近紅外光譜技術(shù)慧眼“識”油:專訪中國科學(xué)院院士陸婉珍

□ 本刊記者 許帆婷 陳幟

訪談人名片

陸婉珍，分析化學(xué)家與石油化學(xué)家，中國石化集團(tuán)公司科學(xué)技術(shù)委員會(huì)顧問。她是中國色譜法的開拓者之一，1991年11月當(dāng)選中國科學(xué)院院士。

記者：原油是煉油化工的原料，對原油做分析和評價(jià)是為了更好地對原油進(jìn)行加工處理。請您介紹一下原油評價(jià)工作在煉油化工、原油貿(mào)易等方面居于什么地位及所起的作用，人們對它的認(rèn)識經(jīng)歷了怎樣的過程。

陸婉珍：上世紀(jì)50年代，我們國家派了一批專家到蘇聯(lián)專門學(xué)習(xí)原油評價(jià)技術(shù)。他們回來以后就在大連開始籌建一整套原油評價(jià)的設(shè)備，其中最關(guān)鍵的裝置是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的蒸餾塔。我國的原油評價(jià)技術(shù)就是從那兒開始的。

原油評價(jià)為什么很重要呢？我們知道，原油是煉油化工的原料。原油變化了，煉油的方法也得相應(yīng)改變。所以必須早一點(diǎn)了解原油的狀況，以指導(dǎo)煉油。最初發(fā)現(xiàn)原油的時(shí)候，人們只需要從中提取一樣?xùn)|西，就是點(diǎn)燈用的油。所以就需要知道燈油產(chǎn)率有多少以及冒不冒煙等性質(zhì)。這是最原始的原油評價(jià)，后來逐漸發(fā)展了其他方面的評價(jià)。我國一開始的時(shí)候分析的是克拉瑪依的油，后來發(fā)現(xiàn)了大慶油田，就開始對大慶油做評價(jià)。大慶油在世界上是一種很特殊的油，它含蠟量很高。后來發(fā)現(xiàn)了更多的油田，我們又分析勝利油、江漢油等其他油田的油。

進(jìn)入21世紀(jì)，我國開始大量進(jìn)口原油，種類之多不可勝數(shù)?，F(xiàn)在國產(chǎn)原油只占到原油消費(fèi)量的不足一半。有時(shí)候船到碼頭，我們才知道是哪種油。形勢的變化需要我們對原油評價(jià)的方法作出改進(jìn)?，F(xiàn)在對我們工作的一個(gè)新要求就是速度要快，船一到碼頭就要盡快分析出油的比重和硫含量。一是因?yàn)樵偷膬r(jià)格是依靠原油評價(jià)定的；二是因?yàn)闊拸S加工的原油來源經(jīng)常變化，需要了解每一種油的性質(zhì)，指導(dǎo)煉油。

煉廠對原油評價(jià)速度的要求很高，最好一兩個(gè)小時(shí)，甚至二十分鐘出結(jié)果。用傳統(tǒng)的蒸餾塔方法達(dá)不到這個(gè)速度，現(xiàn)在用近紅外光譜分析法，其基本原理是用油樣的光譜數(shù)據(jù)與現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫里的光譜數(shù)據(jù)做對比，就能得到這種油的一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)，比如實(shí)沸點(diǎn)、含硫量等。

推廣近紅外光譜技術(shù)目前還存在困難

記者：近紅外光譜技術(shù)是從上世紀(jì)80年代才開始使用的，這個(gè)技術(shù)跟以前的傳統(tǒng)技術(shù)相比有什么樣的優(yōu)缺點(diǎn)？它是不是能更好地解決一些新問題？

陸婉珍：這個(gè)技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)就是速度快、高通量、儀器設(shè)備簡單，而且可以實(shí)現(xiàn)在線分析。原理是這樣的，每個(gè)油都可以測得一個(gè)光譜，把分析結(jié)果放在計(jì)算機(jī)里就成為一個(gè)檔案。我們經(jīng)過60多年的累積，建立了一個(gè)有500多種原油的光譜檔案數(shù)據(jù)庫。一種新的油，只要把它的光譜在數(shù)據(jù)庫里做比對，就能找出與它最接近的油品，從而快速得到這種新油的一些重要性質(zhì)。

