УДК 65.011.56:665.73
(UDK 65.011.56:665.73)
(DEFINING THE OCTANE NUMBER BY A RESEARCH METHOD OF AUTOMOBILE GASOLINES AND THEIR BLENDING COMPONENTS BY MEANS OF COMBINATIONAL SCATTERING SPECTRA (RAMAN SCATTERING))
В статье приведены результаты спектральных исследований, проведенных методом комбинационного рассеяния (рамановской спектроскопии), 24 образцов автомобильных бензинов марок АИ-92‑К5 и АИ-95‑К5 и 83 образцов компонентов, из которых данные бензины были компаундированы. Все образцы получены с трех нефтеперерабатывающих заводов Самарской области. Предметом изучения было сопоставление октановых чисел образцов, полученных в ходе лабораторных замеров с помощью исследовательского метода с прогнозируемыми на основе многомерного анализа. Многомерный регрессионный анализ полученных спектров автомобильных бензинов и их компонентов смешения проводился методом проекции на латентные структуры с кросс-валидацией поэлементным образом. Значение среднеквадратичного остатка градуировки для автомобильных бензинов составило 0,8 октановой единицы, что сопоставимо с аналогичными параметрами в изученной литературе. Аналогичный показатель для исследованных компонентов смешения дал результат от 0,3 октановой единицы для алкилата до 0,6 октановой единицы у изомеризата. Модель, разработанная с помощью метода главных компонент, продемонстрировала возможность разделения спектров образцов на не пересекающиеся между собой классы, соответствующие типам исследованных образцов (автомобильный бензин, изомеризат установки ПГИ-ДИГ/280, изомеризат установки ЛСИ-200, алкилат, метил-трет-бутиловый эфир, катализат).
В целом анализ показал принципиальную возможность применения метода спектрометрии на основе рамановских спектров для определения октановых чисел автомобильных бензинов и их компонентов смешения путем построения статистических моделей с применением метода проекции на латентные структуры.
The paper presents the results of spectral analysis by the Raman scattering method (Raman spectroscopy) of 24 samples of AI-92-K5 and AI-95-K5 motor gasoline and 83 samples of components from which the gasoline was compounded. All samples were obtained from three refineries in the Samara region. The subject of the study was to compare the octane numbers of the samples obtained in laboratory measurements using the research method with those predicted on the basis of multivariate analysis. Multivariate regression analysis of the obtained spectra of motor gasolines and their blending components was performed by projection to latent structures with element-by-element cross-validation. The value of the mean squared residual calibration for automotive gasoline was 0.8 octane units, which is comparable to similar parameters in the studied literature. A similar figure for the blending components studied gave results ranging from 0.3 octane units for alkylate to 0.6 octane units for isomerizate. A model developed by the principal component method showed the possibility to divide the spectra of samples into non-intersecting classes corresponding to the types of samples studied (automobile gasoline, isomerizate of the PGI-DIG/280 unit, isomerizate of the LSI-200 unit, alkylate, methyl tert-butyl ether, catalyst).
In general, the analysis has shown the possibility in principle to employ the Raman scattering spectroscopy method for defining octane numbers of automobile gasolines and their blending components by means of statistical modeling combined with the method of projection to latent structures.
Д.Н. Артемьев1, e-mail: artemyevdn@ssau.ru
Е.С. Головина2, e-mail: GolovinaES@snhp.ru
1 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева» (Самара, Россия).
2 АО «Самаранефтехимпроект» (Самара, Россия).
D.N. Artemyev1, e-mail: artemyevdn@ssau.ru
E.S. Golovina2, e-mail: GolovinaES@snhp.ru
1 Federal State Autonomous Educational Institution for Higher Education “Samara National Research University” (Samara, Russia).
2 Samaraneftechimproject LLC (Samara, Russia).
ГОСТ 32513-2013. Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия: межгосударственный стандарт. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200108179 (дата обращения: 15.02.2022). Текст: электронный.
Технический регламент Таможенного союза 013/2011. О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту. URL: https://docs.cntd.ru/document/902307833 (дата обращения: 15.02.2022). Текст: электронный.
ГОСТ 32339-2013 (ISO 5164:2005). Нефтепродукты. Определение детонационных характеристик моторных топлив. Исследовательский метод: межгосударственный стандарт. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200108774 (дата обращения: 15.02.2022). Текст: электронный.
