(57)【要約】【課題】原油や石油留分の特性やアッセイ（各種データ）を相関・推定するための分子ベースの方法を提供する。【解決手段】原油の化学組成をキャラクタリゼーションする方法は、プロセッサにより、特定の原油特性データを有する所与の原油について、ｉ）選択された構成炭化水素分子のにおけるセグメントの種類及びセグメント数の範囲を、各構成炭化水素分子種の物理的特性及び化学的特性についてのデータならびに原油の物理的特性及び化学的特性についてのデータに基づいて決定する過程と、ｉｉ）上記特定の原油特性データに基づいて、上記所与の原油の化学組成を構成する各構成炭化水素分子種の相対割合を決定する過程であって、これにより、その所与の原油の化学組成をキャラクタリゼーションする過程と、エンドユーザに対する出力として、上記所与の原油のキャラクタリゼーションされた化学組成を表示する過程とを含む。【選択図】図２４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原油の化学組成をキャラクタリゼーションする方法であって、
プロセッサにより、特定の原油特性データを有する所与の原油について、
ｉ）各構成炭化水素分子種におけるセグメントの種類及びセグメント数の範囲を、各構成炭化水素分子の物理的特性及び化学的特性についてのデータならびに原油の物理的特性及び化学的特性についてのデータに基づいて決定する過程と、
ｉｉ）前記特定の原油特性データに基づいて、前記所与の原油を代表する化学組成を構成する各種類の構成炭化水素分子の相対割合を決定し、これによって、その所与の原油の化学組成をキャラクタリゼーションする過程と、
エンドユーザに対する出力として、前記所与の原油のキャラクタリゼーションされた化学組成を表示する過程と、
を含む、原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法。
【請求項２】
請求項１に記載の原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法において、前記セグメントの種類が：メチルセグメント；ゼロ分岐メチレンセグメント；一分岐メチレンセグメント；二分岐メチレンセグメント；シクロヘキサンセグメント；シクロヘキサン側環セグメント；シクロペンタンセグメント；シクロペンタン側環セグメント；芳香族セグメント；および芳香族側環セグメント；から選択される少なくとも一種を含む、原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法。
【請求項３】
請求項１に記載の原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法において、前記セグメントの種類及びセグメント数の範囲を決定する過程が、同族列を使わずに行われる、原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法。
【請求項４】
請求項１に記載の原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法において、さらに、
各構成炭化水素分子種の物理的特性の数値及び化学的特性の数値を、セグメントの種類及びセグメント数の範囲との関数として推定する過程、
を含む、原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法。
【請求項５】
請求項１に記載の原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法において、前記セグメントの種類及びセグメント数の範囲を決定する過程が、各種類の構成炭化水素分子に関して、その構成炭化水素分子種を定義するセグメントの種類及びセグメント数の範囲の確率分布関数を特定し、この特定の際に、前記確率分布関数の尺度パラメータ及び形状パラメータを特定することを含む、原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法。
【請求項６】
請求項５に記載の原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法において、さらに、
特定された前記確率分布関数および各種類の構成炭化水素分子の前記相対割合に基づいて、前記所与の原油の化学組成を推定する過程と、
この推定された化学組成に基づいて、前記所与の原油の物理的特性及び化学的特性を推定する過程と、
を含む、原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法。
【請求項７】
請求項６に記載の原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法において、前記所与の原油の推定される物理的特性が：沸点；比重；および粘度；から選択される少なくとも一種を含む、原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法。
【請求項８】
請求項６に記載の原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法において、前記所与の原油の推定される化学的特性が：パラフィン含有量；ナフテン含有量；芳香族含有量；炭素含有量；水素含有量；Ｃ／Ｈ比；アスファルテン分；残留炭素；硫黄含有量；窒素含有量；および全酸価；から選択される少なくとも一種を含む、原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法。
【請求項９】
請求項６に記載の原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法において、各種類の構成炭化水素分子の前記相対割合を決定する過程が、前記所与の原油の推定された物理的特性及び化学的特性を、前記特定の原油特性データにマッチングさせることにより、前記所与の原油中の各種類の構成炭化水素分子の前記相対割合を決定することを含む、原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法において、前記構成炭化水素分子種が：パラフィン類；ナフテン類；および芳香族類；の構成炭化水素分子を含む、原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法において、構成炭化水素分子の物理的特性についての前記データが：蒸気圧；比重；および粘度；から選択される少なくとも一種を含む、原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法において、構成炭化水素分子の化学的特性についての前記データが：炭素含有量；水素含有量；硫黄含有量；窒素含有量；および酸素分；から選択される少なくとも一種を含む、原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法において、前記特定の原油特性データが：沸点；比重；および粘度；から選択される少なくとも一種を含む、原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法において、前記特定の原油特性データが、さらに：パラフィン含有量；ナフテン含有量；芳香族含有量；炭素含有量；水素含有量；Ｃ／Ｈ比；アスファルテン含有量；残留炭素；硫黄含有量；窒素含有量；および全酸価；から選択される少なくとも一種を含む、原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法において、さらに、
コンピュータにより、前記所与の原油のキャラクタリゼーションされた化学組成を用いて、当該所与の原油の物理的特性及び化学的特性を予測する過程、
を含む、原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法において、さらに、
コンピュータにより、前記所与の原油のキャラクタリゼーションされた化学組成および／または当該所与の原油の予測された物理的特性及び化学的特性を用いて、石油精製作業をプランニングおよび／またはスケジューリングおよび／またはシミュレートおよび／または設計および／または最適化および／または制御する過程、
を含む、原油の化学組成のキャラクタリゼーション方法。
【請求項１７】
原油をブレンドする方法であって、
ブレンドを構成する２種以上の原油試料のそれぞれを、化学組成ならびに予測された物理的特性及び予測された化学的特性によってキャラクタリゼーションし、このキャラクタリゼーションにより、前記２種以上の原油試料のそれぞれのキャラクタリゼーション結果を得る過程と、
前記キャラクタリゼーション結果に基づいて、前記２種以上の原油試料の各割合を、当該各割合で前記原油試料を配合した場合のブレンドが特定の化学組成ならびに予測された物理的特性及び予測された化学的特性を有するように決定する過程と、
前記２種以上の原油試料を、決定された前記各割合の量で配合してブレンドを製造する過程と、
を含み、前記２種以上の原油試料のそれぞれをキャラクタリゼーションする過程が：
各原油試料が、特定の原油特性データを有する所与の原油であり、プロセッサにより、その所与の原油について、
ｉ）構成炭化水素分子におけるセグメントの種類及びセグメント数の範囲を、各種類の構成炭化水素分子の物理的特性及び化学的特性についてのデータならびに原油の物理的特性及び化学的特性についてのデータに基づいて決定する副過程と、
ｉｉ）前記特定の原油特性データに基づいて、前記所与の原油の化学組成を構成する各種類の構成炭化水素分子の相対割合を決定し、これにより、その所与の原油の化学組成をキャラクタリゼーションする副過程と、
ｉｉｉ）前記所与の原油のキャラクタリゼーションされた化学組成を用いて、当該所与の原油の物理的特性及び化学的特性を予測する副過程と、
によって行われる、原油のブレンド方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の原油のブレンド方法において、前記セグメントの種類が：メチルセグメント；ゼロ分岐メチレンセグメント；一分岐メチレンセグメント；二分岐メチレンセグメント；シクロヘキサンセグメント；シクロヘキサン側環セグメント；シクロペンタンセグメント；シクロペンタン側環セグメント；芳香族セグメント；および芳香族側環セグメント；から選択される少なくとも一種を含む、原油のブレンド方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の原油のブレンド方法において、前記セグメントの種類及びセグメント数の範囲を決定する副過程が、同族列を使わずに行われる、原油のブレンド方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の原油のブレンド方法において、さらに、
各種類の構成炭化水素分子の物理的特性の数値及び化学的特性の数値を、セグメントの種類及びセグメント数の範囲との関数として推定する過程、
を含む、原油のブレンド方法。
【請求項２１】
請求項１７に記載の原油のブレンド方法において、前記セグメントの種類及びセグメント数の範囲を決定する副過程が、各種類の構成炭化水素分子に関して、その種類の構成炭化水素分子を定義するセグメントの種類及びセグメント数の範囲の確率分布関数を特定し、この特定の際に、前記確率分布関数の尺度パラメータ及び形状パラメータを特定することを含む、原油のブレンド方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の原油のブレンド方法において、さらに、
特定された前記確率分布関数および各種類の構成炭化水素分子の前記相対割合に基づいて、前記所与の原油の化学組成を推定する副過程、および
この推定された化学組成に基づいて、前記所与の原油の物理的特性及び化学的特性を推定する副過程、
を含む、原油のブレンド方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の原油のブレンド方法において、前記所与の原油の推定される物理的特性が：沸点；比重；および粘度；から選択される少なくとも一種を含む、原油のブレンド方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の原油のブレンド方法において、前記所与の原油の推定される化学的特性が：パラフィン含有量；ナフテン含有量；芳香族含有量；炭素含有量；水素含有量；Ｃ／Ｈ比；アスファルテン分；残留炭素；硫黄含有量；窒素含有量；および全酸価；から選択される少なくとも一種を含む、原油のブレンド方法。
【請求項２５】
