KR20170121166A - 열중량 분석에 의한 원유 및 이의 분획의 특성화 - Google Patents

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오머 레파 코세오글루
애드난 알-하찌
아머 에이. 알-투와일립
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사우디 아라비안 오일 컴퍼니
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Abstract

원유 샘플의 열중량 분석 (TGA) 및 밀도로부터 원유 및 이의 분획의 세탄가, 유동점, 운점, 아닐린점, 방향족성, 및/또는 옥탄가를 계산하기 위한 시스템 및 방법은 제공된다.

Description

열중량 분석에 의한 원유 및 이의 분획의 특성화
본 발명은 열중량 분석 (thermogravimetric analysis: TGA)에 의한 원유 및 이의 분획의 샘플을 평가하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
원유는 1.5-5억 년 전에 진흙과 토사 (silt)의 연속 층에 묻혀 있던 수생 생물, 주로 해양 생물 및/또는 육상 식물의 분해와 변형으로부터 기원한다. 이들은 근본적으로 수천 개의 서로 다른 탄화수소의 매우 복잡한 혼합물이다. 공급원에 따라, 오일은 다양한 비율의 직쇄 및 분지-쇄 파라핀, 시클로파라핀 및 나프텐, 방향족, 및 다핵 방향족 탄화수소를 주로 함유한다. 이들 탄화수소는, 분자 내에 탄소 원자의 수와 배열에 따라, 정상 상태의 온도 및 압력 조건에서 기체, 액체 또는 고체일 수 있다.
원유는 어떤 지리적 영역에서 다른 영역으로, 및 현장에서 현장으로 이들의 물리적 및 화학적 특성이 매우 광범위하다. 원유는 보통 이들이 함유하는 탄화수소의 성질에 따라 3개의 그룹: 파라핀계, 나프탈렌계, 아스팔트계, 및 이들의 혼합물로 분류된다. 차이점은 다양한 분자 타입과 크기의 다른 비율에 기인한다. 어떤 원유는 대부분 파라핀을 함유할 수 있으며, 또 다른 원유는 대부분은 나프텐이다. 파라핀계든 나프탈렌계든, 하나는 다량의 경질 탄화수소를 함유할 수 있고, 및 이동성이거나 용존 가스 (dissolved gases)를 함유할 수 있으며; 또 다른 하나는 주로 중질 탄화수소로 이루어질 수 있고, 용존 가스가 거의 없거나 전혀 없는, 고점성일 수 있다. 원유는 또한 황, 질소, 니켈, 바나듐 및 원유 분획의 정제 공정에 영향을 미치는 다량의 다른 원소들을 함유하는 헤테로원자 (heteroatoms)를 포함할 수 있다. 경질 원유 또는 콘덴세이트 (condensates)는 0.01 W% 만큼 낮은 농도로 황을 함유할 수 있고; 대조적으로, 중질 원유는 5-6 W% 만큼 함유할 수 있다. 유사하게, 원유의 질소 함량은 0.001-1.0 W%의 범위일 수 있다.
원유의 성질은, 어느 정도까지, 원유로부터 제조될 수 있는 생성물의 성질 및 특수 적용에 대한 이들의 적합성을 좌우한다. 나프텐계 원유는, 왁스용 파라핀계 원유보다, 아스팔트 역청 (asphaltic bitumen)의 생산에 좀 더 적합할 것이다. 나프텐계 원유, 및 훨씬 더 방향족 오일은, 온도에 민감한 점도를 갖는 윤활유를 산출할 것이다. 그러나, 현대의 정제 방법으로, 다양한 원유의 사용에 많은 유연성이 있어 많은 원하는 타입의 생성물을 생산한다.
원유 분석 (crude oil assay)은 벤치마크 (benchmark) 목적을 위해 원유의 성질을 결정하는 전통적인 방법이다. 원유는 참 비등점 (true boiling point: TBP) 증류 및 분별에 적용되어 다른 비등점 분획을 제공한다. 원유 증류는 미국 표준 시험 협회 (ASTM) 방법 D 2892를 사용하여 수행된다. 공통 분획 및 이들의 공칭 비등점은 표 1에 제공된다.
분획 비등점, ℃
메탄 -161.5
에탄 -88.6
프로판 -42.1
부탄 -6.0
경질 나프타 36-90
중간 나프타 90-160
중질 나프타 160-205
경질 가스 오일 205-260
중간 가스 오일 260-315
중질 경우 315-370
경질 감압 가스 오일 370-430
중간 감압 가스 오일 430-480
중질 감압 가스 오일 480-565
감압 잔사유 565+
해당하는 경우, 이들 원유 분획의 수율, 조성물, 물리적 및 지표 특성 (indicative properties)은, 그 다음 원유 분석 워크-업 계산 (crude assay work-up calculation) 동안에 결정된다. 원유 분석으로부터 얻은 통상적인 조성 및 특성 정보는 표 2에 제공된다.
