近紅外光譜分析技術在油品領域的應用

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點及其廣泛適用于多領域的特點。

在石油化工行業，分析效率和準確率是企業面臨的兩個重要問題。由于石化產品種類復雜，檢測參數眾多，傳統的分析檢測技術(如滴定法、色譜法、辛烷值機等)耗時長、費用高，往往不能夠對產品實時進行檢測。利用近紅外分析技術，能夠快速地同時檢測出多種產品的多個參數，從而優化工藝生產，控制產品質量。

1.技術原理

近紅外分析技術是一種光譜分析技術，光源發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

組成石化產品的主要官能團有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，近紅外分析技術非常適合石化產品的分析。

2.分析過程

首先用標準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據與它們的光譜對應起來，通過化學計量學軟件建立模型；模型建立后，對未知樣品采集光譜，調用已經建立的模型，即可預測未知樣品的分析數據。

該項技術有分析速度快、操作簡單、效率高、非接觸式測量、不破壞樣品等特點，分析結果的統計準確度逼近標準方法，穩定性高，重復性好，如圖2所示。

圖2 近紅外檢測結果與標準方法的一致性

3.近紅外油品分析解決方案

(1)實驗室分析

與多數分析儀器不同，實驗室近紅外分析儀只需要一臺電腦配合儀器，1min之內輕松完成分析過程，為化驗員減輕大量工作負擔，在分析過程中不產生化學試劑污染和浪費。

SupNIR-2600系列近紅外分析儀彩頁全息數字式光柵和高靈敏度銦鎵砷檢測器相結合的光學設計，基于透射方式進行樣品分析，通過外置PC機和RIMP軟件實現油品物理和化學成分的無損快速檢測。整套系統操作簡單，只需將裝有油品的比色皿放在樣品池上，點擊測量，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，能夠多通道同時測量，同時實現多參數測量等優點，因此特別適用于工業在線分析。和工廠DCS系統和APC技術進行無縫集成，配合化學計量學軟件，在線近紅外分析儀能夠實現大部分石化生產工藝過程的在線質量監控，如蒸汽裂解、MTBE合成、催化重整、油品調和等工藝(見圖3)。

圖3 在線近紅外分析系統組成

和工廠DCS(集中控制系統)、APC(先進控制系統)進行無縫集成，SupNIR-4000系列特別適用于石化行業在線質量監控和過程分析，及乙烯裂解、催化重整、MTBE工藝個油品調和等大部分生產工藝過程。

①催化重整：SupNIR-4000系列能在線實時檢測多個測量點的多個組分，提供重整原料組成與生成油質量分析數據，從而使控制系統能夠對催化重整過程進行優化控制，提高生產效率(見圖4)。

圖4 近紅外分析技術在催化重整過程應用示意圖

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

②油品調和：SupNIR-4000系列能在線測量調和組分汽油和調和后汽油的多種關鍵物化性質，實時為調和優化控制系統提供質量數據，從而實現油品的優化調和(見圖5)。

圖5 近紅外分析技術在油品調和過程應用示意圖

與傳統的泵循環罐式調和方法不同，在線管道調和系統直接在管道中調和并輸出產品油，節省了昂貴的調和罐區的投資，節省時間，減少油品和能源浪費。

檢測指標有RON、MON、密度、芳烴、烯烴、苯含量、氧含量、蒸汽壓等。

4.結語

近紅外光譜分析技術近年來發展迅速，其具有無損、環保、快速、多組分同時檢測等優點，受到各行業的關注，聚光科技是國內較大的近紅外成套技術服務供應商，公司推出的系列近紅外分析儀已廣泛應用于石化、糧油、農產品、食品、國防等領域。