KR20180017118A - 레이저 유도 자외선 형광 분광법을 사용한 원유의 특징화 - Google Patents
레이저 유도 자외선 형광 분광법을 사용한 원유의 특징화 Download PDFInfo
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Abstract
본 개시의 구체 예는, 원유의 스펙트럼 지수 및 밀도에 대한 특성에 상관관계가 있는 다항 방정식을 사용하여 비특징화된 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법을 기재한다. 상기 다항 방정식은, 복수의 원유의 스펙트럼 데이터, 밀도 데이터, 및 표준 특성 데이터의 데이터베이스 및 데이터 피팅 방법을 사용하여 결정된 상수를 포함할 수 있다.
Description
본 개시는 원유의 특징화에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 여기에서 개시는 원유 및 원유의 분획 (fractions)의 선택된 화학적 및 물리적 특성을 결정하기 위한 분광 및 물리화학적 측정의 사용에 관한 것이다.
원유의 효율적인 생산 및 정제는, 전 세계의 에너지 수요를 충족시키는 데 필수적이다. 효율은 다양한 원유의 조성물 및 특성의 큰 폭의 차이에 의해 영향을 받을 수 있다. 다운홀 드릴링 (downhole drilling) 및 회수 작업을 통해 얻어진 원유는, 가변 특성 및 비율의 수천 가지 탄화수소 종 (species)으로 구성된 원유를 제공할 수 있다. 이들 탄화수소 종은 가솔린, 디젤, 제트 연료, 고분자 공급원료, 및 기타 상업적으로 중요한 탄소질 제품을 포함할 수 있다. 다양한 탄화수소 분획의 분석 및 특징화는, 통상적으로 상대적으로 대량의 원유의 증류 및 분별증류 (fractionation)을 포함하는 시간 집약적인 기술 및 분석을 포함하며, 그 결과 생긴 증류된 및/또는 분별증류된 탄화수소는 개별의 분석 및 물리화학적 분석에 적용된다. 이들 절차는 출발량 (starting amount)으로 20리터까지의 원유를 요구할 수 있다. 이들 절차가 석유 산업의 숙련된 기술자에 의해 잘 확립되고 널리 이해되어 있지만, 화학적 분리 기술의 부재시에 작은 샘플 크기에 대한 전체 원유 샘플 분석은, 작은 샘플을 훨씬 더 빠르게 특징짓기 위한 절차를 제공할 수 있기 때문에 유리할 수 있다.
여기에 개시된 다양한 구체 예는, 스펙트럼 지수 및 밀도에 대한 특성의 상관관계를 사용하여 원유 샘플의 특성을 결정하기 위한 방법에 관련될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 방법은 표준 분석 방법을 사용하여 복수의 원유의 특성 값을 얻는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 방법은 복수의 원유의 밀도 값을 얻는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 방법은 복수의 원유에 대한 산란 스펙트럼의 데이터 세트를 얻는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 방법은 복수의 원유의 산란 스펙트럼의 데이터 세트 유래의 스펙트럼 지수를 계산하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 방법은 특성에 대한 다항 방정식의 상수를 결정하는 단계를 더욱 포함할 수 있으며, 여기서, 다항 방정식은 비특징화된 원유 (uncharacterized crude)의 밀도 및 스펙트럼 지수의 함수이고, 여기서, 다항 방정식의 상수의 수는 복수의 원유의 수 이하이며, 여기서, 상기 상수는, 복수의 원유의 특성 값을 다항 방적식으로부터 계산된 값에 맞추는 피팅 방법을 사용하여 결정된다. 다양한 구체 예에서, 상기 방법은 비특징화된 원유 샘플의 산란 스펙트럼 및 밀도를 얻는 단계 및 상기 다항 방정식을 사용하여 비특징화된 원유 샘플의 스펙트럼 지수 및 특성의 값을 계산하는 단계를 더욱 포함할 수 있으며, 여기서, 상기 비특징화된 원유 샘플은, 복수의 원유 중 하나가 아니다.
다양한 구체 예에서, 상기 특성은, 경유 분획 (gas oil fraction)의 세탄가, 유동점, 운점 (cloud point), 및 아닐린 점, 나프타 분획의 옥탄가, 및 원유의 경유 분획의 방향족 함량으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 경유 분획은 대략 180 내지 370℃의 비등점 범위를 가질 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 나프타 분획은 약 36 내지 180℃의 비등점을 가질 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 세탄가는 ASTM D613을 사용하여 얻어질 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 유동점은 ASTM D7346을 사용하여 얻어질 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 운점은 ASTM D2500을 사용하여 얻어질 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 아닐린 점은 ASTM D611을 사용하여 얻어질 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 옥탄가는 모터 옥탄 (motor octane), 리서치 옥탄 (research octane), 및 이들의 조합에 대한 시험 중 적어도 하나를 사용하여 얻어질 수 있으며, 여기서 상기 모터 옥탄에 대한 값은, ASTM D2700을 사용하여 얻어지며 및 상기 리서치 옥탄에 대한 값은 ASTM D2699를 사용하여 얻어진다. 다양한 구체 예에서, 상기 방향족 함량은 임의의 ASTM 시험 또는 기타 적절한 시험을 사용하여 얻어질 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 밀도는 ASTM D5002를 사용하여 얻어질 수 있다.
다양한 구체 예에서, 상기 산란 스펙트럼은, 레이저 유도 자외선 (UV) 형광 분광계를 사용하여 얻어질 수 있다. 다양한 구체 예에서, 복수의 원유의 산란 스펙트럼 유래의 스펙트럼 지수는, 레이저 유도 UV 형광 분광계의 UV 검출기에 의해 검출된 UV 광의 파장에 대한 형광 강도 (FI)의 플롯 (plot)하의 구역의 지표 값 (indicative value: IN)으로부터 계산될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 구역의 IN은, 
을 통해 계산될 수 있으며, ω는 UV 광의 파장이고, ω1은 UV 광의 시작 파장 (beginning wavelength)이며, 및 ω2는 UV 광의 종료 파장이고, 여기서, UV 광의 시작 및 종료 파장은, FI의 배경 잡음 (background noise)을 초과하는 FI 값인 것으로 선택될 수 있다. 다양한 구체 예에서, ω는 합산 방정식 (summation equation)에서 하나의 파장만큼 증분될 수 있다.
다양한 구체 예에서, 상기 구역의 IN은, UV 광의 시작 파장으로부터 UV 광의 종료 파장까지 레이저 유도 UV 형광 분광계의 UV 검출기에 의해 검출된 UV 광의 파장에 대한 FI의 플롯 하의 구역을 적분하여 계산될 수 있고, 여기서, UV 광의 시작 및 종료 파장은, FI의 배경 잡음을 초과하는 FI 값인 것으로 선택될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 산란 스펙트럼은, 흡수 분광법, 라만 분광법, 공명 라만 분광법, 투과 분광법, 자외선-가시광선 분광법, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 분광법을 사용하여 얻어질 수 있다. 다양한 구체 예에서, 다항 방정식은 PROP = K + X1 * D + X2 * D2 + X3 * D3 + X4 * IN + X5 * IN2 + X6 * IN3 + X7 * D * IN일 수 있고, 여기서, PROP는 특성의 계산된 값이고, K 및 Xi는, i = 1-7인 경우, 각각의 특성에 대한 특이적인 상수이며, D는 밀도이고, IN은 스펙트럼 지수이다. 다양한 구체 예에서, X7은 선택된 특성에 대해 0일 수 있다.
구체 예는 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명에 의해 용이하게 이해될 것이다. 본 상세한 설명을 용이하게 하기 위해, 동일한 참조 번호는, 방법에서의 동일한 구조 요소 또는 절차를 가리킨다. 구체 예는 첨부된 도면의 도에서 제한의 방식이 아닌 실시 예의 방식으로 예시된다.
도 1은, 다양한 구체 예에 따라, 밀도 및 스펙트럼 지수에 대한 특성의 상관관계를 사용하여 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법을 개략적으로 예시한다.
도 2는, 다양한 구체 예에 따라, 레이저 유도, 자외선 (UV) 형광 분광학 실험 장비에 대한 렌더링 (rendering)을 개략적으로 예시한다.
도 3은 다른 미국 석유 연구소 (API) 비중 값을 갖는 원유 샘플에 대한 레이저-유도 UV 형광 스펙트럼을 개략적으로 예시한다.
