面向汽油生產(chǎn)過(guò)程的在線拉曼分析技術(shù)與工業(yè)應(yīng)用.pdf

1、過(guò)程分析技術(shù)使用在線分析儀器對(duì)過(guò)程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)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(diǎn)得到了快速發(fā)展并成為過(guò)程分析技術(shù)的重要組成部分。本論文針對(duì)在線拉曼分析中多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，開發(fā)了針對(duì)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(guān)鍵技術(shù)包括:
　　1、提出了一種針對(duì)CCD陣列在線拉曼光譜儀譜圖

2、強(qiáng)度校正方法。該方法使用任意一種已知標(biāo)準(zhǔn)拉曼光譜的純物質(zhì)，通過(guò)離線和在線儀器測(cè)量得到的拉曼光譜建立增益校正曲線，實(shí)現(xiàn)對(duì)在線儀器光譜的強(qiáng)度校正?；鞠瞬煌す馄?、拉曼探頭以及光譜儀對(duì)樣品光譜的強(qiáng)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(guò)程中無(wú)需建立復(fù)雜的模型。
　　2、提出了一種自動(dòng)扣除拉曼光譜熒光背景的算法。該算法基于迭代多項(xiàng)式平滑方法，對(duì)人工經(jīng)驗(yàn)和先驗(yàn)知識(shí)的需求大大降低。首先應(yīng)用多項(xiàng)式濾波器對(duì)輸入的拉曼光譜進(jìn)行平

3、滑處理，濾波器輸出的信號(hào)將原始光譜分為上下兩部分，然后計(jì)算下半部分信號(hào)最低點(diǎn)與上半部分信號(hào)最高點(diǎn)的比值。這一指標(biāo)決定了算法是否需要再次迭代:如果需要，則將輸出信號(hào)與原始光譜之間的信號(hào)最小值組合形成新的光譜，進(jìn)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(hào)即為原始光譜的熒光背景信號(hào)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅證明了迭代多項(xiàng)式平滑算法在時(shí)間耗費(fèi)和信號(hào)恢復(fù)準(zhǔn)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(shí)測(cè)拉曼光譜對(duì)算法進(jìn)行了驗(yàn)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(yù)測(cè)研究法辛烷值。實(shí)驗(yàn)中使用SPXY（Sample Set Partitioning Based on Joint X-Y Distances）方法將全部樣本劃分為訓(xùn)練集、交叉檢驗(yàn)集和測(cè)試集，并采用穩(wěn)健回歸方法剔除訓(xùn)練集中的異常樣本數(shù)據(jù)。

5、通過(guò)與全譜段偏最小二乘模型的對(duì)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(yàn)集均方根誤差降低18.92％，測(cè)試集均方根誤差降低13.86％。
　　4、針對(duì)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(cè)量催化重整汽油研究法辛烷值。現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)運(yùn)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(yīng)器溫度和其他操作條件的變化;且研究法辛烷值重復(fù)性誤差為0.015個(gè)辛烷值，平均絕對(duì)值誤差為0.22個(gè)辛烷值

6、。
　　5、針對(duì)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)。現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)運(yùn)行結(jié)果表明:研究法辛烷值的重復(fù)性誤差為0.05個(gè)辛烷值，平均絕對(duì)值誤差為0.26個(gè)辛烷值;分析系統(tǒng)響應(yīng)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(fù)雜，引起辛烷值變化的因素遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shí)適用兩種工藝中汽油辛烷值的分析，且在不需要頻繁的標(biāo)定下都可以長(zhǎng)時(shí)間達(dá)