請求項２２に記載の原油のブレンド方法において、各種類の構成炭化水素分子の前記相対割合を決定する副過程が、前記所与の原油の推定された物理的特性及び化学的特性を、前記特定の原油特性データにマッチングさせることにより、前記所与の原油中の各種類の構成炭化水素分子の前記相対割合を決定することを含む、原油のブレンド方法。
【請求項２６】
請求項１７に記載の原油のブレンド方法において、前記構成炭化水素分子の種類が：パラフィン類；ナフテン類；および芳香族類；の構成炭化水素分子を含む、原油のブレンド方法。
【請求項２７】
請求項１７に記載の原油のブレンド方法において、構成炭化水素分子の物理的特性についての前記データが：蒸気圧；比重；および粘度；から選択される少なくとも一種を含む、原油のブレンド方法。
【請求項２８】
請求項１７に記載の原油のブレンド方法において、構成炭化水素分子の化学的特性についての前記データが：炭素含有量；水素含有量；硫黄含有量；窒素含有量；および酸素分；から選択される少なくとも一種を含む、原油のブレンド方法。
【請求項２９】
請求項１７に記載の原油のブレンド方法において、前記特定の原油特性データが：沸点；比重；粘度；パラフィン含有量；ナフテン含有量；芳香族含有量；炭素含有量；水素含有量；Ｃ／Ｈ比；アスファルテン含有量；残留炭素；硫黄含有量；窒素含有量；および全酸価；から選択される少なくとも一種を含む、原油のブレンド方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、2012年5月9日付出願の米国仮特許出願第61/644,792号の利益および2012年1月13日付出願の米国仮特許出願第61/586,268号の利益を主張する。
【０００２】
これらの米国仮特許出願の全教示内容は、参照をもって本明細書に取り入れたものとする。
【背景技術】
【０００３】
原油は、異なる種類ごとに、固有の分子的特徴を有する。原油アッセイ（原油の分析・評価）は、石油試験ラボにおいて、原油原料を物理的及び化学的に評価する技術である。アッセイの内容は、産業分野において多様であり、原油全体の一部の重要な特性を対象とするものから、原油の留分、又は留分ブレンドや残渣についての物理的、化学的特性やクロマトグラフィー測定結果などの一式を対象とするものまで多種多様である（非特許文献１を参照）。原油アッセイの試験結果は、精油業者や取引業者や生産元に対し、豊富な炭化水素分析データをもたらす。例えば、アッセイデータは、精油業者が、特定の原油原料が特定の石油精製工場での精製に適したものかどうか、あるいはその原油が収量上、品質上、製造上、環境上、またはその他の問題を引き起こすものかどうかを判断する際の目安となる。
【０００４】
原油アッセイをきめ細かく実施しようとすると、長時間を要し、さらに、多大な手間とコストも要する（非特許文献２を参照）。従来、アッセイを実施する際には、原油や原油の留分について、僅かな種類の測定しか行っていない（非特許文献１参照）。大抵の場合、原油全体または原油中の特定の留分の沸点や比重やその他の物理的特性や化学的特性に関する測定値が、数個ある程度である。通常、比重は、米国石油協会（ＡＰＩ）が定めたＡＰＩ度で表される。ＡＰＩ度（ＡＰＩ比重）とは、水をＡＰＩ度＝１０として、所与の石油が水よりも重いか軽いかを示す尺度であり、高いＡＰＩ度を有する原油は、水よりも軽い（比重が低い）とされる（非特許文献３参照）。
【０００５】
入手可能なデータが限られているため、原油アッセイの専門家は、石油精製工場のプランニングとスケジューリング、石油精製プロセスのシミュレーションなどのビジネス上の様々な需要に応えるために、データの不足する特性を予測又は推定によって補う必要がある。
一般的に、沸点曲線を求める場合、内挿演算には低次多項式を使用し、外挿演算には算術確率関数を使用する。Ａｓｐｅｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｇｙ社（米国マサチューセッツ州バーリントン）製のＡｓｐｅｎ  ＨＹＳＹＳ，ｖ７．３を参照のこと。分析方法には、例えば、高速の代替測定法（一般的には、分光測定法）によって得られたデータを既存の原油アッセイ（既存の原油分析データ）と相関させることによって原油特性を予測する方法などがある。非特許文献２および2003年12月9日付特許のJ. M. Brownによる “Method for Analyzing An Unknown Material as A Blend of Known Materials Calculated So As to Match Certain Analytical Data and Predicting Properties of the Unknown Based on the Calculated Blend”（米国特許第６６６２１１６号明細書：特許文献１）を参照のこと。さらに2009年4月23日付公開のJ. M. Brown達による“Estimating Detailed Compositional Information from Limited Analytical Data”（特許文献２：米国特許出願公開第２００９／０１０５９６６号明細書）も参照のこと。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６６６２１１６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／０１０５９６６号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】M. Unavane, Statistical Tools for Managing and Manipulating Crude Oil Data, Exploration & Production, 2010, 8: 135-138
【非特許文献２】M. Watt, S. Roussis, Crude Assay, Practical Advances in Petroleum Processing, Chapter 3, 103-116 (2006)
【非特許文献３】Oil & Gas Journal Databook, 2006 Edition, PennWell Corporation, Tulsa, Oklahoma, 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
原油の特性やアッセイ（各種データ）を予測又は推定する方法として、統計学的に導かれる予測方法も、産業分野において広く利用されている（非特許文献１参照）。統計学的方法に関しては、以下の問題点を挙げることができる。
１）データが不足していたり、データが散在していたりする場合には、統計学的に有意なモデルを構築できないことがある。
２）データは十分にあるが、高い不確定性を含むなどといった要因により、データの品質に一貫性がない場合に、モデルの品質や相関性に疑問が生じ得る。
３）データが十分にあり、さらに、そのデータの品質が十分な場合でも、石油混合物が有する複雑な構成は、特に、異なる特性間の相互関係を導出する際、統計学的モデルの構築を依然として極めて困難なものとしており、モデル自体も極めて主観的なものとしている。
４）データが全くない場合に、統計学的方法では何も導き出せない。
【０００９】
原油のアッセイを基にして、限定的な数の「疑似成分」（理論的成分）を定め、石油混合物の組成をこれらの成分で表して、これをプランニングやスケジューリングやプロセスシミュレーションに利用する方法もある。真沸点（ＴＢＰ）特性曲線から「ミクロ沸点カット分」として導き出される前記の「疑似成分」は、石油混合物中に実在する炭化水素（又は炭化水素分子）の成分を示すものではない（M. R. Riazi, Characterization and Properties of Petroleum Fractions, 1st Ed., ASTM, West Conshohocken, PA, USA, 2005, p. 111-112参照）。これらの「疑似成分」は、原油のアッセイのうちの所定の留分を模擬するために定義される。すなわち、前記「疑似成分」は、特定の沸点範囲及び比重範囲によって定義されたり、炭素数が特定の範囲となる炭化水素ファミリーから選択された複数の純成分の組合せとして定義されたりする。石油の留分（例えば、燃料油など）とは、これとは対照的に、原油の分留によって得られる実在の炭化水素分子の混合物である。「疑似成分」を使用する場合、その「疑似成分」の物理的特性及び化学的特性を推定する際に、ときに不確かな経験的方法に頼らざるを得ないことが難点となる。
【００１０】
上記に鑑みて、原油の特性やアッセイ（各種データ）を推定するための、改善された原油アッセイ方法が所望される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の基本的構成は、所定の原油または石油留分を代表する化学組成について、この化学組成を構成する一群の炭化水素成分（炭化水素分子）を選択し、これを用いて原油の化学組成を特定するアッセイ方法に関する。
このアッセイの結果として得られる炭化水素成分（炭化水素分子）の相対量は、前記の原油の実際の化学組成の推定値を表すものである。
次いで、これらの構成炭化水素分子の化学組成は、前記原油の、各種の化学的、物理的特性を内挿や外挿を用いて求める際の分子学的基礎として用いられる。
【００１２】
一態様において、原油の化学組成をキャラクタリゼーション（特定、評価）する方法は、特定の原油特性データを有する所与の原油について、プロセッサにより選択された種類（複数種）の構成炭化水素分子における、セグメント（構造繰り返し単位）の種類及びセグメント数の範囲を、各構成炭化水素分子の物理的特性及び化学的特性についてのデータならびに原油の物理的特性及び化学的特性についてのデータに基づいて決定する過程を含む方法である。プロセッサによってセグメントの種類及びセグメント数の範囲を決定する前記過程は、そのプロセッサが各種類の構成炭化水素分子における前記セグメントについての所定の確率分布関数を得る副過程、あるいは、そのプロセッサが各種類の構成炭化水素分子における前記セグメントについての確率分布関数及び当該関数に関連するパラメータを求める副過程を含み得る。前記方法は、さらに：前記特定の原油特性データに基づいて、前記所与の原油の化学組成を構成する各種類の構成炭化水素分子の相対割合を決定する過程であって、これにより、その所与の原油の化学組成をキャラクタリゼーションする過程と；エンドユーザに対する出力として、前記所与の原油のキャラクタリゼーションされた化学組成を表示する過程と；を含む。
【００１３】
前記セグメントの種類には、必ずしも以下に限定するものではないが：メチルセグメント；ゼロ分岐メチレンセグメント；一分岐メチレンセグメント；二分岐メチレンセグメント；シクロヘキサンセグメント；シクロヘキサン側環セグメント；シクロペンタンセグメント；シクロペンタン側環セグメント；芳香族セグメント；および芳香族側環セグメント；から選択される少なくとも一種を含んでもよい。前記セグメントの種類及びセグメント数の範囲を決定する過程は、同族列を用いて行う過程ではない。同族列とは、同じ骨格構造（core structure）で、その脂肪族側鎖の長さや数が互いに異なるものを言う。
【００１４】
前記方法は、各種類の構成炭化水素分子群の物理的特性の数値及び化学的特性の数値を、セグメントの種類及びセグメント数の範囲との相関関係に基づいて推定する過程を含んでもよい。セグメントとは、分子中の構造繰返し単位のことを指す。前記セグメントの種類及びセグメント数の範囲を決定する過程は、各種類の構成炭化水素分子に関して、その構成炭化水素分子の種類を定義するセグメントの種類及びセグメント数の範囲の確率分布関数を特定し、この特定の際に、前記確率分布関数の尺度パラメータ（尺度母数）及び形状パラメータ（形状母数）を特定することを含み得る。
【００１５】
前記方法は、さらに：特定された前記確率分布関数および各種類の構成炭化水素分子の前記相対割合に基づいて、前記所与の原油の化学組成を推定する過程と；この推定された化学組成に基づいて、前記所与の原油の物理的特性及び化学的特性を推定する過程と；を含んでもよい。
【００１６】