도 1은, 다양한 구체 예에 따라, 밀도 및 스펙트럼 지수에 대한 특성의 상관관계를 사용하여 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법을 개략적으로 예시한다.
도 2는, 다양한 구체 예에 따라, 레이저 유도, 자외선 (UV) 형광 분광학 실험 장비에 대한 렌더링 (rendering)을 개략적으로 예시한다.
도 3은 다른 미국 석유 연구소 (API) 비중 값을 갖는 원유 샘플에 대한 레이저-유도 UV 형광 스펙트럼을 개략적으로 예시한다.
본 개시의 구체 예는, 분광학 지수 및 원유 밀도에 대해 선택된 특성의 상관관계를 전개하기 위해, 산란 분광학, 원유 밀도 데이터, 및 표준 시험 데이터 유래의 데이터를 사용하여 원유 및 원유의 분획을 특징화하기 위한 방법을 기재한다. 이들 상관관계는 비특징화된 원유에 대한 값을 예측하는데 사용될 수 있다. 또 다른 구체 예는 여기에 개시되고 기재될 수 있다.
하기 상세한 설명에서, 다수의 특별한 상세는, 다양한 구체 예의 전반적인 이해를 제공하기 위해 서술된다. 다른 사례들에서, 잘-알려진 공정들 및 방법들은, 여기에 기재된 구체 예들을 불필요하게 모호하지 않게 하도록 특정 상세에서 기재되지 않을 수 있다. 부가적으로, 여기에서 구체 예의 예시는, 여기에 기재된 구체 예를 모호하지 않게 하도록 특정 특색 및/또는 상세를 생략할 수 있다.
하기 상세한 설명에서, 언급은 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면에 대해 만들어지고, 여기서, 동일한 참조 부호는 전반적으로 동일한 부분을 가리키며, 및 본 개시의 주제가 실시될 수 있는 예시적인 구체 예의 방식으로 나타낸다. 다른 구체 예들이 활용될 수 있고, 및 논리적 변화는, 본 개시의 범주를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 따라서, 하기 상세한 설명은 제한적인 의미로 해석되는 것은 아니다.
상세한 설명은, 문구 "다양한 구체 예에서", "다양한 구체 예들에서", "구체 예에서, 또는 "구체 예들에서"를 사용할 수 있고, 이는 하나 이상의 같거나 또는 다른 구체 예들을 지칭할 수 있다. 더군다나, 본 개시의 구체 예에 대하여 사용된 바와 같은, 용어 "포함하는", "포괄하는", "갖는" 및 이와 유사한 용어는 동의어이다.
용어 "세탄가 (cetane number: CN)"는, 선택적으로 "세탄점 (cetane point)", "세탄 등급 (cetane rating)" 또는 "세탄 지수"로 언급되며, 일반적으로 C10 내지 C15 범위의 디젤 연료 또는 관련된 탄화수소에 대한 연소율 (combustion rate) 또는 공정을 지칭한다. 세탄가는 0 (메틸나프탈렌에 대한 기준 값)과 100 (세탄 (헥사데칸)에 대한 기준 값) 사이의 값에 상응한다. 디젤 연료의 통상적인 CN은 약 40 내지 약 60의 범위일 수 있다. CN은 150 내지 400℃에서 비등하는 탄화수소 분획 또는 그 온도 범위 내의 서브-분획에 대해 결정할 수 있다.
용어 "유동점"은, 액체 또는 유체가 유동할 수 없는, 액체 또는 유체의 온도 이하를 지칭한다. 유동점은 또한 액체 또는 유체가 "반-고체"가 되는 온도로 간주될 수 있다. 예를 들어, (예를 들어, 원유 또는 원유 분획과 같은) 탄화수소의 유동점에서, 탄화수소는 가소화되거나 또는 플라스틱 조성물 형태를 보여, 탄화수소가 극단의 점성을 띠며, 쉽게 유동하지 않을 수 있다.
용어 "운점"은, 디젤, 왁스, 아스팔텐 (asphaltene), 수지, 및/또는 이들의 조합과 같은 탄화수소 분획의 치환체 (substituent)가 흐린 또는 불투명한 외관을 나타내는 온도 아래를 지칭한다. 상기 치환체는 왁스 또는 왁스-같은 치환체로 업급될 수 있다. 운점은 선택적으로 왁스 외관 온도 또는 왁스 침전 온도로 언급될 수 있다.
용어 "아닐린 점"은, 원유 또는 이의 분획과 같은, 액체 탄화수소의 한정된 부피가, 아미노벤젠 및 페닐아민으로도 알려진, 동일 부피의 아닐린과 혼화될 수 있는 최소 온도를 의미한다. 관련 분야에 잘 알려진 어떤 분석법에서, n-헵탄과 같은, 하나 이상의 부가적인 화학물은, 아닐린/액체 탄화수소 혼합물에 더욱 첨가될 수 있다.
용어 "옥탄가" 및 "옥탄 등급"은, 석유, 원유, 등유, 및 관련 나프타 유래 증류액 및 응축액과 같은, 가연성 연료 또는 가연성 탄화수소 종의 성능 특성을 정량적으로 묘사하는 수치를 의미한다. 옥탄가는 종종 ASTM International D2699 또는 D2700 표준 시험 방법과 같은 기술분야에 잘 알려진 표준 분석법을 사용하여 결정되며, 및 불꽃 점화 엔진 (spark ignition engine)에서 폭발을 방지하기 위한 연료의 능력의 척도로서 표현될 수 있다. 이 값은 종종 가변-압축-비 (variable-compression-ratio) 엔진을 사용하는 표준 단일 실린더를 사용하여 결정되고, 및 정 표준 연료 (primary reference fuels)를 사용하여 비교 또는 벤치마킹된다 (benchmarked). 옥탄가는, 선택적으로 리서치 옥탄가로 표현될 수 있으며, 이는 온화한 엔진 작동 조건하에서 옥탄가의 표현으로 종종 사용된다. 부가적으로, 모터 옥탄가는 좀 더 심각한 작동 조건에서 작동하는 엔진에 대한 옥탄가를 표현하는데 사용될 수 있다. 앤티노크 지수 (antiknock index)로 알려진 관련 값은, 종종 현지 법에서 요구되는 바와 같은 또는 상업적 적용에서 리서치 옥탄가 및/또는 모터 옥탄가와 연관된다. 상기 앤티노크 지수는 리서치 옥탄가 및 모터 옥탄가의 산술 평균, 즉 (R + M)/2를 계산하여 결정된다. 상기 앤티노크 지수는, 평균 차량 (average car)이 이의 (탄화수소) 연료 소스에 반응하여 수행하는 방법의 척도인, "로드 옥탄가"의 근삿값을 구하는데 사용될 수 있다.
용어 "레이저-유도 형광 분광학", "LED 유도 형광" 및 "LIF"는, 분광계 법을 의미하고, 여기서 샘플은 펄스 또는 연속 레이저 방사선원 (radiation source)을 사용하여 광화학적으로 여기되어 샘플의 시간 및 파장 분해 형광 스펙트럼 (time and wavelength resolved fluorescence spectra)을 생성한다. 다양한 구체 예에서, 방사선원은 자외선 방사선원일 수 있다. 다양한 구체 예에서, 레이저-유도 형광 분광학은 원유 샘플의 특성을 평가하기 위한 탄화수소 종 및/또는 비-탄화수소 오염원의 농도를 결정하는데 사용될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 레이저-유도 형광 분광학은 원유 샘플의 2-차원 및/또는 3-차원 이미지를 발생시키는데 사용될 수 있다. 여기에서의 다양한 구체 예들의 외연 또는 범주를 제한하는 것은 아니지만, 원유와 같은, 액체 탄화수소의 특징화를 위한 레이저-유도 형광 분광법의 사용은, 이전에 Hegazi 등에 의해 미국 특허 제6,633,043호에 기재되어 있다.
