JP7184522B2 - Methods for estimating properties of multicomponent mixtures - Google Patents
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Description
本発明は、多成分混合物の性状の推定方法に関する。より詳細には、本発明は、コンピュータにより多成分混合物を構成する各成分の分子構造を特定し、そこから得られる構造情報および物性値データベースを用いた新規の多成分凝集モデルに基づいて、重質油をはじめとする種々の多成分混合物における各成分の溶解、凝集及び析出等の性状を定量的に推定する方法、それに使用される装置、及びその方法若しくは装置をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to a method for estimating properties of multicomponent mixtures. More specifically, the present invention uses a computer to specify the molecular structure of each component that constitutes a multicomponent mixture, and based on the structural information obtained therefrom and a new multicomponent aggregation model using a physical property value database, multiple It relates to a method for quantitatively estimating properties such as dissolution, aggregation and precipitation of each component in various multi-component mixtures including crude oil, an apparatus used therein, and a computer program that causes a computer to execute the method or apparatus. .
石油精製に関する諸装置の運転においては、通常、比重や粘度、蒸留性状(沸点)などの全体の物理的性状に基づいて原料油を分析し、過去の類似のデータを有する油種の運転実績を参考にして運転条件を決めるという手法がとられている。
しかしながら、昨今では、輸入原油種が多様化しており、類似する過去のデータを探すことは容易ではない。さらに運転効率の向上や環境保護という面からも、単純に過去の運転実績を踏襲すればよいというものではなくなっている。
そこで、比重や粘度、蒸留性状というような石油全体を一括りにした観点で捉えるのではなく、石油を構成している炭化水素分子というレベルでその化学構造や存在割合を把握し、それにより得られた推定物性値等の知見に基づいて運転条件を設定することができれば、より客観性に基づいた効率的な運転ができると考えられてきた。そのため、石油業界においては、石油を分子レベルで把握する技術の出現が待ち望まれてきた。
ところが、石油は、膨大数の炭化水素分子からなる混合物であり、特に重質油は分子量が大きく、かつ複雑な化学構造を有する分子が極めて多種類存在するため、そのような分子の一つ一つについて、化学構造を特定し、それらの存在割合をも特定するというのは、非常に困難なことであった。
In the operation of petroleum refining equipment, raw material oil is usually analyzed based on overall physical properties such as specific gravity, viscosity, and distillation properties (boiling point), and past operating results of oil types with similar data are analyzed. A method of determining the operating conditions with reference to the data is adopted.
However, these days, the types of imported crude oil are diversifying, and it is not easy to find similar past data. Furthermore, from the standpoint of improving operating efficiency and protecting the environment, it is no longer enough to simply follow past operating results.
Therefore, instead of looking at the oil as a whole, such as its specific gravity, viscosity, and distillation properties, we should grasp the chemical structure and abundance ratio at the level of the hydrocarbon molecules that make up the oil. It has been thought that efficient operation based on more objectivity can be achieved if operating conditions can be set based on knowledge such as estimated physical property values. Therefore, in the petroleum industry, the advent of a technique for grasping petroleum at the molecular level has been eagerly awaited.
However, petroleum is a mixture of a huge number of hydrocarbon molecules, and heavy oil in particular has a large number of molecules with large molecular weights and complex chemical structures. It was very difficult to specify the chemical structure and also specify the abundance ratio of each of them.
これまで、石油を分子レベルで分析し化学構造を解析するにあたっては、高分解能質量分析装置であるフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴方式による質量分析計を用いて高精度に分子量を計測する技術が用いられてきた。例えば、特許文献1又は特許文献2に記載された方法である。
特に、特許文献2には、石油を構成している分子をアルゴン等に衝突させることにより、分子における架橋部分を切断して構成しているコア部分に分解し、それらの化学構造を求め、そののちにそれらを組み合わせて元の分子を再構築するという分子構造の推定方法が記載されている。
Until now, when analyzing petroleum at the molecular level and analyzing the chemical structure, a high-resolution mass spectrometer, a Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer, has been used to measure the molecular weight with high precision. rice field. For example, it is the method described in
In particular, in
また、アスファルトなどの残渣成分を多く含む重質油の処理において、残渣量を極力低減して原油の利用率を向上させることが求められている。石油精製の過程においては、重質油の分解処理をはじめとする様々な場面で、コークの前駆体であるアスファルテンの凝集を緩和、抑制することが必要である。そのため、アスファルテンの凝集を緩和、抑制する溶媒(溶剤)を原料油に予め混合しておくことが通常行われているが、混合される溶媒の種類及び量は、永年蓄積されてきた知見に基づいて経験的に選定されているのが現状である。 In addition, in the treatment of heavy oil containing a large amount of residue components such as asphalt, it is required to reduce the amount of residue as much as possible to improve the utilization rate of crude oil. In the process of petroleum refining, it is necessary to alleviate and suppress aggregation of asphaltenes, which are precursors of coke, in various situations including cracking of heavy oil. For this reason, it is common practice to pre-mix a solvent (solvent) with the raw material oil to alleviate or suppress the aggregation of asphaltenes. However, it is currently selected empirically.
一方、本出願に係る発明者らは、重質油に含まれるアスファルテンの凝集を抑制、緩和する技術について鋭意研究した結果、アスファルテンと溶媒とのハンセン溶解度指数値の差(Δδ)と、アスファルテンの凝集度との間に一定の関係があることを見出し、その差(Δδ)を指標として溶媒を選定する方法を開発した。かかる選定方法は、下記の特許文献3に記載されている。
On the other hand, the inventors of the present application conducted intensive research on techniques for suppressing and mitigating the aggregation of asphaltenes contained in heavy oil, and found that the difference in the Hansen solubility index values (Δδ) between asphaltenes and solvents and that of asphaltenes We found that there is a certain relationship between the degree of agglomeration and the degree of agglomeration, and developed a method of selecting a solvent using the difference (Δδ) as an index. Such a selection method is described in
しかしながら、特許文献2に記載の方法は、コアや架橋、側鎖という分子を形成するパーツについて、どのパーツとどのパーツを選択し、組み合わせて分子を構築するかは、確率に基づいて決定されるというものである。それゆえ、ある質量分析データをもとにして、同じ工程にて成分の分子構造の構築作業を行ったとしても、得られる結果は、構築作業の都度、異なるものとなってしまっていた。即ち、特許文献2に記載の方法では、得られる結果の一定性、再現性が担保されず、「装置の運転安定性が確保できない」という致命的な欠陥があった。
However, in the method described in
また、溶媒と混合した重質油においては、液相のハンセン溶解度指数値は、溶媒の値そのものではなく、溶媒の値と重質油中の液相成分の値とに基づいて決まると考えられる。このため、重質油に含まれる各成分のうち、どの成分が溶解して液相をなすのか、それにより、液相のハンセン溶解度指数値はどう変化するのか、その結果、どの成分が凝集又は析出するのかについて、把握することが重要となる。しかしながら、複数の成分からなる溶液である多成分混合物の液相、凝集相及び固相の性状、その相変化のメカニズム、特に重質油中のアスファルテンの溶解、凝集及び析出の挙動については、産業上大きなテーマであるにもかかわらず、その解明はほとんどなされていない。 In addition, in heavy oil mixed with a solvent, the Hansen Solubility Index value of the liquid phase is considered to be determined based on the value of the solvent and the values of the liquid phase components in the heavy oil, not the value of the solvent itself. . For this reason, which of the components contained in heavy oil dissolves to form the liquid phase, how does the Hansen solubility index value of the liquid phase change, and as a result, which components aggregate or It is important to grasp whether it precipitates or not. However, the properties of the liquid phase, aggregate phase and solid phase of multi-component mixtures, which are solutions consisting of multiple components, the mechanism of phase change, especially the behavior of dissolution, aggregation and precipitation of asphaltenes in heavy oil, have not been studied by industry. Although it is a big theme, it is hardly elucidated.
本発明は、かかる状況下においてなされたものであり、コンピュータを用いて多成分混合物を構成する各成分の分子構造及び存在割合を一定の確実さを以て特定し、そこから得られる構造情報および物性値データベースを用いた多成分凝集モデルに基づいて、多成分混合物中の各成分の性状を推定する方法を提供することを目的としている。更に、本発明は、当該多成分混合物の性状の推定方法に使用される装置及びプログラムを提供することを目的としている。 The present invention has been made under such circumstances, and uses a computer to specify the molecular structure and abundance ratio of each component that constitutes a multi-component mixture with a certain degree of certainty, and the structural information and physical property values obtained therefrom. The purpose of this study is to provide a method for estimating the properties of each component in a multicomponent mixture based on a multicomponent aggregation model using a database. A further object of the present invention is to provide an apparatus and a program used in the method for estimating properties of the multicomponent mixture.
上記の目的を達成するため、本発明者らは、以下の本発明を創出した。即ち、本発明による多成分混合物の性状の推定方法は、コンピュータによる多成分混合物の性状の推定方法であって、
(1)前記多成分混合物に対し質量分析を行い、得られたピークの各々について、そのピークに帰属する分子の分子式を特定し、さらにその分子の存在割合を特定するステップと、
(5)前記ステップ(1)において分子式が特定された各分子に対し、それらを構成するコアの構造を決定し、さらに側鎖及び架橋を決定して割り付けるステップと、
(6)前記ステップ(1)および(5)により特定された前記多成分混合物の各成分の分子構造から、各成分の融点及びハンセン溶解度指数値を取得するステップと、
(7)前記多成分混合物を構成する各成分のうち、所望の温度未満の融点を有する成分を液相成分として分類し、前記所望の温度以上の融点を有する成分を非液相成分として分類するステップと、
(8)前記液相成分として分類された各成分のハンセン溶解度指数値を各成分の当該液相における分率で重み付けした加重平均値として、液相全体の平均ハンセン溶解度指数値を算出するステップと、
(9)液相全体の前記平均ハンセン溶解度指数値と、非液相成分における各成分のハンセン溶解度指数値との差を算出するステップと、
(10)非液相成分における各成分を、前記差に基づいて、液相成分又は非液相成分として再分類し、液相成分として再分類された各成分を非液相成分から液相成分に編入して、液相成分及び非液相成分を更新するステップと、
(11)更新後の液相成分における各成分のハンセン溶解度指数値を各成分の当該液相における分率で重み付けした加重平均値として、更新後の液相全体の平均ハンセン溶解度指数値を算出するステップと、
(12)前記ステップ(9)~(11)を、前記ステップ(10)において液相成分として再分類される非液相成分がなくなる最終段階まで繰り返すステップとを含む、
ことを特徴とするものである。
In order to achieve the above objects, the present inventors created the following inventions. That is, the method for estimating properties of a multi-component mixture according to the present invention is a method for estimating properties of a multi-component mixture by computer,
(1) performing mass spectrometry on the multi-component mixture, identifying the molecular formula of the molecule assigned to each peak obtained by performing mass spectrometry, and further identifying the abundance ratio of the molecule;
(5) for each molecule whose molecular formula has been specified in step (1), determine the structure of the core that constitutes them, and further determine and assign side chains and crosslinks;
(6) obtaining the melting point and Hansen Solubility Index value of each component from the molecular structure of each component of the multi-component mixture identified in steps (1) and (5);
(7) Among the components constituting the multi-component mixture, classify the component having a melting point lower than the desired temperature as a liquid phase component, and classify the component having a melting point equal to or higher than the desired temperature as a non-liquid phase component. a step;
(8) calculating an average Hansen Solubility Index value for the entire liquid phase as a weighted average value obtained by weighting the Hansen Solubility Index values of each component classified as the liquid phase component by the fraction of each component in the liquid phase; ,
(9) calculating the difference between the average Hansen Solubility Index value for the entire liquid phase and the Hansen Solubility Index value for each component in the non-liquid phase components;
(10) Each component in the non-liquid phase component is reclassified as a liquid phase component or a non-liquid phase component based on the difference, and each component reclassified as a liquid phase component is changed from the non-liquid phase component to the liquid phase component. to update the liquid phase component and the non-liquid phase component;
(11) Calculate the average Hansen solubility index value of the entire liquid phase after updating as a weighted average value obtained by weighting the Hansen solubility index value of each component in the liquid phase component after updating by the fraction of each component in the liquid phase. a step;
(12) repeating steps (9) to (11) until a final stage where no non-liquid phase components are reclassified as liquid phase components in step (10);
It is characterized by
また、本発明の別の実施態様においては、上記多成分混合物の性状の推定方法を用いた多成分混合物の物性値の推定方法、多成分混合物の処理方法、多成分混合物の性状推定装置、および該装置の運転方法、並びに多成分混合物の性状の推定方法や該装置を実行するためのコンピュータプログラムも提供される。 In another embodiment of the present invention, a method for estimating physical property values of a multi-component mixture using the method for estimating properties of a multi-component mixture, a method for processing a multi-component mixture, an apparatus for estimating properties of a multi-component mixture, and A method of operating the apparatus, as well as a method of estimating properties of a multi-component mixture and a computer program for executing the apparatus are also provided.
本発明の多成分混合物の処理方法は、上記の多成分混合物の性状推定方法により、原多成分混合物の性状を推定し、さらに当該性状推定結果に基づいて、原多成分混合物に所望の種類の溶媒を所望の分率で混合した場合、原多成分混合物の温度を所望の温度に変更した場合、又は原多成分混合物に所望の種類の溶媒を所望の分率で混合しかつ原多成分混合物の温度を所望の温度に変更した場合における新多成分混合物の性状を予測し、その予測を基に、その所望の種類の溶媒をその所望の分率で原多成分混合物に混合する、又は原多成分混合物の温度をその所望の温度に変更する、又はその所望の種類の溶媒をその所望の分率で原多成分混合物に混合しかつ原多成分混合物の温度をその所望の温度に変更することを特徴としている。 In the method for processing a multicomponent mixture of the present invention, the properties of the original multicomponent mixture are estimated by the method for estimating properties of the multicomponent mixture described above, and the desired type of When the solvent is mixed in the desired fraction, when the temperature of the original multicomponent mixture is changed to the desired temperature, or when the original multicomponent mixture is mixed with the desired type of solvent in the desired fraction and the original multicomponent mixture Predict the properties of the new multicomponent mixture when the temperature is changed to the desired temperature, and based on the prediction, mix the desired type of solvent in the desired fraction into the original multicomponent mixture, or changing the temperature of the multi-component mixture to its desired temperature, or mixing the desired type of solvent in its desired fraction into the original multi-component mixture and changing the temperature of the original multi-component mixture to its desired temperature; It is characterized by
本発明の多成分混合物の処理方法によれば、多成分混合物に溶媒を混合したり、多成分混合物の温度を変化させたりしたときの多成分混合物の性状を予想することができ、かかる予想に基づいて、多成分混合物の処理を行うことが可能となる。 According to the method for treating a multi-component mixture of the present invention, it is possible to predict the properties of the multi-component mixture when a solvent is mixed with the multi-component mixture or the temperature of the multi-component mixture is changed. Based on this, it is possible to process multi-component mixtures.
また、本発明の多成分混合物の処理方法において、好ましくは、その所望の種類の溶媒及びその所望の分率、及び/又はその所望の温度は、予測された新多成分混合物の性状が、推定された原多成分混合物における凝集相成分及び固相成分の全部又は一部が溶解し、又は、凝集相成分及び固相成分の凝集又は析出が抑制された性状となる溶媒及び分率、及び/又は温度である。 Also, in the method of treating a multi-component mixture of the present invention, the desired type of solvent and its desired fraction, and/or its desired temperature are preferably Solvent and fraction in which all or part of the aggregated phase components and solid phase components in the original multicomponent mixture are dissolved, or the aggregation or precipitation of the aggregated phase components and solid phase components is suppressed, and / or temperature.
