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基于互信息和贝叶斯算法的天然气合成润滑油鉴别技术.pdf
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1、基于互信息和贝叶斯算法的天然气合成润滑油鉴别技术张伟亚1,2 宋保靓1,2 陈向阳1,2 晏金灿3 谭智毅41.深圳海关工业品检测技术中心 2.深圳市检验检疫科学研究院 3.中山大学惠州研究院 4.广州海关技术中心 摘要:目的 为完善润滑油的关税鉴定,提出了一种基于互信息和贝叶斯算法的天然气合成润滑油鉴别技术。方法 首先,提取了天然气合成润滑油和常规矿物油基润滑油的特征参数,并运用互信息方法对其进行特征指标选择,筛选出具有鉴别能力的特征指标。然后,对所选特征指标采用贝叶斯算法进行建模,最终实现了天然气合成润滑油和常规矿物润滑油的分类鉴别。结果 实验结果表明,该方法所建立的模型能够有效鉴别天然气
2、合成润滑油和常规矿物润滑油。结论 该方法所建立的模型具有良好的稳定性和可靠性,为润滑油行业和关税鉴定提供了一种全面和准确的鉴别工具。关键词:天然气合成润滑油;互信息方法;特征选择;贝叶斯算法D O I:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 7-3 4 2 6.2 0 2 3.0 5.0 1 7 引用格式:张伟亚,宋保靓,陈向阳,等.基于互信息和贝叶斯算法的天然气合成润滑油鉴别技术J.石油与天然气化工,2 0 2 3,5 2(5):1 1 5-1 2 0.Z HON G W Y,S ON GBL,CHE NXY,e t a l.G a s-t o-l i q u i d l u
3、 b r i c a n t i d e n t i f i c a t i o n t e c h n o l o g yb a s e do nm u t u a l i n f o r m a t i o na n dB a y e s i a na l g o r i t h mJ.C h e m i c a lE n g i n e e r i n go fO i l&G a s,2 0 2 3,5 2(5):1 1 5-1 2 0.G a s-t o-l i q u i d l u b r i c a n t i d e n t i f i c a t i o nt e c h n
4、 o l o g yb a s e do nm u t u a l i n f o r m a t i o na n dB a y e s i a na l g o r i t h mZ h a n gW e i y a1,2,S o n gB a o l i a n g1,2,C h e nX i a n g y a n g1,2,Y a nJ i n c a n3,T a nZ h i y i41.S h e n z h e nC u s t o m sI n d u s t r i a lP r o d u c t sT e s t i n gT e c h n o l o g yC e
5、 n t e r,S h e n z h e n,G u a n g d o n g,C h i n a;2.S h e n z h e nA c a d e m yo fI n s p e c t i o na n dQ u a r a n t i n e,S h e n z h e n,G u a n g d o n g,C h i n a;3.S Y S U-H u i z h o uR e s e a r c hI n s t i t u t e,H u i z h o u,G u a n g d o n g,C h i n a;4.G u a n g z h o uC u s t o
6、 m sT e c h n o l o g yC e n t e r,G u a n g z h o u,G u a n g d o n g,C h i n aA b s t r a c t:O b j e c t i v eA n o v e lt e c h n i q u ef o rt h ei d e n t i f i c a t i o no fg a s-t o-l i q u i d(G T L)l u b r i c a n t sb a s e do n m u t u a li n f o r m a t i o nm e t h o da n dB a y e s i