前記所与の原油の推定される物理的特性には：沸点；比重；および粘度；から選択される少なくとも一種が含まれ得るが、必ずしもこれらに限定されない。前記所与の原油の推定される化学的特性には：パラフィン含有量；ナフテン含有量；芳香族含有量；炭素含有量；水素含有量；Ｃ／Ｈ比；アスファルテン含有量；残留炭素；硫黄含有量；窒素含有量；および全酸価；から選択される少なくとも一種が含まれ得るが、必ずしもこれらに限定されない。各種類の構成炭化水素分子の前記相対割合を決定する過程は、前記所与の原油の推定された物理的特性及び化学的特性を、前記特定の原油特性データにマッチングさせることにより、前記所与の原油中の各種類の構成炭化水素分子の前記相対割合を決定することを含み得る。前記構成炭化水素分子の種類（複数の種類）には：パラフィン類（直鎖パラフィン類およびイソパラフィン類の両方を含む）；ナフテン類；および芳香族類；の構成炭化水素分子が含まれ得るが、必ずしもこれらに限定されない。構成炭化水素分子の物理的特性についての前記データには：蒸気圧；比重；および粘度；から選択される少なくとも一種が含まれ得る。構成炭化水素分子の化学的特性についての前記データには：炭素含有量；水素含有量；硫黄含有量；窒素含有量；および酸素分；から選択される少なくとも一種が含まれ得る。前記特定の原油特性データには：沸点；比重；および粘度；から選択される少なくとも一種が含まれ得る。一部の他の構成では、前記特定の原油特性データに、さらに：パラフィン含有量；ナフテン含有量；芳香族含有量；炭素含有量；水素含有量；Ｃ／Ｈ比；アスファルテン含有量；残留炭素；硫黄含有量；窒素含有量；および全酸価；から選択される少なくとも一種が含まれ得る。この一部の他の構成では、一部の沸点カット分についてのみ、前記特定の原油特性データが入手可能な場合もある。前記方法は、さらに：コンピュータにより、前記所与の原油のキャラクタリゼーションされた化学組成を用いて、当該所与の原油の物理的特性及び化学的特性を予測する過程；を含み得る。前記方法は、さらに：コンピュータにより、前記所与の原油のキャラクタリゼーションされた化学組成および／または当該所与の原油の予測された物理的特性及び化学的特性を用いて、石油精製作業をプランニングおよび／またはスケジューリングおよび／またはシミュレートおよび／または設計および／または最適化および／または制御する過程；を含み得る。
【００１７】
他の実施形態において、原油をブレンドする方法は：ブレンドを構成する２種以上の原油試料のそれぞれを、化学組成ならびに、予測された物理的特性及び予測された化学的特性によってキャラクタリゼーションする過程；を含む。このキャラクタリゼーションにより、前記２種以上の原油試料のそれぞれのキャラクタリゼーション結果が得られる。前記方法は、さらに：前記キャラクタリゼーション結果に基づいて、前記２種以上の原油試料の各割合を、当該各割合で前記原油試料を配合した場合のブレンドが特定の化学組成ならびに予測された物理的特性及び予測された化学的特性を有するように決定する過程と；前記２種以上の原油試料を、決定された前記各割合の量で配合してブレンドを製造する過程と；を含む。前記原油試料のそれぞれをキャラクタリゼーションする過程については、既述したとおりである。
【００１８】
本発明は、数多くの利点を有しており、例えば、科学的根拠に基づいて（すなわち、分子ベースで）、原油や石油留分のアッセイ（各種データ）や特性（例えば、物理的特性及び化学的特性など）を予測・推定することができる。
【００１９】
前述の内容は、添付の図面に示す本発明の例示的な実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになる。同じ符号は、異なる図面をとおして、同じ構成又は構成要素を指している。図面は、必ずしも縮尺どおりではなく、むしろ、本発明の例示的な実施形態を示すことに重点を置いている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】パラフィン類（Ｐ）、ナフテン類（Ｎ）、芳香族類（Ａ）およびその他の種類の構成炭化水素分子を構成するセグメント（すなわち、分子中の繰返し単位）を示す図である。
【図２】炭素数２〜７４で、最大６０個のゼロ分岐メチレン基、最大３個の一分岐メチレン基および最大２個の二分岐メチレン基を有する、パラフィン類（Ｐ）の構成炭化水素分子を示す図である。
【図３Ａ】１個のシクロヘキサン環、最大６個のシクロヘキサン側環および最大７個のｎ−アルキル側鎖を有し、このｎ−アルキル側鎖中に最大４８個のゼロ分岐メチレン基を有する、ナフテン類（Ｎ）の構成炭化水素分子を示す図である。
【図３Ｂ】１個のシクロペンタン環、最大６個のシクロヘキサン側環および最大７個のｎ−アルキル側鎖を有し、このｎ−アルキル側鎖中に最大４８個のゼロ分岐メチレン基を有する、ナフテン類（Ｎ）の構成炭化水素分子を示す図である。
【図４Ａ】１個以上の芳香族環、最大１個のシクロペンタン側環、最大６個の芳香族側環、最大６個のシクロヘキサン側環および最大７個のｎ−アルキル側鎖を有し、このｎ−アルキル側鎖中に最大４８個のゼロ分岐メチレン基を有する、芳香族類（Ａ）の構成炭化水素分子を示す図である。
【図４Ｂ】１個以上の芳香族環、最大１個のシクロペンタン側環、最大６個の芳香族側環、最大６個のシクロヘキサン側環および最大７個のｎ−アルキル側鎖を有し、このｎ−アルキル側鎖中に最大４８個のゼロ分岐メチレン基を有する、芳香族類（Ａ）の構成炭化水素分子を示す他の図である。
【図４Ｃ】１個以上の芳香族環、最大１個のシクロペンタン側環、最大６個の芳香族側環、最大６個のシクロヘキサン側環および最大７個のｎ−アルキル側鎖を有し、このｎ−アルキル側鎖中に最大４８個のゼロ分岐メチレン基を有する、芳香族類（Ａ）の構成炭化水素分子を示すさらなる他の図である。
【図４Ｄ】合計７個の芳香族環及びシクロヘキサン環ならびに最大６個のｎ−アルキル側鎖を有し、このｎ−アルキル側鎖中に最大９個のゼロ分岐メチレン基を有する、縮合芳香族分子としてのアスファルテン分子を示す図である。
【図５Ａ−１】P（パラフィン類）の構成炭化水素分子について、その沸点を炭素数の関数として示す沸点曲線図である。
【図５Ａ−２】ｎ−パラフィン類の構成炭化水素分子について、その沸点を炭素数の関数として示す沸点曲線図である。
【図５Ｂ−１】N（ナフテン類）の構成炭化水素分子について、その沸点を炭素数の関数として示す沸点曲線図である。
【図５Ｂ−２】ジシクロヘキサンナフテン類の構成炭化水素分子について、その沸点を炭素数の関数として示す沸点曲線図である。
【図５Ｃ−１】A類（芳香族類）の構成炭化水素分子について、その沸点を炭素数の関数として示す沸点曲線図である。
【図５Ｃ−２】二核芳香族類の構成炭化水素分子について、その沸点を炭素数の関数として示す沸点曲線図である。
【図６Ａ−１】Ｐ（パラフィン類）の構成炭化水素分子について、その比重を炭素数の関数として示す比重曲線図である。
【図６Ａ−２】ｎ−パラフィン類の構成炭化水素分子について、その比重を炭素数の関数として示す比重曲線図である。
【図６Ｂ−１】Ｎ（ナフテン類）の構成炭化水素分子について、その比重を炭素数の関数として示す比重曲線図である。
【図６Ｂ−２】ジシクロヘキサンナフテン類の構成炭化水素分子について、その比重を炭素数の関数として示す比重曲線図である。
【図６Ｃ−１】Ａ（芳香族類）の構成炭化水素分子について、その比重を炭素数の関数として示す比重曲線図である。
【図６Ｃ−２】二核芳香族類の構成炭化水素分子について、その比重を炭素数の関数として示す比重曲線図である。
【図７Ａ−１】Ｐ（パラフィン類）の構成炭化水素分子について、その６０°Ｆ（華氏６０度）での粘度を炭素数の関数として示す粘度曲線図である。
【図７Ａ−２】ｎ−パラフィン類の構成炭化水素分子について、その６０°Ｆでの粘度を炭素数の関数として示す粘度曲線図である。
【図７Ｂ−１】Ｎ（ナフテン類）の構成炭化水素分子について、その６０°Ｆ（華氏６０度）での粘度を炭素数の関数として示す粘度曲線図である。
【図７Ｂ−２】ジシクロヘキサンナフテン類の構成炭化水素分子について、その６０°Ｆでの粘度を炭素数の関数として示す粘度曲線図である。
【図７Ｃ−１】Ａ（芳香族類）の構成炭化水素分子について、その６０°Ｆ（華氏６０度）での粘度を炭素数の関数として示す粘度曲線図である。
【図７Ｃ−２】二核芳香族類の構成炭化水素分子について、その６０°Ｆでの粘度を炭素数の関数として示す粘度曲線図である。
【図８】ｎ−パラフィン分子の確率分布関数をセグメント数の関数として示す図であり、尺度パラメータは１１、形状パラメータは１としている。
【図９】ＵＫブレント原油（フォーティーズブレンド）の、真沸点を、蒸留量（体積％）の関数として示すモデル結果（Est.）および、実験アッセイデータ（Exp.）を示すグラフである。
【図１０】UKブレント原油（フォーティーズブレンド）の、ＡＰＩ度を、蒸留量（体積％）の関数として示すモデル結果（Est.）および、実験アッセイデータ（Exp.）を示すグラフである。
【図１１】ＵＫブレント原油（フォーティーズブレンド）の、粘度を、華氏温度（°Ｆ）の関数として示すモデル結果（Est.）および、実験アッセイデータ（Exp.）を示すグラフである。
【図１２】セグメント数の関数としてのガンマ確率分布関数を示す図であり、サンプル値の確率を、ノルマルパラフィン類での−ＣＨ２−セグメント数の関数として示したグラフである。
【図１３】セグメント数の関数としてのガンマ確率分布関数を示す図であり、サンプル値の確率を、ナフテン類でのシクロヘキサン側環の数の関数として示したグラフである。
【図１４】セグメント数の関数としてのガンマ確率分布関数を示す図であり、サンプル値の確率を、ナフテン類でのｎ−アルキル側鎖中の−ＣＨ２−セグメント数の関数として示したグラフである。
【図１５】セグメント数の関数としてのガンマ確率分布関数を示す図であり、サンプル値の確率を、芳香族類での芳香族側環の数の関数として示したグラフである。
【図１６】セグメント数の関数としてのガンマ確率分布関数を示す図であり、サンプル値の確率を、香族類でのシクロヘキサン側環の数の関数として示したグラフである。
【図１７】セグメント数の関数としてのガンマ確率分布関数を示す図であり、サンプル値の確率を、芳香族類でのｎ−アルキル側鎖中の−ＣＨ２−セグメント数の関数として示したグラフである。
【図１８】正規化された重量％を炭素数の関数として示すグラフであり、パラフィン類、ナフテン類および芳香族類の分布を、炭素数の関数として示したグラフである。
【図１９】累積蒸留量（体積％）の関数として真沸点（°Ｆ（華氏））を示す図であり、ＵＫブレント原油（フォーティーズブレンド）に関して、パラフィン類＝１００％、ナフテン類＝１００％、芳香族＝１００％とした場合の真沸点のモデル結果を示したグラフである。
【図２０】平均蒸留量（体積％）の関数としてＡＰＩ度を示す図であり、ＵＫブレント原油（フォーティーズブレンド）に関して、パラフィン類＝１００％、ナフテン類＝１００％、芳香族＝１００％とした場合の、ＡＰＩ度のモデル結果を示したグラフである。
【図２１】３種類の原油のアッセイの、蒸留量（体積％）に対して真沸点をプロットしたデータ（Ｅｘｐ．）と、蒸留量の関数としての真沸点のモデル予測結果（Ｅｓｔ．）と、ブレンド原油について、蒸留量に対する関数としての真沸点のモデル予測とを示したグラフである。
【図２２】３種類の原油のアッセイの、その蒸留量（体積％）に対する、ＡＰＩ度測定データをプロットしたもの（Ｅｘｐ．）及び、蒸留量の関数としてのＡＰＩ度のモデル予測（Ｅｓｔ．）と、ブレンド原油について、蒸留量の関数としてのＡＰＩ度のモデル予測とを示したグラフである。
【図２３Ａ】本発明の一実施態様として、コンピュータシステムおよびネットワークによる実施態様を示した概略図である。
【図２３Ｂ】本発明の一実施態様として、コンピュータシステムおよびネットワークによる実施態様を示した他の概略図である。
【図２４】本発明の一実施形態のフロー図である。
【図２５】原油：Azeri BTC 2009 01の真沸点についてのモデル結果を示す図である。
【図２６】原油：Azeri BTC 2009 01のＡＰＩ度についてのモデル結果を示す図である。
【図２７】原油：Azeri BTC 2009 01の正規化されたＰＮＡ分布についてのモデル結果を示す図である。
【図２８】原油：Azeri BTC 2009 01の粘度についてのモデル結果を示す図である。
【図２９】原油：Azeri BTC 2009 01の硫黄含有量についてのモデル結果を示す図である。
【図３０】原油：Azeri BTC 2009 01の全酸価についてのモデル結果を示す図である。
【図３１】原油：Azeri BTC 2009 01全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類のそれぞれの、炭素数に対する累積重量分率についてのモデル結果を示す図である。
【図３２】原油：Azeri BTC 2009 01全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類の、炭素数に対する微分重量分率についてのモデル結果を示す図である。