これにより、溶媒種を適切に選択する、新たな溶媒を追加する、又は、溶液の温度を変更する措置を講じて、溶液中における凝集相及び固相の全部又は一部を溶解し、又は溶質の凝集若しくは析出を抑制することができる。 Accordingly, measures are taken to appropriately select the solvent species, add new solvents, or change the temperature of the solution to dissolve all or part of the aggregated and solid phases in the solution, or to dissolve the solute. can suppress aggregation or precipitation of
本発明によれば、コンピュータを用いて多成分混合物を構成する各成分の分子構造及び存在割合を一定の確実さを以て特定し、そこから得られる構造情報に紐付けられた物性データを用いた多成分凝集モデルにより、多成分混合物の性状を推定する方法を提供することができる。 According to the present invention, a computer is used to specify the molecular structure and abundance ratio of each component that constitutes a multi-component mixture with a certain degree of certainty, and multi-component using physical property data linked to the structural information obtained therefrom. Component aggregation models can provide a way of estimating the properties of multicomponent mixtures.
<定義>
本発明の実施形態を説明するにあたり、先ず、本明細書にて使用する用語ないし表現について説明する。
(1)「多成分混合物」
「多成分混合物」とは、二以上の成分からなるあらゆる混合物を包括する概念である。成分の含有割合は問わない。具体的には、好ましくは、「石油」であり、さらに好ましくは、「重質油」である。より詳しくは、「多くの芳香族化合物を主たる成分とする混合物」である。
<Definition>
Before describing the embodiments of the present invention, terms and expressions used in this specification will be described.
(1) "multi-component mixture"
A "multi-component mixture" is a concept encompassing all mixtures consisting of two or more components. The content ratio of the components is irrelevant. Specifically, it is preferably "petroleum", more preferably "heavy oil". More specifically, it is a "mixture containing many aromatic compounds as main components".
(2)「成分」
「成分」とは、「混合物をある特定の物理的又は化学的性状を基準として括った塊」、即ち、「ある特定の物理的又は化学的性状を基準として分画された分画物(フラクション)」を意味する。特定の物理的又は化学的性状を基準として括る方法としては、例えば、蒸留試験における沸点範囲を特定して、その温度範囲にあるものを一つの成分として分画する方法等が挙げられる。この場合、混合物は「分画物(フラクション)の集合体」ということになる。或いは、「成分」を、多成分混合物を構成する一つ一つの構成員であって、「同一の分子種に属すると認められる分子の集合体」と捉えてもよい。ここで、「同一の」とは、「分子構造を完璧に特定し、その上で同一である」、或いは、「分子構造上の異性体(分子式は同じであるが構造が異なるもの)どうしは同一のものとする」という意味と捉えてもよく、例えば、後述する「JACDのような方式で特定された構造において同一である」という意味と捉えてもよい。さらには、広く「任意に定めた基準に基づいて一括りにした分子の集合体」という意味と捉えてもよい。
(2) "Component"
"Component" means "mass of a mixture based on specific physical or chemical properties", that is, "fractions (fractions) based on specific physical or chemical properties" )” means. As a method of grouping based on specific physical or chemical properties, for example, a method of specifying a boiling point range in a distillation test and fractionating substances within that temperature range as one component can be mentioned. In this case, the mixture is an "aggregate of fractions". Alternatively, a "component" may be regarded as an "aggregate of molecules recognized as belonging to the same molecular species", each of which constitutes a multi-component mixture. Here, "identical" means "identical after specifying the molecular structure completely", or "isomers on the molecular structure (same molecular formula but different structure) For example, it may be interpreted as meaning "having the same structure specified by a system such as JACD" described later. Furthermore, it can also be interpreted broadly as meaning "an aggregate of molecules grouped together based on an arbitrary standard."
(3)「構成する」
「多成分混合物を構成する」とは、多成分混合物中に存在する100%すべての成分を想定するものでなくてもよい。本発明により特定される各成分の分子構造をどのように利用するかにより、どの程度の詳細さを以て成分としての分子種特定が必要になるかに応じて、「構成する各成分」を適宜決定すればよい。例えば、多成分混合物中において一定の存在量(存在割合)以上を持つ分子種のみを対象として、「構成する成分」と捉えてもよい。石油のような膨大な種類の分子種すべてについて分子構造を同定する必要性は必ずしも高いとは限らず、微量しか存在しない分子種等については、必要に応じて、無視してもよい。例えば、「多成分混合物」として、多環芳香族レジン分(PA)を対象とする場合、PAを構成する成分として、パラフィン系化合物及びオレフィン系化合物の存在は無視してもよい。
(3) "Configure"
"Constituting a multi-component mixture" may not assume 100% of all components present in the multi-component mixture. Depending on how the molecular structure of each component specified by the present invention is used and how detailed it is necessary to specify the molecular species as a component, "each constituent component" is appropriately determined. do it. For example, only molecular species having a certain abundance (abundance ratio) or more in a multi-component mixture may be regarded as "constituent components". It is not always necessary to identify the molecular structures of a huge number of molecular species such as petroleum, and molecular species that exist only in trace amounts may be ignored if necessary. For example, when a polycyclic aromatic resin component (PA) is targeted as a "multicomponent mixture", the presence of paraffinic compounds and olefinic compounds as components constituting PA may be ignored.
(4)「分率」
「分率」とは、質量分率、容量分率又はモル分率等、存在割合を示すものであれば何でもよく、いずれをも含む概念である。液相全体の平均ハンセン溶解度指数値を算出する場合は、好ましくは容量分率が用いられ、各成分の当該液相における容量分率で重み付けした加重平均値として算出される。
(4) "fraction"
The term “fraction” is a concept that includes all of them, such as mass fraction, volume fraction, mole fraction, etc., as long as they indicate the proportion of existence. When calculating the average Hansen Solubility Index value for the entire liquid phase, the volume fraction is preferably used, and is calculated as a weighted average value weighted by the volume fraction of each component in the liquid phase.
(5)「分子構造を特定する」、「分子」
「分子構造を特定する」とは、上記「成分」における「分子」に関し、分子が持つ構造に関する何等かの情報を特定するという行為であれば、あらゆる行為を包含するものである。目的及び必要性に応じて、その度合い、表示の方式を適宜選択すればよい。分子全体の構造を特定するという行為のみならず、分子の一部分についての構造に関する情報を組み込んでもよい。例えば、コア部分の構造のみを特定し、側鎖部分や架橋部分については構造は特定せず分子式のままにしておいてもよい。
本明細書において、好ましくは、後述する「JACD」で分子構造を特定する。「JACD」で構造が特定された分子というのは、後述するアトリビュートの結合位置の違いによる異性体をすべて含む概念である。本明細書において、「分子」は、異性体をすべて含む概念と捉えてもよい。
(5) "Specify molecular structure", "molecule"
"Specifying the molecular structure" includes any action as long as it is an action of specifying some kind of information about the structure of the molecule with respect to the "molecule" in the above-mentioned "ingredient". Depending on the purpose and necessity, the degree and display method may be selected as appropriate. Structural information about a portion of a molecule may be incorporated as well as the act of specifying the structure of the entire molecule. For example, only the structure of the core portion may be specified, and the molecular formulas of the side chain portions and the cross-linked portions may be left as they are without specifying the structures.
In this specification, the molecular structure is preferably specified by "JACD" described later. A molecule whose structure is specified by "JACD" is a concept that includes all isomers due to differences in the binding positions of attributes described later. As used herein, the term "molecule" may be understood as a concept that includes all isomers.
(6)「各成分の存在割合を特定する」
「各成分の存在割合を特定する」とは、混合物を構成する各成分について、それらが存在する比率を特定するという行為であれば、あらゆる行為を包含するものである。また、混合物を構成するすべての成分種について存在割合が特定されなければならないという意味ではなく、分析技術では検出が困難な程度の量しか存在しないような成分や特定する必要のない成分までを含めたすべての成分の存在割合を特定して初めて、「各成分の存在割合を特定した」とするものではない。かかる微量成分等については、「その他の成分」としてまとめて扱ってもよい。さらには、これらを「混合物を構成する各成分」という範囲から除外し、他の成分の存在割合を算出する上での分母に入れなくてもよい。
(6) "Specify the abundance ratio of each component"
"Specify the proportion of each component present" includes any action as long as it is an action of specifying the proportion in which each component constituting a mixture exists. In addition, it does not mean that the abundance ratio of all component species that make up the mixture must be specified, but includes components that are present in amounts that are difficult to detect with analytical techniques and components that do not need to be specified. It does not mean that "the existence ratio of each component has been specified" for the first time after specifying the abundance ratio of all the components. Such trace components and the like may be collectively treated as "other components". Furthermore, these may be excluded from the scope of "each component constituting the mixture" and not included in the denominator for calculating the abundance ratio of other components.
(7)「すべての」
本明細書において、「すべての」とは、必ずしも「100%全部の」という意味でなくてもよい。例えば、質量スペクトルについて「すべてのピーク」という言い方をしている箇所については、文字どおり、「100%全部のピーク」という意味のみならず、例えば、その場面での検討の目的上必ずしも必要でない分子に関するピークや判別しにくいようなピーク等については、適宜、除外した上で、それ以外のピークを指すという意味と捉えてもよい。
(7) "All"
As used herein, "all" does not necessarily mean "100% of all." For example, where reference is made to "all peaks" in a mass spectrum, not only does it literally mean "100% of all peaks", but it also refers, for example, to molecules that are not necessarily required for the purposes of the discussion in that context. It may be understood that peaks or peaks that are difficult to discriminate are appropriately excluded and other peaks are indicated.
(8)「ピーク」
質量分析において得られるピークの横軸は、多成分混合物を構成する各成分の分子イオン又は擬分子イオンについてのm/zである。このm/zが示す数値は、分子イオン又は擬分子イオンの質量に相当する数値であるため、概ね、そのピークに帰属させられる分子の分子量を表している。本明細書では、この「質量分析において得られた、分子イオン又は擬分子イオンについてのm/zのピーク」を、「質量分析において得られたピーク」、又は単に「ピーク」ということがある。また、当該ピークの高さは、そのピークに帰属する分子の相対的な存在割合を示している。
(8) "Peak"
The horizontal axis of peaks obtained in mass spectrometry is m/z for the molecular ions or pseudo-molecular ions of each component constituting the multicomponent mixture. Since the numerical value indicated by m/z is a numerical value corresponding to the mass of a molecular ion or pseudo-molecular ion, it generally represents the molecular weight of the molecule assigned to that peak. In this specification, this "m/z peak for molecular ions or pseudo-molecular ions obtained in mass spectrometry" may be referred to as "peak obtained in mass spectrometry" or simply "peak". Also, the height of the peak indicates the relative abundance of molecules belonging to that peak.
(9)「分子式」
「分子式」とは、分子を構成する元素の種類と数のみを示す式のことであり、構造は特定されていないものを指している。分子を構成する元素の種類と数がわかっているため、分子量及び後述するDBE値等の情報は得ることができる。
本発明において主として用いているフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴方式による質量分析(以下、「FT-ICR-質量分析」ともいい、FT-ICR-質量分析により得られたスペクトルを「FT-ICR-質量分析スペクトル」ともいう)においては、m/zの値を小数点第4位まで決定することができる。そのため、原子の同位体の存在をも考慮した精密な質量の数合わせを行うことにより、そのピークに帰属する分子の分子式を決定することができる。分子式というのは、分子を構成する元素の種類と数のみを表すものにすぎないため、上記決定された分子式に該当する分子としては、異性体が複数存在しうる。即ち、1本のピークには、分子式が同一である複数の異性体が帰属しうる。
ただし、FT-ICR-質量分析の特性上、分子式は同一であっても、例えば、その分子イオンに水素イオンが付加している等により、元の分子イオンと質量が異なることになり、そのため別のピークとして現れることがある。よって、測定上は別ピークとして現れたものであっても、分子式を構成する元素の種類と数が同一であるものは「同一の分子式」として捉えてもよい。「その分子式に該当する分子」という文言において、「その分子式」というのは、このような「同一の分子式」という意味で捉えてもよい。また、「あるピーク」という場合、上記の意味で「同一の分子式」を表しているとされた種々のm/zのピークをすべてまとめて捉えた概念と考えてもよい。
(9) "molecular formula"
A "molecular formula" is a formula that indicates only the types and numbers of elements that constitute a molecule, and indicates that the structure is not specified. Since the types and numbers of elements constituting the molecule are known, information such as the molecular weight and the DBE value described later can be obtained.
Mass spectrometry by the Fourier transform ion cyclotron resonance method mainly used in the present invention (hereinafter also referred to as "FT-ICR-mass spectrometry", the spectrum obtained by FT-ICR-mass spectrometry is referred to as "FT-ICR-mass spectrometry spectrum ), the value of m/z can be determined to four decimal places. Therefore, the molecular formula of the molecule attributed to the peak can be determined by performing accurate mass number matching in consideration of the presence of atomic isotopes. Since the molecular formula only expresses the types and numbers of elements constituting the molecule, a molecule corresponding to the determined molecular formula may have a plurality of isomers. That is, multiple isomers having the same molecular formula can be attributed to one peak.
However, due to the characteristics of FT-ICR-mass spectrometry, even if the molecular formula is the same, for example, hydrogen ions are added to the molecular ions, resulting in a different mass from the original molecular ions. may appear as a peak of Therefore, even if the peaks appear as different peaks in the measurement, those having the same kind and number of elements constituting the molecular formula may be regarded as "the same molecular formula". In the phrase "molecules corresponding to the molecular formula", "the molecular formula" may be understood to mean "the same molecular formula". In addition, the term "certain peak" may be considered as a concept that collectively captures all peaks of various m/z that represent "the same molecular formula" in the above sense.
(10)「コア」、「シングルコア」、「ダブルコア」
「コア」とは、後述の「JACD」の項で記載する「アトリビュート」の一種であって、具体的には、芳香環又はナフテン環そのもの、芳香環とナフテン環が架橋ではなく直接結合しているもの、芳香環又はナフテン環にヘテロ環が架橋ではなく直接結合しているものである。架橋又は側鎖は、コアとは別のアトリビュートであるため、「コア」とは、架橋又は側鎖を一切有しないものを意味している。
一方、「シングルコア」とは、上記コアを1個だけ有する分子を指す概念である。分子を指す概念であるため、コアに側鎖が結合しているものも包含している。上記コアの2個以上が架橋してなる分子を「マルチコア」という。「マルチコア」も分子を意味するため、コアに側鎖が結合しているものも包含している。2個のコアが架橋してなる分子を「ダブルコア」という。
例えば、以下に示すナフタレン分子は、1個の芳香環からなるものであるため「シングルコア」であり、ベンゼン環2個からなるダブルコアではない。
(10) "core", "single core", "double core"
The “core” is one type of “attribute” described in the section “JACD” described later, and specifically includes an aromatic ring or a naphthenic ring itself, or a direct bond between the aromatic ring and the naphthenic ring instead of a bridge. or a hetero ring directly bonded to an aromatic ring or naphthenic ring instead of being bridged. Since the bridges or side chains are separate attributes from the core, "core" means without any bridges or side chains.
On the other hand, "single core" is a concept that indicates a molecule having only one core. Since it is a concept that refers to molecules, it also includes those in which side chains are bound to the core. A molecule in which two or more of the above cores are crosslinked is called a "multicore". Since "multicore" also means a molecule, it also includes those in which side chains are attached to the core. A molecule in which two cores are crosslinked is called a “double core”.
For example, the naphthalene molecule shown below is a "single core" because it consists of one aromatic ring, and is not a double core consisting of two benzene rings.
(11)「DBE値」
「DBE値」とは、分子式が、「CcHhNnOoSs」である場合、以下の式(1)にて算出される値である。
DBE = c- h/2+n/2 + 1 ・・・(1)
(式中、cは炭素原子の数、hは水素原子の数、nは窒素原子の数、oは酸素原子の数、sは硫黄原子の数を示す。)
この値は、概ね、分子における不飽和性、とりわけ、二重結合及び環の存在の程度を示すものである。
(11) "DBE value"
The "DBE value " is a value calculated by the following formula (1) when the molecular formula is " CcHhNnOoSs " .
DBE=c−h/2+n/2+1 (1)
(Wherein, c is the number of carbon atoms, h is the number of hydrogen atoms, n is the number of nitrogen atoms, o is the number of oxygen atoms, and s is the number of sulfur atoms.)
