郝 萌
(中國石油廣西石化公司,廣西 欽州 535008)
若煉化企業(yè)能及時(shí)了解原油性質(zhì),則有助于指導(dǎo)原油采購,優(yōu)化原油加工方案,從而確保企業(yè)在原油生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)效益最大化。目前國內(nèi)評(píng)價(jià)原油性質(zhì)的分析方法,仍是采用《石油產(chǎn)品分析試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)匯編》中的常規(guī)方法,這些方法存在時(shí)效性不足等缺點(diǎn)。廣西石化采用的近紅外原油快速評(píng)價(jià)技術(shù),可準(zhǔn)確跟蹤進(jìn)廠原油性質(zhì),對(duì)原油性質(zhì)進(jìn)行及時(shí)、有效的分析,為原油的采購及調(diào)和加工提供準(zhǔn)確的前瞻性指導(dǎo)。
近紅外光譜是基于分子振動(dòng)的非諧振性,使分子振動(dòng)從基態(tài)向高能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的,主要反映的是含氫基團(tuán)如C-H、N-H、O-H等化學(xué)鍵的振動(dòng)倍頻和合頻吸收[1]。在不同的化學(xué)環(huán)境中,不同基團(tuán)(如甲基、亞甲基、苯環(huán)等)或同一基團(tuán)的近紅外吸收波長與強(qiáng)度均有明顯差別。近紅外光譜具有豐富的結(jié)構(gòu)和組成信息,非常適用于含氫有機(jī)物質(zhì)如農(nóng)產(chǎn)品、石化產(chǎn)品和藥品等的物化參數(shù)測(cè)量[2]。近年來,近紅外光譜法因其快速、準(zhǔn)確、易于實(shí)現(xiàn)在線的特性,在原油快速評(píng)價(jià)技術(shù)上得到了廣泛的應(yīng)用[3]。原油是各種烴類物質(zhì)的混合物,在這些化合物中,含氫基團(tuán)的振動(dòng)吸收光譜的倍頻及組合頻,正好位于近紅外光譜范圍內(nèi)(700~2500nm)?;谠偷慕t外光譜中含有豐富的化學(xué)結(jié)構(gòu)信息,因此采用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法,可以快速測(cè)定原油的化學(xué)組成,以及與組成密切相關(guān)的一些物理特性[4]。
采用近紅外光譜法測(cè)定原油的關(guān)鍵性質(zhì),首先要建立原油的近紅外光譜與密度的數(shù)學(xué)關(guān)系[5],即先測(cè)定出一系列原油樣品的近紅外光譜、密度、硫含量、氮含量、實(shí)沸點(diǎn)等數(shù)據(jù),然后通過化學(xué)計(jì)量學(xué)方法,建立原油的近紅外光譜與這些關(guān)鍵性質(zhì)間的數(shù)學(xué)模型,基于該模型,通過未知樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù),就可以預(yù)測(cè)原油的關(guān)鍵性質(zhì)數(shù)據(jù)。
采用近紅外光譜儀獲得原油樣品的透射光信號(hào),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(cè)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(hào)后,再將該信號(hào)傳輸給“富島原油預(yù)處理監(jiān)控系統(tǒng)軟件V3.0”進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算,得到原油的近紅外光譜。
PT5Crude的全球原油光譜數(shù)據(jù)庫,涵蓋了全球1200種以上的原油,原油性質(zhì)數(shù)據(jù)均采用ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定。為使PT5Crude模型能用于計(jì)算廣西石化公司調(diào)和原油的實(shí)際性質(zhì),以提高原油性質(zhì)的計(jì)算準(zhǔn)確性,在進(jìn)行PT5Crude模型開發(fā)前,要先對(duì)廣西石化公司所加工的單品種原油進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)庫定制。
作為中石油首家開展原油近紅外快速評(píng)價(jià)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室,廣西石化公司原油評(píng)價(jià)室自2012年起著手建立低硫原油的光譜模型,2019年啟動(dòng)了含硫原油和高硫原油模型的建立。采用近紅外快速檢測(cè)技術(shù),可以快速直觀地了解原油的性質(zhì),對(duì)單品種原油的進(jìn)廠性質(zhì)進(jìn)行跟蹤,從而實(shí)現(xiàn)提前預(yù)判[6]。
對(duì)單品種含硫/高硫原油進(jìn)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(jìn)行了快速測(cè)定,結(jié)果見表1。
表1 5種單品種原油的性質(zhì)分析結(jié)果
參考《原油性質(zhì)快速測(cè)定法 近紅外光譜法》,針對(duì)表1中的快速測(cè)定結(jié)果,對(duì)原油密度、硫含量、酸值、實(shí)沸點(diǎn)收率的測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行計(jì)算,得到的近紅外光譜法的預(yù)測(cè)結(jié)果及偏差見圖1和圖2。由圖可見,采用近紅外檢測(cè)技術(shù)測(cè)定原油的密度、硫含量、酸值和實(shí)沸點(diǎn)收率等指標(biāo),具有良好的準(zhǔn)確性。
圖1 近紅外光譜法測(cè)定原油關(guān)鍵性質(zhì)的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)方法的偏差曲線
圖2 原油實(shí)沸點(diǎn)收率結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)方法的偏差曲線
在諸多在線檢測(cè)技術(shù)中,近紅外光譜分析技術(shù)可快速、準(zhǔn)確地分析原油中多種成分的含量,因此應(yīng)用前景最被看好。對(duì)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(diào)和原油進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)庫定制后,采用近紅外原油快速測(cè)定方法對(duì)原油的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定,結(jié)果表明,近紅外原油快速檢測(cè)技術(shù)用于預(yù)測(cè)原油的密度、硫含量、酸值、實(shí)沸點(diǎn)收率等指標(biāo)時(shí)比較準(zhǔn)確,可滿足含硫/高硫單品種原油的關(guān)鍵性質(zhì)數(shù)據(jù)的快速測(cè)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(diào)和的整個(gè)環(huán)節(jié),近紅外光譜分析及實(shí)時(shí)在線分析系統(tǒng),可為先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化提供原料、中間產(chǎn)物及最終產(chǎn)品的物化性質(zhì),為裝置的平穩(wěn)操作和優(yōu)化生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)。同時(shí),近紅外技術(shù)具有檢測(cè)費(fèi)用低、操作簡便、呈現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果快、不破壞樣品、無需復(fù)雜預(yù)處理、無損、無污染[8]、檢測(cè)數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)和可追溯、可與各類場(chǎng)景適配加裝等特性,極大提高了檢測(cè)效率,同時(shí)降低了檢測(cè)成本和勞動(dòng)成本,從而提高了經(jīng)濟(jì)效益[9]。