Способ определения цвета по шкале ЦНТ нефтяных масляных фракций

Изобретение относится к способам определения цвета по шкале ЦНТ нефтяных масляных фракций и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

В процессах нефтепереработки и нефтехимии применяются методы для определения качества масляных фракций при производстве масел, при этом одной из характеристик качества является цвет по стандартной шкале ЦНТ, определяемый визуально [ГОСТ 20284-74. Нефтепродукты. Метод определения цвета на колориметре ЦНТ / Нефтепродукты. Методы анализа. Ч. 2. М.: ФГУП "Стандартинформ", 2006]. Цвет нефтепродуктов обусловлен содержанием непредельных углеводородов, полициклических ароматических соединений и смол. Поэтому информация о цвете необходима для контроля глубины процесса гидроочистки и процессов, связанных с подготовкой масел. В лабораторном контроле нефтеперерабатывающих производств распространен метод ЦНТ, согласно которому цвет образца определяют путем сравнения со стандартными стеклами - эталонами и определяют, какой эталон больше подходит по цвету к образцу (ГОСТ 28582-90). Количество эталонов составляет 16 штук, а соответствующее присвоение цвета в шкале ЦНТ производится от 0,5 до 8 с шагом 0,5, например: 0,5; 1,0; 1,5…7,5; 8,0 (единицы ЦНТ).

Недостатки стандартного способа:

1. затраты времени на сравнение с эталонами;

2. измерение носит качественный визуальный характер, что неизбежно приводит к серьезным ошибкам;

3. несмотря на широкое применение, данные методы устарели, т.к. они не используют современные методы точного определения цвета, основанные на колориметрических системах МКО RGB и XYZ.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ [Шуляковская Д.О., Доломатов М.Ю., Доломатова М.М., Еремина С.А. Метод фотоизображений в информационной системе контроля физико-химических свойств многокомпонентных углеводородных систем // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2014. - №1. - С. 106-113] определения физико-химических свойств многокомпонентных углеводородных систем по фотоизображениям. В данном способе физико-химические свойства: относительная плотность, среднечисловая молярная масса, коксуемость по Конрадсону и энергия активации вязкого течения таких многокомпонентных углеводородных систем, как высококипящие нефтяные фракции (мазуты, гудроны, крекинг-остатки, нефтяные смолы и асфальтены), определяются по фотоизображениям оптически прозрачных растворов данных систем. Суть способа заключается в следующем. Производится приготовление раствора образца. Раствор заливается в прозрачную кювету, и производится регистрация фотоизображения раствора с люминесцентной лампой или дневным солнечным светом в качестве источника излучения. Затем в графическом редакторе по фотоизображению для исследуемого раствора определяются координаты цвета R, G, В в колориметрической системе sRGB. Далее определяется координата цвета X_photo или Y_photo раствора образца в колориметрической системе XYZ путем стандартного перехода из колориметрической системы sRGB в XYZ. Затем определяется координата цвета X^D или Y^D (для стандартного источника D65 CIE) путем корректировки, позволяющей учитывать различие освещения при фотосъемке от стандартного источника D65 CIE. Следующий этап заключается в оценке значения интегрального показателя поглощения исследуемого образца по определенной ранее координате цвета X^D или Y^D и концентрации раствора, расчет которой производится при приготовлении раствора. Затем физико-химические свойства исследуемой многокомпонентной углеводородной системы определяются по интегральному показателю поглощения по линейной зависимости.

Также наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ [Доломатов М.Ю., Ярмухаметова Г.У., Доломатова Л.А. Взаимосвязь физико-химических и цветовых свойств углеводородных систем в колориметрических системах RGB и XYZ // Прикладная физика. - 2008. - №4. - С. 43-49] определения физико-химических свойств таких углеводородных систем, как нефти и нефтяные остатки, который основан на так называемой корреляции цвет-свойства:

где Z - физико-химическое свойство исследуемой системы: относительная плотность, среднечисловая молярная масса, коксуемость по Конрадсону и энергия активации вязкого течения;

q - цветовая характеристика оптически прозрачного раствора в колориметрических системах RGB и XYZ;

β₁, β₂ - эмпирические коэффициенты, зависящие от типа цветовой характеристики и класса углеводородной системы.

