CN103364368B - 一种混合原油性质的快速检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合原油性质的快速检测方法，该方法首先通过近红外分析仪测出所有组份原油和混合原油的光谱数据，并根据光谱数据将组份原油分成一般原油和凝析油两大类别；然后针对由不同类别的组份原油组成的混合原油，选择不同的波数间隔所对应的吸光度数值，采用偏最小二乘法回归计算得到混合原油的组成（混合比例）；最后，针对不同原油性质，分别采用相应的线性或非线性调合规则，计算得到混合原油的性质。该方法能在10分钟内快速计算获得混合原油的性质，及时指导炼厂常减压及二次加工装置的加工生产，对稳定装置运行，保障设备安全，提高产量和效益具有重要价值。

Description

一种混合原油性质的快速检测方法

技术领域

本发明涉及石油化工领域的原油性质检测方面，尤其是混合原油快速评价技术方面。

背景技术

近年来我国进口原油品种越来越多，而不同产地原油的API密度、硫含量、酸值、倾点等关键原油性质参数差异很大。只有通过原油混合，才能使原油性质达到炼厂常减压装置加工的要求范围。在已知各单组份原油品种的情况下，一个原油储罐内的混合油该如何加工，只有在弄清其性质后才能合理安排加工方案，而这需要一种能快速准确检测混合原油性质的方法。

一方面，通过近红外分析仪来获取原油光谱的技术已相当可靠；另一方面，对于单组份原油，基于光谱并结合原油性质数据库计算原油关键性质的技术也日趋成熟，如采用INTERTEK公司的PT5通用建模软件，可进行光谱分析、计算，得到原油密度、硫含量、酸值等关键性质数据。

而对于混合原油，因世界各地的原油品种成百上千，而且混合原油的组成（混合比例）也会千变万化。因此，无法像单组份原油那样，通过建立原油光谱库来计算混合原油性质。

发明内容

本发明是针对炼化企业对快速获得混合原油性质的迫切需求而提出的一种混合原油性质快速检测方法。

技术方案

一种混合原油关键性质的快速检测方法，该方法包括如下步骤：

步骤a，使用近红外分析仪测出待测混合原油和其各组份原油样品的光谱数据即吸光度值，根据不同特征波数反应原油性质差异能力的大小结合光谱数据将组份原油分成一般原油和凝析油两大类别；

步骤b，针对混合原油的各组份原油类别的不同组合选择不同的波数间隔，采用偏最小二乘法回归，以各组分油在对应的波数下的吸光度值作为输入，以混合原油在对应的波数下的吸光度值作为输出：

A_i＝Σ(k_jA_ji)

式中，A_i为混合原油在波数i的吸光度值；k_j为第j个组份原油的混合比例；A_ji为第j个组份原油在波数i的吸光度值，计算得到混合原油的各组份原油混合比例k_j；

步骤c，基于步骤b计算得到的混合原油的各组份原油混合比例以及结合国际标准的原油光谱数据库和模软件得到的各组份原油的关键性质数据，采用线性或非线性调合规则计算得到混合原油的关键性质数据。

步骤a中将组份原油分成一般原油和凝析油两大类别的具体方法如下：

首先选择组份原油特定的4个波数所对应的吸光度值A_i1、A_i2、A_i3和A_i4进行如下计算，得到组份原油的分类参数K₁和K₂：

$K_1=a_1\frac{A_{i1}}{A_{i2}}-b_1$

$K_2=a_2\frac{A_{i3}}{A_{i4}}-b_2$

式中，A_i1、A_i2、A_i3和A_i4表示特定的4个波数i₁、i₂、i₃和i₄下的吸光度值；a₁、a₂、b₁和b₂为标定参数，目的是通过标定（缩放和平移）使参数K₁和K₂的值在一定范围内。

