新青胜蓝惟所盼：陆婉珍传书

1800年，英国科学家赫歇耳（W．Herschel）发现在可见光区域红色末端之外还存在人眼看不见的其他辐射区域，称为红外光（Infra－red）。实际上这一段是近红外光，是位于紫外－可见光（UV－Vis）和中红外光（MIR）之间的电磁波，其波长范围为700～2 500 nm（14 286～4 000cm－1），又分为短波（700 ～1 100 nm）和长波（1 100～2 500 nm）近红外两个区域。为纪念赫歇耳的发现，短波近红外区也称为“赫歇耳区”。

尽管近红外光发现得很早，但在20世纪70年代前，近红外光谱区域被认为是光谱区的“垃圾箱”。与中红外光谱（基频振动）相比，近红外光谱主要反映的是含氢化学基团（如C—H、N—H、O—H等）振动的倍频和合频吸收，鲜有锐峰以及与基线分离的独立峰，大量的是重叠的宽谱带，几乎没有“指纹性”，而且倍频和合频吸收更易受温度和氢键的影响。因此，不能采用传统光谱学的方法将其用于分子结构的鉴定。在定量分析方面，由于近红外谱带之间的重叠干扰，使用基于单波长的朗白－比尔定律工作曲线方法往往也不能得到满意的结果。此外，近红外光谱的吸收强度很弱，与中红外光谱（基频）相比，产生近红外光谱（倍频或组合频跃迁）的概率要低1～3个数量级，所以，近红外光谱吸光度系数比红外光谱的低1～3个数量级，这要求仪器具有极高的信噪比。

上述原因限制了该技术的应用，直到20世纪80年代，随着化学计量学、光纤、新型检测器和计算机的发展和采用，近红外光谱才逐渐作为一门独立的分析技术被确立。计算机的快速发展成为了近红外光谱技术背后的强大驱动力，使更复杂数据的获得和处理成为可能，一些基于因子分析的化学计量学方法开始被大家所采用，如主成分回归、偏最小二乘法等，显著提高了近红外光谱分析结果的准确性和可靠性。马克思说：“一门科学，只有当它成功地运用数学时，才能达到完善的地步。”恩格斯说：“要辩证而又唯物地了解自然就必须熟悉数学。”化学计量学正是数学与分析化学的完美结合，它引领着仪器分析走向一个新的制高点。通过现代化学计量学方法，近红外光谱既可以用于定量分析，也可以用于定性分析。到21世纪的今天，近红外光谱已经成为在工农业生产过程质量监控领域中不可或缺的分析手段之一。

陆婉珍之所以看好近红外光谱技术，是因为这段光谱在分析油品时具有先天的优越性。首先，近红外光谱在实验室进行测试非常方便，对大多数类型的样品，不需进行任何处理便可直接进行测量，不破坏试样、不用试剂、不污染环境。其次，仪器成本低，非常适合于在线分析。近红外光谱区所用光学材料为石英或玻璃，仪器和测量附件的价格都较低。而且近红外光还可通过相对便宜的低羟基石英光纤进行传输，适合装置或管道上的在线分析。此外，近红外光谱是一种高效的分析技术，基于化学计量学多元校正方法，通过一张光谱就可以计算出多种物化指标。例如，汽油关键的品质参数有研究法辛烷值、马达法辛烷值、烯烃含量、芳烃含量和苯含量等，采用传统的分析方法得到这些数据，必须使用不同的分析仪器，要花费多个人几个小时的分析时间，但采用近红外光谱方法可在几分钟之内就获得所有的分析结果。

尽管当时国外已有较为成熟的近红外光谱仪器，但由于该技术的特殊性，陆婉珍经过深思熟虑，还是决定基于国内的研发力量，开发成套的近红外光谱分析技术。该技术的特殊性在于，仅拥有一台近红外光谱仪硬件和化学计量学软件是不够的，必须针对具体的应用对象建立完善的分析模型，才能让其真正服务于我国的炼油企业。在20世纪90年代，我国一些高等院校，如中国人民解放军后勤工程学院、中国农业大学等单位，也开展过近红外光谱的研究工作，但由于未重视该技术成套性的特点而未得到普及应用。因此，1995年，在陆婉珍的组织和领导下，石油化工科学研究院正式成立了光谱分析和化学计量学课题组（代号“103组”，2004年改称为“106组”），主要任务是研发成套的近红外光谱分析技术。