【図３３】原油：Azeri BTC 2009 01全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類の、炭素数に対する正規化された重量％の分布についてのモデル結果を示す図である。
【図３４】原油：Azeri BTC 2009 01全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類のそれぞれの、真沸点に対する累積重量分率についてのモデル結果を示す図である。
【図３５】原油：Azeri BTC 2009 01全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類の、真沸点に対する微分重量分率についてのモデル結果を示す図である。
【図３６】原油：Azeri BTC 2009 01全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類の、真沸点に対する正規化された重量％の分布についてのモデル結果を示す図である。
【図３７】原油：Grane 2003 11の真沸点についてのモデル結果を示す図である。
【図３８】原油：Grane 2003 11のＡＰＩ度についてのモデル結果を示す図である。
【図３９】原油：Grane 2003 11の正規化されたＰＮＡ分布についてのモデル結果を示す図である。
【図４０】原油：Grane 2003 11の粘度についてのモデル結果を示す図である。
【図４１】原油：Grane 2003 11の硫黄含有量についてのモデル結果を示す図である。
【図４２】原油：Grane 2003 11の全酸価についてのモデル結果を示す図である。
【図４３】原油：Grane 2003 11全体中の飽和類および芳香族類のそれぞれの、炭素数に対する累積重量分率についてのモデル結果を示す図である。
【図４４】原油：Grane 2003 11全体中の飽和類および芳香族類の、炭素数に対する微分重量分率についてのモデル結果を示す図である。
【図４５】原油：Grane 2003 11全体中の飽和類および芳香族類の、炭素数に対する正規化された重量％の分布についてのモデル結果を示す図である。
【図４６】原油：Grane 2003 11全体中の飽和類および芳香族類のそれぞれの、真沸点に対する累積重量分率についてのモデル結果を示す図である。
【図４７】原油：Grane 2003 11全体中の飽和類および芳香族類の、真沸点に対する微分重量分率についてのモデル結果を示す図である。
【図４８】原油：Grane 2003 11全体中の飽和類および芳香族類の、真沸点に対する正規化された重量％の分布についてのモデル結果を示す図である。
【図４９】ブレンド原油の真沸点についてのモデル予測を示す図である。
【図５０】ブレンド原油のＡＰＩ度についてのモデル予測を示す図である。
【図５１】ブレンド原油のＰＮＡ分布についてのモデル予測を示す図である。
【図５２】ブレンド原油の粘度についてのモデル予測を示す図である（粘度パラメータは、デフォルト値：ｋ０＝−１；ｋ１＝−１０；ｋ２＝５００；およびｋ３＝１００；に固定されている）。
【図５３】ブレンド原油の硫黄含有量についてのモデル予測を示す図である。
【図５４】ブレンド原油の全酸価についてのモデル予測を示す図である。
【図５５】ブレンド原油の残留炭素についてのモデル予測を示す図である。
【図５６】ブレンド原油のＵＯＰＫファクタについてのモデル予測を示す図である。
【図５７】ブレンド原油の炭素−水素比についてのモデル予測を示す図である。
【図５８】ブレンド原油全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類のそれぞれの、炭素数に対する累積重量分率についてのモデル予測を示す図である。
【図５９】ブレンド原油全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類の、炭素数に対する微分重量分率についてのモデル予測を示す図である。
【図６０】ブレンド原油全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類の、炭素数に対する正規化された重量％の分布についてのモデル予測を示す図である。
【図６１】ブレンド原油全体中のノルマルパラフィン類、イソパラフィン類、モノナフテン類、ポリナフテン類、モノ芳香族類、二核芳香族類、三核芳香族類およびその他の多核芳香族類の、正規化された重量％の、炭素数に対する分布についてのモデル予測を示す図である。
【図６２】ブレンド原油全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類のそれぞれの、真沸点に対する累積重量分率についてのモデル予測を示す図である。
【図６３】ブレンド原油全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類の、真沸点に対する微分重量分率についてのモデル予測を示す図である。
【図６４】ブレンド原油全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類の、真沸点に対する正規化された重量％の分布についてのモデル予測を示す図である。
【図６５】ブレンド原油全体中のノルマルパラフィン類、イソパラフィン類、モノナフテン類、ポリナフテン類、モノ芳香族類、二核芳香族類、三核芳香族類およびその他の多核芳香族類の、真沸点に対する正規化された重量％の分布についてのモデル予測を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下では、本発明の例示的な実施形態について説明する。
【００２２】
（石油留分の分子特性の評価）
前記「疑似成分」ベースの方法を代替し、原油や石油留分をキャラクタリゼーションして石油精製プロセスのモデル化やシミュレーションを支援する方法として、分子ベースの方法が広く研究されている。Watt(非特許文献２)、およびM. T. Klein, G. Hou, , R. J. Bertolacini, L. J. Broadbelt, A. Kumar, Molecular Modeling in Heavy Hydrocarbon Conversions, Taylor & Francis, Boca Raton, FL., 2006を参照のこと。そのような分子ベースのモデルの一例として、Quann及びJaffeによる「構造指向ランピング」モデルが挙げられる。R. J. Quann, S. B. Jaffe, Structured-Oriented Lumping: Describing the Chemistry of Complex Hydrocarbon Mixtures, Ind. Eng. Chem. Res. 1992, 31, 2483-2497およびS. B. Jaffe, H. Freund, W. N. Olmstead, Extension of Structure-Oriented Lumping to Vacuum Residua, Ind. Eng. Chem. Res. 2005, 44, 9840-9852を参照のこと。このモデルでは、個々の炭化水素分子を、インクリメンタルな構造的特徴に係るベクトルとして表現することにより、石油混合物の組成、反応および特性を記述することができる。個々の炭化水素分子の化学組成は、分析測定結果から推定される。非特許文献２および前述のJ. M. Brown et al.による特許文献を参照のこと。Eckert とVanek、さらに、Albahriは、石油留分や石油混合物を、予め選択された実際の成分のセットに基づいてシミュレートする方法を提案した。E. Eckert, T. Vanek, New Approach to the Characterization of Petroleum Mixtures Used in the Modeling of Separation Processes, Computers & Chem. Eng. 2005, 30, 343-356（以降、“EckertとVanek”と称する）およびT. A. Albahri, Molecularly Explicit Characterization Model (MECM) for Light Petroleum Fractions, Ind. Eng. Chem. Res. 2005, 44, 9286-9298（以降、“Albahri”と称する）を参照のこと。Albahriの分子明示キャラクタリゼーションモデル（ＭＥＣＭ）では、石油留分のバルク特性（例えば、ＡＳＴＭ  Ｄ８６規格に準拠した蒸留特性、ＡＰＩ度、リード蒸気圧、パラフィン含有量、ナフテン含有量、芳香族含有量など）を定期的に測定し、この結果と純成分特性に基づいて、シミュレーションに適した、石油燃料の化学組成を定義する。この方法は、信頼性の低い経験法によって「疑似成分」の物理的特性を推定せざるを得ない従来の「疑似成分」ベースの方法に比べて、重要な利点を提示するものである。EckertとVanekを参照のこと。Albahriは、代表的な純成分のセットを限定的な数、用いるだけで、石油燃料の複雑な性状をモデル化できることを示した。しかし、この方法では、対象となる石油留分を代表するための成分の数及び種類（この代表方法の精度を決める重要なファクタである）を決定することが困難である。Y. Wu, N. Zhang, Molecular Characterization of Gasoline and Diesel Streams, Ind. Eng. Chem. Res. 2010, 49, 12773-12782を参照のこと。Saine AyeとZhangは、石油精製ストリームの分子的情報を、分子種同族列（ＭＴＨＳ）行列の形態で捉えて、これに構造ランピングの規則を適用することにより、実在成分を、適切に選択された数の、等価な「集中化された(lumped)」種に変換する方法を提案した。M. M. Saine Aye, N. Zhang, A Novel Methodology in Transforming Bulk Properties of Refining Streams into Molecular Information, Chem. Eng. Sci. 2005, 60, 6702-6717（以降、“Saine AyeとZhang”と称する）を参照のこと。
【００２３】
近年、Pyl et al.は、石油変換プロセス用の反応速度モデルを補助するため、混合物のバルク特性のセットを少数用いて原油留分の詳細な組成を導き出すことができる、制約付き同族列を使った組成モデル化方法を提案した。S. P. Pyl, Z. Hou, K. M. Van Geem, M.-F. Reyniers, G. B. Marin, M. T. Klein, Modeling the Composition of Crude Oil Fractions Using Constrained Homologous Series, Ind. Eng. Chem. Res. 2011, 50, 10850-10858を参照のこと。同族列とは、同じ骨格構造（core structure）で、その脂肪族側鎖の長さや数が互いに異なるものを言う。同族列の炭素数は、その同族列の骨格構造の側鎖長さが変わることにより、最小炭素数Ｃｍｉｎから最大炭素数Ｃｍａｘまで変化する。
【００２４】
本発明にかかる分子ベースの方法は、ユーザーによって定義された骨格構造や、大量の分析データを必要とする構造ランピングを用いることなく、原油や石油留分をキャラクタリゼーションすることができ、これにより、原油やブレンド原油や石油留分や石油混合物のアッセイや特性を、相関・予測・推定することができる。本発明は、セグメントの種類及びセグメント数の範囲ならびに当該種類及び数範囲に対応する確率分布関数についての特定のクロスセクションに基づいて、候補となる組成を構築することにより、分子の数及び種類ならびに当該分子による組成を決定し、原油や石油留分の物理的特性及び化学的特性を広範囲にわたって表現することのできる、体系的な方法を用いるものである。
【００２５】
