Способ измерения показателей качества нефтепродуктов



Способ измерения показателей качества нефтепродуктов

 


Владельцы патента RU 2506571:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) (RU)

Использование: для измерения показателей качества нефтепродуктов. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе измерения снимаются ЯМР-спектры нескольких эталонных нефтепродуктов с известными значениями показателей качества, охватывающими полный диапазон возможных изменений, фиксируется основной химический сдвиг, определяемый положением абсолютного максимума ЯМР-спектра каждого нефтепродукта, отличающийся тем, что на основе снятых спектров определяют аналитические зависимости, связывающие нормированные значения каждого показателя качества с основным химическим сдвигом эталонных нефтепродуктов, которые запоминают в устройстве обработки, измеряют ЯМР-спектр контролируемого продукта, для которого фиксируют основной химических сдвиг qX. После этого каждый конкретный показатель качества топлива определяют по зависимости, связывающей показатель качества с основным химическим сдвигом. Зависимость определяется при калибровке по эталонным нефтепродуктам. Технический результат: обеспечение возможности упрощения измерений показателей качества нефтепродуктов без снижения точности измерений. 2 ил.

 

Способ относится к контрольно-измерительной технике и может быть использован для оперативного измерения показателей качества нефтепродуктов без сжигания и анализа компонентного состава, например октанового числа бензинов, цетанового числа дизельных топлив, содержания серы, плотности, вязкости и других.

Известны аналоги предлагаемого изобретения-оптические, спектрометрические и диэлектрические способы измерений показателей качества топлив, основанные на измерении коэффициента поглощения оптического излучения и диэлектрической проницаемости на разных частотах, косвенно связанных с определяемым показателем качества (патент РФ №2112956 MKИ: G01N 21/35, опубл. 10.06.1998; патент РФ №2091758 МПК: G01N 21/35, опубл. 27.09.1997; патент РФ №2334971 С2, опубл. 27.09.2008 МПК: G01N 21/35, a.c. SU №1689817 МПК: G01N 23/00, опубл. 07.11.1991; полезная модель RU №10463 G01N 25/20, опубл. 16.07.1999). Известны также способы косвенных и совокупных измерений, заключающиеся в том, что измеряется совокупность параметров, косвенно связанных с измеряемым параметром, который затем определяется в результате вычисления по известной функциональной зависимости, либо в результате решения системы алгебраических уравнений. Известен способ измерения, основанный на использовании образцовых мер, когда на вход измерительного устройства подаются образцовые значения измеряемого параметра, и в результате решения системы уравнений исключаются аддитивная и мультипликативная составляющие ошибки [Куликовский К.Л., Купер А.О. Методы и средства измерений. М.: Высшая школа, 1987].

Известны также способы и устройства, основанные на снятии и анализе ЯМР-спектров исследуемых продуктов: патент RU №2333476 С1, опубл. 10.09.2008; RU №2256931 С1, опубл. 20.07.2005; RU №2324922 С1, опубл. 20.05.2008; RU №2359257 С1, опубл. 20.06.2009, в которых по химическому сдвигу и интенсивности сигнала ЯМР судят о химическом составе и показателях качества нефтепродуктов.

Недостатки аналогов заключаются в сложности их реализации, поскольку не всегда возможно точно определить функции преобразования, связывающие измеряемые параметры с исходными показателями качества нефтепродуктов, в силу разнообразия компонентного состава углеводородных топлив.

Прототипом изобретения является способ, основанный на калибровке и заключающийся в том, что измеряются электрофизические параметры контролируемого нефтепродукта, косвенно связанные с определяемой величиной, где в процессе калибровки измеряется совокупность параметров, соответствующих известным (эталонным) значениям определяемой величины, которые запоминаются в устройстве обработки, а в процессе измерения искомая величина определяется по специальным формулам, связывающим результаты измерений и калибровки (патент РФ №2227320, опубл. 20.04. 2004).

Недостатком прототипа является сложность технической реализации, связанная с необходимостью использования разнообразных датчиков, измеряющих разные показатели качества, что, в конечном счете, усложняет конструкцию, снижает надежность, усложняет процессы настройки, пуско-наладки и эксплуатацию прибора в экстремальных климатических условиях.