绿色的油品快速分析技术

1994年，龙义成首先提出了固定光路结合CCD检测器的仪器研制方案，得到了陆婉珍的认同和支持。这是一类新型的光谱仪分光类型，与传统的傅里叶变换型和光栅扫描型的单色器不同，这种设计结构的仪器没有可移动的机械部件。由于采用了阵列式的检测器，光栅不需要转动便可同时检测多波长下的光谱响应，仪器具有天生的稳定性和皮实性，非常适合常规分析、现场分析和在线分析。由于这类仪器的结构原理简明、较易开发，成本也较低，因此，陆婉珍决定依靠国内的力量自行研制。

1995年，龙义成上调中石化总公司发展计划部，该课题组由袁洪福负责。在陆婉珍和袁洪福的组织下，随即成立了一家由民营资本投资的仪器公司，专门负责这款仪器的商品化开发，将龙义成和陆婉珍等人的这项专利技术孵化为商品仪器。陆婉珍领导这个团队积极吸收国内外的先进技术，经过反复试验和改进，克服了无数道难关，终于在1998年初，与合作单位一起加工制造出了性能指标满足初步使用要求的4台CCD近红外光谱仪样机。

与此同时，为编制商品化的化学计量学软件，陆婉珍与袁洪福还组织课题组深入开展了用于光谱分析的化学计量学方法的研究工作。化学计量学是一门崭新的学科，它采用现代统计学和数学等方法，以计算机为手段，基于大量有代表性的样本，建立起化学测量数据（如光谱或色谱）与物化性质之间的数学关系（也称定量校正模型或定性判别模型）。凭借这些校正模型，通过便捷的光谱测量，便可快速获得待测样本的物化性质数据。化学计量学涉及较多的线性代数和统计学知识，例如矩阵的求逆、特征值和特征向量、奇异值分解和聚类分析等，这些计算对于化学专业的科研人员来讲，理解和掌握起来难度很大。

图9－1　1998年我国自行研制的CCD近红外光谱仪样机

陆婉珍与课题组的科研人员一起，从基本的矩阵运算和统计学学起，定期邀请国内相关的专家来讲学，研读经典化学计量学书籍，查阅最新化学计量学算法，在不到半年的时间内就掌握了用于近红外光谱分析的所有基本算法，包括光谱预处理方法、多元定量校正方法和简单的模式识别方法等^[1]。这期间，袁洪福等一些科研技术人员还掌握了Matlab语言，在计算机上将这些化学计量学算法用Matlab语言一一进行了验证。在此基础上，他们结合近红外光谱分析的特点，设计出了用于光谱分析的化学计量学软件构架，并编写了几百页的软件编制需求说明书。他们委托专业编程人员，于1997年成功开发出RIPP化学计量学1．0软件和2．0软件。

图9－2　1995年，71岁的陆婉珍自学化学计量学方法时所记的笔记

开发近红外光谱软硬件平台技术期间，陆婉珍和袁洪福还指导多名硕士和博士研究生进行了近红外光谱快速测定汽油辛烷值、烯烃和芳烃含量，柴油十六烷值和芳烃含量，以及航空煤油冰点和芳烃含量等的可行性研究工作^[2]。在基于对化学计量学方法和近红外光谱特征认识的基础上，积累了较丰富的模型建立技巧和经验。1998年6月，在陆婉珍的组织下，CCD近红外光谱仪样机分别在沧州炼油厂、济南炼油厂和天津炼油厂进行了工业应用试验。试验结果表明，该技术能快速、准确地测定轻质油品的关键物化性质数据，可显著提高炼油厂化验室的分析工作效率，适合炼厂的控制分析，能为炼厂装置平稳运行和质量卡边控制提供可靠的分析技术保证。