7、 a na l g o r i t h mi sp r o p o s e d t oe n h a n c e t h e t a r i f f i d e n t i f i c a t i o no f l u b r i c a t i n go i l s.M e t h o d s F i r s t,f e a t u r ep a r a m e t e r so fG T Ll u b r i c a n t s a n dc o n v e n t i o n a l p e t r o l e u ml u b r i c a n t s a r e e x t r a
8、 c t e d,a n d t h em u t u a l i n f o r m a t i o na l g o r i t h mi su s e d t o s e l e c t f e a t u r ei n d i c a t o r sw i t hd i s c r i m i n a t i v ea b i l i t y.T h e n,t h eB a y e s i a na l g o r i t h mi su s e dt om o d e l t h es e l e c t e df e a t u r ei n d i c a t o r s,w
9、h i c hf i n a l l ya c h i e v e st h e c l a s s i f i c a t i o n d i s c r i m i n a t i o n o f G T L l u b r i c a n t s a n d c o n v e n t i o n a ll u b r i c a n t s.R e s u l t sT h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t sd e m o n s t r a t et h ee f f e c t i v e n e s so ft h ep r o p o
10、s e d m e t h o di na c c u r a t e l yd i s c r i m i n a t i n g b e t w e e n G T Ll u b r i c a n t sa n dc o n v e n t i o n a lp e t r o l e u ml u b r i c a n t s.C o n c l u s i o n sT h ee s t a b l i s h e d m o d e le x h i b i t sg o o ds t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t y,p r o v
11、 i d i n gac o m p r e h e n s i v ea n da c c u r a t e i d e n t i f i c a t i o nt o o l f o r t h e l u b r i c a t i n go i l i n d u s t r ya n dt a r i f f a s s e s s m e n t.K e y w o r d s:g a s-t o-l i q u i d l u b r i c a n t;m u t u a l i n f o r m a t i o nm e t h o d;f e a t u r es e
12、 l e c t i o n;B a y e s i a na l g o r i t h m 润滑油是发动机、变速箱、传动机构等机械设备中必不可少的物质,其质量直接关系到设备的使用寿命和性能。润滑油的种类繁多,其中合成润滑油和矿物油基润滑油是最常见的两种润滑油基础油。合成润滑油是通过化学合成或精炼加工的方法获得的,其工艺复杂,炼制成本高昂,但是其性能卓越,包括高温稳定性、低温流动性和抗氧化性等方面均优于矿物油基润滑油。天然气合成润滑油(以下简称G T L润滑油)是通过将天然气中的烃类组分加氢裂解反应制成,不含硫、氮和芳烃化合物等有害成分,具有良好的生物降解性能和环保性能。同时,其物理性质和化