然后以K₁为横坐标，K₂为纵坐标构成平面直角坐标系，通过K₁和K₂对应的具体坐标点的位置确定该组份原油为一般原油或凝析油。

所述特定的4个波数分别为4332、4328、4222和4060，及i₁、i₂、i₃和i₄分别为4332、4328、4222和4060。

所述a₁、a₂、b₁和b₂分别取457、22、437和10。

步骤b中所述的针对混合原油的各组份原油类别的不同组合，选择不同的波数间隔，具体是：

a）混合原油的各组份原油全部是一般原油，鉴于一般原油透光性差，吸光性好，波数间隔为25～30，以减少计算量；

b）混合原油的各组份原油全部是凝析油，鉴于凝析油透光性好，吸光性差，波数间隔为15～20，以保证计算精度；

c）混合原油的各组份原油一部分是一般原油一部分是凝析油，波数间隔为20～25。

步骤c中所述的关键性质数据包括API密度数据、硫含量数据、酸含量数据和倾点数据。

所述API密度数据、硫含量数据和酸值数据采用线性调合规则；所述倾点数据采用非线性调合规则。

线性调合规则，

API密度=Σk_jAPI_j

硫含量=Σk_jS_j

酸值=Σk_jNeu_j。

上式中，k_j为第j个组份原油的混合比例，API_j为第j个组份原油的API密度数据，S_j为第j个组份原油的硫含量数据，Neu_j为第j个组份原油的酸值数据。

计算倾点数据时，

先将各组份原油的倾点转化为倾点指数：

式中PI_j为第j个组份原油的倾点指数，P_j为第j个组份原油的倾点数据；

再对倾点指数进行线性计算：PI＝Σ(k_j×PI_j)，

式中PI为混合原油的倾点指数，k_j为第j个组份原油的混合比例，PI_j为第j个组份原油的倾点指数；

最后将倾点指数转化为倾点数据：P＝{[ln(PI)-1.85]/0.042-32}/1.85，

式中P为混合原油倾点数据，PI为混合原油的倾点指数。

本发明的有益效果：

本发明是针对炼化企业对快速获得混合原油性质的迫切需求而提出的一种混合原油性质快速检测方法，在保证计算精度的前提下减少计算量，该方法能在10分钟内快速计算获得混合原油的性质数据。对指导常减压及二次加工装置生产，稳定装置运行，保障设备安全，提高产量和效益具有重要价值。

附图说明

图1为本发明混合原油性质快速检测过程框图。

图2为一般原油及凝析油分类图。

图3为本发明实施例中阿拉伯轻质原油光谱数据。

图4为本发明实施例中苏丹原油的光谱数据。

图5为本发明实施例中混合原油的光谱数据。

图6为本发明实施例中阿拉伯轻质原油和苏丹原油在一般原油及凝析油分类图中的坐标位置。

具体实施过程

下面结合附图以及一具体算例，给出详细的计算过程和具体操作流程，以对本发明作进一步说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

某炼化企业有一混合原油储罐，为常减压装置提供待加工的原油。该储罐接受来自两个不同组份原油储罐的原油，分别为阿拉伯轻质原油和苏丹原油。根据本发明方法快速检测该混合原油的性质，具体实施过程如下：

如图1所示。

步骤a，运用近红外分析仪采集两种组份原油样品和混合原油样品的光谱数据，见图3-图5。横坐标为光谱波数，范围从4000cm^-1到4800cm^-1；纵坐标为吸光度。

首先根据光谱数据，计算K₁和K₂以便对所述两种组份原油进行分类：

对于阿拉伯轻质原油：

K₁＝457×A₄₃₃₂/A₄₃₂₈-437＝457×0.012947/0.012749-437＝27.09

K₂＝22×A₄₂₂₂/A₄₀₆₀-10＝22×0.007278/0.007355-10＝11.77

对于苏丹原油：

K₁＝457×A₄₃₃₂/A₄₃₂₈-437＝457×0.014163/0.013988-437＝25.71

K₂＝22×A₄₂₂₂/A₄₀₆₀-10＝22×0.007746/0.007069-10＝14.11

然后通过K₁和K₂构成的坐标点位置（11.77,27.09）和（14.11,25.71），见图6，根据图2知这两种原油都属于一般原油。

步骤b，由于该混合原油的所有组份原油均是一般原油，选取波数间隔为25～30，采用偏最小二乘法回归计算混合原油的各组份原油混合比例：

A_i＝Σ(k_jA_ji)

