(57)【要約】【課題】液化ガスの性状分析の効率を向上させる。【解決手段】測定装置２００は、試料ガスが注入される容器２０１と、容器２０１内の試料ガスを液化させる液化機構２１０と、容器２０１内から容器２０１外に延びる近赤外プローブ２０２と、近赤外プローブ２０２を介して、液化機構２１０により液化させられた状態の試料ガスの吸光度スペクトルを測定する近赤外測定器２０３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ガスが注入される容器と、
前記容器内の前記試料ガスを液化させる液化機構と、
前記容器内から前記容器外に延びる近赤外プローブと、
前記近赤外プローブを介して、前記液化機構により液化させられた状態の前記試料ガスの吸光度スペクトルを測定する近赤外測定器と
を備える測定装置。
【請求項２】
前記液化機構は、前記容器内に前記試料ガスが導入される液化室を形成する筒状体と、前記筒状体を冷却して前記液化室内の前記試料ガスを液化させる冷却器とを有し、
前記近赤外プローブの一部は、前記液化室内に配置され、
前記近赤外測定器は、前記近赤外プローブを介して、前記液化室内の、前記冷却器により液化させられた状態の前記試料ガスに近赤外光を照射し、前記近赤外プローブを介して、透過光及び反射光の少なくともいずれかを検出することで前記試料ガスの吸光度スペクトルを測定する請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記液化機構は、前記冷却器を前記筒状体に熱接続する伝熱材と、前記伝熱材を加熱するヒータと、前記ヒータを制御して前記伝熱材の温度を調整する温度調整器とをさらに有する請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記冷却器は、冷却剤が注入される冷却剤タンクと、前記冷却剤を前記冷却剤タンクから前記伝熱材に搬送する冷却パイプとを有する請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記液化機構は、前記冷却器を前記近赤外プローブに熱接続する伝熱材と、前記伝熱材を加熱するヒータと、前記ヒータを制御して前記伝熱材の温度を調整する温度調整器とをさらに有する請求項２に記載の測定装置。
【請求項６】
前記冷却器は、冷却剤が注入される冷却剤タンクを有し、
前記伝熱材は、前記冷却剤タンクの外殻を前記近赤外プローブに熱接続する請求項５に記載の測定装置。
【請求項７】
前記液化機構は、前記液化室に前記試料ガスを導入する内径１ｍｍ以下の導入管をさらに有する請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記液化室内に配置され、前記試料ガスの温度を測定する温度センサをさらに備える請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の測定装置と、
前記試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用することで性状値別に前記測定装置で得られた前記試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から、前記試料ガスの性状値及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線を作成する作成装置と
を備える検量線作成システム。
【請求項１０】
請求項８に記載の測定装置と、
前記試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用するとともに、前記液化室内の前記試料ガスの温度を変化させることで性状値及び温度の組み合わせ別に前記測定装置で得られた前記試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から、前記試料ガスの性状値、温度、及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線を作成する作成装置と
を備える検量線作成システム。
【請求項１１】
試料ガスを注入可能な容器を備える測定装置により用いられるスペクトル測定方法であって、
前記容器に注入された前記試料ガスを液化させ、
前記容器内から前記容器外に延びる近赤外プローブを介して、近赤外測定器により液化状態の前記試料ガスの吸光度スペクトルを測定する
スペクトル測定方法。
【請求項１２】
バッファタンクが真空引きされた後、前記バッファタンクを前記試料ガスで充填し、
前記バッファタンクから前記容器に前記試料ガスを注入する請求項１１に記載のスペクトル測定方法。
【請求項１３】
請求項１１又は請求項１２に記載のスペクトル測定方法を用いて前記試料ガスの吸光度スペクトルを測定し、
前記試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用することで性状値別に得られた前記試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から、前記試料ガスの性状値及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線を作成する
検量線作成方法。
【請求項１４】
液化状態の前記試料ガスの温度を測定し、
前記試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用するとともに、液化状態の前記試料ガスの温度を変化させることで性状値及び温度の組み合わせ別に得られた前記試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から、前記試料ガスの性状値、温度、及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線を作成する請求項１３に記載の検量線作成方法。
【請求項１５】
容器に試料ガスを注入し、前記容器内の前記試料ガスを液化させ、前記容器内から前記容器外に延びる近赤外プローブを介して、近赤外測定器により液化状態の前記試料ガスの吸光度スペクトルを測定し、前記試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用することで性状値別に得られた前記試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から作成された、前記試料ガスの性状値及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線を記憶する記憶部と、
近赤外分光法を用いて液化ガスの吸光度スペクトルを測定する測定部と、
前記記憶部に記憶された検量線と、前記測定部で得られた前記液化ガスの吸光度スペクトルの測定結果とから、前記液化ガスの性状値を算出する制御部と
を備える分析装置。
【請求項１６】
前記液化ガスの温度の測定結果が入力される入力部をさらに備え、
前記記憶部には、前記検量線として、液化状態の前記試料ガスの温度を測定し、前記試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用するとともに、液化状態の前記試料ガスの温度を変化させることで性状値及び温度の組み合わせ別に得られた前記試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から作成された、前記試料ガスの性状値、温度、及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線が記憶され、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された検量線と、前記入力部に入力された前記液化ガスの温度の測定結果と、前記測定部で得られた前記液化ガスの吸光度スペクトルの測定結果とから、前記液化ガスの性状値を算出する請求項１５に記載の分析装置。
【請求項１７】
請求項１５又は請求項１６に記載の分析装置を備える液化ガス製造プラント。
【請求項１８】
分析装置により用いられる性状分析方法であって、
近赤外分光法を用いて液化ガスの吸光度スペクトルを測定し、
容器に試料ガスを注入し、前記容器内の前記試料ガスを液化させ、前記容器内から前記容器外に延びる近赤外プローブを介して、近赤外測定器により液化状態の前記試料ガスの吸光度スペクトルを測定し、前記試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用することで性状値別に得られた前記試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から作成された、前記試料ガスの性状値及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線と、前記液化ガスの吸光度スペクトルの測定結果とから、前記液化ガスの性状値を算出する
性状分析方法。
【請求項１９】
液化ガスの温度を測定し、