This value generally indicates the degree of unsaturation in the molecule, especially the presence of double bonds and rings.
(12)「JACD (ジャックディー)」「Juxtaposed Attributes for Chemical-structure Description)」
「JACD」とは、分子構造に関する新規な表示方式であって、分子の構造を、アトリビュートの種類及びアトリビュートの数により表示するものである。アトリビュートが他のアトリビュートのいずれの位置において結合しているかについては表示しない。
上記において、「アトリビュート」とは、分子を構成している化学構造上の部品(パーツ)を指す概念である。芳香族化合物においては、具体的には、前述の「コア」、「架橋」及び「側鎖」を指す。
この表示方式によると、石油を構成する膨大数の分子の各々に関し、それらの構造を、必要かつ十分な程度に特定することができる。
以下の化学式で表された分子を例にとって説明する。
(12) "JACD""Juxtaposed Attributes for Chemical-structure Description)"
"JACD" is a new display method for molecular structure, which displays the molecular structure by the type of attribute and the number of attributes. It does not indicate where the attribute is bound to other attributes.
In the above description, the term “attribute” is a concept that refers to chemical structural parts (parts) that constitute a molecule. In aromatic compounds, it specifically refers to the aforementioned "core", "bridges" and "side chains".
According to this display system, for each of the vast number of molecules that make up petroleum, their structure can be specified to the necessary and sufficient extent.
A molecule represented by the following chemical formula will be described as an example.
この化合物をJACDで表すと、以下の表1のようになる。 The JACD of this compound is shown in Table 1 below.
JACDで表示され、構造が特定された分子とは、アトリビュートの結合位置の違いによる異性体をすべて含む概念である。 A molecule represented by JACD and having a specified structure is a concept that includes all isomers due to differences in the binding positions of attributes.
(13)「物性値」
「物性値」とは、上記の方法により特定された分子構造及びその存在割合に基づいて得られる値であって、物質の物理的又は化学的な性質や性状、特性を表現するものであれば、名称の如何に拘わらず、「物性値」に含まれる。本明細書において、「物性値」とは、これらに限定されるものではないが、例えば、融点、ハンセン溶解度指数値、生成ギブス自由エネルギー、イオン化ポテンシャル、分極率、誘電率、蒸気圧、液体密度、API度、気体粘度、液体粘度、表面張力、沸点、臨界温度、臨界圧力、臨界体積、生成熱、熱容量、双極子モーメント、エンタルピー、エントロピー等である。
(13) "Physical property value"
"Physical property value" is a value obtained based on the molecular structure and its abundance ratio specified by the above method, and if it expresses the physical or chemical properties, properties, and characteristics of the substance , are included in "physical property values" regardless of their names. As used herein, the term "physical property" includes, but is not limited to, melting point, Hansen solubility index, Gibbs free energy of formation, ionization potential, polarizability, dielectric constant, vapor pressure, liquid density , API degree, gas viscosity, liquid viscosity, surface tension, boiling point, critical temperature, critical pressure, critical volume, heat of formation, heat capacity, dipole moment, enthalpy, entropy, etc.
(14)「石油」
本明細書において、「石油」とは、原油、並びに原油を蒸留して得られる諸留分及び諸留分に改質や分解等の二次装置による処理を加えて得られる留分等をも含む総称的な概念をいう。或いは、原油を蒸留して得られたある留分について、さらに飽和炭化水素や芳香族炭化水素等の成分に分画した分画物をさすこともある。
(15)「石油に関する装置」
本明細書において、「石油に関する装置」とは、蒸留装置や抽出装置をはじめ、改質装置、水素添加反応装置、脱硫装置等の化学反応を伴う装置等、石油の処理に関する装置をすべて含む。「石油に関する装置」を総じて、「石油精製装置」ともいう。
(14) “Oil”
As used herein, the term “petroleum” includes crude oil, fractions obtained by distilling crude oil, and fractions obtained by subjecting the fractions to secondary processing such as reforming and cracking. A generic concept that includes Alternatively, it may refer to a fraction obtained by further fractionating a fraction obtained by distilling crude oil into components such as saturated hydrocarbons and aromatic hydrocarbons.
(15) “Equipment related to petroleum”
As used herein, the term “petroleum-related equipment” includes all equipment related to petroleum processing, including distillation equipment, extraction equipment, reforming equipment, hydrogenation reaction equipment, desulfurization equipment, and other equipment involving chemical reactions. "Equipment related to petroleum" is also generally referred to as "oil refining equipment".
<多成分混合物の各成分の分子構造の特定>
次に、図1のフローチャートを参照して、本実施形態における多成分混合物の各成分の分子構造を特定するための、各ステップを説明する。
(1)ステップ1(質量分析)(図1のS1)
ステップ1は、多成分混合物に対し質量分析を行い、得られたピークの各々について、そのピークに帰属する分子の分子式を特定し、さらにその分子の存在割合を特定するステップである。即ち、多成分混合物に対し質量分析を行い、それにより得られたすべてのピークについて、各ピークに帰属する分子の分子式を特定し、さらにその分子式に該当する分子の存在割合を特定するステップである。
<Identification of the molecular structure of each component of the multicomponent mixture>
Next, each step for identifying the molecular structure of each component of the multi-component mixture in this embodiment will be described with reference to the flow chart of FIG.
(1) Step 1 (mass spectrometry) (S1 in FIG. 1)
質量分析は、超高分解能の質量分析計を用いるのが好ましい。具体的には、FT-ICR-質量分析計を用いて、公知の方法、即ち、試料をソフトイオン化して分子イオン又は擬分子イオンを形成することにより、高精度な計測を行う。 Mass spectrometry preferably uses an ultra-high resolution mass spectrometer. In particular, FT-ICR-mass spectrometers are used to perform highly accurate measurements in a known manner, namely by soft ionizing the sample to form molecular or pseudo-molecular ions.
(2)ステップ2(衝突誘起解離)(図1のS2)
ステップ2は、多成分混合物に対し衝突誘起解離を行うステップである。「衝突誘起解離(Collision Induced Dissociation、以下、「CID」ともいう。)」とは、分子をイオン化し、これをアルゴン等の不活性ガスに衝突させ、架橋及び側鎖を切断する操作をいう。通常、当該多成分混合物を構成する各成分における架橋及び側鎖が切断されるように、衝突エネルギーを与えることが好ましい。架橋及び側鎖を切断することにより、コアごとのフラグメントイオンが生成される。このコアは、衝突誘起解離では切断し得なかった炭素数0~4程度の脂肪族基を側鎖として有していることがある。
多成分混合物に対しFT-ICR-質量分析を行ったとき、得られるピークのm/zから、多成分混合物を構成する分子の分子式を決定することができるが、その分子の「コア」に関する情報は得られない。そこで、さらに、衝突誘起解離を行って、多成分混合物を構成する各分子中の架橋及び側鎖を切断すれば、多成分混合物全体の中に存在するコアの種類を知ることができる。
衝突誘起解離を行う条件としては、分子中の架橋及び側鎖を有効に切断できる衝突エネルギー、例えば、10~50kcal/モルが好ましく、20~40kcal/モルがより好ましい。なお、40kcal/モルは、分子量を700とすると32eVに相当する。
(2) Step 2 (collision-induced dissociation) (S2 in FIG. 1)
When FT-ICR-mass spectrometry is performed on a multicomponent mixture, the m/z of the resulting peaks can be used to determine the molecular formulas of the molecules that make up the multicomponent mixture. is not obtained. Therefore, if collision-induced dissociation is further performed to cut the crosslinks and side chains in each molecule that constitutes the multicomponent mixture, the types of cores present in the entire multicomponent mixture can be known.
The conditions for collision-induced dissociation are preferably collision energy capable of effectively severing crosslinks and side chains in the molecule, for example, 10 to 50 kcal/mol, more preferably 20 to 40 kcal/mol. 40 kcal/mol corresponds to 32 eV when the molecular weight is 700.
(3)ステップ3(各コアの構造及び存在割合の特定)(図1のS3)
ステップ3は、ステップ2の衝突誘起解離により生成した各フラグメントイオンについて、質量分析、好ましくは、FT-ICR-質量分析を行い、各フラグメントイオンを構成するコアの構造及び存在割合を特定するステップである。
(3) Step 3 (identification of structure and existence ratio of each core) (S3 in FIG. 1)
(ア)まず、各フラグメントイオンを構成するコアについて、その構造を特定する方法を説明する。
具体的には、前記ステップ2で得られたコアに関する情報と、予め用意しておいたコア構造リストに記載されているコアに関する情報とを照合し、各コアの構造を特定する方法である。
詳しくは、以下のとおりである。
i. 衝突誘起解離後におけるコアに関する情報の取得
衝突誘起解離後の各フラグメントイオンのFT-ICR-質量分析においては、コアの部分は同じであっても、側鎖として炭素数が0~4程度の脂肪族基を有するフラグメントイオンは、その側鎖の種類に応じて、各々質量が異なるため、別々のピークとして現れる。そこで、コアに側鎖として炭素数が0~4の脂肪族基を持つものについて、これら各種の質量を予め算出しておき、上記現れた別々のピークを種々比較照合すれば、コアそのものの質量を割り出すことが可能となる。
この方法を用いて、ステップ2において、衝突誘起解離後に得られたピークの各々について、そのピークに帰属されるコアは、質量がいくつで、O,N又はS原子等のヘテロ原子がいくつ存在し、またDBE値から芳香環がいくつ存在しているかという情報を得ることができる。
(a) First, a method for specifying the structure of the core that constitutes each fragment ion will be described.
Specifically, it is a method of collating the information about the cores obtained in
Details are as follows.
i. Acquisition of information on the core after collision-induced dissociation In FT-ICR-mass spectrometry of each fragment ion after collision-induced dissociation, even if the core part is the same, the number of carbon atoms in the side chain is about 0 to 4. Fragment ions having an aliphatic group of have different masses depending on the type of side chain, so they appear as separate peaks. Therefore, for a core having an aliphatic group having 0 to 4 carbon atoms as a side chain, the mass of each of these is calculated in advance, and the different peaks that appear are compared and collated in various ways, and the mass of the core itself can be assigned.
Using this method, in
ii. 衝突誘起解離後におけるコアの構造の特定
衝突誘起解離後におけるコアの構造を特定する方法として、予め、多成分混合物の各成分分子を構成すると想定できる各種のコアをモデルとしてリスト化した、「コア構造リスト」を作成しておき、当該リストに格納されているコアの分子量、ヘテロ原子の種類と数等の情報と上記にて得られたコアの情報を照合して、このリストの中から最も妥当と考えられるコアのモデルを選択し、そのコアを当該コアとして該当させるという方法がある。
この方法により、衝突誘起解離後のFT-ICR-質量分析にて得られたすべてのピークに対して、コアが割り付けられ、その構造を知ることが可能となる。
ii. Specification of core structure after collision-induced dissociation As a method of specifying the core structure after collision-induced dissociation, various cores that can be assumed to constitute each component molecule of a multi-component mixture are listed as models in advance. Create a "core structure list", compare the information such as the molecular weight of the core, the type and number of heteroatoms stored in the list with the information on the core obtained above, and There is a method of selecting a core model that is considered to be the most appropriate from the above and assigning the selected core as the relevant core.
By this method, cores are assigned to all peaks obtained in FT-ICR-mass spectrometry after collision-induced dissociation, making it possible to know their structures.
iii.コア構造リスト
上記コア構造リストに格納するコアの種類については、特に限定されるものではなく、いかなるものであってもよいが、格納するコアの選定の妥当性が各コアの構造特定の妥当性に直結することになる。
試料である多成分混合物そのものの内容に応じて、予め「コア構造リスト」を作成しておくのが好ましい。例えば、多成分混合物が石油の場合、これまでの石油に関する知見をもとにして、予め、「石油の分子構造特定用のコア構造リスト」を作成しておき、それを用いればよい。
リストの作成においては、基本となる芳香環における環数、芳香環に直接結合するナフテン環の種類と数(カタ型かペリ型かという違いも含む)及び直接結合の態様(即ち、基本芳香環のどの位置にどういう形でナフテン環が結合しているのかという態様)等、諸条件を勘案して、適当数のコアを格納するのがよい。
例えば、芳香環の大きさは6環までとすることや、ヘテロ原子はN、O、Sを想定し、ヘテロ環の種類としては10個程度とすること等、計算上の便宜を考慮してリストを作成すればよい。
iii. Core structure list The types of cores to be stored in the core structure list are not particularly limited and may be of any type. It is directly related to validity.
It is preferable to prepare a "core structure list" in advance according to the content of the multi-component mixture itself, which is a sample. For example, when the multi-component mixture is petroleum, a "core structure list for specifying the molecular structure of petroleum" may be prepared in advance based on the knowledge about petroleum so far and used.
In creating the list, the number of rings in the basic aromatic ring, the type and number of naphthenic rings directly bonded to the aromatic ring (including the difference between cata-type and peri-type), and the mode of direct bonding (that is, the basic aromatic ring It is preferable to store an appropriate number of cores in consideration of various conditions such as which position and in what form the naphthene ring is bonded.
For example, the size of the aromatic ring is up to 6 rings, and the heteroatom is assumed to be N, O, S, and the number of types of heterocycles is about 10, etc., considering convenience in calculation. Just make a list.
iv.コア構造リストからの選定
コア構造リストには、「分子量、DBE値及びヘテロ原子の種類と数がすべて同じであるが、構造式が異なる」というものが複数存在している場合がある。この場合、それらの複数のうちどれを第一優先として選定するかについては、適宜、ルールを決めておけばよい。例えば、優先性として、次の1~3が挙げられる。
1.芳香環のみから成るものを優先する。
2.不飽和結合の多いものを優先する。
3.環数の少ないものを優先する。
iv. Selection from Core Structure List There may be multiple structures in the core structure list that have the same molecular weight, DBE value, and type and number of heteroatoms, but different structural formulas. In this case, it suffices to appropriately determine a rule as to which one of the plurality is to be selected as the first priority. For example, as the priority, the following 1 to 3 can be mentioned.
1. Preference is given to those consisting only of aromatic rings.
2. Prioritize those with many unsaturated bonds.
3. Prioritize those with fewer rings.
(イ)次に、各コアの存在割合を特定する方法を説明する。
前述のとおり、ステップ2において衝突誘起解離後に得られた各々のピークの高さから、そのm/z、即ち、その質量を持つコアの存在割合を求めることができる。
本ステップ3で得られた衝突誘起解離後の各コアの構造は、後にステップ5にて用いられることになり、また、衝突誘起解離後の各コアの存在割合は、後にステップ4にて用いられることになる。
(b) Next, a method for specifying the existence ratio of each core will be described.
As described above, from the height of each peak obtained after collision-induced dissociation in
The structure of each core after collision-induced dissociation obtained in this
(4)ステップ4(クラスごとのコアの存在態様及び存在割合の推定)(図1のS4)
ステップ1におけるピークの各々に帰属する分子を、「ヘテロ原子の種類と数(ゼロを含む。)及びDBE値」に基づいて「クラス」に分け、当該各々の「クラス」に属するすべての分子について、その存在態様及び存在割合を推定するステップである。
言い換えれば、ステップ1におけるすべてのピークに帰属する分子について、ステップ1にて特定された各々の分子式における「ヘテロ原子の種類と数(ゼロを含む。)及びDBE値」に基づいて「クラス」に分け、当該各々の「クラス」に属するすべての分子について、その存在態様及び存在割合を推定するステップである。
(4) Step 4 (Estimation of existence state and existence ratio of cores for each class) (S4 in FIG. 1)
Molecules belonging to each of the peaks in
In other words, the molecules belonging to all the peaks in
以下、ステップ4について詳説する。
(ア)ステップ1において、すべてのピークについて分子式が特定されているため、その分子式におけるヘテロ原子の種類とその数及びDBE値が判明する。したがって、本ステップでは、この「ヘテロ原子の種類とその数及びDBE値」に基づいて、すべてのピークに帰属させた分子それぞれを、「ヘテロ原子の種類とその数及びDBE値」ごとに括られたそれぞれの「クラス」の中に編入する。
「ヘテロ原子の種類と数」とは、詳しくは、「ヘテロ原子の種類ごとのそのヘテロ原子の数」である。ヘテロ原子とは、好ましくは、窒素原子、硫黄原子及び酸素原子であるため、「ヘテロ原子の種類と数」とは、好ましくは、「窒素原子、硫黄原子及び酸素原子のそれぞれの数」ということもできる。よって、ヘテロ原子に関して言えば、「窒素原子の数、硫黄原子の数及び酸素原子の数のすべてが一致するもの」が同一の「クラス」に入ることになる。
(a) Since the molecular formulas are specified for all peaks in
"Type and number of heteroatoms" is specifically "the number of heteroatoms for each type of heteroatom". The heteroatom is preferably a nitrogen atom, a sulfur atom and an oxygen atom, so the "type and number of heteroatoms" preferably means "the number of nitrogen atoms, sulfur atoms and oxygen atoms". can also Therefore, with regard to heteroatoms, "the number of nitrogen atoms, the number of sulfur atoms, and the number of oxygen atoms are all the same" belong to the same "class".