但是近紅外光譜技術(shù)也有一些缺點(diǎn)。首先它做出來的酸值不夠精確。酸值是一個(gè)非常重要的參數(shù)，酸值高的原油會(huì)腐蝕蒸餾塔。所以現(xiàn)在我們補(bǔ)充了紅外光譜的方法，波段比近紅外光譜要偏長一些。這兩個(gè)儀器同時(shí)用，可以互為補(bǔ)充。

其次，近紅外光譜儀的分析過程，需要應(yīng)用一個(gè)預(yù)先做好的模型。這個(gè)模型要穩(wěn)定，不能在不同的儀器上做出不同的結(jié)果。因?yàn)橐蟮木群芨?，而我們的儀器總會(huì)有一點(diǎn)誤差，這是硬件的問題，最近我們正和制造廠商合作解決這個(gè)問題。其實(shí)還有一種解決辦法，就是在同一臺儀器上做檢測，使用同一套模型，也就不會(huì)出現(xiàn)誤差的問題了。

最近我們在廣石化有一臺近紅外光譜儀，用來做油品自動(dòng)調(diào)和，它能很快告訴你油品的辛烷值以及芳烴等質(zhì)量數(shù)據(jù)。我們?nèi)粘Ｋ玫钠停鋵?shí)是用好幾種油調(diào)出來的。過去調(diào)油依靠人工計(jì)算，對油的狀況不能及時(shí)了解，憑的是經(jīng)驗(yàn)，所以結(jié)果不是很準(zhǔn)確。為了保險(xiǎn)起見，總是要犧牲點(diǎn)辛烷值，比如90號的汽油調(diào)到91號?，F(xiàn)在用紅外光譜儀來分析，用在線計(jì)算機(jī)來計(jì)算，就能調(diào)得很精確，90號汽油就是90號，能夠做到卡邊操作，有比較顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

但是，作為一種新技術(shù)，它的推廣目前還存在許多困難。但我始終認(rèn)為，這是現(xiàn)代流程工業(yè)的一個(gè)總趨勢，必須要花大力氣搞起來、推廣下去。

記者：剛才說到近紅外光譜儀可以做原油評價(jià)的工作，現(xiàn)在有一種原油調(diào)和技術(shù)，這個(gè)工作的基礎(chǔ)就是原油評價(jià)。那么，原油評價(jià)是怎樣運(yùn)用到原油調(diào)和的技術(shù)上的？原油調(diào)和技術(shù)的出現(xiàn)，對煉油工業(yè)有什么好處？

陸婉珍：原油評價(jià)最關(guān)鍵的是兩部分內(nèi)容：一是實(shí)沸點(diǎn)蒸餾。它能告訴我們原油蒸到多少溫度能出多少油，這是原油評價(jià)非常關(guān)鍵的一個(gè)數(shù)據(jù)，因?yàn)橥瑯颖戎氐挠停瑢?shí)沸點(diǎn)不一定相同。二是分析油中的芳烴原料、金屬雜質(zhì)、含硫量等這些組分的情況。例如知道催化裂化原料的多少，才能決定裝置的開工情況。假如硫含量很高的話，必須加氫脫硫處理。有的油能出一些特殊的產(chǎn)品，比如大慶油能出石蠟、勝利油能做瀝青。原油評價(jià)也能告訴你油里有沒有含蠟、有沒有瀝青組分。

□ 陸婉珍院士（左）與科研人員討論課題。

現(xiàn)在我們在海外買的原油種類變化很快，而且又沒法控制。尤其是常常會(huì)買到所謂“機(jī)會(huì)油”，價(jià)格比較低，可是會(huì)有一些缺點(diǎn)，比如酸值高。假如能夠準(zhǔn)確知道它的性質(zhì)，調(diào)和得好，也可以變成好油。

調(diào)和原油最關(guān)鍵的指標(biāo)是蒸餾曲線。太輕或太重的油都會(huì)對蒸餾塔的運(yùn)作造成影響。比如阿曼油就很輕，經(jīng)常一蒸就冒頂，所以最好能與較重的油調(diào)和到合適的程度再去煉。其次就是調(diào)硫含量以及別的成分，特高硫的油可以與低硫的原油調(diào)在一起。但這個(gè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高，我們關(guān)注得比較少。另外就是提示一些不能相互摻和的成分。比如想做瀝青的油就不要與含蠟的原油混合，否則含蠟太高就不能生產(chǎn)出合格的瀝青了。