특성 단위 특성 타입 분획
수율 중량 및 부피% W% 수율 모두
API 비중 ° 물리적 모두
38℃에서 동적 점도 ° 물리적 >250℃에서 비등하는 분획
20℃에서 굴절률 단위 없음 물리적 <400℃에서 비등하는 분획
황 W% 조성물 모두
메르캅탄 황, W% W% 조성물 <250℃에서 비등하는 분획
니켈 ppmw 조성물 >400℃에서 비등하는 분획
질소 ppmw 조성물 모두
인화점, COC ℃ 지표 모두
운점 ℃ 지표 >250℃에서 비등하는 분획
유동점, (상한) ℃ 지표 >250℃에서 비등하는 분획
어는점 ℃ 지표 >250℃에서 비등하는 분획
미세 탄소 잔류물 W% 지표 >300℃에서 비등하는 분획
발연점, mm mm 지표 150-250℃에서 비등하는 분획
옥탄가 단위 없음 지표 <250℃에서 비등하는 분획
세탄가 단위 없음 지표 150-400℃에서 비등하는 분획
아닐린점 ℃ 지표 <520℃에서 비등하는 분획
증류 컷 (distillation cuts)의 수 및 관련 분석의 수 때문에, 원유 분석 워크-업은 많은 비용이 들고 많은 시간이 소요된다.
통상적인 정유 공장에서, 원유는 먼저 상압 증류탑에서 분별되어, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 및 황화수소, 나프타 (36-180℃), 등유 (180-240℃), 가스 오일 (240-370℃) 및 상압 잔사유 (>370℃)를 포함하는, 사워 가스 (sour gas) 및 경질 탄화수소로 분리된다. 상압 증류탑 유래의 상압 잔사유는, 정유 공장의 구성에 따라, 연료유로 사용되거나 또는 감압 증류 장치로 보내진다. 감압 증류로 얻은 주 생성물은 370-520℃ 범위에서 비등하는 탄화수소를 포함하는 감압 가스 오일, 및 520℃를 초과하여 비등하는 탄화수소를 포함하는 감압 잔사유를 포함하는 진공 가스 오일이다. 원유 분석 데이터는 전통적으로 상기 컷들의 개별 분석으로부터 얻어져, 분획이 적절한 정제 장치에서 가장 효율적이고 효과적으로 처리될 수 있도록, 정제업자가 원유 분획의 일반적인 조성물 및 특성을 이해하는 것을 돕는다. 지표 특성은 엔진/연료 성능 또는 유용성 또는 흐름 특성 또는 조성을 결정하는 데 사용된다. 지표 특성들과 이들의 결정 방법의 서술에 대한 요약은 아래에 제공된다.
ASTM D613 방법에 따라 결정된, 디젤 연료유의 세탄가는, 정 표준 연료 (primary reference fuels)와 비교한 점화 지연을 측정하는; 표준 단일 실린더 시험 엔진에서 결정된 바와 같은; 디젤 연료의 점화 품질의 척도를 제공한다. 세탄가가 높을수록; 고-속이 더 수월해지고; 직접-분사 엔진은 시작될 것이며; 그리고 시동 후에 덜 한 백연 (white smoking)과 디젤 노킹 (diesel knock)이 있다. 디젤 연료유의 세탄가는 시험 엔진에서 이의 연소 특성 (combustion characteristics)을 표준 작동 조건하에서 알려진 세탄가의 표준 연료의 블렌드 (blends)에 대한 특성과 비교하여 결정된다. 이는 특정 점화 지연을 얻기 위해 샘플 및 각각의 두 개의 브라켓팅 표준 연료 (bracketing reference fuels)에 대한 압축비 (표준 샘플을 분석한 값 (hand wheel reading))를 변화시키는 브라켓팅 표준 샘플 분석 절차 (bracketing hand wheel procedure)를 사용하여 달성되고, 따라서 표준 샘플을 분석한 값에 관하여 세탄가의 보간 (interpolation)을 허용한다.
ASTM D2500 방법에 의해 결정되는, 운점 (cloud point)은, 윤활유 또는 증류 연료 (distillate fuel)가 표준 조건하에서 냉각되는 경우, 왁스 결정 (wax crystals)의 구름이 나타나는 온도이다. 운점은 물질이 추운 날씨 조건하에서 필터 또는 작은 오리피스 (orifices)를 막는 경향을 나타낸다. 표본 (specimen)은 특정 속도로 냉각되고 주기적으로 검사된다. 시험용 자 (test jar)의 버텀에서 처음 구름이 관찰되는 온도가 운점으로 기록된다. 이 시험 방법은 오직 40mm 두께의 층에서 투명하고, 49℃ 아래에서 운점을 갖는 석유 제품 및 바이오디젤 연료만을 포함한다.
ASTM D97 방법에 따라 결정되는 석유 제품의 유동점 (pour point)은, 저온 작동 온도에서 오일 또는 증류 연료가 흐를 수 있는 능력의 지표이다. 이것은 규정된 조건하에서 냉각되는 경우 유체가 흐를 수 있는 최저 온도이다. 예비 가열 후에, 샘플은 특정 속도로 냉각되고, 3℃ 간격으로 유동 특성이 조사된다. 표본의 움직임이 관찰되는 가장 낮은 온도가 유동점으로 기록된다.
