KR100957730B1 - 탄화수소 함유 공급원료 분석 방법 - Google Patents
탄화수소 함유 공급원료 분석 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 원유를 분석하는 방법에 관한 것으로, 본 방법은, 2 가지 이상의 기법은 각각의 특성을 예측하는 2 가지 이상의 상이한 기법을 사용하여, 하나 이상의 실험실 비의존적 장치로 2 가지 이상의 선택된 원유의 특성을 측정하는 단계, 측정된 특성으로부터 원유의 한정적 분석을 재실행할 수 있는 프로세서로 측정된 특성을 전송하는 단계, 및 측정된 특성으로부터 원유의 한정적 분석을 재실행하는 단계를 포함한다. 본 발명은, 예를 들어 제품의 판매를 협상하는 무역업자가 제품을 판매 또는 구매의 여부를 판정하는데 정확한 분석 정보를 가지도록, 정제 공급원료의 실시간 정보를 제공한다.
Description
본 발명은 공급원료의 제한된 정보로부터 원유, 합성 원유, 정제 중간물 (intermediate), 및 바이오 성분과 같이 탄화수소 함유 공급원료의 한정적 분석을 얻는 방법에 관한 것이다.
원유와 같이 탄화수소 함유 공급원료는 탄화수소의 복잡한 혼합물 및 다양한 몰 질량 및 극성을 가지는 이종 원자의 유기 화합물이다. 원유는 유전 (well) 으로부터 얻어진 형태로는 거의 사용되지 않고, 대신에 총괄하여 정제로 알려진 물리적 및 화학적 공정의 조합에 의해 사용가능한 넓은 범위의 연료로 변환된다. 원유는 그 정제 특성 및 상업적 가치가 폭넓게 변한다. 정제 공급원료와 같이 탄화수소 함유 공급원료를 포함하는 화학적 공정 및 판매 협상(negotiation)은 화학적 조성 및 원유의 물리적 및 성능 특성을 고려하여 적시에 정확한 정보로부터 이익을 얻을 수 있다. 하지만, 때때로 그러한 정보는 구매 시기에는 단순히 쓸모가 없어서, 정제 공급원료의 구매를 유통하는 무역업자들은, 공급원료의 출처, 및 공급원료가 과거의 동일한 출처 (또는 세계의 유사 지역) 로부터 구매되는 것과 실질적으로 동일할 것이라는 예상을 고려하여 역대의 정보에 기초하여 구매 결정을 해야한다. 하지만, 공급원료에 관한 더욱 시의 적절한 정보로 인해서, 무역업자들은 판매가 고려되는 공급원료가 출처로부터 통상적으로 기대되는 제품과 비교하여 양호한지 조악한지를 알 수 있는 장점을 가지고, 따라서 역대의 정보 및 기대에 기초하는 대신에, 특정의 제품의 실제의 화학적 조성 및 물리적 및 성능 특성에 기초하여 더욱 양호한 협상을 할 수 있다. 게다가, 공급원료에 존재하는 성분으로 예상할 수 없는 내용물 (예를 들어, 정제 공정을 훼손하거나 다른 소망하지 않는 성분) 로 인해서, 무역업자는 판매 협상시 공급원료에 관한 전체적이고 정확한 정보로부터 이익을 얻는다. 하지만 지금까지는, 정제 공급원료의 다수의 특성이 결정되어서 무역업자들에 운송되어야 하기 때문에, 협상시 또는 잠재적 판매시 적시에 정확한 정보를 얻는 것이 비현실적이었다. 통상적으로, 그러한 분석은 공급원료의 큰 샘플 부피를 요구하고 완료시까지 1 내지 2 주가 소요된다. 따라서, 구매된 공급원료에 관하여 불완전한 (또는 한정적) 분석 정보를 가진 무역업자에 의해 정제 공급원료가 구매되는 것이 통례이었다.
유사하게도, 원유 분석과 같은 정제 공급원료 분석은 원유가 정제되기 전에 실행되어야 하는 중요한 분석이다. 통상적으로, 오일 정제는 다수의 상이한 원유 (또는 그들의 혼합물) 를 정제하고, 각각의 원유는 중요한 물리적 및 성능 특성이 달라서, 차후의 제조 또는 판매용으로 분류된 특정의 증류물을 얻는다. 즉, 정제 공급원료의 다수의 특성은 각각의 공급원료를 정제하기 위해서 정제 기술자가 최적의 정제 공정 조건을 결정할 수 있기 전에 분석되어야 하며, 각각의 공급원료가 정제 장치에서 가질 수 있는 잠재적 효과 (예컨대, 부식, 침전 등) 를 평가한 다. 이러한 기술자들은 그 출처에 기초한 각각의 원유의 성분 조성 및 특성을 프로파일하는 역대 데이터에 기초하여 특정의 혼합비 및 다른 공정 단계를 결정한다. 하지만, 원유의 성분 조성 및 전체 특징은, 시간이 스트림에 따라 그리고 출처로부터 정제소로 운송시에 변할 수 있다. 따라서, 정제 공급원료가 정제소에 도착하면, 종종 원유가 출처로부터 생산될 때 결정된 것과 상이한 특성을 가질 수 있다. 이러한 차이는 소망하는 증류물 구분을 얻기 위해서 필요한 혼합비에 인상적으로 영향을 미칠 수 있다. 정제 공급원료가 불완전한 정보에 기초하여 구매된 경우에는, 한정적 분석 정보를 얻기 위해서 정제하기 전에 필수적인 분석이 실행되어야 한다. 상술한 바와 같이, 이러한 분석은 제품의 큰 부피의 샘플을 요구하고 완료시까지 1 내지 2 주가 소요된다. 분석 결과를 얻은 이후에, 정제 공급원료가 예상되는 화학적 조성 및 물리적 및 성능 특성을 갖지 않는 경우에는, 정제 기술자는 공정을 수정해야 하며, 더욱 비효율적으로 된다.
예를 들어 스피럴 소프트웨어사 (Spiral Software Ltd. ; 영국) 의 제품과 같은 상업적으로 구입가능한 소프트웨어 제품은, 공급원료 (예컨대, 참비등, 황 함유량, 질소 함유량, 밀도, 제품 산출량 등) 의 제한된 정보에 기초한 정제 공급원료용 한정적 분석 데이터, 및 공지의 원유, 합성 원유, 정제 중간물, 바이오 성분의 수백 (바람직하게는, 수천) 의 완전한 (또는 한정적) 분석을 포함하는 포괄적인 데이터베이스를 제공할 수 있다. 그러한 소프트웨어 제품을 적절히 사용하기 위해서, 데이터베이스는 고품질이고, 원유의 다양성 및 유형과 출처에 기초한 다른 정제 공급원료의 정보를 가져야한다. 이러한 소프트웨어 제품은 제한된 정보를 취하고 복잡한 수학적 연산을 실행하여, 공급원료 (제한된 공지의 정보에 기초) 를 대부분 유사한 특성을 가진 공지의 원유 분석과 일치시킬 수 있다. 선택적으로, 이러한 소프트웨어 제품은 제한된 정보를 취하고 복잡한 수학적 연산을 실행하여, 데이터베이스에 존재하는 다양한 특성들 사이의 상호관계 및 공지의 원유, 합성 원유, 정제 중간물 등의 다양성에 기초한 미지의 (unknown) 원유, 합성 원유, 중간물 등의 한정적 분석을 실행하거나 재실행할 수 있다. 따라서, 이러한 소프트웨어 제품은 정제 공급원료의 샘플 부피 및 포괄적인 데이터베이스로부터 얻어진 제한된 분석 정보의 입력이 필요하다. 소프트웨어 제품의 유용성은 제한된 분석 정보 및 또한 정제 공급원료의 한정적 분석 정보를 정확하게 예측하는 제한된 분석 정보의 값을 얻기 위해서 진행하는 테스트의 속도 및 정확성과는 무관하다.
