Способ определения октанового числа бензинов

Способ определения октанового числа бензинов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к оптическим методам определения октанового числа бензинов с использованием инфракрасной спектроскопии и может быть применено в лабораторных условиях для идентификации, а также быстрого и точного определения октанового числа бензинов.

Известен способ определения октанового числа топлива, заключающийся в следующем. Через кювету с анализируемым образцом бензина и контрольную кювету пропускают инфракрасное излучение с длиной волны 0.8-2.6 мкм. Для определения октанового числа используют корреляционные зависимости, полученные для стандартных образцов с известными октановыми числами. Октановое число топлива рассчитывают по разности сигналов, полученных на выходе из рабочей и контрольной кювет (патент RU 2091758, МПК G01N 21/35, 1997).

К недостаткам способа относится сложность его технической реализации, требующей наличия оптического переключателя и элементов обратной связи по оптоэлектронному каналу.

Известен способ определения октанового числа, который включает измерение коэффициента поглощения на более чем одной длине волны в области 0.6-2.6 нм, сравнение сигналов поглощения, или производной с сигналами поглощений, или производных на той же самой длине волны для множества стандартных образцов. Для исследуемого образца выбирается не менее одного стандарта таким образом, чтобы среднее значение абсолютной разности между сигналами от образца и стандарта на каждой длине волны было минимальным.

К недостаткам способа относится ухудшение точности за счет использования производных от величины поглощения, а также отсутствие контроля за формой спектра поглощения топлива (патент US 6070128, МПК G01N 21/35, 1997).

Наиболее близким к изобретению является способ определения октанового числа топлива, заключающийся в том, что измеряют коэффициенты экстинкции калибровочных топлив на нескольких длинах волн в ближней инфракрасной области, усредняют их на каждой длине волны, составляют уравнение регрессии, и, используя разности между средними значениями коэффициентов экстинкции калибровочных топлив и анализируемого бензина, находят октановое число последнего (патент RU 2094776, МПК G01N 21/35, 1997).

Недостатком способа является необходимость использования небольшого количества длин волн и регрессионного метода, что исключает контроль за видом спектра поглощения бензина ввиду неполного представления информации о спектре и снижает точность определения октанового числа.

Технической задачей изобретения является повышение точности определения октанового числа, упрощение процедуры определения октанового числа за счет использования модельных представлений и отказа от регрессионного анализа.

Заявляется способ определения октанового числа бензинов, включающий измерение спектров поглощения в ближней инфракрасной области. Для осуществления способа последовательно измеряют в ближней инфракрасной области коэффициенты поглощения трех чистых углеводородов из ряда изооктан; n-гептан; толуол или бензол; по коэффициентам поглощения трех чистых углеводородов составляют модельный спектр вида K_m=C₁K₁+С₂К₂+С₃К₃, где K₁, K₂, К₃ - коэффициенты поглощения изооктана, n-гептана, толуола (или бензола), а C₁, С₂, С₃ - их концентрации соответственно; измеряют коэффициенты поглощения паспортизованных бензинов разных марок с использованием идентичных кювет и на тех же длинах волн; определяют коэффициенты C₁, C₂, С₃ паспортизованных бензинов путем сравнения спектра поглощения каждого паспортизованного бензина с модельным, который программно видоизменяют методом перебора комбинаций значений C₁, С₂, С₃ до достижения минимального отклонение модельного спектра от спектра паспортизованного бензина; определяют градуировочную зависимость октановых чисел паспортизованных бензинов от концентрации С₃ толуола (или бензола) в модельном спектре и используют эту зависимость для определения октанового числа любого анализируемого бензина в следующей последовательности для каждого бензина: измеряют коэффициенты поглощения анализируемого бензина с использованием идентичных кювет и на тех же длинах волн; определяют коэффициенты C₁, C₂, С₃ анализируемого бензина путем сравнения его спектра поглощения с модельным, который программно видоизменяют методом перебора комбинаций значений C₁, С₂, С₃ до достижения минимального отклонение модельного спектра от спектра анализируемого бензина, и по концентрации толуола (или бензола) С₃ модельного спектра анализируемого бензина определяют октановое число анализируемого бензина по указанной градуировочной зависимости.

Для спектрального анализа выбирают область длин волн 1080-1280 нм ближней инфракрасной области или 1600-1800 нм.

Способ поясняется чертежами.

На фиг.1 приведены спектры поглощения бензинов разных марок и соответствующие им модельные спектры; на фиг.2 - градуировочная зависимость октанового числа бензина от концентрации толуола в модельной смеси.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Сначала измеряют коэффициенты поглощения трех чистых углеводородов изооктана, n-гептана и толуола (или бензола) в ближней инфракрасной области. В этой области выбраны диапазоны 1080-1280 нм или 1600-1800 нм, содержащие характерные полосы поглощения групп CH, СН₂, СН₃. Выбор толуола или бензола идентичен для достижения заявленного технического результата. Применение указанных трех чистых углеводородов объясняется тем, что эти углеводороды и бензины в выбранной инфракрасной области содержат спектры с характерными полосами поглощения групп СН, СН₂, СН₃.