ASTM D611 방법에 의해 결정된 아닐린점 (aniline point)은, 동일한 부피의 아닐린 및 탄화수소 연료 또는 윤활유 베이스 스톡 (lubricant base stock)이 완전히 혼화될 수 있는 최저 온도이다. 탄화수소 블렌드의 방향족 함량의 측정은 베이스 스톡의 용해력 (solvency) 또는 증류 연료의 세탄가를 예측하는데 사용된다. 특정 부피의 아닐린 및 샘플, 또는 아닐린 및 샘플에 더하여 n-헵탄은, 튜브에 넣고, 기계적으로 혼합된다. 혼합물은 2 상들 (phases)이 혼화될 때까지 조절된 속도로 가열된다. 상기 혼합물은 그 다음 조절된 속도로 냉각되고, 2개의 분리된 상이 다시 형성되는 온도는 아닐린점 또는 혼합된 아닐린점으로 기록된다.
ASTM D2699 또는 D2700 방법에 따라 결정되는, 옥탄가는, 불꽃 점화 엔진 (spark ignition engine)에서 폭발을 방지하기 위한 연료의 능력의 척도이다. 표준 단일-실린더에서 측정; 가변-압축비 엔진을 정 표준 연료와 비교한다. 온화한 조건하에서, 엔진은 리서치 옥탄가 (RON)를 측정하고, 가혹한 조건하에서, 엔진은 모터 옥탄가 (MON)를 측정한다. 법률이 분배 펌프에 대한 옥탄가의 게시를 요구하는 경우에, 앤티노크 지수 (Antiknock Index, AKI)는 사용된다. 이것은 RON과 MON의 산술 평균, 즉, (R + M)/2이다. 이것은 보통 차가 연료에 어떻게 반응하는지의 측정인, 도로 옥탄가 (road octane number)와 비슷하다.
전통적으로 가스 오일 또는 나프타 분획의 이러한 특성들을 결정하기 위해, 이들 분획들은 원유로부터 증류되어야 하고, 그 다음 번거롭고, 비용이 들며, 시간 소모적인, 다양한 분석 방법을 사용하여 측정/확인되어야 한다.
열중량 분석 (TGA)은 가열 온도의 함수에 따라 물질의 물리적 및 화학적 특성에서 변화를 측정한다. 따라서, TGA는 가열로 질량이 손실/증가함에 따라 샘플의 잔량을 지속적으로 측정하여 휘발성 물질 (탄화수소 및/또는 수분)의 손실, 분해, 또는 산화로 인한 질량 손실 또는 중가를 결정하는 데 사용된다. 그 결과는 가열 온도 대 질량의 온도기록도 (thermogram) 플롯으로 표시된다. TGA는, 물질 특성화, 물질의 열적 안정성, 및 샘플의 유기/무기 함량의 결정 (예를 들어, 강렬 감량 (loss-on ignition))과 같은 다양한 적용에서 널리 사용된다.
본 발명은 TGA가 원유의 가스 오일 분획의 물리적 및 지표 특성들 (즉, 세탄가, 유동점, 운점 및 아닐린점) 뿐만 아니라, 나프타 분획의 옥탄가 및 전체 원유의 방향족성을 개시하는데 사용되는 시스템 및 방법을 개시한다. 본 발명은 분별/증류 (원유 분석) 없이 가스 오일 특성에 대한 이해를 제공하며, 생산자, 정유업자 및 마케팅 담당자 (marketers)가 오일 품질을 벤치마크하는 것을 돕고, 결과적으로, 비용이 많이 들고 시간이 걸리는 원유 분석을 거치지 않고 오일을 평가할 것이다. 통상적인 원유 분석 방법이 2개월까지 걸리는 반면, 본 발명은 1시간 이내에 결과를 제공한다.
전체 원유의 분석으로부터 원유 조성물 및 특성을 보다 잘 이해할 수 있는 새로운 신속하고 직접적인 방법은, 생산자, 마케팅 담당자, 정유업자 및/또는 기타 원유 사용자가 상당한 비용, 노력 및 시간을 절약하게 할 것이다. 따라서, 다른 공급원으로부터 원유 분획의 지표 특성을 결정하기 위한 개선된 시스템 및 방법에 대한 필요성이 존재한다.
탄화수소 샘플의 하나 이상의 지표 특성을 결정하기 위한 시스템 및 방법은 제시된다. 가스 오일 분획의 원유 샘플의 지표 특성 (예를 들어, 세탄가, 유동점, 운점 및 아닐린점), 나프타 분획의 옥탄가, 및 전체 원유 (WCO)에 대한 방향족성은, 원유 샘플의 밀도 및 열중량 측정의 함수에 따라 할당된다. 지표 특성은, 분별/증류 (원유 분석) 없이 가스 오일 및 나프타 특성에 대한 정보를 제공하고, 생산자, 정유업자 및 마케팅 담당자가 오일 품질을 벤치마크하는 것을 돕고, 결과적으로, 관습적인 광범위하고 시간-소모적인 원유 분석을 수행하지 않고 오일을 평가할 것이다.
본 발명의 다른 장점 및 특색은, 첨부된 도면을 참조하여 고려될 때 본 발명의 하기 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 다른 API 비중을 갖는 통상적인 원유 샘플에 대한 통상적인 열중량 데이터의 그래픽 플롯이다.