여기에 개시된 방법은, 가변성 원유 및 이의 분획을 특징화할 필요성과 관련된 석유 산업에서 종종 겪게되는 몇 가지 잘-알려진 문제점을 해결한다. 예를 들어, 원유의 물리적 및 화학적 특성은, 지리적 영역들 사이 및 심지어 인접한 또는 비교적 가까운 유전 사이에서도 상당히 다를 수 있다. 따라서, 원유 및 이로부터 제조된 생성물의 생산을 최적화하기 위해, 물리적 및 화학적 특성은, 다른 원유 각각에 대해 결정될 필요가 있다. 여기에 개시된 방법은, 분광 기술 및 물리화학적 측정을 유리하게 활용함으로써 다양한 원유 및 이의 분획을 특징화하는 것과 관련된 문제를 해결한다. 다양한 구체 예에서, 이들 방법은 원유 및 이의 선택된 분획의 특성을 정확하게 결정하는데 사용될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 탄화수소 구성분은 특징지어질 수 있는데, 여기서 구성분은 알칸, 알켄, 파라핀, 시클로파라핀, 나프텐, 방향족, 및 다핵 방향족 탄화수소를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 다양한 구체 예에서, 여기에 개시된 방법은, 황, 질소, 니켈, 및 바나듐을 포함하지만, 이에 제한되지 않는, 원유의 비-탄화수소 구성분을 특징짓는데 사용될 수 있다. 부가적으로, 여기에 개시된 방법은, 당업자에게 잘 알려진 전통적인 분석법 및 기술과 비교하여 관심의 원유 샘플 또는 분획의 화학적 조성 및 정량적 분석의 신속한 평가를 가능하게 할 수 있다.
원유 분석은, 벤치마킹 목적을 위한 원유의 특성을 결정하는 전통적인 방법이다. 예를 들어, 원유 분석은, 수 리터의 원유를 확보하는 단계 및 원유를 참 비등점 (TBP) 증류 및/또는 원유에 존재하는 비등점 분획을 결정하기 위한 분별증류에 적용하는 단계를 종종 포함한다. 원유 증류 및/또는 분별증류는, 원유 증류액에 대한 미국 표준 시험 협회 (ASTM) 방법 D 2892와 같은, 당업자에게 공지된 임의의 표준 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 원유의 보통의 탄화수소 분획 및 이의 공칭 비등점은 표 1에 제공된다. 표 2는 원유 분석으로부터 얻어진 통상적인 수율, 조성물, 물리적 및 지표 특성 정보 (indicative properties information)를 제공한다.
| 탄화수소 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 경유 | 205-260 |
| 중간 경유 | 260-315 |
| 중질 경유 | 315-370 |
| 경질 감압 경유 | 370-430 |
| 중간 감압 경유 | 430-480 |
| 중질 감압 경유 | 480-565 |
| 감압 잔사유 | 565+ |
| 특성 | 단위 | 특성 타입 | 분획 |
| 수율 중량 및 부피% | 중량% 및 부피% | 수율 | 전부 |
| API 비중 | API 비중 도 (°API) | 물리적 | 전부 |
| 38℃에서 동점도 (ν) | N/A | 물리적 | >250℃에서 비등하는 분획 |
| 20℃에서 굴절률 | N/A | 물리적 | <400℃에서 비등하는 분획 |
| 황 | 중량% | 조성물 | 전부 |
| 티올/메르캅탄 | 중량% | 조성물 | <250℃에서 비등하는 분획 |
| 니켈 | 중량% or ppm | 조성물 | >400℃에서 비등하는 분획 |
| 질소 | 중량% or ppm | 조성물 | 전부 |
| 인화점, COC (Cleveland open cup) 방법 | ℃ | 지표 | 전부 |
| 운점 | ℃ | 지표 | >250℃에서 비등하는 분획 |
| (상한) 유동점 | ℃ | 지표 | >250℃에서 비등하는 분획 |
| 빙점 | ℃ | 지표 | >250℃에서 비등하는 분획 |
| 잔류 탄소량 | 중량% | 지표 | >300℃에서 비등하는 분획 |
| 발연점 | 밀리미터 (mm) | 지표 | 50-250℃에서 비등하는 분획 |
| 옥탄가 | N/A | 지표 | <250℃에서 비등하는 분획 |
| 세탄 지수 | N/A | 지표 | 150-400℃에서 비등하는 분획 |
| 아닐린 점 | ℃ | 지표 | <520℃에서 비등하는 분획 |
다양한 구체 예에서, 여기에 개시된 방법은, 유리하게는 시간 소모적인 원유 증류 및/또는 분별증류에 대한 필요성을 제거할 수 있으면서, 요구되는 샘플 크기 부피에서 현저한 감소를 통해 원유 분석을 더욱 단순화한다. 예를 들어, 여기에 기재된 방법은, 원유 샘플의 특성뿐만 아니라 다양한 이의 분획의 특성을 빠르게 결정하기 위해 1 ㎖ (milliliter) 정도로 작은 원유 샘플 크기에 대해 수행될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 분획은 나프타 및 디젤/경유 분획을 포함할 수 있다. 부가적으로, 여기에 개시된 다양한 구체 예는, 원유 또는 이의 분획의 다양한 특성을 결정할 목적을 위한 원유의 가열 및/또는 냉각을 요구하지 않을 수 있다. 이러한 특성은 (통상적으로 ASTM D2500을 사용하여 얻어진) 운점, (통상적으로 ASTM D97을 사용하여 결정된) 유동점 및 (통상적으로 ASTM D611을 사용하여 결정된) 아닐린 점을 포함할 수 있다.
다양한 구체 예에서, 원유 또는 이의 분획의 선택된 특성은 여기에 개시된 방법을 사용하여 결정될 수 있다. 선택된 특성은, 다양한 시험 방법을 위한 원유의 선택된 분획을 얻기 위해 원유에 대해 수행된, 증류 및/또는 분별증류와 같은, 분리 방법과 연관된 비용 및 시간을 사용하지 않고 유리하게 결정될 수 있다. 예를 들어, 세탄가, 유동점, 운점, 및 아닐린 점은, 분리 방법을 통해 원유로부터 경유 분획을 분리할 필요없이 원유의 경유 분획에 대하여 여기에서의 방법을 사용하여 결정될 수 있다. 또 다른 실시 예로서, 원유의 경유 분획의 방향족 중량 퍼센트는, ASTM 시험 또는 관련 시험을 사용하거나 또는 분리 방법을 통해 방향족 분획을 분리할 필요없이 여기에서의 방법을 사용하여 결정될 수 있다. 또 다른 실시 예로서, 원유의 나프타 분획의 옥탄가는, 분리 방법을 통해 원유 유래의 나프타 분획을 분리할 필요없이 여기에서의 방법을 사용하여 결정될 수 있다.
여기에 개시된 다양한 구체 예의 방법 및 기술은, 유리하게는 여기에 기재된 분광분석 및 분석 기술을 통해 하나 이상의 원유 및 원유의 분획을 평가하는 것과 관련된 샘플 크기, 시간, 비용, 및 노력을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 다양한 구체 예를 사용하여 원유 샘플을 분석하는 데 필요한 시간 (분석 시간)은 20%-100% 만큼 감소될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 분석 시간은 적어도 25% 만큼 감소될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 분석 시간은 적어도 50% 만큼 감소될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 분석 시간은 25%-75% 만큼 감소될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 분석 시간은 30-50% 만큼 감소될 수 있다. 분석 시간 감소는 현재 이용 가능한 분석 및 방법과 비교하여 감소된 것이다.
도 1은, 다양한 구체 예에 따라, 스펙트럼 지수 및 밀도에 대한 특성의 상관관계를 사용하여 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법 (100)을 개략적으로 예시한다. 다양한 구체 예에서, 상기 방법 (100)은, 개인 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 휴대용 또는 모바일 컴퓨팅 장치, 또는 임의의 타입의 컴퓨팅 장치와 같은, 컴퓨팅 장치에서 실행될 수 있다.