Поставлена задача: без снижения точности измерений упростить техническую реализацию способа, посредством применения датчика ЯМР, в тех случаях, когда функция преобразования или уравнения, связывающие измеряемые параметры с искомым показателем неизвестны.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе, который основан на методе спектрометрии ядерного магнитного резонанса с использованием калибровки, заключающимся в том, что снимают ЯМР-спектры нескольких эталонных нефтепродуктов с известными значениями показателей качества, охватывающими полный диапазон возможных изменений, фиксируется основной химический сдвиг, определяемый положением абсолютного максимума ЯМР-спектра каждого нефтепродукта, отличающийся тем, что на основе снятых спектров определяются аналитические зависимости, связывающие нормированные значения каждого показателя качества с основным химическим сдвигом эталонных нефтепродуктов

, ,

где k=1, 2 … n - соответствует номеру показателя качества,

- нормированное значение показателя качества,

Qk и Qk,max - текущее и максимальное значения k-го показателя качества, которые запоминают в устройстве обработки, измеряют ЯМР-спектр контролируемого продукта, для которого фиксируют основной химических сдвиг qX, после чего каждый показатель качества определяют по формуле

.

где Qk,X - k-й показатель качества контролируемого нефтепродукта.

Положительный эффект достигается за счет того, что в процессе калибровки закладываются значения, позволяющие создать функцию преобразования прибора по каждому показателю качества, при этом используется только один датчик.

Пусть имеется нефтепродукт, у которого нужно определить перечисленную выше совокупность {Qk}, (k=1…n) показателей качества методами ЯМР, то есть на основе определения химического сдвига относительно эталона (эталонов) с известными значениями исследуемых параметров, n - число показателей качества. Химический сдвиг определяет относительную (по отношении к эталону) частоту ядерного магнитного резонанса вещества. При этом каждый показатель качества изменяется в диапазоне [Qk,min÷Qk,max]. Химический сдвиг определяется датчиком ЯМР по спектрометрической характеристике, вид которой зависит от химического состава и структуры вещества. В частности, для нефтепродуктов от наличия атомов водорода и кислорода и их соединений. Типичный вид ЯМР-спектра бензина показан на фигуре 1.

В ЯМР-спектре как правило несколько экстремумов, в данном изобретении будем использовать основной химический сдвиг (q) соответствующий абсолютному максимуму.

В общем случае основной химический сдвиг, вызванный изменением показателей качества нефтепродукта от эталонного значения, может описываться функцией:

Функция (1) неизвестна. Учитывая, что любой измерительный процесс подразумевает в себе, кроме сбора и обработки информации, также операцию калибровки прибора по известным эталонным параметрам, для решения поставленной задачи предложен алгоритм измерений, сущность которого состоит в том, что при неизвестной функции F составляется калибровочная модель процесса измерения. Для этого берется несколько образцов топлива с известными значениями показателей качества, определенными лабораторными способами и ставится им в соответствие столько же отсчетов химических сдвигов. При этом необходимо, чтобы образцовые топлива полностью перекрывали ожидаемый диапазон изменений определяемых показателей качества. Количество образцовых топлив N должно быть не меньше числа определяемых показателей качества n (N≥n). Пусть имеется N калибровочных образцов топлива. Каждый из этих образцов имеет свой набор показателей качества. Например, первый образец (N=1) имеет набор показателей качества Q1,1, Q1,2, … Q1,k … Q1,n. Образец N = i имеет набор показателей качества Qi,1, Qi,2, … Qi,k … Qi,n. Образец (N=N) имеет набор показателей качества QN.1, QN.2, … QN,n. Здесь первый индекс соответствует номеру калибровочного образца, второй индекс - номеру показателя качества.

Показатели качества Qk имеют разную размерность, поэтому изображение их на одном графике невозможно. Однако если показатели качества брать нормированными, определяемыми как текущее значение, деленное на максимальное значение, то иллюстрирование становится возможным в относительных (безразмерных) единицах. Например, если показатель качества Qk имеет диапазон изменения [Qkmin÷Qk,max], то нормированный показатель качества определится по формуле

Тогда, для нормированных показателей качества, любой нефтепродукт может характеризоваться набором функций (графиков), показанных на фигуре 2, связывающих показатели качества с химическим сдвигом.

Таким образом, по набору экспериментальных данных для каждого показателя качества составляется аналитическую зависимость, связывающую показатель качества с химическим сдвигом

,

Совокупность полученных зависимостей храниться в устройстве обработке. Для оценки показателей качества испытуемого топлива снимается его ЯМР - спектр, определяется его основной химический сдвиг. Далеенабор нормированных показателей качества для произвольного значения химического сдвига qx определится по формуле

Абсолютное значение показателя качества определится по формуле

Аппроксимацию экспериментальных точек можно проводить по методу наименьших квадратов различными функциями заданного вида, в простейшем случае степенным полиномом. Возможно использование сторонних программных комплексов: Mathcad, Maple, Matlab.

