浅谈石油天然气发动机润滑油性质检测

浅谈石油天然气发动机润滑油性质检测

近红外光谱技术是一种分析手段，在20世纪50年代和80年代后已经开发了10多年。最著名的光谱技术是近红外光谱技术。它是光谱分析技术、化学计量学技术和基础测量技术的有机结合,可以快速、高效地对样品进行定性和定量分析,被称为“分析的巨人”。近红外光谱分析法作为一种快速的分析方法,已广泛应用于石油产品的性质及组成分析。使用近红外光谱分析技术在很短的时间内(几s~几min)可以分析油品中的多项质量参数。与传统分析技术相比,近红外光谱分析技术具有高效、快速、成本低等特点,并对被测样品用量小、无破坏、无污染。1近红外光谱分析技术1.1近红外光谱定量分析基础近红外光谱的波长范围为700~2500nm。含氢基团,如C—H、O—H、N—H等在近红外区都有吸收。图1为正庚烷、苯和异辛烷在短波和长波近红外区域的吸收光谱。显然,不同基团在该区域光谱的峰位、峰强及峰形不同,为近红外光谱进行定性和定量分析奠定了理论基础。石油产品主要组分为烃类化合物,其组成不同的油品在光谱图上都有各自的明显的特征吸收,即近红外光谱图中包含了油品详细的组成信息。如果油品的光谱相同,其组成也相同,反之亦然。如果我们建立了油品光谱与其质量参数之间的对应关系(称为分析模型),那么,只要测得油品的光谱,通过光谱和上述对应关系,就能很快得到所需要的质量参数数据。1.2近红外光谱油分析近红外光谱快速测定油品性质的分析方法包括校正和预测两个过程。1.2.1化学计量学对油松饼质量参数的优化在校正过程中,收集大量能够代表待测油品的样品,根据相关的标准方法进行测量,得到油品的各种质量参数,即参考数据。同时,测量并采集其近红外光谱图。为了去除干扰信息和突出有用信息,要通过化学计量学对油品的近红外光谱图进行处理,将其与参考数据关联。这种在油品的近红外光谱图和参考数据之间建立起的一一对应的关系,称为模型。通过化学计量学处理得到的模型应具有较强的普遍性,常用的校正方法有多元线性回归、主成分分析、主成分回归、偏最小二乘法、人工神经网络和拓扑方法等。其中多元线性回归、主成分回归和偏最小二乘法属线性回归方法,主要用于样品质量参数为线性关系的关联。而拓扑学人工神经网络方法常用于非线性模型的关联。1.2.2用质量分析方法确定模型在预测过程中,首先使用近红外光谱仪测定油品的光谱图,通过软件自动对模型库进行检索,选择正确模型计算待测质量参数。图2为近红外光谱定量分析流程图。2近红外光谱法适用于油气快速分析的应用2.1利用近红外光谱图进行的分析模型的建立,实现了对于非正义样品的多光谱分作为汽油的关键指标之一,辛烷值直接表征汽油的抗爆性能,在汽油生产、调合以及销售过程中受到广泛重视。苏清泉等对来自抚顺石油二厂的汽油样品进行了红外光谱分析,使用偏最小二乘法建立近红外光谱图与辛烷值的关联模型。实验和计算结果表明,用所建立的模型对未知样品的测定结果小于标准方法的再现性要求,并通过了显著性、一致性和精密度的检验。曹永德等自主开发研制了汽油辛烷值近红外光谱在线分析仪,该分析仪已成功应用于某炼油厂重整装置生成油的辛烷值在线分析。而且,近红外光谱技术还用于测定汽油的族组成、烯烃和芳烃的含量以及汽油牌号的识别等[10~16]。2.2近红外光谱检测柴油十六烷值的优势柴油是目前使用最多的石油燃料之一,其质量好坏直接影响它的使用性能和燃烧性能。柴油的十六烷值是衡量燃烧性能的主要指标。徐广通等采用傅立叶变换近红外光谱技术与偏最小二乘法结合测定了柴油的十六烷值。结果表明,与标准方法相比,近红外光谱法具有重现性好、分析速度快、使用样品量少、分析成本低等优点,可以用于柴油十六烷值的常规分析。他们继而考察了用傅立叶变换红外光谱仪测定柴油的其它物理性质(密度、折光指数、凝点、闪点和馏程)的可行性。结果表明,在近红外短波和长波范围内,该方法测定结果均能达到标准方法的误差要求。另外,近红外光谱还用于测定柴油的芳烃含量和氧化安定性。2.3喷气燃料馏程校正馏程是喷气燃料的重要指标之一。通常测定喷气燃料的标准方法不仅操作复杂而且耗时,结果也因人差异较大。吴利刚等采集了50个喷气燃料样品的红外光谱数据,用偏最小二乘回归法,建立了喷气燃料馏程的校正模型。结果表明,近红外光谱法和GB/T6536法相比,具有速度快、准确度高、操作方便等优点,适用于常规分析。此外,近红外光谱还用于测定喷气燃料的冰点、烯烃含量和总硫含量[22~24]。2.4油基础油粘度特性研究一般来说,相对分子质量越大,侧链越长则粘度越大。粘度与结构的密切关系使近红外分析技术测定润滑油基础油的粘度性质成为可能。宋延东等采用傅立叶变换近红外光谱仪测定了不同润滑油基础油的近红外光谱,分别建立了润滑油基础油40℃粘度、100℃粘度和粘度指数3项指标的偏最小二乘和人工神经网络近红外光谱分析的校正模型。研究数据表明,近红外光谱能够获得与润滑油基础油粘度相关的光谱信息。3近红外光谱技术在油脂检测中的应用及展望综合以上分析,近红外光谱技术在油品快速分析中已经取得了很大的进展。它摆脱了传统标准方法的操作繁琐费时,实现了快速、无损检测,尤其是在近红外在线分析技术,可以进行实时监测。以上简要介绍了近红外光谱技术的原理、油品分析的过程以及在油品快速检测中的应用。今后,近红外光谱技术在油品快速检测中的应用研究将主要集中于以下几个方面:(1)硬件和软件的专业化。硬件方面结合油品检测项目的特点,对仪器进行改进,使其安装调试更简便,对各类不同油品的适应性更强软件方面编制专用软件,即专用的定标模型校正软件,