在进行工业应用试验期间，这项技术深受炼厂技术人员和操作使用人的欢迎，在日常检测过程中曾多次避免了质量事故的发生。例如在沧州炼油厂应用期间，1998年5月25日和6月15日，通过近红外光谱检测到二催化装置的汽油研究法辛烷值从原来的91．4分别降至90．6和88．8，严重威胁了90＃汽油的质量。起初，许多部门都认为分析数据有误，经与标准的马达辛烷值机检测数据进行对比，证明近红外分析数据是正确的。炼厂有关部门开始查找工艺方面的原因，最后确认是二催化装置回炼直馏汽油造成的。由于监测及时，二催化车间通过降低直馏汽油的回炼量、提高反应温度等手段，及时保证了产品质量^[3]。

图9－3　1999年12月13日，《科技日报》头版头条报道近红外光谱分析技术

该技术得到炼厂认可的另一个主要原因是，近红外光谱所需的样品量少、无污染、操作方便、分析速度快，可明显降低分析人员的劳动强度，改善实验室的分析环境。例如，传统测定汽油辛烷值的马达法需要400毫升的样品，马达爆震排放的烟雾、产生的噪声以及汽油的挥发对操作人员的身体健康有害，每个样本的分析成本在上百元，而且仪器需要定期保养维修。采用近红外光谱技术后，仅用30毫升的样品，在几分钟之内便可给出结果，除人工费和电费外几乎没有其他费用，且没有污染，被称为绿色油品分析技术。

该项目于1998年9月通过中石化组织的技术鉴定，随后石油化工科学研究院研制的CCD近红外光谱仪在国内近20家炼厂得到了应用，主要用于炼油厂的中间控制分析，对解决化验室工作量大、人员紧张的矛盾起到了一定缓解作用。1999年12月13日，《科技日报》在头版头条刊登了题为《分析技术的一场效率革命》的文章，报道了陆婉珍主持研发的这项新技术在炼厂分析部门发挥的积极作用。1999年，“CCD近红外光谱仪和化学计量学软件研制及其应用”获中国石化科技进步二等奖，“CCD近红外光谱仪”获北京分析测试学术报告会及展览会（BCEIA）金奖，“现代近红外光谱技术在石油产品分析的应用”获中国分析测试协会科学技术奖（CAIA奖）一等奖。经技术改进，这项成果还在国防建设上得到了实际应用，获得了国家科技进步二等奖和军队科技进步一等奖等重要奖项。

图9－4　2000年我国研制的野外近红外油料质量分析仪

同年，陆婉珍指导的博士研究生徐广通因在该项目研发过程中取得的优异成绩，获1999年中国科学技术发展基金会侯祥麟石油加工科学技术奖（博士生奖），简称侯祥麟奖。侯祥麟奖是用侯祥麟院士所获得的何梁何利奖金和中国石化总公司、中国石油天然气总公司以及石油化工科学研究院的捐赠建立的，被称为我国炼油领域的“小诺贝尔奖”。在这之后，陆婉珍和袁洪福还指导博士生田高友和许育鹏开展了不同化学计量学方法在油品近红外光谱分析中的应用研究，将小波变换和拓扑方法用于近红外光谱预测汽油和柴油的关键物化性质，均取得了较好的效果，申请了多项发明专利，为以后近红外光谱的应用基础研究打下了基础。

图9－5　徐广通荣获1999年侯祥麟石油加工科学技术奖（博士生奖）（后排自左至右侯祥麟、李大东、汪燮卿）

为炼厂装上NIR信息神经系统

尽管CCD近红外光谱技术在炼厂取得了较好的应用效果，化验室的分析效率有了明显提高，但陆婉珍带领团队继续研发的脚步并未停下。陆婉珍深知，若要最大程度地发挥近红外光谱的优势和作用，必须逐步取代人工取样分析，实现在线实时分析。这是分析技术发展的大趋势，陆婉珍又一次抓住了这一现代分析技术发展的脉搏。近红外光的一个特点是在石英光纤中有良好的传输特性，可在几百米的范围内进行传输，通过各种光纤测量附件可以方便地对液体或固体样品进行现场在线测量。由于采用光纤传输，光谱仪放在控制室内就可对复杂、危险环境中的样品进行测量。采用多路光切换技术，可以实现一台近红外光谱仪对多路物料的连续测量，具有分析速度快和测量效率高的优点。因此，近红外光谱被誉为在线分析技术的一朵奇葩。

