[發明專利]一種基于近紅外光譜檢測的原油屬性快速預測方法

在審

• 申請號: 201710984193.2
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107748146A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 錢鋒;隆建;楊明磊;杜文莉;鐘偉民
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359;G01N21/3577;G01N21/35
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 韋東

技術領域

本發明涉及一種基于近紅外光譜檢測的原油屬性實時預測方法。

背景技術

隨著現代工業的迅速發展，石油作為國家戰略物資在國民經濟中發揮著至關重要的作用。我國的石油資源比較匱乏，根據《BP世界能源統計年鑒2016》報道，2015年，中國石油凈進口量增長77萬桶/日，中國再次成為全球最大的石油進口國，進口原油的種類非常多，其中有不少是所謂的“機會油”，它們或者比重很大，或者含酸很高，或者雜質很多。有時，油輪抵達碼頭后才知道是什么油。這就需要相關人員快速對這些原油作出評價，而且原油定價要根據原油評價的結果而定，如果評價耗時過長，就不能及時按質定價，有可能造成經濟損失，因此原油快速評價越來越顯示出其重要性。

另一方面，目前輸入煉廠的原油變化頻繁，常常三兩天就會變一次。極端時，每天進廠的原油都不一樣。頻繁變化會給后續加工造成很多困難，尤其是蒸餾塔。如果能使原油評價的速度加快，例如每10分鐘進行一次評價，就可以采用自動調配的方法，盡可能地把不同種類的原油適當調合，以減少進入蒸餾塔的原油性質的過大波動。

此外，隨著世界范圍原油的不斷重質化，我國煉廠加工的重質油甚至超重質油的比例越來越高，對重油加工的要求也越來越精細和高效。因此采用傳統的評價方法已不能滿足實際應用的需求。目前不斷發展的計算機技術，使在極短時間內分析大量數據得以實現，促進了現代分析儀器技術的飛速發展，這些都為原油快速評價奠定了堅實的基礎。NIR分析技術是目前最有前景且應用最廣泛的快速分析方法之一，在線近紅外技術也是發展最迅速的過程分析技術之一。由于近紅外分析儀是二次測量儀表，即近紅外分析儀并不能直接測量物質屬性，而必須先建立待測物質的屬性與近紅外光譜之間的數學模型然后根據模型來測量物質屬性。因此，建立精度高、魯棒性好的近紅外模型是近紅外技術能否有效應用的關鍵。

發明內容

鑒于上述問題，本發明提出了一種基于近紅外光譜檢測的原油屬性快速預測方法。該方法利用離線/在線近紅外分析儀采集原油近紅外光譜圖的基礎上，采用一階微分和多元散射校正的方法對采集到的原油樣本近紅外光譜圖進行預處理，消除干擾；通過主成分分析技術和T2樣本篩選方法，選擇原油光譜圖合適的波數范圍；最后，根據偏最小二乘法，建立原油屬性值與其近紅外光譜數據之間的數學模型，通過利用該模型，可以根據實時的光譜樣本(同時)預測原油的多個屬性值。通過離線/在線近紅外分析儀，滿足適合原油性質的快速分析，特別是在線實時快速預測分析。

本發明第一方面提供一種構建用于原油屬性預測的近紅外模型的方法，所述方法包括：

(1)檢測不同種類的原油樣品的屬性；

(2)測定所述原油樣品的近紅外光譜圖；

(3)對步驟(2)獲得的近紅外光譜圖中的12500～4000cm^-1譜區的吸光度進行一階微分處理與多元散射校正；

(4)對步驟(3)獲得的光譜進行主成分分析，保存每個樣本的主成分得分，并且計算每一個原油樣本的T2值，并且與閾值進行對比，剔除大于閾值的樣本，建立初始訓練集；

(5)以步驟(4)獲得的初始訓練集中的主成分得分作為特征變量，利用樣本間的歐式距離來選擇樣本，確定最終訓練集；

(6)利用移動窗口偏最小二乘法選擇一個或多個波數段，用于建立模型；和

(7)利用回歸方法建立原油屬性與近紅外光譜之間的近紅外模型。

在一個或多個實施方案中，所述屬性選自：密度、硫含量、氮含量、酸值、殘炭和實沸點蒸餾數據中的一個或多個。

在一個或多個實施方案中，步驟(1)中原油樣本的數量為100～600份。

在一個或多個實施方案中，采用離線或在線近紅外分析儀采集原油樣品的近紅外光譜。

在一個或多個實施方案中，步驟(2)所述的測定中，光譜掃描范圍為4000-12500cm^-1，分辨率為2-32cm^-1，重復掃描10-400次，取平均近紅外光譜值。

在一個或多個實施方案中，步驟(3)所述的一階微分處理與多元散射校正包括：

(a)計算樣品的平均光譜和

(b)對一光譜x與進行線性回歸，用最小二乘法求取b₀和b；

其中，處理后的光譜為x_MSC＝(x-b₀)/b。

在一個或多個實施方案中，步驟(4)中，如下計算T2值：