前記検量線として、液化状態の前記試料ガスの温度を測定し、前記試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用するとともに、液化状態の前記試料ガスの温度を変化させることで性状値及び温度の組み合わせ別に得られた前記試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から作成された、前記試料ガスの性状値、温度、及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線と、前記液化ガスの温度及び吸光度スペクトルの測定結果とから、前記液化ガスの性状値を算出する請求項１８に記載の性状分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、測定装置、検量線作成システム、スペクトル測定方法、検量線作成方法、分析装置、液化ガス製造プラント、及び性状分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＬＮＧの製造プロセスにおいて、ガスクロマトグラフを用いてＬＮＧの成分を分析する技術が記載されている。「ＬＮＧ」は、Liquefied Natural Gas（液化天然ガス）の略語である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−２４８０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガスクロマトグラフを用いてＬＮＧの成分を分析するには、ＬＮＧを気化させる必要がある。よって、分析のためにＬＮＧを気化させる時間がかかる。
【０００５】
これに対し、近赤外分光分析計を用いて、ＬＮＧなどの液化ガスを気化させることなく、成分ごとの濃度など、液化ガスの性状を分析することが考えられる。波長が０．７μｍから２．５μｍの光である近赤外光は、分子の振動及び回転に共鳴し、吸収される。吸収される波長は分子の化学構造によって異なるので、吸光度スペクトルから物質の化学構造に関する情報を得ることができる。近赤外分光分析計は、試料に近赤外光を照射する。試料が特定の波長を吸収し、吸光度スペクトルが得られる。検量線を用いて吸光度スペクトルから組成を求めることができる。近赤外光を照射するだけなので、試料を破壊せず、高速に分析可能である。検量線は、液化ガスの性状値及び吸光度スペクトルの間の関係を表す式、又はその式を示すデータである。
【０００６】
しかしながら、近赤外分光分析計を用いて液化ガスの性状を分析するには、検量線を事前に作成しておく必要がある。実プロセスにおいて検量線を作成するには、液化ガスの性状値が変動して所望の範囲をカバーするまで長い時間をかけて十分なスペクトルデータを収集しなければならない。よって、分析が可能になるまでに時間がかかる。
【０００７】
本開示の目的は、液化ガスの性状分析の効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
幾つかの実施形態に係る測定装置は、試料ガスが注入される容器と、容器内の試料ガスを液化させる液化機構と、容器内から容器外に延びる近赤外プローブと、近赤外プローブを介して、液化機構により液化させられた状態の試料ガスの吸光度スペクトルを測定する近赤外測定器とを備える。このような測定装置においては、実プロセスに近赤外測定器を設置しなくても、スペクトルデータを収集することができる。試料ガスとして、性状値が所望の範囲をカバーするようにそれぞれ調整された複数の試料を使用すれば、短い時間で十分なスペクトルデータを収集することができる。性状値の範囲を任意に拡大することもできる。収集したスペクトルデータから、液化ガスの性状値及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線を作成することができる。そのため、近赤外測定器を備える測定装置を用いて、液化ガスを気化させることなく、液化ガスの性状を分析することができる。よって、液化ガスの性状分析の効率が向上する。
【０００９】
一実施形態において、液化機構は、容器内に試料ガスが導入される液化室を形成する筒状体と、筒状体を冷却して液化室内の試料ガスを液化させる冷却器とを有し、近赤外プローブの一部は、液化室内に配置され、近赤外測定器は、近赤外プローブを介して、液化室内の、冷却器により液化させられた状態の試料ガスに近赤外光を照射し、近赤外プローブを介して、透過光及び反射光の少なくともいずれかを検出することで試料ガスの吸光度スペクトルを測定してもよい。このような実施形態によれば、液化室内で試料ガスを液化させ、まさにその液化室内で液化状態の試料ガスに測定用の近赤外光を照射することにより、液化状態の試料ガスの吸光度スペクトルを高い精度で測定することができる。
【００１０】
一実施形態において、液化機構は、冷却器を筒状体に熱接続する伝熱材と、伝熱材を加熱するヒータと、ヒータを制御して伝熱材の温度を調整する温度調整器とをさらに有してもよい。このような実施形態によれば、冷却及び加熱の両方が可能であるため、液化室内の温度を任意に調整することができる。
【００１１】
一実施形態において、冷却器は、冷却剤が注入される冷却剤タンクと、冷却剤を冷却剤タンクから伝熱材に搬送する冷却パイプとを有してもよい。このような実施形態によれば、簡易な構成で液化室内の温度を下げることができる。
【００１２】
一実施形態において、液化機構は、冷却器を近赤外プローブに熱接続する伝熱材と、伝熱材を加熱するヒータと、ヒータを制御して伝熱材の温度を調整する温度調整器とをさらに有してもよい。このような実施形態によれば、冷却及び加熱の両方が可能であるため、液化室内の温度を任意に調整することができる。
【００１３】
一実施形態において、冷却器は、冷却剤が注入される冷却剤タンクを有し、伝熱材は、冷却剤タンクの外殻を近赤外プローブに熱接続してもよい。このような実施形態によれば、簡易な構成で液化室内の温度を下げることができる。
【００１４】
一実施形態において、液化機構は、液化室に試料ガスを導入する内径１ｍｍ以下の導入管をさらに有してもよい。このような実施形態によれば、導入管が細いため、試料ガスの逆流が起こりにくくなる。
【００１５】
一実施形態において、測定装置は、液化室内に配置され、試料ガスの温度を測定する温度センサをさらに備えてもよい。このような実施形態によれば、液化状態の試料ガスの温度を高い精度で測定することができる。
【００１６】
幾つかの実施形態に係る検量線作成システムは、上述の測定装置と、試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用することで性状値別に測定装置で得られた試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から、試料ガスの性状値及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線を作成する作成装置とを備える。このような検量線作成システムにおいては、試料ガスとして、性状値が所望の範囲をカバーするようにそれぞれ調整した複数の試料を使用すれば、短い時間で汎用性の高い検量線、いわゆるユニバーサル検量線を作成することができる。性状値の範囲を任意に拡大することもできる。近赤外測定器を備える分析装置を用いて液化ガスの性状を分析する際には、近赤外測定器で得られる液化ガスの吸光度スペクトルの測定結果を、作成した検量線に適用することにより、液化ガスの性状値を求めることができる。よって、液化ガスの性状分析の効率が向上する。
【００１７】
一実施形態において、作成装置は、試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用するとともに、液化室内の試料ガスの温度を変化させることで性状値及び温度の組み合わせ別に測定装置で得られた試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から、試料ガスの性状値、温度、及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線を作成してもよい。このような実施形態によれば、温度差に起因してスペクトル測定結果に生じるオフセットを補正することができる。
【００１８】
幾つかの実施形態に係る、試料ガスを注入可能な容器を備える測定装置により用いられるスペクトル測定方法では、容器に注入された試料ガスを液化させ、容器内から容器外に延びる近赤外プローブを介して、近赤外測定器により液化状態の試料ガスの吸光度スペクトルを測定する。このようなスペクトル測定方法においては、実プロセスに近赤外測定器を設置しなくても、スペクトルデータを収集することができる。試料ガスとして、性状値が所望の範囲をカバーするようにそれぞれ調整された複数の試料を使用すれば、短い時間で十分なスペクトルデータを収集することができる。性状値の範囲を任意に拡大することもできる。収集したスペクトルデータから、液化ガスの性状値及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線を作成することができる。そのため、近赤外測定器を備える測定装置を用いて、液化ガスを気化させることなく、液化ガスの性状を分析することができる。よって、液化ガスの性状分析の効率が向上する。
