立葉變換紅外分光計,該分光計包括一個樣品池,流出物流的一部分可以流過該樣品池;一個紅外光源,用於發射紅外輻射並使紅外輻射通過流出物流;一臺紅外檢測器,用於對在選定的紅外波長處透過的紅外輻射進行檢測,並由於組分吸收紅外輻射而產生吸光度數據,其中組分的每一種都在一個或多個紅外波長處吸收紅外輻射;以及一臺輸出設備,用於把吸光度數據傳輸到微處理器,其中微處理器被程序化以根據吸光度數據和校正數據對多組分中的每一種進行鑑別和定量,校正數據得自在樣品池中進行的回收試驗分析和校正分析。可以應用該方法以使該裝置根據得自FT－IR分光計和為此建立的校正模型的分析結果,對氨氧化反應器的運轉提供實時控制。
文檔編號G01N21/35GK1345416SQ00805843
公開日2002年4月17日 申請日期2000年3月29日 優先權日1999年4月1日
發明者赫克特·L·卡薩爾, 納扎尼恩·阿斯科, 麥可·J·西利, 琳達·L·尼羅, 讓·A·鮑德溫 申請人:Bp北美公司