1999年起，陆婉珍和袁洪福率领课题组开始了在线近红外光谱技术的研发。要实现远距离、多通道的实时测量，必须研制出光纤多路转换器和流通池测量附件。他们在借鉴国际先进技术的同时，在实验室完成了初步设计方案，并委托国内相关研究单位进行了加工、组装和调试。经过多次调整和改进，1999年年底，基于直角棱镜成功研制出在线近红外仪器的核心光学部件——光纤多路转换器。随后，建立了一套行之有效的光纤材料性能检测手段以及光纤多路转换器耦合效率的评价方法，保证加工组装的材料和器件满足光纤光谱仪的要求。这期间，还编制出了在线近红外分析运行软件，将在线测量、化学计量学软件和DCS通信软件进行集成，实现了光谱采集、分析结果预测和数据传输的自动化。

图9－6　1999年研制的在线近红外仪器研制过程中的样机

在线近红外光谱成套系统除光纤光谱仪和在线测量软件之外，还包括样品预处理系统和防爆箱等辅助设备。在陆婉珍的领导下，该课题组与兰州自动化研究所联合开发出了适合汽油的样品预处理系统，该系统具备了过滤、恒温、稳流和稳压等功能，以及适合近红外光谱运行环境的防爆箱。2000年4月，近红外课题组的研究人员在兰州将光纤光谱仪、样品预处理系统、防爆箱和分析小屋进行了集成，并通过了软硬件调试，联合研制出了我国首套在线近红外光谱分析系统样机^[4]。在实验室对该样机进行了系统评价和考核后，2001年9月在中石油兰州石化公司炼油厂催化重整装置上进行了工业应用试验，用来实时测定重整生成油的研究法辛烷值，并将结果通过DCS实时传送给先进控制系统。

图9－7　2001年在兰州石化公司安装的我国自行研制的第一台在线近红外光谱分析系统

长期的运行结果表明，所研制的这台在线近红外光谱分析系统能够快速准确地为先进控制系统提供分析数据，及时反映装置的波动情况，实现了装置的优化操作。据初步统计，该仪器安装运行后，重整装置的三苯（苯、甲苯和二甲苯）收率提高了0．58%，每年可产生近200万元的经济效益。该仪表的正常运行还明显减少了化验室的取样分析任务，在降低生产成本、提高生产效率等方面起到了很大的作用。2002年6月，“CCD近红外在线油品质量分析仪”通过了中石化的技术鉴定，并获得2003年北京分析测试学术报告会及展览会金奖以及中国石化科技进步三等奖。

2002年7月，在原有在线近红外样机的基础上，陆婉珍指导博士研究生褚小立开始研制多通道测量的在线近红外光谱分析系统。他们对光谱仪、光开关以及流通池等分析系统的主要部件和软件进行了改进。改进后的在线近红外分析系统在整体性能上有了很大的提升，如在光谱仪的恒温精度、光开关的多通道测量可靠性、流通池的抗干扰能力和可维护性、软件界面的可操作性等方面都有显著的提高和完善。在分析系统整体结构设计方面突出了模块化、组装式、易扩展和易升级的特点，系统更具柔性和灵活性，适应能力更强，也更适合于工业在线分析场合的应用。(www.chuimin.cn)

图9－8　2002年自行研制的、安装在重整中型装置上的流通池

2003年6月，褚小立等人将这套多通道在线近红外光谱分析系统应用到8套相同的催化重整中型催化剂评价装置上^[5]。催化重整中型试验装置主要用来评价重整催化剂性能，每套装置连续运行周期约为6天。传统上采用从装置定期取样的方式对催化剂性能进行评价，主要分析项目有重整生成油的研究法辛烷值和芳烃组成等，这些分析结果对改进催化剂配方及选择反应条件有重要的指导作用。因此，分析方法的工作效率和质量将直接影响着催化剂研发的进度。由于传统的辛烷值测定方法分析时间长、样品用量大，远不能满足中型评价装置对分析速度的要求，因此成为影响催化剂研发进度的一个瓶颈因素。这个问题长期没有得到有效解决。