Предложенный способ измерений не требует точного знания функции, связывающей искомый показатель качества с отсчетами ЯМР-характеристики исследуемого образца параметрами. Она предполагает создание математической модели на основе эталонных образцов топлив с известными значениями показателей качества. При этом показатели качества определяются без анализа химического состава и при измерениях одним датчиком.

Способ измерения показателей качества нефтепродуктов методом спектрометрии ядерного магнитного резонанса (ЯМР-спектрометрии), основанный на калибровке, заключающийся в том, что снимают ЯМР-спектры нескольких эталонных нефтепродуктов с известными значениями показателей качества, охватывающими полный диапазон возможных изменений, фиксируется основной химический сдвиг, определяемый положением абсолютного максимума ЯМР-спектра каждого нефтепродукта, отличающийся тем, что на основе снятых спектров определяются и фиксируются аналитические зависимости, связывающие нормированные значения каждого показателя качества с основным химическим сдвигом эталонных нефтепродуктов
,
где k=1,2,…n - соответствует номеру показателя качества,
- нормированное значение показателя качества,
Qk и Qk,max - текущее и максимальное значения k-го показателя качества,
при измерении ЯМР-спектра контролируемого продукта определяется основной химический сдвиг qX, происходит выборка необходимой ранее определенной аналитической зависимости, после чего каждый показатель качества определяют по формуле

где Qk,X - k-й показатель качества контролируемого нефтепродукта.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к анализу в масложировой промышленности. .

Изобретение относится к области эксплуатации нефтяных месторождений, конкретно к оптимизации разработки залежей вязких и высоковязких нефтей на основе систематических промыслово-геофизических исследований пластовой продукции посредством импульсной методики и техники ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в сильном магнитном поле [1].

Изобретение относится к радиотехническим средствам, использующим магнитный резонанс для поиска и обнаружения преимущественно наркотиков и взрывчатых веществ в составе предъявленных для исследования предметов, а также поляризационную селекцию и фазовый анализ для поиска и обнаружения наркотиков, упакованных в неметаллическую оболочку и находящихся в укрывающих средах, например в брюшной полости человека, используемого для транспортировки наркотических средств, багаже, чемоданах, дипломатах, сумках и т.п., и может найти применение в аэропортах, таможенных терминалах, блокпостах, автопарковках и т.п.

Изобретение относится к области практического применения импульсных ЯМР-спектрометров для эскпрессного определения показателей качества семян масличных культур.

Изобретение относится к области применения ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) для обнаружения веществ, содержащих атомы, ядра которых обладают квадрупольным моментом.

Изобретение относится к физическим измерениям, а именно к радиотехническим средствам, использующим магнитный резонанс, для поиска и обнаружения преимущественно наркотиков и взрывчатых веществ в составе предъявленных для исследования веществ.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения сероводорода в газовых средах. .

Использование: предлагаемая система относится к радиотехническим средствам, использующим магнитный резонанс для поиска и обнаружения преимущественно наркотиков и взрывчатых веществ в составе предъявленных для исследования предметов, а также поляризационную селекцию и фазовый анализ для поиска и обнаружения наркотиков, упакованных в неметаллическую оболочку и находящихся в укрывающих средах, например в брюшной полости человека, используемого для транспортировки наркотических средств, багаже, чемоданах, дипломатах, сумках и т.п., и может найти применение в аэропортах, таможенных терминалах, блокпостах, автопарковках, железнодорожных вокзалах и т.п. Сущность: система содержит передающую антенну 1, передатчик 2, генератор 3 импульсов, синхронизатор 4, первую 5 и вторую 13 приемные антенны, первый 6 и второй 14 приемники, накопитель 7, исследуемое вещество 8, наркотическое средство 9, помещенное в укрывающую среду, антенный блок 10, блок 11 временной задержки, ключ 12, смеситель 15, гетеродин 16, усилитель 17 промежуточной частоты, перемножители 18, 23, 24, 26 и 27, узкополосный фильтр 19, фазовый детектор 20, блок 21 сравнения, блок 22 регистрации, фазовращатель 25 на 90°, масштабирующий перемножитель 28, блок 29 вычитания и сумматор 30. Технический результат: повышение чувствительности при измерении малых фазовых сдвигов, соответствующих малоконтрастным наркотическим веществам, путем их «усиления» в четыре раза. 1 ил.

