本書結合作者團隊多年的科研成果，系統(tǒng)介紹了近紅外光譜分析通用技術，分析了國內(nèi)外研究和應用的最新進展，重點展示了近紅外光譜分析技術在煉油和化工領域中的應用實踐成果。全書主要包含兩部分內(nèi)容：一是從實用性角度系統(tǒng)介紹了近紅外光譜分析通用技術及其進展，包括近紅外光譜解析、儀器、化學計量學方法與軟件、在線分析技術等；二是作者團隊多年來在煉油和化工領域進行應用研究和應用實踐中取得的成果，涉及的領域包括催化重整、MTBE生產(chǎn)、S Zorb、汽油調(diào)和、柴油分析、潤滑油基礎油生產(chǎn)、原油快評、蒸汽裂解、聚丙烯生產(chǎn)、PAO生產(chǎn)、雙氧水生產(chǎn)和成品油管道輸送等。
全書圖文并茂、通俗易懂、理論聯(lián)系實際，可作為從事近紅外光譜分析技術研究和應用的教學、科研和管理人員的參考用書，也可作為煉油和化工企事業(yè)單位運用近紅外光譜技術的培訓教材以及高校和科研院所相關專業(yè)師生的選修讀物。
褚小立，工學博士，石油化工科學研究院教授級高工，2005年在中石化石油化工科學研究院獲得博士學位。主要研究方向為光譜分析與化學計量學算法，研發(fā)用于智能工廠的石油化工品快速和在線光譜分析新技術，研制高效光譜采集附件，研究新型光譜預處理、多元定量校正和模式識別算法以及建模新策略。取得了多項富有創(chuàng)造性和實用性的科研成果，申請發(fā)明專利80余件，發(fā)表學術論文80余篇，出版多本專著和譯著。曾獲軍隊科技進步一等獎1項，中石化科技進步多項。曾獲侯祥麟石油加工科學技術獎、中石化閔恩澤青年科技人才獎、第十三屆中國青年科技獎、中央企業(yè)優(yōu)秀共產(chǎn)黨員稱號。
第1章概述 001
1.1近紅外光譜的發(fā)展歷程001
1.2近紅外光譜產(chǎn)生機理003
1.3近紅外光譜吸收譜帶的解析007
1.3.1C—H的吸收譜帶008
1.3.2O—H的吸收譜帶014
1.3.3N—H的吸收譜帶018
1.3.4C=O、P—H和S—H的吸收譜帶019
1.3.5復雜物質(zhì)的吸收譜帶021
1.4近紅外光譜定量分析原理023
1.5近紅外光譜分析技術的特點025
1.6近紅外光譜在石油煉制和化工領域中的應用現(xiàn)狀026
1.6.1引言026
1.6.2油氣分析029
1.6.3化工品分析040
1.7近紅外光譜標準方法043
參考文獻045
第2章近紅外光譜儀器 052
2.1儀器的基本構成052
2.2分光類型053
2.2.1濾光片型053
2.2.2發(fā)光二極管型054
2.2.3光柵色散型054
2.2.4傅里葉變換型054
2.2.5聲光可調(diào)濾光器型055
2.2.6陣列檢測器型056
2.2.7其他類型056
2.3測樣附件057
2.3.1透射和透反射附件058
2.3.2漫反射測樣附件058
2.3.3漫透射和漫透反射附件060
2.4儀器的性能指標061
2.4.1波長范圍061
2.4.2分辨率061
2.4.3波長準確性062
2.4.4波長重復性062
2.4.5吸光度準確性062
2.4.6吸光度重復性062
2.4.7噪聲063
2.4.8雜散光063
2.5儀器的應用類型063
2.5.1實驗室型儀器063
2.5.2便攜式儀器063
2.5.3在線型儀器064
2.6微小型近紅外光譜儀器應用進展065
2.6.1農(nóng)業(yè)與林業(yè)065
2.6.2食品與藥品067
2.6.3煉油與化工069
2.6.4刑偵安全070
2.6.5其他070
2.6.6展望071
參考文獻072
第3章化學計量學方法與軟件 080
3.1引言080
3.2常用的化學計量學方法081
3.2.1光譜預處理方法081
3.2.2波長篩選方法082
3.2.3異常樣本的識別方法084
3.2.4樣本的選擇方法086
3.2.5定量建模方法087
3.2.6定量模型評價方法090
3.2.7模型傳遞方法094
3.3定量模型建立與驗證流程094
3.3.1樣本的收集095
3.3.2代表性樣本的挑選095
3.3.3光譜測定096
