近红外光谱技术慧眼“识”油:专访中国科学院院士陆婉珍

□ 本刊记者 许帆婷 陈帜

访谈人名片

陆婉珍，分析化学家与石油化学家，中国石化集团公司科学技术委员会顾问。她是中国色谱法的开拓者之一，1991年11月当选中国科学院院士。

记者：原油是炼油化工的原料，对原油做分析和评价是为了更好地对原油进行加工处理。请您介绍一下原油评价工作在炼油化工、原油贸易等方面居于什么地位及所起的作用，人们对它的认识经历了怎样的过程。

陆婉珍：上世纪50年代，我们国家派了一批专家到苏联专门学习原油评价技术。他们回来以后就在大连开始筹建一整套原油评价的设备，其中最关键的装置是一个标准化的蒸馏塔。我国的原油评价技术就是从那儿开始的。

原油评价为什么很重要呢？我们知道，原油是炼油化工的原料。原油变化了，炼油的方法也得相应改变。所以必须早一点了解原油的状况，以指导炼油。最初发现原油的时候，人们只需要从中提取一样东西，就是点灯用的油。所以就需要知道灯油产率有多少以及冒不冒烟等性质。这是最原始的原油评价，后来逐渐发展了其他方面的评价。我国一开始的时候分析的是克拉玛依的油，后来发现了大庆油田，就开始对大庆油做评价。大庆油在世界上是一种很特殊的油，它含蜡量很高。后来发现了更多的油田，我们又分析胜利油、江汉油等其他油田的油。

进入21世纪，我国开始大量进口原油，种类之多不可胜数。现在国产原油只占到原油消费量的不足一半。有时候船到码头，我们才知道是哪种油。形势的变化需要我们对原油评价的方法作出改进。现在对我们工作的一个新要求就是速度要快，船一到码头就要尽快分析出油的比重和硫含量。一是因为原油的价格是依靠原油评价定的；二是因为炼厂加工的原油来源经常变化，需要了解每一种油的性质，指导炼油。

炼厂对原油评价速度的要求很高，最好一两个小时，甚至二十分钟出结果。用传统的蒸馏塔方法达不到这个速度，现在用近红外光谱分析法，其基本原理是用油样的光谱数据与现有数据库里的光谱数据做对比，就能得到这种油的一些关键数据，比如实沸点、含硫量等。

推广近红外光谱技术目前还存在困难

记者：近红外光谱技术是从上世纪80年代才开始使用的，这个技术跟以前的传统技术相比有什么样的优缺点？它是不是能更好地解决一些新问题？

陆婉珍：这个技术最大的优点就是速度快、高通量、仪器设备简单，而且可以实现在线分析。原理是这样的，每个油都可以测得一个光谱，把分析结果放在计算机里就成为一个档案。我们经过60多年的累积，建立了一个有500多种原油的光谱档案数据库。一种新的油，只要把它的光谱在数据库里做比对，就能找出与它最接近的油品，从而快速得到这种新油的一些重要性质。

但是近红外光谱技术也有一些缺点。首先它做出来的酸值不够精确。酸值是一个非常重要的参数，酸值高的原油会腐蚀蒸馏塔。所以现在我们补充了红外光谱的方法，波段比近红外光谱要偏长一些。这两个仪器同时用，可以互为补充。

其次，近红外光谱仪的分析过程，需要应用一个预先做好的模型。这个模型要稳定，不能在不同的仪器上做出不同的结果。因为要求的精度很高，而我们的仪器总会有一点误差，这是硬件的问题，最近我们正和制造厂商合作解决这个问题。其实还有一种解决办法，就是在同一台仪器上做检测，使用同一套模型，也就不会出现误差的问题了。

最近我们在广石化有一台近红外光谱仪，用来做油品自动调和，它能很快告诉你油品的辛烷值以及芳烃等质量数据。我们日常所用的汽油，其实是用好几种油调出来的。过去调油依靠人工计算，对油的状况不能及时了解，凭的是经验，所以结果不是很准确。为了保险起见，总是要牺牲点辛烷值，比如90号的汽油调到91号。现在用红外光谱仪来分析，用在线计算机来计算，就能调得很精确，90号汽油就是90号，能够做到卡边操作，有比较显著的经济效益。