정제 공급원료가 판매시에 평가되는지 또는 오일 정제소에 바로 도착하는지에 따라, 가능한 한 빠르게 중요한 구매 및 공정 결정을 하기 위해서 완전한 (한정적) 분석 정보를 가지는 것이 필요하다. 완전한 또는 한정적 분석 정보는 화학적 조성 및 정제 공급원료의 물리적 특성 및 그에 대한 성능 특성에 관한 정보를 포함한다. 하지만, 공지의 기법에 기초하면, 정제 공급원료의 신속하고 한정적 분석 정보를 얻기가 어렵다. 소프트웨어는 제한된 분석 데이터에 기초한 한정적 분석 정보를 예측하기 위해서 존재하는 반면, 노동 집약적 및 시간 집약적 공정 및 분석은 소프트웨어를 사용하는데 필요한 제한된 분석 데이터를 얻기 위해서 필요하다. 구체적으로, 소프트웨어를 사용하는데 필요한 제한된 데이터를 얻기 위해서, 원유를 다수의 분류로 증류하고 각각의 분류를 분석하여 다수의 물리적 특성을 위한 데이터를 얻는다. 예를 들어, 국제 공제 제 WO 00/39561 A1 호에 공개된 것과 같이 그 기술 분야에서 최근에 더욱 진보한 발명이 원유를 분광법으로 자동으로 분석하는 방법을 개시하지만, 상당히 큰 원유의 양 및 종래의 증류 장치를 요구한다. 게다가, 그러한 방법은 완료시까지 약 2 일이 소요된다. 예를 들어, 국제 공개 제 WO 03/048759 A1 호에 공개된 것과 같이 당해 분야의 다른 진보한 발명은 한정적 분석이 시작되기 전에 수백 개의 파라미터의 분석 데이터를 얻는 것이 필요하다. 따라서, 방법은 그 출처에서 정제 공급원료의 구매를 협상하는 무역업자, 또는 정제 공급원료가 정제소에 도착한 경우의 정제 기술자를 유리하게 돕지 못한다.
제한된 분석 정보를 신속하게 얻을 수 있는 테스트를 개발하는 것이 바람직하다. 게다가, 탄화수소 함유 공급원료의 어떠한 특성을 통해 공급원료의 정확하고 한정적 분석을 예측할 수 있는지 결정하는 것이 바람직하다. 그러한 결정에 기초하여, 여기에 개시된 방법에 따라 특히 한정적 분석의 예측 결과를 제공할 수 있는 그러한 테스트가 제공되는 것이 필요하다.
본 발명은 정제 공급원료와 같이 탄화수소 함유 공급원료 분석 방법인데, 그 공급원료는, 원유, 합성 원유, 잔류물 성분 또는 분해된 공급원료 성분과 같은 부분 정제된 분류물, 바이오 성분 또는 그들의 혼합물을 포함하지만, 그에 한정되지 않으며, 석유 탐사 예비 생산은 유전 샘플을 시험한다. 일 실시형태에서, 본 방법은, 각각의 측정 기법이 특성 중의 하나를 예측하는 2 가지 이상의 상이한 실험실 비의존적 측정 기법을 사용하여 탄화수소 함유 공급원료의 2 가지 이상의 특성을 측정하는 단계, 측정치로부터 탄화수소 함유 공급원료의 한정적 분석을 재실행할 수 있는 프로세서로 측정치를 전송하는 단계, 및 측정치로부터 탄화수소 함유 공급원료의 한정적 분석을 재실행하는 단계를 포함한다. 바람직한 일 실시형태에서, 본 방법은, 제 1 기법이 비등 프로파일을 예측하고 제 2 기법이 제 2 특성을 예측하는 2 가지 이상의 상이한 측정 기법을 가지고 탄화수소 함유 공급원료의 하나 이상의 특성 및 비등 프로파일을 측정하는 단계, 측정치로부터 탄화수소 함유 공급원료의 한정적 분석을 재실행할 수 있는 프로세서로 측정치를 전송하는 단계, 및 측정치로부터 탄화수소 함유 공급원료의 한정적 분석을 재실행하는 단계를 포함한다.
다른 실시형태에서, 본 방법은, 그 기법은 각각의 특정의 특성을 예측하는 실험실 비의존적 장치로 2 가지 이상의 기법을 실행하는 단계, 탄화수소 함유 공급원료의 2 가지 이상의 특성을 얻기 위한 기법으로부터 얻어진 데이터를 재실행하는 단계, 측정치로부터 탄화수소 함유 공급원료의 한정적 분석을 재실행할 수 있는 프로세서로 그 특성을 전송하는 단계, 및 탄화수소 함유 공급원료의 한정적 분석을 재실행하는 단계를 포함한다. 그 기법은 자외선-가시광선 (UV-Vis) 흡수 분광법, 적외선 (IR) 흡수 분광법, UV 형광 분광법, 중적외선 (MIR) 흡수 분광법, 근적외선 (NIR) 흡수 분광법, X-ray 형광 (XRF) 분광법, 핵자기 공명, 마이크로 진동, 마이크로 증류, 마이크로 질량 분석법, 마이크로 이온 유동 분석법, 및 마이크로 가스 크로마토그래피로부터 선택된다.
본 발명의 추가적인 특징은 이하의 상세한 설명 및 첨부된 청구범위로부터 당업자에게 명백해질 수 있다.
본 발명은 제한된 양의 중요한 특성으로부터 탄화수소 함유 공급원료 분석 방법에 관한 것으로, 본 방법은, 각각의 측정 기법이 특성 중의 하나를 예측하는 2 가지 이상의 상이한 실험실 비의존적 측정 기법을 사용하여 탄화수소 함유 공급원료의 2 개 이상의 특성을 측정하는 단계, 측정치로부터 탄화수소 함유 공급원료의 한정적 분석을 재실행할 수 있는 프로세서로 측정치를 전송하는 단계, 및 측정치로부터 탄화수소 함유 공급원료의 한정적 분석을 재실행하는 단계를 포함한다. 바람직한 실시형태에서, 본 방법은, 제 1 기법이 비등 프로파일을 예측하고 제 2 기법이 제 2 특성을 예측하는 2 개 이상의 상이한 측정 기법을 가지고 탄화수소 함유 공급원료의 하나 이상의 특성 및 비등 프로파일을 측정하는 단계, 측정치로부터 원유의 한정적 분석을 재실행할 수 있는 프로세서로 측정치를 전송하는 단계, 및 측정치로부터 탄화수소 함유 공급원료의 한정적 분석을 재실행하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 제 2 특성은 밀도, 비중, 총산가, 유동점, 점성도, 황 함유량, 금속 함유량, 질소 함유량, 및 그들의 조합으로부터 선택된다. 바람직하게는 비등 프로파일은 참비등 프로파일이다.
바람직하게는, 측정 단계는, 자외선-가시광선 (UV-Vis) 흡수 분광법, 적외선 (IR) 흡수 분광법, UV 형광 분광법, 중적외선 (MIR) 흡수 분광법, 근적외선 (NIR) 흡수 분광법, X-ray 형광 (XRF) 분광법, 핵자기 공명, 마이크로 진동, 마이크로 증류, 마이크로 질량 분석법, 마이크로 이온 유동 분석법, 및 마이크로 가스 크로마토그래피 (GC) 으로부터 선택된 2 가지 이상의 기법을 실행하는 단계를 포함한다. 각각의 경우에, 분석의 방법에 따라 선택된 측정 기법은 연구에서 특성을 가장 잘 예측하는 기법이다. 그러한 선택에 의해서, 본 발명의 분석 방법은 제한된 수의 중요한 특성, 즉 2 가지 이상의 특성만을 측정함으로써 탄화수소 샘플을 재실행한다.