周知のとおり、原油に含まれる炭化水素分子は、主に、３種類の炭化水素分子：パラフィン類（Ｐ）；ナフテン類（Ｎ）；および芳香族類（Ａ）；で構成される。パラフィン類には、直鎖状の飽和炭化水素（すなわち、ｎ−パラフィン類又は直鎖パラフィン類）および分岐鎖状の飽和炭化水素（すなわち、イソパラフィン類）が含まれる。ナフテン類は、１個以上のナフテン環を有し、任意でパラフィン系側鎖を備えた飽和炭化水素である。なお、パラフィン類とナフテン類とをあわせて飽和類と称する場合もある。芳香族類は、芳香族環を有し、任意でナフテン環やパラフィン系側鎖を備えた炭化水素である。また、硫黄、窒素、酸素などがこれらの炭化水素分子に、ヘテロ原子として含まれていてもよく、チオフェン類、カルバゾール類、フェノール類、ナフテン酸類などの様々な亜種（サブクラス、副次的成分種）の炭化水素分子を形成してもよい。同様に、本発明では、原油や石油留分を、選択された種類の構成炭化水素分子（すなわち、パラフィン類（Ｐ）、ナフテン類（Ｎ）および芳香族類（Ａ））の混合物として定義する。それらの選択された各種類（主要種類）および各亜種（副次的種類）の構成炭化水素分子に関して、後述のように、確率分布関数が決定され、最適化される。本発明では、構成炭化水素分子種や構成炭化水素分子亜種に対して確率分布関数を適用することから、原油の物理的特性を算出するのに必要な実験データ量が従来の方法に比べて少なくて済み、さらに、所与の原油のプロファイル（すなわち、組成）について、例えば原油が採掘される深度の違いによる特性ドリフト等を簡単に調整することができる。というのも、本発明にかかる方法では、同一のプロファイルのままで、前記確率分布関数を、物理的特性及び化学的特性の変化に合わせて調整するからである。
【００２６】
原油や石油留分に含まれる、選択された種類の構成炭化水素分子の物理的特性の推定には、セグメントベースのＰＣ−ＳＡＦＴ状態式を利用することができる。ＰＣ−ＳＡＦＴ状態式により、蒸気圧、沸点、比重、熱容量などの基本的な物理的特性を、確実かつ高精度に、さらに、熱力学的な整合性をもって算出することができる。J. Gross, G. Sadowski, Perturbed-Chain SAFT: An Equation-of-State Based on a Perturbation Theory for Chain Molecules, Ind. Eng. Chem. Res. 2001, 40, 1244-1260（以降、“Gross 2001”と称する）およびJ. Gross, O. Spuhl, F. Tumakaka, G. Sadowski, Modeling Copolymer Systems Using the Perturbed-Chain SAFT Equation of State, Ind. Eng. Chem. Res. 2003, 42, 1266-1274（以降、“Gross 2003”と称する）を参照のこと。各種の構成炭化水素分子に基づいて記載される、所与の原油の正確な特性は、その所与の原油について算出される物理的特性及び化学的特性が、その原油の物理的特性および化学的特性（例えば、真沸点、ＡＰＩ度、粘度、パラフィン含有量、ナフテン含有量、芳香族含有量、Ｃ／Ｈ比など）に関する、入手可能な分析値と最適に適合するように調整することにより、得られる。原油のアッセイのうち、情報が不足する特性については、化学組成および構成炭化水素分子の特性から推定される。この方法の実用性は、公的に入手可能な様々な原油アッセイを使ってさらに立証可能である。非特許文献３を参照のこと。
【００２７】
上記のような分子ベースのキャラクタリゼーションの精度を向上させ、さらに正確なアッセイ測定値を得るには、前述した３種類の主要な構成炭化水素分子（すなわち、Ｐ、ＮおよびＡ）に加え、追加の構成炭化水素分子種や構成炭化水素分子亜種（サブクラス）を組み込むことも可能である。例えば、メルカプタン類、スルフィド類、チオフェン類などの含硫黄分子を導入すれば「硫黄含有量」を求めることができ、カルバゾール類、キノリン類などの含窒素分子を導入すれば「窒素含有量」を求めることができ、フェノール類、各種カルボン酸などの含酸素分子を導入すれば「全酸価」を求めることができる。高分子量・高分岐の芳香族炭化水素オリゴマーを導入すれば、重質アスファルテン類について計算し、「アスファルテン含有量」を求めることができる。このような分子ベースの方法は、原油や石油留分の特性やアッセイを内挿演算や外挿演算で求めるに際し、従来の経験法に基づく多項式表示や、高コストな代替測定を必要とする分析による方法や、統計学的に弱い相関性又は時に無意味な相関関係の扱いに苦慮する統計学的方法よりも、遥かに確実な科学的根拠（分子ベースの根拠）を提供するものである。
【００２８】
（原油及び石油留分の分子ベースのキャラクタリゼーション方法）
本明細書で説明する分子ベースの方法の基本的な前提として：１）モデル構成炭化水素分子種やモデル構成炭化水素分子亜種の適切な選択、及び原油の構造セグメントからそのようなモデル分子を自動的に生成・構築する実用的規則；２）構成炭化水素分子の物理的特性を高精度にかつ熱力学的整合性をもって算出することを容易にした、近年の分子熱力学モデルの発展；および３）アッセイ実験データを回帰させることにより、モデル構成炭化水素分子による化学組成を特定する堅実なアルゴリズム；が必要である。これらの共同作用により、原油や石油留分の物理的特性及び化学的特性を相関・推定するための包括的かつ実用的な、分子ベースのキャラクタリゼーション方法が得られる。このような分子ベースのキャラクタリゼーション方法を上手く実施することにより、複雑な石油混合物についての極めて高需要な分子的知見が得られ、これにより、貴重な天然資源の活用・精製（processing）を最適化することができる。さらに、モデル構成炭化水素分子およびその化学組成の整合性のあるセットを特定し、石油精製作業のプランニング、スケジューリング、プロセスシミュレーション、設計、最適化、制御などを行うことができる。
【００２９】
原油の特性や原油アッセイを求めるための、このような分子ベースの方法の重要な課題として：１）モデル構成炭化水素分子種やモデル構成炭化水素分子亜種の最適なセットの特定、分子中の構造繰返し単位（すなわち、構造「セグメント」）からそのような構成炭化水素分子を自動的に生成する実用的規則の構築、及び原油や石油留分の特性やアッセイを算出するのに必要な前記構造「セグメント」の確率分布及びそれによって得られる化学組成の決定；２）個々のモデル構成炭化水素分子の物理的特性およびその混合物の物理的特性を高精度で且つ熱力学的整合性をもって算出するための、熱力学的フレームワークの適用；および３）モデル構成炭化水素分子に基づいた原油や石油留分の化学組成の決定を容易に行うための、確実な回帰法の構築；などが挙げられる。
【００３０】
原油中の構成炭化水素分子は、炭素数が増えるにつれて、その種類も指数関数的に増加し、急速に把握困難となる。Saine AyeとZhangを参照のこと。本発明では、原油や石油留分の物理的特性及び化学的特性を十分にキャラクタリゼーションするのに必要となるモデル構成炭化水素分子の数を最小限に抑えるために、まず、一般的な原油が主に３種類の相異なる炭化水素分子：パラフィン類（Ｐ）；ナフテン類（Ｎ）；および芳香族類（Ａ）；で構成されるという前提から出発する。すなわち、原油や石油混合物を、３種類の構成炭化水素分子（すなわち、Ｐ、ＮおよびＡ）の組合せとして近似的に定義可能であると見なす。原油の多種多様な物理的特性及び化学的特性（例えば、沸点、比重、粘度、パラフィン含有量、ナフテン含有量、芳香族含有量、炭素含有量、水素分、Ｃ／Ｈ比、残留炭素など）を包括的かつ実用的に表現するには、これら３種類の構成炭化水素分子のそれぞれに関して、適切なセグメントの種類、適切なセグメント数の範囲、ならびに当該種類及びセグメント数の範囲の適切な確率分布関数を決定・最適化する必要がある。
【００３１】
【化１】
2015507747.tif 000003
【００３２】
上記の環分子には、直線状環（linear ring）分子と縮合環分子の両方が含まれ得る。各種側環セグメントの化学式は、直線状環とするか縮合環とするかに応じて、原子数の収支を満たすように調整される。図２には、パラフィン類（Ｐ）の構成炭化水素分子を構成するパラフィン系分子として、最大６０個のゼロ分岐メチレン基、最大３個の一分岐メチレン基および最大２個の二分岐メチレン基を有する、総炭素数が最大７４のパラフィン系分子が示されている。図３には、ナフテン類（Ｎ）の構成炭化水素分子を構成するナフテン系分子が示されている。これらのナフテン系分子は、シクロヘキサン環およびシクロペンタン環から選択される環を１個以上、さらに、最大６個のシクロヘキサン側環（直線状環又は縮合環）を有し得る。図４には、芳香族類（Ａ）の構成炭化水素分子を構成する芳香族分子が示されている。これらの芳香族分子は、１個以上の芳香族環、最大１個のシクロペンタン側環、最大６個の芳香族側環（直線状環又は縮合環）、さらに、最大６個のシクロヘキサン側環（直線状環又は縮合環）を有し得る。また、上記の環分子は、１個または複数のｎ−アルキル側鎖を有し得る。ナフテン系分子および芳香族分子のいずれの場合にも、直線状環と縮合環の両方が考慮される。図３及び図４において、芳香族環およびシクロヘキサン環から選択される３個以上の環による縮合環は、３つの環の一部を成す炭素原子を少なくとも１つ含んでいる。対照的に、芳香族環およびシクロヘキサン環から選択される３個以上の環による直線状環は、どの炭素原子も３つまたはそれ以上の環の一部を成しておらず、つまり、環同士が直線列状に互いに並んでいる。以下の表１に、上記構成炭化水素分子の個数をまとめた：
【００３３】
【表１】
2015507747.tif 000004
【００３４】
上記の構成炭化水素分子が示す、広範囲の物理的特性の数値を示すため、図５Ａ〜図５Ｃに各成分（分子）の沸点、図６Ａ〜図６Ｃに各成分の比重、図７Ａ〜図７Ｃに各成分の粘度を示す。これらのうち、沸点および比重についてはセグメントベースのＰＣ−ＳＡＦＴ状態式（ＥＯＳ）を用いて推定し、粘度については原子団寄与法を用いて推定している。Gross 2001、Gross 2003およびB. E. Poling, J. M. Prausnitz, J. P. O'Connell, The Properties of Gases and Liquids, 5th Ed., McGraw-Hill, New York, 2001, pp. 9.77-9.90を参照のこと。
【００３５】
原油には、メルカプタン類、スルフィド類、チオフェン類などの含硫黄分子が大量に含まれ得る。また、一部の原油には、カルバゾール類、キノリン類などの含窒素分子や、フェノール類、ナフテン酸類などの含酸素分子や、アスファルテン分子が含まれ得る。したがって、原油の特性やアッセイを十分な信頼性をもって求めるために、Ｐ、ＮおよびＡの分子及びその構造セグメントに加えて、追加の構成炭化水素分子種や構成炭化水素分子亜種も加味してもよい。
【００３６】
例示的な一実施形態では、既述したように、各分子を、３種類の構成炭化水素分子種（すなわち、パラフィン類（Ｐ）、ナフテン類（Ｎ）および芳香族類（Ａ））のうちの１つと見なす。さらに、これら３種類の分子に含まれる分子を構成するために、構造繰返し単位（すなわち、構造「セグメント」）を選択する。例えば、ｎ−パラフィン類Ｐの分子は、４種類のセグメント：−ＣＨ３；−ＣＨ２−；−ＣＨ−；および−Ｃ−；で構成されると見なされるが、これら４種類のセグメントから実際のｎ−パラフィン類Ｐの分子を構築するためには、−ＣＨ３セグメントの数は常に２であり、−ＣＨ−セグメントの数は常に０であり、−Ｃ−セグメントの数も常に０である。
【００３７】
【数１】
2015507747.tif 000005
【００３８】
別の例として、イソパラフィン類Ｐの分子は、４種類のセグメント：−ＣＨ３；−ＣＨ２−；−ＣＨ−；および−Ｃ−；で構成される分子である。これら４種類のセグメントから実際のイソパラフィン類Ｐの分子を構築する際には、所定の制約が付けられる。具体的には、この場合のＣＨ３セグメントの数は、独立変数ではなく、他の３種類のセグメントの数に左右される。
【００３９】
【数２】
2015507747.tif 000006
【００４０】
セグメントベースの方法では、各分子種のセグメントと関連づけられる全ての成分（分子）を先験的（アプリオリ）に生成することができ、それら全ての成分（分子）の濃度は、適切なセグメントについて仮定した分布関数を用いて算出した分布度により正規化される。
【００４１】
回帰計算は、以下に定義する残差の平均二乗誤差（ＲＲＭＳＥ）を最小限にするようにして実行される：
【００４２】
【数３】
2015507747.tif 000007
【００４３】
［式中、ＺＭは測定値（実験値）であり、Ｚは算出値であり、σは標準偏差であり、ｉはデータ点数であり、ｋはデータ点総数であり、ｊは所与のデータ点で測定される変数（例えば、温度、比重、粘度、体積％など）であり、ｍは所与のデータ点で測定される変数の数であり、ｎは調整可能なパラメータの総数である。］
【００４４】
選択された分子について、その組成を特定する際には、体系的な調査により、各分子種（すなわち、Ｐ、ＮおよびＡ）について、その構造セグメントの確率分布関数及び当該関数に関連するパラメータを確定する。様々な確率分布関数の使用が検討されてよい。例えば、ガンマ分布関数は、２種類のパラメータを有する確率分布であり、以下の式で表される：