상기 방법 (100)의 단계 (102)에서, 상기 방법 (100)은, 표준 분석 방법을 사용하여 복수의 원유의 특성의 값을 얻는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 구체 예에서, 표준 분석 방법은, 원유 및 석유 관련 제품을 시험하기 위한 다양한 ASTM 방법을 포함할 수 있다. 다양한 구체 예에서, 상기 특성은, 경유 분획의 세탄가, 유동점, 운점, 및 아닐린 점, 나프타 분획의 옥탄가, 및 원유의 경유 분획의 방향족 함량으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 경유 분획은 대략 180 내지 370℃의 비등점 범위를 가질 수 있다. 다양한 구체 예에서, 나프타 분획은 약 36 내지 180℃의 비등점을 가질 수 있다. 다양한 구체 예에서, 세탄가의 값은 ASTM D613을 사용하여 얻어질 수 있다. 다양한 구체 예에서, 유동점의 값은 ASTM D7346을 사용하여 얻어질 수 있다. 다양한 구체 예에서, 운점의 값은 ASTM D2500을 사용하여 얻어질 수 있다. 다양한 구체 예에서, 아닐린 점의 값은 ASTM D611을 사용하여 얻어질 수 있다. 다양한 구체 예들에서, 옥탄가의 값은, 모터 옥탄가, 리서치 옥탄가, 및 이의 조합을 위한 시험 중 적어도 하나를 사용하여 얻어질 수 있고, 여기서, 상기 모터 옥탄가에 대한 값은, ASTM D2700을 사용하여 얻고, 및 상기 리서치 옥탄가에 대한 값은 ASTM D2699를 사용하여 얻어진다. 다양한 구체 예에서, 방향족 함량의 값은, 임의의 적절한 ASTM 시험 또는 다른 시험을 사용하여 얻어질 수 있다.
상기 방법 (100)의 단계 (104)에서, 상기 방법 (100)은 복수의 원유의 밀도 값을 얻는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 구체 예에서, 밀도의 값은 ASTM D5002를 사용하여 얻어질 수 있다. 밀도의 값은, 석유 산업에서 일반적으로 사용된 단위를 포함하지만, 이에 제한되지 않는, 임의의 단위로 표현될 수 있다.
상기 방법 (100)의 단계 (106)에서, 상기 방법 (100)은, 복수의 원유에 대한 산란 스펙트럼의 데이터 세트를 얻는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 구체 예에서, 산란 스펙트럼은, 여기서 더욱 기재되고 및 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 레이저 유도 자외선 (UV) 형광 분광계를 사용하여 얻어질 수 있다. 다양한 구체 예에서, 산란 스펙트럼은, 흡수 분광법, 라만 분광법, 공명 라만 분광법, 투과 분광법, 자외선-가시광선 분광법 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 분광법을 사용하여 얻어질 수 있다.
방법 (100)의 단계 (108)에서, 방법 (100)은 복수의 원유의 산란 스펙트럼의 데이터 세트로부터 스펙트럼 지수를 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 구체 예에서, 복수의 원유의 산란 스펙트럼 유래의 스펙트럼 지수는, 레이저 유도 UV 형광 분광계의 UV 검출기에 의해 검출된 UV 광의 파장에 대한 형광 강도의 플롯하에 구역의 지표 값으로부터 계산될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 구역의 지표 값 (IN)은 방정식 
을 사용하여 계산될 수 있으며, 여기서 FI는 형광 강도이고, ω는 UV 광의 파장이며, ω1은 UV 광의 시작 파장이고, 및 ω2는 UV 광의 종료 파장이며, 여기서, UV 광의 시작 및 종료 파장은, FI의 배경 잡음을 초과하는 FI 값인 것으로 선택될 수 있다. 다양한 구체 예들에서, 임의의 시작 및 종료 파장은, 합산 방정식에 대해 선택될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 구역의 지표 값은, UV 광의 시작 파장으로부터 UV 광의 종료 파장까지 레이저 유도 UV 형광 분광계의 UV 검출기에 의해 검출된 UV 광의 파장에 대한 형광 강도 (FI)의 플롯 하의 구역을 적분하여 계산될 수 있고, 여기서, UV 광의 시작 및 종료 파장은 FI의 배경 잡음을 초과하는 FI 값인 것으로 선택된다. 다양한 구체 예에서, 임의의 시작 및 종료 파장은 합산 및/또는 통합 (integration)을 위해 선택될 수 있다.
상기 방법 (100)의 단계 (110)에서, 상기 방법 (100)은, 특성에 대한 다항 방정식의 상수를 결정하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서, 상기 다항 방정식은 원유 밀도 및 원유 스펙트럼 지수의 함수이고, 여기서, 상기 다항 방정식의 상수의 수는 상기 복수의 원유의 수 이하이며, 여기서, 상기 상수는 복수의 원유에 대한 특성 값을 다항 방정식으로부터 계산된 값에 맞추는 피팅 방법을 사용하여 결정될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 최소 제곱법 (least squares method)은 상수를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 회귀 방법은 상수를 결정하는데 사용될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 다항 방정식은, PROP = K + X1 * D + X2 * D2 + X3 * D3 + X4 * FI + X5 * FI2 + X6 * FI3 + X7 * D * FI일 수 있고, 여기서, PROP는 특성의 계산된 값이며, K 및 Xi는, i=1-7인 경우, 개별 특성에 특이적인 상수이고, D는 밀도이며, 및 FI은 스펙트럼 지수이다. 다양한 구체 예에서, 상수의 수는 8일 수 있고, 복수의 원유의 수는 9일 수 있다.
상기 방법 (100)의 단계 (112)에서, 상기 방법 (100)은, 비특징화된 원유 샘플의 산란 스펙트럼 및 밀도를 얻는 단계 및 상기 다항 방정식을 사용하여 비특징화된 원유 샘플의 특성의 값 및 스펙트럼 지수를 계산하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서, 상기 비특징화된 원유 샘플은 복수의 원유 중 하나가 아니다.
도 2는, 다양한 구체 예에 따른, 레이저 유도 자외선 (UV) 형광 분광 시스템 (200)을 개략적으로 예시한다. 상기 시스템 (200)은 레이저 광 (202.1)을 방출하는 레이저 (202)를 포함할 수 있다. 상기 시스템 (200)은, 제1 반사광 (204.1)을 제2 반사경 (206)에 제공하도록 제1 반사경 (204) 유래의 레이저 광 (202.1)을 향하게 하는 제1 반사경 (204)을 포함할 수 있다. 제2 반사경 (206)은, 제1 반사광 (204.1)을 반사하여 그 안에 원유 샘플을 갖는 큐벳 (cuvette: 208)에 제2 반사광 (206.1)을 제공할 수 있다. 큐벳 (208) 내에 원유 샘플은, 렌즈 시스템 (210)으로 향할 수 있는 형광 광 (208.1)을 방출할 수 있으며, 상기 렌즈 시스템은 집중된 형광 광 (210.1)을 분광계 (212)에 제공할 수 있다. 분광기 (212)는 고감도 전하-결합 장치 (ICCD) (214)에 연결될 수 있다. ICCD (214)는 큐벳 (208) 내에 샘플 유래의 UV 형광 분광학 데이터를 기록하기 위해 컴퓨터 시스템 (216)에 연결 (220)될 수 있다. 상기 시스템 (200)은 반사된 광 (208.2)을 받아들이기 위한 빔 덤프 (beam dump: 218)를 포함할 수 있다.
큐벳 (208)은 4개의 직사각형 창 또는 측면을 포함할 수 있고, 및 표준 UV 석영 큐벳일 수 있다. 큐벳 (208)은 대략 2 milliliters의 원유의 샘플을 수용할 수 있는 크기일 수 있다. 제1 반사경 (204), 제2 반사경 (206) 및 큐벳 (208)은, 큐벳 (208)의 측면에 대해 약 45도 각도로 제2 반사광 (206.1)을 제공하도록 구성될 수 있다.
레이저 (202)는 대략 0.5 mm의 빔 직경에서 대략 266 nm의 파장에서 Q-스위칭된 UV 레이저 빔으로 레이저 광 (202.1)을 제공할 수 있다. 레이저 (202)에서 Q-스위칭은, 각 펄스에 대해 6 nanoseconds의 주기 동안 펄스당 대략 35 millijoules의 에너지 펄스를 생성할 수 있다. 다른 파장의 레이저 광은, 큐벳 (208) 내에 샘플 유래의 형광 반응 (fluorescence response)을 유도하는데 사용될 수 있다. 레이저 광은 더 높거나 또는 낮은 에너지 펄스를 가질 수 있고, 및 더 길거나 더 짧은 펄스를 가질 수 있다.
렌즈 시스템 (210)은, 분광기 (212)의 입구 슬릿 (entrance slit) 상으로 형광 방출 (208.1)을 집중시키도록 정렬된 둘 이상의 석영 렌즈를 포함할 수 있다. ICCD는 고속-게이트형 (fast-gated) ICCD일 수 있고, 및 그 결과로 생긴 형광 세기의 방출 스펙트럼을 파장의 함수에 따라 생성할 수 있다. 그 결과로 생긴 형광 스펙트럼은, 대략 1.5 nm의 해상력 (resolution)를 가질 수 있다. 스펙트럼은 컴퓨터 시스템 (216) 내에 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 재구성될 수 있다.