다른 실시형태에서, 본 방법은, 실험실 비의존적 장치를 가지고 2 가지 이상의 전술한 특성을 예측하는 기법을 실행하는 단계, 원유의 2 가지 이상의 특성을 얻기 위한 기법으로부터 얻어진 데이터를 상호 연관시키는 단계, 측정치로부터 원유의 한정적 분석을 재실행할 수 있는 프로세서로 그 특성을 전송하는 단계, 및 원유의 한정적 분석을 재실행하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 본 방법은, 실험실 비의존적 장치로 2 가지 이상의 전술한 기법을 실행하는 단계, 원유의 하나 이상의 제 2 특성 및 비등 프로파일을 얻기 위한 기법으로부터 얻어진 데이터를 재실행하는 단계, 측정치로부터 원유의 한정적 분석을 재실행할 수 있는 프로세서로 제 2 특성 및 비등 프로파일을 전송하는 단계, 원유의 한정적 분석을 재실행하는 단계를 포함한다.
바람직한 일 실시형태에서, 측정 기법은, 중적외선 (MIR) 흡수 분광법, 근적외선 (NIR) 흡수 분광법, 핵자기 공명, 마이크로 진동, 마이크로 증류, 및 마이크로 가스 크로마토그래피 (GC) 중에서 하나 이상으로 샘플의 비등 프로파일을 측정하는 단계를 포함한다. 이러한 분광 기법을 통해서 얻어진 특정의 데이터 또는 핵자기 공명, 마이크로 진동, 마이크로 증류, 마이크로 가스 크로마토그래피 (GC) 기법에 의해 얻어진 데이터는 당업자에 의해 공지된 계량화학 (chemometric) 분석을 이용하여 샘플의 비등 프로파일을 재실행할 수 있다. 이러한 기법은 원유 샘플 자체, 또는 선택적으로 원유 샘플의 증류된 분류에서 실행될 수 있다. 예를 들어, 샘플은 마이크로 가스 크로마토그래피 (GC) 또는 마이크로 증류에 의해 다양한 분류로 분류될 수 있고, 따라서 각각의 분류는 중적외선 (MIR) 및/또는 근적외선 (NIR) 광으로 조사 (irradiate) 될 수 있다. 조사로부터 얻어진 스펙트럼 데이터는 계량화학 분석을 이용하여 데이터베이스에 저장된 표준 금속의 스펙트럼 데이터의 비등 프로파일과 상호 연관시킬 수 있다.
또 다른 바람직한 실시형태에서, 제 2 특성은, 밀도, 비중, 총산가, 유동점, 점성도, 및 그들의 조합으로부터 선택되고, 측정 단계는, 자외선-가시광선 (UV-Vis) 흡수 분광법, 적외선 (IR) 흡수 분광법, UV 형광 스펙트럼, 중적외선 (MIR) 흡수 분광법, 근적외선 (NIR) 흡수 분광법, X-레이 형광 (XRF) 분광법, 핵자기 공명, 마이크로 진동, 마이크로 증류, 및 마이크로 크로마토그래피 (GC) 로부터 선택된 한 가지 이상의 기법을 실행함으로써 그 특성을 측정하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 그 기법은 중적외선 (MIR) 흡수 분광법, 근적외선 (NIR) 흡수 분광법, 및 핵자기 공명 중의 하나 이상이다.
다른 바람직한 실시형태에서, 제 2 특성은 황 함유량 및 금속 함유량 (예컨대, 니켈 함유량, 바나듐 함유량, 철 함유량 등) 및 그 조합으로부터 선택되고, 측정 단계는 X-레이 형광 (XRF) 분광법으로 특성을 측정하는 단계를 포함한다. 또 다른 바람직한 실시형태에서, 그 특성은 금속 함유량 (예컨대, 니켈 함유량, 바나듐 함유량, 철 함유량 등) 이고, 측정 단계는 자외선-가시광선 (UV-Vis) 흡수 분광법으로 특성을 측정하는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 분석 방법은, 비등 프로파일과 같은 2 가지 이상의 특성 및 원유와 같이 탄화수소 함유 공급원료의 하나 이상의 제 2 특성을 얻는 단계를 포함한다. 이는, 측정 기법이 항상 그 특성을 결정하기 위해서 선택되고 가장 잘 예측되는 데이터를 얻기 위해서 2 가지 이상의 전술한 측정 기법을 원유 샘플에서 실행하는 단계, 및 그 후에 당업자에게 공지된 계량 화학 분석을 이용하여 얻어진 데이터를 제 2 특성 및 비등 프로파일과 상호 연관시키는 단계를 실행함으로써 달성된다. 상호 연관시키는 단계는, 예를 들어 얻어진 스펙트럼을 확인하는 단계, 원유의 특성이 스펙트럼에 의해 예측될 수 있는지를 판정하는 단계를 포함한다. 상호 연관시키는 단계는 또한, 얻어진 데이터를 확인하는 단계 및 원유의 특성이 데이터에 의해 예측될 수 있는지를 판정하는 단계를 포함한다. 상호 연관시키는 단계는 또한, 스펙트럼 또는 데이터를 데이터베이스에 저장된 표준 금속의 공지의 스펙트럼 또는 데이터와 일치시키는 단계, 또는 샘플의 특성을 판정하기 위해서 계량화학 분석을 이용하는 방법을 포함하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 원유의 밀도를 NIR 스펙트럼과 상호 연관시키기 위해서, 차후에 측정될 전체 특성의 범위를 포함하는 샘플의 캘리브레이션 (calibration) 세트를 선택해야한다. 밀도를 상호 연관시키기 위해서 700 ㎏/㎥ 내지 1100 ㎏/㎥ 로 분포된 샘플의 밀도를 포함할 수 있다. 그러한 샘플로부터, NIR 스펙트럼 및 밀도는 종래의 ASTM 방법 (예컨대, NIR 에는 ASTM 1655-00, 그리고 밀도에는 IP 365) 또는 다른 공지의 표준 방법을 이용하여 측정될 수 있다. 계량화학 분석, 예를 들어 부분 최소 자승법 (partial least square) 과 같은 다선형 (multilinear) 상호 연관 알고리즘, 중선형 회귀 (multiple linear regression), 중립 네트워크, 또는 유전적 알고리즘과 같은 계량화학 분석을 이용하여, NIR 스펙트럼과 밀도 사이의 수학적 상호 연관이 판정될 수 있다. 그리고 수학적 상호 연관은 그 NIR 스펙트럼으로부터 미지의 샘플의 밀도를 유도하는데 사용될 수 있다. 샘플의 비중 (API) 은 밀도로부터 계산될 수 있다. 이하의 표 1 에 설명된 공지의 표준에 기초한 원유의 제 2 특성에 있어서 유사한 캘리브레이션이 실행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따라 측정되거나 상호 연관되는 특성은, 밀도, 비중, 비등 프로파일, 총산가, 유동점, 총염기가, 점성도, 황 함유량, 니켈 함유량, 바나듐 함유량, 및 질소 함유량으로부터 선택된다. 추가적인 특성이 측정될 수 있지만, 선택된 특성의 정보는 탄화수소 함유 공급원료의 한정적 분석을 얻기 위해서 전부가 필요하다는 것이 발견되었다. 원유의 화학적 특성은 원소의 성분 및 분자의 성분을 포함할 수 있지만, 그에 한정되지 않는다. 원유의 물리적 특성은 밀도, 점성도, 산출 구조 (yield structure), 연점 (smoke point) 및 유동점, 운점 (cloud point), 또는 어는점과 같은 냉류 (cold flow) 특성을 포함할 수 있지만, 그에 한정되지 않는다. 탄화수소 함유 공급원료의 성능 특성은 옥탄가 (octane number) 및 세탄가 (cetane number) 를 포함하지만, 그에 한정되지 않는다. 원유의 다른 화학적, 물리적, 및 성능 특성은 통상적으로 원유를 정제하는 당업자에게 공지되어 있다.