도 2는 본 발명의 구체 예가 실행되는 방법의 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 구체 예의 모듈들의 개략적인 블럭도이다; 및
도 4는 본 발명의 구체 예가 실행되는 컴퓨터 시스템의 블럭도이다.
탄화수소 샘플의 하나 이상의 지표 특성을 결정하기 위한 시스템 및 방법은 제공된다. 원유 샘플에서 가스 오일 분획의 지표 특성 (예를 들어, 세탄가, 유동점, 운점, 및 아닐린점) 및 나프타 분획의 오존 수 (ozone number)는 원유 샘플의 밀도 및 열중량측정의 함수에 따라 할당된다. 지표 특성은 분별/증류 (원유 분석) 없이 가스 오일 및 나프타 특성에 대한 정보를 제공하고, 생산자, 정유업자 및 마케팅 담당자가 오일 품질을 벤치마크하는 것을 돕고, 결과적으로, 관습적인 광범위하고 시간-소모적인 원유 분석을 수행하지 않고 오일을 평가할 것이다.
상기 시스템 및 방법은 원유, 역청, 중유, 셰일 오일 및 수소화처리 (hydrotreating), 수소처리 (hydroprocessing), 유동 촉매 분해, 코킹, 및 비스브레이킹 (visbreaking) 또는 석탄 액화를 포함하는 정제 공정 유닛으로부터 유래된 천연 발생 탄화수소에 적용 가능하다.
여기에서의 시스템 및 방법에서, 열중량 분석은 적절한 공지된 또는 개발될 공정에 의해 얻어진다. 열중량 분석은 조절된 대기에서 샘플을 가열 또는 냉각하여 샘플 중량을 측정하여 조사중인 오일 샘플의 휘발성 정보 (volatility information)를 제공한다. TGA는 질량 변화 및 온도에서 고도의 정밀도를 필요로 한다. 정밀한 저울 (precision balance)에 의해 지지되는 샘플 팬 (sample pan)을 함유하는 가열로 (furnace)를 포함하는, 열중량 분석기는 사용된다. 샘플 퍼지 가스 (purge gas)는 샘플 환경을 조절한다. 이 가스는 샘플을 거쳐 흐르고 및 배기관을 통해 배출되는, 불활성 또는 반응성 가스일 수 있다. 하나의 실험에서, TGA는 TA Instruments (New Castle, Delaware)의 Universal Analyst 및 Thermal Advantage software가 장착된, 모델l #2050로 수행된다. 유사한 장비는 사용될 수 있다.
TGA 분석기의 온도 범위는 주변 온도 (예를 들어, 20℃)에서 최대 1000℃의 상한까지 확장될 수 있다. 가열은 약 0.1-100℃/분의 범위의 속도일 수 있다.
사용된 열중량 분석 지수는, 전체 원유의 샘플 또는 특정 구체 예에서, 유정 시추 컷팅 (oil well drilling cuttings)의 TGA 데이터로부터 계산된다. 바람직한 구체 예에서, 열중량 분석 지수는 TGA 데이터의 50 W% 지점에서 계산될 수 있다.
하나의 구체 예에서, 열중량 분석 지수는 온도 데이터의 평균을 취함으로써 계산될 수 있다. 바람직한 구체 예에서, 열중량 분석 지수는 온도 데이터의 중량 평균을 취함으로써 계산될 수 있다.
하나의 구체 예에서, 열중량 데이터는 코어 및/또는 시추 컷팅 물질로부터 직접 얻어질 수 있다.
도 1은 다른 API 비중을 갖는 통상적인 원유 샘플에 대한 통상적인 열중량 데이터의 그래프 플롯을 나타낸다.
도 2는 여기에서의 하나의 구체 예에 따른 방법의 단계들의 공정 흐름도를 나타내며, 여기에서 원유 샘플들은 후술되는 방법 (200)에 따라 TGA에 의해 준비되고 분석된다.
단계 (210)에서, 시판되는 백금 샘플 팬에 피펫을 통해 15-25mg의 샘플을 넣는다. 샘플 희석 또는 특별한 샘플 준비가 필요하지 않다. TGA는, 보정된 유량계 (calibrated rotameter)를 사용하여 가열로를 통해 90±5 ㎖/분의 가스 유량 및 10℃/분에서 대기 온도로부터 600℃까지 질소 분위기하에서 수행된다. 밸런스 챔버 (balance chamber)를 통한 질소의 연속적인 흐름 (10±1 ㎖/min)은 또한 유지된다.
단계 (215)에서, 열중량 데이터는, 중량 손실 퍼센트 (0 내지 100)가 계산되도록 배열된다.
단계 (220)에서, 열중량 분석 지수 (TGAI)는 하기 수학식 1에 따라 온도 및 질량 손실 퍼센트로부터 계산된다:
[수학식 1]
Figure pct00001
여기서, Tx는 개별 질량 손실 퍼센트에서의 온도이다.