在线近红外光谱技术的应用为解决这一问题提供了有效手段。陆婉珍指导科研人员，根据现场实际应用环境和要求，对在线近红外光谱分析系统进行了安装和调试，包括在线检测点的选择、光纤敷设、流通池的安装及其与光纤的耦合对接等，形成了整套的工程化安装和调试工作流程，同时还提出了一整套现场建立分析模型的策略和规范。在此基础上，建立了在线测量重整生成油研究法辛烷值和芳烃组成的分析模型。这套在线近红外分析系统正式投用后，为提高重整催化剂评价技术水平和工作效率起到了很大的作用。它能实时准确地测量出多通道多性质数据，完成8个通道的全分析时间仅为6分钟左右，及时反映装置的运行状况，为催化剂的快速评价提供整个过程完整的分析数据。这套系统的应用获得2003年中国分析测试协会科学技术奖二等奖，它的成功实施与应用为以后向工业装置的推广奠定了坚实基础。

自20世纪末，国内石化等大型流程工业都在力推先进控制和优化控制技术，以期实现资源的合理利用、产品质量“卡边”控制以及装置平稳操作，所以特别需要在线分析技术及时、准确、可靠地为其提供原料和成品的质量信息。因此，CCD在线近红外光谱仪在研制成功后的较短时间内，就得到了国内石化企业的广泛关注，并得到了实际应用。陆婉珍带领课题组技术人员，针对不同的石化装置，开展了具有以点带面作用的研发项目，使我国在线近红外光谱分析技术的软硬件平台和工程化实施等方面都日趋成熟和标准化，逐步形成了拥有我国自主知识产权的、适合国情以便于普及和推广的成套技术体系，并具备了很强的分析模型维护和技术支持能力。

2005年12月，袁洪福指导研究生骆献辉将CCD在线近红外分析系统用于燕山石化甲基叔丁基醚（MTBE）合成装置进料的分析。该装置由混合碳四馏分中的异丁烯与甲醇，以强酸性阳离子树脂作催化剂合成甲基叔丁基醚，甲基叔丁基醚再经裂解制取高纯度异丁烯，为丁基橡胶等化工装置提供聚合级异丁烯原料。装置进料的醇烯比是甲基叔丁基醚合成装置的一个至关重要的操作参数。醇烯比是指进入装置原料中的甲醇摩尔数与异丁烯摩尔数的比值，它对反应的选择性和转化率都有很大的影响。在线近红外光谱的应用成功解决了长期困扰醇烯比在线测量的技术难题^[6]。长期运行结果表明，近红外光谱技术非常适合醇烯比的在线分析，测定准确性满足生产控制的要求。在此基础上，甲基叔丁基醚装置实现了醇烯比的闭环自动控制，进一步提高了产品质量和经济效益。该项目荣获2007年中国分析测试协会科学技术奖一等奖。

2006年初，CCD在线近红外分析系统被中石化广州分公司催化重整装置先进控制项目所采用，用来实时测量石脑油原料和重整生成油的共计19个组成和性质参数。这套分析系统于2006年5月底正式投用，目前已连续运行6年多的时间，为先进过程控制系统提供了上千万个分析数据，对先进过程控制系统实现重整装置的平稳优化生产、提高目的产品产率、降低能耗，从而对提高经济效益起到了非常关键的作用。

2007年6月，CCD在线近红外光谱仪在燕山乙烯裂解装置得到了成功应用，用来实时测定裂解原料石脑油的17个组成和性质参数。该装置曾引进专用裂解炉模拟软件，希望通过对裂解条件的优化，提高乙烯收率、延长裂解炉管除焦时间、降低能耗，保证装置高负荷平稳运行。但当时由于没有配备用于测量裂解炉进料的在线分析仪表，不能及时向裂解炉模拟软件提供原料的组成和性质数据，只能依靠化验室每周提供1次石脑油的分析数据，无法充分发挥裂解炉模拟软件的作用。在线近红外分析系统正式投用后，可实时提供裂解原料的组成和性质数据，提升了蒸汽裂解生产过程的优化控制水平，提高了乙烯收率，取得了较好的经济效益（500余万元/年）。该项目于2009年12月通过了中石化组织的技术鉴定。