Цветовые характеристики растворов углеводородных систем рассчитываются в стандартных колориметрических системах XYZ и RGB по электронным абсорбционным спектрам поглощения излучения в видимом диапазоне электромагнитного спектра в интервале от 380 до 780 нм. Методика расчета цветовых характеристик, зависящих от стандартных источников излучения (А, В, С или D CIE), состоит из следующих этапов:

1. Расчет координат цвета (X, Y, Z) в колориметрической системе XYZ:

где E(λ_i) - спектральная характеристика стандартного источника излучения (А, В, С или D);

, , - функции сложения стандартного колориметрического наблюдателя;

τ(λ_i) - функция спектрального коэффициента пропускания в видимой области спектра;

с - концентрация исследуемого раствора, г/л;

l - толщина поглощающего слоя раствора, см;

k(λ_i) - коэффициенты поглощения излучения в видимой области, л/(г⋅см) (в системе СИ 10²⋅м²/кг);

n - количество частичных интервалов разбиения спектра.

2. Расчет координат цвета (R, G, В) в колориметрической системе RGB:

3. Расчет координат цветности (x, y, z) системы XYZ и (r, g, b) системы RGB по формулам:

где m, m_RGB - цветовой модуль в колориметрических системах XYZ и RGB.

Однако приведенные способы не разработаны для такого показателя качества нефтяных масляных фракций, как цвет по шкале ЦНТ.

Целью изобретения является разработка объективного, невизуального, упрощенного, экспрессного способа определения цвета по шкале ЦНТ нефтяных масляных фракций первичной переработки нефти с установки атмосферно-вакуумной трубчатки нефтеперерабатывающего завода с температурами кипения от 300-550°С. Поставленная цель достигается за счет того, что предлагаемый способ имеет повышенную экспрессность, применимость для различных масляных фракций с температурами кипения от 300-550°С. Способ предусматривает упрощение технологии в связи объективностью процесса определения цвета без визуального сравнения с эталоном, а также упрощением используемой аппаратуры: громоздкий ЦНТ колориметр заменен фотоаппаратом.

Сущность способа заключается в определении цвета по шкале ЦНТ нефтяной масляной фракции, отличающегося тем, что первоначально определяется величина С по процентному содержанию зеленого цвета А в цвете нефтяной масляной фракции, линейно коррелирующему с величиной С, при этом процентное содержание зеленого цвета А рассчитывается по координатам красного, зеленого и синего цвета R_sRGB, G_sRGB, B_sRGB в колориметрической системе sRGB, которые определяются в растровом графическом редакторе по фотоизображению нефтяной масляной фракции, которое регистрируется с вольфрамовой лампой мощностью 75 Вт в качестве источника излучения, путем помещения нефтяной масляной фракции в прозрачную кювету:

.

Затем рассчитанная величина С переводится в цвет по шкале ЦНТ, измеряемый в единицах ЦНТ, путем округления величины С до числа, кратного 0,5.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Небольшую навеску исследуемой нефтяной масляной фракции помещают в прозрачную кювету размером 10*20 мм (шириной 20 мм и толщиной 10 мм) и регистрируют фотоизображение кюветы с нефтяной масляной фракцией с вольфрамовой лампой мощностью 75 Вт в качестве источника излучения. Регистрация фотоизображения производится цифровым фотоаппаратом с разрешением 10 мегапикселей (размер матрицы 3872 х 2592 пиксела) и более.

Полученное фотоизображение обрабатывают в растровом графическом редакторе и получают координаты красного, зеленого и синего цвета (R_sRGB, G_sRGB, B_sRGB) в колориметрической системе sRGB.

Рассчитывают процентное содержание зеленого цвета А в цвете нефтяной масляной фракции (рисунок 1):

Рассчитывают значение величины С по установленной линейной зависимости (рисунок 1):

Затем рассчитанную величину С переводят в цвет по шкале ЦНТ, измеряемый в единицах ЦНТ, путем округления величины С до числа, кратного 0,5.