【００１９】
一実施形態において、バッファタンクが真空引きされた後、バッファタンクを試料ガスで充填し、バッファタンクから容器に試料ガスを注入してもよい。このような実施形態によれば、試料ガスの純度を保つことができる。
【００２０】
幾つかの実施形態に係る検量線作成方法では、上述のスペクトル測定方法を用いて試料ガスの吸光度スペクトルを測定し、試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用することで性状値別に得られた試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から、試料ガスの性状値及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線を作成する。このような検量線作成方法においては、試料ガスとして、性状値が所望の範囲をカバーするようにそれぞれ調整した複数の試料を使用すれば、短い時間で汎用性の高い検量線、いわゆるユニバーサル検量線を作成することができる。性状値の範囲を任意に拡大することもできる。近赤外測定器を備える分析装置を用いて液化ガスの性状を分析する際には、近赤外測定器で得られる液化ガスの吸光度スペクトルの測定結果を、作成した検量線に適用することにより、液化ガスの性状値を求めることができる。よって、液化ガスの性状分析の効率が向上する。
【００２１】
一実施形態において、液化状態の試料ガスの温度を測定し、試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用するとともに、液化状態の試料ガスの温度を変化させることで性状値及び温度の組み合わせ別に得られた試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から、試料ガスの性状値、温度、及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線を作成してもよい。このような実施形態によれば、温度差に起因してスペクトル測定結果に生じるオフセットを補正することができる。
【００２２】
幾つかの実施形態に係る分析装置は、容器に試料ガスを注入し、容器内の試料ガスを液化させ、容器内から容器外に延びる近赤外プローブを介して、近赤外測定器により液化状態の試料ガスの吸光度スペクトルを測定し、試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用することで性状値別に得られた試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から作成された、試料ガスの性状値及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線を記憶する記憶部と、近赤外分光法を用いて液化ガスの吸光度スペクトルを測定する測定部と、記憶部に記憶された検量線と、測定部で得られた液化ガスの吸光度スペクトルの測定結果とから、液化ガスの性状値を算出する制御部とを備える。このような分析装置においては、液化ガスを気化させることなく、液化ガスの性状を分析することができる。よって、液化ガスの性状分析の効率が向上する。
【００２３】
一実施形態において、分析装置は、液化ガスの温度の測定結果が入力される入力部をさらに備え、記憶部には、検量線として、液化状態の試料ガスの温度を測定し、試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用するとともに、液化状態の試料ガスの温度を変化させることで性状値及び温度の組み合わせ別に得られた試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から作成された、試料ガスの性状値、温度、及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線が記憶され、制御部は、記憶部に記憶された検量線と、入力部に入力された液化ガスの温度の測定結果と、測定部で得られた液化ガスの吸光度スペクトルの測定結果とから、液化ガスの性状値を算出してもよい。このような実施形態によれば、温度差に起因してスペクトル測定結果に生じるオフセットを補正することができる。
【００２４】
幾つかの実施形態に係る液化ガス製造プラントは、上述の分析装置を備える。このような液化ガス製造プラントにおいては、液化ガスを気化させることなく、液化ガスの性状を分析することができる。よって、液化ガスの性状分析の効率が向上する。
【００２５】
幾つかの実施形態に係る、分析装置により用いられる性状分析方法では、近赤外分光法を用いて液化ガスの吸光度スペクトルを測定し、容器に試料ガスを注入し、容器内の試料ガスを液化させ、容器内から容器外に延びる近赤外プローブを介して、近赤外測定器により液化状態の試料ガスの吸光度スペクトルを測定し、試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用することで性状値別に得られた試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から作成された、試料ガスの性状値及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線と、液化ガスの吸光度スペクトルの測定結果とから、液化ガスの性状値を算出する。このような性状分析方法においては、液化ガスを気化させることなく、液化ガスの性状を分析することができる。よって、液化ガスの性状分析の効率が向上する。
【００２６】
一実施形態において、液化ガスの温度を測定し、検量線として、液化状態の試料ガスの温度を測定し、試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用するとともに、液化状態の試料ガスの温度を変化させることで性状値及び温度の組み合わせ別に得られた試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から作成された、試料ガスの性状値、温度、及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線と、液化ガスの温度及び吸光度スペクトルの測定結果とから、液化ガスの性状値を算出してもよい。このような実施形態によれば、温度差に起因してスペクトル測定結果に生じるオフセットを補正することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本開示によれば、液化ガスの性状分析の効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本開示の一実施形態に係る検量線作成システムの構成を示す図である。
【図２】本開示の一実施形態に係る検量線作成システムの構成を示す図である。
【図３】本開示の一実施形態に係る作成装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本開示の一実施形態に係る作成装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本開示の一実施形態に係る性状分析システムの構成を示す図である。
【図６】本開示の一実施形態に係る分析装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本開示の一実施形態に係る分析装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】本開示の一実施形態と比較例とでそれぞれカバーされる性状値の範囲の例を示すグラフである。
【図９】比較例に係る検量線作成システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
近赤外分光分析計を用いて、ＬＮＧを気化させることなく、ＬＮＧの性状値を直接かつ連続して測定することが考えられる。この測定は、被測定物であるＬＮＧの透過光及び反射光の少なくともいずれかから得られた吸光度の情報であるスペクトルデータを、事前に作成されている検量線に当てはめることで実施可能である。
【００３０】
検量線の作成に関する課題を明確にすべく、本開示の実施形態を説明する前に、比較例について、図９を参照して説明する。
【００３１】
図中、「ＮＩＲ」は、Near Infrared（近赤外）の略語である。
【００３２】
本比較例では、検量線９０１は、ＬＮＧを実際に使用する施設に近赤外（ＮＩＲ）測定器９０２を導入して作成される。分析すべきＬＮＧは、プロセスライン９０３内を流れている。
【００３３】