2005年，石油化工科学研究院承担了中石化广州分公司的汽油管道自动调合系统的研发项目。汽油调合是炼油厂生产成品汽油的最后一道工序，市场上销售的成品汽油（90＃、93＃或97＃汽油）都是由多种不同类型的汽油（称为调合组分，如催化裂化汽油、重整汽油和烷基化汽油等）调合生产出来的。21世纪初，我国对燃油排放指标的限制越来越严格，不仅对辛烷值等常规指标有要求，而且对烯烃、苯和硫含量都有严格的限制指标，这使汽油调合工艺愈加复杂。同时，由于国内炼油厂所加工的原油种类变化频繁以及加工方案的不同，汽油主要调合组分的性质变化范围增大，调合的难度明显增加。传统人工罐调合生产方式的产品一次合格率低、质量过剩、重调浪费严重，而且难以实现不同汽油调合组分的最合理调配。在保证汽油产品质量的前提下，如何实现不同汽油调合组分的最合理调配是炼油厂效益挖潜的重要手段。汽油管道调合优化技术是解决这一技术问题的最有效途径。

国际上的现代大型炼油厂从20世纪末开始，在汽油生产中普遍采用管道调合替代人工罐调合，取得了很好的应用效果。在国内也有引进的先例，但国外技术许可费用高，油品调合规则和近红外光谱分析模型不适应我国汽油调合组分和成品的独特构成，并且维护困难，难以长期运行。国内也有一些自主技术研究和实施，但无论从技术开发还是工程应用方面都与国际先进水平有相当大差距。正是在此背景下，陆婉珍多次在中石化科技会议上提出研制“汽油管道调合工艺成套技术”的建议。

2005年6月，在陆婉珍等人的多方协调和争取下，中石化正式立项，结合广州石化千万吨改造项目，由石油化工科学研究院负责研制具有我国自主知识产权的“汽油管道调合工艺成套技术”。该系统是一项涉及多专业的综合性研制任务，陆婉珍形象地将这套系统的构成比作为“头脑”、“眼睛”和“手脚”。“头脑”是指调合优化与控制软件，它利用各种汽油组分之间的调合效应，实时优化计算出调合组分之间的相对比例，即调合配方，保证调合后的汽油产品满足质量规格要求，并使调合成本和质量过剩降低到最小。“眼睛”是指用于在线测定汽油组成和性质的近红外分析仪，在汽油调合的生产过程中，它实时、准确地提供各种汽油组分和产品的各项重要性质数值，例如研究法辛烷值、马达法辛烷值、烯烃、芳烃和苯含量等。“手脚”是指用于调合的DCS、管道、泵和阀等设备，要求在设计选型时保证其灵活耐用、性能稳定。

图9－9　广州石化汽油调合装置现场图

在陆婉珍的组织下，该项目由石油化工科学研究院计算机应用研究室和分析研究室共同承担，院副总工程师郭锦标担任项目的总技术负责人。经过近两年的多学科、多专业科研人员的共同协调研发，历经需求分析、整体设计、详细设计、工程实施、试运行等多个研发阶段，终于研制出了汽油管道调合工艺成套技术，并于2007年7月在广州石化得到了成功实施和应用^[7]。CCD在线近红外光谱分析仪在这套系统中发挥了重要的作用，它被用来实时测量10路汽油（包括8路调合组分和2路成品油）的组成和性质数据，其测量的准确性和重复性满足优化控制的要求。目前，这套汽油管道调合技术的投用率达到99%以上，取得了良好的应用效果，在减少质量过剩、降低调合成本、优化调合组分、提高一次调合成功率、节约储罐资源等方面发挥着重要的作用，给炼厂带来了可观的经济效益和社会效益。经测算，仅2007年一年，因节约高辛烷值汽油调合组分，便可降低生产成本上千万元。该项目2008年6月已通过中石化股份公司的技术鉴定，2009年获得中石化科技进步二等奖。

聚丙烯的快速、在线分析

20世纪90年代初，陆婉珍应邀到茂名石化进行工作访问，在参观聚丙烯装置时，陆婉珍惊讶地发现从国外原装引进的在线聚丙烯品质分析仪出现了严重的物料泄漏，熔融的聚丙烯堆成了一团，这给陆婉珍的触动很深。使用传统的聚丙烯表征方法，每个参数均需要专用仪器，通过复杂的操作过程，很长时间才能得到结果，分析速度严重滞后，不适于装置的控制分析。而当时装置上采用的在线分析仪恰恰是由实验室的分析仪器改造而成的，所以在实际应用过程中出现了很多的技术弊端。20世纪90年代中后期，国外近红外仪器公司代理商曾介绍在国外有将近红外光谱用于聚丙烯的表征分析，但未见到任何正式应用的报道。