Пример 1. Определяют цвет по шкале ЦНТ второй масляной фракции (температура кипения 300-400°С). Координаты зеленого цвета исследуемой нефтяной масляной фракции в колориметрической системе sRGB равны R_sRGB=175, G_sRGB=111, B_sRGB=27. Рассчитывают процентное содержание зеленого цвета А в цвете нефтяной масляной фракции по зависимости (7): .

Рассчитывают значение величины С по зависимости (8): С=10,746-0,2539⋅А=10,746-0,2539⋅35,46=1,74. Округляют величину С=1,74 до числа кратного 0,5: цвет по шкале ЦНТ второй масляной фракции (температура кипения 300-400°С) равен 1,5 (единицы ЦНТ).

Пример 2. Определяют цвет по шкале ЦНТ третьей масляной фракции (температура кипения 350-420°С). Координаты зеленого цвета исследуемой нефтяной масляной фракции в колориметрической системе sRGB равны R_sRGB=157, G_sRGB=78, B_sRGB=2. Рассчитывают процентное содержание зеленого цвета А в цвете нефтяной масляной фракции по зависимости (7): .

Рассчитывают значение величины С по зависимости (8): С=10,746-0,2539⋅А=10,746-0,2539⋅33,75=2,18. Округляют величину С=2,18 до числа, кратного 0,5: цвет по шкале ЦНТ третьей масляной фракции (температура кипения 350-420°С) равен 2,0 (единицы ЦНТ).

Пример 3. Определяют цвет по шкале ЦНТ четвертой масляной фракции (температура кипения 420-500°С). Координаты зеленого цвета исследуемой нефтяной масляной фракции в колориметрической системе sRGB равны R_sRGB=112, G_sRGB=30, B_sRGB=18. Рассчитывают процентное содержание зеленого цвета А в цвете нефтяной масляной фракции по зависимости (7):

.

Рассчитывают значение величины С по зависимости (8): С=10,746-0,2539⋅А=10,746-0,2539⋅18,75=5,99. Округляют величину С=5,99 до числа, кратного 0,5: цвет по шкале ЦНТ четвертой масляной фракции (температура кипения 420-500°С) равен 6,0 (единицы ЦНТ).

Пример 4. Определяют цвет по шкале ЦНТ пятой масляной фракции (температура кипения 450-550°С). Координаты зеленого цвета исследуемой нефтяной масляной фракции в колориметрической системе sRGB равны R_sRGB=137, G_sRGB=23, B_sRGB=17. Рассчитывают процентное содержание зеленого цвета А в цвете нефтяной масляной фракции по зависимости (7): .

Рассчитывают значение величины С по зависимости (8): С=10,746-0,2539⋅А=10,746-0,2539⋅13,00=7,45. Округляют величину С=7,45 до числа, кратного 0,5: цвет по шкале ЦНТ пятой масляной фракции (температура кипения 450-550°С) равен 7,5 (единицы ЦНТ).

Значения цвета по шкале ЦНТ исследуемых нефтяных масляных фракций (примеры 1-4), определенные стандартным (ГОСТ 28582-90) и предлагаемым способами приведены в таблице 1.

Вывод: как следует из таблицы 1, значения цвета по шкале ЦНТ нефтяных масляных фракций, определенные стандартным и предлагаемым способами, совпадают. Следовательно, предлагаемый способ по своей точности не уступает стандартному.

Преимущества заявляемого способа экспрессного определения цвета по шкале ЦНТ нефтяных масляных фракций заключаются в следующем:

1. объективность процесса определения, т.е. отсутствие необходимости визуального сравнения с эталоном;

2. использование небольшого количества образца нефтяной масляной фракции (порядка 3 мл вместо 25 мл);

3. достаточно одного фотографического изображения;

4. подходит для нефтяных масляных фракций в широком диапазоне температур кипения 300-550°С;

5. упрощение и небольшая стоимость необходимой аппаратуры, что позволяет использовать способ не только в стационарных лабораториях, но и в мобильных лабораториях в переносном варианте;

6. имеется потенциальная возможность дистанционного контроля цвета проб по шкале ЦНТ без отбора, что позволяет применять способ в системе оперативного контроля качества сырья и продуктов маслоблоков на нефтеперерабатывающих заводах.