本比較例に係る検量線作成システム９００は、近赤外（ＮＩＲ）プローブ９０４と、近赤外測定器９０２と、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）９０５と、ケモメトリクスプログラム９０６がインストールされたコンピュータとを備える。
【００３４】
近赤外プローブ９０４は、プロセスライン９０３の配管に挿入されている。近赤外測定器９０２は、近赤外プローブ９０４に接続されている。近赤外測定器９０２は、ＬＮＧによる近赤外光の吸光度を測定してスペクトルデータ９０７を出力する。ガスクロマトグラフ９０５は、近赤外測定器９０２が出力したスペクトルデータ９０７に対応するＬＮＧの性状値を分析するための分析計である。ガスクロマトグラフ９０５は、ＬＮＧを気化させ、ＬＮＧの成分を分析して性状データ９０８を出力する。
【００３５】
近赤外測定器９０２は、６０秒以下の周期で連続してスペクトルを検出し、検出結果をスペクトルデータ９０７として出力する。ガスクロマトグラフ９０５は、５分から３０分程度の周期でＬＮＧの成分を検出し、検出結果から測定成分ごとの濃度、濃度からＬＮＧの熱量又は密度を演算し、演算結果を性状データ９０８として出力する。検量線作成システム９００は、近赤外測定器９０２から出力されたスペクトルデータ９０７と、ガスクロマトグラフ９０５から出力された性状データ９０８との相関を、ケモメトリクスプログラム９０６を用いて演算して検量線９０１を作成する。作成した検量線９０１を近赤外分光分析計にインストールすれば、その近赤外分光分析計を用いて、ＬＮＧを気化させることなく、ＬＮＧの性状値を測定することが可能となる。
【００３６】
検量線９０１の作成のためには、測定成分の濃度、及び温度など、スペクトルを変動させる各要因が、変動し得る範囲を網羅する十分な数のスペクトルデータ９０７が必要となる。例えば、３個の要因がそれぞれ３通り変化する場合、それらを測定する検量線９０１を作成するために必要なスペクトルデータ９０７の数は、３×３×３の２７個となる。プロセスライン９０３を流れるＬＮＧを直接測定する場合、スペクトルを変動させる要因としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、及び窒素などの各成分の濃度のほか、温度、圧力、及び密度などがある。
【００３７】
プロセスライン９０３を流れるＬＮＧを直接測定する方法では、検量線９０１を作成するためのデータを得るために、実際にプロセスに近赤外測定器９０２を導入し、半年程度のデータを収集する必要がある。ＬＮＧの組成は、産出国によって異なり、またプラントでの保存のしかた、又はプロセスによって変化する。ＬＮＧは、低温、又は低温かつ大気圧よりも高い圧力下でなくては、液体とならない。そのため、任意の組成のＬＮＧを、実験室内で取り扱える量で用意することは困難である。
【００３８】
しかしながら、この方法では、性状値を測定可能となるまでの時間も手間も大きく、プロセスごとの限定的な範囲の検量線９０１しか作成できない。ＬＮＧは、産出地ごとに組成が異なるが、メタンの濃度範囲は概ね８０％から１００％である。これに対し、あるプロセスで作成した検量線９０１のメタンの濃度範囲は８８％から９２％程度であった。原料となるＬＮＧの組成と実プロセスの運転との都合上、半年間では、その範囲でしか濃度が変動しなかったためである。作成した検量線９０１の範囲外の性状値は測定できないため、測定したい濃度範囲が変わった場合には、検量線９０１を再作成、あるいはブラッシュアップする必要がある。将来的に範囲が変わることがわかっていても、実プロセスのスペクトルがなくては、その範囲をカバーする検量線９０１は作成できない。
【００３９】
このように、本比較例では、以下の点が課題となり得る。
１．実プロセスに近赤外測定器９０２を設置して、データを収集する必要がある。
２．データ収集には、半年程度の時間が必要となる。
３．限定的な範囲の検量線９０１しか作成できない。
４．ガスクロマトグラフ９０５などのスペクトルデータ９０７に対応する性状値を分析するための装置が必要となる。
【００４０】
以下、本開示の一実施形態について、図を参照して説明する。本実施形態により、上述の課題を解決し得る。
【００４１】
各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付している。本実施形態の説明において、同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。
【００４２】
図１及び図２を参照して、本実施形態に係る検量線作成システム１００の概要を説明する。
【００４３】
検量線作成システム１００では、以下のステップが実行される。
１．容器２０１に試料ガスが注入される。
２．容器２０１内の試料ガスが液化させられる。
３．容器２０１内から容器２０１外に延びる近赤外（ＮＩＲ）プローブ２０２を介して、近赤外（ＮＩＲ）測定器２０３により液化状態の試料ガスの吸光度スペクトルが測定される。
【００４４】
試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用することで、これらのステップによって試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果が性状値別に得られる。
【００４５】
検量線作成システム１００では、以下のステップがさらに実行される。
４．性状値別に得られた試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から、試料ガスの性状値及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線１０１が作成される。
【００４６】
試料ガスは、本実施形態では、天然のＬＮＧではなく、ＬＮＧを模したガスである。試料ガスは、具体的には、ＬＮＧとして想定される各成分の濃度範囲を網羅するように作製されたガスである。なお、試料ガスは、ＬＰＧ又は塩化ビニルといった他の種類の液化ガスを模したガスでもよい。「ＬＰＧ」は、Liquefied Petroleum Gas（液化石油ガス）の略語である。
【００４７】
本実施形態では、検量線作成システム１００が、ＬＮＧを模した試料ガスを液化させ、吸光度スペクトルを測定して、想定されるＬＮＧの変動要因を網羅した、ＬＮＧ直接測定のためのユニバーサル検量線を作成する。すなわち、検量線作成システム１００は、ＬＮＧの組成分布を網羅する検量線１０１を作成する。このような検量線１０１を作成することで、現地での検量線作成活動を行うことなく、ＬＮＧの性状値を連続的に分析できるようになる。
【００４８】
上述の通り、検量線１０１の作成のためには、測定成分の濃度、及び温度などの、吸光度スペクトルを変動させる各要因が変動し得る範囲を網羅する十分な数のスペクトルデータ１０２が必要となる。そのため、検量線作成システム１００は、任意の濃度の試料ガスを液化させ、近赤外光に対する液化した試料ガスの吸光度を測定し、スペクトルデータ１０２を取得する。
【００４９】
以下では、検量線作成システム１００の構成を説明する。
【００５０】
検量線作成システム１００は、測定装置２００と、作成装置３００とを備える。
【００５１】
測定装置２００は、容器２０１と、液化機構２１０と、近赤外プローブ２０２と、近赤外測定器２０３とを備える。
【００５２】
容器２０１には、試料ガスが注入される。液化機構２１０は、容器２０１内の試料ガスを液化させる機構である。近赤外プローブ２０２は、容器２０１内から容器２０１外に延びるように設置される。近赤外測定器２０３は、近赤外プローブ２０２を介して、液化機構２１０により液化させられた状態の試料ガスの吸光度スペクトルを測定する装置である。
【００５３】
液化機構２１０は、筒状体２１１と、冷却器２３０とを有する。
【００５４】
筒状体２１１は、容器２０１内に液化室２１２を形成する部品である。筒状体２１１は、中空であれば、円筒状又は角筒状といった任意の形状でよい。筒状体２１１は、本実施形態では銅製である。液化室２１２は、試料ガスが導入されるスペースである。冷却器２３０は、筒状体２１１を冷却して液化室２１２内の試料ガスを液化させる装置である。近赤外プローブ２０２の一部は、液化室２１２内に配置される。近赤外測定器２０３は、近赤外プローブ２０２を介して、液化室２１２内の、冷却器２３０により液化させられた状態の試料ガスに近赤外光を照射し、近赤外プローブ２０２を介して、透過光及び反射光の少なくともいずれかを検出することで試料ガスの吸光度スペクトルを測定する。本実施形態では、近赤外プローブ２０２には、１対のライトガイド２０４と、ミラー２０５とが設けられている。近赤外測定器２０３から発せられた近赤外光は、一方のライトガイド２０４を介して、液化室２１２内に到達する。液化室２１２内で液化状態の試料ガスを透過した光は、ミラー２０５で反射され、他方のライトガイド２０４を介して、近赤外測定器２０３に戻される。
【００５５】
液化機構２１０は、第１伝熱材２１３と、第１ヒータ２１４と、第１温度調整器２１５とをさらに有する。液化機構２１０は、本実施形態では、第１温度センサ２１６をさらに有する。
