Development of a near-infrared process analyzer for the prediction of properties of petroleum products

O trabalho trata do desenvolvimento de um analisador de processo utilizando a espectroscopia no infravermelho próximo (NIR) para prever propriedades de derivados de petróleo, como gasolina e querosene de aviação. O instrumento foi projetado para ser instalado diretamente em uma linha de processo numa unidade industrial, realizando, de maneira automatizada, a coleta, análise e descarte da amostra, envio dos resultados obtidos, além de operações como limpeza da célula e diagnósticos funcionais. Um protótipo de um espectrofotômetro NIR de bancada foi construído, a partir do qual, foi montado um espectrofotômetro de laboratório plenamente funcional. O espectrofotômetro foi instalado num gabinete com sistema de pressurização (para estar de acordo com a classificação da área industrial), controlador de temperatura e dispositivos para a seleção da amostra e limpeza da célula, tornando-se, assim, um analisador de processo. Um programa de computador em linguagem Visual Basic foi desenvolvido para a operação automatizada do analisador. Foram obtidos espectros e desenvolvidos modelos de calibração multivariados para prever uma série de parâmetros de qualidade de gasolina (como destilação, octanagem e concentrações de aromáticos, olefinas e saturados) e querosene de aviação (massa específica e ponto de congelamento), que apresentaram resultados compatíveis com os valores de precisão dos métodos de referência utilizados. O analisador foi instalado num sistema de mistura para produção de gasolina de uma refinaria de petróleo, visando prever, em tempo real, vários parâmetros de qualidade desse produto, para a otimização do processo produtivo.The work deals with the development of a process analyzer using near infrared spectroscopy (NIR) to predict properties of petroleum products like gasoline and jet fuel. The instrument was designed to be mounted directly on a line in an industrial process, performing automatically the collection, analysis and disposal of the sample, transmission of results, as well as operations such as cleaning the cell and functional diagnosis. A prototype of a benchtop NIR spectrometer was built, from which a fully functional laboratory spectrophotometer was assembled. The spectrophotometer was installed in a cabinet with a pressurization system (to be consistent with the classification of the industrial area), temperature controller and devices for sample selection and cleaning of the cell, becoming thus a process analyzer. A computer program written in Visual Basic was developed for the automated operation of the analyzer. Spectra were acquired and multivariate calibration models were developed to predict a series of gasoline (such as distillation, octane and concentrations of aromatics, olefins and saturated) and jet fuel quality parameters (specific gravity and freezing point), who presented results compatible with the precision values of the reference methods used. The analyzer was installed in a blending system for production of gasoline in an oil refinery, aimed to provide, in real time, various quality parameters of the product, to optimize the production process