國內(nèi)原油評價(jià)有三方面需要提高

記者：您對原油評價(jià)領(lǐng)域未來的發(fā)展有何展望？您認(rèn)為將來還有怎樣的發(fā)展空間？想要在原油評價(jià)方面進(jìn)一步發(fā)展，關(guān)鍵在哪兒？

陸婉珍：主要有三方面需要提高：首先是要有一個(gè)全面的數(shù)據(jù)庫。現(xiàn)在原油品種增加很快，有新發(fā)現(xiàn)的油藏，也有頁巖油這樣的非常規(guī)油。這就需要我們不斷拓展數(shù)據(jù)量。其次要求評價(jià)速度更快，以滿足調(diào)和油品的需求。這個(gè)對中國來說是一個(gè)大問題，但在國外并不是很重要。最后，我們需要應(yīng)對許多新出現(xiàn)的問題。比如，以前我們做原油評價(jià)并不關(guān)注氯，因?yàn)橛屠锖苌俸新取５乾F(xiàn)在有的油田用四氯化碳驅(qū)油，一部分四氯化碳會(huì)混在原油里，加氫過程中變成鹽酸，容易腐蝕設(shè)備。所以我們做評價(jià)的時(shí)候，也得告訴他們有多少氯。針對這樣的新情況，原油評價(jià)的內(nèi)容也要不斷擴(kuò)展。

我們國家要進(jìn)一步發(fā)展原油評價(jià)，關(guān)鍵在于建立一支穩(wěn)定的隊(duì)伍。有一支穩(wěn)定的隊(duì)伍在不斷地做評價(jià)工作，我們積累的數(shù)據(jù)量也就會(huì)越來越大。在對現(xiàn)有的技術(shù)熟悉之后，往前發(fā)展也就比較容易了。

記者：您剛才提到我們隊(duì)伍的不足，推廣做得還不是很好。那么您認(rèn)為技術(shù)的發(fā)展與推廣的關(guān)系是怎樣的？是等著現(xiàn)有的技術(shù)推廣到一定程度再繼續(xù)往前發(fā)展，還是不管推廣程度如何，先研究技術(shù)？

陸婉珍：一個(gè)技術(shù)要慢慢創(chuàng)新提高，必須要有一個(gè)應(yīng)用的背景。尤其是我們從事的煉油技術(shù)，如果將它“藏之閨閣”，那將來就會(huì)變成“半老徐娘”。更何況，在應(yīng)用的過程中才能發(fā)現(xiàn)新問題，技術(shù)才能得到不斷完善和提高。應(yīng)用是一個(gè)考驗(yàn)，如果不用，就看不到問題，沒有挑戰(zhàn)。

比如我們的汽油自動(dòng)調(diào)和技術(shù)在廣石化應(yīng)用，假如要推廣到另一個(gè)煉油廠，也許還要解決一些新的問題。在廣石化就出現(xiàn)了一些事先沒有想到的問題，例如他們有很長的輸油管線，其儲存的油量很大，這部分油會(huì)影響調(diào)和的結(jié)果。其次我國加工的原油不如國外煉廠的穩(wěn)定，變化很頻繁，因此調(diào)和的方案變化也較快。這些課題假如不去應(yīng)用，是不會(huì)了解的。而解決這些問題必須自己做工作。再比如，為了使這套設(shè)備能長期穩(wěn)定運(yùn)行，需要培養(yǎng)一支專門的維護(hù)隊(duì)伍，這也是事先沒有考慮到的。

我們對事物的認(rèn)識有一個(gè)過程。對于一個(gè)基礎(chǔ)性的工作，需要看到它的前途、意義和發(fā)展方向。有時(shí)候可能三四年都出不了成果，這時(shí)就會(huì)有人不理解。這個(gè)問題在我們國家的科學(xué)界同樣存在。我把石科院所從事的工作叫做應(yīng)用研究，有很多基礎(chǔ)理論是借鑒前人的工作。但是我們也在從事一些基礎(chǔ)工作，如原油評價(jià)數(shù)據(jù)的積累等。在這些知識的基礎(chǔ)上，才能創(chuàng)新。