近紅外快速檢測技術在原油評價中的應用

郝 萌

（中國石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008）

若煉化企業能及時了解原油性質，則有助于指導原油采購，優化原油加工方案，從而確保企業在原油生產過程中實現效益最大化。目前國內評價原油性質的分析方法，仍是采用《石油產品分析試驗方法標準匯編》中的常規方法，這些方法存在時效性不足等缺點。廣西石化采用的近紅外原油快速評價技術，可準確跟蹤進廠原油性質，對原油性質進行及時、有效的分析，為原油的采購及調和加工提供準確的前瞻性指導。

近紅外光譜是基于分子振動的非諧振性，使分子振動從基態向高能級躍遷時產生的，主要反映的是含氫基團如C-H、N-H、O-H等化學鍵的振動倍頻和合頻吸收[1]。在不同的化學環境中，不同基團（如甲基、亞甲基、苯環等）或同一基團的近紅外吸收波長與強度均有明顯差別。近紅外光譜具有豐富的結構和組成信息，非常適用于含氫有機物質如農產品、石化產品和藥品等的物化參數測量[2]。近年來，近紅外光譜法因其快速、準確、易于實現在線的特性，在原油快速評價技術上得到了廣泛的應用[3]。原油是各種烴類物質的混合物，在這些化合物中，含氫基團的振動吸收光譜的倍頻及組合頻，正好位于近紅外光譜范圍內（700～2500nm）?；谠偷慕t外光譜中含有豐富的化學結構信息，因此采用化學計量學方法，可以快速測定原油的化學組成，以及與組成密切相關的一些物理特性[4]。

1 工作原理

采用近紅外光譜法測定原油的關鍵性質，首先要建立原油的近紅外光譜與密度的數學關系[5]，即先測定出一系列原油樣品的近紅外光譜、密度、硫含量、氮含量、實沸點等數據，然后通過化學計量學方法，建立原油的近紅外光譜與這些關鍵性質間的數學模型，基于該模型，通過未知樣品的近紅外光譜數據，就可以預測原油的關鍵性質數據。

采用近紅外光譜儀獲得原油樣品的透射光信號，從而得到原油的近紅外光譜。ABB MB3600型近紅外光譜儀配有0.5mm透射高壓樣品池，能檢測60℃以上的原油樣品，工作原理是利用近紅外光譜儀獲得原油樣品的透射光信號后，再將該信號傳輸給“富島原油預處理監控系統軟件V3.0”進行轉換計算，得到原油的近紅外光譜。

PT5Crude的全球原油光譜數據庫，涵蓋了全球1200種以上的原油，原油性質數據均采用ASTM標準方法測定。為使PT5Crude模型能用于計算廣西石化公司調和原油的實際性質，以提高原油性質的計算準確性，在進行PT5Crude模型開發前，要先對廣西石化公司所加工的單品種原油進行光譜數據庫定制。

2 應用效果

2.1 廣西石化公司原油樣品的快速預測結果

作為中石油首家開展原油近紅外快速評價技術的實驗室，廣西石化公司原油評價室自2012年起著手建立低硫原油的光譜模型，2019年啟動了含硫原油和高硫原油模型的建立。采用近紅外快速檢測技術，可以快速直觀地了解原油的性質，對單品種原油的進廠性質進行跟蹤，從而實現提前預判[6]。

對單品種含硫/高硫原油進行建模后，我們選取了2015年9月～2021年5月入廠的5種單品種原油進行了快速測定，結果見表1。

表1 5種單品種原油的性質分析結果

2.2 方法準確性

參考《原油性質快速測定法 近紅外光譜法》，針對表1中的快速測定結果，對原油密度、硫含量、酸值、實沸點收率的測定結果的準確性進行計算，得到的近紅外光譜法的預測結果及偏差見圖1和圖2。由圖可見，采用近紅外檢測技術測定原油的密度、硫含量、酸值和實沸點收率等指標，具有良好的準確性。

圖1 近紅外光譜法測定原油關鍵性質的結果與標準方法的偏差曲線

圖2 原油實沸點收率結果與標準方法的偏差曲線

3 應用前景

在諸多在線檢測技術中，近紅外光譜分析技術可快速、準確地分析原油中多種成分的含量，因此應用前景最被看好。對近3年廣西石化公司常煉的含硫/高硫單品種原油，以及所加工的調和原油進行光譜數據庫定制后，采用近紅外原油快速測定方法對原油的相關指標進行了測定，結果表明，近紅外原油快速檢測技術用于預測原油的密度、硫含量、酸值、實沸點收率等指標時比較準確，可滿足含硫/高硫單品種原油的關鍵性質數據的快速測定要求。

從原油到煉油加工各裝置（如原油蒸餾、催化裂化、催化重整等）的餾分油，再到成品油（汽、柴油）調和的整個環節，近紅外光譜分析及實時在線分析系統，可為先進控制和實時優化提供原料、中間產物及最終產品的物化性質，為裝置的平穩操作和優化生產提供準確的分析數據。同時，近紅外技術具有檢測費用低、操作簡便、呈現檢測結果快、不破壞樣品、無需復雜預處理、無損、無污染[8]、檢測數據可存儲和可追溯、可與各類場景適配加裝等特性，極大提高了檢測效率，同時降低了檢測成本和勞動成本，從而提高了經濟效益[9]。