도 3은, 다양한 구체 예에 따라, 다른 미국 석유 연구소 (API) 비중 값을 갖는 9개의 다른 원유 샘플에 대한 레이저-유도 UV 형광 스펙트럼을 개략적으로 예시한다. 각 스펙트럼은 각각의 API 비중 값으로 표지된다. 상기 스펙트럼은 파장 (나노미터, nm)에 대한 형광 강도 (임의 단위, a.u.)의 플롯으로 나타낸다.
다양한 구체 예에서, 레이저 유도 UV 형광 지수 ("IN")는, 도 3에 예시된 바와 같은, 원유의 스펙트럼으로부터 계산될 수 있다. 다양한 구체 예들에서, IN은 하기 방정식 1에 따라 계산될 수 있다.
[방정식 1]
IN은, 파장 ω에서 형광 강도의 측정이다. 다양한 구체 예에서, 형광 세기는 상대 형광 단위 (RFU)로 측정될 수 있다. 다양한 구체 예에서, RFU는 ω1과 동일한 ω에서 시작하여 및 ω2와 동일한 ω까지 검출된 피크에 대한 원유 샘플의 형광 강도 값으로서 측정될 수 있다. 다양한 구체 예에서, ω1은 대략 283 nanometers일 수 있고, ω2는 대략 600㎚일 수 있다. 다양한 구체 예에서, IN은 검출기에 의해 검출된 광의 파장에 대한, 예를 들어, RFU와 같은 형광 강도의 측정의 플롯에 대한 곡선 하의 구역으로서 계산될 수 있다. 곡선 아래 구역은, 방정식 1에 따라 계산될 수 있거나 또는 곡선 아래의 구역을 추정하기 위한 임의의 적절한 방법을 사용하여 계산될 수 있다. 출발 파장 (ω1) 및 종료 파장 (ω2)은, 탄화수소 분획 또는 원유의 특성을 평가하기 위한 목적으로 IN의 계산에서 개선된 정확도를 제공하도록 최적화될 수 있다. 예를 들어, ω1은 약 270 nm 이하 내지 약 300 nm 이상일 수 있다. 유사하게, ω2는 약 550 nm 이하 내지 약 620 nm 이상일 수 있다. 다양한 구체 예에서, ω는 방정식 1에서 1 nm 만큼 증분될 수 있다. 다양한 구체 예에서, ω는 방정식 1에서 1.5 nm 만큼 증분될 수 있다. 곡선 아래의 구역의 어떤 합리적인 측정은, 합리적인 공학 공차 (engineering tolerances) 내에서, IN의 값을 계산/추정하는데 사용될 수 있다. 다양한 구체 예에서, IN의 값은 정규화된 값일 수 있으며, 여기서 정규화된 값은 표준 샘플에 대한 것일 수 있다. 정규화는 다른 형광 분광계의 지수 값의 비교를 가능하게 할 수 있다. 다양한 구체 예들에서, 정규화된 IN은 사용될 수 있고, 여기서 IN은 지정된다.
다양한 구체 예에서, IN은 원유의 선택된 특성 ("PROP")을 결정하기 위한 수단을 제공하기 위해 방정식에서 8개의 상수를 갖는 다항 방정식 내에 원유의 밀도 ("D")와 조합될 수 있다. 방정식의 상수는 적어도 8개의 다른 원유의 IN, D, 및 PROP를 측정하는 단계 및 회귀 분석 또는 데이터의 최소 제곱 분석을 수행하는 단계에 의해 결정될 수 있어, 8개의 상수를 결정한다. 임의의 표준 피팅 기술은 8개의 상수를 결정하는데 사용될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 8개를 초과하는 상수를 갖는 다항식은 사용될 수 있다. 다양한 구체 예에서, 8개 미만의 상수를 갖는 다항식은 사용될 수 있다.
다양한 구체 예들에서, 다항 방정식은 방정식 2에 나타낸 형태를 가질 수 있다.
[방정식 2]
PROP = KPROP + X1PROP*D + X2PROP*D2 + X3PROP*D3 + X4PROP*IN + X5PROP*IN2 + X6PROP*IN3 + X7PROP*D*IN
다양한 구체 예에서, PROP는 세탄가, 유동점, 운점, 아닐린 점, 옥탄, 또는 중량 퍼센트 방향족일 수 있다. 만약 PROP, D 및 IN이 적어도 8개의 다른 원유 및/또는 이들의 분획에 대해 결정된다면, 그 다음 방정식 2의 상수는 결정될 수 있다. 다양한 구체 예에서, IN은 다양한 형광 분광계에 대한 정규화 (normalization)를 가능하게 하는 정규화된 IN일 수 있다. 다양한 구체 예에서, 8개 이상의 샘플은 방정식 2의 상수를 결정하는데 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 최소 제곱법 분석은, 시스템이 중첩결정되기 (overdetermined) 때문에, 상수를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
다양한 구체 예에서, 세탄가 (CN)는 여기에 기재된 방법을 사용하여 원유 분획 또는 샘플에 대해 결정될 수 있다. 다양한 구체 예에서, CN은, 하기 방정식 3을 사용하여 180℃ 내지 370℃의 범위에서 비등하는 경유 분획에 대해 결정될 수 있다.
[방정식 3]
CN = KCN + X1CN*D + X2CN*D2 + X3CN*D3 + X4CN*IN + X5CN*IN2 + X6CN*IN3 + X7CN*D*IN
방정식 3에서, "KCN"은 상수이고, "XnCN"은 첨자 n이 1, 2, ...7인 경우의 상수이다.
다양한 구체 예에서, 상수 KCN 및 XnCN은 세탄, 원유 밀도, 및 IN에 대한 데이터를 함유하는 원유 데이터의 데이터베이스의 회귀 분석을 통해 결정될 수 있다.
다양한 구체 예에서, 유동점 (PP)은 여기에 기재된 방법을 사용하여 원유 분획 또는 샘플에 대해 결정될 수 있다. 다양한 구체 예에서, PP는 하기 방정식 4를 사용하여 180 내지 370℃의 범위에서 비등하는 경유 분획에 대해 결정될 수 있다.
[방정식 4]
PP = KPP + X1PP*D + X2PP*D2 + X3PP*D3 + X4PP*IN + X5PP*IN2 + X6PP*IN3 + X7PP*D*IN
방정식 4에서, "KPP"는 상수이고, "XnPP"는 첨자 n이 1, 2, ....7인 경우의 상수이다. "D" 및 "IN"은 전술된 바와 같다.
다양한 구체 예에서, 상수 KPP 및 XnPP는 유동점, 원유 밀도, 및 IN에 대한 데이터를 함유하는 원유 데이터의 데이터베이스의 회귀 분석을 통해 결정될 수 있다.
다양한 구체 예에서, 운점 (CP)은 여기에 기재된 방법을 사용하여 원유 분획 또는 샘플에 대해 결정될 수 있다. 다양한 구체 예에서, CP는 하기의 방정식 5를 사용하여 180 내지 370℃의 범위에서 비등하는 경유 분획에 대해 결정될 수 있다.
[방정식 5]
CP = KCP + X1CP*D + X2CP*D2 + X3CP*D3 + X4CP*IN + X5CP*IN2 + X6CP*IN3 +X7CP*D*IN
방정식 5에서, "KCP"는 상수이고 "XnCP"는 첨자 n이 1, 2, ...7인 경우의 상수이다. "D" 및 "IN"은 전술된 바와 같다.
다양한 구체 예에서, 상수 KCP 및 XnCP는 운점, 원유 밀도, 및 IN에 대한 데이터를 함유하는 원유 데이터의 데이터베이스의 회귀 분석을 통해 결정될 수 있다.
다양한 구체 예에서, 아닐린 점 (AP)은, 여기에 기재된 방법을 사용하여 원유 분획 또는 샘플에 대해 결정될 수 있다. 다양한 구체 예에서, AP는 하기 방정식 6을 사용하여 180 내지 370℃의 범위에서 비등하는 경유 분획에 대해 결정될 수 있다.
[방정식 6]
AP = KAP + X1AP*D + X2AP*D2 + X3AP*D3 + X4AP*IN + X5AP*IN2 + X6AP*IN3 + X7AP*D*IN
방정식 6에서, "KAP"은 상수이고, "XnAP"는 첨자 n이 1, 2, ...7인 경우의 상수이다. "D" 및 "IN"은 전술된 바와 같다.