3.3.4基礎數(shù)據(jù)的測定097
3.3.5定量校正模型的建立097
3.3.6定量校正模型的驗證097
3.3.7校正模型適用性判據(jù)的建立098
3.3.8常規(guī)分析與模型的更新098
3.4RIPP化學計量學軟件100
3.5化學計量學方法新進展104
3.5.1光譜預處理方法104
3.5.2變量選擇和數(shù)據(jù)降維方法106
3.5.3多元定量和定性校正方法108
3.5.4模型傳遞與模型維護方法111
3.5.5多光譜融合方法112
3.6化學計量學方法在石油分析中的應用進展114
3.6.1色譜115
3.6.2質(zhì)譜116
3.6.3核磁共振譜117
3.6.4其他分析技術117
3.6.5小結118
參考文獻118
第4章近紅外光譜在線分析技術 132
4.1概述132
4.2在線分析系統(tǒng)的構成134
4.2.1硬件134
4.2.2軟件及模型139
4.3在線分析系統(tǒng)的性能評價141
4.4在線分析項目的實施143
4.5在線分析項目的管理與維護145
4.5.1管理145
4.5.2驗證和維護146
參考文獻147
第5章近紅外光譜在重整裝置中的研究與應用 149
5.1應用基礎研究149
5.1.1重整生成油詳細烴組成的預測分析149
5.1.2石腦油單體烴的預測分析研究153
5.1.3基礎數(shù)據(jù)準確性對預測結果影響的研究155
5.1.4遺傳算法用于波長篩選的研究159
5.1.5樣品溫度穩(wěn)健校正模型的建立162
5.1.6小波變換提取定量建模信息的研究170
5.1.7小波變換結合多維校正方法的研究176
5.1.8普魯克分析用于不同儀器光譜傳遞的研究180
5.1.9基于目標因子分析的模型傳遞方法研究185
5.1.10消除在線多通道光譜間差異的研究189
5.2一種新型在線近紅外光譜分析儀的研制197
5.2.1引言197
5.2.2分析儀構造設計與光學原理197
5.2.3主要技術指標與特征199
5.2.4幾個關鍵實驗結果200
5.2.5工業(yè)應用203
5.2.6小結204
5.3在重整中型裝置上的應用204
5.3.1儀器系統(tǒng)及其安裝204
5.3.2分析模型的建立207
5.3.3準確性和重復性209
5.3.4在線應用210
5.3.5小結211
5.4在重整工業(yè)裝置上的應用211
5.4.1在線近紅外光譜分析系統(tǒng)211
5.4.2分析模型的建立與評價213
5.4.3在線分析運行效果216
5.4.4小結216
參考文獻217
第6章近紅外光譜在MTBE裝置中的研究與應用 220
6.1支持向量回歸建立醇烯比預測模型的研究220
6.1.1樣本與方法220
6.1.2PLS方法結果221
6.1.3SVR方法結果223
6.1.4與ANN方法比較223
6.1.5小結224
6.2在MTBE工業(yè)裝置上的應用224
6.2.1樣本與方法224
6.2.2在線分析系統(tǒng)的設計與集成225
6.2.3在線分析系統(tǒng)的實驗室考核226
6.2.4在線應用研究228
6.2.5工業(yè)應用230
6.2.6小結230
參考文獻231
第7章近紅外光譜在S Zorb裝置中的應用 232
7.1在線分析系統(tǒng)配置232
7.1.1系統(tǒng)概述232
7.1.2在線光譜儀與預處理系統(tǒng)233
7.2在線分析模型的建立234
7.2.1樣本與方法234
7.2.2模型的建立235
7.3在線分析運行效果237
7.4小結240
參考文獻240
第8章近紅外光譜在汽油調(diào)和裝置中的研究與應用 241
8.1汽油近紅外光譜數(shù)據(jù)庫的建立241
8.1.1建庫的實驗條件241
8.1.2催化裂化汽油數(shù)據(jù)庫242
8.1.3成品汽油數(shù)據(jù)庫246
8.1.4小結250
8.2自動檢索算法在建立汽油預測模型中的應用250
8.2.1樣本與方法251
8.2.2校正模型的建立251
8.2.3預測分析255