예를 들어, 150-400℃의 범위에서 비등하는, 및 특정 구체 예에서, 180-370℃의 범위에서 비등하는, 가스 오일 분획의 지표 특성 (예를 들면, 세탄가, 유동점, 운점 및 아닐린점), 나프타 분획의 옥탄가, 및 전체 원유 (WCO)에 대한 방향족성은, 원유의 밀도 및 TGAI의 함수에 따라 할당된다. 즉, 지표 특성은 하기 수학식 2와 같다:
[수학식 2]
지표 특성 = f(밀도원유, TGAI원유);
하기 수학식 3은 원유의 가스 오일 (GO) 분획에 대해 예측될 수 있는 세탄가, 유동점, 운점 및 아닐린점뿐만 아니라, 전체 원유 (WCO)에 대한 예상될 수 있는 방향족성뿐만 아니라, 나프타 분획에 대해 예측될 수 있는 옥탄가를 나타내는, 이 관계의 상세한 예이다.
단계들 (235, 240, 245 및 250)에서, 각각 원유의 가스 오일 (GO) 분획에 대한 세탄가, 유동점, 운점 및 아닐린점의 특성은 계산되고, 단계 (253)에서, 전체 원유 (WCO)에 대한 방향족성은 계산되며, 및 단계 (255)에서, 원유의 나프타 분획에 대한 옥탄가의 특성은 계산된다. 한편, 도 2는 순차적으로 수행되는 단계들을 도시하지만, 이들은 병렬로 또는 임의의 순서로 수행될 수 있다. 특정 구체 예에서, 하나 이상의 단계들 (235, 240, 245, 250, 253, 255)만이 수행된다. 이들 단계에서, 하나 이상의 지표 특성은 다음과 같이 결정된다:
[수학식 3]
지표 특성= K+X1 * DEN+X2 * DEN2+X3 * DEN3+X4 * TGAI+X5 * TGAI2+X6 * TGAI3+X7 * DEN * TGAI;
여기서:
DEN = 원유 샘플의 밀도이고; 및
K, X1-X7은 TGA로부터 탄화수소 데이터의 선형 회귀 분석을 사용하여 전개되는 예측될 특성에 대한 상수이다.
도 3은 본 발명의 하나의 구체 예인, 시스템 (300)에 따른 모듈들의 개략적인 블럭도를 예시한다. 밀도 및 원 데이터를 수신하는 모듈 (310)은, 원유의 샘플의 밀도 및 원유로부터 유래된 열중량 분석 데이터를 수신한다.
열중량 분석 지수 계산 모듈은 TGA 데이터로부터의 열중량 분석 지수를 계산한다.
세탄가 계산 모듈 (335)은 샘플의 밀도 및 열중량 분석 지수의 함수에 따라 원유의 가스 오일 분획에 대한 세탄가를 도출한다.
유동점 계산 모듈 (340)은 샘플의 밀도 및 열중량 분석 지수의 함수에 따라 원유의 가스 오일 분획에 대한 유동점을 도출한다.
운점 계산 모듈 (345)은 샘플의 밀도 및 열중량 분석 지수의 함수에 따라 원유의 가스 오일 분획에 대한 운점을 도출한다.
아닐린점 계산 모듈 (350)은 샘플의 밀도 및 열중량 분석 지수의 함수에 따라 원유의 가스 오일 분획에 대한 아닐린점을 도출한다.
방향족성 계산 모듈 (352)은 샘플의 밀도 및 열중량 분석 지수의 함수에 따라 전체 원유에 대한 방향족성을 도출한다.
옥탄가 계산 모듈 (355)은 샘플의 밀도 및 열중량 분석 지수의 함수에 따라 원유의 나프타 분획에 대한 옥탄가를 도출한다.
도 4는 본 발명의 부분 방전 분류 시스템 (partial discharge classification system)이 실행될 수 있는 컴퓨터 시스템 (400)의 대표적인 블럭도를 나타낸다. 컴퓨터 시스템 (400)은, 중앙 처리 장치, 입/출력 인터페이스 (430) 및 지원 회로 (support circuitry: 440)와 같은, 프로세서 (processor: 420)를 포함한다. 컴퓨터 시스템 (400)이 직접적인 인간 인터페이스를 요구하는, 특정 구체 예에서, 디스플레이 (410) 및 키보드, 마우스 또는 포인터와 같은 입력 장치 (450)는 또한 제공된다. 디스플레이 (410), 입력 장치 (450), 프로세서 (420) 및 지원 회로 (440)는, 버스 (490)에 연결되어 나타내며, 버스 (490)는 또한 메모리 (460)에 연결된다. 메모리 (460)는 프로그램 저장 메모리 (470) 및 데이터 저장 메모리 (480)를 포함한다. 컴퓨터 시스템 (400)이 직접적인 인간 인터페이스 컴포넌트 디스플레이 (410) 및 입력 장치 (450)로 도시되지만, 모듈의 프로그래밍 및 데이터의 내보내기 (exportation)는 입/출력 인터페이스 (430)를 통해 선택적으로 달성될 수 있는데, 예를 들어, 여기서 컴퓨터 시스템 (400)은 네트워크에 연결되고, 및 프로그래밍 및 디스플레이 작동이, 다른 관련 컴퓨터상에, 또는 프로그램 작동이 가능한 로직 컨트롤러 (logic controllers)를 접속하는 것과 관련하여 알려진 분리 가능한 입력 장치를 통해 발생한다는 점이 주목된다.