【００５６】
第１伝熱材２１３は、冷却器２３０を筒状体２１１に熱接続する伝熱材である。第１伝熱材２１３は、本実施形態では、銅製の伝熱板である。第１ヒータ２１４は、第１伝熱材２１３を加熱するヒータである。第１ヒータ２１４は、第１伝熱材２１３に取り付けられている。第１温度調整器２１５は、第１ヒータ２１４を制御して第１伝熱材２１３の温度を調整する温度調整器である。第１温度センサ２１６は、第１ヒータ２１４の温度を測定するセンサである。第１温度センサ２１６は、第１伝熱材２１３の、第１ヒータ２１４に隣接する位置に取り付けられている。第１温度センサ２１６は、第１伝熱材２１３の温度を測定してもよい。
【００５７】
冷却器２３０は、冷却剤タンク２３１と、冷却パイプ２３２とを有する。冷却器２３０は、本実施形態では、温度調整部品２３３をさらに有する。
【００５８】
冷却剤タンク２３１は、本実施形態では鋼製であり、具体的にはステンレス製である。冷却剤タンク２３１には、冷却剤が注入される。冷却剤は、任意の冷媒でよいが、本実施形態では液体窒素である。冷却剤タンク２３１は、容器２０１内に配置される。冷却剤タンク２３１には、注入管２３４と、排出管２３５とが設けられている。注入管２３４及び排出管２３５は、いずれも冷却剤タンク２３１の天井部と容器２０１の天蓋部とを貫通している。注入管２３４及び排出管２３５それぞれの一端は、冷却剤タンク２３１の内部空間に通じるように開口されている。注入管２３４及び排出管２３５それぞれの他端は、容器２０１の外部空間に通じるように開口されている。液体窒素は、注入管２３４を介して、容器２０１外から冷却剤タンク２３１に注入される。冷却剤タンク２３１内で蒸発した液体窒素は、排出管２３５を介して、容器２０１外に排出される。第１伝熱材２１３は、冷却剤タンク２３１の下方に離して配置される。冷却パイプ２３２は、液体窒素である冷却剤を冷却剤タンク２３１から第１伝熱材２１３に搬送するパイプである。冷却パイプ２３２は、冷却剤タンク２３１の天井部から冷却剤タンク２３１の底部まで延び、冷却剤タンク２３１の底部を貫通して下方にさらに延びて第１伝熱材２１３に当接するように形成される。冷却パイプ２３２は、冷却剤タンク２３１と同じように、本実施形態では鋼製であり、具体的にはステンレス製である。冷却パイプ２３２の、冷却剤タンク２３１の底部よりもやや上方には、冷却剤タンク２３１の内部空間と冷却パイプ２３２の内部空間とを通じさせる穴２３６が設けられている。冷却パイプ２３２内の第１伝熱材２１３に近い方の端には、冷却部２３７が形成されている。温度調整部品２３３は、冷却パイプ２３２内に、冷却パイプ２３２の延びる方向に沿って変位可能に配置される。温度調整部品２３３は、本実施形態では多孔質材から成り、液体窒素を僅かずつ浸透及び浸出可能なものである。温度調整部品２３３には、長尺材２３８を介して、温度調整部品２３３の位置を調整するためのつまみ２３９が取り付けられている。
【００５９】
液化機構２１０は、第２伝熱材２１７と、第２ヒータ２１８と、第２温度調整器２１９とをさらに有する。液化機構２１０は、本実施形態では、第２温度センサ２２０をさらに有する。
【００６０】
第２伝熱材２１７は、冷却器２３０を近赤外プローブ２０２に熱接続する伝熱材である。第２伝熱材２１７は、本実施形態では、銅製のサーマルアンカーである。第２ヒータ２１８は、第２伝熱材２１７を加熱するヒータである。第２ヒータ２１８は、第２伝熱材２１７に取り付けられている。第２温度調整器２１９は、第２ヒータ２１８を制御して第２伝熱材２１７の温度を調整する温度調整器である。第２温度センサ２２０は、第２ヒータ２１８の温度を測定するセンサである。第２温度センサ２２０は、第２伝熱材２１７の、第２ヒータ２１８に隣接する位置に取り付けられている。第２温度センサ２２０は、第２伝熱材２１７の温度を測定してもよい。
【００６１】
第２伝熱材２１７は、冷却剤タンク２３１の外殻を近赤外プローブ２０２に熱接続する。
【００６２】
液化機構２１０は、導入管２２１をさらに有する。液化機構２１０は、本実施形態では、第３ヒータ２２２と、第３温度調整器２２３と、第３温度センサ２２４とをさらに有する。
【００６３】
導入管２２１は、液化室２１２に試料ガスを導入する配管である。導入管２２１の内径は、本実施形態では１ｍｍ以下であり、具体的には１ｍｍである。第３ヒータ２２２は、導入管２２１を加熱するヒータである。第３ヒータ２２２は、導入管２２１の、液化室２１２につながる導入口に近い位置に取り付けられている。第３温度調整器２２３は、第３ヒータ２２２を制御して導入管２２１の温度を調整する温度調整器である。第３温度センサ２２４は、第３ヒータ２２２の温度を測定するセンサである。第３温度センサ２２４は、導入管２２１の、第３ヒータ２２２に隣接する位置に取り付けられている。第３温度センサ２２４は、導入管２２１の温度を測定してもよい。
【００６４】
導入管２２１は、開閉弁１０３ａを介してバッファタンク１０３に接続されており、このバッファタンク１０３は、開閉弁１０４ａを介して試料ガスボンベ１０４に接続されている。ここで、試料ガスボンベ１０４には、任意の組成で調合された試料ガスが封入されている。また、導入管２２１には、図示しない真空ポンプが接続されている。この真空ポンプは、導入管２２１内を高真空とすることができるものであり、また、バッファタンク１０３内を高真空とすることができるものである。さらに、導入管２２１には、圧力計１０５が接続されており、バッファタンク１０３には、圧力計１０３ｂが接続されている。これら圧力計１０５及び圧力計１０３ｂにより、開閉弁１０３ａ及び開閉弁１０４ａを閉じた状態で導入管２２１内の圧力及びバッファタンク１０３内の圧力をそれぞれ測定することができる。検量線作成システム１００は、圧力計１０５の測定結果に基づいて、導入管２２１内を任意の圧力に保持することができ、また圧力計１０３ｂの測定結果に基づいて、バッファタンク１０３内を任意の圧力に保持することができる。
【００６５】
測定装置２００は、温度センサ２０６をさらに備える。
【００６６】
温度センサ２０６は、液化室２１２内に配置される。温度センサ２０６は、液化室２１２内の温度であって、液化室２１２に注入された試料ガス及び液化した試料ガスの温度を測定するセンサである。
【００６７】
測定装置２００は、容器２０１と液化機構２１０とによってクライオスタット２０７を構成している。クライオスタット２０７は、液体窒素を用いて試料を冷却する装置である。クライオスタット２０７は、液化室２１２を−１９０℃から３０℃に制御できるように作製されている。
【００６８】
以下では、測定装置２００の動作を説明する。
【００６９】
測定装置２００では、本実施形態に係るスペクトル測定方法及び検量線作成方法のステップとして、以下のステップが実行される。
１．クライオスタット２０７内が高真空に保たれ、外気から断熱される。
２．冷却剤タンク２３１が液体窒素で充填される。液体窒素は冷却パイプ２３２を通って、冷却部２３７に到達し、第１伝熱材２１３の熱を奪う。
３．つまみ２３９で温度調整部品２３３の位置が調整されて、冷却部２３７に到達する液体窒素の量と、到達の速さとが制御される。図１に示すように、冷却パイプ２３２の穴２３６と第１伝熱材２１３との間に温度調整部品２３３を介在させれば、液体窒素が温度調整部品２３３に浸透及び浸出した後にゆっくりと冷却部２３７に到達して、第１伝熱材２１３が徐々に冷却される。一方、図２に示すように、冷却パイプ２３２の穴２３６と第１伝熱材２１３との間に何も介在させなければ、液体窒素が一気に冷却部２３７に到達して、第１伝熱材２１３が急速に冷却される。ここで、冷却パイプ２３２の穴２３６の少なくとも一部を温度調整部品２３３で塞がなければ（冷却パイプ２３２の穴２３６を全開にすれば）、冷却部２３７に到達する液体窒素の量が増えて、第１伝熱材２１３の冷却度が上がり、一方、冷却パイプ２３２の穴２３６の少なくとも一部を温度調整部品２３３で塞げば、冷却部２３７に到達する液体窒素の量が減って、第１伝熱材２１３の冷却度が下がる。
４．第１伝熱材２１３の第１ヒータ２１４が第１温度調整器２１５によって制御されて、第１伝熱材２１３の温度が調整される。第１温度調整器２１５は、第１温度センサ２１６で得られる温度の測定値に応じてＰＩＤ制御を行う。「ＰＩＤ」は、Proportional Integral Differential（比例、積分、微分）の略語である。本実施形態では、冷却部２３７に到達する液体窒素の量と、第１ヒータ２１４による加熱の量とを制御することで、第１伝熱材２１３の温度を任意の温度に調整することができる。
５．第２伝熱材２１７の第２ヒータ２１８が第２温度調整器２１９によって制御されて、第２伝熱材２１７の温度が調整される。第２温度調整器２１９は、第２温度センサ２２０で得られる温度の測定値に応じてＰＩＤ制御を行う。本実施形態では、近赤外プローブ２０２が外気と熱伝導を行うため、近赤外プローブ２０２に第２伝熱材２１７を接続することで、冷却剤タンク２３１からの伝熱（冷却）が可能である。この冷却剤タンク２３１からの伝熱の量と、第２ヒータ２１８による加熱の量とを制御することで、第２伝熱材２１７の温度を任意の温度に調整することができる。