8.2.4小結256
8.3PLSRR-ELM建立辛烷值模型的研究256
8.3.1理論與算法257
8.3.2樣本與方法259
8.3.3光譜區(qū)間選擇260
8.3.4模型參數(shù)優(yōu)化261
8.3.5方法比較263
8.3.6小結265
8.4在汽油調(diào)和裝置中的應用265
8.4.1在線分析系統(tǒng)開發(fā)267
8.4.2在線模型的建立與驗證270
8.4.3推廣應用272
8.4.4小結274
參考文獻275
第9章近紅外光譜在柴油分析中的研究與應用 277
9.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡預測柴油閃點的研究277
9.1.1原理與策略277
9.1.2樣本與方法278
9.1.3ANN模型的建立與評價278
9.1.4小結281
9.2柴油近紅外光譜數(shù)據(jù)庫的建立281
9.2.1建庫的實驗條件281
9.2.2分析模型的建立282
9.2.3預測分析284
9.2.4小結284
9.3LTAG加氫單元原料和產(chǎn)品組成的快速分析及應用285
9.3.1樣本與方法285
9.3.2數(shù)據(jù)處理及建模286
9.3.3準確性和重復性分析287
9.3.4在煉廠中的應用288
9.3.5小結289
9.4虛擬光譜方法預測LTAG原料與產(chǎn)物烴組成的研究290
9.4.1樣本與方法290
9.4.2PLS方法結果291
9.4.3虛擬光譜識別方法結果291
9.4.4小結294
9.5預測生物柴油主要組成的研究294
9.5.1樣本與方法294
9.5.2生物柴油的光譜解析295
9.5.3文冠果油單原料油模型與驗證296
9.5.4多種原料油模型與驗證297
9.5.5方法的適用性和重復性研究297
9.5.6小結299
參考文獻299
第10章近紅外光譜在潤滑油基礎油生產(chǎn)裝置中的研究與應用 301
10.1預測基礎油黏度及黏度指數(shù)301
10.1.1樣本與方法302
10.1.2黏度分析模型的建立302
10.1.3黏度指數(shù)分析模型的建立308
10.1.4小結309
10.2潤滑油加氫異構裝置上的應用309
10.2.1在線分析系統(tǒng)配置310
10.2.2在線分析模型建立311
10.2.3在線運行效果313
10.2.4小結318
參考文獻319
第11章原油快評技術的研發(fā)與應用 320
11.1原油近紅外光譜數(shù)據(jù)庫的建立321
11.1.1樣本與方法321
11.1.2原油主要性質(zhì)的預測分析322
11.1.3小結325
11.2原油種類快速識別的研究325
11.2.1算法原理326
11.2.2識別參數(shù)的選擇326
11.2.3未知原油的識別328
11.2.4混兌原油的識別329
11.2.5小結331
11.3預測原油混兌比例的研究331
11.3.1算法原理331
11.3.2樣本與方法333
11.3.3混兌油的光譜分析334
11.3.4混兌比例校正模型的建立334
11.3.5預測驗證分析335
11.3.6小結336
11.4庫光譜擬合方法用于原油評價的研究336
11.4.1方法原理337
11.4.2原油光譜的擬合結果339
11.4.3性質(zhì)預測分析340
11.4.4小結342
11.5原油快評技術的開發(fā)與應用342
11.6Web版原油快評技術的開發(fā)與應用344
11.7配方原油技術的研發(fā)與應用346
11.7.1配方原油技術的實施流程348
11.7.2類阿曼原油的配方設計348
11.7.3工業(yè)應用試驗352
11.7.4小結353
參考文獻353
第12章近紅外光譜在蒸汽裂解裝置中的應用 355
12.1在線近紅外分析系統(tǒng)的設計與安裝356
12.1.1系統(tǒng)概述356
12.1.2技術規(guī)格及功能356
12.1.3現(xiàn)場安裝358
12.2在線分析模型的開發(fā)358
12.2.1石腦油在線分析模型的建立358