본 발명의 분석 방법은, 탄화수소 함유 공급원료를 제한된 중요한 특성으로부터 연구에서 특성을 가장 잘 예측하는 최적의 독립적인 측정 기법을 사용하여 부분적으로 재실행할 수 있다. 이와 관련된 예로서, 비등 프로파일 및 밀도를 판정하기 위한 NIR 기법, 니켈, 바나듐 또는 황 함유량을 판정하기 위한 XRF 기법, 점성도를 판정하기 위한 마이크로 유동학적 기법, 산성도를 판정하기 위한 도전성 기법을 사용한다.
본 방법은, 원유, 합성 원유, 중간물, 및 바이오 성분을 포함하는 정제 공급원료와 같은 표준이 되는 최신의 완전한 (또는 한정적) 탄화수소 함유 공급원료 분석 데이터의 출처를 포함하는 데이터베이스를 이용하고, 그 데이터베이스의 성분 및 물리적 및 성능 특성은 미리 측정되고 특성화되어 있다. "한정적" 원유 분석은 무역업자 또는 기술자가 사업이나 공정 결정을 하는데 필수적으로 소망될 수 있는 완전한 정보를 나타내야 한다. 이러한 표준 원유에 대한 상호 연관 데이터는 또한 데이터베이스에 존재할 수 있다. 그러한 상호 연관 데이터는, 예를 들어 스펙트럼 데이터, 및 화학적, 물리적, 및 성능 특성 데이터를 포함할 수 있다. 데이터베이스에 근접하고 향상된 수학적 방법을 사용하는 소프트웨어를 포함할 수 있는 프로세서는, 재분류 (re-cutting), 및 다른 애플리캐이션과 유연한 데이터 교환을 포함하는 원유와 같이 탄화수소 함유 공급원료에 있어서 한정적 분석 정보를 생성할 수 있다. 소프트웨어의 일부로 바람직한 향상된 통계적 방법은 프로세서에 의해 상호 연관 데이터와 특정의 특성 사이의 연관을 확인하기 위해서 사용될 수 있고, 원유 모델의 형성은 유용한 정보로부터 완전한 특성을 재실행하는데 사용될 수 있다. 파라미터가 소수의 중요한 것에만 기초하여 측정된 경우에도, 이러한 재실행은 물리적 및 화학적 특성의 전체 범위를 확실히 파악한다(span). 모든 측정값의 오류 평가치는 사용자 (예건대, 무역업자, 정제소 기술자 등) 가 사업 및 공정 결정에 관한 소정의 위험을 평가하게 한다. 제한된 분석 정보와 관련된 이러한 향상된 통계 방법은 우수한 정확도로 제한된 측정치로부터 안정적인 탄화수소 함유 공급원료의 재실행을 가능하게 한다. 따라서, 미지의 탄화수소 함유 공급원료는 2 가지 이상의 측정 기법을 이용하여 평가되는 경우에, 측정된 데이터는 미지의 탄화수소 함유 공급원료의 한정적 분석을 하기 위해서, 하나 이상의 공지의 표준으로 존재하는 데이터와 상호 연관될 수 있다. 적절한 소프트웨어 제품은, 예를 들어 스피럴 소프트웨어 (영국) 사로부터 상업적으로 활용이 가능하다. 적절한 프로세서는, 통상적으로 산업용 컴퓨터, 개인용 컴퓨터, 및 개인용 디지털 단말기 (PDA) 장치에 설치된 것과 같이, 일반 및 특정 목적용 마이크로프로세서일 수 있지만, 그에 한정되지 않는다.
소정의 다변수 (multivariate) 기법은 상호 연관 기법 (즉, 측정된 데이터를 공지의 표준으로 존재하는 성분 및 물리적 및 성능 특성과 상호 연관시키기 위해서) 으로 사용될 수 있다. 다변수 측정은 다수의 측정치가 관련된 샘플에서 형성 (즉, 하나 이상의 변수 또는 반응이 각각의 샘플에서 측정) 되는 것이다. 따라서, 예를 들어 증기 샘플에서 다수의 반응을 얻기 위해서 센서 배열을 이용하는 것이 다변수 측정이다. 통상적으로 비베 (Beebe) 등이 저술한 "계량화학 : 실질적 가이드" 6 (존 윌리 & 손스 주식회사, 1998) ("Chemometrics:A Practical Guide," 6 (John Wiley & Sons Inc. 1998)) 를 참조한다. 바람직한 상호 연관 기법은, 예를 들어 부분 최소 자승법, 중선형 회귀, 유전적 알고리즘, 및 중립 네트워크와 같이 희박한 (sparse) 데이타 기법, 계량화학 기법이다. 따라서, 다변수 기법으로 얻어진 데이터는 그 특성에 관한 정보를 형성하기 위해서 성분의 고유의 특성과 수학적으로 상호 연관된다.
예를 들어, NIR 스펙트럼은 탄화수소, 산화 수소, 및 질화 수소 조합 및 분자와 같이 분자에서 분자 진동의 배진동의 세기를 측정하는데 사용될 수 있다. 탄화수소 (C-H) 흡수대는 통상적으로 유기 화합물의 혼합에 있어서 유용하다. C-H 의 상이한 유형, 예컨대, 방향족, 지방족, 올레핀족 탄화수소는 상이한 특정의 주파수에서 빛을 흡수한다. 흡수대의 크기는 샘플에서 C-H 조합의 양에 비례한다. 따라서, NIR 스펙트럼은 샘플 성분의 지문을 제공할 수 있다. 이 지문은 경험적으로 샘플의 고유의 특성으로 상호 연관될 있다.
NIR 분광법은 정제시 다른 분석적 방법에 걸쳐서 소정의 장점을 가지며, 정확하고 신속하게 다수의 반복적인 적용을 포함할 수 있다. 800 nm 내지 2500 nm 사이의 NIR 영역은 성분 및 다원자 진동으로부터의 배진동의 형태로 분자 정보의 전체를 포함하지만, 수학적 기법은 이러한 정보를 사용하고 소망하는 파라미터를 계산하는 것이 필요하다. 여기에 참조된 미국 특허 제 5,490,085 호, 제 5,452,232 호, 제 5,475,612 호에서는 옥탄가, 화학적 공정 또는 공급에서 분석으로부터 그 공정으로의 분리 공정의 제품의 특성 및/또는 산출량, 및 공급에서 분석으로부터 그 공정으로의 혼합 작업의 제품의 특성 및/또는 산출량을 판정하기 위한 NIR 의 사용을 설명한다.
빛이 유체와 충돌하면 여러 현상이 발생할 수 있다. 예를 들어, 빛의 일부는 표면으로부터 반사될 수 있는 반면, 나머지는 유체를 통과할 것이다. 유체를 통과하는 빛의 부분은 유체를 통해서 전송 또는 산란 또는 흡수될 수 있다. 종종, 이러한 메카니즘의 전부가 동시에 발생할 수 있다. 주어진 파장에서 흡수되는 빛의 양은 빛이 통과하는 물질의 특성이다. 흡수되는 빛은 직접적으로 측정될 수 없는 반면, 유체로부터 나오는 빛은 측정될 수 있다. 흡수로 인해서, 나오는 빛은 감소되거나 "감쇠 (attenuate) 될" 것이다. 소정의 주어진 성분에 있어서 빛이 희박해질 수 있는 양은 그 파장의 함수로 변할 것이다. 따라서, 주어진 광원 스펙트럼에 있어서, 선택된 파장에서 나오는 빛의 성분의 세기를 평가하는 것은 그 유체의 성분에 관한 정보를 제공한다.