Капустин В.М., Рудин М.Г., Кукес С.Г. Справочник нефтепереработчика. М.: Химия, 2018. 416 с.
Аносов А.А., Ефитов Г.Л., Зусман С.Д. Опыт использования ИК-спектрометрии для измерения свойств бензинов на НПЗ // Автоматизация в промышленности. 2012. № 7. С. 41–47.
Voigt M., Legner R., Haefner S. et al. Using Fieldable Spectrometers and Chemometric Methods to Determine RON of Gasoline from Petrol Stations: A Comparison of Low-Field 1H NMR@80 MHz, Handheld RAMAN and Benchtop NIR // Fuel. 2019. No. 236. P. 829–835.
Cooper J.B., Wise K.L., Groves J., Welch W.T. Determination of Octane Numbers and Reid Vapor Pressure of Commercial Petroleum Fuels Using FT-Raman Spectroscopy and Partial Least-Squares Regression Analysys // Analytical Chemistry. 1995. Vol. 67. No. 22. P. 4096–4100.
Flecher P.E., Welch W.T., Albin S., Cooper J.B. Determination of Octane Numbers and Reid Vapor Pressure in Commercial Gasoline Using Dispersive Fiber-Optic Raman Spectroscopy // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 1997. No. 53. P. 199–206.
Сафиева Р.З., Кошелев В.Н., Иванова Л.В. ИК-спектрометрия в анализе нефти и нефтепродуктов // Вестник Башкирского университета. 2008. Т. 13. № 4. С. 869–874.
Скворцов Б.В., Скворцов Д.Б., Малышева-Стройкова А.Н. Теоретические основы комплексных измерений показателей качества нефтепродуктов методом ядерного магнитного резонанса // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13. № 6. С. 252–258.
Ильичев И.С., Лазарев М.А., Щепалов А.А. Основы физико-химического анализа продуктов нефтепереработки и нефтехимического синтеза. Н. Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. 163 с.
Ardila J.A., Soares F.L.F., dos Santos Farias M.A., Carneiro R.L. Characterization of Gasoline by Raman Spectroscopy with Chemometric Analysis // Analytical Letters. 2017. No. 50. P. 1126–1138.
Brereton R.G. Introduction to Multivariate Calibration in Analytical Chemistry // Analyst. 2000. No. 125. P. 2125–2154.
Малецкий В.Ю., Долганов И.М., Долганова И.О. Математическое моделирование процесса компаундирования бензинов с использованием компьютерной моделирующей системы Compounding // Химия и химическая технология в XXI веке: материалы XX Международной научно-практической конференции им. проф. Л.П. Кулева студентов и молодых ученых. Томск: изд-во ТПУ, 2019. C. 380–381.
Savitzky A., Golay M.J.E. Smoothing and Differentiation of Data by Simplified Least Squares Procedures // Analytical Chemistry. 1964. No. 36. P. 1627–1639.
Монахова Ю.Б., Цикин А.М., Муштакова С.П. Обработка ЯМР-, УФ- и ИК-спектрометрических данных перед хемометрическим моделированием методами независимых и главных компонент // Журнал аналитической химии. 2016. Т. 71. № 6. С. 582–588.
Gorban A., Kegl B., Wunsch D.C., Zinovyev A. Pricipal Manifolds for Data Vusialisation Reduction. Berlin: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2008. 340 p.
Fenske M.R., Braun W.G., Wiegand R.V. et al. Raman Spectra of Hydrocarbons // Analytical Chemistry. 1947. No. 19. P. 700–765.
Горбунов С.С., Алексанян А.А., Костандян В.А., Егоров А.Ф. Программный комплекс оптимального планирования и оптимизации рецептур смешения бензинов и мазутов // Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения и передовой опыт. 2019. Т. 1. № 19. С. 13–19.
Interstate Standard (GOST) 32513-2013. Automotive Fuels. Unleaded Petrol. Specifications. Weblog. Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200108179 [Accessed 15.02.2022]. (In Russ.)
Technical Regulation of the Customs Union 013/2011. On Requirements for Motor and Aviation Gasoline, Diesel and Marine Fuels, Jet Fuel and Fuel Oil. Weblog. Available from: https://docs.cntd.ru/document/902307833 [Accessed 15.02.2022]. (In Russ.)
Interstate Standard (GOST) 32339-2013 (ISO 5164:2005). Petroleum Products. Determination of Knock Characteristics of Motor Fuels. Research Method. Weblog. Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200108774 [Accessed: 15.02.2022]. (In Russ.)
