多重衰减全反射红外光谱同时测定渣油多种性质的方法研究

论文题目: 多重衰减全反射红外光谱同时测定渣油多种性质的方法研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 应用化学

作者: 李浩然

导师: 袁洪福

关键词: 渣油,四组分,红外光谱,偏最小二乘法,化学计量学,模式识别

文献来源: 石油化工科学研究院

发表年度: 2005

论文摘要: 渣油烃族组成和性质是渣油加工所需的重要数据。它们包括四组分(SARA)组成、残炭、密度、粘度、元素含量(C、H、N、S)。目前,渣油烃族组成分析方法为经典的洗脱色谱法(EC法),操作复杂,分析耗时间长,并使用有毒溶剂。其他渣油性质也大多使用费时的传统分析方法。显然,这些方法难以满足渣油加工过程控制对分析的快速要求,因此,建立快速和高效的渣油性质分析方法具有重要的实际意义。近年来,光谱分析方法,如近红外光谱,已广泛应用于分析汽油和柴油等轻质油品性质,具有快速、准确、重复性好、无污染等优点。由于近红外光谱属于分子振动的倍频和组合频,与中红外相比,灵敏度低,其所需要的测量光程较大(2～100mm)。由于渣油样品具有深色和粘稠的特点,近红外分析测量其光谱尚有一定的困难。为此,本研究提出采用多重衰减红外光谱,建立同时快速测定渣油四组分(SARA)、粘度、密度、残炭和元素C、H、S、N的新方法。使用常规的中红外液体池测量渣油光谱,在注样、清洗和保持测量光程一致性上具有一定的困难。为此,本研究提出使用多重衰减全反射(ATR)附件测量渣油光谱有效地解决了上述问题。通过设计试验考察了渣油ATR红外光谱的重复性和温度对渣油ATR红外光谱的影响规律,即吸光度随着温度的升高而降低,并且产生峰位移动。提出须在恒温条件下测定样品的红外光谱,以满足建模对光谱重复性的严格要求。通过考察光谱特征峰强度与饱和烃和芳香烃含量之间的变化规律,发现SARA组成含量与光谱强度之间并不存在简单的线性关系。因此,红外光谱定量分析需要采用多元校正方法。渣油种类繁多,组成差异较大。对混合模型的研究表明,难于使用一个模型对各类渣油SARA进行校正,须对各类渣油分别建立各自的模型。因此,在红外分析方法的预测中,首先要解决的问题是渣油类型识别。本研究选取了常见的三类渣油(常压渣油、减压渣油和加氢渣油)作标样,首先采用近红外光谱分析中常用的分类方法SIMCA方法,对渣油进行分类识别的研究。结果表明,SIMCA模型对加氢渣油、常压渣油和减压渣油不能进行有效识别。通过红外光谱主成分分析和渣油组成分析,对SIMCA方法不能有效识别渣油的原因进行了合理的解释。通过探索研究,提出了采用偏最小二乘投影判别法建立渣油分类识别校正模型,研究结果表明该方法预测率和识别率都达到100%。为红外光谱分析渣油性质模型建立和预测,提供了渣油类型的模式识别方法。在渣油聚类与识别的基础上,采用PLS法分别建立了三类渣油的12个SARA校正模型和加氢渣油的残炭、密度、粘度和元素C、H、S、N共7个校正模型。研究结果表明,三类渣油SARA四组分,加氢渣油的残炭和元素(H、S、N)的红外光谱分析方法测定结果与标准方法测定结果一致。成对t检验结果表明,红外光谱法与测定三类渣油SARA四组分和加氢渣油残炭、元素(H、S、N)的标准方法之间没有显著性差别。这些模型建立所用的渣油样品来自国内和中东地区共90多个油田的原油加工所得共200多个校正样本,组成分布比较宽,说明所建模型具有相当的代表性,所建立的渣油SARA四组分和加氢渣油残炭、元素(H、S、N)红外分析模型具有实用性。与现有的标准方法或参考方法相比,所建新方法具有速度快、重现性好、操作简单、不用有毒溶剂、样品用量少等优点。可以同时测定渣油的11种不同性质,分析成本大大降低。因此,它非常适合渣油性质的常规分析,具有较好的应用前景。为进一步扩大方法的适用范围,尚需继续收集渣油样品,对校正集范围进行扩充。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

1 前言

1.1 课题意义

1.2 渣油组成和性质分析方法

1.2.1 四组分分析方法

1.2.2 其它性质分析方法

1.3 红外光谱分析技术

1.3.1 定性分析

1.3.2 定量分析

1.4 多元校正

1.4.1 多元校正方法

1.4.2 模型评价参数

1.5 研究目的与内容

1.6 论文拟定的创新点

2 渣油光谱

2.1 光谱测量方法的选择

2.2 温度变化对光谱的影响

2.3 红外光谱解析

2.4 小结

3 渣油分类方法的研究

3.1 实验部分

3.1.1 样品收集

3.1.2 仪器

3.1.3 光谱采集

3.1.4 数据处理

3.2 结果与讨论

3.2.1 SIMCA

3.2.2 偏最小二乘投影判别法

3.3 小结

4 红外光谱法测渣油四组分

4.1 实验部分

4.1.1 渣油样品

4.1.2 仪器与试剂

4.1.3 基础数据的测定

4.1.4 光谱数据采集

4.1.5 定量校正

4.2 结果与讨论

4.2.1. 校正集样品选择

4.2.2. 样品测量温度的选择

4.2.3 混合渣油的校正

4.2.4 分类渣油的校正

4.3 小结

5 红外光谱法测定加氢渣油密度、粘度、残炭和元素

5.1 实验部分

5.1.1 样品

5.1.2 红外光谱测量

5.1.3 测定加氢渣油性质采用的标准测定方法及精度要求

5.1.4 定量校正方法

5.2 校正

5.3 小结

6 结论

致谢

参考文献

附录A

附录B

附录C

附录D

附录E

附录F

发布时间: 2013-03-14

参考文献

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