산란은 또한 빛의 세기의 감쇠 (attenuation) 를 유발한다. 하지만, 흡수로 인한 감쇠는 파장의 함수로 빛 세기의 상대적 변화를 유발하는데, 다시 말하면 광대역 스펙트럼의 형상이 변하는 반면에, 빛의 산란으로 인한 감쇠는 그 절대 파장에 덜 의존하는데, 매우 느리고, 파장을 단조롭게 따른다. 따라서, 빛의 산란은 모든 파장에서 빛의 세기의 강하를 유발하여, 소정의 주어진 파장에서의 강도가 다른 파장에서의 강도에 대하여 상당하게 변하지 않는다. 빛을 흡수 및 산란하는 유체에 있어서, 최종 결과는, 화학적 성분에 관하여는 일정하지 않은 파장의 함수로 수집된 빛의 절대 크기이지만, 파장의 함수로 상대적 빛의 세기가 화학적 성분에 관한 것이다. 빛의 상이한 파장이 상이하게 행동할 수 있기 때문에, 다수의 측정 기법은 여기에 개시된 분석 방법을 따르는 것이 바람직하다.
본 방법은 하나 이상의 실험실 비의존적 장치를 사용하여 실행된다. "장치" 라는 용어를 변형하여 사용하기 때문에, "실험실 비의존적" 이라는 용어는 휴대용, 바람직하게는 소형 (hand-held) 장치를 나타낸다. 게다가, 그러한 장치는 개인에 의해 작동될 수 있다. 따라서, 바람직하게는 각각의 장치는 약 5 kg 미만의 총중량을 가지고, 예컨대 2 kg 미만이다. 측정하는 단계를 실행하는데 적합한 하나 이상의 실험실 비의존적 장치는, 마이크로 증류 유닛, 마이크로 진동 유닛, 마이크로 가스 크로마토그래피 (예컨대, 2 차원적 마이크로 가스 크로마토그래피), 마이크로 자외선-가시광선 (UV-Vis) 빛 분광계, 마이크로 적외선 (IR) 분광계, 마이크로 UV 형광 분광계, 마이크로 중적외선 (MIR) 분광계, 마이크로 근적외선 (NIR) 분광계, 휴대용 X-레이 형광 (XRF) 분광계, 마이크로 질량 분광계, 마이크로 이온 유동 분광계, 휴대용 핵자기 공명 분광계, 마이크로 도전성/전기 용량성 장치, 마이크로 유동학적 장치 및 음차 (tuningfork) 센서 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 적절한 실험실 비의존적 장치는 또한, 단일의 장치가 자외선-가시광선 (UV-Vis) 흡수 분광법, 적외선 (IR) 흡수 분광법, UV 형광 스펙트럼, 중적외선 (MIR) 흡수 분광법, 근적외선 (NIR) 흡수 분광법, X-레이 형광 (XRF) 분광법, 핵자기 공명, 마이크고 진동, 마이크로 증류, 마이크로 질량 분석법, 마이크로 이온 유동 분석법 및 마이크로 크로마토그래피 (GC) 중의 하나 이상을 실행할 수 있는 다기능일 수 있다.
적절한 분광계는 상업적으로 구입가능하며 원유를 정제하는 당업자에게 공지되어 있다. 예를 들면, 마이크로 NIR 분광계는 AXSUN NIR-APS 분석기라는 이름으로, 악슨 테크놀로지 주식회사 (Axsun Technologies Inc.) 로부터 상업적으로 구입가능하다. 마이크로 가스 크로마토그래피는 Siemens (명칭 : 마이크로샘 ; MicroSAM) 및 SLS (명칭 : 마이크로-테크롤로지 ; Micro-technology) 로부터 상업적으로 구입가능하다. XRF 분광계는 Oxford Instruments (영국) 로부터 상업적으로 구입가능하다. 적절한 마이크로 진동 유닛이 미국 특허 제 5,827,952 호에 일반적으로 설명되어 있고, 그 내용이 여기에 참조 되어있다. 적절한 음차 센서는 미국 특허 제 6,393,895 호에 일반적으로 설명되어 있고, 그 내용이 여기에 참조 되어있다.
이러한 유닛 또는 분광계 중의 하나는 다수의 특성과 상호 연관시킬 수 있는 데이터를 제공할 수 있는 반면, 종종 소정의 파라미터가 하나의 유닛 또는 분광계에 의해 더 양호하게 검출될 수 있는 것으로 발견되었다. 예를 들어, 바람직한 일 실시형태에서는, 검출되는 특성은, 밀도, 비중, 총산가, 유동점, 및 점성도으로부터 선택되고, 조사하는 단계는 근적외선 (NIR) 광 및 중적외선 (MIR) 광 중에서 하나 이상으로 탄화수소 함유 공급원료 샘플을 조사하는 단계를 포함한다. 따라서, 바람직하게는, 실험실 비의존적 장치는 하나 이상의 전술한 유닛 또는 분광계 (예컨대, 장치는 다기능임) 를 포함하여, 상이한 유닛 또는 분광계가 상이한 특성의 데이터를 얻기 위해서 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 소정의 측정 기법은 다른 측정 기법에 비하여 소정의 특성을 더욱 정확하게 예측한다. 본 분석 방법은 특성을 예측하여 측정되도록 측정 기법을 선택하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 방법은, 비등점을 예측하는 기법 ,및 밀도, 비중, 총산가, 유동점, 점성도, 황 함유량, 금속 함유량, 및 질소 함유량과 같은, 탄화수소 함유 공급원료의 제 2 특성을 예측하는 제 2 측정 기법과 다른 측정 기법을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 사용되는 "예측하는" 이라는 용어는, 동일한 특성을 측정하는 표준화된 방법 (예컨대, ASTM) 과 비교할 때, 그 측정치가 허용가능한 오차 범위 내에 있는 기법을 포함한다. 허용가능한 오차 범위는 표준화된 방법 (예컨대, ASTM) 에 의해 측정된 값의 15 % 내이고, 바람직하게는 10 % 내이며, 더욱 바람직하게는 5 % 이하이다. 따라서, 제 1 측정 기법이 표준화된 방법의 15 % 의 오차 범위를 초과하는 그러한 기법은 측정되는 특성을 예측하는데 고려되지 않을 것이다. 이와는 반대로, 제 2 측정 기법이 15 % 이하의 범위를 가지는, 그러한 기법은 측정되는 특성을 예측하는데 고려될 것이다. 측정 기법을 선택하는 표준은, 고정밀 (상기에서 논의), 기법이 실행될 수 있는 속도 (빠른 기법이 바람직), 기법 실행시 상대적 비용 (값싼 기법이 바람직), 기법 실행의 용이성 (숙련된 기술을 요구하지 않는 기법이 바람직), 및 환경 조건의 변화에 대한 기법의 적은 민감도를 포함할 수 있지만, 그에 한정되지 않는다.
바람직하게는, 각각의 실험실 비의존적 장치는 약 5 kg 이하의 중량을 가지고, 더욱 바람직하게는 약 2 kg 이하이다. 게다가, 바람직하게는, 각각의 실험실 비의존적인 장치는 설명된 방법을 실행하는데 적은 양의 원유를 요구한다. 따라서, 각각의 실험실 비의존적인 장치는 바람직하게는 원유 샘플의 약 100 mL 이하를 요구하고, 더욱 바람직하게는 10 mL 이하이고, 가장 바람직하게는 샘플의 1 mL 이하이다. 각각의 실험실 비의존적인 장치의 그러한 작은 양의 요구, 및 작은 크기 및 중량으로 인해서, 장치는 휴대가능하게 제조될 수 있고, 예를 들어 원유 유전 또는 하역 유조선과 같이 분석되지 않은 원유의 위치에서 원유가 분석될 수 있다. 유리하게도, 실험실 비의존적인 장치 구성의 비교적 작은 크기 때문에, 전력 요구 또한 비교적 낮아져야 한다. 따라서, 장치는, 예를 들어 전체 장치에 해로운 중량의 추가 없이 충전가능한 배터리와 같은 적절한 배터리로 작동될 수 있다.
통상적으로, 장치 또는 본 방법을 실행하는데 사용되는 장치는 2 시간 이내에 분석을 제공하고, 바람직하게는 30 분 이내, 예컨대 2 분 이내이다.
