用于石的化工业的光谱和波谱类过程分析技术.pdf

用于石化工业的光谱和波谱类过程分析技术 褚小立 袁洪福 陆婉珍 (石油化工科学研究院 北京 100083) 摘 要 系统介绍了用于石化工业过程分析的在线光谱 （近红外、红外、紫外-可见、拉曼、X-射线荧光）和在线波谱 （核磁共振和质谱）分析技术的原理、仪器特点、应用范围和实际使用情况。 关键词 在线分析；石油化工；近红外；红外；拉曼光谱；X-射线荧光；核磁共振；质谱 中图分类号 O657 Spectroscopy Process Analytical Techniques Used for On-line Determination of Petrochemicals Chu Xiaoli, Yuan Hongfu, Lu Wanzhen (Research Institute of Petroleum Processing, Beij ing 100083, China) Abstract Key words 1 引 言 范围和使用情况等方面介绍目前在石化工业领域中已得 到实际应用的在线光谱和波谱分析技术。 随着生产过程对先进控制要求的不断提高，在线分 析仪越来越广泛地进入到石化企业的各个生产环节，它 2 在线光谱分析技术 所提供的及时、准确的分析数据为稳定生产、优化操作、 节能降耗起到了不可替代的作用。在线分析仪的作用可 2 .1 近红外光谱 归纳为以下几个方面 ：（1）进行产品质量卡边操作，以 近红外光 （NIR）是介于紫外可见光和中红外光之 获得最大的经济效益 ；（2）对原料和生产的中间环节进 间的电磁波，其波长范围为780～2526nm，又分为短波 行监测，以保证装置的稳定生产和及时调整；（3）对影 （780~1100nm）和长波 （1100~2526nm）近红外两个区 响生产安全运行的要素进行监控，以保证生产的安全运 域。NIR光谱主要是由于分子振动的非谐振性使分子振 行 ；（4）对影响环保的排放口进行监控，以达到环境保 动从基态向高能级跃迁时产生的，反映的是含氢基团X- [1] H（X＝C、N、O）振动的倍频和合频吸收。不同基团 护的要求 。 传统在线分析仪表大多是由实验室仪器改进而来 （如甲基、亚甲基、苯环等）或同一基团在不同化学环 的，因测量原理所限，分析速度慢，精度比实验室仪器 境中的近红外吸收波长与强度都有明显差别，NIR光谱 差，一种仪表仅能测量一种参数，如需测量多种质量参 具有丰富的结构和组成信息，非常适合用于碳氢有机物 数，则需要购置多台仪表，造成设备投资过大，仪器的 质如油品和高分子产品的物化参数测量。但在NIR区 易损件和消耗品多，维护量大且频次高。因此，这些仪 域，吸收强度弱，通常采用长光程 （2~50mm）；灵敏度 表的实际应用效果并不理想，甚至有相当一部分被停用。 相对较低，通常用于分析常量组分的含量（0.1%以上）； 上世纪90年代以来，在激光、光纤、微电子、计算 吸收带较宽且重叠严重，依靠传统的工作曲线方法进行 机和化学计量学 （Chemometrics）等与光谱和波谱仪器 定量分析往往不能得到满意的结果，必须采用化学计量 相关新技术不断发展的带动下，出现了许多新型的光谱 学方法对光谱信息进行处理，并建立较复杂的校正模型 和波谱类过程分析仪器，如红外、近红外、拉曼以及核 (Calibration Models)才能得到可靠的结果。 磁共振等，使得原来只能在实验室中进行物质成分分析 校正模型是通过化学计量学方法将光谱与样品性质 的结构复杂、体积庞大的分析仪器也