(イ)次に、(ア)に記載した「ヘテロ原子の種類と数及びDBE値」で括られた各クラスにおいて、そのクラスに属する各分子が、どういうシングルコア又はマルチコアであるのかを推定する。また、それらのシングルコア及びマルチコアは、それぞれどういう割合で存在するのかを推定する。
これらの推定を行うにあたっては、実際の計算上の便宜から、いくつかの仮定を設けて行うのが好ましい。
ここで、「マルチコア」は、どういうコアどうしが架橋して結合しているのかにより、いろいろな組み合わせがありうる。ただし、マルチコアを形成する複数個のコアのDBE値の和及びヘテロ原子の種類に応じた数の和は、そのクラスに属しているものは、皆、同じ値である。
(b) Next, in each class bounded by "type and number of heteroatoms and DBE value" described in (a), each molecule belonging to that class is estimated to be single-core or multi-core. . In addition, it is estimated in what ratio the single-core and multi-core are present.
In performing these estimations, it is preferable to make some assumptions for practical calculation convenience.
Here, "multi-core" can be combined in various ways depending on what kind of cores are crosslinked and bonded. However, the sum of the DBE values of a plurality of cores forming a multi-core and the sum of numbers corresponding to the types of heteroatoms are the same for all those belonging to the class.
(ウ) 上記のように、FT-ICR-質量分析にて得られたピークの各々に帰属する分子について、ヘテロ原子の種類と数及びDBE値が同じものからなるクラスごとに括り直したが、そのクラスに属する分子は、シングルコア又はマルチコアである。これらのシングルコア又はマルチコアが、どういうコアをもって構成されるのかを推定する好ましい方法について、以下、説明する。 (c) As described above, the molecules assigned to each of the peaks obtained by FT-ICR-mass spectrometry were grouped into classes having the same type and number of heteroatoms and the same DBE value. Molecules belonging to that class are single-core or multi-core. A preferred method for estimating what kind of cores these single cores or multicores are composed of will be described below.
そのクラスに属する分子が、シングルコアである場合は、そのクラスに該当するヘテロ原子の種類と数及びDBE値を持つシングルコアが該当する。そのクラスに属する分子が、マルチコアである場合は、当該マルチコアを構成している複数のコア中に存在する同じ種類のヘテロ原子ごとの数の和及びこれら複数のコアのDBE値の和が、当該クラスのヘテロ原子の種類と数及びDBE値と一致するように、コアを組み合わせたものが該当する。複数のコアのヘテロ原子の種類に応じた数の和及びDBE値の和がそのクラスのヘテロ原子の種類と数及びDBE値に該当すればよいのであるから、マルチコアを構成する複数のコアの組み合わせは、通常、1つとは限らず、数通り存在する。 When a molecule belonging to the class is a single core, it is a single core having the type and number of heteroatoms and DBE value corresponding to the class. When the molecule belonging to the class is multi-core, the sum of the number of heteroatoms of the same type present in the multiple cores constituting the multi-core and the sum of the DBE values of these multiple cores is This is the combination of cores consistent with the type and number of heteroatoms and the DBE value of the class. Since the sum of the numbers corresponding to the types of heteroatoms and the sum of the DBE values of the multiple cores should correspond to the types, the number, and the DBE values of the heteroatoms of the class, the combination of multiple cores that constitute the multi-core is usually not limited to one, but exists in several ways.
(エ)次に、「そのクラスに属する各分子であるシングルコア及びマルチコアは、それぞれどういう割合で存在するのか」を推定する。
好ましくは、最初に、マルチコアの存在割合は、そのマルチコアを構成している複数のコアそれぞれの存在割合の積であると仮定し、これを推定値とする。
(d) Next, it is estimated that "in what ratio are single-core molecules and multi-core molecules that belong to the class exist?"
Preferably, first, it is assumed that the existence ratio of a multi-core is the product of the respective existence ratios of the multiple cores that make up the multi-core, and this is taken as an estimated value.
(5)ステップ5(コア構造、側鎖及び架橋の決定)(図1のS5)
ステップ5は、ステップ4において存在態様が推定された各分子に対し、それらを構成するコアの構造を決定し、さらに側鎖及び架橋を決定して割り付けるステップである。
(5) Step 5 (Determination of Core Structure, Side Chains and Crosslinks) (S5 in FIG. 1)
Step 5 is a step of determining the structure of the core that constitutes each molecule whose existence mode was estimated in
(ア)「ステップ4において存在態様が推定された各分子」に対し、「それらを形成するコアの構造を決定する」とは、以下のi~vの操作により行うものである。
i.ステップ4で存在態様がマルチコアと推定された場合は、それを構成しているコアごとに分けて(解除して)とらえる。
(a) "Determining the structure of the core forming each molecule" for "each molecule whose existence mode was estimated in
i. If the mode of existence is estimated to be multi-core in
ii.ステップ4で存在態様がシングルコアであると推定されたもの及び上記iのようにマルチコアを解除して生成したコアのすべてについて、同じ「ヘテロ原子の種類と数及びDBE値」のものごとにそれぞれの「クラス」に括り直す。因みに、ここでいう「クラス」は、もともとのシングルコア及びマルチコアを解除して得られたコアに関する概念であり、ステップ4で述べた分子に関する「クラス」とは別のものである。
ii. The same "type and number of heteroatoms and DBE value" for all cores whose existence mode was estimated to be single core in
iii.上記iiで括られた「ヘテロ原子の種類と数及びDBE値」のすべての「クラス」に関し、その「クラス」に存在しているコアのすべてについて、具体的な構造を割り付ける。 iii. Allocate specific structures for all cores existing in the "classes" of "types and numbers of heteroatoms and DBE values" enclosed in ii above.
(イ)以下のi~iiiの操作により、さらに側鎖及び架橋を決定する。
i.上記により、シングルコア又はマルチコアのコアの部分の構造は特定することができたが、コアの部分のみの存在を想定しただけでは、対象とする試料についてFT-ICR-質量分析にて得られたピークのm/zが示す質量に合致しない。即ち、コアの部分に関与している炭素、水素及びヘテロ原子に基づく質量を合計しても、FT-ICR-質量分析にて得られたピークのm/zで示される質量と差が生じる。
そこで、その質量の差分は、コアに結合している側鎖及びコアどうしを結合させている架橋の存在に由来するものと考え、差分が解消するように炭素の数及び水素の数を割り出し、それを側鎖及び架橋としてコアに割り付ける。
例えば、あるm/z=nのピークに対して、上記の手順により、コア1とコア2が架橋してなるあるダブルコアが割り付けられたとする。このとき、
その質量の差分(d)=n-(コア1の質量+コア2の質量)
が、側鎖及び架橋の存在に由来するものとなる。
(b) The side chains and crosslinks are further determined by the operations i to iii below.
i. By the above, the structure of the core part of a single core or multi-core could be specified, but if only the existence of the core part was assumed, the FT-ICR-mass spectrometry of the target sample could not be obtained. The m/z of the obtained peak does not match the indicated mass. That is, the sum of the masses due to the carbon, hydrogen and heteroatoms involved in the core part differs from the m/z masses of the peaks obtained by FT-ICR-mass spectrometry.
Therefore, it is considered that the difference in mass is derived from the presence of the side chains bonded to the core and the crosslinks that bond the cores together. Assign it to the core as side chains and bridges.
For example, suppose that a certain double core obtained by cross-linking
The difference in mass (d) = n - (mass of
is due to the presence of side chains and crosslinks.
ii.上記iにおいては、側鎖及び架橋として割り付ける炭素の数及び水素の数は求められるが、まだ、どういう構造の側鎖及び架橋かは決定できていない。そこで、どういう構造の側鎖及び架橋が相当するのかを推定するにあたっては、想定される側鎖及び架橋の組合せの存在確率を考慮して、例えば、以下のようなルールを決めておき、それに従って推定すればよい。ルールとしては、側鎖や架橋を構成する炭素の数の上限や側鎖の本数等の条件を予め定めておけばよい。
iii.上記iにおいて、その質量の差分に相当する側鎖又は架橋が存在しない場合は、コア1とコア2が単に結合しているという構造を当てはめてもよい。
(ウ)上記にて決定した側鎖及び架橋を「コアに割り付ける」とは、どのコアのどの位置に側鎖や架橋が結合しているかを決定することまでを包含する意味ではない。
ii. In the above i., the number of carbon atoms and the number of hydrogen atoms assigned to the side chains and crosslinks are determined, but the structure of the side chains and crosslinks has not yet been determined. Therefore, in estimating what kind of structure side chains and crosslinks correspond, considering the existence probability of the combination of side chains and crosslinks, for example, the following rules are determined, and according to them Just guess. As a rule, conditions such as the upper limit of the number of carbon atoms constituting side chains and crosslinks and the number of side chains may be determined in advance.
iii. In i above, if there are no side chains or bridges corresponding to the difference in mass, a structure in which
(c) “Assigning to cores” the side chains and crosslinks determined above does not include determining to which position of which core the side chains and crosslinks are bound.
(エ)このようにして、ステップ5により、ステップ4において存在態様が推定された各シングルコア又はダブルコアに対し、それらを構成するコアの構造を決定し、さらに側鎖及び架橋を決定することができる。
(d) In this way, in step 5, for each single core or double core whose existence state was estimated in
上記のステップ1~ステップ5により、多成分混合物を構成する各成分について、その分子構造をJACDで特定し、またその存在割合を特定することができる。
Through
本発明においては、前記多成分混合物が、ある多成分混合物を2以上の任意の部分に分画することにより得られた一つの分画物であってもよい。即ち、前記における「多成分混合物」を、大きな括りの「多成分混合物A」を分画して得られた一つの分画物Iと捉えた場合、「多成分混合物A」は、分画物I、分画物II・・など、分画の数だけの分画物の混合物と捉えることができる。分画物IIについても、分画物Iで行った方法と同様の方法により、分画物IIを構成する各成分の分子構造を特定することができる。 In the present invention, the multicomponent mixture may be one fraction obtained by fractionating a certain multicomponent mixture into two or more arbitrary parts. That is, when the "multicomponent mixture" in the above is regarded as one fraction I obtained by fractionating the large "multicomponent mixture A", the "multicomponent mixture A" is a fraction It can be regarded as a mixture of as many fractions as the number of fractions, such as fraction I, fraction II, and so on. For Fraction II, the molecular structure of each component constituting Fraction II can be identified by the same method as that for Fraction I.
分画を行うにあたって、分画物の境目とする基準又は分画するための方法は特に問わない。具体的には、以下のような方法で行うのが好ましい。
多成分混合物に対し高精度なタイプ別分離前処理を施し、複数の成分に分画するという方法である。特に重質油の場合、かかる分画を行うことが好ましい。「タイプ別分離前処理」の方法としては、特に限定はされず、任意の基準に従っていくつかの成分に分離させればよいのであるが、カラムクロマト分画方法、ソックスレー抽出法や高速溶媒抽出法等の溶媒抽出法等の公知の方法を用いればよい。重質油の場合は、例えば、特開2011-133363号公報に記載の方法のように、カラムクロマト分画方法を用いるのが好ましい。いくつの成分に分画するかは、目的に応じて、適宜選択すればよい。
In carrying out fractionation, there is no particular limitation on the criteria used as boundaries between fractions or the method for fractionation. Specifically, it is preferable to carry out by the following methods.
In this method, a multi-component mixture is subjected to a highly accurate type-based separation pretreatment to fractionate into multiple components. Particularly in the case of heavy oils, it is preferable to carry out such a fractionation. The method of "separation pretreatment by type" is not particularly limited, and it may be separated into several components according to arbitrary standards, but column chromatography fractionation method, Soxhlet extraction method and high-speed solvent extraction method A known method such as a solvent extraction method such as the above may be used. In the case of heavy oil, it is preferable to use a column chromatography fractionation method, such as the method described in JP-A-2011-133363. The number of components to be fractionated may be appropriately selected according to the purpose.
具体的には、次の第1~第3工程を含む方法が挙げられる。
(第1工程)
重質油をn-パラフィンに可溶なマルテン分とそれ以外の不溶分に分離する。
(第2工程)
上記(第1工程)で分離したマルテン分をカラムクロマトグラフィーを用いて飽和分(Sa)、1環芳香族分(1A)、2環芳香族分(2A)、3環以上の芳香族分(3A+)、極性レジン分(Po)及び多環芳香族レジン(PA)の各フラクションに分離する。
(第3工程)
さらに好ましくは、前記第2工程で得られた3環以上の芳香族分フラクション(3A+)を、分取液体クロマトグラフィーを用いて、さらにPeri型4環芳香族分とCata型4環芳香族分のフラクション及び場合によっては5環以上の芳香族分(5A+)に分離してもよい。
Specifically, the method includes the following first to third steps.
(First step)
Heavy oil is separated into n-paraffin-soluble maltene and other insolubles.
(Second step)
The maltene content separated in the above (first step) was subjected to column chromatography to obtain saturated content (Sa), single-ring aromatic content (1A), two-ring aromatic content (2A), three-ring or more aromatic content ( 3A+), polar resin fraction (Po) and polycyclic aromatic resin (PA) fractions.
(Third step)
More preferably, the 3- or more-ring aromatic fraction (3A+) obtained in the second step is further subjected to Peri-type 4-ring aromatics and Cata-type 4-ring aromatics using preparative liquid chromatography. and optionally 5 or more ring aromatics (5A+).
<コンピュータによる多成分混合物の組成モデルの決定方法>
次に、コンピュータを用いて、多成分混合物の組成モデルを決定する方法を説明する。
これは、多成分混合物を2以上の任意の部分に分画するステップAと、ステップAで分画された各分画物について、前記の方法により、各分画物を構成する各成分の分子構造及び存在割合を特定するステップBと、ステップAで分画された各分画物の混合比に従って、すべての分画物について得られた全成分の分子構造及び存在割合を統合するステップCとを含むことを特徴とする方法である。
前記のとおり、「多成分混合物A」を、それを分画することにより得られた分画物I、分画物II・・など、分画の数だけの分画物の混合物と捉え、各分画物については、前記の方法にて、その分画物を構成する各成分の分子構造及びその存在割合を特定する。しかる後に、「多成分混合物A」における分画物I、分画物II・・それぞれの混合比、即ち、分画収率に従って、全分画物の全成分を統合すれば、「多成分混合物A」の組成モデル全体について、どういう成分により、どういう割合で構成されているのかを特定することができる。
<Method for Determining Composition Model of Multi-Component Mixture by Computer>
Next, a method for determining a composition model of a multi-component mixture using a computer will be described.