휴대용 장치 또는 장치가 정제 공정의 제품의 분석을 위한 본 방법을 실시하는데 사용되는 경우에, 제품은 전체 정제 공정에서 흐르는 중간물, 역청 (bitumen), 실질적으로 화학적 공급원료로 사용되는 전체 정제 공정으로부터의 제품, 실질적으로 연료 또는 윤활유로 사용되거나, 또는 연료 또는 윤활유용 혼합 성분으로 사용되는 전체 정제 공정으로부터의 제품, 또는 예를 들어 항공유, 가솔린, 디젤 또는 선박 연료 또는 그 자체로 윤활유와 같은 연료일 수 있다.
휴대용 장치로 표현된 분석 장치는 적절하게 마이크로 가공 (microfabricate) 될 수 있고, 센서의 형태일 수 있다. 마이크로 가공된 장치는 장치의 중대한 분석부 또는 검출기가 마이크로칩 산업과 관련된 기술을 이용하여 제조되고, 시험 물질과 접촉에 반응하여 스펙트럼 또는 간단한 전기 신호를 생성하는 장치이다. 간단한 전기 신호는, 입력 신호를 측정되는 특정 값으로 변환하거나, 또는 계량화학 기법을 사용하여 신호를 처리하는, 관련 전자 기기 세트로 공급될 수 있다. 계량화학 기법이 적용되기 전에, 요구되는 특성을 산출하기 위해서 스펙트럼이 직접적으로 또는 수학적으로 처리될 수 있다. 어느 경우에나, 그 값 또는 스펙트럼은 측정된 값 또는 스펙트럼과 이전의 분석 측정치에 의해 결정된 샘플의 공지된 성분 또는 특성 사이의 관계로부터 형성된 모델에 공급될 수 있다.
마이크로 증류 또는 마이크로 분류 장치는, 샘플을 종래의 증류에 의해 이루어지는 것과 유사한 분류로 증류 또는 분류하는데 사용될 수 있는 소정의 적절한 장치일 수 있다. 예를 들면, 마이크로 증류 또는 마이크로 분류 장치는 원유 또는 다른 정제 공급원료를 원유 증류 유닛 (CDU) 에서 종래의 정제 증류에 의해 이루어지는 것과 유사한 분류로 증류 또는 분류될 수 있다. 마이크로 증류 장치는 또한, 샘플 (예컨대, 원유) 을 증발시키는 마이크로 가열기, 적절한 채널, 예를 들어 증기 액체를 분리하기 위해서 증발된 샘플이 통과하는 모세관, 채널을 통과한 증발된 샘플이 응축되는 적절한 응축 구역 (통상적으로 마이크로 냉각기와 같은 냉각 구역), 응축 구역에서 샘플의 응축을 측정하기 위한 마이크로 센서를 포함하는 마이크로 공학 장치일 수 있다. 마이크로 센서는 광학 센서일 수 있다. 바람직하게는, 마이크로 증류 장치는 예를 들어 실리콘 웨이퍼 (wafer) 에서 마이크로 가공된 분리 장치이다. 마이크로 증류 장치는 일회용일 수 있다. 마이크로 증류 장치가 종래의 증류에 의해 이루어지는 것과 유사한 분류의 열 (series) 을 제공하는 경우에, 이러한 분류는 하나 이상의 다른 분석 장치에 의해 분석될 수 있다.
마이크로 진동 장치는 음향 광학적 장치 또는 센서이다. 마이크로 진동 장치는 전동기에서 재료의 질량에 따라 변하는 장치의 진동 주파수의 측정치에 기초한다. 따라서, 재료가 장치에서 증발되거나 압축되면, 주파수는 변한다. TBP 의 정보뿐만 아니라, 음향 광학적 장치는 점성도, 냉류 특성, 휘발성 오염물 및 침전물 형성의 정보를 제공할 수 있다. 적절한 마이크로 진동 장치는 미국 특허 제 5,661,233 호 및 제 5,827,952 호에 설명되어 있다.
마이크로 NIR 은, 예를 들어 TBP 의 정보를 제공하고, 실험된 증류 곡선을 제공할 뿐만 아니라, 마이크로 증류 장치와 같은 적절한 분리 단계로부터 얻어진 분류물의 및/또는 전체인 샘플내의 밀도 및 포화량 및 방향족의 정보를 제공한다. 황 및/또는 운점 및 어는점과 같은 냉류 특성, 산성도 (TAN), 리서치 옥탄가 (RON), 모터 옥탄가 (MON), 세탄가 및 연점이 또한 측정될 수 있다. 적절한 마이크로 NIR 분석기는 매사추세츠의 악선 테크놀로지 주식회사 (Axsun Technologies Inc.) 에 의해 제조된 Axsun NIR-APS Analyser 를 포함한다.
밀도를 측정하는 장치는 진동하는 센서일 수 있으며, TAN 을 측정하는 장치는 전기화학적 센서일 수 있다.
마이크로 GC 는 실험된 증류 곡선을 제공할 수 있고, C1-C9 탄화수소와 같은 탄화수소 종형성 (speciation) 을 제공할 수 있다. 적절한 마이크로 GC 장치는 지멘스의 마이크로샘 프로세스 GC 또는 SLS의 마이크로-테크놀로지 GC's 를 포함할 수 있다.
마이크로 이온 유동/차동 (differential) 유동 분석법은 특정의 분자 유형 및 특히 샘플에서 극성 분자의 정보, 예를 들어 유기 염화물 또는 메탄올뿐만 아니라 황 및 질소 화합물과 같은 오염 물질의 정보를 제공하는데 사용될 수 있다. 게다가, 마이크로 열분해기 (pyrolyser) 와 연결된 마이크로 이온 유동/차동 유동 분석기는 황 및 질소 분석을 향상시킬 수 있다. 마이크로 이온 유동/차동 유동 분석기는 마이크로 GC 및/또는 예비 분류/예비 농축 장치와 조합하여 가장 잘 실행된다. 적절한 마이크로 이온/차동 유동 분석기는 시오넥스 마이크로디엠엑스 (Sionex microDMx) 를 포함한다.
본 방법의 사용에 있어서, 다수의 장치가 단일의 휴대용 장치에 배치될 수 있다. 장치는 3 개 이상의 상이한 분석 장치, 바람직하게는 5 개 이상의 상이한 분석 장치, 가장 바람직하게는 10 개 이상의 상이한 분석 장치를 포함할 수 있는데, 그 분석 장치는 샘플 (또는 그 분류물) 다수의 특성을 사용하여 확인되게 하고, 이하에서 더 설명되는 적절한 데이터베이스를 통해서 또는 직접적으로 분석에 있어서 중요한 데이터 양을 제공하는 장치이다.
휴대성 때문에, 그 방법을 실행하는데 사용되는 장치는 분석되는 샘플의 위치, 및 얻어진 샘플의 신속한 분석을 얻을 수 있다. 예를 들어, 원유 분석에 있어서, 장치는 "그 위치에서", 예를 들어 원유 탱커 또는 지상의 원유 저장 탱크, 또는 오일 탐사 굴착 사이트에서 원유의 신속한 사정/평가하는데 사용될 수 있어서, 원유의 가치를 잠재적 구매자에게 신속하게 확인시킨다. 오일 탐사 굴착 사이트에서, 본 발명의 장치는 원유의 신속한 분석을 제공하기 위해서, 예를 들어 상기 원유의 평가하게 하는 시험 원유에서 원유의 특성의 신속한 피드백을 제공하기 위해서, 굴착 사이트의 유정 (well-head) 에서 사용될 수 있다.
바람직하게는, 본 분석 방법에 사용될 수 있는 장치는 적어도 무선 메쉬 (mesh) 네트워크와 같은 무선 통신, 더욱 바람직하게는 위성 데이터 통신과 같은 원격 통신 수단을 포함하거나 그 수단과 호환되어서, 분석 결과가 잠재적 구매자에 용이하게 통보될 수 있고, 분석 데이터가 잠재적 구매자에게 유용하게 되는 시간을 감소시킬 수 있다.
