Инфракрасная спектроскопия для экспресс анализа нефтепродуктов

Posted by   oratorslova Гончаров Сергей
08/12/2019

Вопросы применения инфракрасной спектрометрии при аналитическом исследовании бензина

При лабораторном анализе продуктов органической и неорганической природы для каждого из материалов и видов в исследования действует своя методика, соответствующий ГОСТ.
Что в свою очередь определяет набор оборудования, принадлежностей, реактивов высокую узкоспециализированную квалификацию персонала.
Многоступенчатый процесс увеличивает вероятность ошибок и влияние человеческого фактора.
Например анализ влажности зерна требует размола лабораторной мельницей, при строгом соблюдении требований фракционного состава (ситовый контроль). Причем проба не должна нагреваться.
В сушильном шкафу должен быть соблюден температурный режим, временные интервалы и т.д.

Альтернативным экспресс методом является исследование продуктов методом инфракрасной спектроскопии, причем не только для твердых, вязких веществ, но и для жидкостей, включая производные нефтепродуктов: бензин, дизтопливо, масло, уксус, алкогольные напитки

К важнейшим характеристикам бензинов относятся испаряемость, которая определяется фракционным составом углеводородов и октановое число, характеризующее детонационную стойкость.
При проведении аналитических исследований, проблемным вопросом является большое количество компонентов (более двухсот), входящих в состав бензинов.
Это связано как с разными марками перерабатываемой нефти, так и с выбранными методами получения бензинов.
При лабораторных исследованиях, при стандартной методике, кроме октанового числа, также оцениваются такие параметры, как плотность, температура вспышки, фракционный состав, содержание примесей, включая серу, свинец, или внесенных добавок для улучшения эксплуатационных качеств, ароматические соединения.
Процесс изготовления бензина проходит в реальном режиме времени, при этом важно контролировать онлайн соотношение входящих в состав компонентов, поскольку отклонения в удельном весе в доли процента влияют на качество выпускаемого продукта.
Учитывая, что методики по ГОСТ 8226-82, ГОСТ 511-82, дают результат не ранее чем через 1.5-2 часа, за этот период, если допущены нарушения в технологии, это чревато миллионными потерями.
Соответственно нужен аналитический инструмент, сокращающий указанное время до нескольких минут, причем должна обеспечиваться точность, достаточна для принятия правильных организационных решений, связанных со своевременным внесением изменений в технологический процесс.

Таким инструментом является инфракрасный анализатор,  позволяющий за 1 измерительный цикл получить сразу множество показателей.

Внедрение анализаторов дает прямой экономический эффект:

  • Сокращаются затраты на приобретение и содержание лабораторного инструментария, расходных материалов, посуды и др.
  • Снижение доли брака в выпускаемой продукции

 

Принцип экспресс измерения

Суть метода заключается в просвечивании пробы бензина светом от инфракрасной лампы.

В зависимости от состава, в сигнале – отклике меняются гармоники колебаний, каждая из которых “отвечает” за содержание того или иного углеводорода

Если мы возьмем 2 образца бензина, из разных партий, или полученных в результате различных технологических процессов, то при последовательном помещении проб в анализатор, выходной ИК спектр будет различаться, а значит однозначно характеризоваться каждый образец.

Для этого, ИК-анализатор, например SUPNIR-2600 должен быть откалиброван на тот или иной продукт – бензин, дизтопливо, чтобы правильно идентифицировать частоты, отвечающие содержанию компонентов и перевести их в процентное содержание с минимальной погрешностью.

Калибровочная зависимость это функция, построенная на основании методов статистики – линейной регрессии. Для этого необходим набор стандартных образцов с заранее заданными свойствами, полученными в аттестованной лаборатории.

Проблема состоит только в том, что успешно разработать калибровки на бензин, дизтопливо и т.д. возможно только в том случае, когда набор калибровочных значений (спектров) отвечает некоему узкому классу, сходному по углеводородному составу.

Пример. Во первых, бензины производятся разными методами: крекинг, риформинг. Во-вторых, бензины имеют разное октановое число (АИ-93, А-76).

Поэтому универсальной калибровочной зависимости не существует.

Получается, что необходимо создавать для каждого типа бензина свою калибровку.

Но даже это не гарантирует получение результата с приемлемой точностью.

Если происходят изменения в технологическом процессе (углеводородном составе), в рецептуре, в поступающем сырье, калибровочная зависимость перестает работать – погрешность превышает допустимые пределы.

Выход – кластеризировать бензины внутри класса, т.е. получать несколько калибровок.

АНАЛИЗАТОР GRAINSENSE

Недавнее