式中，A_i为混合原油在波数i的吸光度值；k_j为第j个组份原油的混合比例；

A_ji为第j个组份原油在波数i的吸光度值。

表1为本实施例中混合原油和组份原油在波数间隔为25～30的吸光度值。

表1

波数	4725	4696	4668	4640	4612	4582	4553	4525
									阿拉伯原油吸光度	0.0000267	0.0000792	0.000296	0.000393	0.000532	0.000460	0.0003976	0.0004311
苏丹原油吸光度	0.0000008	0.0000521	0.000197	0.000258	0.000358	0.000340	0.0003260	0.0003720
									混合原油吸光度	0.0000056	0.0000578	0.000211	0.000287	0.000391	0.000366	0.0003401	0.0003833
波数	4496	4468	4440	4415	4385	4355	4325	4296
									阿拉伯原油吸光度	0.00056259	0.00081807	0.001571	0.003758	0.00638	0.008598	0.0127491	0.0076512
苏丹原油吸光度	0.00048882	0.00073359	0.001063	0.002867	0.005433	0.008655	0.0139755	0.0072790
									混合原油吸光度	0.00050355	0.00075043	0.001164	0.003045	0.005621	0.008643	0.0137302	0.0073534
波数	4267	4238	4210	4184	4156	4128	4098	4068
									阿拉伯原油吸光度	0.01372729	0.00786159	0.007196	0.007208	0.007320	0.006854	0.0066707	0.0076275
苏丹原油吸光度	0.01072729	0.00792901	0.007783	0.007916	0.007947	0.007473	0.0070030	0.0073272
									混合原油吸光度	0.01132720	0.00791552	0.007665	0.007774	0.007820	0.007349	0.0069365	0.0073872
波数	4040	4013
									阿拉伯原油吸光度	0.00578878	0.00472322
苏丹原油吸光度	0.00551592	0.00465600
									混合原油吸光度	0.00557049	0.00466944

PLS计算可以采用当前通用的软件工具，如MATLAB等。经过简单计算可得，该混合原油为20%的阿拉伯轻质原油和80%的苏丹原油混合而成，即k₁为0.2，k₂为0.8。

步骤c，结合国际标准的原油光谱数据库（如INTERTEK原油光谱库）和建模软件（如INTERTEK的PT5软件），可以获得组份原油关键性质数据，包括API密度、硫含量、酸值和倾点等。

表2为本实施例中组份原油的关键性质数据

表2

通过查表获得各组份原油性质数据，并结合步骤b中求得的混合比例（k₁为0.2，k₂为0.8）对混合原油的API密度数据、硫含量数据和酸值数据通过线性规则调合：

API密度=Σk_jAPI_j＝0.2×34.00+0.8×28.60＝29.70

硫含量=Σk_jS_j＝0.2×1.58+0.8×0.07＝0.37

酸值=Σk_jNeu_j＝0.2×0.05+0.8×0.05＝0.05。

对倾点数据进行非线性调合：

先将各组份原油的倾点转化为倾点指数：

${\mathrm{PI}}_1=e^{1.85+0.042\×(P_1\×1.8+32)}=e^{1.85+0.042\×(-24\×1.8+32)}=3.97$

${\mathrm{PI}}_2=e^{1.85+0.042\×(P_2\×1.8+32)}=e^{1.85+0.042\×(-6\×1.8+32)}=15.94.$