특히, 적절한 마이크로 장치가 활용 불가능한 경우에, 본 발명을 실행하는데 사용될 수 있는 장치는 분석의 폭을 개선하기 위해서 휴대용 X-레이 형광 (XRF) 분광법 및 레이저 유도 분석 분광법 (Laser Induced Breakdown Spectroscopy ; LIBS) 과 같은 다른 휴대용 장치, 구체적으로 그러한 산출되는 원소 데이터와 조합하여 사용될 수 있다.
예를 들어, XRF 는 샘플, 예를 들어 원유 분류물의 황 및 금속 함유량의 분석을 제공할 수 있다. 적절한 휴대용 XRF 분석기는 옥스포드 인스트루먼트 (OXFORD instruments) 로부터 상업적으로 구입가능하다.
통상적으로, 본 발명의 분석 방법을 실행하는데 선택적으로 소정의 다른 장치와 조합하여 사용되는 경우에, 장치는 2 가지 이상의 데이터를 생성하고, 바람직하게는 분석되는 샘플의 10 개 이상의 중요한 특성에 관한 데이터이다.
본 발명의 분석 방법을 이용하여 얻을 수 있는 신속한 분석으로 인해서, 분석은 더욱 자주 얻어질 수 있고 공정 최적화에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 방법은 정제소에서 사용될 수 있으며, 정기적인 분석은, 정제소에서 (이용가능한 2 가지 이상의 원료로부터) 제조된 원유의 혼합물과 같은 정제 공급원료의 혼합물에서 실행될 수 있어서, 혼합물 정제의 최적 구성을 보장한다. 게다가, 본 방법은 정제소 또는 혼합 장소에 도착한 공급원료의 품질 및/또는 농도 (consistency) 를 검증하는데 사용될 수 있고, 및/또는 혼합 및 공정 정제 최적 모델에 입력하는 공급원료 품질 및 특성 데이터를 라인 결정에서 온라인으로 제공하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 방법이 굴착 사이트의 "유정" 에서 사용되는 경우에, 다수의 장치는 각각의 유전으로부터 원유의 분석을 제공하기 위해서, 통상의 운송 기구, 예를 들어 통상의 파이프라인을 이용하는 상이한 유정에서 작동될 수 있다. 개별적인 원유 및 적절한 계획의 분석은 최종 원유 혼합물의 최적의 조성이 가능하게 할 수 있다. 더욱이, 상이한 유정으로부터 원유의 반복된 분석에 의해서, 개별적인 원유의 시간에 따른 변화는 제조된 원유 혼합물의 영향, 또는 혼합물을 일정한 품질의 원유 혼합물로 유지하는데 영향을 예측하는데 사용될 수 있다.
유사하게, 본 방법이 정제 공정에서 얻을 수 있는 제품의 분석에 사용되는 경우에, 본 방법은, 정제소, 또는 화학적 플랜트, 연료 혼합 터미널, 또는 공항, 조선소 또는 앞마당의 주유소의 저장 탱크나 연료 탱커 등의 연료 저장 탱크와 같은 차후의 저장 장소에서 제품의 농도 및 품질을 확인하는데 사용될 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 정제 공급원료 또는 정제 공정 제품의 분석 방법을 제공하며, 상기 방법은 전술한 휴대용 장치를 이용하여 정제 공급원료 또는 정제 공정의 제품을 분석하는 단계를 포함한다.
본 방법은 또한 하나 이상의 다른 휴대용 분석기로 정제 공급원료 또는 정제 공정의 제품의 분석, 잠재적 구매자에게 분석 결과의 통보, 및/또는 얻어진 분석 정보와 전술한 데이터베이스 모델의 조합을 포함할 수 있다.
선택적으로 또는 추가적으로, 종류 특성 (species-specific) 센서, 적당한 PH 센서, 음향 센서, 마이크로 도전성/전기 용량성 기기, 마이크로 유동학적 기기와 같이 분석 도구는 본 방법에서 사용된 실험실 비의존적 장치에 통합될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 도전성/전기 용량성 기기 및 적당한 PH 센서는 샘플의 산성도를 판정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 유동학적 기기 및 음향 센서는 샘플의 점성도를 판정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 음향 센서는 또한 샘플의 유동점을 판정하는데 사용될 수 있다.
바람직하게는, 실험실 비의존적 장치는, 위성 데이터 통신과 같은 원격 통신 수단을 포함하거나 그와 호환되어서, 분석 결과가 무역업자, 기술자, 또는 실험실 비의존적 장치의 사용자에게 용이하게 통보될 수 있다.
본 분석 방법은, 예를 들어 다수의 유전으로부터 혼합되는 원유 굴착 플랫폼, 원유를 한 지역으로부터 다른 지역으로 연통하는 파이프 라인, 원유 유조선/탱커의 선적/하역 항구, 오일 정제소의 입구, 또는 소정의 중간물 스트림 또는 오일 정제시 제품 스트림과 같이 다양한 위치에서 실행될 수 있다.
본 실시예는 본 발명의 방법을 설명한다. 원유 샘플의 NIR 스펙트럼은 보멤 (Bomem) FTNIR 분광계를 이용하여 얻어진다. NIR 스펙트럼은 1 mm 의 경로 길이 및 40℃ 의 온도에서 제 1 배진동 영역(6300 내지 5700 파수(wavenumbers))에 취해진다.
스펙트럼의 제 1 유도체는 캘리브레이션 모델의 형성용 및 측정용으로 사용된다.
TBP 데이터 및 밀도에 있어서 캘리브레이션 모델은 약 40 내지 60 의 캘리브레이션 샘플을 사용하여 형성된다. 이러한 캘리브레이션 샘플이 선택되어서 소망하는 범위의 다양한 원유 특성을 표시할 수 있다. 캘리브레이션 원유의 표준 데이터는 대응하는 ASTM 법 및 표 1 에 나열된 다른 적절한 방법을 사용하여 측정된다. 모델은 부분 최소 자승법 ("PLS") 을 이용하여 형성된다. 모델은 GRAMS/A1 데스크탑 분광 데이터 처리 및 써모 일렉트론 사(Thermo Electron Corporation) 로부터 입수가능한 관리 도구를 이용하여 형성된다. 모델의 정확성은 독립적인 원유 샘플의 세트를 이용하여 확인된다.
샘플의 NIR 스펙트럼은 동일한 파라미터를 이용하여 측정된다. 얻어진 스펙트럼이 캘리브레이션 모델로 공급되고 TBP 데이터 및 밀도가 계산된다. 이하에서 표 2 는 모델에 의해 결정된 TBP 및 밀도의 결과를 나타낸다.
추가적으로, X-레이 형광 분광법 (IP 방법 437 및 477) 은 원유 샘플의 황, 니켈, 및 바나듐 함유량을 결정하는데 사용된다. 이 데이터는 또한 이하의 표 2 에 나타나 있다.
본 발명에 따르면, TBP, 밀도, 황, 니켈 및 바나듐 데이터는 재실행된 분류 분석을 하기 위해서 스피럴 소프트웨어사로부터 입수가능한 크루드매니저 (Crudemanager) 소프트웨어를 사용하여 상호 연관된다. 이하의 표 3 은 재실행된 분석을 나타내고 종래의 분석 기법에 의해 결정된 소정의 실제 분석값과 그 재실행된 분석값을 비교한다. 자명하다고 하더라도, 본 발명의 방법은 제한된 분석 정보를 이용하여 원유의 비교적 정확한 분류 분석을 제공한다.
