潘東東(貴州省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院,貴州貴陽(yáng)550014)
汽油辛烷值快速檢測(cè)方法分析
潘東東(貴州省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院,貴州貴陽(yáng)550014)
汽油辛烷值的檢測(cè)對(duì)于保證汽車燃料的安全具有重要作用。汽油辛烷值快速檢測(cè)方法應(yīng)用的模型和算法以及儀器設(shè)備都會(huì)對(duì)預(yù)測(cè)精度造成一定的影響,因此為保證快速檢測(cè)方法的實(shí)用性,應(yīng)該對(duì)模型和算法進(jìn)行進(jìn)一步的研究。本文將對(duì)汽油辛烷值的快速檢測(cè)方式做出一定的分析。這些快速檢測(cè)方法主要有拉曼光譜法、氣相色譜法以及近紅外光譜法。
汽油辛烷值;快速檢測(cè);分析
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中,由于燃料沒有經(jīng)過(guò)正常燃燒會(huì)出現(xiàn)金屬敲擊聲、排氣含黑煙的情況,通常把這種現(xiàn)象稱為爆震,爆震不僅會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率,還會(huì)造成零部件的損傷。辛烷值指的就是汽車的抗爆性能,辛烷值越高,證明燃料燃燒越充分,尾氣排放中有有害氣體越少,對(duì)環(huán)境損害越小。在生產(chǎn)中,標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方式可以保證精準(zhǔn)度,但快速檢測(cè)方式在工業(yè)生產(chǎn)中依然有存在的價(jià)值。
拉曼光譜法是一種重要的辛烷值快速檢測(cè)方法,具有樣品處理簡(jiǎn)單、分析速度快、效率高、重現(xiàn)性好的優(yōu)點(diǎn)。并且使用這種方式進(jìn)行檢測(cè),受到水分的干擾較小,可以保證樣品的無(wú)損性。即便針對(duì)非極性的基團(tuán),拉曼光譜法也可以通過(guò)一定處理得到較強(qiáng)的吸收譜帶,從而進(jìn)行有效分析??梢娎庾V法很適合含碳量高、含拉氫基團(tuán)較高的汽油樣品的辛烷值檢測(cè)。2010年,對(duì)拉曼光譜法的研究取得巨大進(jìn)展,并設(shè)計(jì)出辛烷值拉曼光譜在線檢測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)可以在線監(jiān)控汽油中的組分變化,同時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)的情況顯示對(duì)應(yīng)的拉曼光譜曲線。通過(guò)對(duì)光柵型和傅立葉變換型光譜儀特點(diǎn)的對(duì)比,決定使用光柵型拉曼光譜儀對(duì)辛烷值進(jìn)行在線檢測(cè)。
在檢測(cè)時(shí),需要使用化學(xué)計(jì)量的方式,對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián),同時(shí)建立合理的分析模型,通過(guò)模擬驗(yàn)算的方式,對(duì)辛烷值進(jìn)行快速預(yù)測(cè),并通過(guò)最終數(shù)據(jù)實(shí)際進(jìn)行調(diào)和。實(shí)踐證明,這種方式的測(cè)試速度快、分析時(shí)間短、檢測(cè)費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)效益較好。
氣相色譜分析法也是一種快速的辛烷值檢測(cè)方法。具體原理是通過(guò)利用汽油中不同組分的沸點(diǎn)差異,對(duì)不同成分進(jìn)行分離,然后進(jìn)行進(jìn)一步的分析確定主要成分的含量。氣相色譜法屬于對(duì)比法,前提是需要將汽油中的成分進(jìn)行有效分離,就分離技術(shù)而言,國(guó)內(nèi)依然具備一定的難度。2003年,使用氣相色譜法檢測(cè)辛烷值時(shí),通過(guò)對(duì)汽油成分的簡(jiǎn)單分離,將氣相色譜法得到的結(jié)果關(guān)聯(lián)建模,同時(shí)對(duì)其中的辛烷值進(jìn)行計(jì)算。汽油的成分可以使用高分辨毛細(xì)管柱完成測(cè)定,并將單體烴組分成兩組,從而構(gòu)成兩個(gè)變量,同時(shí)建立實(shí)測(cè)辛烷值與兩個(gè)變量之間的回歸模型。進(jìn)行分析時(shí),可以利用模型與樣品的關(guān)聯(lián)情況計(jì)算樣品的辛烷值。通過(guò)對(duì)比,這種關(guān)聯(lián)計(jì)算方式的誤差較小。并且具有操作簡(jiǎn)單、樣品耗費(fèi)量小的優(yōu)點(diǎn)。