Из спектров указанных трех чистых углеводородов составляют модельный спектр вида

K_m=C₁K₁+С₂К₂+С₃К₃,

где K₁, К₂, К₃ - коэффициенты поглощения изооктана, n-гептана, толуола (или бензола), a C₁, С₂, С₃ - их концентрации соответственно.

Измеряют коэффициенты поглощения паспортизованных бензинов разных марок с известным октановым числом с использованием идентичных кювет и на тех же длинах волн. Экспериментальный спектр поглощения каждого паспортизованного бензина сравнивают с модельным спектром, который программно видоизменяют методом перебора комбинаций значений C₁, С₂, С₃ до достижения минимального отклонение модельного спектра от спектра паспортизованного бензина. Решение такой задачи может быть осуществлено с применением метода наибольшего правдоподобия между двумя функциями (см. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров." М.: "Лань", 2003).

Тем самым определяют косвенные параметры C₁, С₂, С₃, которым соответствуют реальные спектры поглощения паспортизованных бензинов.

На фиг.1 показаны экспериментальные спектры поглощения бензинов марок нормаль-80 (кривая 1), регуляр-92 (кривая 2) и премиум-95 (кривая 3) и пунктиром - соответствующие им модельные спектры.

По результатам измерений спектров паспортизованных бензинов определяют градуировочную функциональную зависимость октановых чисел паспортизованных бензинов от концентрации C₁, C₂, С₃ в их модельном спектре (см. фиг.2). Градуировочная функциональная зависимость может быть получена, например, использованием стандартного метода наименьших квадратов (там же).

Для определения октанового числа любого анализируемого бензина используют градуировочную зависимость октановых чисел бензинов от концентрации С₃ толуола (или бензола), так как экспериментально установлено, что эта зависимость достаточно точно соответствует значению октанового числа.

Последующий анализ любого бензина осуществляют в следующей последовательности для каждого бензина.

Измеряют коэффициенты поглощения анализируемого бензина с использованием идентичных кювет и на тех же длинах волн и определяют коэффициенты C₁, C₂, С₃ анализируемого бензина путем сравнения его спектра поглощения с модельным, который программно видоизменяют методом перебора комбинаций значений C₁, C₂, С₃ до достижения минимального отклонение модельного спектра от спектра анализируемого бензина. По концентрации толуола (или бензола) С₃ модельного спектра анализируемого бензина определяют октановое число анализируемого бензина по указанной градуировочной зависимости. Построение модельного спектра по спектрам трех чистых углеводородов позволяет быстро и с хорошей точностью (0,2 ед.) определить октановое число анализируемого бензина.

Способ может быть реализован с применением стандартной спектральной аппаратуры типа сканирующего монохроматора или спектрометра и стандартных методов математической обработки, включая известные компьютерные программы.

1. Способ определения октанового числа бензинов, включающий измерение спектров поглощения в ближней инфракрасной области, отличающийся тем, что последовательно измеряют в ближней инфракрасной области коэффициенты поглощения трех чистых углеводородов из ряда изооктан; n-гептан; толуол или бензол, по коэффициентам поглощения трех чистых углеводородов составляют модельный спектр вида K_m=С₁K₁+С₂К₂+С₃К₃, где K₁, К₂, К₃ - коэффициенты поглощения изооктана, n-гептана, толуола (или бензола), a C₁, С₂, С₃ - их концентрации соответственно, измеряют коэффициенты поглощения паспортизованных бензинов разных марок с использованием идентичных кювет и на тех же длинах волн, определяют коэффициенты C₁, С₂, С₃ паспортизованных бензинов путем сравнения спектра поглощения каждого паспортизованного бензина с модельным, который программно видоизменяют методом перебора комбинаций значений C₁, С₂, С₃ до достижения минимального отклонения модельного спектра от спектра паспортизованного бензина; определяют градуировочную зависимость октановых чисел паспортизованных бензинов от концентрации С₃ толуола (или бензола) в их модельном спектре и используют эту зависимость для определения октанового числа любого анализируемого бензина в следующей последовательности для каждого бензина: измеряют коэффициенты поглощения анализируемого бензина с использованием идентичных кювет и на тех же длинах волн; определяют коэффициенты C₁, C₂, С₃ анализируемого бензина путем сравнения его спектра поглощения с модельным, который программно видоизменяют методом перебора комбинаций значений C₁, C₂, С₃ до достижения минимального отклонения модельного спектра от спектра анализируемого бензина, и по концентрации толуола (или бензола) С₃ модельного спектра анализируемого бензина определяют октановое число анализируемого бензина по указанной градуировочной зависимости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для анализа выбирают область длин волн 1080-1280 нм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для анализа выбирают область длин волн 1600-1800 нм.