近紅外光譜技術慧眼“識”油:專訪中國科學院院士陸婉珍

□ 本刊記者 許帆婷 陳幟

訪談人名片

陸婉珍，分析化學家與石油化學家，中國石化集團公司科學技術委員會顧問。她是中國色譜法的開拓者之一，1991年11月當選中國科學院院士。

記者：原油是煉油化工的原料，對原油做分析和評價是為了更好地對原油進行加工處理。請您介紹一下原油評價工作在煉油化工、原油貿易等方面居于什么地位及所起的作用，人們對它的認識經歷了怎樣的過程。

陸婉珍：上世紀50年代，我們國家派了一批專家到蘇聯專門學習原油評價技術。他們回來以后就在大連開始籌建一整套原油評價的設備，其中最關鍵的裝置是一個標準化的蒸餾塔。我國的原油評價技術就是從那兒開始的。

原油評價為什么很重要呢？我們知道，原油是煉油化工的原料。原油變化了，煉油的方法也得相應改變。所以必須早一點了解原油的狀況，以指導煉油。最初發現原油的時候，人們只需要從中提取一樣東西，就是點燈用的油。所以就需要知道燈油產率有多少以及冒不冒煙等性質。這是最原始的原油評價，后來逐漸發展了其他方面的評價。我國一開始的時候分析的是克拉瑪依的油，后來發現了大慶油田，就開始對大慶油做評價。大慶油在世界上是一種很特殊的油，它含蠟量很高。后來發現了更多的油田，我們又分析勝利油、江漢油等其他油田的油。

進入21世紀，我國開始大量進口原油，種類之多不可勝數。現在國產原油只占到原油消費量的不足一半。有時候船到碼頭，我們才知道是哪種油。形勢的變化需要我們對原油評價的方法作出改進。現在對我們工作的一個新要求就是速度要快，船一到碼頭就要盡快分析出油的比重和硫含量。一是因為原油的價格是依靠原油評價定的；二是因為煉廠加工的原油來源經常變化，需要了解每一種油的性質，指導煉油。

煉廠對原油評價速度的要求很高，最好一兩個小時，甚至二十分鐘出結果。用傳統的蒸餾塔方法達不到這個速度，現在用近紅外光譜分析法，其基本原理是用油樣的光譜數據與現有數據庫里的光譜數據做對比，就能得到這種油的一些關鍵數據，比如實沸點、含硫量等。

推廣近紅外光譜技術目前還存在困難

記者：近紅外光譜技術是從上世紀80年代才開始使用的，這個技術跟以前的傳統技術相比有什么樣的優缺點？它是不是能更好地解決一些新問題？

陸婉珍：這個技術最大的優點就是速度快、高通量、儀器設備簡單，而且可以實現在線分析。原理是這樣的，每個油都可以測得一個光譜，把分析結果放在計算機里就成為一個檔案。我們經過60多年的累積，建立了一個有500多種原油的光譜檔案數據庫。一種新的油，只要把它的光譜在數據庫里做比對，就能找出與它最接近的油品，從而快速得到這種新油的一些重要性質。

但是近紅外光譜技術也有一些缺點。首先它做出來的酸值不夠精確。酸值是一個非常重要的參數，酸值高的原油會腐蝕蒸餾塔。所以現在我們補充了紅外光譜的方法，波段比近紅外光譜要偏長一些。這兩個儀器同時用，可以互為補充。

其次，近紅外光譜儀的分析過程，需要應用一個預先做好的模型。這個模型要穩定，不能在不同的儀器上做出不同的結果。因為要求的精度很高，而我們的儀器總會有一點誤差，這是硬件的問題，最近我們正和制造廠商合作解決這個問題。其實還有一種解決辦法，就是在同一臺儀器上做檢測，使用同一套模型，也就不會出現誤差的問題了。

最近我們在廣石化有一臺近紅外光譜儀，用來做油品自動調和，它能很快告訴你油品的辛烷值以及芳烴等質量數據。我們日常所用的汽油，其實是用好幾種油調出來的。過去調油依靠人工計算，對油的狀況不能及時了解，憑的是經驗，所以結果不是很準確。為了保險起見，總是要犧牲點辛烷值，比如90號的汽油調到91號。現在用紅外光譜儀來分析，用在線計算機來計算，就能調得很精確，90號汽油就是90號，能夠做到卡邊操作，有比較顯著的經濟效益。