【００４５】
【数４】
2015507747.tif 000008
【００４６】
［式中、ｐ（ｎ）は、所与のサンプル数値ｎの確率であり、Ｌは確率分布関数の位置、始点であり、αは形状係数であり、βは尺度パラメータであり、Γ（α）はγ関数である。］図８は、Ｐにおける−ＣＨ２−セグメントについて選択したガンマ確率分布関数を示す図であって、尺度パラメータ＝１１、形状パラメータ＝１としている。前述した３種類の構成炭化水素分子の相対量は、アッセイの物理的データ及び化学的データ（例えば、後で説明するように、選択された留分の真沸点、ＡＰＩ度、粘度、パラフィン含有量、ナフテン含有量、芳香族含有量など）に対する回帰により特定される。
【００４７】
モデル構成炭化水素分子およびそれらの混合物の物理特性を正確に算出するためには、熱力学的整合性をもつフレームワークの構築に、セグメントベースのＰＣ−ＳＡＦＴ状態式（ＥＯＳ）が用いられる。Gross 2001およびGross 2003を参照のこと。所与の原油中のＰ、ＮおよびＡの分子を構成するセグメントをキャラクタリゼーションするのに必要なセグメントベースのパラメータは、このようにＰＣ−ＳＡＦＴによって得られる。ＰＣ−ＳＡＦＴによって得られるセグメントベースのパラメータには：セグメント割合パラメータ；セグメントサイズパラメータ；およびセグメントエネルギーパラメータが含まれる。Gross 2003を参照のこと。これらのパラメータは、上記セグメントで構成された何百もの炭化水素化合物の蒸気圧、液体粘度や液体熱容量についての実験データを回帰させることによって特定される。後述の表２に、ＰＣ−ＳＡＦＴに用いるセグメントおよびＰＣ−ＳＡＦＴによって得られるセグメントパラメータの数値をまとめる。
【００４８】
これらのセグメントパラメータとＰＣ−ＳＡＦＴＥＯＳとにより、統計力学の原理に基づく、予測用の確実な熱力学的フレームワークが得られる。このような熱力学的フレームワークにより、様々な種類及び数範囲のセグメントを有する各種分子種について、体系的な分析を行うことができる。特に注目すべきは、ＰＣ−ＳＡＦＴＥＯＳ特有の、蒸気圧および液体比重の両方を同時にかつ高精度に相関・予測できるという性能である。これとは対照的に、Ｐｅｎｇ−Ｒｏｂｉｎｓｏｎ状態式やＲｅｄｌｉｃｈ−Ｋｗｏｎｇ−Ｓｏａｖｅ状態式などの典型的な三次状態方程式は、蒸気圧を精度良く算出することしかできない。これらの三次状態方程式は、液体比重を精度良く算出することができない。
【００４９】
【表２】
2015507747.tif 000009
【００５０】
以下の表３に、粘度モデルに用いられる原子団寄与パラメータをまとめる：
【００５１】
【表３】
2015507747.tif 000010
【００５２】
【表４】
2015507747.tif 000011
【００５３】
【表５】
2015507747.tif 000012
【００５４】
ここで：
【００５５】
【数５】
2015507747.tif 000013
【００５６】
ＣＨ２ＣＨ２基以外の基は全て、実際の基の数が実効数とされる。ＣＨ２ＣＨ２基の実効数は、以下のように推定される：
【００５７】
【数６】
2015507747.tif 000014
【００５８】
パラフィン類の場合、Ｃ１は１６．３８２、Ｃ２は０．２４７とされる。ナフテン類および芳香族類の場合、Ｃ１は３５．３４１、Ｃ２は０とされる。
【００５９】
（分子分布パラメータの特定）
具体的な原油に基づく例として、図９〜図１１に、ＵＫブレント原油（フォーティーズブレンド）の真沸点についてのデータ、ＡＰＩ度についてのデータ、原油粘度についてのデータを示す（非特許文献３参照）。これらの実験アッセイデータを同時回帰させることにより、Ｐ、ＮおよびＡの相対量ならびに各分子種における構造セグメントについての確率分布関数パラメータも含め、構成炭化水素分子のセグメントについての確率分布関数パラメータを特定している。このようにして得られるモデル結果の真沸点曲線、ＡＰＩ度曲線、粘度曲線は、それぞれ、図９、図１０、図１１に実線で示されている。この回帰計算には、追加の実験アッセイデータを含めてもよい。この具体例では、前記回帰計算において、構造セグメントならびにＰの含有量、Ｎの含有量、Ａの含有量についての確率分布関数と当該関数に関連するパラメータとを、真沸点についての前記データ、ＡＰＩ度についての前記データおよび粘度についての前記データにフィットするように同時調整している。後述の表４に、ＵＫブレント原油（フォーティーズブレンド）のＰの含有量、Ｎの含有量およびＡの含有量の最適値ならびに関連するセグメントの確率分布関数および関数パラメータの最適値を示す。なお、混合物粘度相関用の相互作用パラメータｋ０（表３についての前記式（５）を参照のこと）についても調整した。実際には、手可能な実験アッセイデータの性質に基づき、前記回帰計算において、Ｐの含有量、Ｎの含有量およびＡの含有量ならびに確率分布関数パラメータを順次または同時に調整して、実験データに最適にフィットさせてもよい。真沸点、比重、粘度、Ｐの含有量、Ｎの含有量およびＡの含有量の実験アッセイデータに対する標準偏差は、典型的には、それぞれ、約１％、約１０％、約１０％である。
【００６０】
【表６】
2015507747.tif 000015
【００６１】
図１２〜図１７は、セグメント数のサンプル値の確立分布関数を示す図であり、セグメント数に対してはガンマ分布が適用されている。この確率は、上記の表４に記載したガンマ分布関数パラメータに基づいた確率である。図１８は、各分子種の正規化された重量％の分布を分子中の総炭素数の関数として示した図である。図１９、図２０は、Ｐが１００％の理論上の原油、Ｎが１００％の理論上の原油、およびＡが１００％の理論上の原油について、上記の表４に記載した各セグメントの確率分布関数パラメータを用いて計算したモデル結果を示す図であり、図１９は真沸点曲線、図２０は、ＡＰＩ度曲線を示している。これらのデータとＰ、ＮおよびＡの相対量とを組み合わせることにより、図９、図１０、図１１にそれぞれ示す、ブレント原油（フォーティーズブレンド）の真沸点曲線、ＡＰＩ度曲線、および粘度曲線が得られる。分子分布パラメータを特定するための上記方法は、沸点範囲が限られている石油留分の場合にもそのまま適用可能である。
【００６２】
（完全なアッセイと特性の生成）
所与の原油についての分子分布パラメータを基にして、ＰＣ−ＳＡＦＴＥＯＳなどの各種分子熱力学的モデルや、原子団寄与法や、その他の方法を適用することにより、蒸気圧、比重、粘度、パラフィン含有量、ナフテン含有量、芳香族含有量、炭素含有量、水素含有量、Ｃ／Ｈ比、アスファルテン含有量、残留炭素、硫黄含有量、窒素含有量、全酸価、分子量、熱容量、熱量、気化熱、曇り点、アニリン点、ろう含有量などを含め、原油の様々な物理的特性及び化学的特性を予測することができる。逆に、このような物理的特性及び化学的特性についてのデータが入手可能である場合、それらを基にして、前述した回帰法を利用することにより、最適な分子分布パラメータを特定することができる。
【００６３】
原油の分子分布パラメータは、さらに、分子ベースで、原油ブレンド計算を行うことを可能にする。従来は、ブレンド対象の全ての原油に対し、任意のセットの疑似成分を適用することにより、疑似成分レベルで原油ブレンドを行っていた。Ａｓｐｅｎ  ＨＹＳＹＳ，ｖ７．３を参照のこと。これとは対照的に、分子ベースの方法を利用すると、原油ブレンドを行う際に、疑似成分を必要としない。ここでは、ブレンド後の原油の化学組成は、単純に、個々の原油の化学組成の合計となる。ブレンドのアッセイ特性は、疑似成分を生成する不自然な工程を踏む必要なく、当該ブレンドの分子の表示するところに基づいて厳密に算出することができる。図２１は、３種類の原油から調製したブレンドの、真沸点についてのモデル予測を示す図であり、図２２は、そのブレンドの、ＡＰＩ度についてのモデル予測を示す図である。原油アッセイや原油アッセイを用いたブレンドをモデル化する上記方法は、沸点範囲が限られている石油留分同士をブレンドする場合にもそのまま適用可能である。
【００６４】
（プランニング、スケジューリング、プロセスシミュレーションを行うための分子ベースの方法）
先に述べたように、原油のアッセイはしばしば、限定的な数の「疑似成分」又は「理論的成分」の作成に用いられ、これらの成分は、石油精製作業（例えば、分留、反応など）のプランニングやスケジューリングやプロセスシミュレーションを行うに際し、石油混合物を代表するために用いられている。疑似成分の特性は、原油のアッセイの留分を模擬するために定義され、すなわち、特定の沸点範囲及び比重範囲を用いて定義される。分子ベースのキャラクタリゼーション方法は、そのような「疑似成分」を生成する際の基となる、アッセイ全体を相関・予測することのできる優れた方法を提供するだけではなく、プランニングやスケジューリングやプロセスシミュレーションを行うための、従来の「疑似成分」ベースの方法を代替する、新たな、重要な方法を提供するものである。特に、石油精製作業のプランニングやスケジューリングやプロセスシミュレーションを行う際に、モデル分子と当該モデル分子からなり且つ分子分布パラメータが関連付けられた組成とを直接用いて原油や石油留分を表現することが可能である。
【００６５】
（コンピュータを用いた実施態様）
図２３Ａ、図２３Ｂ及び図２４には、本発明を実施するコンピュータシステムが示されている。本明細書を参酌することにより、当業者の技量の範囲内で、図示の構成以外にも、好適なコンピュータアーキテクチャや構成が実施可能である。
【００６６】
図２３Ａに、本発明を実施するための、コンピュータネットワークまたはそれと同様のデジタル処理環境を示す。
【００６７】
少なくとも１つのクライアントコンピュータ／装置５０および少なくとも１つのサーバーコンピュータ６０は、処理機能、記憶機能、アプリケーションプログラムを実行する入出力装置などを有する。少なくとも１つのクライアントコンピュータ／装置５０は、通信ネットワーク７０を介して、別のクライアント装置／プロセス５０や少なくとも１つの別のサーバーコンピュータ６０を含む、別のコンピューティング装置に接続可能である。通信ネットワーク７０は、リモートアクセスネットワークの一部や、グローバルネットワーク（例えば、インターネットなど）の一部や、世界規模のコンピュータの集まりの一部、ローカルエリアネットワークの一部や、ワイドエリアネットワークの一部や、各種プロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）など）を用いて相互通信するゲートウェイの一部であり得る。それ以外の電子装置／コンピュータネットワークアーキテクチャも使用可能である。
【００６８】
図２３Ｂは、図２３Ａのコンピュータシステムにおける所与のコンピュータ（例えば、クライアントプロセッサ／装置５０、サーバーコンピュータ６０など）の内部構造を示す図である。各コンピュータ５０，６０は、コンピュータシステム（又は処理システム）の構成品間のデータ転送に用いられるハードウェアラインのセットである、システムバス７９を備える。バス７９は、コンピュータシステムの相異なる構成品（例えば、プロセッサ、ディスクストレージ、メモリ、入力／出力ポート、ネットワークポートなど）同士を接続する共有の線渠であり、それら構成品間の情報のやり取りを可能にする。システムバス７９には、様々な入出力装置（例えば、キーボード、マウス、ディスプレイ、プリンター、スピーカーなど）をコンピュータ５０，６０に接続するためのＩ／Ｏ装置インターフェース８２が取り付けられている。コンピュータ５０，６０は、ネットワークインターフェース８６を介して、ネットワーク（例えば、図２３Ａのネットワーク７０など）に取り付けられた他の様々な装置に接続することができる。メモリ９０は、本発明の一実施形態（例えば、仮想アッセイエンジン、原油アッセイモデラ、後述する支援コード１００など）を実施するのに用いられるコンピュータソフトウェア命令９２およびデータ９４を記憶する揮発性メモリである。ディスクストレージ９５は、本発明の一実施形態を実施するのに用いられるコンピュータソフトウェア命令９２およびデータ９４を記憶する不揮発性ストレージである。システムバス７９には、さらに、コンピュータ命令を実行する中央演算処理装置８４も取り付けられている。
【００６９】