Использование: для выполнения исследований посредством магнитно-резонансной системы, в которой предусмотрено гиперполяризационное устройство на фотонной основе. Сущность изобретения заключается в том, что в магнитно-резонансной системе используется гиперполяризационное устройство на фотонной основе с электромагнитным источником для испускания фотонного излучения, которое имеет существенную глубину проникновения в вещество объекта, в частности в ткань, подлежащую исследованию. Применяют мягкие или ультрамягкие рентгеновские лучи. Технический результат: обеспечение возможности создания магнитно-резонансной системы для исследования на фотонной основе, которая обладает большей гибкостью в отношении визуализации внутренней части объекта, подлежащего исследованию. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области медицины и касается устройства для воздействия инфракрасным излучением на кожу человека. Устройство выполнено в виде магнитно-резонансного томографа, и содержит приемо-передающий канал, блок пространственной локализации, микропроцессорный контроллер и дисплей. Устройство также оснащено блоком локального воздействия, выполненным в виде манипулятора с ИК лазером, линзой и маркером для привязки луча лазера к системе координат исследуемой области. Технический результат заключается в повышении точности и мощности локального воздействия, а также в обеспечении возможности отслеживания происходящих изменений в ткани объекта. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Использование: для магнитно-резонансного обследования. Сущность изобретения заключается в том, что система для магнитно-резонансного обследования содержит радиочастотную систему для индуцирования резонанса в поляризованных ядерных магнитных диполях и приема сигналов магнитного резонанса от объекта, подлежащего обследованию, модуль термометрии для получения распределения температуры объекта, подлежащего обследованию, из сигналов магнитного резонанса, и при этом система для магнитно-резонансного обследования дополнительно содержит устройство гиперполяризации на фотонной основе, с фотонным источником для испускания электромагнитного излучения, преобразователем мод, содержащим фазовую голограмму для придания орбитального углового момента электромагнитному излучению, пространственным фильтром для выбора из фазовой голограммы дифрагированного фотонного луча, получившего орбитальный угловой момент для поляризации ядерных магнитных диполей посредством переданного орбитального углового момента. Технический результат: обеспечение возможности выполнения системы для магнитно-резонансного обследования, основанной на гиперполяризации посредством орбитального углового момента, которая способна измерять температуру способом пространственного разложения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в устройствах радиосвязи для совместимости радиоэлектронных средств, а также для исследования параметров вторичного излучения различных сред. Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет определения параметров вторичного излучения. Для этого устройство дополнительно содержит коммутатор антенн, приемо-передающую антенную систему, формирователь информации излучения вторичных излучателей, преобразователь частотного спектра, блок фильтров, блок анализа спектра излучения и блок индикаторов. Возбужденное антенными системами электромагнитное поле (ЭМП) приводит в возбужденное состояние исследуемые среды: электрические платы, электрические схемы, блочные конструкции, диэлектрические и слабо проводящие материалы и прочее. Эти исследуемые среды могут излучать вторичное поле, причем уровень его зависит от блочных или конструктивных особенностей, от материала и достоинств и недостатков. Излученное вторичное ЭМП фиксируется антенной системой. 12 з.п.ф-лы,16 ил.

Изобретение относится к маркированным изделиям из бумаги. Описывается способ изготовления маркированного изделия из бумаги с использованием облучения области изделия из бумаги электронным пучком с дозой от 0,10 Мрад до около 5 Мрад, где электроны имеют энергию от около 0,25 МэВ до 10 МэВ. Облучение осуществляют в условиях, выбранных для изменения функционализации указанной области изделия из бумаги. Указанная область может быть образована в форме «водяного знака» или символа. Изобретение обеспечивает на изделиях из бумаги маркировку, невидимую невооруженным глазом, которую трудно копировать без достаточно сложного оборудования, что затрудняет ее подделку. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области радиосвязи. Отличительной особенностью заявленного устройства исследования электромагнитного поля вторичных излучателей является введение коммутатора передающих антенн, коммутатора приемо-передающих антенн, приемо-передающей антенной системы, двух передающих антенн для создания вертикальной составляющей, двух передающих антенн для создания горизонтальной составляющей, адаптивного преобразователя, формирователя информации излучения вторичных излучателей, преобразователя частотного спектра, блока фильтров, блока анализа спектра излучения, блока исследования спектра вторичного излучения. Техническим результатом является автоматизация анализа частотных свойств поля вторичного излучения исследуемых объектов и их уровней, увеличение чувствительности устройства введением адаптивной обработки сигналов вторичных излучателей. 17 з.п. ф-лы, 22 ил.
Наверх