近红外快速检测技术在原油评价中的应用

郝 萌

（中国石油广西石化公司，广西 钦州 535008）

若炼化企业能及时了解原油性质，则有助于指导原油采购，优化原油加工方案，从而确保企业在原油生产过程中实现效益最大化。目前国内评价原油性质的分析方法，仍是采用《石油产品分析试验方法标准汇编》中的常规方法，这些方法存在时效性不足等缺点。广西石化采用的近红外原油快速评价技术，可准确跟踪进厂原油性质，对原油性质进行及时、有效的分析，为原油的采购及调和加工提供准确的前瞻性指导。

近红外光谱是基于分子振动的非谐振性，使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的，主要反映的是含氢基团如C-H、N-H、O-H等化学键的振动倍频和合频吸收[1]。在不同的化学环境中，不同基团（如甲基、亚甲基、苯环等）或同一基团的近红外吸收波长与强度均有明显差别。近红外光谱具有丰富的结构和组成信息，非常适用于含氢有机物质如农产品、石化产品和药品等的物化参数测量[2]。近年来，近红外光谱法因其快速、准确、易于实现在线的特性，在原油快速评价技术上得到了广泛的应用[3]。原油是各种烃类物质的混合物，在这些化合物中，含氢基团的振动吸收光谱的倍频及组合频，正好位于近红外光谱范围内（700～2500nm）。基于原油的近红外光谱中含有丰富的化学结构信息，因此采用化学计量学方法，可以快速测定原油的化学组成，以及与组成密切相关的一些物理特性[4]。

1 工作原理

采用近红外光谱法测定原油的关键性质，首先要建立原油的近红外光谱与密度的数学关系[5]，即先测定出一系列原油样品的近红外光谱、密度、硫含量、氮含量、实沸点等数据，然后通过化学计量学方法，建立原油的近红外光谱与这些关键性质间的数学模型，基于该模型，通过未知样品的近红外光谱数据，就可以预测原油的关键性质数据。

采用近红外光谱仪获得原油样品的透射光信号，从而得到原油的近红外光谱。ABB MB3600型近红外光谱仪配有0.5mm透射高压样品池，能检测60℃以上的原油样品，工作原理是利用近红外光谱仪获得原油样品的透射光信号后，再将该信号传输给“富岛原油预处理监控系统软件V3.0”进行转换计算，得到原油的近红外光谱。

PT5Crude的全球原油光谱数据库，涵盖了全球1200种以上的原油，原油性质数据均采用ASTM标准方法测定。为使PT5Crude模型能用于计算广西石化公司调和原油的实际性质，以提高原油性质的计算准确性，在进行PT5Crude模型开发前，要先对广西石化公司所加工的单品种原油进行光谱数据库定制。

2 应用效果

2.1 广西石化公司原油样品的快速预测结果

作为中石油首家开展原油近红外快速评价技术的实验室，广西石化公司原油评价室自2012年起着手建立低硫原油的光谱模型，2019年启动了含硫原油和高硫原油模型的建立。采用近红外快速检测技术，可以快速直观地了解原油的性质，对单品种原油的进厂性质进行跟踪，从而实现提前预判[6]。

对单品种含硫/高硫原油进行建模后，我们选取了2015年9月～2021年5月入厂的5种单品种原油进行了快速测定，结果见表1。

表1 5种单品种原油的性质分析结果

2.2 方法准确性

参考《原油性质快速测定法 近红外光谱法》，针对表1中的快速测定结果，对原油密度、硫含量、酸值、实沸点收率的测定结果的准确性进行计算，得到的近红外光谱法的预测结果及偏差见图1和图2。由图可见，采用近红外检测技术测定原油的密度、硫含量、酸值和实沸点收率等指标，具有良好的准确性。

图1 近红外光谱法测定原油关键性质的结果与标准方法的偏差曲线

图2 原油实沸点收率结果与标准方法的偏差曲线

3 应用前景

在诸多在线检测技术中，近红外光谱分析技术可快速、准确地分析原油中多种成分的含量，因此应用前景最被看好。对近3年广西石化公司常炼的含硫/高硫单品种原油，以及所加工的调和原油进行光谱数据库定制后，采用近红外原油快速测定方法对原油的相关指标进行了测定，结果表明，近红外原油快速检测技术用于预测原油的密度、硫含量、酸值、实沸点收率等指标时比较准确，可满足含硫/高硫单品种原油的关键性质数据的快速测定要求。

从原油到炼油加工各装置（如原油蒸馏、催化裂化、催化重整等）的馏分油，再到成品油（汽、柴油）调和的整个环节，近红外光谱分析及实时在线分析系统，可为先进控制和实时优化提供原料、中间产物及最终产品的物化性质，为装置的平稳操作和优化生产提供准确的分析数据。同时，近红外技术具有检测费用低、操作简便、呈现检测结果快、不破坏样品、无需复杂预处理、无损、无污染[8]、检测数据可存储和可追溯、可与各类场景适配加装等特性，极大提高了检测效率，同时降低了检测成本和劳动成本，从而提高了经济效益[9]。