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

Abstract

The energy efficiency of the motor fuels production technological process and gasoline in particular, as well as the safety of various options for their implementation, directly depends on how informative the methods for controlling the detonation characteristics (octane number) of these objects are. This fully applies to the method of absorption optical spectroscopy, widely known and used for the indicated purposes. A common drawback of the currently used measurement techniques (express-octanometers) in the monitoring of the octane number is the occasionally and disorderly formed high error in its determination which is incompatible with the requirements of technology. The presence of such errors reduces the information content of the measurements and, consequently, the energy efficiency of the technological process. The current positions of researchers and developers of measurement systems and techniques of definition of gasolines octane number on this problem are reduced mainly to insufficiently high sensitivity and selectivity of the measuring instruments used. This article studies the validity degree assessment of this position in the matter of using the absorption-spectral method with measurement of the information signal in the middle IR range for determining the octane number were done. The authors experimentally show that there is a large reserve in terms of the value of the information signal (optical density), both in sensitivity and selectivity, and, consequently, in the unreasonableness of the above-stated position. In addition, the article demonstrates that the observed errors may be related to the inadequate of the calibration characteristic of express octanometers.

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.