近紅外光譜分析技術(shù)在油品領(lǐng)域的應(yīng)用

聚光科技(杭州)股份有限公司 盧福潔，狄艷全

通過對近紅外光譜分析技術(shù)原理、分析過程及油品分析解決方案的介紹，指出Sun NIR系列近紅外分析儀的優(yōu)點(diǎn)及其廣泛適用于多領(lǐng)域的特點(diǎn)。

在石油化工行業(yè)，分析效率和準(zhǔn)確率是企業(yè)面臨的兩個(gè)重要問題。由于石化產(chǎn)品種類復(fù)雜，檢測參數(shù)眾多，傳統(tǒng)的分析檢測技術(shù)(如滴定法、色譜法、辛烷值機(jī)等)耗時(shí)長、費(fèi)用高，往往不能夠?qū)Ξa(chǎn)品實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測。利用近紅外分析技術(shù)，能夠快速地同時(shí)檢測出多種產(chǎn)品的多個(gè)參數(shù)，從而優(yōu)化工藝生產(chǎn)，控制產(chǎn)品質(zhì)量。

1.技術(shù)原理

近紅外分析技術(shù)是一種光譜分析技術(shù)，光源發(fā)出的光信號照射在樣品上，包含樣品分子信息的透射光或反射光信號被檢測器接收，以光譜圖的形式表現(xiàn)出來。近紅外透射檢測原理如圖1所示。

圖1 近紅外透射檢測原理

組成石化產(chǎn)品的主要官能團(tuán)有C-H、O-H、N-H、S-H等，其分子振動吸收光譜的倍頻和組合頻正好位于近紅外光譜范圍(700～2500nm)，因此從信息選擇性上講，近紅外分析技術(shù)非常適合石化產(chǎn)品的分析。

2.分析過程

首先用標(biāo)準(zhǔn)方法分析一組具有代表性的樣品，并用近紅外分析儀采集這些樣品的光譜，將這些樣品的分析數(shù)據(jù)與它們的光譜對應(yīng)起來，通過化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件建立模型；模型建立后，對未知樣品采集光譜，調(diào)用已經(jīng)建立的模型，即可預(yù)測未知樣品的分析數(shù)據(jù)。

該項(xiàng)技術(shù)有分析速度快、操作簡單、效率高、非接觸式測量、不破壞樣品等特點(diǎn)，分析結(jié)果的統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確度逼近標(biāo)準(zhǔn)方法，穩(wěn)定性高，重復(fù)性好，如圖2所示。

圖2 近紅外檢測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)方法的一致性

3.近紅外油品分析解決方案

(1)實(shí)驗(yàn)室分析

與多數(shù)分析儀器不同，實(shí)驗(yàn)室近紅外分析儀只需要一臺電腦配合儀器，1min之內(nèi)輕松完成分析過程，為化驗(yàn)員減輕大量工作負(fù)擔(dān)，在分析過程中不產(chǎn)生化學(xué)試劑污染和浪費(fèi)。

SupNIR-2600系列近紅外分析儀彩頁全息數(shù)字式光柵和高靈敏度銦鎵砷檢測器相結(jié)合的光學(xué)設(shè)計(jì)，基于透射方式進(jìn)行樣品分析，通過外置PC機(jī)和RIMP軟件實(shí)現(xiàn)油品物理和化學(xué)成分的無損快速檢測。整套系統(tǒng)操作簡單，只需將裝有油品的比色皿放在樣品池上，點(diǎn)擊測量，儀器自動完成測量分析。

(2)在線分析

近紅外分析儀具有分析速度快，能夠多通道同時(shí)測量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多參數(shù)測量等優(yōu)點(diǎn)，因此特別適用于工業(yè)在線分析。和工廠DCS系統(tǒng)和APC技術(shù)進(jìn)行無縫集成，配合化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件，在線近紅外分析儀能夠?qū)崿F(xiàn)大部分石化生產(chǎn)工藝過程的在線質(zhì)量監(jiān)控，如蒸汽裂解、MTBE合成、催化重整、油品調(diào)和等工藝(見圖3)。

圖3 在線近紅外分析系統(tǒng)組成

和工廠DCS(集中控制系統(tǒng))、APC(先進(jìn)控制系統(tǒng))進(jìn)行無縫集成，SupNIR-4000系列特別適用于石化行業(yè)在線質(zhì)量監(jiān)控和過程分析，及乙烯裂解、催化重整、MTBE工藝個(gè)油品調(diào)和等大部分生產(chǎn)工藝過程。

①催化重整：SupNIR-4000系列能在線實(shí)時(shí)檢測多個(gè)測量點(diǎn)的多個(gè)組分，提供重整原料組成與生成油質(zhì)量分析數(shù)據(jù)，從而使控制系統(tǒng)能夠?qū)Υ呋卣^程進(jìn)行優(yōu)化控制，提高生產(chǎn)效率(見圖4)。

圖4 近紅外分析技術(shù)在催化重整過程應(yīng)用示意圖

石腦油的檢測指標(biāo)有密度、餾程、PIONA組成、芳烴潛含量，重整生成油的檢測指標(biāo)包括RON、MON、芳烴碳數(shù)分布等。

②油品調(diào)和：SupNIR-4000系列能在線測量調(diào)和組分汽油和調(diào)和后汽油的多種關(guān)鍵物化性質(zhì)，實(shí)時(shí)為調(diào)和優(yōu)化控制系統(tǒng)提供質(zhì)量數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)油品的優(yōu)化調(diào)和(見圖5)。

圖5 近紅外分析技術(shù)在油品調(diào)和過程應(yīng)用示意圖

與傳統(tǒng)的泵循環(huán)罐式調(diào)和方法不同，在線管道調(diào)和系統(tǒng)直接在管道中調(diào)和并輸出產(chǎn)品油，節(jié)省了昂貴的調(diào)和罐區(qū)的投資，節(jié)省時(shí)間，減少油品和能源浪費(fèi)。

檢測指標(biāo)有RON、MON、密度、芳烴、烯烴、苯含量、氧含量、蒸汽壓等。

4.結(jié)語

近紅外光譜分析技術(shù)近年來發(fā)展迅速，其具有無損、環(huán)保、快速、多組分同時(shí)檢測等優(yōu)點(diǎn)，受到各行業(yè)的關(guān)注，聚光科技是國內(nèi)較大的近紅外成套技術(shù)服務(wù)供應(yīng)商，公司推出的系列近紅外分析儀已廣泛應(yīng)用于石化、糧油、農(nóng)產(chǎn)品、食品、國防等領(lǐng)域。