크루드매니저는 중요한 원유 데이터의 설정으로부터 전체 원유 특성, 원유의 개별적인 분류의 특성, 또는 전체 원유 분석의 정해진 세트로 계산(재실행)하기 위한 도구이다. 통상적으로, 이 데이터의 세트는 TBP 데이터 및 추가 데이터를 포함한다. 추가 데이터는 밀도, 황, 니켈 또는 바나듐일 수 있으나, 그에 제한되지 않는다. 제한된 수의 데이터로부터의 원유 데이터 또는 전체 원유 분석을 위해서, 크루드매니저는 원유 분석의 큰 세트로부터의 데이터에 단련되어 있다. 이러한 캘리브레이션 세트는 원유의 다양성을 포함하여 재실행되는 것이 바람직하다.
전술한 설명은 명료하게 이해하기 위해서 주어진 것이며, 본 발명의 범위 내의 변형이 당업자에게 명백하므로, 전술한 설명에 제한되는 것으로 이해될 필요는 없다.
Claims (20)
- (a) 2 가지 이상의 실험실 비의존적 기법으로 탄화수소 함유 공급원료의 비등 프로파일 및 하나 이상의 제 2 특성을 측정하는 단계로서, 상기 2 가지 이상의 실험실 비의존적 기법 중 하나 이상은 상기 비등 프로파일이 예측되도록 선택되고, 상기 2 가지 이상의 실험실 비의존적 기법 중 다른 하나 이상은 상기 하나 이상의 제 2 특성이 예측되도록 선택되는 단계,(b) 상기 단계 (a) 에서 생성된 측정치로부터 탄화수소 함유 공급원료의 한정적 분석을 재실행할 수 있는 프로세서에 측정치를 전송하는 단계, 및(c) 상기 측정치로부터 원유의 한정적 분석을 재실행하는 단계를 포함하고,상기 제 2 특성은 밀도, 비중, 총산가, 유동점, 점성도, 황 함유량, 금속 함유량, 질소 함유량, 및 그들의 조합으로부터 선택되는, 탄화수소 함유 공급원료 분석 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (a) 는, 자외선-가시광선 (UV-Vis) 흡수 분광법, 적외선 (IR) 흡수 분광법, UV 형광 분광법, 중적외선 (MIR) 흡수 분광법, 근적외선 (NIR) 흡수 분광법, X-ray 형광 (XRF) 분광법, 핵자기 공명, 마이크로 진동, 마이크로 증류, 마이크로 질량 분석법, 마이크로 이온 유동 분석법, 및 마이크로 가스 크로마토그래피 (GC) 으로부터 선택된 하나 이상의 기법을 실행하는 단계를 포함하는, 탄화수소 함유 공급원료 분석 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (a) 는 상기 2 가지 이상의 실험실 비의존적 기법으로부터 얻어진 데이터를 비등 프로파일 및 제 2 특성과 상호 연관시키는 단계를 더 포함하는, 탄화수소 함유 공급원료 분석 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (a) 는, 중적외선 (MIR) 흡수 분광법, 근적외선 (NIR) 흡수 분광법, 핵자기 공명, 마이크로 증류, 및 마이크로 가스 크로마토그래피 (GC) 중의 하나 이상에 의해 비등 프로파일을 측정하는 단계를 포함하는, 탄화수소 함유 공급원료 분석 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 단계 (a) 는, (i) 분광법으로부터 얻어진 스펙트럼 또는 (ⅱ) 마이크로 증류, 또는 마이크로 가스 크로마토그래피 (GC) 로부터 얻어진 데이터의 샘플의 비등 프로파일을 상호 연관시키는 단계를 더 포함하는, 탄화수소 함유 공급원료 분석 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 특성은, 밀도, 비중, 총산가, 유동점, 점성도, 및 그들의 조합으로부터 선택되고, 상기 단계 (a) 는, 자외선-가시광선 (UV-Vis) 흡수 분광법, 적외선 (IR) 흡수 분광법, UV 형광 분광법, 중적외선 (MIR) 흡수 분광법, 근적외선 (NIR) 흡수 분광법, X-ray 형광 (XRF) 분광법, 핵자기 공명, 마이크로 진동, 마이크로 증류, 마이크로 질량 분석법, 마이크로 이온 유동 분석법, 및 마이크로 가스 크로마토그래피 (GC) 로부터 선택된 하나 이상의 기법을 실행함으로써 제 2 특성을 측정하는 단계를 포함하는, 탄화수소 함유 공급원료 분석 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 단계 (a) 는 상기 기법으로부터 얻어진 데이터를 제 2 특성과 상호 연관시키는 단계를 더 포함하는, 탄화수소 함유 공급원료 분석 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 기법은 중적외선 (MIR) 흡수 분광법, 근적외선 (NIR) 흡수 분광법, 및 핵자기 공명 중의 하나 이상인, 탄화수소 함유 공급원료 분석 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 특성은, 황 함유량, 금속 함유량, 및 그들의 조합으로부터 선택되고, 상기 단계 (a) 는 X-레이 형광 (XRF) 분광법으로 상기 특성을 측정하는 단계를 포함하는, 탄화수소 함유 공급원료 분석 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 단계 (a) 는 X-레이 형광 (XRF) 분광법으로부터 얻어진 데이터를 제 2 특성과 상호 연관시키는 단계를 더 포함하는, 탄화수소 함유 공급원료 분석 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 금속은 니켈, 바나듐, 철, 및 그들의 조합으로부터 선택되는, 탄화수소 함유 공급원료 분석 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 제 2 특성은 금속 함유량이고, 상기 단계 (a) 는 자외선-가시광선 (UV-Vis) 흡수 분광법으로 상기 하나 이상의 제 2 특성을 측정하는 단계를 포함하는, 탄화수소 함유 공급원료 분석 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 단계 (a) 는 자외선-가시광선 (UV-Vis) 흡수 분광법으로부터 얻어진 데이터를 금속 함유량과 상호 연관시키는 단계를 포함하는, 탄화수소 함유 공급원료 분석 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 금속은 니켈, 바나듐, 철, 및 그들의 조합으로부터 선택되는, 탄화수소 함유 공급원료 분석 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 비등 프로파일은 참비등 프로파일인, 탄화수소 함유 공급원료 분석 방법.
- (a) 자외선-가시광선 (UV-Vis) 흡수 분광법, 적외선 (IR) 흡수 분광법, UV 형광 분광법, 중적외선 (MIR) 흡수 분광법, 근적외선 (NIR) 흡수 분광법, X-ray 형광 (XRF) 분광법, 핵자기 공명, 마이크로 진동, 마이크로 증류, 마이크로 질량 분석법, 마이크로 이온 유동 분석법, 및 마이크로 가스 크로마토그래피로부터 상이한 특성이 예측되도록 선택된, 2 가지 이상의 기법을 실험실 비의존적 장치를 사용하여 실행하는 단계,(b) 원유의 2 가지 이상의 특성을 얻기 위해서 상기 기법으로부터 얻어진 데이터를 상호 연관시키는 단계,(c) 측정치로부터 원유의 한정적 분석을 재실행할 수 있는 프로세서에 특성을 전송하는 단계, 및(d) 원유의 한정적 분석을 재실행하는 단계를 포함하는, 원유를 분석하는 방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 특성중 하나는 비등 프로파일인, 원유를 분석하는 방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 비등 프로파일은 참비등 프로파일인, 원유를 분석하는 방법.
- (a) 각각의 특성을 예측하는 2 가지 이상의 실험실 비의존적 기법으로 원유의 2 가지 이상의 특성을 측정하는 단계,(b) 상기 측정치로부터 원유의 한정적 분석을 재실행할 수 있는 프로세서에 상기 단계 (a) 에서 생성된 측정치를 전송하는 단계, 및(c) 상기 측정치로부터 원유의 한정적 분석을 재실행하는 단계를 포함하고,상기 (a) 단계의 각각의 특성 중 하나는 비등 프로파일이고, 다른 특성은 밀도, 비중, 총산가, 유동점, 점성도, 황 함유량, 금속 함유량, 질소 함유량, 및 그들의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 원유를 분석하는 방법.
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