原油初餾點(diǎn)的近紅外光譜分析研究

胡衛(wèi)平 紀(jì)全中 馬白絮 柳迎春

摘 要：原油初餾點(diǎn)現(xiàn)在已經(jīng)建立了一套較為完整的測量原油初餾點(diǎn)的方法，但這些方法測量原油初餾點(diǎn)時(shí)，準(zhǔn)備工作、清洗工作較復(fù)雜，需要樣品較多。近紅外光譜分析方法由于測量方便、速率快、成本低，所以我們使用近紅外光譜方法對(duì)初餾點(diǎn)的分析方法進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：近紅外；光譜；初餾點(diǎn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.206

原油的初餾點(diǎn)在原油評(píng)價(jià)中的作用是非常重要的，原油的初餾點(diǎn)在煉油廠生產(chǎn)加工裝置上有非常重要的作用?，F(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)室常規(guī)檢測方法，需要的程序較為復(fù)雜，時(shí)間較長，要求較高。

近紅外光是一種電磁波，范圍在紫外光和中紅外光之間 [1]。

1 光譜數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)生

1.1 調(diào)研采集原油

我公司加工及調(diào)研過的14種原油樣本，331批次，種類把新疆的主要原油產(chǎn)區(qū)都覆蓋了，20℃時(shí)的密度分布范圍為777～952kg/m3。14種原油中，石蠟基原油9個(gè)、中間基原油2個(gè)、環(huán)烷基原油1個(gè)、石蠟一中間基原油2個(gè)。這些原油均為烏石化進(jìn)廠加工的原油及烏石化研究院調(diào)研評(píng)價(jià)過的原油，原油的初餾點(diǎn)都是用目前的標(biāo)準(zhǔn)方法測量得到。

1.2 測定原油近紅外光譜

我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程使用傅立?葉?變?換近?紅?外?光?譜?儀，選取透射測量方式，通過標(biāo)準(zhǔn)測試方法，得到這些原油的近紅外光譜圖。

1.3 光譜圖的數(shù)字化與性質(zhì)在軟件中生成數(shù)據(jù)庫

在實(shí)驗(yàn)室研究過程中，為了找到已經(jīng)掃描的樣品近紅外光譜與原油性質(zhì)之間的關(guān)系，我們必須要要借助一些現(xiàn)成的化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件來輔助我們完成研究。我們先把原油放入儀器中進(jìn)行掃描得到近紅外光譜，然后把得到的近紅外光譜上的譜圖用數(shù)字進(jìn)行量化處理，形成了7901個(gè)一一對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，通過軟件來輔助我們完成把這些數(shù)據(jù)點(diǎn)與原油的初餾點(diǎn)之間的關(guān)系檢測，找到他們之間的關(guān)聯(lián)性，通過大量的數(shù)字化光譜的測量，在軟件中可以生成相應(yīng)的原油近紅外光譜數(shù)據(jù)庫。

2 生成原油初餾點(diǎn)分析模型

在實(shí)驗(yàn)室研究過程中，我們?nèi)?31批次的建模用的原油樣品，先把原油放入儀器中進(jìn)行掃描得到近紅外光譜，然后把得到的近紅外光譜上的譜圖用數(shù)字進(jìn)行量化處理，每一張近紅外譜圖中轉(zhuǎn)化了7901個(gè)一一對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)中，我們?cè)儆矛F(xiàn)在國標(biāo)通用的檢測方法對(duì)每一種原油樣品進(jìn)行檢測，得到他們的初餾點(diǎn)性質(zhì)，通過軟件來輔助我們完成建立這些數(shù)據(jù)點(diǎn)與原油的初餾點(diǎn)之間的關(guān)系，找到他們之間的關(guān)聯(lián)性，通過大量的數(shù)字化光譜的測量，在軟件中可以生成相應(yīng)的原油近紅外光譜數(shù)據(jù)庫，通過軟件建立近紅外光譜和原油初餾點(diǎn)之間的數(shù)學(xué)模型[2]。

3 對(duì)新生成的模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和證明

3.1 預(yù)測分析原油的初餾點(diǎn)性質(zhì)

為了檢驗(yàn)我們生成的原油初餾點(diǎn)模型是否能夠使用，還需要用建立一個(gè)原油樣品的驗(yàn)證集，我們抽取建模過程中使用的20個(gè)樣品。用實(shí)驗(yàn)室目前的常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測量驗(yàn)證集中各種原油樣品的初餾點(diǎn)。把各種原油數(shù)字化光譜圖引入光譜分析軟件，最后用已經(jīng)完成的原油初餾點(diǎn)的定量分析模型分別對(duì)驗(yàn)證集中已知的20個(gè)原油樣品的初餾點(diǎn)預(yù)測分析，并且進(jìn)行驗(yàn)證，分析結(jié)果顯示，準(zhǔn)確率大于99%。

3.2 驗(yàn)證初餾點(diǎn)的定量分析模型

常規(guī)驗(yàn)證模型的方法很多，實(shí)驗(yàn)過程中使用了驗(yàn)證集偏差的顯著性檢驗(yàn)法、驗(yàn)證集預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)偏差法等方法對(duì)已經(jīng)建立完成的原油初餾點(diǎn)分析模型進(jìn)一步完成驗(yàn)證。

3.2.1 驗(yàn)證集預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)偏差法

我們通過計(jì)算得到驗(yàn)證集的預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.02kg/m3，結(jié)果小于建立原油初餾點(diǎn)的定量分析模型時(shí)的校正預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)偏差1.2kg/m3，所以原油初餾點(diǎn)的定量分析模型可以適用與模型覆蓋范圍內(nèi)原油樣品。

3.2.2 顯著性檢驗(yàn)法

同樣一個(gè)原油樣品，實(shí)驗(yàn)中用近紅外模型分析預(yù)測的方法和常規(guī)分析方法得到的數(shù)據(jù)，計(jì)算t檢驗(yàn)數(shù)值，均小于給定顯著性水平α= 0.05時(shí)對(duì)應(yīng)的臨界t值1.960，說明兩種分析方法的分析結(jié)果沒有顯著性差異。

3.2.3 一致性檢驗(yàn)法

近紅外模型方法的預(yù)測值及標(biāo)準(zhǔn)方法分析實(shí)際值可以看到，驗(yàn)證集近紅外光譜預(yù)測分析數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)方法分析數(shù)據(jù)之間的偏差小于1%，準(zhǔn)確率大于99%的數(shù)據(jù)分布大于驗(yàn)證集總樣品數(shù)的95%，表明兩者的分析結(jié)果是一致的。

以上實(shí)驗(yàn)過程的結(jié)果表明已經(jīng)建立的模型驗(yàn)證通過，原油初餾點(diǎn)的近紅外分析模型可以覆蓋適用于分析預(yù)測模型內(nèi)的原油樣品的初餾點(diǎn) [3]。

4 結(jié)論

我們通過上述的實(shí)驗(yàn)過程，完成了原油的近紅外光譜與原油初餾點(diǎn)性質(zhì)的研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明可以通過原油光譜來預(yù)測分析原油初餾點(diǎn)的性質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸婉珍，袁洪福.現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù) 第二版[M].中國石化出版社，2010：16.

[2]劉建學(xué).實(shí)用近紅外光譜分析技術(shù)[M].科學(xué)出版社，2008：108.

[3]李民贊.光譜分析技術(shù)及其應(yīng)用[M].科學(xué)出版社，2008：159.

作者簡介：胡衛(wèi)平（1976-），本科，高級(jí)工程師，主要研究方向：煉油與化工研究及原油評(píng)價(jià)。