Real-time inline predictions of jet fuel properties by NIRS

Význam tématu

Analýza fyzikálně-chemických vlastností leteckého paliva je klíčová pro zajištění jeho bezpečného provozu a konzistentní kvality. Konvenční mokré chemické metody podle norem ASTM či ISO jsou časově náročné a vyžadují kvalifikovaný personál. Inline měření metodou NIR spektroskopie umožňuje získat výsledky v reálném čase, snížit náklady a zjednodušit obsluhu přístroje.

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace bylo vyvinout a validovat NIR metody pro simultánní stanovení dvanácti klíčových parametrů leteckého paliva: API gravity, hustoty při 15 °C, obsahu aromátů, cetanového indexu, profilu varu při 10, 20, 50 a 90 % destilačního objemu, bodu vzplanutí, bodu tuhnutí, obsahu vodíku a viskozity při –20 °C. Výsledky z NIR spektroskopie byly porovnány se standardními hodnotami získanými mokrými chemickými metodami (ASTM).

Použitá metodika a instrumentace

Pro analýzu bylo připraveno 105 vzorků leteckého paliva různých výrobců a stupňů kvality. Spektra byla měřena NIRS XDS Process Analyzerem s nerezovou ponornou sondou (celková optická dráha 12 mm) v rozsahu 800–2200 nm, 32 scanů na spektrum, každé měření v trojím opakování se zamícháním. Spektrální data byla předzpracována druhou derivací pro korekci bazálního posunu a změn rozptylu. Kalibrační modely byly vytvářeny v softwaru Vision metodou PCR/PLS s leave-one-out křížovou validací a následně ověřeny na nezávislé validační sadě.

• NIRS XDS Process Analyzer
• Microbundle 4 Channels
• NIRS Immersion Probe SS, gap 6 mm (číslo artiklu 67440010)

Hlavní výsledky a diskuse

Všechny modely dosáhly vysoké korelace se standardními hodnotami:

• API gravity: R2 = 0,986, SEC = 0,26; SEC/S = 0,3 (ASTM)
• Hustota při 15 °C: R2 = 0,984, SEC = 0,0013 kg·L–1; ASTM 0,0012
• Aromatický obsah: R2 = 0,962, SEC = 0,5 vol %; ASTM 2,63
• Cetanový index: R2 = 0,934, SEC = 0,85; ASTM < 2,0
• Teplota varu (10 % r.): R2 = 0,879; (20 % r.) = 0,952; (50 % r.) = 0,927; (90 % r.) = 0,839
• Bod vzplanutí: R2 = 0,925, SEC = 1,9 °C; ASTM 4,3 °C
• Bod tuhnutí: R2 ~ NA, SEC = 1,9 °C; ASTM 0,8 °C
• Obsah vodíku: R2 = 0,939, SEC = 0,05 wt %; ASTM 0,16
• Viskozita při –20 °C: R2 = 0,905, SEC = 0,214 cSt; ASTM 0,0694

Dosažené přesnosti (SEC, SECV, SEP) se vyrovnaly či překročily požadavky ASTM, což potvrzuje spolehlivost NIR predikce.

Přínosy a praktické využití metody

Rychlá 30vteřinová analýza bez nutnosti chemikálií umožňuje operativní monitoring kvality paliva ve výrobě i distribuci. Metoda je snadno ovladatelná neškoleným personálem, zkracuje dobu testování a umožňuje kontinuální kontrolu parametrů paliva v reálném čase.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj zahrnuje rozšíření databází pro lepší pokrytí neobvyklých palivových směsí, integraci do automatizovaných řídicích systémů a kombinaci s pokročilými algoritmy strojového učení pro zvýšení robustness modelů. Významné je také rozšíření této technologie do mobilních jednotek pro poleové kontroly.

Závěr

Metoda NIR spektroskopie s použitím NIRS XDS Process Analyzeru poskytuje rychlá a přesná měření klíčových vlastností leteckého paliva. Vysoká korelace s referenčními metodami ASTM potvrzuje, že inline NIR analýza je životaschopnou alternativou k tradičním mokrým testům.

Reference

• Near-Infrared Spectroscopy Application Note NIR–25, Metrohm.