使用毛細(xì)管氣相色譜法對(duì)汽油單體烴進(jìn)行分離后,還可以用PONA汽油組成軟件對(duì)汽油單體烴進(jìn)行定性、定量、Pona組成計(jì)算。通過(guò)將汽油單體烴的具體分組,可以建立更加準(zhǔn)確的回歸模型,從而進(jìn)一步提高了精準(zhǔn)程度。通過(guò)這種方法可以反應(yīng)出汽油單體烴與辛烷值之間的關(guān)系,具有一定的研究?jī)r(jià)值。
近紅外光譜法也是一種常用的辛烷值快速檢測(cè)方法,相比于氣相色譜法,近紅外光譜法屬于間接分析法。具體原理是利用一組汽油標(biāo)準(zhǔn)樣品,將汽油的近紅外光譜數(shù)據(jù)與汽油的辛烷值之間建立一定的關(guān)聯(lián)模型,通過(guò)對(duì)模型的研究分析,預(yù)測(cè)汽油樣品的辛烷值情況。通過(guò)這種方式進(jìn)行辛烷值的檢測(cè),精確度會(huì)受到測(cè)量檢測(cè)儀器和模型精度的影響。
現(xiàn)有一種近紅外光譜在線分析儀,可以完成在線測(cè)量、光譜預(yù)處理以及實(shí)時(shí)建模等工作,可通過(guò)卷積法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)歸一化處理。目前該儀器已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)中,并取得一定的成果。間接檢測(cè)方式存在一定偏差,并且汽油辛烷值的預(yù)測(cè)具有一定的非線性特點(diǎn),因此可以使用主成分回歸殘差神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)校正算法和主成分回歸算法相互結(jié)合的方式,可以提高近紅外光譜的預(yù)測(cè)能力,從而提高精確度。
通過(guò)對(duì)大量近紅外光譜數(shù)據(jù)的采集,并對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化,比較了以下幾種模型和算法:最小均方二乘法(PLS)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)和支持向量機(jī)(SVM)的辛烷值預(yù)測(cè)模型,發(fā)現(xiàn)支持向量法更加穩(wěn)定可靠,對(duì)于小樣本的預(yù)測(cè)更具優(yōu)勢(shì)。使用該模型進(jìn)一步對(duì)預(yù)測(cè)情況進(jìn)行研究,通過(guò)對(duì)相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化,主分量的預(yù)測(cè)已經(jīng)接近原始光譜的數(shù)據(jù)情況。
綜上所述,汽油辛烷值的在線監(jiān)測(cè)工作隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大,需求量不斷提高。以上幾種快速檢測(cè)方法相比于國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方式盡管存在一定偏差,但在生產(chǎn)中依然具有重要的作用。隨著模型精度的提高以及算法技術(shù)的不斷成熟,快速檢測(cè)方法一定會(huì)發(fā)揮更大的作用,為企業(yè)生產(chǎn)提供強(qiáng)大的動(dòng)力。希望通過(guò)本文論述,為同行從業(yè)者提供一定借鑒與參考。
[1] 楊海鷹.氣相色譜技術(shù)在石油和石化分析中的應(yīng)用[J].石油化工.2015(12):34.
[2] 肖涵,張承聰,孫文通.高分辨毛細(xì)管色譜測(cè)定汽油辛烷值的方法改進(jìn)[J].云南化工.2015(02):78.
[3] 李長(zhǎng)秀,劉穎榮,楊海鷹,陸婉珍.氣相色譜法測(cè)定汽油烴類組成分析技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展[J].色譜.2014(05):112-114.
[4] 曾學(xué)軍,吳斯彧,曹兆鈞.影響汽油辛烷值測(cè)定機(jī)測(cè)定結(jié)果的關(guān)鍵因素及解決方案[J].分析儀器.2014(03):56-58.
姓名;潘東東(1987-),性別;男,籍貫;貴州安順,民族;漢,職稱;助理工程師,學(xué)歷;本科。