６．第１伝熱材２１３及び第２伝熱材２１７の温度制御によって、液化室２１２の温度が、試料ガスが液化可能な温度に調整される。液化室２１２の温度は、近赤外プローブ２０２の切り欠かれた部分に設置された温度センサ２０６によって測定され、フィードバックされる。
【００７０】
測定装置２００では、本実施形態に係るスペクトル測定方法及び検量線作成方法のステップとして、以下のステップがさらに実行される。
７．試料ガスの純度を保つため、開閉弁１０３ａが開いた状態で、液化室２１２、導入管２２１などの各配管、及びバッファタンク１０３が真空引きされた後、開閉弁１０３ａが閉じた状態で、試料ガスが試料ガスボンベ１０４から、一旦バッファタンク１０３に注入され、バッファタンク１０３が任意の圧力で充填される。この圧力は、圧力計１０３ｂで測定される。
８．バッファタンク１０３から容器２０１に試料ガスが注入される。具体的には、導入管２２１から液化室２１２内に試料ガスが供給される。導入された試料ガスは、液化室２１２内で、筒状体２１１の内壁に熱を奪われ、液となる。試料ガスが液化させられると体積が減少し、液化室２１２内が減圧される。バッファタンク１０３の圧力が液化室２１２の圧力よりも高くなるため、試料ガスは連続的に液化室２１２に導入される。バッファタンク１０３の圧力が液化室２１２の圧力よりも高くなる上に、導入管２２１は、内径１ｍｍと非常に細いため、試料ガスの逆流は起こらず、試料ガスの組成を保って試料ガスを液化させることが可能である。液化室２１２内で液化した試料ガスによって、近赤外プローブ２０２の切り欠かれた部分が充填される。
９．近赤外測定器２０３を用いて、近赤外プローブ２０２内のライトガイド２０４を通して近赤外光を照射し、透過光を検出することで、液化した試料ガスのスペクトルが測定される。このとき、開閉弁１０３ａは閉じていてもよい。
１０．温度センサ２０６を用いて、試料ガスの温度が直接測定される。液化室２１２内の温度センサ２０６は、直接液化した試料ガスに触れるように配置されている。
【００７１】
試料ガスにブタンが含まれる場合、ブタンの融点が１３０℃と低いため、導入管２２１の凍結防止用に、導入管２２１の第３ヒータ２２２を第３温度調整器２２３によって制御して、導入管２２１の温度を調整してもよい。その場合、第３温度調整器２２３は、第３温度センサ２２４で得られる温度の測定値に応じてＰＩＤ制御を行う。
【００７２】
作成装置３００には、試料ガスの性状値を示す性状データ１０６が事前に格納されている。なお、性状データ１０６によって示されるのは、試料ガスボンベ１０４に封入されている試料ガスの組成であり、試料ガスを調合する際に既知となっているものである。作成装置３００には、ケモメトリクスプログラム１０７がインストールされている。
【００７３】
以下では、作成装置３００の動作を説明する。
【００７４】
作成装置３００では、本実施形態に係る検量線作成方法のステップとして、以下のステップが実行される。
１１．性状データ１０６に示されている試料ガスの性状値、近赤外測定器２０３を用いて測定されたスペクトル、及び温度センサ２０６を用いて測定された、スペクトル測定時の温度のデータから、ケモメトリクスプログラム１０７を用いて、検量線１０１が作成される。
【００７５】
ここで、図３を参照して、作成装置３００の詳細な構成を説明する。
【００７６】
作成装置３００は、制御部３０１と、記憶部３０２と、通信部３０３と、入力部３０４と、出力部３０５とを備える。
【００７７】
制御部３０１は、１つ以上のプロセッサである。プロセッサとしては、ＣＰＵなどの汎用プロセッサ、又は特定の処理に特化した専用プロセッサを使用できる。「ＣＰＵ」は、Central Processing Unit（中央演算処理装置）の略語である。制御部３０１には、１つ以上の専用回路が含まれてもよいし、又は制御部３０１において、１つ以上のプロセッサを１つ以上の専用回路に置き換えてもよい。専用回路としては、例えば、ＦＰＧＡ又はＡＳＩＣを使用できる。「ＦＰＧＡ」は、Field-Programmable Gate Arrayの略語である。「ＡＳＩＣ」は、Application Specific Integrated Circuit（特定用途向け集積回路）の略語である。制御部３０１は、作成装置３００の各部を制御しながら、作成装置３００の動作に関わる情報処理を実行する。
【００７８】
記憶部３０２は、１つ以上のメモリである。メモリとしては、例えば、半導体メモリ、磁気メモリ、又は光メモリを使用できる。メモリは、主記憶装置、補助記憶装置、又はキャッシュメモリとして機能してよい。記憶部３０２には、作成装置３００の動作に用いられる情報と、作成装置３００の動作によって得られた情報とが記憶される。
【００７９】
通信部３０３は、１つ以上の通信モジュールである。通信モジュールとしては、例えば、ＬＡＮ規格に対応した通信モジュールを使用できる。「ＬＡＮ」は、Local Area Networkの略語である。通信部３０３は、作成装置３００の動作に用いられる情報を受信し、また作成装置３００の動作によって得られる情報を送信する。
【００８０】
入力部３０４は、１つ以上の入力インタフェースである。入力インタフェースとしては、例えば、物理キー、静電容量キー、ポインティングデバイス、又はディスプレイと一体的に設けられたタッチスクリーンを使用できる。入力部３０４は、作成装置３００の動作に用いられる情報の入力をユーザから受け付ける。
【００８１】
出力部３０５は、１つ以上の出力インタフェースである。出力インタフェースとしては、例えば、ディスプレイを使用できる。ディスプレイとしては、例えば、ＬＣＤ又は有機ＥＬディスプレイを使用できる。「ＬＣＤ」は、Liquid Crystal Display（液晶ディスプレイ）の略語である。「ＥＬ」は、Electro Luminescenceの略語である。出力部３０５は、作成装置３００の動作によって得られる情報をユーザに向けて出力する。
【００８２】
作成装置３００の機能は、ケモメトリクスプログラム１０７を含む、本実施形態に係る検量線作成プログラムを、制御部３０１に含まれるプロセッサで実行することにより実現される。すなわち、作成装置３００の機能は、ソフトウェアにより実現される。検量線作成プログラムは、作成装置３００の動作に含まれるステップの処理をコンピュータに実行させることで、当該ステップの処理に対応する機能をコンピュータに実現させるためのプログラムである。すなわち、検量線作成プログラムは、コンピュータを作成装置３００として機能させるためのプログラムである。
【００８３】
プログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、又は半導体メモリを使用できる。プログラムの流通は、例えば、プログラムを記録したＤＶＤ又はＣＤ−ＲＯＭなどの可搬型記録媒体を販売、譲渡、又は貸与することによって行う。「ＤＶＤ」は、Digital Versatile Discの略語である。「ＣＤ−ＲＯＭ」は、Compact Disc Read Only Memoryの略語である。プログラムをサーバのストレージに格納しておき、ネットワークを介して、サーバから他のコンピュータにプログラムを転送することにより、プログラムを流通させてもよい。プログラムをプログラムプロダクトとして提供してもよい。
【００８４】
コンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラム又はサーバから転送されたプログラムを、一旦、メモリに格納する。そして、コンピュータは、メモリに格納されたプログラムをプロセッサで読み取り、読み取ったプログラムに従った処理をプロセッサで実行する。コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行してもよい。コンピュータは、コンピュータにサーバからプログラムが転送される度に、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行してもよい。サーバからコンピュータへのプログラムの転送は行わず、実行指示及び結果取得のみによって機能を実現する、いわゆるＡＳＰ型のサービスによって処理を実行してもよい。「ＡＳＰ」は、Application Service Providerの略語である。プログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるものが含まれる。例えば、コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータは、「プログラムに準ずるもの」に該当する。
【００８５】
作成装置３００の一部又は全ての機能が、制御部３０１に含まれる専用回路により実現されてもよい。すなわち、作成装置３００の一部又は全ての機能が、ハードウェアにより実現されてもよい。
【００８６】