1999年，陆婉珍指导博士研究生吴艳萍对近红外光谱无损、快速表征聚丙烯的关键品质参数进行了研究^[8]。她们先后从中石化济南分公司、燕山石化公司、广州分公司及中原乙烯公司等单位收集了600余个聚丙烯样本，采用国际先进的傅里叶变换近红外光谱仪，利用积分球漫反射测量附件，直接测定了聚丙烯粉料和粒料的光谱。通过对光谱预处理方法和多元定量校正方法的研究，结合聚丙烯漫反射光谱与性质之间的关系，提出了快速测定聚丙烯关键品质参数的技术路线。吴艳萍采用偏最小二乘法分段校正和模式识别相结合的新方法，克服了粒料熔体流动速率定量校正的难题。该技术可以在15分钟之内，将聚丙烯熔体流动速率、等规指数、平均分子量和拉伸屈服强度等反馈给装置操作人员，对保证装置的平稳生产、提高产品的性能和合格率起到了积极的作用。同时，由于该方法不使用化学试剂，大大改善了分析人员的劳动环境。

2004年7月，国家科技部条财司让陆婉珍组织国家“十五”科技攻关重大项目“科学仪器研制与开发”滚动项目——专用近红外光谱仪的研制与开发，陆婉珍提出自行研制近红外聚丙烯专用分析仪的建议，得到了国家科技部的支持。2006年初，博士后科研人员孙岩峰在陆婉珍指导下，沿用石油化工科学研究院自主知识产权的固定光路结构，结合长波InGaAs阵列检测器，研制出了聚丙烯专用分析仪样机^[9]。在研制过程中，他们设计并加工制作出一种全新的大光斑、动态旋转式漫透射样品池。与传统积分球的水平转动方式不同，该样品池采取垂直转动方式，内盛的固体样品随样品池的转动而不断重新堆积，在旋转过程中可以连续采集到不同的堆积状态下的光谱，采样更具代表性，从而大大提高了光谱测量的重复性，较好解决了固体粒状样品的近红外光谱受样品形态、堆积密度影响大的技术难题。该项目申请了多项发明专利，并于2007年6月通过国家科技部组织的项目验收。

图9－10　2006年研制的近红外聚丙烯专用分析仪样机

图9－11　2008年安装在广州石化聚丙烯装置上的在线近红外分析仪

在成功研制出实验室快速近红外聚丙烯专用分析仪基础上，2007年，陆婉珍开始着手筹划在线聚丙烯分析仪的开发，这是她多年的期盼。在陆婉珍的亲自协调组织下，2008年3月，中石化广州分公司同意合作研发这项技术，共同在中石化科技开发部立项，具体技术工作由刚出博士后流动站的孙岩峰负责。在线采样装置是研制在线近红外聚丙烯分析仪的关键，经过全面的技术调研和缜密的技术论证，孙岩峰设计出一种用于气/固混相的聚丙烯在线采样装置，包括采样管线、旋风分离器、固体样品流通池和缓冲罐等部件。该装置可自动从聚丙烯输送管线上取样，取到的气/固混相样品经旋风分离器将固体聚丙烯和输送气体分离，聚丙烯从旋风分离器底部进入流通池进行光谱测定，测量完的样品经缓冲罐又返回到了反应器出料管。

2009年11月，采样装置和整套近红外分析系统运抵广石化现场进行了安装和调试。经过三个多月、数十次必要的现场技术改进，所研制的在线采样装置成功采集到了有代表性的聚丙烯光谱，结合在线测量软件，实现了聚丙烯固体样品的全自动、非接触、无损伤在线分析。目前，这套系统正在进行分析模型的建立工作。可以预期，这项技术在我国石化领域具有光明的推广前景，它的应用也势必为企业带来可观的经济效益和社会效益。