但是，作為一種新技術，它的推廣目前還存在許多困難。但我始終認為，這是現代流程工業的一個總趨勢，必須要花大力氣搞起來、推廣下去。

記者：剛才說到近紅外光譜儀可以做原油評價的工作，現在有一種原油調和技術，這個工作的基礎就是原油評價。那么，原油評價是怎樣運用到原油調和的技術上的？原油調和技術的出現，對煉油工業有什么好處？

陸婉珍：原油評價最關鍵的是兩部分內容：一是實沸點蒸餾。它能告訴我們原油蒸到多少溫度能出多少油，這是原油評價非常關鍵的一個數據，因為同樣比重的油，實沸點不一定相同。二是分析油中的芳烴原料、金屬雜質、含硫量等這些組分的情況。例如知道催化裂化原料的多少，才能決定裝置的開工情況。假如硫含量很高的話，必須加氫脫硫處理。有的油能出一些特殊的產品，比如大慶油能出石蠟、勝利油能做瀝青。原油評價也能告訴你油里有沒有含蠟、有沒有瀝青組分。

□ 陸婉珍院士（左）與科研人員討論課題。

現在我們在海外買的原油種類變化很快，而且又沒法控制。尤其是常常會買到所謂“機會油”，價格比較低，可是會有一些缺點，比如酸值高。假如能夠準確知道它的性質，調和得好，也可以變成好油。

調和原油最關鍵的指標是蒸餾曲線。太輕或太重的油都會對蒸餾塔的運作造成影響。比如阿曼油就很輕，經常一蒸就冒頂，所以最好能與較重的油調和到合適的程度再去煉。其次就是調硫含量以及別的成分，特高硫的油可以與低硫的原油調在一起。但這個經濟價值不高，我們關注得比較少。另外就是提示一些不能相互摻和的成分。比如想做瀝青的油就不要與含蠟的原油混合，否則含蠟太高就不能生產出合格的瀝青了。

國內原油評價有三方面需要提高

記者：您對原油評價領域未來的發展有何展望？您認為將來還有怎樣的發展空間？想要在原油評價方面進一步發展，關鍵在哪兒？

陸婉珍：主要有三方面需要提高：首先是要有一個全面的數據庫。現在原油品種增加很快，有新發現的油藏，也有頁巖油這樣的非常規油。這就需要我們不斷拓展數據量。其次要求評價速度更快，以滿足調和油品的需求。這個對中國來說是一個大問題，但在國外并不是很重要。最后，我們需要應對許多新出現的問題。比如，以前我們做原油評價并不關注氯，因為油里很少含有氯。但是現在有的油田用四氯化碳驅油，一部分四氯化碳會混在原油里，加氫過程中變成鹽酸，容易腐蝕設備。所以我們做評價的時候，也得告訴他們有多少氯。針對這樣的新情況，原油評價的內容也要不斷擴展。

我們國家要進一步發展原油評價，關鍵在于建立一支穩定的隊伍。有一支穩定的隊伍在不斷地做評價工作，我們積累的數據量也就會越來越大。在對現有的技術熟悉之后，往前發展也就比較容易了。

記者：您剛才提到我們隊伍的不足，推廣做得還不是很好。那么您認為技術的發展與推廣的關系是怎樣的？是等著現有的技術推廣到一定程度再繼續往前發展，還是不管推廣程度如何，先研究技術？

陸婉珍：一個技術要慢慢創新提高，必須要有一個應用的背景。尤其是我們從事的煉油技術，如果將它“藏之閨閣”，那將來就會變成“半老徐娘”。更何況，在應用的過程中才能發現新問題，技術才能得到不斷完善和提高。應用是一個考驗，如果不用，就看不到問題，沒有挑戰。

比如我們的汽油自動調和技術在廣石化應用，假如要推廣到另一個煉油廠，也許還要解決一些新的問題。在廣石化就出現了一些事先沒有想到的問題，例如他們有很長的輸油管線，其儲存的油量很大，這部分油會影響調和的結果。其次我國加工的原油不如國外煉廠的穩定，變化很頻繁，因此調和的方案變化也較快。這些課題假如不去應用，是不會了解的。而解決這些問題必須自己做工作。再比如，為了使這套設備能長期穩定運行，需要培養一支專門的維護隊伍，這也是事先沒有考慮到的。

我們對事物的認識有一個過程。對于一個基礎性的工作，需要看到它的前途、意義和發展方向。有時候可能三四年都出不了成果，這時就會有人不理解。這個問題在我們國家的科學界同樣存在。我把石科院所從事的工作叫做應用研究，有很多基礎理論是借鑒前人的工作。但是我們也在從事一些基礎工作，如原油評價數據的積累等。在這些知識的基礎上，才能創新。