以下では、図４を参照して、作成装置３００の詳細な動作を説明する。図４に示すフローは、本実施形態に係る検量線作成プログラムの処理手順である。
【００８７】
ステップＳ１１において、制御部３０１は、通信部３０３又は入力部３０４を介して、試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用することで性状値別に測定装置２００で得られた試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果を示すスペクトルデータ１０２を取得する。制御部３０１は、取得したスペクトルデータ１０２を記憶部３０２に記憶する。記憶部３０２には、各試料の性状値を示す性状データ１０６が事前に記憶されている。
【００８８】
本実施形態では、スペクトルデータ１０２は、試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用するとともに、液化室２１２内の試料ガスの温度を変化させることで性状値及び温度の組み合わせ別に測定装置２００で得られた試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果を示すデータである。
【００８９】
ステップＳ１２において、制御部３０１は、ステップＳ１１で記憶部３０２に記憶したスペクトルデータ１０２に示されている試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から、試料ガスの性状値及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線１０１を作成する。この検量線１０１は、具体的には、ＬＮＧの吸光度スペクトルを入力するパラメータを含み、入力された吸光度スペクトルの値に応じた、ＬＮＧの成分ごとの濃度、又はＬＮＧの熱量若しくは密度の値を出力する式を示すデータである。
【００９０】
具体的には、制御部３０１は、記憶部３０２からスペクトルデータ１０２及び性状データ１０６を読み取る。制御部３０１は、ケモメトリクスプログラム１０７を実行して、スペクトルデータ１０２に示されている各試料の吸光度スペクトルの測定値と、性状データ１０６に示されている各試料の成分ごとの濃度、又は各試料の熱量若しくは密度との相関を分析することで検量線１０１を作成する。
【００９１】
本実施形態では、制御部３０１は、スペクトルデータ１０２に示されている試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から、試料ガスの性状値、温度、及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線１０１を作成する。この検量線１０１は、具体的には、ＬＮＧの温度を入力するパラメータと、ＬＮＧの吸光度スペクトルを入力するパラメータとを含み、入力された温度及び吸光度スペクトルの値に応じた、ＬＮＧの成分ごとの濃度、又はＬＮＧの熱量若しくは密度の値を出力する式を示すデータである。
【００９２】
ステップＳ１３において、制御部３０１は、通信部３０３又は出力部３０５を介して、ステップＳ１２で作成した検量線１０１を出力する。
【００９３】
図５を参照して、本実施形態に係る性状分析システム４００の概要を説明する。
【００９４】
性状分析システム４００では、本実施形態に係る性状分析方法のステップとして、以下のステップが実行される。
１．近赤外分光法を用いて液化ガスの吸光度スペクトルが測定される。
２．試料ガスとして性状値が異なる複数の試料を使用することで性状値別に得られた試料ガスの吸光度スペクトルの測定結果から検量線作成システム１００により作成された、試料ガスの性状値及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線１０１と、液化ガスの吸光度スペクトルの測定結果とから、液化ガスの性状値が算出される。
【００９５】
液化ガスは、本実施形態では、ＬＮＧである。なお、液化ガスは、検量線作成システム１００で使用された試料ガスがＬＰＧを模したガスであれば、ＬＰＧである。液化ガスは、検量線作成システム１００で使用された試料ガスが塩化ビニルを模したガスであれば、塩化ビニルである。
【００９６】
以下では、性状分析システム４００の構成を説明する。
【００９７】
性状分析システム４００は、近赤外（ＮＩＲ）プローブ４０１と、近赤外（ＮＩＲ）測定器を含む分析装置５００とを備える。
【００９８】
近赤外プローブ４０１は、ＬＮＧ製造プラントのプロセスライン４０２の配管に挿入されている。分析装置５００は、検量線１０１が適用された近赤外分光分析計である。分析装置５００は、近赤外プローブ４０１に接続されている。分析装置５００は、プロセスライン４０２を流れるＬＮＧの吸光度スペクトルを測定してスペクトルデータ４０３を得る。分析装置５００は、得られたスペクトルデータ４０３を、事前に検量線作成システム１００により作成されている検量線１０１に当てはめることでＬＮＧの性状値４０４を特定する。
【００９９】
性状分析システム４００は、温度センサ４０５をさらに備える。
【０１００】
温度センサ４０５は、プロセスライン４０２の配管に配置される。温度センサ４０５は、プロセスライン４０２を流れるＬＮＧの温度を測定するセンサである。
【０１０１】
ここで、図６を参照して、分析装置５００の詳細な構成を説明する。
【０１０２】
分析装置５００は、制御部５０１と、記憶部５０２と、通信部５０３と、入力部５０４と、出力部５０５と、測定部５０６とを備える。
【０１０３】
制御部５０１は、１つ以上のプロセッサである。プロセッサとしては、ＣＰＵなどの汎用プロセッサ、又は特定の処理に特化した専用プロセッサを使用できる。制御部５０１には、１つ以上の専用回路が含まれてもよいし、又は制御部５０１において、１つ以上のプロセッサを１つ以上の専用回路に置き換えてもよい。専用回路としては、例えば、ＦＰＧＡ又はＡＳＩＣを使用できる。制御部５０１は、分析装置５００の各部を制御しながら、分析装置５００の動作に関わる情報処理を実行する。
【０１０４】
記憶部５０２は、１つ以上のメモリである。メモリとしては、例えば、半導体メモリ、磁気メモリ、又は光メモリを使用できる。メモリは、主記憶装置、補助記憶装置、又はキャッシュメモリとして機能してよい。記憶部５０２には、分析装置５００の動作に用いられる情報と、分析装置５００の動作によって得られた情報とが記憶される。
【０１０５】
通信部５０３は、１つ以上の通信モジュールである。通信モジュールとしては、例えば、ＬＡＮ規格に対応した通信モジュールを使用できる。通信部５０３は、分析装置５００の動作に用いられる情報を受信し、また分析装置５００の動作によって得られる情報を送信する。
【０１０６】
入力部５０４は、１つ以上の入力インタフェースである。入力インタフェースとしては、例えば、物理キー、静電容量キー、ポインティングデバイス、又はディスプレイと一体的に設けられたタッチスクリーンを使用できる。入力部５０４は、分析装置５００の動作に用いられる情報の入力をユーザから受け付ける。
【０１０７】
出力部５０５は、１つ以上の出力インタフェースである。出力インタフェースとしては、例えば、ディスプレイを使用できる。ディスプレイとしては、例えば、ＬＣＤ又は有機ＥＬディスプレイを使用できる。出力部５０５は、分析装置５００の動作によって得られる情報をユーザに向けて出力する。
【０１０８】
測定部５０６は、近赤外（ＮＩＲ）測定器である。測定部５０６は、近赤外分光法を用いて液化ガスの吸光度スペクトルを測定する。
【０１０９】
分析装置５００の機能は、本実施形態に係る性状分析プログラムを、制御部５０１に含まれるプロセッサで実行することにより実現される。すなわち、分析装置５００の機能は、ソフトウェアにより実現される。性状分析プログラムは、分析装置５００の動作に含まれるステップの処理をコンピュータに実行させることで、当該ステップの処理に対応する機能をコンピュータに実現させるためのプログラムである。すなわち、性状分析プログラムは、コンピュータを分析装置５００として機能させるためのプログラムである。
【０１１０】
分析装置５００の一部又は全ての機能が、制御部５０１に含まれる専用回路により実現されてもよい。すなわち、分析装置５００の一部又は全ての機能が、ハードウェアにより実現されてもよい。
【０１１１】
以下では、図７を参照して、本実施形態に係る分析装置５００の詳細な動作を説明する。図７に示すフローは、本実施形態に係る性状分析プログラムの処理手順である。
【０１１２】
ステップＳ２１において、測定部５０６は、近赤外分光法を用いてＬＮＧの吸光度スペクトルを測定する。測定部５０６は、得られたＬＮＧの吸光度スペクトルの測定結果をスペクトルデータ４０３として記憶部５０２に記憶する。記憶部５０２には、検量線作成システム１００から出力された、ＬＮＧを模した試料ガスの性状値及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線１０１が事前に記憶されている。