但是，作为一种新技术，它的推广目前还存在许多困难。但我始终认为，这是现代流程工业的一个总趋势，必须要花大力气搞起来、推广下去。

记者：刚才说到近红外光谱仪可以做原油评价的工作，现在有一种原油调和技术，这个工作的基础就是原油评价。那么，原油评价是怎样运用到原油调和的技术上的？原油调和技术的出现，对炼油工业有什么好处？

陆婉珍：原油评价最关键的是两部分内容：一是实沸点蒸馏。它能告诉我们原油蒸到多少温度能出多少油，这是原油评价非常关键的一个数据，因为同样比重的油，实沸点不一定相同。二是分析油中的芳烃原料、金属杂质、含硫量等这些组分的情况。例如知道催化裂化原料的多少，才能决定装置的开工情况。假如硫含量很高的话，必须加氢脱硫处理。有的油能出一些特殊的产品，比如大庆油能出石蜡、胜利油能做沥青。原油评价也能告诉你油里有没有含蜡、有没有沥青组分。

□ 陆婉珍院士（左）与科研人员讨论课题。

现在我们在海外买的原油种类变化很快，而且又没法控制。尤其是常常会买到所谓“机会油”，价格比较低，可是会有一些缺点，比如酸值高。假如能够准确知道它的性质，调和得好，也可以变成好油。

调和原油最关键的指标是蒸馏曲线。太轻或太重的油都会对蒸馏塔的运作造成影响。比如阿曼油就很轻，经常一蒸就冒顶，所以最好能与较重的油调和到合适的程度再去炼。其次就是调硫含量以及别的成分，特高硫的油可以与低硫的原油调在一起。但这个经济价值不高，我们关注得比较少。另外就是提示一些不能相互掺和的成分。比如想做沥青的油就不要与含蜡的原油混合，否则含蜡太高就不能生产出合格的沥青了。

国内原油评价有三方面需要提高

记者：您对原油评价领域未来的发展有何展望？您认为将来还有怎样的发展空间？想要在原油评价方面进一步发展，关键在哪儿？

陆婉珍：主要有三方面需要提高：首先是要有一个全面的数据库。现在原油品种增加很快，有新发现的油藏，也有页岩油这样的非常规油。这就需要我们不断拓展数据量。其次要求评价速度更快，以满足调和油品的需求。这个对中国来说是一个大问题，但在国外并不是很重要。最后，我们需要应对许多新出现的问题。比如，以前我们做原油评价并不关注氯，因为油里很少含有氯。但是现在有的油田用四氯化碳驱油，一部分四氯化碳会混在原油里，加氢过程中变成盐酸，容易腐蚀设备。所以我们做评价的时候，也得告诉他们有多少氯。针对这样的新情况，原油评价的内容也要不断扩展。

我们国家要进一步发展原油评价，关键在于建立一支稳定的队伍。有一支稳定的队伍在不断地做评价工作，我们积累的数据量也就会越来越大。在对现有的技术熟悉之后，往前发展也就比较容易了。

记者：您刚才提到我们队伍的不足，推广做得还不是很好。那么您认为技术的发展与推广的关系是怎样的？是等着现有的技术推广到一定程度再继续往前发展，还是不管推广程度如何，先研究技术？

陆婉珍：一个技术要慢慢创新提高，必须要有一个应用的背景。尤其是我们从事的炼油技术，如果将它“藏之闺阁”，那将来就会变成“半老徐娘”。更何况，在应用的过程中才能发现新问题，技术才能得到不断完善和提高。应用是一个考验，如果不用，就看不到问题，没有挑战。

比如我们的汽油自动调和技术在广石化应用，假如要推广到另一个炼油厂，也许还要解决一些新的问题。在广石化就出现了一些事先没有想到的问题，例如他们有很长的输油管线，其储存的油量很大，这部分油会影响调和的结果。其次我国加工的原油不如国外炼厂的稳定，变化很频繁，因此调和的方案变化也较快。这些课题假如不去应用，是不会了解的。而解决这些问题必须自己做工作。再比如，为了使这套设备能长期稳定运行，需要培养一支专门的维护队伍，这也是事先没有考虑到的。

我们对事物的认识有一个过程。对于一个基础性的工作，需要看到它的前途、意义和发展方向。有时候可能三四年都出不了成果，这时就会有人不理解。这个问题在我们国家的科学界同样存在。我把石科院所从事的工作叫做应用研究，有很多基础理论是借鉴前人的工作。但是我们也在从事一些基础工作，如原油评价数据的积累等。在这些知识的基础上，才能创新。