原油的快速评价

原油评价在原油开采、原油贸易和原油加工等方面发挥着十分重要的作用。自石油化工科学研究院分析研究室筹建伊始，陆婉珍一直领导和关注着原油评价技术的提升与完善。尽管已建成了一套较为完整的原油评价体系，在此基础上汇编了我国原油以及世界上我国常加工原油的原油评价数据库，并得到了逐年的不断更新和扩充，但原油的性质会随时间发生较大变化，且在储运过程中经常发生不同原油种类的混合情况，这时原油评价数据库的作用就受到了很大限制。而采用传统的原油评价方法得到原油关键的评价数据通常需要几天的时间，工作量大、成本高，远不能满足实际应用的需要。20世纪末，我国进口原油量逐年递增，原油种类也变得越来越繁杂，炼厂加工混合原油已成常态化，急需一种对原油进行快速评价的分析技术。

1998年，陆婉珍指导博士研究生王艳斌采用近红外光谱技术对原油的实沸点蒸馏数据（TBP）进行预测分析研究。原油是一种组成极其复杂的混合物，其组分各有不同的沸点。人们常以馏出组分的质量百分数为横坐标，以对应的实沸点蒸馏温度为纵坐标，得到一个曲线，称为原油的实沸点蒸馏曲线（或称原油的实沸点蒸馏数据），用以反映原油馏分的组成。原油的实沸点蒸馏数据是研究、设计和生产过程中必不可少的基础数据，是制定原油加工方案的根本依据，也是炼油厂调整和控制生产的根据。特别是在原油混炼和掺炼时，需要经常、及时地掌握原油馏分分布，以保证常减压蒸馏装置的稳定运行和优化操作。

在陆婉珍的指导下，王艳斌采用长波近红外光谱仪，研究了原油近红外光谱的测量方式，以及建立预测原油实沸点蒸馏数据的多元定量校正方法。经过大量的实验对比，她们提出了采用一次性透明聚乙烯塑料袋的原油光谱测量方式，并通过人工神经网络建立了近红外光谱测定原油实沸点蒸馏数据的分析模型^[10]。针对润滑油、催化裂化原料、沥青等深色重质油品，王艳斌采用不同的光谱测量方式和数学建模方法，成功利用近红外光谱对润滑油的族组成、沥青的蜡含量和催化裂化原料的残炭进行了无损快速分析。陆婉珍指导的这篇博士论文荣获2000年中国科学技术发展基金会侯祥麟石油加工科学技术奖（博士生奖）。

图9－12　2011年闵恩泽与首届闵恩泽院士原始创新奖获奖人员合影（左一褚小立）

随着我国进口原油品种的进一步扩大，对原油快速评价技术的需求日益突出。2007年，在分析研究室室主任田松柏的领导和组织下，近红外课题组正式在中石化科技开发部立项，开展成套的近红外光谱原油快评的研发工作。在原有研究的基础上，针对炼油厂，尤其是原油调合对原油快评的需求，褚小立等人基于近红外光谱和原油评价数据库，研究形成了一套完整的原油快速评价方法。他们基于400余种原油，建立了近红外光谱数据库，提出了快速识别原油以及对混兑原油进行光谱拟合的方法。结合原油评价数据库，这种快评方式除能给出原油的基本性质（如密度、酸值、硫、氮、蜡含量和残炭等）之外，还可得到原油更为详细的评价数据，如石脑油的族组成等宽馏分油的关键数据。该研究工作荣获2011年首届闵恩泽院士原始创新奖。该奖由闵恩泽院士捐出100万元，石油化工科学研究院匹配100万元设立，用以奖励为导向性基础研究作出创新贡献的科技人员。

2011年下半年，中石化总部决定开展原油调合技术国产化研制，这一任务由石油化工科学研究院曾负责广州石化汽油调合的研发团队承担。原油调合技术的目的是通过几种原油的混合保证常减压进料性质的平稳，在改善常减压装置操作的同时，可以降低原油成本，实现原油调合自动化和信息共享。通过炼油企业的计划、调度、操作执行等各层面的整体管理，利用原油调合技术可以提升原油处理水平，为企业带来显著的经济效益和社会效益。近红外光谱原油快评是原油调合技术的重要组成部分，它能对码头进厂、罐区存储和管道调合过程中的原油性质进行快速、准确的分析。这项技术正在我国最大的炼厂中石化镇海分公司进行实施，目前已取得了标志性的成果，通过了中石化科技部的技术评议。