Об особенностях и эффективности применения абсорбционной оптической спектроскопии в контроле технологического процесса производства высокооктановых бензинов

Об авторах:

Егорова Наталья Ивановна, кандидат физико-математических наук, кафедра физико-технических основ обеспечения пожарной безопасности, Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России; enat99@mail.ru

Конюшенко Игорь Олегович, кандидат физико-математических наук, ООО «ОКБ СПЕКТР» (г. Санкт-Петербург); igorek1980@mail.ru

Немец Валерий Михайлович, доктор технических наук, Физический факультет, Санкт-Петербургский государственный университет; nemec_vm@mail.ru

Пеганов Сергей Александрович, аспирант, Физический факультет, Санкт-Петербургский государственный университет; peganov.sa@yandex.ru

Подковырин Илья Евгеньевич, инженер-исследователь, ООО «КИРИШИНЕФТЕОРГСИНТЕЗ» (г. Кириши, Ленинградская область); ilya.podkovyrin@yandex.ru

Аннотация:

Цель работы состоит в анализе возможных причин ошибок экспресс-октанометров (в частности, абсорбционно-спектрального) при определении октанового числа высокооктановых бензинов. Проведены молекулярно-абсорбционные спектроскопические исследования объектов, включающих как образцы высокооктановых товарных бензинов, так и смеси их отдельных компонентов. Для обеспечения высокой чувствительности измерений формировали информационный сигнал в виде разностных спектров. Оценки воспроизводимости спектроскопических измерений показали, что ее погрешность варьирует в диапазоне от 1 до 2% отн. Проведены исследования спектров шумов. Оценки результатов измерений проводили с использованием средних спектров. Для установления статистически значимого различия двух средних спектров использовали критерий Стьюдента для многомерных измерений (спектры t-статистик). Исследованы спектры бензинов и смесей их основных технологических компонентов при различных относительных концентрациях. Измеряемые спектры смесей сопоставляли со спектрами товарных бензинов путем формирования разностных спектров. Исследования проводили в среднем ИК-диапазоне спектра, поскольку он для рассматриваемых объектов более информативен. Рассмотрен вопрос о влиянии вариаций состава и относительных концентраций компонентов компаунда на разностные спектры.

В целом исследования, проведенные на достаточно представительном материале (120 объектов и около 800 измеренных спектров), позволяют отметить:

1) высокую чувствительность разностных спектров как к колебаниям компонентного состава объектов класса бензинов, так и к концентрационным изменениям отдельных компонентов;

2) уровень чувствительности измерений обеспечивает возможность применения метода для оценки возможного отклонения компонентного состава компаунда на технологической линии при сравнении его спектра со спектром образца товарного бензина соответствующей марки;

3) чувствительность измерений позволяет отслеживать возможные вариации состава низкооктановой составляющей компаунда, что свидетельствует о том, что причиной наблюдаемой повышенной погрешности измерений октанового числа не может быть недостаточный уровень чувствительности измерений;

4) причиной повышенной погрешности измерений октанового числа могут быть неконтролируемые вариации состава низкооктановой составляющей, формирующиеся в процессе компаундирования, что приводит к неадекватности градуировочной характеристики.

Список литературы:

1. Берцев В. В. О возможности применения метода главных компонент в аналитической абсорбционной спектроскопии / В. В. Берцев, В. Б. Борисов, В. М. Немец, Д. С. Скворцов, А. А. Соловьев // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2002. Т. 68. № 12. С. 12-16. 
2. Борисов В. Б. Возможности применения многомерного статического анализа спектров в лазерно-флуоресцентном исследовании смесей органических соединений / В. Б. Борисов, В. М. Немец, М. Н. Полянский, А. А. Соловьев // Аналитика и контроль. 2000. Т. 4. № 2. С. 151-156.
3. Борисов В. Б. О возможности применения возбуждаемой лазером флуоресценции с временным разрешением для аналитического исследования близких по составу сложных смесей углеводорода / В. Б. Борисов, И. А. Вержбицкий, И. О. Конюшенко, А. М. Киселев, В. М. Немец // Труды 7-го Петербургского международного форума ТЭК. Санкт-Петербург, 2007. С. 214-217.
4. Власова И. В. Методология спектрофотометрического анализа смесей органических соединений. Проблема неаддитивности светопоглощения / И. В. Власова, В. И. Вершинин, Т. Г. Цюпко // Журнал аналитической химии. 2011. Т. 66. № 1. С. 25-73.
5. Власова И. В. Хемометрические алгоритмы в спектрофотометрическом анализе неразделенных смесей органических веществ / И. В. Власова, В. И. Вершинин, А. С. Шелпакова // Вестник ОмГУ. 2010. № 2. С. 14-24.
6. Королёв В. Н. Метод определения детонационных характеристик нефтепродуктов на основе регрессионного анализа спектров поглощения в ближнем инфракрасном диапазоне / В. Н. Королёв, А. В. Mаругин, В. Б. Цареградский // Журнал технической физики. 2000. Т. 70. Вып. 9. С. 83-88.
7. Мачулин Л. В. Сравнительная характеристика прямых и косвенных методов определения октанового числа / Л. В. Мачулин // Газовая промышленность. 2014. №  9. C. 100-105.
8. Худсон Д. Статистика для физиков. Лекции по теории вероятностей и элементарной статистике. Второе доп. издание / Д. Худсон, пер. В. Ф. Грушина. М.: МИР, 1970. 296 с.
9. Balabin R. M. Gasoline classification using near infrared (NIR) spectroscopy data: Comparison of multivariate techniques / R. M. Balabin, R. M. Safieva, E. J. Lomakina // Anal. Chim. Acta. 2010. Vol. 671. No 1-2. Pp. 27-35.
10. Kelli J. J. Nondestructive analytical procedure for simultaneous estimation of the major classes of hydrocarbon constituents of finished gasolines / J. J. Kelli, J. B. Callis // Anal. Chem. 1990. Vol. 62. No 4. Pp. 1444-1451. 
11. Kelli J. J. Prediction of gasoline octane numbers from near-infrared spectral features in the range 660-1215 nm / J. J. Kelli, C. H. Berlow, T. M. Jinguji, J. B. Callis // Anal. Chem. 1989.Vol. 61. № 4. Pp. 313-320.