다양한 구체 예에서, 상수 KAP 및 XnAP는 아닐린, 원유 밀도, 및 IN에 대한 데이터를 함유하는 원유 데이터의 데이터베이스의 회귀 분석을 통해 결정될 수 있다.
다양한 구체 예에서, 방향족 (AR)의 중량 퍼센트는, 여기에 기재된 방법을 사용하여 원유의 경유 분획에 대해 결정될 수 있다. 다양한 구체 예에서, AR은 하기 방정식 7을 사용하여 결정될 수 있다.
[방정식 7]
AR = KAR + X1AR*D + X2AR*D2 + X3AR*D3 + X4AR*IN + X5AR*IN2 + X6AR*IN3 + X7AR*D*IN
방정식 7에서, "KAR"은 상수이고, "XnAR"은 첨자 n이 1, 2, ...7인 경우의 상수이다. "D" 및 "IN"은 전술된 바와 같다.
다양한 구체 예에서, 상수 KAR 및 XnAR은, 방향족 퍼센트, 원유 밀도, 및 IN에 대한 데이터를 함유하는 원유 데이터의 데이터베이스의 회귀 분석을 통해 결정될 수 있다.
다양한 구체 예에서, 여기 기재된 방법은, 원유의 나프타 분획에 대한 옥탄가 (ON)를 결정하는데 사용될 수 있다. 다양한 구체 예에서, ON은, 하기 방정식 8을 사용하여 약 36 내지 180℃의 비등 온도를 갖는 나프타 분획에 대해 결정될 수 있다.
[방정식 8]
ON = KON+ X1ON*D + X2ON*D2 + X3ON*D3 + X4ON*IN + X5ON*IN2 + X6ON*IN3 + X7ON*D*IN
방정식 8에서, "KON"은 상수이고, "XnON"은, 첨자 n이 1, 2, ...7인 경우의 상수이다. 다양한 구체 예에서, X7ON은 0으로 설정될 수 있다. "D" 및 "IN"은 전술된 바와 같다.
다양한 구체 예에서, 상수 KON 및 XnON은, 옥탄가, 원유 밀도, 및 IN에 대한 데이터를 함유하는 원유 데이터의 데이터베이스의 회귀 분석을 통해 결정될 수 있다.
실시 예
다양한 구체 예들에 따르면, 본 개시는 다양한 구체 예들에 대해 예시되고 기재된 바와 같은, 다항 방정 방정식을 사용하여 형광 분광학 데이터 및 원유 밀도로부터 원유 및/또는 이의 분획의 특성을 결정하기 위한 방법 및 시스템을 기재한다.
원유 샘플의 분광 측정의 또 다른 실시 예에서, 형광 측정은, 도 2에 예시된 레이저 유도, 자외선 (UV) 형광 분광학 실험 시스템을 사용하여 수행된다. 이 실시 예에서, 2㎖ 분취액 (aliquot)의 선택된 원유 샘플은, 4개의 직사각형 창 또는 측면을 갖는 표준 UV 석영 큐벳 (cuvette)으로 이동된다. 상기 큐벳 및 분취액은, 입사 레이저 빔이 실험의 지속기간 동안 대략 45도의 고정 각에서 (4) 큐벳 창 중 하나로 집중되도록 하는 각도로 분광계 셀 홀더 (cell holder) 내로 삽입된다. 266 nanometers (nm)의 초기 고정 파장 및 약 0.5 mm의 고정 빔 직경의 Q- 스위칭 UV 레이저 빔은, 큐벳 내에 원유 분취액을 여기시키는 데 사용된다. 레이저에서 Q-스위칭은, 각 펄스에 대해 약 6 nanoseconds (ns)의 시간의 기간 (temporal span)을 갖는, 펄스당 약 35 millijoules (mJ)의 에너지 펄스를 생성한다. 각각의 원유 샘플에 대한 그 결과로 생긴 형광은, 도 2에 대해 여기에 예시되고 기재된 바와 같이, 그 결과로 생긴 방출을 작동 가능하게 연결된 분광계의 입구 슬릿 (entrance slit) 상으로 집중시키기 위해 정렬된 석영 렌즈들의 조합을 사용하여 수집된다. 분광기는 고속-게이트형 고감도 전하-결합 소자 (fast-gated intensified charge-coupled device: ICCD)와 결합되어 파장의 함수에 따른 상기 그 결과로 생긴 형광 강도의 방출 스펙트럼을 생성한다. 스펙트럼 해상력은, 약 1.5 nm이었고, 스펙트럼은 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 재구성된다. ICCD는 레이저 펄스의 "Q-스위칭"에 의해 시작되고, 및 그 결과로 생긴 형광 신호의 검출은, 레이저 펄스 강도의 최대 값으로부터 시작하여 측정된 것으로 처음 6 nanoseconds로 제한된다. 도 3은 다른 API 비중 값을 갖는 9가지 다른 원유에 대한 형광 스펙트럼을 예시한다.
표 3에 예시된 바와 같이, 전술된 스펙트럼 분석으로부터 생성된 값은, 원유의 경유 분획의 세탄가를 결정하는 데 사용될 수 있다. 경유 분획은 180 내지 370℃의 비등점 범위를 갖는다. 원유는 0. 883g/㎤의 밀도를 갖는다. 원유의 경유 분획에 대한 계산된 세탄가는 59이다. 표 3에 나타낸 8개의 상수 값은, 원유 데이터의 데이터베이스의 회귀 분석에 의해 얻어진다.
| 상수 | 상수의 값 | 방정식 변수 | 변수의 계산 값 | 방정식 | 계산 값 |
| KPROP | 3.2602035E+06 | KPROP | 3.260E+06 | ||
| X1PROP | -1.0883141E+07 | D | 8.8280E-01 | X1PROP *D | -9.608E+06 |
| X2PROP | 1.2107974E+07 | D2 | 7.7934E-01 | X2PROP *D2 | 9.436E+06 |
| X3PROP | -4.4899405E+06 | D3 | 6.8800E-01 | X3PROP *D3 | -3.089E+06 |
| X4PROP | -2.1896189E+03 | IN | 2.3377E+00 | X4PROP *IN | -5.119E+03 |
| X5PROP | -5.5692267E+01 | IN2 | 5.4649E+00 | X5PROP *IN2 | -3.044E+02 |
| X6PROP | 3.6121466E+00 | IN3 | 1.2775E+01 | X6PROP *IN3 | 4.615E+01 |
| X7PROP | 2.7911195E+03 | D*IN | 2.0637E+00 | X7PROP *D*IN | 5.760E+03 |
| PROP = CN | 59 |
표 4에 예시된 바와 같이, 전술된 스펙트럼 분석으로부터 생성된 값은, 원유의 경유 분획의 유동점을 결정하는데 사용될 수 있다. 경유 분획은 180 내지 370℃의 비등점 범위를 갖는다. 원유는 0.883g/㎤의 밀도를 갖는다. 원유의 경유 분획에 대해 계산된 유동점은 -10이다. 표 4에 나타낸 8개의 상수 값은 원유 데이터의 데이터베이스의 회귀 분석에 의해 얻어진다.
| 상수 | 상수의 값 | 방정식 변수 | 변수의 계산 값 | 방정식 | 계산 값 |
| KPROP | 3.4822532E+06 | KPROP | 3.482E+06 | ||
| X1PROP | -1.1630086E+07 | D | 8.8280E-01 | X1PROP *D | -1.027E+07 |
| X2PROP | 1.2945056E+07 | D2 | 7.7934E-01 | X2PROP *D2 | 1.009E+07 |
| X3PROP | -4.8026139E+06 | D3 | 6.8800E-01 | X3PROP *D3 | -3.304E+06 |
| X4PROP | -2.3031567E+03 | IN | 2.3377E+00 | X4PROP *IN | -5.384E+03 |
| X5PROP | -5.9091109E+01 | IN2 | 5.4649E+00 | X5PROP *IN2 | -3.229E+02 |
| X6PROP | 3.7964428E+00 | IN3 | 1.2775E+01 | X6PROP *IN3 | 4.850E+01 |
| X7PROP | 2.9444430E+03 | D*IN | 2.0637E+00 | X7PROP *D*IN | 6.077E+03 |
| PROP = PP | -10 |
표 5에 예시된 바와 같이, 전술된 스펙트럼 분석으로부터 생성된 값은, 원유의 경유 분획의 운점을 결정하는데 사용될 수 있다. 경유 분획은 180 내지 370℃의 비등점 범위를 갖는다. 원유는 0.883g/㎤의 밀도를 갖는다. 원유의 경유 분획에 대해 계산된 운점은 -10이다. 표 5에 나타낸 8개의 상수 값은, 원유 데이터의 데이터베이스의 회귀 분석에 의해 얻어진다.