12.2.2加氫裂化尾油在線分析模型的建立360
12.3在線分析系統(tǒng)的運行361
12.4小結363
參考文獻363
第13章近紅外光譜在聚丙烯裝置中的研制與應用 365
13.1聚丙烯專用分析儀的研制365
13.1.1專用分析儀的設計365
13.1.2專用分析儀的主要技術參數(shù)367
13.1.3專用分析儀的應用368
13.1.4小結369
13.2聚丙烯在線分析系統(tǒng)的研制與應用369
13.2.1硬件系統(tǒng)的方案設計370
13.2.2現(xiàn)場安裝測試與應用371
13.2.3小結373
參考文獻374
第14章近紅外光譜在PAO分析中的應用研究 375
14.1樣本與方法375
14.1.1樣本來源375
14.1.2光譜采集376
14.1.3校正集與驗證集376
14.2單光譜模型376
14.2.1NIR光譜模型376
14.2.2FT-IR光譜模型377
14.2.3Raman光譜模型378
14.2.43種光譜模型的比較379
14.3光譜融合模型382
14.3.1低層融合模型382
14.3.2中層融合模型383
14.3.3高層融合模型385
14.3.4SO-PLS融合模型386
14.3.5N-PLS融合模型388
14.4小結389
參考文獻390
第15章近紅外光譜在雙氧水生產(chǎn)裝置中的應用 392
15.1偏最小二乘建模393
15.1.1建模樣品及數(shù)據(jù)集393
15.1.2光譜采集393
15.1.3模型建立與評價394
15.2隨機森林建模395
15.2.1建模樣品及數(shù)據(jù)集396
15.2.2RF校正模型的建立397
15.2.3氫效和氧效RF混合模型效果397
15.2.4萃余RF分析模型效果398
15.3在線工業(yè)應用試驗399
15.3.1在線近紅外分析系統(tǒng)399
15.3.2在線分析結果準確性評價401
15.3.3在線分析模型重復性評價403
15.4小結403
參考文獻404
第16章近紅外光譜在成品油管道輸送中的應用 405
16.1實驗室模擬混油界面檢測405
16.1.1硬件系統(tǒng)設計開發(fā)405
16.1.2混油界面檢測系統(tǒng)模擬裝置搭建407
16.1.3同種油品模擬407
16.1.4汽油-柴油過渡408
16.1.5柴油-汽油過渡408
16.2工業(yè)管道混油界面檢測試驗410
16.2.1硬件配置410
16.2.2試驗方法410
16.2.3混油界面檢測410
16.3小結411
參考文獻412
第17章中紅外光譜在原油及油品分析中的應用 413
17.1二維紅外相關光譜在原油快速識別中的研究413
17.1.1二維相關光譜算法414
17.1.2樣本與方法415
17.1.3識別參數(shù)的選擇417
17.1.4混合原油的識別417
17.1.5小結418
17.2中紅外光譜預測原油酸值的研究419
17.2.1樣本與方法419
17.2.2模型建立與驗證420
17.2.3方法的重復性421
17.2.4小結422
17.3中紅外光譜預測汽油二烯值的研究422
17.3.1樣本與方法422
17.3.2譜圖解析423
17.3.3模型建立與驗證424
17.3.4小結426
17.4中紅外光譜預測潤滑油新油堿值和酸值的研究426
17.4.1樣本與方法426
17.4.2校正模型的建立427
17.4.3模型的驗證429
17.4.4小結430
17.5中紅外光譜預測渣油組成和多種物化性質(zhì)的研究431
17.5.1樣本與方法431
17.5.2分類與判別研究432
17.5.3渣油四組分的校正與驗證435
17.5.4渣油其他物化性質(zhì)的校正與驗證436
17.5.5小結437
參考文獻438
第18章近紅外光譜分析技術展望 439
18.1硬件439
18.2化學計量學方法與軟件440
18.3應用的拓展與深入441
參考文獻443
索引 445
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