프로그램 저장 메모리 (470) 및 데이터 저장 메모리 (480)는 각각 휘발성 (RAM) 및 비-휘발성 (ROM) 메모리 유닛을 포함할 수 있고, 하드 디스크 및 백업 저장 용량을 또한 포함할 수 있으며, 및 프로그램 저장 메모리 (470) 및 데이터 저장 메모리 (480) 모두는, 단일 메모리 장치에서 구현되거나 또는 복수의 메모리 장치로 분리될 수 있다. 프로그램 저장 메모리 (470)는 소프트웨어 프로그램 모듈 및 관련 데이터를 저장하는데, 특히 밀도 및 원 데이터 수신 모듈 (310), 열중량 분석 지수 계산 모듈 (315), 세탄가 계산 모듈 (335), 유동점 계산 모듈 (340), 운점 계산 모듈 (345), 아닐린점 계산 모듈 (350), 방향족성 계산 모듈 (352), 및 옥탄가 계산 모듈 (355)을 저장한다. 데이터 저장 메모리 (480)는, 본 발명의 하나 이상의 모듈에 의해 발생된 결과 및 다른 데이터를 저장한다.
컴퓨터 시스템 (400)이 개인용 컴퓨터, 미니 컴퓨터, 워크스테이션, 메인프레임, 프로그램 작동이 가능한 로직 컨트롤러와 같은 전용 컨트롤러, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 컴퓨터 일 수 있다는 점은 인정될 것이다. 예시의 목적을 위해, 컴퓨터 시스템 (400)이 단일 컴퓨터 유닛으로 나타내지만, 시스템은 처리 부하 (processing load) 및 데이터베이스 크기에 따라 크기가 조정될 수 있는 컴퓨터 그룹을 포함할 수 있다.
컴퓨터 시스템 (400)은, 예를 들어, 프로그램 저장 메모리 (470)에 저장되고, 휘발성 메모리로부터의 프로세서 (420)에 의해 실행되는, 작동 시스템을 지원하는 것이 바람직하다. 본 발명의 하나의 구체 예에 따르면, 작동 시스템은, 컴퓨터 시스템 (400)을 인터넷 및/또는 사설 네트워크에 접속하기 위한 명령을 함유한다.
실시 예 1:
일련의 상수 K 및 X1-X7은 지표 특성인, 세탄가, 유동점, 운점, 아닐린점, 옥탄가, 및 방향족성에 대한 선형 회귀법을 사용하여 결정된다. 이들 상수는 복수의 원유 샘플에 대한 알려진 실제 증류 데이터 및 이들의 대응하는 지표 특성에 기초하여 결정된다. 이들 상수는 표 3에 제공된다.
상수 새탄가 유동점 운점 아닐린점 옥탄가 WCO-AROM
K 3.4440824E+06 4.8586818E+06 2.9180642E+05 1.5741617E+06 -3.1407161E +05 -1.2131981 E+05
X1 -1.1648748E +07 -1.6445177E +07 -9.9096539E +05 -5.3253923E +06 1.1079386E+06 4.1952545E+05
X2 1.2971167E +07 1.8314457E +07 1.1102599E +06 5.9279491E +06 -1.2925048E +06 -4.7011378 E+05
X3 -4.7663268E +06 -6.7294243E +06 -4.1141986E +05 -2.1769469E +06 5.0229227E +05 1.7360561E+05
X4 3.4781476E+02 5.1784158E+02 2.4644626E+01 1.6833776E+02 -2.1800822E +01 -3.0649367 E+01
X5 -3.0996298E -01 -4.9994583E -01 -2.4183985E -02 -1.6081980E -01 6.9721231E -02 6.2885397E-02
X6 3.1335567E-04 5.0732788E-04 2.4017172E-05 1.6443813E-04 -7.3440477E-05 -6.4167386 E-05
X7 -2.8259387E +02 -4.0725036E +02 -1.9062052E +01 -1.3337068E +02 0 1.1934777E+01
하기 실시 예는 수학식 3의 적용을 입증하기 위해 제공된다. 0.8828 Kg/l의 15℃/4℃ 밀도를 갖는 아라비아 중질 원유 (Arabian medium crude)의 샘플은, 전술한 방법을 사용하여, TGA로 분석된다. 표로 만들어진 결과는 표 4에 뒤따른다:
API=27.4°
W% 온도, ℃
0 21
1 23
2 28
3 34
4 40
5 46
6 51
7 56
8 61
9 66
10 71
11 76
12 81
13 86
14 90
15 95
16 100
17 104
18 109
19 114
20 118
21 123
22 127
23 132
24 136
25 141
26 145
27 150
28 154
29 158
30 163
31 167
32 171
33 176
34 180
35 184
36 188
37 193
[표 4 계속]
Figure pct00002
[표 4 계속]
Figure pct00003
수학식 1을 적용하면, THAI는 다음과 같이 계산된다:
[수학식 1]
Figure pct00004
=[5*46+10*71+20*118+30*163+40*205+50*247+60*291+70*339+80*423+90*530+95*564]/[5+10+20+30+40+50+60+70+80+90+95]
= 205,060/550 = 372.8363
따라서 THAI는 372.8363으로 계산된다.