This includes step A of fractionating the multi-component mixture into two or more arbitrary parts, and for each fraction fractionated in step A, the molecules of each component constituting each fraction by the method described above. A step B of specifying the structure and abundance ratio, and a step C of integrating the molecular structure and abundance ratio of all components obtained for all fractions according to the mixing ratio of each fraction fractionated in step A. A method comprising:
As described above, the "multicomponent mixture A" is regarded as a mixture of fractions as many as the number of fractions, such as fraction I, fraction II, etc. obtained by fractionating it, and each For the fraction, the molecular structure and abundance ratio of each component constituting the fraction are specified by the method described above. After that, if all the components of all fractions are integrated according to the mixing ratio of each of fraction I, fraction II, etc. in "multicomponent mixture A", that is, according to the fractional yield, "multicomponent mixture With regard to the entire composition model of A", it is possible to specify what kind of components and in what proportions it is composed.
<多成分混合物の各成分の融点およびハンセン溶解度指数値の取得ステップ>
次に、本実施形態における多成分混合物の融点およびハンセン溶解度指数値の取得ステップを説明する。
(6)ステップ6(融点およびハンセン溶解度指数値の取得)(図1のS6)
ステップ(1)~(5)により、JACDを用いて特定された多成分混合物の各成分の分子構造から、各成分の融点およびハンセン溶解度指数値(以下、「HSP値」ともいう)を取得する。
これらの物性値は、上記のようにして特定された多成分混合物の各成分の分子構造について、全石油分子データベース(Comcat)を用いて特定することが好ましい。
<Step of obtaining melting point and Hansen solubility index value of each component of multi-component mixture>
Next, the step of obtaining the melting point and Hansen Solubility Index value of the multi-component mixture in this embodiment will be described.
(6) Step 6 (acquisition of melting point and Hansen Solubility Index values) (S6 in FIG. 1)
Obtaining the melting point and Hansen solubility index value (hereinafter also referred to as "HSP value") of each component from the molecular structure of each component of the multicomponent mixture identified using JACD in steps (1) to (5) .
These physical property values are preferably specified for the molecular structure of each component of the multi-component mixture specified as described above using the complete petroleum molecule database (Comcat).
Comcatとは、JACDと各物性値とが紐付けられた「JACD-物性値データベース」のことである。該データベースへの登録分子数は、約2,500万件であり、石油に含まれる全成分は、すべてComcatに含まれる分子から構成されると仮定したモデル系解析において、利用可能である。 Comcat is a "JACD-physical property value database" in which JACD and each physical property value are linked. The number of registered molecules in this database is about 25 million, and it can be used in model system analysis assuming that all components contained in petroleum are composed of molecules contained in Comcat.
該データベースに登録されている物性値は、融点、ハンセン溶解度指数値、沸点、臨界湿度、臨界圧力、臨界体積、蒸気圧、液体密度、気体粘度、液体粘度、表面張力、双極子モーメント、分極率、イオン化ポテンシャル、生成熱、エンタルピー、エントロピー、自由エネルギー、熱容量等の約200種の物性値である。 The physical property values registered in the database are melting point, Hansen Solubility Index, boiling point, critical humidity, critical pressure, critical volume, vapor pressure, liquid density, gas viscosity, liquid viscosity, surface tension, dipole moment, polarizability. , ionization potential, heat of formation, enthalpy, entropy, free energy, heat capacity, etc., about 200 physical properties.
これらの物性値は、通常、原子団寄与法や分子軌道法を用いて算出される。原子団寄与法とは、ある物質の物性値を求めるにあたり、その物質の化学構造を特定し、存在する各種の原子団、即ち、「基」が持つ固有のパラメータ値をもとに、その物質の物性値を算出するという方法である。即ち、その物質が持つ「基」が特定されることが前提となる。また、分子軌道法においても、まず、その物質が持つ「基」が特定され、それをもとに構造が特定されることが前提となる。
本発明においては、上述のように、多成分混合物を構成する各成分について、存在する各種の原子団が特定されるため、各種の原子団が持つ公知の固有のパラメータ値を用いて、その成分の物性値を算出することができる。さらに、各成分の存在割合も特定されているため、この存在割合を考慮すれば、適宜、各成分の持つ物性値から全体の多成分混合物の物性値を推算することが可能となる。
These physical property values are usually calculated using the atomic group contribution method or the molecular orbital method. The atomic group contribution method is used to determine the physical property values of a substance by specifying the chemical structure of the substance, and based on the unique parameter values of the various existing atomic groups, that is, the “groups” of the substance. It is a method of calculating the physical property value of That is, it is premised that the "group" of the substance is specified. Also, in the molecular orbital method, it is a premise that the "group" of the substance is specified first, and the structure is specified based on that.
In the present invention, as described above, for each component that constitutes the multi-component mixture, the various atomic groups present are specified, so that the component can be calculated. Furthermore, since the abundance ratio of each component is also specified, if this abundance ratio is considered, it is possible to appropriately estimate the physical property values of the entire multi-component mixture from the physical property values of each component.
<多成分凝集モデルを用いた多成分混合物の性状の推定ステップ>
次に、上記で得られた各成分の融点およびハンセン溶解度指数値を用いた、多成分凝集モデルによる多成分混合物の性状推定ステップを説明する。
<Step of estimating properties of multicomponent mixture using multicomponent aggregation model>
Next, the step of estimating properties of a multi-component mixture by a multi-component aggregation model using the melting point and Hansen solubility index value of each component obtained above will be described.
本発明の実施形態の説明に先立ち、本発明が立脚する多成分凝集モデル(Multi-Component Aggregation Model:MCAM)について、以下のステップ(7)~(16)により説明する。 Before describing the embodiments of the present invention, a multi-component aggregation model (MCAM) on which the present invention is based will be described in steps (7) to (16) below.
(7)ステップ7(液相成分と非液相成分への分離)(図1のS7)
上記のステップ(1)~(6)において、各成分の分率、融点及びハンセン溶解度指数値を取得し、所望の温度Tを設定する。
多成分混合物を構成する各成分のうち、所望の温度T未満の融点を有する成分を液相成分として分類し、該所望の温度T以上の融点を有する成分を非液相成分として分類する。ここで所望の温度Tとは、上記で定義したとおりである。
(7) Step 7 (separation into liquid phase component and non-liquid phase component) (S7 in FIG. 1)
In steps (1) to (6) above, the fraction, melting point and Hansen Solubility Index value of each component are obtained, and the desired temperature T is set.
Among the components constituting the multicomponent mixture, those having a melting point lower than the desired temperature T are classified as liquid phase components, and those having a melting point equal to or higher than the desired temperature T are classified as non-liquid phase components. Here, the desired temperature T is as defined above.
(8)ステップ8(液相全体の平均HSP値の算出)(図1のS8)
ステップ(7)において液相成分として分類された各成分のHSP値について、各成分の当該液相における容積分率で重み付けした加重平均値を、液相全体の平均HSP値として算出する。各成分について、密度、分子量等の物性に関する諸情報を予め取得しておくことにより、容積分率を算出することができる。
(8) Step 8 (calculation of the average HSP value of the entire liquid phase) (S8 in FIG. 1)
For the HSP value of each component classified as a liquid phase component in step (7), a weighted average value weighted by the volume fraction of each component in the liquid phase is calculated as the average HSP value of the entire liquid phase. The volume fraction can be calculated by obtaining in advance various information on physical properties such as density and molecular weight for each component.
(9)ステップ9(液相全体と各非液相成分とのHSP値の差の算出)(図1のS9)
ステップ(8)において算出した液相全体の平均HSP値と、非液相成分における各成分のHSP値との差(Δδ)を算出する。
(9) Step 9 (Calculation of HSP value difference between entire liquid phase and each non-liquid phase component) (S9 in FIG. 1)
A difference (Δδ) between the average HSP value of the entire liquid phase calculated in step (8) and the HSP value of each component in the non-liquid phase component is calculated.
(10)ステップ10(Δδに基づく各成分の分類の更新)(図1のS10)
非液相成分における各成分を、ステップ(9)において算出した差(Δδ)に基づいて、液相成分又は非液相成分として再分類し、液相成分として再分類された各成分を非液相成分から液相成分へ編入して、液相成分及び非液相成分を更新する。
この再分類における更新は、非液相成分における各成分について、一つずつ順番に行ってもよいし、複数の成分ごとに行ってもよい。
(10) Step 10 (Update Classification of Each Component Based on Δδ) (S10 in FIG. 1)
Each component in the non-liquid phase component is reclassified as a liquid phase component or a non-liquid phase component based on the difference (Δδ) calculated in step (9), and each component reclassified as a liquid phase component is classified as a non-liquid phase component. Incorporating from the phase component to the liquid phase component updates the liquid phase component and the non-liquid phase component.
The update in this reclassification may be performed for each component in the non-liquid phase component one by one, or may be performed for each of a plurality of components.
(11)ステップ11(更新後の液相全体の平均HSP値の算出)(図1のS11)
ステップ(10)において更新した後の液相成分における各成分のHSP値について、各成分の当該更新後の液相における容積分率で重み付けした加重平均値を、更新後の液相全体の平均HSP値として算出する。
(11) Step 11 (calculation of average HSP value of entire liquid phase after update) (S11 in FIG. 1)
For the HSP value of each component in the liquid phase component after updating in step (10), the weighted average value weighted by the volume fraction of each component in the liquid phase after updating is calculated as the average HSP of the entire liquid phase after updating Calculate as a value.
(12)ステップ12(ステップ9~11の繰り返し)(図1のS12)
ステップ(9)~(11)を、ステップ(10)において液相成分として再分類される非液相成分がなくなる最終段階まで繰り返す。
(12) Step 12 (repeat steps 9-11) (S12 in FIG. 1)
Steps (9)-(11) are repeated until the final stage when no non-liquid phase components are reclassified as liquid phase components in step (10).
(13)ステップ13(非液相成分の凝集度の算出)(図1のS13)
所望の温度における最終段階での更新後の非液相成分の凝集度Dを算出する。
(13) Step 13 (calculation of degree of aggregation of non-liquid phase components) (S13 in FIG. 1)
Calculate the degree of agglomeration D of the non-liquid phase components after updating at the final stage at the desired temperature.
(14)ステップ14(凝集度に基づく非液相成分の分類)(図1のS14)
最終段階での更新後の非液相成分における各成分を、凝集度Dに基づいて、凝集相成分と固相成分とに分類する。
(14) Step 14 (classification of non-liquid phase components based on degree of aggregation) (S14 in FIG. 1)
Each component in the non-liquid phase component after updating in the final stage is classified into a condensed phase component and a solid phase component based on the cohesion degree D.
(15)ステップ15(凝集相成分の平均凝集度の算出)(図1のS15)
ステップ14で分類した凝集相成分の平均凝縮度Dを算出する。
(15) Step 15 (calculation of average aggregation degree of aggregation phase components) (S15 in FIG. 1)
An average degree of condensation D of the cohesive phase components classified in
(16)ステップ16(多成分混合物の性状の出力)(図1のS16)
上記ステップから得られた情報により、多成分混合物の性状を出力する。
(16) Step 16 (output properties of multicomponent mixture) (S16 in FIG. 1)
The information obtained from the above steps outputs the properties of the multi-component mixture.
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these.
<多成分混合物の各成分の分子構造の特定>
本発明の、コンピュータによる多成分混合物の性状の推定方法について、図1のフローチャートに示した各ステップを想定モデルに適用して説明する。「多成分混合物」としては、多環芳香族レジン分(PA)をモデルとして用いる。
(1)ステップ1(質量分析)(図1のS1)
ステップ1において、多成分混合物を構成する各成分の分子式及びその分子式に該当する分子の存在割合を特定する。例えば、図4のFT-ICR-質量分析により得られたスペクトルのチャートを見ると、質量(m/z)が303.2付近には多くのピークが現れている。そのピークの各々について、帰属する分子の分子式を正確に特定する。
また、全ピークの高さの総和に対するあるピークの高さの比率は、そのピークに帰属する分子の存在割合を表すことから、その高さから各成分の分子式に該当する分子の存在割合を特定する。
<Identification of the molecular structure of each component of the multicomponent mixture>
The method for estimating properties of a multi-component mixture by computer according to the present invention will be described by applying each step shown in the flow chart of FIG. 1 to an assumed model. As a "multi-component mixture", a polycyclic aromatic resin component (PA) is used as a model.
(1) Step 1 (mass spectrometry) (S1 in FIG. 1)
In
In addition, since the ratio of the height of a certain peak to the sum of the heights of all peaks represents the abundance of molecules belonging to that peak, the abundance of molecules corresponding to the molecular formula of each component can be identified from that height. do.
(2)ステップ2(衝突誘起解離(CID))(図1のS2)
ステップ2においては、多成分混合物に対し衝突誘起解離を行う。
図2に示したように、炭素数40、DBE=17の親イオンを衝突誘起解離により、側鎖、架橋を切断し、二つのフラグメントイオンに解離させる。CID前の分子(親イオン)のDBE値「17」とCID後の2つの分子(フラグメントイオン)のDBE値「10」と「7」の和は等しくなる。
CIDにより、図2に示したように、架橋を持つ分子のほとんどは架橋及び側鎖を切断され、適切な条件下では、コアと炭素数がせいぜい4以下の側鎖からなることになる。
(2) Step 2 (collision-induced dissociation (CID)) (S2 in FIG. 1)
In
As shown in FIG. 2, a parent ion having 40 carbon atoms and DBE=17 is dissociated into two fragment ions by collision-induced dissociation to cut side chains and crosslinks. The sum of the DBE value "17" of the molecule (parent ion) before CID and the DBE values "10" and "7" of the two molecules (fragment ions) after CID is equal.
By CID, as shown in FIG. 2, most of the molecules with cross-links are cleaved of cross-links and side chains, and under appropriate conditions, consist of a core and side chains of no more than 4 carbon atoms.
(3)ステップ3(各コアの構造及び存在割合の特定)(図1のS3)
ステップ3では、ステップ2のCIDにより生成した各フラグメントイオンについて、FT-ICR-質量分析を行い、各フラグメントイオンを構成するコアの構造及び存在割合を特定する。即ち、CID後の各フラグメントイオンについてのFT-ICR-質量分析にて得られたピークに対して、それに帰属するコアの構造及び存在割合を特定する。
図5の模式図を参照して、各コアの構造及び存在割合の特定方法を説明する。ここでは、CID後のFT-ICR-質量スペクトルのm/zの値とコア構造リストに格納されているコアの精密質量とを比較、照合することで、各々のピークにコアを帰属させる。その際、ピークのm/zから得られる分子量、分子式、DBE値が一致するように、「コア構造リスト」に収納されているコアを照合し、選択して帰属させる。
ここにおいて、CID後のFT-ICR-質量スペクトルのすべてのピークに対し、帰属させられたコアの構造、分子量、ヘテロ原子の種類と数及びDBE値が特定されることになる。
ピークにそれぞれ帰属させたコアは、その帰属ピークの相対的高さから存在割合も知ることができる。
(3) Step 3 (identification of structure and existence ratio of each core) (S3 in FIG. 1)
In
A method for specifying the structure and abundance ratio of each core will be described with reference to the schematic diagram of FIG. Here, the m/z value of the FT-ICR-mass spectrum after CID and the accurate mass of the core stored in the core structure list are compared and collated to assign the core to each peak. At that time, the cores contained in the "core structure list" are collated, selected and assigned so that the molecular weight, molecular formula, and DBE value obtained from the m/z of the peak match.
Here, for every peak of the FT-ICR-mass spectrum after CID, the assigned core structure, molecular weight, type and number of heteroatoms and DBE values will be specified.
For the cores assigned to each peak, the abundance ratio can be known from the relative heights of the assigned peaks.
