面向汽油生產(chǎn)過程的在線拉曼分析技術(shù)與工業(yè)應用.pdf

1、過程分析技術(shù)使用在線分析儀器對過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵指標進行實時測量和監(jiān)控。其提供的大量分析數(shù)據(jù)，為穩(wěn)定生產(chǎn)、優(yōu)化操作和節(jié)能降耗等起到了重要作用。近些年，在線拉曼分析技術(shù)因其自身光譜特點得到了快速發(fā)展并成為過程分析技術(shù)的重要組成部分。本論文針對在線拉曼分析中多項關鍵技術(shù)進行了深入研究，并應用于工業(yè)生產(chǎn)過程中，開發(fā)了針對催化重整和汽油調(diào)和裝置的在線拉曼分析系統(tǒng)。主要關鍵技術(shù)包括:
　　1、提出了一種針對CCD陣列在線拉曼光譜儀譜圖

2、強度校正方法。該方法使用任意一種已知標準拉曼光譜的純物質(zhì)，通過離線和在線儀器測量得到的拉曼光譜建立增益校正曲線，實現(xiàn)對在線儀器光譜的強度校正?；鞠瞬煌す馄?、拉曼探頭以及光譜儀對樣品光譜的強度影響，提高了離線和在線儀器之間的光譜通用性而且校正過程中無需建立復雜的模型。
　　2、提出了一種自動扣除拉曼光譜熒光背景的算法。該算法基于迭代多項式平滑方法，對人工經(jīng)驗和先驗知識的需求大大降低。首先應用多項式濾波器對輸入的拉曼光譜進行平

3、滑處理，濾波器輸出的信號將原始光譜分為上下兩部分，然后計算下半部分信號最低點與上半部分信號最高點的比值。這一指標決定了算法是否需要再次迭代:如果需要，則將輸出信號與原始光譜之間的信號最小值組合形成新的光譜，進入濾波器繼續(xù)迭代。反之，則迭代結(jié)束。最后，濾波器輸出信號即為原始光譜的熒光背景信號。仿真實驗結(jié)果不僅證明了迭代多項式平滑算法在時間耗費和信號恢復準確性方面的良好性能，而且該算法適合不同類型的熒光背景，并且在信噪比大范圈變化下（1∶2

4、00-1∶10）仍可保持較好的性能。此外，本論文還使用多種混合物樣品的實測拉曼光譜對算法進行了驗證。
　　3、使用間隔偏最小二乘、前向間隔偏最小二乘和后向間隔偏最小二乘算法提取汽油拉曼光譜特征譜段預測研究法辛烷值。實驗中使用SPXY（Sample Set Partitioning Based on Joint X-Y Distances）方法將全部樣本劃分為訓練集、交叉檢驗集和測試集，并采用穩(wěn)健回歸方法剔除訓練集中的異常樣本數(shù)據(jù)。

5、通過與全譜段偏最小二乘模型的對比表明:后向間隔偏最小二乘方法使建模數(shù)據(jù)維數(shù)降低50.00％，交叉檢驗集均方根誤差降低18.92％，測試集均方根誤差降低13.86％。
　　4、針對催化重整裝置優(yōu)化操作需要，研制開發(fā)了一套在線拉曼分析系統(tǒng)測量催化重整汽油研究法辛烷值?，F(xiàn)場連續(xù)運行結(jié)果表明:研究法辛烷值的分析數(shù)據(jù)可以快速反映重整反應器溫度和其他操作條件的變化;且研究法辛烷值重復性誤差為0.015個辛烷值，平均絕對值誤差為0.22個辛烷值

6、。
　　5、針對菜煉廠汽油管道調(diào)和系統(tǒng)的操作優(yōu)化需要，研制開發(fā)了一套調(diào)和汽油辛烷值在線拉曼分析系統(tǒng)?，F(xiàn)場連續(xù)運行結(jié)果表明:研究法辛烷值的重復性誤差為0.05個辛烷值，平均絕對值誤差為0.26個辛烷值;分析系統(tǒng)響應快速并與調(diào)和裝置操作條件的變化相吻合。盡管調(diào)和汽油相比重整汽油成分更加復雜，引起辛烷值變化的因素遠遠多于重整汽油，但本論文提出的光譜處理和建模方法可以同時適用兩種工藝中汽油辛烷值的分析，且在不需要頻繁的標定下都可以長時間達