【０１１３】
本実施形態では、記憶部５０２には、検量線作成システム１００から出力された、ＬＮＧを模した試料ガスの性状値、温度、及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線１０１が事前に記憶されている。
【０１１４】
ステップＳ２２において、制御部５０１は、記憶部５０２に記憶された検量線１０１と、ステップＳ２１で、測定部５０６で得られたＬＮＧの吸光度スペクトルの測定結果とから、ＬＮＧの性状値４０４を算出する。
【０１１５】
具体的には、制御部５０１は、記憶部５０２からスペクトルデータ４０３及び検量線１０１を読み取る。制御部５０１は、スペクトルデータ４０３に示されている、プロセスライン４０２を流れるＬＮＧの吸光度スペクトルの測定値を検量線１０１に入力して、検量線１０１から出力されるＬＮＧの成分ごとの濃度、又はＬＮＧの熱量若しくは密度といった性状値４０４を取得する。
【０１１６】
本実施形態では、入力部５０４に、温度センサ４０５で得られた、ＬＮＧの温度の測定結果が入力される。制御部５０１は、記憶部５０２に記憶された検量線１０１と、入力部５０４に入力されたＬＮＧの温度の測定結果と、測定部５０６で得られたＬＮＧの吸光度スペクトルの測定結果とから、ＬＮＧの性状値４０４を算出する。
【０１１７】
ステップＳ２３において、制御部５０１は、通信部５０３又は出力部５０５を介して、ステップＳ２２で算出したＬＮＧの性状値４０４を出力する。
【０１１８】
上述のように、本実施形態では、近赤外測定器２０３を備える測定装置２００及び作成装置３００を用いて、測定対象の吸光度スペクトルを、測定対象に含まれる各成分の濃度、又は測定対象の熱量若しくは密度などの性状値に変換する検量線１０１が作成される。検量線１０１の作成のために、気体が冷却され、液体にされる。検量線１０１の作成後は、近赤外測定器を備える分析装置５００を用いて、ＬＮＧの吸光度スペクトルが測定され、ＬＮＧの各成分の濃度、又はＬＮＧの熱量若しくは密度などの性状値４０４が算出される。
【０１１９】
本実施形態では、ＬＮＧを検量線作成及び性状分析の対象としているが、液化室２１２で冷却可能な任意の試料を対象とすることができる。例えば、大気圧での沸点が約−４０℃であるＬＰＧの組成を網羅する検量線を作成してもよい。大気圧での沸点が約−１３℃で、サランラップ（登録商標）の原料の１つとして知られる塩化ビニルの組成を網羅する検量線を作成してもよい。分析装置５００は、ＬＮＧ製造プラントに限らず、ＬＰＧ製造プラント又は塩化ビニル製造プラントといった任意の液化ガス製造プラントにおいて性状分析に使用可能である。
【０１２０】
分析装置５００は、液化ガス製造プラントに限らず、ＬＮＧなどの液化ガスが製造、輸送、貯蔵、又は利用される任意の場所に設置して使用可能である。
【０１２１】
本実施形態の効果について説明する。
【０１２２】
本実施形態に係る測定装置２００においては、実プロセスに近赤外測定器２０３を設置しなくても、検量線１０１を作成するためのスペクトルデータ１０２を収集することができる。試料ガスとして、性状値が所望の範囲をカバーするようにそれぞれ調整された複数の試料を使用すれば、短い時間で十分なスペクトルデータ１０２を収集することができる。性状値の範囲を任意に拡大することもできる。収集したスペクトルデータ１０２から、液化ガスの性状値及び吸光度スペクトルの間の関係を表す検量線１０１を作成することができる。そのため、近赤外測定器を備える分析装置５００を用いて、液化ガスを気化させることなく、液化ガスの性状を分析することができる。よって、液化ガスの性状分析の効率が向上する。
【０１２３】
本実施形態によれば、液化室２１２内で試料ガスを液化させ、まさにその液化室２１２内で液化状態の試料ガスに測定用の近赤外光を照射することにより、液化状態の試料ガスの吸光度スペクトルを高い精度で測定することができる。
【０１２４】
本実施形態によれば、液化機構２１０において冷却剤及びヒータを併用することで冷却及び加熱の両方が可能であるため、液化室２１２内の温度を任意に調整することができる。
【０１２５】
本実施形態によれば、簡易な構成で液化室２１２内の温度を下げることができる。
【０１２６】
本実施形態によれば、導入管２２１が細いため、試料ガスの逆流が起こりにくくなる。
【０１２７】
本実施形態によれば、温度センサ２０６が液化室２１２内に設置されるため、液化状態の試料ガスの温度を高い精度で測定することができる。
【０１２８】
本実施形態によれば、真空引きされた後に試料ガスで充填されたバッファタンク１０３から容器２０１に試料ガスが注入されるため、試料ガスの純度を保つことができる。
【０１２９】
本実施形態に係る検量線作成システム１００においては、試料ガスとして、性状値が所望の範囲をカバーするようにそれぞれ調整した複数の試料を使用すれば、短い時間で汎用性の高い検量線１０１、いわゆるユニバーサル検量線を作成することができる。性状値の範囲を任意に拡大することもできる。近赤外測定器を備える分析装置５００を用いて液化ガスの性状を分析する際には、近赤外測定器で得られる液化ガスの吸光度スペクトルの測定結果を、作成した検量線１０１に適用することにより、液化ガスの性状値４０４を求めることができる。よって、液化ガスの性状分析の効率が向上する。
【０１３０】
検量線作成システム１００で作成された検量線１０１と、比較例で作成された検量線９０１とでそれぞれカバーされる性状値の範囲の例を図８に示す。横軸のＣ１はＬＮＧに含まれるメタンの濃度、縦軸のＣ２はＬＮＧに含まれるエタンの濃度を表している。図８の例から明らかなように、比較例で作成された検量線９０１によってカバーできる、ＬＮＧの成分の濃度範囲は、ＬＮＧの成分がとり得る濃度範囲のほんの一部である。これに対し、検量線作成システム１００で作成された検量線１０１では、ＬＮＧの成分がとり得る濃度範囲のほぼ全体をカバーすることができる。すなわち、検量線作成システム１００で作成された検量線１０１では、世界各国で原産されるＬＮＧの組成を網羅することができる。
【０１３１】
本実施形態によれば、温度も考慮した検量線１０１が作成されるため、温度差に起因してスペクトル測定結果に生じるオフセットを補正することができる。
【０１３２】
本実施形態に係る分析装置５００においては、液化ガスを気化させることなく、液化ガスの性状を分析することができる。よって、液化ガスの性状分析の効率が向上する。
【０１３３】
本実施形態によれば、液化ガスの性状分析において、温度も考慮した検量線１０１が使用されるため、温度差に起因してスペクトル測定結果に生じるオフセットを補正することができる。
【０１３４】
本開示は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、ブロック図に記載の複数のブロックを統合してもよいし、又は１つのブロックを分割してもよい。フローチャートに記載の複数のステップを記述に従って時系列に実行する代わりに、各ステップを実行する装置の処理能力に応じて、又は必要に応じて、並列的に又は異なる順序で実行してもよい。その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。
【符号の説明】
【０１３５】
１００，９００  検量線作成システム
１０１，９０１  検量線
１０２，４０３，９０７  スペクトルデータ
１０３  バッファタンク
１０３ａ，１０４ａ  開閉弁
１０３ｂ，１０５  圧力計
１０４  試料ガスボンベ
１０６，９０８  性状データ
１０７，９０６  ケモメトリクスプログラム
２００  測定装置
２０１  容器
２０２，４０１，９０４  近赤外プローブ
２０３，９０２  近赤外測定器
２０４  ライトガイド
２０５  ミラー
２０６，４０５  温度センサ
２０７  クライオスタット
２１０  液化機構
２１１  筒状体
２１２  液化室
２１３  第１伝熱材
２１４  第１ヒータ
２１５  第１温度調整器
２１６  第１温度センサ
２１７  第２伝熱材
２１８  第２ヒータ
２１９  第２温度調整器
２２０  第２温度センサ
２２１  導入管
２２２  第３ヒータ
２２３  第３温度調整器
２２４  第３温度センサ
２３０  冷却器
２３１  冷却剤タンク
２３２  冷却パイプ
２３３  温度調整部品
２３４  注入管
２３５  排出管
２３６  穴
２３７  冷却部
２３８  長尺材
２３９  つまみ
３００  作成装置
３０１，５０１  制御部
３０２，５０２  記憶部
３０３，５０３  通信部
３０４，５０４  入力部
３０５，５０５  出力部
４００  性状分析システム
４０２，９０３  プロセスライン
４０４  性状値
５００  分析装置
５０６  測定部
９０５  ガスクロマトグラフ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2020106490.tif 000010
【図９】
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