(4)ステップ4(クラスごとのコアの存在態様及び存在割合の推定)(図1のS4)
ステップ4では、ステップ1におけるピークの各々に帰属する分子を、「ヘテロ原子の種類と数(ゼロを含む。)及びDBE値」に基づいて「クラス」に分け、当該各々の「クラス」に属するすべての分子について、その存在態様及び存在割合を推定する。
(ア)まず、以下のようにして、対象とする多成分混合物のFT-ICR-質量分析にて得られたピークについて、「ヘテロ原子の種類と数及びDBE値」の「クラス」ごとにまとめてピークで表す。
図6を参照して説明する。図6の上段には、「FT-ICR-質量分析にて得られたピークそのもの」を示す。FT-ICR-質量分析にて得られたピークにおいては、そのピークに帰属する分子の分子式、ヘテロ原子の種類と数及びDBE値が判明している。そこで、まず、図6の中段に示すように、すべてのピークに割り付けられたすべての分子のうち、分子式中にヘテロ原子が存在しない分子については、まず「ヘテロ原子ゼロの群」として束ね、次に、その「ヘテロ原子ゼロの群」に存在することになった全分子について、「DBE値」ごとに分けピーク化する。次に、下段に示すように、分子式中に窒素原子が1つ存在する分子については、「N原子=1の群」として束ね、次に、その「N原子=1の群」に存在することになった全分子について、「DBE値」ごとに分けピーク化する。このように、順次、すべての「ヘテロ原子の種類及び数の群」について、該当する分子を束ね、その群に存在する全分子について、「DBE値」ごとに分けピーク化する。
(4) Step 4 (Estimation of existence state and existence ratio of cores for each class) (S4 in FIG. 1)
In
(a) First, summarize the peaks obtained by FT-ICR-mass spectrometry of the target multi-component mixture by “class” of “type and number of heteroatoms and DBE value” as follows are expressed as peaks.
Description will be made with reference to FIG. The upper part of FIG. 6 shows “the peak itself obtained by FT-ICR-mass spectrometry”. For the peak obtained by FT-ICR-mass spectrometry, the molecular formula of the molecule assigned to that peak, the type and number of heteroatoms, and the DBE value are known. Therefore, first, as shown in the middle of FIG. 6, among all the molecules assigned to all peaks, the molecules with no heteroatom in the molecular formula are first bundled as a “group of zero heteroatoms”, and then Then, all the molecules that have been found to exist in the "zero heteroatom group" are divided by "DBE value" and peaked. Next, as shown in the lower part, molecules having one nitrogen atom in the molecular formula are bundled as "group of N atom = 1", and then exist in the "group of N atom = 1" All the molecules that have become are divided by "DBE value" and peaked. In this way, for all "groups of types and numbers of heteroatoms", the corresponding molecules are bundled and peaks are obtained for all molecules existing in the groups by "DBE value".
上記では「ヘテロ原子ゼロの群」について述べたが、分子式中にヘテロ原子として窒素原子1個のみが存在する分子の場合は、それらについては「N1分子群」として束ね、そこに属しているすべての分子について、「DBE値」ごとに「クラス」として分ける。例えば、DBE値22のものを集めた「クラス」について、「N1分子群のDBE値22クラス」として分ける。また、分子式中にヘテロ原子として窒素原子1個と硫黄原子1個が存在する分子の場合は、それらについては「N1S1分子群」という別の群として束ねる。更に、「ヘテロ原子の種類と数及びDBE値」が同じ分子は、仮に炭素や水素の数が異なるため分子式が異なっていても「同一のクラス」に入ることになる。
以上により、「クラス」という単位で括られた分子の集まりは、ピークとして表すことが可能となる。
In the above, the "group with zero heteroatoms" was described, but in the case of molecules that have only one nitrogen atom as a heteroatom in the molecular formula, they are bundled as "N1 molecular group", and all belonging there are divided into "classes" for each "DBE value". For example, a "class" that collects DBE values of 22 is divided into "N1 molecule
As described above, it is possible to represent a collection of molecules bounded by a unit called "class" as a peak.
(イ)次に、「ヘテロ原子の種類と数」の群ごとにおける各「DBE値ピーク」に対し、そのピークはどういうコアから構成されているのかを推定する。
この場合、実際の計算上の便宜から、いくつかの仮定を設けて行うのが好ましい。以下に、「DBE値=22」を例にとって説明する。
DBE値が22の場合、挙げられるコアとしては、DBE値が22のシングルコア、DBE値の和が22となる複数のコアからなるマルチコアである。
ここで、次のように仮定(1)を設定する。
仮定(1):「すべてのマルチコアは2つのコアから構成されるものとする。即ち、ダブルコアのみとする。」
よって、DBE=22の場合、シングルコアは、 DBE=22のコア1個から成るものとなり、ダブルコアは、上記仮定(1)に基づき、想定される2つのコア(ここでは「コアAとコアB」とする)の組合せは以下の表2ようになる。
(b) Next, for each "DBE value peak" in each group of "type and number of heteroatoms", what kind of core the peak is composed of is estimated.
In this case, it is preferable to make some assumptions for practical calculation convenience. An example of "DBE value=22" will be described below.
When the DBE value is 22, the cores to be considered include a single core with a DBE value of 22 and a multi-core composed of a plurality of cores with a total DBE value of 22.
Here, assumption (1) is set as follows.
Assumption (1): "All multi-cores shall consist of two cores, i.e. only double-cores."
Therefore, when DBE=22, a single core consists of one core with DBE=22, and a double core consists of two assumed cores (here, "core A and core B ) are as shown in Table 2 below.
即ち、「DBE値=22」のピークは、以下の表3のようなコアから構成されていることになる。
That is, the peak of "DBE value=22" is composed of cores as shown in Table 3 below.
(ウ)次に、各コアがどういう割合で存在するのかを推定する。
この推定にあたっては、i.ダブルコア(マルチコア)の場合と、ii.シングルコアの場合とに分けて、以下の仮定(2)及び仮定(3)を設定して決定する。
(c) Next, the ratio of each core is estimated.
In this estimation, the following assumptions (2) and (3) are set and determined for i. double-core (multi-core) case and ii. single-core case.
i.ダブルコアの場合、次のように仮定(2)を設定する。
仮定(2):DBE値の和が22となる2つのコアの組合せからなるダブルコアのうち、例えば、「DBE値12のコアとDBE値10のコアからなるダブルコアの存在割合は、CID後のDBE値12のコアの存在割合とDBE値10のコアの存在割合の積である」と仮定し、この値を推定値とする。図7に、仮定(2)に基づくダブルコアの存在割合を模式的に示す。
ここで、CID後におけるDBE値12のコアの存在割合というのは、全DBE値のピークの高さの総和に対するDBE値12のピークの高さの比率のことである。
即ち、DBE値12のピークの存在割合は、(CID後のDBE値12を有する分子についてのピークの高さの総和)/(CID後の全ピークの高さの総和)となる。
DBE値10のものの存在割合も同様である。
DBE値の和が22となる2つのコアの他の組合せからなるダブルコア、例えば、DBE値14のコアとDBE値8のコアについても、同様にして、そのダブルコアの存在割合を推定することができる。
i. For double-core, set assumption (2) as follows.
Assumption (2): Among double cores made up of a combination of two cores with a DBE value sum of 22, for example, “the existence ratio of a double core made up of a core with a DBE value of 12 and a core with a DBE value of 10 is is the product of the existence ratio of cores with a DBE value of 12 and the existence ratio of cores with a DBE value of 10", and this value is an estimated value. FIG. 7 schematically shows the existence ratio of double cores based on assumption (2).
Here, the existence ratio of cores with a DBE value of 12 after CID is the ratio of the peak height of the DBE value of 12 to the sum of the peak heights of all DBE values.
That is, the existence ratio of a peak with a DBE value of 12 is (sum of peak heights for molecules having a DBE value of 12 after CID)/(sum of heights of all peaks after CID).
The existence ratio of those with a DBE value of 10 is the same.
For a double core composed of another combination of two cores with a DBE value sum of 22, for example, a core with a DBE value of 14 and a core with a DBE value of 8, the existence ratio of the double core can be similarly estimated. .
ii.シングルコアの場合、次のように仮定(3)を設定する。
仮定(3): DBE値が22となるシングルコアの存在割合は、「CID後のDBE値22のピ-クの存在割合をDBE値22で除した値」と仮定する。そして、この除した値を推定値とする。図8に、仮定(3)に基づくシングルコアの存在割合を模式的に示す。
以上のようにして、DBE値が22となるシングルコア及び種々のダブルコアの存在割合を推定することができる。
ii. For the single core case, set assumption (3) as follows.
Assumption (3): It is assumed that the existence ratio of a single core with a DBE value of 22 is "the value obtained by dividing the existence ratio of the peak with a DBE value of 22 after CID by the DBE value of 22". Then, this divided value is used as an estimated value. FIG. 8 schematically shows the existence ratio of single cores based on assumption (3).
As described above, the existing ratios of single cores and various double cores with a DBE value of 22 can be estimated.
上記では、「ヘテロ原子=ゼロ群におけるDBE値=22」の場合について説明したが、対象とする多成分混合物のうち、ヘテロ原子=ゼロの場合はDBE値=13から32まで存在している(図6の中段)ため、各々のDBE値について、同様に、それに帰属するコアの存在態様を推定する。
さらに、N=1の場合、N=2の場合、・・・と存在するすべての「ヘテロ原子の種類と数」の群ごとに、以上の作業を行う。このような場合、マルチコアにおいては、ヘテロ原子がどこに存在するかにより、とりうる可能性のあるコアの種類数は膨大となる。そこで、例えば、「ヘテロ原子は側鎖及び架橋部には存在せず、コアのみに存在する。」という仮定を設けてもよい。またヘテロ原子が多数存在する、例えば、「窒素原子1個と硫黄原子1個が存在する群(N1S1群)」の場合は、「架橋により結合している2個のコアのうち、片方に窒素原子が1個存在し、もう片方に硫黄原子が1個存在する。」というような仮定を設けてもよい。
以上のようにして、各分子がどのようなシングルコア又はマルチコアからなるものであるかを推定することができる。
In the above, the case of "the DBE value in the heteroatom = zero group = 22" was described, but in the target multicomponent mixture, when the heteroatom = zero, the DBE value = 13 to 32 is present ( FIG. 6 middle row), similarly, for each DBE value, the existence mode of the core attributed thereto is estimated.
Furthermore, when N=1, when N=2, . In such a case, the number of possible types of cores in multi-cores is enormous, depending on where the heteroatom exists. Thus, for example, an assumption may be made that "heteroatoms are not present in side chains and bridges, but only in the core." In addition, in the case of a group in which a large number of heteroatoms are present, for example, "a group in which one nitrogen atom and one sulfur atom are present (N1S1 group)", "one of the two cores bonded by a bridge, nitrogen There is one atom, and there is one sulfur atom on the other side."
As described above, it is possible to estimate what kind of single-core or multi-core each molecule consists of.
(エ)次に、「そのクラスに属する各分子であるシングルコア及びマルチコアは、それぞれどういう割合で存在するのか」を推定する。好ましくは、最初に、マルチコアの存在割合は、そのマルチコアを構成している複数のコアそれぞれの存在割合の積であると仮定し、これを推定値とする。 (d) Next, it is estimated that "in what ratio are single-core molecules and multi-core molecules that belong to the class exist?" Preferably, first, it is assumed that the existence ratio of a multi-core is the product of the respective existence ratios of the multiple cores that make up the multi-core, and this is taken as an estimated value.
上記の例では、DBE値の和が22となる2個のコアの組合せからダブルコアのうち、例えば、DBE値12のコアとDBE値10のコアからなるダブルコアの存在割合は、「CID後におけるDBE値12のコアの存在割合とDBE値10のコアの存在割合の積」であると仮定し、これを推定値とする。 In the above example, among double cores obtained from a combination of two cores with a DBE value sum of 22, for example, the existence ratio of a double core consisting of a core with a DBE value of 12 and a core with a DBE value of 10 is "DBE after CID The product of the existence ratio of cores with a DBE value of 12 and the existence ratio of cores with a DBE value of 10 is assumed to be the estimated value.
ここで、CID後におけるDBE値12のコアの存在割合は、CID後の全ピークの高さの総和に対するCID後におけるDBE値12のピークの高さの比率であるため、ステップ2及び3により既に分っている値を用いれば算出することができる。また、DBE値10のものの存在割合も同様にして知ることができる。更に、DBE値の和が22となる他の組合せからなるダブルコア、例えば、DBE値13のコアとDBE値9のコアについても、同様にして、そのダブルコアの存在割合を推定することができる。
このようにして、ヘテロ原子の種類と数及びDBE値が同じ分子からなる「クラス」ごとに括り直したものであっても、そのクラスに属している種々のマルチコアの存在割合を推定することができる。
Here, since the existence ratio of cores with a DBE value of 12 after CID is the ratio of the height of the peak with a DBE value of 12 after CID to the sum of the heights of all peaks after CID, steps 2 and 3 already It can be calculated using known values. In addition, the existence ratio of objects with a DBE value of 10 can also be known in the same manner. Further, for double cores having a sum of DBE values of 22, for example, a core with a DBE value of 13 and a core with a DBE value of 9, the existence ratio of the double cores can be similarly estimated.
In this way, even if the type and number of heteroatoms and the DBE value are reclassified for each "class" composed of molecules, it is possible to estimate the existence ratio of various multi-cores belonging to the class. can.
また、次の仮定として、DBE値が22であるシングルコアの存在割合は、CID後のDBE値22のピークの存在割合をDBE値の「22」で除した値であると仮定し、推定値とするのが好ましい。
以上のように仮定して、DBE値が22となるシングルコア及び種々のマルチコアの存在割合を推定することができる。
Further, as the next assumption, the existence ratio of a single core with a DBE value of 22 is the value obtained by dividing the existence ratio of the peak with a DBE value of 22 after CID by the DBE value of "22". is preferable.
Assuming the above, it is possible to estimate the existing ratios of single cores and various multi-cores with a DBE value of 22. FIG.
(5)ステップ5(コア構造、側鎖、架橋の決定)(図1のS5)
ステップ5では、ステップ4において存在態様が推定された各分子に対し、それらを構成するコアの構造を決定し、さらに側鎖及び架橋を決定して割り付ける。
(ア)まず、ステップ4において存在態様が推定された各分子について、それらを構成するコアの構造を決定して割り付ける。具体的には、以下のとおりである。
(5) Step 5 (determination of core structure, side chains, crosslinks) (S5 in FIG. 1)
In step 5, for each molecule whose existence mode was estimated in
(a) First, for each molecule whose mode of existence was estimated in
(ア-1)「準備」
以下の手順i~vにより、すべてのコアについて、同じ「ヘテロ原子の種類と数及びDBE値」ごとにそれぞれの「クラス」にまとめる。
i.ステップ4において存在態様がダブルコアと推定された場合は、これを一旦解除し、構成しているコアごとに分けて捉えることにする。即ち、もともとのシングルコアは言うまでもなく、ダブルコアを解除して生成したコアのすべてを含めて、すべてのコアをそれぞれ独立したものとして捉える。
例えば、前出の例で言えば、図9に示すように、DBE値=22の場合、DBE値が6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、22のコアに分けられることになる。(前出の例では、CID後のFT-ICR-質量分析の結果を見ると、DBE値が1~5のコアは存在していなかったため、DBE値=1~5のコアは考慮する必要はなく、除外できる。)
他のDBE値のものについても、ダブルコアを解除し、構成しているコアごとに分ける。
図10に示すように、例えば、DBE値=20の場合、22の場合と同様に、DBE値が6、7、8、9、10、11、12、13、14、20のコアに分けられることになる。
(A-1) "Preparation"
All the cores are grouped into respective "classes" for the same "kind and number of heteroatoms and DBE value" by the following procedures i to v.
i. If the state of existence is estimated to be double cores in
For example, in the above example, as shown in FIG. will be divided into cores of (In the previous example, looking at the results of FT-ICR-mass spectrometry after CID, there were no cores with DBE values of 1 to 5, so cores with DBE values of 1 to 5 need not be considered. can be excluded.)
For the other DBE values, the double core is canceled and the cores are divided.
As shown in FIG. 10, for example, when the DBE value is 20, the cores are divided into cores with DBE values of 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, and 20, similar to the case of 22. It will be.
ii.次に、もともとのシングルコア及び解除されたダブルコアから発生したすべてのコアについて、DBE値ごとにまとめる。例えば、DBE値が10のものは、元のダブルコアに関係なく、解除により発生したDBE値=10のものをすべて集める。DBE値が12・・・等、すべて同様にして集める。
このとき、図11に示すように、「DBE値=10」として集められた各々は、その由来により各々の存在量は異なっている。由来する親(即ち、親がDBE値=22のものに由来するDBE値=10のものか、親がDBE値=20のものに由来するDBE値=10のものかということ)の存在量に比例している。
ii. All cores generated from the original single core and the released double core are then grouped by DBE value. For example, for those with a DBE value of 10, all those with a DBE value of 10 generated by release are collected regardless of the original double core. DBE values of 12, etc. are all collected in the same way.