Kapustin V.M., Rudin M.G., Kukes S.G. Handbook of an Oil Refiner. M.: Khimiya [Chemistry]; 2018. (In Russ.)
Anosov A.A., Yefitov G.L., Zusman S.D. Experience of Using Infrared Spectrometry to Measure Petrol Properties at Refineries. Avtomatizatsiya v promyshlennosti [Automation and Remote Control]. 2012;(7):41–47. (In Russ.)
Voigt M., Legner R., Haefner S. et al. Using Fieldable Spectrometers and Chemometric Methods to Determine RON of Gasoline from Petrol Stations: a Comparison of Low-Field 1H NMR@80 MHz, Handheld RAMAN and Benchtop NIR. Fuel. 2019;(236):829–835.
Cooper J.B., Wise K.L., Groves J., Welch W.T. Determination of Octane Numbers and Reid Vapor Pressure of Commercial Petroleum Fuels Using FT-Raman Spectroscopy and Partial Least-Squares Regression Analysys. Analytical Chemistry. 1995;67(22):4096–4100.
Flecher P.E., Welch W.T., Albin S., Cooper J.B. Determination of Octane Numbers and Reid Vapor Pressure in Commercial Gasoline Using Dispersive Fiber-Optic Raman Spectroscopy. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 1997;(53):199–206.
Safieva R.Z., Koshelev V.N., Ivanova L.V. Infrared Spectrometry in The Analysis of Oil and Oil Products. Vestnik Bashkirskogo universiteta [Bulletin of Bashkir University]. 2008;13(4):869–874. (In Russ.)
Skvortsov B.V., Skvortsov D.B., Malysheva-Strojkova A.N. Theoretical Bases of Complex Measurements of Indicators of Quality of Oil Products the Method of the Nuclear Magnetic Resonance. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiyskoy akademii nauk [Proceedings of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences]. 2011;13(6):252–258. (In Russ.)
Il'ichev I.S., Lazarev M.A., Schepalov A.A. Fundamentals of Physical-Chemical Analysis of Refined Products and Petrochemical Synthesis. Nizhny Novgorod: Nizhny Novgorod State University; 2010. (In Russ.)
Ardila J.A., Soares F.L.F., dos Santos Farias M.A., Carneiro R.L. Characterization of Gasoline by Raman Spectroscopy with Chemometric Analysis. Analytical Letters. 2017;(50):1126–1138.
Brereton R.G. Introduction to Multivariate Calibration in Analytical Chemistry // Analyst. 2000. No. 125. P. 2125–2154.
Maletsky V.Y., Dolganov I.M., Dolganova I.O. Mathematical Modelling of Gasoline Compounding Process Using Computer Simulation System Compounding. In: Chemistry and Chemical Technology in XXI century: Proceedings of XX International Scientific-Practical Conference named after Prof. L.P. Kulev students and young scientists. Tomsk: TPU Publishing House; 2019. P. 380–381. (In Russ.)
Savitzky A., Golay M.J.E. Smoothing and Differentiation of Data by Simplified Least Squares Procedures. Analytical Chemistry. 1964;(36):1627–1639.
Monakhova Y.B., Tsikin A.M., Mushtakova S.P. Processing Of NMR, UV, And IR-Spectrometric Data Prior to Chemometric Simulation by Independent Component and Principal Component Analysis. Zhurnal analiticheskoy khimii [Journal of Analytical Chemistry]. 2016;71(6):554–560. (In Russ.)
Gorban A., Kegl B., Wunsch D.C., Zinovyev A. Pricipal Manifolds for Data Vusialisation Reduction. Berlin: Springer-Verlag Berlin Heidelberg; 2008.
Fenske M.R., Braun W.G., Wiegand R.V. et al. Raman Spectra of Hydrocarbons. Analytical Chemistry. 1947;(19):700–765.
Gorbunov S.S., Aleksanyan A.A., Kostandyan V.A., Egorov A.F. Program Complex of Optimum Planning and Optimization of Formulations of Blending Gasolines and Black Oils. Neftepererabotka i neftekhimiya. Nauchno-tekhnicheskiye dostizheniya i peredovoy opyt [Oil Processing and Petrochemistry]. 2019;1(19):13–19. (In Russ.)
Вход
Главная
Журналы
Назад к журналу