| 상수 | 상수의 값 | 방정식 변수 | 변수의 계산 값 | 방정식 | 계산 값 |
| KPROP | -1.5005814E+05 | KPROP | -1.501E+05 | ||
| X1PROP | 4.8804226E+05 | D | 8.8280E-01 | X1PROP *D | 4.308E+05 |
| X2PROP | -5.2926304E+05 | D2 | 7.7934E-01 | X2PROP *D2 | -4.125E+05 |
| X3PROP | 1.9132056E+05 | D3 | 6.8800E-01 | X3PROP *D3 | 1.316E+05 |
| X4PROP | 3.3467280E+02 | IN | 2.3377E+00 | X4PROP *IN | 7.824E+02 |
| X5PROP | -9.2521779E+00 | IN2 | 5.4649E+00 | X5PROP *IN2 | -5.056E+01 |
| X6PROP | 5.9752663E-01 | IN3 | 1.2775E+01 | X6PROP *IN3 | 7.634E+00 |
| X7PROP | -3.3414746E+02 | D*IN | 2.0637E+00 | X7PROP *D*IN | -6.896E+02 |
| PROP = CP | -10 |
표 6에 예시된 바와 같이, 전술된 스펙트럼 분석으로부터 생성된 값은, 원유의 경유 분획의 아닐린 점을 결정하는데 사용될 수 있다. 경유 분획은 180 내지 370℃의 비등점 범위를 갖는다. 원유는 0.883g/㎤의 밀도를 갖는다. 원유의 경유 분획에 대해 계산된 아닐린 점은 65이다. 표 6에 나타낸 8개의 상수 값은, 원유 데이터의 데이터베이스의 회귀 분석에 의해 얻어진다.
| 상수 | 상수의 값 | 방정식 변수 | 변수의 계산 값 | 방정식 | 계산 값 |
| KPROP | 5.7433836E+05 | KPROP | 5.743E+05 | ||
| X1PROP | -1.9146342E+06 | D | 8.8280E-01 | X1PROP *D | -1.690E+06 |
| X2PROP | 2.1279463E+06 | D2 | 7.7934E-01 | X2PROP *D2 | 1.658E+06 |
| X3PROP | -7.8843455E+05 | D3 | 6.8800E-01 | X3PROP *D3 | -5.424E+05 |
| X4PROP | -4.5720242E+02 | IN | 2.3377E+00 | X4PROP *IN | -1.069E+03 |
| X5PROP | -3.0191516E+00 | IN2 | 5.4649E+00 | X5PROP *IN2 | -1.650E+01 |
| X6PROP | 2.1027054E-01 | IN3 | 1.2775E+01 | X6PROP *IN3 | 2.686E+00 |
| X7PROP | 5.3551594E+02 | D*IN | 2.0637E+00 | X7PROP *D*IN | 1.105E+03 |
| PROP = AP | 65 |
표 7에 예시된 바와 같이, 전술된 스펙트럼 분석으로부터 생성된 값은, 원유의 경유 분획의 방향족의 중량 퍼센트를 결정하는데 사용될 수 있다. 원유는 0.883g/㎤의 밀도를 갖는다. 원유의 경유 분획에 대한 계산된 방향족 중량 퍼센트는 21이다. 표 7에 나타낸 8개의 상수 값은, 원유 데이터의 데이터베이스의 회귀 분석에 의해 얻어진다.
| 상수 | 상수의 값 | 방정식 변수 | 변수의 계산 값 | 방정식 | 계산 값 |
| KPROP | -1.441827E+06 | KPROP | -1.442E+06 | ||
| X1PROP | 4.796847E+06 | D | 8.8280E-01 | X1PROP *D | 4.235E+06 |
| X2PROP | -5.320518E+06 | D2 | 7.7934E-01 | X2PROP *D2 | -4.146E+06 |
| X3PROP | 1.967479E+06 | D3 | 6.8800E-01 | X3PROP *D3 | 1.354E+06 |
| X4PROP | 1.088830E+03 | IN | 2.3377E+00 | X4PROP *IN | 2.545E+03 |
| X5PROP | -8.202033E+00 | IN2 | 5.4649E+00 | X5PROP *IN2 | -4.482E+01 |
| X6PROP | 4.321777E-01 | IN3 | 1.2775E+01 | X6PROP *IN3 | 5.521E+00 |
| X7PROP | -1.194831E+03 | D*IN | 2.0637E+00 | X7PROP *D*IN | -2.466E+03 |
| PROP = AR | 21 |
표 8에 예시된 바와 같이, 전술된 스펙트럼 분석으로부터 생성된 값은, 원유의 나프타 분획의 옥탄가를 결정하는데 사용될 수 있다. 상기 나프타 분획은 36 내지 180℃의 비등점 범위를 갖는다. 원유는 0.883g/㎤의 밀도를 갖는다. 계산된 옥탄가는 54이다. 표 8에 나타낸 8개의 상수 값은, 원유 데이터의 데이터베이스의 회귀 분석에 의해 얻어진다.
| 상수 | 상수의 값 | 방정식 변수 | 변수의 계산 값 | 방정식 | 계산 값 |
| KPROP | -1.3901183E+07 | KPROP | -1.390E+07 | ||
| X1PROP | 4.8611994E+07 | D | 8.8280E-01 | X1PROP *D | 4.291E+07 |
| X2PROP | -5.6657335E+07 | D2 | 7.7934E-01 | X2PROP *D2 | -4.416E+07 |
| X3PROP | 2.2002750E+07 | D3 | 6.8800E-01 | X3PROP *D3 | 1.514E+07 |
| X4PROP | 3.0362362E+03 | IN | 2.3377E+00 | X4PROP *IN | 7.098E+03 |
| X5PROP | -7.1327482E+02 | IN2 | 5.4649E+00 | X5PROP *IN2 | -3.898E+03 |
| X6PROP | 4.8525799E+01 | IN3 | 1.2775E+01 | X6PROP *IN3 | 6.199E+02 |
| X7PROP | - | D*IN | - | X7PROP *D*IN | - |
| PROP = ON | 54 |
표 9 내지 15는 API 지수가 28.8° 및 27.4°인 두 가지 원유 샘플에 대한 스펙트럼 분석 및 파수 값을 예시한다.
