[发明专利]一种直接基于近红外光谱的原油调合方法

说明书

本发明公开了一种直接基于近红外光谱的原油调合方法。该方法绕过性质调合的传统思路，通过相关性分析筛选出与原油性质相关的近红外光谱特征波段，使用组分原油的特征波段光谱结合最小二乘法直接对目标原油进行调合，获得的调合原油与目标原油性质相近，完全满足炼化企业常减压加工需求。该方法避免了以原油性质为主的调合过程中近红外光谱在线性质检测繁杂的建模和维护过程，为炼化企业原油调合提供了一种新的可行方案。

技术领域

本发明涉及近红外光谱在线分析领域，具体为一种直接基于近红外光谱进行原油调合的方法。

背景技术

炼化企业往往采用多种组分原油按一定比例调合成具有特定性质的混合原油，以适应常减压装置生产加工的需要。早期以人工化验原油性质然后进行配比为主，近年来，随着近红外光谱技术的快速发展，通过近红外光谱分析技术建立光谱与原油性质之间的数学模型，然后进行比例优化控制，实现原油的在线调合。

然而，即使采用近红外光谱在线分析技术，实际使用中依然存在建模难度较大、模型维护成本偏高等不足。事实上，对于一个具体的炼化企业，其原油加工装置即常减压装置对原油性质的要求是相对固定的，企业所采购的原油也是基于常减压装置能够适应的原油性质范围进行购买的。原油的关键性质，如硫含量、酸值、石脑油收率等调合时重点关注的指标，与近红外光谱具有较好的线性加和关系。如果能够直接通过近红外光谱进行原油调合，这将可以省去繁琐的中间数学建模过程，并大幅降低模型的维护成本，对炼化企业具有重要的应用价值。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种直接基于近红外光谱的原油调合方法。该方法规避了对原油性质复杂繁琐的建模分析过程，通过相关性分析筛选出与各性质相关的光谱波段，使用组分原油的相关光谱波段直接对目标原油进行调合，计算出调合比例，具体步骤如下：

(1)采集m种组分原油近红外光谱X＝[x₁,x₂,…,x_m]，收集该组分原油的n个性质，构成性质矩阵Y＝[y₁,y₂,…,y_n]；

(2)对X进行预处理得到光谱X_p，预处理包括矢量归一化和Savitzky-Golay一阶卷积求导，对X_p的各波数点和性质Y进行相关性分析，筛选出与性质相关的特征波数段[r₁,r₂,…,r_n]，相关性分析和特征波数段筛选步骤如下：

(2-1)选取X_p的第一个波数点对应的光谱数据x_p1，计算光谱数据x_p1和第1个性质y₁之间的相关系数ρ₁₁：

其中

(2-2)按照步骤(2-1)的方法求出光谱X_p所有波数点与第1个性质y₁之间的相关系数，得到相关系数向量[ρ₁₁,ρ₁₂,…,ρ_1q]^T，其中q为光谱的波数点总数，挑选|ρ_1s|0.5,s∈[1,2,…q]对应的波数点作为第1个性质的特征波数段r₁；

(2-3)按照步骤(2-2)的方法计算出光谱X_p全部波数点与n个性质Y之间的特征波数段[r₁,r₂,…,r_n]；

(3)根据炼化企业生产需求确定目标原油和k种用于调合的组分原油，采集目标原油光谱X^A和组分原油光谱X^B；

(4)对X^A和X^B进行预处理，得到光谱和光谱