At this time, as shown in FIG. 11, each collected as "DBE value=10" differs in abundance depending on its origin. Derived parent (that is, whether the parent has DBE value = 22 and has DBE value = 10, or the parent has DBE value = 20 and has DBE value = 10) proportional.
iii.さらに、「ヘテロ原子なし。DBE値=10」であり、しかも「由来している親のDBE値も同じ22」という場合であっても、親のピークの質量が違う場合(即ち、側鎖の有無及びその数の違いにより、コアの部分は同じであっても質量が異なるものが複数存在する)は、別物となり、その存在割合もその親の存在割合に比例する。 iii. Furthermore, even if "no heteroatom, DBE value = 10" and "the derived parent has the same DBE value of 22", the mass of the parent peak is different (i.e., side Due to the presence or absence of chains and the difference in the number of chains, there are multiple ones with the same core portion but different masses) are different entities, and the abundance ratio is proportional to the abundance ratio of the parent.
iv.このように「ヘテロ原子なし。DBE値=10」の組には、その由来する親が何かによって異なる非常に多くのコアが存在することになる。
そして、これらの多くのコアを、図12に示すように、由来する親の質量に基づいて、親の質量が小のものから大のものへ順に並べる。
iv. Thus, in the set "no heteroatom, DBE value = 10" there will be a large number of cores that differ depending on which parent they came from.
These many cores are then ordered based on the parent mass from which they are derived, from lowest to highest parent mass, as shown in FIG.
v.ヘテロ原子を含んでいるコアは、ヘテロ原子の種類と数ごとに各々別の「クラス」を形成し、上記と同様に行う。
以上により、すべてのコアについて、同じ「ヘテロ原子の種類と数及びDBE値」のものごとにそれぞれの「クラス」にまとめ、クラスに属している各コアが由来する親の質量の順に従って並べたものが作成できた。
v. Cores containing heteroatoms form separate "classes" according to the type and number of heteroatoms, and proceed in the same manner as above.
Based on the above, all the cores are grouped into respective "classes" for the same "type and number of heteroatoms and DBE value", and arranged according to the order of mass of the parent from which each core belonging to the class is derived. something was created.
(ア-2)「構造を割り付ける作業」
上記により作成された「ヘテロ原子の種類と数及びDBE値」のすべての「クラス」に関し、その組に存在しているすべてのコアに構造を割り付けていく。
以下、「ヘテロ原子なし。DBE値=10」のクラスで説明する。
i. 「ヘテロ原子なし。DBE値=10」の「クラス」に存在するすべてのコアの各々に構造を割り付けるのであるが、「割り付けられる構造」の出所は、ステップ3で特定されたコア構造である。
即ち、ステップ3において、CID後のすべてのピークに対し、帰属させたコアの構造、分子量、ヘテロ原子の種類と数及びDBE値が特定されているため、ある「ヘテロ原子の種類と数及びDBE値」の「クラス」には、CID後のすべてのピークのうち「ヘテロ原子の種類と数及びDBE値」が一致するピークのコアが割り付けられる。したがって、これらの値が一致することのみが条件であるため、該当するピークは複数存在する場合がある。その場合には、分子量の異なる複数の構造が一つの「クラス」に割り付けられることになる。
(A-2) "Work to allocate structure"
For all the "classes" of "type and number of heteroatoms and DBE values" created above, structures are assigned to all cores existing in the set.
Hereinafter, the class “no heteroatom, DBE value=10” will be described.
i. Assign a structure to each of all cores present in the "class" of "no heteroatoms. DBE value = 10", where the "assigned structure" comes from the core structure identified in
That is, in
ii. 「ヘテロ原子なし。DBE値=10」の組に存在するすべてのコアに対し、ステップ3で特定した「ヘテロ原子なし。DBE値=10」を持つコアを適用する。ステップ3において、「ヘテロ原子なし。DBE値=10」を持つコアとして、コア構造リストから分子量が異なる以下のコアXとコアYの2種のみが特定され、その存在割合は、CID後のピーク高さの比から、コアXが30%、コアYが70%であったとする。
ii. Apply the cores with "No heteroatoms, DBE value=10" identified in
iii. 「ヘテロ原子なし。DBE値=10」の組に存在している各々のコアに対し、コアXとコアYをどのように割り付けるのかについては、以下のようにして行う。
前記「準備」において、由来する親の質量に基づいて、質量小から大に順に並べたものを用意したが、この並べたものにおいて、図13に示すように、コアXとコアYの比、30:70のところで線引きし、質量小の側にはコアXを割り付け、質量大の側にはコアYを割り付ける。
以上により、「ヘテロ原子なし。DBE値=10」の組に存在しているすべてのコアに対し、その構造が割り付けられる。
iii. How to assign core X and core Y to each core existing in the set "no heteroatom, DBE value=10" is performed as follows.
In the above "preparation", based on the mass of the originating parent, those arranged in order from small to large were prepared. In this arrangement, as shown in FIG. A line is drawn at 30:70, and the core X is assigned to the side with the smaller mass, and the core Y is assigned to the side with the larger mass.
As described above, the structure is assigned to all cores existing in the set of "no heteroatom, DBE value=10".
(ア-3)「マルチコアの構造に戻す作業」
上記により、構造及び存在割合が割り付けられたすべてのコアについて、ステップ4で存在態様が推定された本来の解除される前のダブルコアに戻す。
このとき、例えば、DBE値=12のコア1とDBE値=10のコア2からなるダブルコアの場合、上記(ア-2)にて、DBE値=12のコア1にはある構造αが特定され、またDBE値=10のコア2にはある構造βが特定されているため、このダブルコアのコア部分の構造は特定される。また、構造αのコア及び構造βのコアの存在割合もステップ3においてそれぞれ特定されているため、前記ステップ4の仮定(2)より、DBE値=22のダブルコアの存在割合は、構造αのコアと構造βのコアの存在割合の積で表され、特定される。
(A-3) "Work to return to multi-core structure"
As described above, all the cores to which the structures and existence ratios have been allocated are returned to the original double cores before cancellation, whose existence mode was estimated in
At this time, for example, in the case of a double core consisting of a
(イ)「側鎖及び架橋を決定してコア種に割り付ける作業」
続いて、以下のi及びiiの手順にて、側鎖及び架橋を決定してコアに割り付ける。
ここで、「コアに割り付ける」とは、どのコアのどの位置に側鎖や架橋が結構しているかを決定することまでを包含する意味ではない。
i.上記において、シングルコア又はダブルコアのコアの部分の構造及びその存在割合は特定することができたが、コアに結合している側鎖やコアどうしを結合させている架橋については、まだ、決定できていない。
ところで、コアの部分のみを想定したのみでは、その分子量は、FT-ICR-質量分析にて得られたピークにおけるm/zの値に合致しない。即ち、コアの形成に関与している炭素、水素及びヘテロ原子に基づく質量を合計しても、FT-ICR-質量分析にて得られたピークにおけるm/zの値と差が生じる。
そこで、その差分は、コアに結合している側鎖とコアどうしを結合させている架橋の存在に由来するものと考え、差分が解消するように炭素及び水素の数を割出し、それを側鎖及び架橋としてコアに割り付ける。
例えば、あるm/z=nのピークに対して、上記の手順により、「コア1-コア2」からなるコア部分の構造が割り付けられたとする。このとき、
その差分(d)=n-(コア1の質量+コア2の質量)
が、側鎖及び架橋の存在に由来するものとなる。
(b) "Work to determine side chains and crosslinks and assign them to core species"
Subsequently, the side chains and crosslinks are determined and assigned to the core in steps i and ii below.
Here, "assigning to a core" does not mean to include determining to which position of which core a side chain or crosslink is attached.
i. In the above, the structure and abundance ratio of the core portion of the single core or double core could be specified, but the side chains that bind to the core and the crosslinks that bind the cores to each other are still unknown. Not decided.
By the way, if only the core portion is assumed, its molecular weight does not match the m/z value of the peak obtained by FT-ICR-mass spectrometry. That is, even the sum of the masses due to the carbon, hydrogen and heteroatoms involved in forming the core results in a difference in m/z values in the peaks obtained by FT-ICR-mass spectrometry.
Therefore, it is considered that the difference is derived from the existence of the side chains that bind to the core and the crosslinks that bind the cores together. Allocate to the core as chains and crosslinks.
For example, suppose that the structure of the core portion consisting of "core 1 -
The difference (d) = n - (mass of
is due to the presence of side chains and crosslinks.
ii.上記iにおいては、側鎖及び架橋として割り付ける炭素及び水素の数は求められるが、まだ、どういう構造の側鎖及び架橋かは決定できていない。
そこで、どういう構造の側鎖及び架橋が相当するのかを推定するにあたっては、想定される側鎖及び架橋の組合せの存在確率を考慮して、例えば、以下のようなルールを決めておき、それに従って推定すればよい。
ルール1:質量の差分(d)がある値Xまでについては、側鎖はなく、架橋のみに由来するものとする。
ルール2:質量の差分(d)がある値Xを超える分については、ルール1にて架橋を割り付けた後に側鎖に割り付ける。側鎖1本当たりとりうる最大の炭素数についてもルールを定めておき、それに従って割り付ける。
ii. In i above, the number of carbons and hydrogen atoms to be assigned to the side chains and crosslinks is determined, but the structure of the side chains and crosslinks has not yet been determined.
Therefore, in estimating what kind of structure side chains and crosslinks correspond, considering the existence probability of the combination of side chains and crosslinks, for example, the following rules are determined, and according to them Just guess.
Rule 1: Mass difference (d) up to a certain value X shall be derived only from cross-linking without side chains.
Rule 2: If the mass difference (d) exceeds a certain value X, it is assigned to side chains after allocating crosslinks according to
(ウ)このようにして、ステップ4において存在態様が推定されたすべてのコア種に対し、コア構造を決定し、さらに側鎖及び架橋を決定する。
(c) In this way, the core structure is determined, and the side chains and crosslinks are determined for all the core species whose existence mode was estimated in
上記のステップ1~ステップ5により、多成分混合物を構成する各成分について、その分子構造をJACDで特定し、またその存在割合を特定することができる。
Through
次に、多成分混合物に対し、タイプ別分離前処理を施した場合の実施例を説明する。
I.タイプ別分画
試料として、常圧残油を減圧蒸留することにより得られた減圧残油(VR)を用いた。減圧残油(VR)は、重質油に相当するものである。減圧残油(VR)に対し、前処理方法(第1~2工程)を行うことによって得られた飽和分(Sa)、1環芳香族分(1A)、2環芳香族分(2A)、3環以上の芳香族分(3A+)、極性レジン分(Po)及び多環芳香族レジン(PA)の各フラクション、並びに、第1工程でマルテン分と分離したアスファルテン分(As)の各フラクションについて、それぞれの得率を求めた。
Next, an example in which a multi-component mixture is subjected to type-specific separation pretreatment will be described.
I. Fractionation by Type As a sample, vacuum residue (VR) obtained by vacuum distillation of atmospheric residue was used. Vacuum residuum (VR) is the equivalent of heavy oil. Saturated content (Sa), 1-ring aromatic content (1A), 2-ring aromatic content (2A) obtained by performing a pretreatment method (first and second steps) on vacuum residue (VR), Fractions of three or more ring aromatics (3A+), polar resins (Po) and polycyclic aromatic resins (PA), and fractions of asphaltenes (As) separated from maltene in the first step , the respective yields were obtained.
なお、前処理方法の第1~2工程は以下の方法で行った。
<第1工程:マルテン分の分離>
容量500ミリリットルの三角フラスコに試料を7gはかりとり、n-ヘプタンを220ミリリットル加え、空気冷却管をつけてn-ヘプタン不溶解分試験器で混合物を1時間還流煮沸した。
還流煮沸後、放置冷却し、ろ紙を用いてアスファルテン分を分離し、マルテン分を含むフラクションを得た。
Incidentally, the first and second steps of the pretreatment method were carried out by the following method.
<First step: Separation of maltene>
7 g of a sample was weighed into a conical flask with a capacity of 500 ml, 220 ml of n-heptane was added, and the mixture was boiled under reflux for 1 hour using an n-heptane insoluble content tester with an air condenser attached.
After boiling under reflux, the mixture was allowed to stand for cooling, and the asphaltenes were separated using filter paper to obtain a fraction containing maltene.
<第2工程:マルテン分のカラムクロマトグラフィーによる分離>
第1工程で得たマルテン分を以下の条件にて、カラムクロマトグラフィーで分離した。
(1)カラムクロマトグラフィーのカラム条件
カラム:15mm×600mm(ゲル充填部分、ガラス製)
ゲル:シリカゲル40g+アルミナゲル50g(活性化後)
シリカゲル:Fuji Silysia製、Chromato Gel Grade 923AR
アルミナゲル:MP BiomebicaLs製、MP Alumina,Activated,Neutral,Super I
活性化条件:シリカゲル250℃×20h、アルミナゲル400℃×20h、0.2kg/cm2(N2ガス)加圧
試料量:1.5g(マルテン)
<Second Step: Separation of Maltene by Column Chromatography>
The maltene fraction obtained in the first step was separated by column chromatography under the following conditions.
(1) Column conditions for column chromatography Column: 15 mm × 600 mm (gel-filled part, made of glass)
Gel: 40g silica gel + 50g alumina gel (after activation)
Silica gel: Chromato Gel Grade 923AR manufactured by Fuji Silysia
Alumina gel: MP BiomebicaLs, MP Alumina, Activated, Neutral, Super I
Activation conditions:
(2)分離方法
以下の溶媒を順次カラムに投入し、溶出溶液を分取した。
(i)n-ヘプタン200ミリリットルを投入し、溶出した試料溶液250ミリリットルまでを飽和分(Fr.Sa)としてカットする。
(ii)n-ヘプタン95%、トルエン5%混合溶媒250ミリリットルを投入し、溶出した試料溶液200ミリリットルまでを1環芳香族分(Fr.1A)としてカットする。
(iii)n-ヘプタン90%、トルエン10%混合溶媒250ミリリットルを投入し、 溶出した試料溶液200ミリリットルまでをカットし、2環芳香族分(Fr.2A)とする。
(iv)トルエン250ミリリットルを投入し、 溶出した試料溶液300ミリリットルをカットし、3環以上芳香族分(Fr.3A+)とする。
(v)エタノール250ミリリットルを投入し、溶出した試料溶液230ミリリットルをカットし、極性レジン(Fr.Po)とする。
(vi)クロロホルム100ミリリットルを投入する。続いて
(vii)エタノール100ミリリットルを投入し、再度(vi)、(vii)を繰り返す。
(vi)、(vii)はすべて1つのフラクションとして分取し、多環芳香族レジン(Fr.PA)とする。
(2) Separation method The following solvents were sequentially charged into the column, and the eluted solution was collected.
(i) 200 ml of n-heptane is added, and the eluted sample solution up to 250 ml is cut as a saturated portion (Fr. Sa).
(ii) Add 250 ml of a mixed solvent of 95% n-heptane and 5% toluene, and cut up to 200 ml of the eluted sample solution as a single ring aromatic component (Fr. 1A).
(iii) Add 250 ml of a mixed solvent of 90% n-heptane and 10% toluene, and cut up to 200 ml of the eluted sample solution to obtain a bicyclic aromatic component (Fr. 2A).
(iv) 250 ml of toluene is added, and 300 ml of the eluted sample solution is cut and taken as aromatics with 3 or more rings (Fr.3A+).
(v) Add 250 ml of ethanol, cut 230 ml of the eluted sample solution, and use it as a polar resin (Fr. Po).
(vi) Add 100 milliliters of chloroform. Subsequently, (vii) 100 ml of ethanol is added, and (vi) and (vii) are repeated.