再对倾点指数进行线性计算：PI＝Σ(k_j×PI_j)＝0.2×3.97+0.8×15.49＝13.19。最后将倾点指数转化为倾点数据：

P＝{[ln(PI)-1.85]/0.042-32}/1.85＝{[ln(13.19)-1.85]/0.042-32}/1.85＝-8.10。

经过上述计算，得到混合原油的关键性质数据。

表3为本实施例计算得出的混合原油的关键性质数据：

表3

需要指出的是，由凝析油混合而成的混合原油，以及由一般原油和凝析油混合而成的混合原油，性质检测过程与上述计算过程完全相同，只是在步骤b回归计算混合原油组成（混合比例）过程中，采用波数对应的吸光度的波数间隔选取有所不同，以便保证检测精度并减少计算量。

Claims (7)

1.一种混合原油性质的快速检测方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤a，使用近红外分析仪测出待测混合原油和其各组份原油样品的吸光度值，根据吸光度值将组份原油分成一般原油和凝析油两大类别，具体方法如下：

首先选择组份原油特定的4个波数所对应的吸光度值A_i1、A_i2、A_i3和A_i4进行如下计算，得到组份原油的分类参数K₁和K₂：

$K_1=a_1\frac{A_{i1}}{A_{i2}}-b_1$

$K_2=a_2\frac{A_{i3}}{A_{i4}}-b_2$

式中，A_i1、A_i2、A_i3和A_i4表示特定的4个波数下的吸光度值；a₁、a₂、b₁和b₂为标定参数；

然后以K₁为纵坐标，K₂为横坐标构成平面直角坐标系，通过K₁和K₂对应的具体坐标点的位置确定该组份原油为一般原油或凝析油；

步骤b，针对混合原油的各组份原油类别的不同组合选择不同的波数间隔，采用偏最小二乘法回归，以各组分油在对应的波数下的吸光度值作为输入，以混合原油在对应的波数下的吸光度值作为输出：

A_i＝Σ(k_jA_ji)

式中，A_i为混合原油在波数i的吸光度值；k_j为第j个组份原油的混合比例；A_ji为第j个组份原油在波数i的吸光度值，计算得到混合原油的各组份原油混合比例k_j；

步骤c，基于步骤b计算得到的混合原油的各组份原油混合比例以及结合国际标准的原油光谱数据库和建模软件得到的各组份原油的关键性质数据，采用线性或非线性调合规则计算得到混合原油的关键性质数据。

2.根据权利要求1所述的一种混合原油性质的快速检测方法，其特征在于所述特定的4个波数分别为4332、4328、4222和4060。

3.根据权利要求1所述的一种混合原油性质的快速检测方法，其特征在于所述a₁、a₂、b₁和b₂分别取457、22、437和10。

4.根据权利要求1所述的一种混合原油性质的快速检测方法，其特征在于步骤b中所述的针对混合原油的各组份原油类别的不同组合，选择不同的波数间隔，具体是：

a)混合原油的各组份原油全部是一般原油，波数间隔为25～30；

b)混合原油的各组份原油全部是凝析油，波数间隔为15～20；

c)混合原油的各组份原油一部分是一般原油一部分是凝析油，波数间隔为20～25。

5.根据权利要求1所述的一种混合原油性质的快速检测方法，其特征在于步骤c中所述的关键性质数据包括API密度数据、硫含量数据、酸含量数据和倾点数据。

6.根据权利要求5所述的一种混合原油性质的快速检测方法，其特征在于所述API密度数据、硫含量数据和酸值数据采用线性调合规则；所述倾点数据采用非线性调合规则。

7.根据权利要求6所述的一种混合原油性质的快速检测方法，其特征在于计算倾点数据时，

先将各组份原油倾点转化为倾点指数：

式中PI_j为第j个组份原油的倾点指数，P_j为第j个组份原油的倾点数据；

再对倾点指数进行线性计算：PI＝Σ(k_j×PI_j)，

式中PI为混合原油的倾点指数，k_j为第j个组份原油的混合比例，PI_j为第j个组份原油的倾点指数；

最后将倾点指数转化为倾点数据：P＝{[ln(PI)-1.85]/0.042-32}/1.85，

式中P为混合原油倾点数据，PI为混合原油的倾点指数。