수학식 3과 표 3 유래의 상수를 적용하면:
세탄가GO (CET) = KCET +X1CET * DEN+X2CET * DEN2+X3CET * DEN3+X4CET * TGAI+X5CET * TGAI2+X6CET * TGAI3+X7CET * DEN * TGAI
= (3.4440824E+06)+(-1.1648748E+07)(0.8828)+(1.2971167E+07)(0.8828)2+(-4.7663268E+06)(0.8828)3+(3.4781476E+02)(372.8363)+(-3.0996298E-01)(372.8363)2 +(3.1335567E-04)(372.8363)3+(-2.8259387E+02)(0.8828)(372.8363)
= 59
유동점GO (PP) = KPP +X1PP * DEN+X2PP * DEN2 +X3PP * DEN3 +X4PP * TGAI+X5PP * TGAI2+X6PP * TGAI3 +X7PP * DEN * TGAI
= (4.8586818E+06)+(-1.6445177E+07)(0.8828)+(1.8314457E+07)(0.8828)2+(-6.7294243E+06)(0.8828)3+(5.1784158E+02)(372.8363)+(-4.9994583E-01)(372.8363)2 +(5.0732788E-04)(372.8363)3+(-4.0725036E+02)(0.8828)(372.8363)
= -10
운점GO (CP) = KCP +X1CP * DEN+X2CP * DEN2+X3CP * DEN3+X4CP * TGAI+X5CP * TGAI2+X6CP * TGAI3+X7CP * DEN * TGAI
= (2.9180642E+05)+(-9.9096539E+05)(0.8828)+(1.1102599E+06)(0.8828)2+(-4.1141986E+05)(0.8828)3+(2.4644626E+01)(372.8363)+(-2.4183985E-02)(372.8363)2 +(2.4017172E-05)(372.8363)3+(-1.9062052E+01)(0.8828)(372.8363)
= -11
아닐린점GO (AP) = KAP +X1AP * DEN+X2AP * DEN2+X3AP * DEN3+X4AP * TGAI+X5AP * TGAI2+X6AP * TGAI3+X7AP * DEN * TGAI
= (1.5741617E+06)+(-5.3253923E+06)(0.8828)+(5.9279491E+06)(0.8828)2+(-2.1769469E+06)(0.8828)3+(1.6833776E+02)(372.8363)+(-1.6081980E-01)(372.8363)2 +(1.6443813E-04)(372.8363)3+(-1.3337068E+02)(0.8828)(372.8363)
= 66
방향족성WCO (AROM) = KAROM +X1AROM * DEN+X2AROM * DEN2+X3AROM * DEN3+X4AROM * TGAI+X5AROM * TGAI2+X6AROM * TGAI3+X7AROM * DEN * TGAI
= (-1.2131981E+05)+(4.1952545E+05)(0.8828)+(-4.7011378E+05)(0.8828)2+ (1.7360561E+05)(0.8828)3+(-3.0649367E+01)(372.8363)+(6.2885397E-02)(372.8363)2+(-6.4167386E-05)(372.8363)3+(1.1934777E+01)(0.8828)(372.8363)
= 18
옥탄가 (ON) = KON +X1ON * DEN+X2ON * DEN2+X3ON * DEN3+X4ON * TGAI+X5ON * TGAI2+X6ON * TGAI3+X7ON * DEN * TGAI
= (-3.1407161E+05)+(1.1079386E+06)(0.8828)+(-1.2925048E+06)(0.8828)2+ (5.0229227E+05)(0.8828)3+(-2.1800822E+01)(372.8363)+(6.9721231E-02)(372.8363)2+(-7.3440477E-05)(372.8363)3+(0)(0.8828)(372.8363)
= 55
따라서, 상기 실시 예에서 나타낸 바와 같이, 분별/증류 (원유 분석) 없이 원유 샘플에 세탄가, 유동점, 운점, 아닐린점 및 방향족성을 포함하는 지표 특성은 할당될 수 있다.
다른 구체 예에서, 본 발명은 컴퓨터화된 컴퓨팅 시스템과 함께 사용하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품으로서 실행될 수 있다. 기술분야의 당업자는, 본 발명의 기능을 한정하는 프로그램이 임의의 적절한 프로그래밍 언어로 기록될 수 있고, (a) 기록 불가능한 저장 매체 (예를 들어, ROM 또는 CD-ROM 디스크와 같은 읽기 전용 메모리 장치)에 영구적으로 저장된 정보; (b) 기록 가능한 저장 매체 (예를 들어, 플로피 디스크 및 하드 드라이브) 상에 변경 가능하게 저장된 정보; 및/또는 (c) LAN (Local Area Network), 전화망, 또는 공용 네트워크, 예를 들어, 인터넷과 같은, 통신 매체를 통해 컴퓨터로 전달되는 정보를 포함하지만 이에 제한되지 않는, 임의의 형태로 컴퓨터에 전달될 수 있음을 쉽게 인지할 것이다. 본 발명의 방법을 실행하는 컴퓨터 판독 가능 명령어를 수반하는 경우, 이러한 컴퓨터 판독 가능 매체 (computer readable media)는 본 발명의 다른 구체 예를 나타낸다.