| 파장, nm | 원유 1 API=28.8° |
원유 2 API=27.4° |
| 283 | 2533 | 2229 |
| 284 | 1925 | 2293 |
| 285 | 1589 | 2374 |
| 286 | 2071 | 1399 |
| 287 | 2172 | 2207 |
| 288 | 1700 | 1404 |
| 289 | 1723 | 1964 |
| 290 | 2313 | 2239 |
| 291 | 2827 | 2377 |
| 292 | 2569 | 2453 |
| 293 | 2349 | 2642 |
| 294 | 2045 | 2846 |
| 295 | 2217 | 2606 |
| 296 | 2518 | 2329 |
| 297 | 2562 | 2931 |
| 298 | 3192 | 2671 |
| 299 | 2266 | 3072 |
| 300 | 2793 | 3150 |
| 301 | 3258 | 2870 |
| 302 | 3380 | 3608 |
| 303 | 3392 | 2926 |
| 304 | 4057 | 3869 |
| 305 | 3807 | 4037 |
| 306 | 4922 | 3491 |
| 307 | 4492 | 4142 |
| 308 | 4756 | 4854 |
| 309 | 5290 | 5550 |
| 310 | 6172 | 5533 |
| 311 | 6671 | 5810 |
| 312 | 6638 | 7132 |
| 313 | 7615 | 7116 |
| 314 | 8154 | 8055 |
| 315 | 9478 | 8862 |
| 316 | 10520 | 9888 |
| 317 | 10673 | 9935 |
| 318 | 12667 | 11124 |
| 319 | 12579 | 11623 |
| 320 | 13206 | 11909 |
| 321 | 13331 | 12847 |
| 322 | 15063 | 13990 |
| 323 | 14660 | 13843 |
| 324 | 16503 | 15107 |
| 325 | 16612 | 15758 |
| 326 | 17752 | 15864 |
| 327 | 18029 | 17237 |
| 328 | 19963 | 17993 |
| 329 | 18942 | 18623 |
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| 510 | 50117 | 41409 |
| 파장, nm | 원유 1 API=28.8° |
원유 2 API=27.4° |
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| 513 | 48271 | 40072 |
| 514 | 46594 | 40180 |
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| 516 | 46439 | 38799 |
| 517 | 45933 | 38061 |
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| 519 | 44639 | 37552 |
| 520 | 43795 | 35530 |
| 521 | 43469 | 36095 |
| 522 | 42155 | 34608 |
| 523 | 41549 | 35288 |
| 524 | 41433 | 34523 |
| 525 | 40956 | 34450 |
| 526 | 41154 | 33983 |
| 527 | 39253 | 32692 |
| 528 | 39572 | 32549 |
| 529 | 38589 | 32494 |
| 530 | 38053 | 31150 |
| 531 | 37399 | 30990 |
| 532 | 37307 | 30365 |
| 533 | 36276 | 29987 |
| 534 | 36206 | 29108 |
| 535 | 35205 | 29010 |
| 536 | 35671 | 27902 |
| 537 | 34531 | 27992 |
| 538 | 33872 | 27682 |
| 539 | 32661 | 26913 |
| 540 | 33070 | 27293 |
| 541 | 32009 | 25699 |
| 542 | 32410 | 26547 |
| 543 | 31867 | 24609 |
| 544 | 30827 | 25235 |
| 545 | 30570 | 24767 |
| 546 | 29468 | 24579 |
| 547 | 29676 | 23983 |
| 548 | 28726 | 22972 |
| 549 | 28551 | 23391 |
| 550 | 28687 | 22437 |
| 551 | 26184 | 22018 |
| 552 | 26578 | 21354 |
| 553 | 26361 | 22029 |
| 554 | 26010 | 21208 |
| 555 | 26264 | 21250 |
| 파장, nm | 원유 1 API=28.8° |
원유 2 API=27.4° |
| 556 | 25533 | 20620 |
| 557 | 24608 | 19632 |
| 558 | 24447 | 20363 |
| 559 | 23731 | 19959 |
| 560 | 22711 | 19174 |
| 561 | 22869 | 19055 |
| 562 | 22580 | 18517 |
| 563 | 21943 | 18354 |
| 564 | 22050 | 17319 |
| 565 | 21764 | 18330 |
| 566 | 21086 | 17434 |
| 567 | 20523 | 17671 |
| 568 | 20268 | 17219 |
| 569 | 19934 | 16644 |
| 570 | 20014 | 16466 |
| 571 | 19262 | 15710 |
| 572 | 19275 | 16133 |
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| 574 | 18488 | 15825 |
| 575 | 18063 | 14875 |
| 576 | 17565 | 15556 |
| 577 | 17886 | 14514 |
| 578 | 17075 | 14491 |
| 579 | 17398 | 14068 |
| 580 | 16880 | 14073 |
| 581 | 16684 | 13834 |
| 582 | 16181 | 13910 |
| 583 | 16212 | 13654 |
| 584 | 15796 | 13218 |
| 585 | 15912 | 12442 |
| 586 | 14781 | 12830 |
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| 588 | 14622 | 11690 |
| 589 | 14806 | 12087 |
| 590 | 14241 | 12307 |
| 591 | 14741 | 11893 |
| 592 | 13257 | 11473 |
| 593 | 13324 | 11736 |
| 594 | 13039 | 11404 |
| 595 | 12060 | 10984 |
| 596 | 13535 | 10448 |
| 597 | 11781 | 10699 |
| 598 | 13597 | 9861 |
| 599 | 11106 | 9258 |
| 600 | 12336 | 10198 |
Claims (15)
- 스펙트럼 지수 및 밀도에 대한 특성의 상관관계를 사용하여 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법으로,
표준 분석법을 사용하여 복수의 원유의 특성의 값을 얻는 단계;
상기 복수의 원유의 밀도의 값을 얻는 단계;
상기 복수의 원유에 대한 산란 스펙트럼의 데이터 세트를 얻는 단계;
상기 복수의 원유의 산란 스펙트럼의 데이터 세트로부터 스펙트럼 지수를 계산하는 단계;
상기 특성에 대한 다항 방정식의 상수를 결정하는 단계로서, 여기서, 상기 다항 방정식은 비특징화된 원유의 밀도 및 스펙트럼 지수의 함수이고, 여기서, 상기 다항 방정식의 상수의 수는, 상기 복수의 원유의 수 이하이며, 여기서, 상기 상수는 복수의 원유의 특성의 값을 다항 방정식으로부터 계산된 값에 맞추는 피팅 방법을 사용하여 결정되는, 상수를 결정하는 단계; 및
상기 비특징화된 원유 샘플의 산란 스펙트럼 및 밀도를 얻는 단계 및 상기 다항 방정식을 사용하여 비특징화된 원유 샘플의 스펙트럼 지수 및 특성의 값을 계산하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 비특징화된 원유 샘플은, 상기 복수의 원유 중 하나가 아닌, 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 특성은, 경유 분획의 세탄가, 유동점, 운점, 및 아닐린 점, 나프타 분획의 옥탄가, 및 원유의 방향족 함량으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 경유 분획은, 대략 180 내지 370℃의 비등점 범위를 가지며, 및 상기 나프타 분획은, 대략 36 내지 180℃의 비등점을 갖는, 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 세탄가는, ASTM D613을 사용하여 얻어지는, 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 유동점은, ASTM D7346을 사용하여 얻어지는, 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 운점은, ASTM D2500을 사용하여 얻어지는, 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 아닐린 점은, ASTM D611을 사용하여 얻어지는, 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 옥탄가는, 모터법 옥탄, 리서치법 옥탄, 및 이들의 조합에 대한 시험 중 적어도 하나를 사용하여 얻어지며, 여기서, 상기 모터법 옥탄에 대한 값은, ASTM D2700을 사용하여 얻어지고, 및 상기 리서치법 옥탄에 대한 값은 ASTM D2699를 사용하여 얻어지는, 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 방향족 함량은, ASTM 5292를 사용하여 얻어지는, 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법. - 청구항 1-9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산란 스펙트럼은, 레이저 유도 자외선 (UV) 형광 분광계를 사용하여 얻어지는, 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 복수의 원유의 산란 스펙트럼으로부터의 스펙트럼 지수는, 상기 레이저 유도 UV 형광 분광계의 UV 검출기에 검출된 UV 광의 파장에 대한 형광 강도 (FI)의 플롯 하에 구역의 지표 값 (IN)으로부터 계산되는, 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 구역의 IN은,을 통해 계산되고, ω는 UV 광의 파장이며, ω1은 UV 광의 시작 파장이고, 및 ω2는 UV 광의 종료 파장이며, 여기서, UV 광의 시작 및 종료 파장은, FI의 배경 잡음을 초과하는 FI 값인 것으로 선택되는, 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법.
- 청구항 11에 있어서,
상기 구역의 IN은, UV 광의 시작 파장으로부터 UV 광의 종료 파장까지의 레이저 유도 UV 형광 분광계의 UV 검출기에 의해 검출된 UV 광의 파장에 대한 FI의 플롯 하에 구역을 적분하여 계산되며, 여기서, UV 광의 시작 및 종료 파장은, FI의 배경 잡음을 초과하는 FI 값인 것으로 선택되는, 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법. - 청구항 1-9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산란 스펙트럼은, 흡수 분광법, 라만 분광법, 공명 라만 분광법, 투과 분광법, 자외선-가시광선 분광법, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 분광법을 사용하여 얻어지는, 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법. - 청구항 1-14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다항 방정식은, PROP = K + X1 * D + X2 * D2 + X3 * D3 + X4 * IN + X5 * IN2 + X6 * IN3 + X7 * D * IN이고, 여기서 PROP는 특성의 계산된 값이고, K 및 Xi는 i = 1-7인 경우, 각각의 특성에 대한 특이적인 상수이며, D는 밀도이고, IN은 스펙트럼 지수인, 원유 샘플의 특성을 결정하는 방법.
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
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