13、学性质也非常稳定,能够在高温、高压和恶劣工作条件下保持良好的润滑性能,从而延长设备寿命,降低维修成本。因此,虽然成本相对较高,但由于其出色的性能和环保性511 石 油 与 天 然 气 化 工 第5 2卷 第5期 CHEM I C A LE N G I N E E R I NGO FO I L&G A S 基金项目:深圳海关科研项目“G T L润滑油和矿物油基润滑油的鉴别方法研究”(2 0 2 2 S Z HK 0 0 2);深圳海关科研项目“基于大数据与A I的固体废物属性鉴别关键技术的研究及应用”(2 0 2 1 S Z HK 0 1 0)作者简介:张伟亚,1 9 7 3年生,博士,研究员,
14、主要研究方向为大宗资源商品分析技术。E-m a i l:z w y c i q 1 6 3.c o m通信作者:宋保靓,1 9 8 2年生,本科,高级工程师,主要研究方向为实验室管理、分析测试技术等。E-m a i l:s o n g b a o l i a n gf o x m a i l.c o m能,在市场上仍有一定的竞争力1。此外,合成润滑油和矿物油基润滑油属于不同的税则2,税率有较大的差异:矿物油基润滑油属于税目2 7.1 0,进口关税为6%;合成润滑油属于税目3 4.0 3,进口关税为1 0%。鉴于此,为保护税收3,G T L润滑油的准确鉴别已成为一项急需解决的问题。目前,润滑油的
15、鉴别主要采用红外光谱、电化学、光谱等检测技术4-1 0,通过分析不同种类润滑油之间的差异,从而对润滑油进行鉴别。但是这些方法仅考虑单一参数、易受干扰、结果准确率不高、适用范围窄。随着计算机技术的发展,基于数理统计的深度学习、数据挖掘方法得到广泛应用,这种方法具有参数多、不容易受到干扰等特点,尤其适用于润滑油鉴别工作。但是,目前类似的G T L润滑油鉴别技术的研究却仍未见报道。因此,本研究基于互信息和贝叶斯算法,探索一种新的G T L润滑油鉴别技术,以提高润滑油鉴别的准确性和可靠性,为润滑油行业提供更可靠的鉴别方法。1 实验部分1.1 仪器设备D R-A 1型折光仪(AT AGO公司);2 4
16、0 0-型元素分析仪(AT AGO公司);Z F-1型紫外灯(上海楚柏实验室设备有限公司);G CM S-Q PP l u s型气相色谱-质谱联用仪(日本S h i m a d z u公司);S Y P 1 0 1 6-型倾点分析仪(上海神开石油化工装备股份有限公司);S Y P 1 0 0 3-A型黏度分析仪(上海神开石油化工装备股份 有 限 公 司);K D-H 1 1 2 0型 蒸 发 损 失 测 定 器;K D-H 1 1 2 0型(长 沙 卡 顿 海 克 尔 仪 器 有 限 公 司);S Y P 1 0 0 1 B-型开口闪点分析仪(上海神开石油化工装备股份有限公司)。1.2 试剂耗
17、材硅胶(G F 2 5 4,2 0 0目);正己烷、石油醚、乙酸乙酯(上海国药),均为分析纯。1.3 实验样品G T L润滑油(编号0 11 2)和矿物油基润滑油(编号1 32 5)样品来源于工厂定制及实验室自行配制,作为已知样品用来训练模型;G T L润滑油(编号2 6、2 7)和矿物油基润滑油(编号2 8、2 9)样品来源于市场购买,作为未知样品用来验证模型的准确度。1.4 润滑油组分的分离润滑油由基础油和添加剂组成,添加剂配方的多样化或在一定程度上干扰基础油性能指标的分析结果。为保证分析的可比性、准确性与可靠性,对润滑油样品进行组成分离,分离出非极性组分和极性组分,非极性组分即是润滑油的
18、基础油。利用柱色谱对润滑油进行基础油和添加剂的分离。在长1.5m、直径1 0c m的色谱柱中加入5 0 0g硅胶,装柱后加入1 0g润滑油样品,再加入5 0 0m L的正己烷或石油醚进行洗脱,流量为1m L/m i n;利用薄层色谱法跟踪,当2 5 4n m紫外灯观察到薄层上出现明显吸收斑痕时停止分离。收集非极性组分,将非极性组分浓缩作为基础油待测样。1.5 理化参数的测试方法通过采集实验样品基础油的常见理化参数测试数据,如烃类组成(G C-M S法)、折射率、浊点、黏度、蒸发损失、闪点等,用于筛选特征指标和计算贝叶斯算法的先验概率,从而最终建立G T L润滑油的分类预测模型。1.5.1 烃烃
19、类类组组成成的的检检测测方方法法1.5.1.1 G C条件色 谱 柱:R t x-5 M S,0.2 5 u m 0.2 5 mm 3 0.0m。载气:高纯氮气。柱流量:1m L/m i n。检测器:质谱检测器。进样口温度:3 5 0。进样方式:分流进样。进样分流比:1 01。进样量:1.0L。柱温:1 0 0(2m i n)。1.5.1.2 M S条件质量范围:6 07 0 0a m u。电离方式:E I。电子能源:7 0e V。接口温度:3 4 0。离子源温度:2 3 0。四级杆温度:1 5 0。扫描方式:s c a n。1.5.2 其其他他项项目目的的检检测测方方法法测试项目及采用的检测