여기에서 일반적으로 예시된 바와 같이, 시스템 구체 예는 그 안에서 구현된 컴퓨터 판독 가능 코드 수단을 갖는 컴퓨터 사용 가능 매체를 포함하는 다양한 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 기술분야의 당업자는, 소프트웨어가 로딩되고 활성화되는 광범위한 컴퓨터 액세스 가능 매체에서, 기재된 다양한 프로세스와 관련된 소프트웨어가 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. Beauregard, 35 U.S.P.Q.2d 1383 (미국 특허 제5,710,578호)의 소송 사건에 따르면, 본 발명은 본 발명의 범주 내에서 이러한 타입의 컴퓨터 판독 가능 매체를 고려하고, 포함한다. 특정 구체 예에서, Nuijten, 500 F.3d 1346 (Fed. Cir. 2007) (미국 특허 출원 제 09/211,928호)의 소송 사건에 따르면, 본 청구항의 범주는, 컴퓨터 판독 가능 매체에 제한되며, 여기서 매체는 실체적 및 비-일시적 (non-transitory) 모두이다.
본 발명의 시스템 및 방법은 첨부된 도면을 참조로 하여 전술되었지만; 변경은 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이며, 본 발명에 대한 보호의 범주는 하기 청구항에 의해 정의될 것이다.

Claims (15)

  1. 원유 샘플의 가스 오일 또는 나프타 분획을 먼저 증류하지 않고, 상기 가스 오일 또는 나프타 분획의 지표 특성을 결정하고, 원유 샘플을 평가하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은:
    열중량 분석기;
    상기 열중량 분석기에 의해 결정된 바와 같은 원유 샘플의 분석에서 얻은 TGA 데이터 및 원유 샘플의 밀도를 포함하는 데이터 및 계산 모듈을 저장하는 비-휘발성 메모리 장치;
    상기 비-휘발성 메모리에 연결된 프로세서;
    상기 비-휘발성 메모리 장치로부터 상기 TGA 데이터를 검색하고, 상기 TGA 데이터에 의해 지시된 대로의 가열 온도에 대한 질량 손실 퍼센트의 가중 평균으로부터 원유 열중량 분석 지수를 계산하며, 및 상기 계산된 원유 열중량 분석 지수를 비-휘발성 메모리에 이전시키는 제1 계산 모듈; 및
    상기 원유 열중량 분석 지수 및 원유 샘플의 밀도의 함수에 따라 원유 샘플의 가스 오일 또는 나프타 분획에 대한 지표 특성을 추론하는 제2 계산 모듈을 포함하는, 시스템.
  2. 원유 샘플의 가스 오일 또는 나프타 분획을 먼저 증류하지 않고, 상기 가스 오일 또는 나프타 분획의 지표 특성을 결정하기 위해 원유 샘플을 평가하는 방법으로서, 상기 방법은:
    원유 샘플의 밀도를 얻는 단계;
    상기 원유 샘플을 열중량 분석기를 사용하여 TGA 분석을 적용하는 단계;
    상기 TGA 데이터에 의해 지시된 대로의 가열 온도 대한 중량 손실 퍼센트의 가중 평균으로부터 상기 원유 샘플에 대한 원유 열중량 분석 지수를 계산하는 단계; 및
    상기 원유 열중량 분석 지수 및 원유 샘플의 밀도의 함수에 따라 원유 샘플의 가스 오일 또는 나프타 분획에 대한 지표 특성을 계산하고 기록하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 지표 특성은 세탄가인, 시스템 또는 방법.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 지표 특성은 유동점인, 시스템 또는 방법.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 지표 특성은 운점인, 시스템 또는 방법.
  6. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 지표 특성은 아닐린점인, 시스템 또는 방법.
  7. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 지표 특성은 방향족성인, 시스템 또는 방법.
  8. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 지표 특성은 옥탄가인, 시스템 또는 방법.
  9. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 TGA 분석기의 온도 범위는 20-1000℃인, 시스템 또는 방법.
  10. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 가열 속도는 0.1-100℃/분의 범위인, 시스템 또는 방법.
  11. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 원유의 열중량 분석 지수는 TGA 데이터의 50 W% 지점에서 계산되는, 시스템 또는 방법.
  12. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 원유의 열중량 분석 지수는, 온도 데이터의 평균을 취하여 계산되는, 시스템 또는 방법.
  13. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 원유의 열중량 분석 지수는, 온도 데이터의 가중 평균을 취하여 계산되는, 시스템 또는 방법.
  14. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 열 중량 데이터는 코어 및/또는 시추 컷팅 물질로부터 직접 얻어지는, 시스템 또는 방법.
  15. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 지표 특성은 선형 회귀 기술을 사용하여 전개된 미리 결정된 상수 계수를 갖는 2-변수 다항식으로부터 계산되며, 여기서 상기 2-변수 다항식의 두 변수는 원유 열중량 분석 지수 및 원유 샘플의 밀도인, 시스템 또는 방법.
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