一実施形態において、プロセッサルーチン９２およびデータ９４は、本発明にかかるシステム用のソフトウェア命令の少なくとも一部を提供するコンピュータ読み取り可能な媒体（例えば、少なくとも１つのＤＶＤ−ＲＯＭ、少なくとも１つのＣＤ−ＲＯＭ、少なくとも１つのディスケット、少なくとも１つのテープなどのリムーバブル記憶媒体）を含むコンピュータプログラムプロダクト（概して符号９２で示す）である。コンピュータプログラムプロダクト９２は、当該技術分野において周知である任意の適切なインストール方法によってインストール可能であってもよい。他の実施形態において、前記ソフトウェア命令の少なくとも一部は、ケーブルおよび／または通信および／または無線接続を介してダウンロード可能なものであってもよい。さらなる他の実施形態において、本発明にかかるプログラムは、伝播媒体による伝播信号（例えば、無線波、赤外線波、レーザ波、音波、インターネットなどのグローバルネットワークやその他のネットワークによって伝播される電波など）によって実現される、コンピュータプログラム伝播信号プロダクト１０７である。このような搬送媒体または搬送信号は、本発明にかかるルーチン／プログラム９２用のソフトウェア命令の少なくとも一部を提供する。
【００７０】
他の実施形態において、前記伝播信号は、伝播媒体によって搬送されるアナログ搬送波またはデジタル信号である。例えば、前記伝播信号は、グローバルネットワーク（例えば、インターネットなど）、電気通信ネットワークまたはその他のネットワークによって搬送されるデジタル信号（digitalized signal）であってもよい。一実施形態において、前記伝播信号は、所与の期間のあいだ伝播媒体によって送信される信号であり、例えば、数ミリ秒、数秒、数分またはそれ以上の期間のあいだネットワークによってパケットで送信される、ソフトウェアアプリケーション用の命令などであってもよい。他の実施形態において、コンピュータプログラムプロダクト９２の前記コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータシステム５０が受け取って読み取り可能な伝播媒体である。例えば、コンピュータシステム５０は、前述したコンピュータプログラム伝播信号プロダクトの場合のように、伝播媒体を受け取ってその伝播媒体内に組み込まれた伝播信号を特定する。
【００７１】
一般的に、「搬送媒体」や過渡性のキャリアなどの用語には、前述した過渡性の信号、伝播信号、伝播媒体、記憶媒体などの意味が包含される。
【００７２】
図２４は、本発明にかかる仮想アッセイモデラまたは原油アッセイモデラ（概してエンジンまたはモデラ１００と示す）の例示的なフロー図である。図示のデータのフロー及びプロセッサ８４の制御フローは、単なる例示に過ぎず、必ずしも本発明を限定するものではない。その処理は、複数のプロセッサによる並列分散処理であってもよいし、図示の順序とは異なる順序で行われてもよい。いずれにせよ、その処理は、本発明の原理に従って動作するようにプログラムされたプロセッサによって実行される。
【００７３】
仮想アッセイエンジン／アッセイモデラ１００は、まず、原油試料または対象の石油留分を表すデータを受け取る（ステップ１１０）。このデータには、原油試料／石油留分に関する（当該産業において一般的なタイプの）特定の特性データ、例えば、沸点、比重、粘度などについてのデータが含まれる。ステップ１１０では、その受け取ったデータを用いて、エンジン／モデラ１００を初期化する。
【００７４】
次に、ステップ１１１において、構成炭化水素分子種（すなわち、Ｐ分、Ｎ分およびＡ分）を特定し、さらに、これら特定した種の確率分布関数を特定する。具体的に説明すると、ステップ１１１では、各確率分布関数（例えば前記式（４）を参照のこと）の尺度パラメータ及び形状パラメータを特定する。その結果、ステップ１１１では、Ｐ；Ｎ；およびＡの各種類に関して、構成炭化水素分子のセグメントの種類及びセグメント数の範囲（概して符号１９０で示す）を出力する。出力されたセグメントの種類及びセグメント数の範囲は、例えばＰＣ−ＳＡＦＴで使用することができる。ステップ１１１では、同族列を使わずにセグメントの種類及びセグメント数の範囲が出力される。
【００７５】
次に、ステップ１１３〜１１７において、上記のようにして特定した構成炭化水素分子種（すなわち、候補組成）を、前記ステップ１１０で受け取った原油試料／石油留分の特性データにフィットするように最適化する。ステップ１１３では、その原油試料／石油留分中の分子のモル分率を算出する。ステップ１１４では、前述したように、アッセイ特性を求めるＰＣ−ＳＡＦＴ状態式および／または熱力学的モデル１１４ａを利用して、原油や原油混合物に含まれる構成炭化水素分子の物理的特性を推定する。このような分子的組成によって得られる原油／石油留分の物理的特性は、同じ原油試料／対象の石油留分に関する前記特性データに記述された物理的特性と極めて近いものになる。ステップ１１５では、推定したアッセイ特性データと実験アッセイ特性データ１１５ａとの差分を算出する。ステップ１１６では、上記のようにして得られたＰ分とＮ分とＡ分との相対割合（Ｐの構成炭化水素分子とＮの構成炭化水素分子とＡの構成炭化水素分子との相対割合）を合致基準（convergence criteria）に照らしてチェックし、必要に応じ、ステップ１１７で前記相対割合を調整し、そして、これら最適化ステップ１１３〜１１７を再び繰り返す。最適化後のアッセイ出力１９９は、前記原油試料／対象の石油留分の化学組成を代表又はキャラクタリゼーションしている。このようにして得られた出力１９９は、前記原油試料／対象の石油留分について、その特性（例えば、沸点、比重、粘度など）やその他のアッセイ結果（例えば、組成など）を極めて包括的にキャラクタリゼーション可能な分子モデルの役割を果たす。
【００７６】
このアッセイ出力１９９（前記原油試料／対象の石油留分の化学組成のキャラクタリゼーション結果）を、他のソフトウェアプログラムやソフトウェアアプリケーションで使用することにより、その原油試料／対象の石油留分の物理的特性を予測し、さらに、これに基づいて、石油精製作業のプランニングおよび／またはスケジューリングおよび／またはシミュレーションおよび／または設計および／または最適化および／または制御を行うことができる。
【実施例】
【００７７】
（実施例）
分子ベースのキャラクタリゼーション方法は、原油や石油留分のアッセイや特性を相関付け・予測するために開発された。この方法は、限られたアッセイデータの回帰計算から、原油や石油留分のうちの所定のモデル構成炭化水素分子による、当該原油や石油留分の化学組成の特定を可能にする。この方法は、さらに、これらの化学組成から、その原油や石油留分のアッセイならびに関連する物理的特性及び化学的特性の予測を可能にする。
【００７８】
以下に示す、３種類の原油のキャラクタリゼーションについての実施例は、分子ベースのキャラクタリゼーション方法がいかに進められるかを示すものである。第一実施例では軽質原油のAzeri BTC 2009 01（ＡＰＩ度＝３６．６）、第二実施例では重質原油のGrane 2003 11（ＡＰＩ度＝１８．７）、第三実施例は６０％のAzeri BTC 2009 01および４０％のGrane 2003 11で構成されるブレンド原油を用いた。
【００７９】
１．  軽質原油−Azeri BTC 2009 01
１．１  一般情報
Azeri BTC 2009 01は、アゼルバイジャンで産出された軽質原油に関するアッセイ（各種データ）であり、Ｓｔａｔｏｉｌ社（米国コネチカット州スタムフォード）から入手可能である。入手可能なアッセイデータには、幅広い特性データが含まれ、蒸留収量、比重、ユニバーサルオイルプロダクツ（ＵＯＰ）Ｋファクタ（ＵＯＰＫ）、分子量、全硫黄、メルカプタン硫黄、全窒素、塩基性窒素、全酸価（ＴＡＮ）、粘度、ＰＮＡ分布、ＲＯＮ及びＭＯＮ、流動点、曇り点、析出点、煙点、セタン指数、アニリン点、ろう含有量、水素含有量、アスファルテン含有量ならびにマイクロ残留炭素分についてのデータが含まれる。
【００８０】
この実施例では、蒸留収量、比重、粘度、ＰＮＡ分布、アスファルテン分、全硫黄および全酸価についてのアッセイデータを回帰させて、上記の入手可能な原油特性データと最も良好に相関する、最適な分子分布パラメータおよび構成炭化水素分子による最適な化学組成を特定し、かつ、足りない-データを予測した。
【００８１】
以下の表１に、この原油のバルク特性を示す。
【００８２】
【表７】
2015507747.tif 000016
【００８３】
１．２  回帰計算に用いる実験データ
以下の表２に、Ｓｔａｔｏｉｌ社のアッセイ：Azeri BTC 2009 01であって、原油全体、ガスおよび沸点カット分１〜１３の、蒸留収量、ＡＰＩ度データ、ＰＮＡ分布、粘度、硫黄含有量、アスファルテン分および全酸価についての（回帰計算に用いた）実験データを示す。
【００８４】
【表８】
2015507747.tif 000017
【００８５】
１．３  分子ベースのキャラクタリゼーション結果
１．３．１  最適値
（Ｓｔａｔｏｉｌ社のアッセイから入手可能な）上記の表２における全データを回帰させることにより、後述の表３に示すように、パラフィン類、ナフテン類、芳香族類、スルフィド類、メルカプタン類、ナフテン系スルフィド類、チオフェン類、パラフィン酸類、ナフテン酸類および芳香族酸類を含む各種構成炭化水素分子種の相対重量を特定した。後述の表３では、さらに、各分子種についての確率分布関数パラメータも特定されている。混合物粘度相関用の、相互作用パラメータｋ０、アスファルテン類関連パラメータｋ１，ｋ２およびｋ３についても調整されている。入手可能な実験データの性質に基づき、各分子種の重量、確率分布関数パラメータおよび粘度相関用のパラメータを同時に、または逐次に回帰させ、実験データに最適にフィットさせることができる。
【００８６】
後述の表３に、原油：Azeri BTC 2009 01に関する分子分布パラメータの最適化された値を示す。この回帰計算では、スルフィド類についての確率分布パラメータの数値およびメルカプタン類についての確率分布パラメータの数値を、パラフィン類の分子についての確率分布パラメータの数値と同一と設定している。また、ナフテン系スルフィド類についての分布パラメータの数値を、ナフテン類の分子についての分布パラメータの数値と同一と設定している。
【００８７】
【表９】
2015507747.tif 000018
【００８８】
【表１０】
2015507747.tif 000019
【００８９】
表３の注記  
(1)  a.       シクロヘキサンベースのナフテン系分子の側鎖に含まれる−ＣＨ２−セグメント
b. シクロペンタンベースのナフテン系分子の側鎖に含まれる−ＣＨ２−セグメント
c. N6/(N5+N6)は、全ナフテン系分子に対するシクロヘキサンベースのナフテン系分
子のモル比である。
(2)  ガンマ分布関数は全種類の分子を包含するよう選択されたセグメント数の確率を算出するために用いられる。
(3)  全てのセグメントに関して、ガンマ分布関数の位置パラメータは−１に固定する。
(4)  ｋ０、ｋ１、ｋ２およびｋ３は、混合物粘度相関用のパラメータである。ｋ０は、パラフィン類とナフテン類と芳香族類との相互作用を表し、ｋ１、ｋ２およびｋ３は、アスファルテン含有量に関連する。ｋ１は、アスファルテン含有量に依存する一次パラメータである。ｋ２は、温度に依存するパラメータである。ｋ３は、アスファルテン含有量に依存する二次パラメータである。
１．３．２  特性のプロット
上記の表３の最適化された分子分布パラメータを用いて算出した、モデル予測による原油：Azeri BTC 2009 01についての真沸点曲線、ＡＰＩ度曲線、ＰＮＡ分布曲線、全原油及びその画分の粘度曲線、硫黄含有量曲線、全酸化曲線をそれぞれ図２５−３０に示す。
【００９０】
１．３．３  分子分布のプロット
さらに、上記の最適化された分子分布パラメータを基礎にして、原油の化学組成を、モデル構成炭化水素分子に基づいて決定することができる。
【００９１】
図３１に、原油全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類のそれぞれの、炭素数に対する累積重量分率を示す。図３２に、原油全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類の、炭素数に対する微分重量分率を示す。図３３に、原油全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類の、正規化された重量％の炭素数に対する分布を示す。図３４に、原油全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類のそれぞれの、真沸点に対する累積重量分率を示す。図３５に、原油全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類の、真沸点に対する微分重量分率を示す。図３６に、原油全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類の、正規化された重量％の真沸点に対する分布を示す。