20、方法如表1所列。2 结果与讨论2.1 已知样品理化参数的检测结果按照第1.5节中的测试方法对第1.3节的样品进行检测,结果见表2、表3。测试结果表明,虽然各项理化参数之间存在潜在的相关性,但它们之间并不呈现直接的因果关系,也没611宋保靓 等 基于互信息和贝叶斯算法的天然气合成润滑油鉴别技术 2 0 2 3 表1 测试项目及采用的检测方法测试项目检测标准1 0-1 9备注折射率S H/T0 7 2 4-2 0 0 2 液体烃的折射率和折射色散测定法等效采用A S TM D 1 2 1 8-1 9 9 9C、H、N、S含量N B/S H/T0 6 5 6-2 0 1 7 石油产品及润滑剂中碳、氢
21、、氮的测定 元素分析仪法等效采用A S TM D 5 2 9 1-1 0(2 0 1 5)G C-M S分析N B/S H/T0 6 0 6-2 0 1 9 中间馏分烃类组成的测定 质谱法等效采用A S TM D 2 4 2 5-2 0 1 7倾点G B/T3 5 3 5-2 0 0 6 石油产品倾点测定法等效采用I S O3 0 1 6-1 9 9 4浊点G B/T6 9 8 6-2 0 1 4 石油产品浊点测定法等效采用A S TM D 2 5 0 0-2 0 1 14 0和1 0 0运动黏度G B/T2 6 5-1 9 8 8 石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法黏度指数G B/T1
22、9 9 5-1 9 9 8 石油产品粘度指数计算法等效采用A S TM D 2 2 7 0-1 9 9 3蒸发损失N B/S H/T0 0 5 9-2 0 1 0 润滑油蒸发损失的测定 诺亚克法等效采用A S TM D 5 8 0 0-2 0 0 8开口闪点G B/T3 5 3 6-2 0 0 8 石油产品闪点和燃点的测定 克利夫兰开口杯法等效采用I S O2 5 9 2-2 0 0 0表2 已知样品烃类组成检测结果样品编号基础油类型M S丰度比7 18 56 76 86 98 18 28 39 69 7w(链烷烃)/%0 1G T L润滑油1.0 0 00 0.6 7 97 0.0 8 54
23、 0.0 4 64 0.3 5 39 0.1 1 09 0.0 7 13 0.2 3 66 0.0 7 20 0.2 4 425 7.9 10 2G T L润滑油1.0 0 00 0.7 0 90 0.0 6 05 0.0 3 52 0.2 1 96 0.1 1 21 0.0 5 66 0.2 1 21 0.0 8 45 0.2 5 266 2.3 20 3G T L润滑油1.0 0 00 0.6 4 48 0.0 6 26 0.0 3 28 0.2 9 89 0.0 6 04 0.0 4 99 0.1 9 80 0.0 5 82 0.2 1 786 2.6 90 4G T L润滑油1.0 0
24、 00 0.7 7 06 0.0 7 29 0.0 3 58 0.2 0 71 0.1 4 68 0.0 7 57 0.2 2 16 0.0 9 35 0.1 9 146 2.8 90 5G T L润滑油1.0 0 00 0.6 4 79 0.0 9 53 0.0 4 38 0.3 8 63 0.1 4 09 0.0 8 19 0.2 9 98 0.0 8 68 0.3 2 635 3.0 10 6G T L润滑油1.0 0 00 0.7 7 44 0.0 5 44 0.0 3 31 0.3 0 03 0.0 5 58 0.0 5 06 0.2 1 10 0.0 6 56 0.2 5 046
25、3.4 70 7G T L润滑油1.0 0 00 0.7 2 53 0.0 6 52 0.0 3 53 0.3 1 58 0.0 7 48 0.0 5 14 0.2 2 87 0.0 7 58 0.2 5 106 1.1 10 8G T L润滑油1.0 0 00 0.6 8 75 0.0 5 22 0.0 3 16 0.2 9 06 0.0 5 42 0.0 4 32 0.1 8 76 0.0 5 47 0.2 1 006 4.6 20 9G T L润滑油1.0 0 00 0.8 9 55 0.0 9 78 0.0 4 59 0.3 6 53 0.1 9 34 0.0 9 11 0.2 8 7
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