【００９２】
２．  重質原油−Grane 2003 11
２．１  一般情報
Grane 2003 11は、北海で産出された重質原油に関するアッセイ（各種データ）であり、Ｓｔａｔｏｉｌ社から入手可能である。報告されるアッセイデータには、蒸留収量、比重、ＵＯＰＫ、全硫黄、メルカプタン硫黄、全窒素、塩基性窒素、全酸価、粘度、ＰＮＡ分布、蒸気圧、流動点、曇り点、析出点、煙点、セタン指数、アニリン点、ろう含有量、水素含有量、アスファルテン含有量、屈折率およびコンラドソン法残留炭素についてのデータを含む。
【００９３】
この実施例では、蒸留収量、比重、粘度、ＰＮＡ分布、アスファルテン分、全硫黄および全酸価についてのアッセイデータを回帰させて、上記の入手可能な原油特性データと最も良好に相関する、最適な分子分布パラメータおよび構成炭化水素分子による最適な化学組成を特定し、かつ、足りない-データを予測した。
【００９４】
以下の表４に、この原油のバルク特性を示す。
【００９５】
【表１１】
2015507747.tif 000020
【００９６】
２．２  回帰計算に用いる実験データ
以下の表５に、原油全体、ガス、および回帰計算用に選択した沸点カット分１〜１３についての、Ｓｔａｔｏｉｌ社のアッセイから得られる実験データを示す。
【００９７】
【表１２】
2015507747.tif 000021
【００９８】
２．３  分子ベースのキャラクタリゼーション結果
２．３．１  最適値
後述の表６に、原油：Grane 2003 11に関する分子分布パラメータの最適値を示す。この回帰計算では、スルフィド類についての確率分布パラメータの数値、メルカプタン類についての確率分布パラメータの数値およびパラフィン酸類についての確率分布パラメータの数値を、パラフィン類の分子についての確率分布パラメータの数値と同一と設定した。また、ナフテン系スルフィド類についての分布パラメータの数値およびナフテン酸類についての分布パラメータの数値を、ナフテン類の分子についての分布パラメータの数値と同一と設定した。
【００９９】
【表１３】
2015507747.tif 000022
【０１００】
【表１４】
2015507747.tif 000023
【０１０１】
（特性のプロット）
図３７−４２に、上記の表６の最適化された分子分布パラメータを用いて算出した、モデル予測による原油：Grane 2003 11についての真沸点曲線、ＡＰＩ度曲線、ＰＮＡ分布曲線、原油全体およびその留分についての粘度曲線、硫黄含有量曲線、全酸化曲線をそれぞれ示す。
【０１０２】
（分子分布のプロット）
さらに、上記の最適化された分子分布パラメータを基礎にして、原油の化学組成を、モデル構成炭化水素分子に基づいて決定することができる。
【０１０３】
図４３に、原油全体中の飽和類および芳香族類のそれぞれの、炭素数に対する累積重量分率を示す。なお、この重質原油は、パラフィン含有量が極めて低い。そのため、パラフィン類とナフテン類とをまとめて飽和類としている。図４４に、原油全体中の飽和類および芳香族類の、炭素数に対する微分重量分率を示す。図４５に、原油全体中の飽和類および芳香族類の、正規化された重量％の炭素数に対する分布を示す。図４６に、原油全体中の飽和類および芳香族類のそれぞれの、真沸点に対する累積重量分率を示す。図４７に、原油全体中の飽和類および芳香族類の、真沸点に対する微分重量分率を示す。図４８に、原油全体中の飽和類および芳香族類の、正規化された重量％の真沸点に対する分布を示す。
【０１０４】
３．  ブレンド原油−６０％のAzeri BTC 2009 01と４０％のGrane 2003 11
３．１  一般情報
原油に関する分子分布パラメータは、分子ベースで原油ブレンド計算しうる重要な基準を提供する。ブレンド原油の化学組成は、単純に、ブレンドに用いる個々の原油の化学組成を算術平均したものである。このようにして得られるブレンド原油の化学組成に基づき、そのブレンド原油のアッセイ特性を算出することができる。
【０１０５】
この実施例のブレンド原油は、６０％の軽質原油：Azeri BTC 2009 01および４０％の重質原油：Grane 2003 11を含むものである。
【０１０６】
３．２  特性のプロット
上記の２種類の原油：Azeri BTC 2009 01；およびGrane 2003 11；のブレンド割合に基づいて、前記ブレンド原油の化学組成を求めることができ、さらに、その特性を推定することもできる。
【０１０７】
図４９−５７に、モデル予測による前記ブレンド原油についての真沸点曲線、ＡＰＩ度曲線、ＰＮＡ分布曲線、原油全体およびその留分についての粘度曲線、硫黄含有量曲線、全酸化曲線、残留炭素曲線、ＵＯＰＫファクタ曲線、炭素−水素比曲線をそれぞれ示す。
【０１０８】
３．３  分子分布のプロット
図５８に、原油全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類のそれぞれの、炭素数に対する累積重量分率を示す。図５９に、原油全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類の、炭素数に対する微分重量分率を示す。図６０に、原油全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類の、炭素数に対する重量％の分布を示す。図６１に、原油全体中のノルマルパラフィン類、イソパラフィン類、モノナフテン類、ポリナフテン類、モノ芳香族類、二核芳香族類、三核芳香族類およびその他の多核芳香族類の、正規化された重量％の炭素数に対する分布を示す。図６２に、原油全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類のそれぞれの、真沸点に対する累積重量分率を示す。図６３に、原油全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類の、真沸点に対する微分重量分率を示す。図６４に、原油全体中のパラフィン類、ナフテン類および芳香族類の、真沸点に対する重量％の分布を示す。図６５に、前記ブレンド原油全体中のノルマルパラフィン類、イソパラフィン類、モノナフテン類、ポリナフテン類、モノ芳香族類、二核芳香族類、三核芳香族類およびその他の多核芳香族類の、正規化された重量％の真沸点に対する分布を示す。
【０１０９】
本明細書で引用した全ての特許公報、特許公開公報および刊行物における関連する教示内容については、その全てを、参照をもって本願に取り入れたものとする。
【０１１０】
本発明を、例示的な実施形態を参照しながら詳細に図示・説明したが、本発明の範囲を逸脱しない範疇で、これらの例示的な実施形態に対して様々な変更や変形が可能であることは、当業者であれば容易に理解できる。なお、そのような変更や変形は、添付の特許請求の範囲に包含される。
【図１】
2015507747.tif 000024
【図２】
2015507747.tif 000025
【図３Ａ】
2015507747.tif 000026
【図３Ｂ】
2015507747.tif 000027
【図４Ａ】
2015507747.tif 000028
【図４Ｂ】
2015507747.tif 000029
【図４Ｃ】
2015507747.tif 000030
【図４Ｄ】
2015507747.tif 000031
【図５Ａ−１】
2015507747.tif 000032
【図５Ａ−２】
2015507747.tif 000033
【図５Ｂ−１】
2015507747.tif 000034
【図５Ｂ−２】
2015507747.tif 000035
【図５Ｃ−１】
2015507747.tif 000036
【図５Ｃ−２】
2015507747.tif 000037
【図６Ａ−１】
2015507747.tif 000038
【図６Ａ−２】
2015507747.tif 000039
【図６Ｂ−１】
2015507747.tif 000040
【図６Ｂ−２】
2015507747.tif 000041
【図６Ｃ−１】
2015507747.tif 000042
【図６Ｃ−２】
2015507747.tif 000043
【図７Ａ−１】
2015507747.tif 000044
【図７Ａ−２】
2015507747.tif 000045
【図７Ｂ−１】
2015507747.tif 000046
【図７Ｂ−２】
2015507747.tif 000047
【図７Ｃ−１】
2015507747.tif 000048
【図７Ｃ−２】
2015507747.tif 000049
【図８】
2015507747.tif 000050
【図９】
2015507747.tif 000051
【図１０】
2015507747.tif 000052
【図１１】
2015507747.tif 000053
【図１２】
2015507747.tif 000054
【図１３】
2015507747.tif 000055
【図１４】
2015507747.tif 000056
【図１５】
2015507747.tif 000057
【図１６】
2015507747.tif 000058
【図１７】
2015507747.tif 000059
【図１８】
2015507747.tif 000060
【図１９】
2015507747.tif 000061
【図２０】
2015507747.tif 000062
【図２１】
2015507747.tif 000063
【図２２】
2015507747.tif 000064
【図２３Ａ】
2015507747.tif 000065
【図２３Ｂ】
2015507747.tif 000066
【図２４】
2015507747.tif 000067
【図２５】
2015507747.tif 000068
【図２６】
2015507747.tif 000069
【図２７】
2015507747.tif 000070
【図２８】
2015507747.tif 000071
【図２９】
2015507747.tif 000072
【図３０】
2015507747.tif 000073
【図３１】
2015507747.tif 000074
【図３２】
2015507747.tif 000075
【図３３】
2015507747.tif 000076
【図３４】
2015507747.tif 000077
【図３５】
2015507747.tif 000078
【図３６】
2015507747.tif 000079
【図３７】
2015507747.tif 000080
【図３８】
2015507747.tif 000081
【図３９】
2015507747.tif 000082
【図４０】
2015507747.tif 000083
【図４１】
2015507747.tif 000084
【図４２】
2015507747.tif 000085
【図４３】
2015507747.tif 000086
【図４４】
2015507747.tif 000087
【図４５】
2015507747.tif 000088
【図４６】
2015507747.tif 000089
【図４７】
2015507747.tif 000090
【図４８】
2015507747.tif 000091
【図４９】
2015507747.tif 000092
【図５０】
2015507747.tif 000093
【図５１】
2015507747.tif 000094
【図５２】
2015507747.tif 000095
【図５３】
2015507747.tif 000096
【図５４】
2015507747.tif 000097
【図５５】
2015507747.tif 000098
【図５６】
2015507747.tif 000099
【図５７】
2015507747.tif 000100
【図５８】
2015507747.tif 000101
【図５９】
2015507747.tif 000102
【図６０】
2015507747.tif 000103
【図６１】
2015507747.tif 000104
【図６２】
2015507747.tif 000105
【図６３】
2015507747.tif 000106
【図６４】
2015507747.tif 000107
【図６５】
2015507747.tif 000108
【国際調査報告】
2015507747.tif 000109
2015507747.tif 000110
2015507747.tif 000111
2015507747.tif 000112