All of (vi) and (vii) are collected as one fraction and used as a polycyclic aromatic resin (Fr. PA).
結果は、以下のとおりであった。
飽和分(Sa)10%、1環芳香族分(1A)11%、2環芳香族分(2A)8%、3環以上の芳香族分(3A+)35%、極性レジン分(Po)9%、多環芳香族レジン分(PA)16%、及びアスファルテン分(As)11%。
The results were as follows.
Saturated content (Sa) 10%, 1-ring aromatic content (1A) 11%, 2-ring aromatic content (2A) 8%, 3- or more ring aromatic content (3A+) 35%, polar resin content (Po) 9 %, polyaromatic resin content (PA) 16%, and asphaltenes content (As) 11%.
II. 分子構造特定
(1)ステップ1
試料に対しFT-ICR-質量分析計による質量分析を行い、それにより得られたすべてのピークについて、各ピークに帰属する分子の分子式を特定し、さらにそのピークに該当するすべての分子の存在割合を特定した。
II. Identification of Molecular Structure (1)
Perform mass spectrometry on the sample by FT-ICR-mass spectrometer, identify the molecular formula of the molecule assigned to each peak for all the peaks obtained by the mass spectrometry, and furthermore, the abundance ratio of all molecules corresponding to the peak identified.
詳細は、以下のとおりである。
(ア)12T(テスラ)の超伝導マグネットを備えたフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴方式のsolaliX FT-ICR-質量分析計 (Bruker Daltoniks社製)を使用した。
測定条件は以下のとおりである。
・用いた試料: 上記タイプ別分画で得られた多環芳香族レジン(PA)である。
・サンプル調製法: 試料数十ミリグラムをクロロホルムに溶解させ、MALDI(マトリックス支援レーザー脱離イオン化)プレートへ1μリットル程度を滴下し、溶媒蒸発後に測定試料とする。
・イオン化法: レーザー脱離イオン化法(LDI法)(ショット数:2000、発振周波数:1000Hz、パワー:23%)にて行った。
測定の結果、図14に示す質量スペクトルが得られた。
Details are as follows.
(a) A Fourier transform ion cyclotron resonance type solariX FT-ICR-mass spectrometer (manufactured by Bruker Daltoniks) equipped with a 12T (Tesla) superconducting magnet was used.
The measurement conditions are as follows.
- Used sample: Polycyclic aromatic resin (PA) obtained by the above type fractionation.
・Sample preparation method: Dissolve several tens of milligrams of a sample in chloroform, drop about 1 µL onto a MALDI (matrix-assisted laser desorption/ionization) plate, and use it as a measurement sample after the solvent evaporates.
Ionization method: Laser desorption ionization method (LDI method) (number of shots: 2000, oscillation frequency: 1000 Hz, power: 23%).
As a result of the measurement, the mass spectrum shown in FIG. 14 was obtained.
(イ)上記質量スペクトルの各ピークに対し、特定した分子式及び存在割合(モル分率で表す)は、以下の表4に示すとおりである。
ピークの数は3030本である。以下にその一部のみ(ピーク番号11~3022は割愛)を示す。表では、m/z値の小さいピークから順に、ピーク番号を付けている。
(b) The specified molecular formulas and abundance ratios (in mole fractions) for each peak in the mass spectrum are shown in Table 4 below.
The number of peaks is 3030. Only some of them (
(2)ステップ2
試料に対し衝突誘起解離(CID)を行うことにより、当該試料を構成する各成分について、架橋及び側鎖を切断した。
詳細は、以下のとおりである。
上記ステップ1と同じ方法で、サンプルを調製し、イオン化を行った。
衝突誘起条件として、衝突エネルギーは、30eVとした。
得られたCID後の質量スペクトルを図15に示す。
(2)
By subjecting the sample to collision-induced dissociation (CID), the crosslinks and side chains of each component constituting the sample were cut.
Details are as follows.
Samples were prepared and ionized in the same manner as in
As a collision induction condition, the collision energy was set to 30 eV.
The mass spectrum obtained after CID is shown in FIG.
(3)ステップ3
ステップ2のCIDにより生成した各フラグメントイオンについて、FT-ICR-質量分析を行い、各フラグメントイオンを構成するコアの構造及び存在割合を特定した。
上記CID後の質量スペクトルの各ピークに対し、予め作成したコア構造リストに収納されているコアの分子量、分子式、DBE値を照合することにより、各々のコア構造及び存在割合を特定した。
用いたコア構造リストの一部分を以下に示す。
(3)
FT-ICR-mass spectrometry was performed on each fragment ion generated by CID in
For each peak in the mass spectrum after CID, the molecular weight, molecular formula, and DBE value of the core stored in the core structure list prepared in advance were collated to identify each core structure and abundance ratio.
A portion of the core structure list used is shown below.
(4)ステップ4
ステップ1においてすべてのピークに帰属させた分子について、各々特定された分子式における「ヘテロ原子の種類と数及びDBE値」に基づいて「クラス」分けし、当該各々の「クラス」に属するすべての分子について、その存在態様及び存在割合を推定した。
ステップ4は、コンピュータによって処理される過程であるため、途中で結果を取り出すことはできない。
(4)
Molecules assigned to all peaks in
Since
(5)ステップ5
ステップ4において存在態様が推定された各分子に対し、それらを構成するコアの構造を決定し、さらに側鎖及び架橋を決定して割り付けた。
ステップ5は、コンピュータによって処理される過程であるため、途中で結果を取り出すことはできない。
(5) Step 5
For each molecule whose existence mode was estimated in
Since step 5 is a process processed by a computer, it is not possible to extract the result in the middle.
(6)ステップ6
<試料の質量スペクトルに対する分子構造の特定>
上記ステップ1で得られたピークの数は3030本であるが、1本のピーク、即ち、ある分子式を示すピークに対しては、同じ分子式を有する複数の分子が帰属することになる。本実施例では、上記3030種の分子式に対し、構造の異なる38,964個のJACDによって表示された分子を特定した。
結果の一部(ピーク番号4~3028は割愛)を以下の表6に示す。表の見方は次のとおりである。
(ア)ステップ1で示した表4におけるピーク番号に呼応するように、ピーク番号を付けている。
ピーク番号1は、分子式として「C21H19N」であり、この分子式には、4種類のJACDによって表示された構造の異なる分子が帰属させられたことを示している。
(イ)分子式「C21H19N」の4種類の分子のうち、例えば、「分子種番号1」について説明すると、この分子の構造は、英数字を用いたJACDにより表示されている。
(6)
<Identification of the molecular structure for the mass spectrum of the sample>
Although the number of peaks obtained in
Some of the results (
(a) Peak numbers are assigned so as to correspond to the peak numbers in Table 4 shown in
(b) Of the four types of molecules with the molecular formula "C 21 H 19 N", for example, "
(ウ)上記表において、英数字を用いたJACDによる表示を、コア、架橋及び側鎖の構造に直すには、英数字情報を構造情報に読み直すコード表を作成しておけばよい。例えば、以下のような表である。 (c) In the table above, in order to convert the JACD representation using alphanumeric characters into the structures of the core, crosslinks and side chains, a code table may be prepared in which the alphanumeric information is converted into structural information. For example, the table is as follows.
(エ)この表を用いると、分子式「C21H19N」の「分子種番号1」の分子の構造は、次のようになる。
i.コア1は「002007」であるため、以下の構造である。
(d) Using this table, the structure of the molecule of "
Since
v. このようにして、分子式「C21H19N」の「分子種番号1」の分子について、JACDにより構造を表示し、特定することができた。
(カ)同様にして、すべての分子について、JACDにより構造を表示し、特定することができた。
v. In this way, the structure of the molecule with the molecular formula "C 21 H 19 N" and "
(f) Similarly, the structures of all molecules could be displayed and specified by JACD.
III. 各分画物のデータの統合
(1) 飽和分(Sa)、1環芳香族分(1A)、2環芳香族分(2A)、3環以上の芳香族分(3A+)、極性レジン分(Po)及びアスファルテン分(As)についても、以下を変えた以外は、上記、多環芳香族レジン分で行ったのと同様の方法で分子構造を特定した。
(ア)飽和分、1環芳香族分、2環芳香族分、3環以上芳香族分、極性レジン分のイオン化法については、大気圧光イオン化法(APPI法)(サンプル流速200μL/h、イオン集積時間 0.2sec.、 積算回数 100回)にて行った。
(イ)アスファルテン分のイオン化法については、レーザー脱離イオン化法(LDI法)(ショット数:5000、発振周波数:1000Hz、パワー:17%)にて行った。
III. Integration of data for each fraction
(1) Saturated content (Sa), 1-ring aromatic content (1A), 2-ring aromatic content (2A), 3- or more ring aromatic content (3A+), polar resin content (Po) and asphaltenes content (As) Also, the molecular structure was specified in the same manner as for the polycyclic aromatic resin, except that the following was changed.
(A) Atmospheric pressure photoionization method (APPI method) (
(a) Asphaltene content was ionized by the laser desorption ionization method (LDI method) (number of shots: 5000, oscillation frequency: 1000 Hz, power: 17%).
(2) すべての分画物の統合:飽和分(Sa)、1環芳香族分(1A)、2環芳香族分(2A)、3環以上の芳香族分(3A+)、極性レジン分(Po)、多環芳香族レジン(PA)及びアスファルテン分(As)について、上記で得られているそれぞれの得率(存在割合)に従って、すべての分画物について全成分の分子構造及び存在割合を統合した。 (2) Integration of all fractions: saturates (Sa), single-ring aromatics (1A), double-ring aromatics (2A), aromatics with three or more rings (3A+), polar resins ( Po), polycyclic aromatic resin (PA), and asphaltene content (As), the molecular structure and abundance ratio of all components for all fractions are determined according to the respective yields (abundance ratios) obtained above. Integrated.
(3) 以上により、試料である減圧残油(VR)について、減圧残油(VR)を構成している全分子の分子構造及び存在割合を特定することができた。 (3) From the above, it was possible to specify the molecular structure and abundance ratio of all the molecules constituting the vacuum residue (VR) for the sample vacuum residue (VR).
<多成分混合物の各成分の融点およびハンセン溶解度指数値HSP値(δt)の取得>
モデル重質油の性状推定にあたり、先ず、上記により特定した各成分のJACDに基づいて、Comcatから、モデル重質油を構成する各成分の分率、融点及びHSP値(δt)を取得する。
<Acquisition of Melting Point and Hansen Solubility Index HSP Value (δt) of Each Component of Multicomponent Mixture>
In estimating the properties of the model heavy oil, first, based on the JACD of each component specified above, the fraction, melting point and HSP value (δt) of each component constituting the model heavy oil are obtained from Comcat.
本実施形態では、多成分混合物として、以下に示す11種類の成分(分子種O-01~O-11)を含むモデル重質油を用いて、このモデル重質油の性状(溶解、凝集及び析出性状)をコンピュータにより推定する例を説明する。 In this embodiment, a model heavy oil containing 11 types of components (molecular species O-01 to O-11) shown below is used as a multi-component mixture, and the properties of this model heavy oil (dissolution, aggregation and An example of estimating the precipitation properties) by computer will be described.
表8に、モデル重質油の分子組成(分率)、推算した各分子の融点及びHSP値(δt)を示す。 Table 8 shows the molecular composition (fraction) of the model heavy oil, and the estimated melting point and HSP value (δt) of each molecule.
上記の表8に示した各分子の融点及びHSP値(δt)は、データベースから既知のものを取得してもよいし、原子団寄与法により、コンピュータを用いて算出してもよい。
以下に、HSP値(δt)及び融点を原子団寄与法により算出する一例を説明する。
The melting point and HSP value (δt) of each molecule shown in Table 8 above may be obtained from a database, or may be calculated using a computer by the atomic group contribution method.
An example of calculating the HSP value (δt) and the melting point by the atomic group contribution method will be described below.
i.HSP値の求め方
(1)「O-01」分子の場合
Krevelen & Hoftyzerの文献において、分子を形成している基について示されているFd値、Fp値、Eh値及びVc値の数値を用いて、Krevelen & Hoftyzerの方法により算出できる。
i. How to obtain the HSP value (1) In the case of "O-01" molecule Use the numerical values of Fd value, Fp value, Eh value and Vc value shown for the groups forming the molecule in the literature of Krevelen & Hoftyzer. can be calculated by the Krevelen & Hoftyzer method.
原子団寄与法としては、例えば、D.W.van Krevelen,K.te Nijenhuis著「Properties of Polymers(4ed.2009)」に記載のKrevelen & Hoftyzerの方法や、Emmanuel Stefanis, Costas Panayiotou著「Prediction of Hansen Solubility Parameters with a New Group-Contribution Method」に記載のStefanis & Panayiotouの方法等を用いることができる。 As the atomic group contribution method, for example, D.I. W. van Krevelen, K.; te Nijenhuis著「Properties of Polymers(4ed.2009)」に記載のKrevelen & Hoftyzerの方法や、Emmanuel Stefanis, Costas Panayiotou著「Prediction of Hansen Solubility Parameters with a New Group-Contribution Method」に記載のStefanis & Panayiotouのmethod etc. can be used.
これらについては、分子構造から推算するプログラムを利用することもできる。このようなプログラムとして、例えば、HSPiP(http://www.hansen-solubility.Com/)がある。
さらには、これらの諸方法で得た値を参考にして、適宜修正を加えて得た値を用いることもできる。
For these, it is also possible to use a program that estimates from the molecular structure. Such programs include, for example, HSPiP (https://www.hansen-solubility.Com/).
Furthermore, it is also possible to use values obtained by appropriately modifying the values obtained by these various methods as a reference.
HSP値は、文献(Hansen,C.M.,Hansen solubility parameters:a user’s handbook. 2nd ed.; CRC: Boca Raton; London,2007)に、1200種類を超える物質のHSP値が報告されているため、その文献値を使用することもできる。 HSP values are reported in the literature (Hansen, CM, Hansen solubility parameters: a user's handbook. 2nd ed.; CRC: Boca Raton; London, 2007) for more than 1200 substances. Therefore, the literature value can also be used.
Krevelen & Hoftyzerの方法の概略は、次のとおりである。まず、物質のHSP値(δt)は、次の式で求められることが広く知られている。
図16に、HSP値の模式図を示す。HSP値とは、ある物質がある溶媒にどのくらい溶けるのかを示す溶解性の指標であり、溶解性を[分散項(δd)、分極項(δp)、水素結合項(δh)]のベクトルで表すものである。 FIG. 16 shows a schematic diagram of HSP values. The HSP value is a solubility index that indicates how much a certain substance dissolves in a certain solvent . It is represented by a vector.
次に、δd, δp, δhは、Krevelen & Hoftyzerの原子団寄与法によると、次の式で求められる。
式中、Fd値((MJ/m3)1/2・mol-1)とは、分散力に起因する各基(原子団)のモル引力定数であり、Fp値((MJ/m3)1/2・mol-1)とは、双極子間力に起因する各基(原子団)のモル引力定数であり、Eh値(J・mol-1)とは、各基(原子団)の水素結合エネルギーである。 In the formula, the Fd value ((MJ/m 3 ) 1/2 mol −1 ) is the molar attraction constant of each group (atomic group) resulting from the dispersion force, and the Fp value ((MJ/m 3 ) 1/2 mol -1 ) is the molar attraction constant of each group (atomic group) caused by the force between dipoles, and the Eh value (J mol -1 ) is the is the hydrogen bond energy.
また、Vはモル体積(cm3・mol-1)であり、RheineckおよびLinが提案した以下の式(3)により求めることができる。
D.W.van Krevelen,K.te Nijenhuis著「Properties of Polymers(4ed.2009)」の文献によれば、多くの基について、Fd値, Fp値, Eh値, Vc値が示されているため、当該文献にて値が記載されている基については、その値を用いればよい。(D.W.van Krevelen , K.te Nijenhuis著「Properties of Polymers(4ed.2009)」195~197ページ及び215ページ)。値が記載されていない基については、構造的に近似する他の基の情報を用いて推定した値を用いるなどを行えばよい。
上記のようにして、Krevelen & Hoftyzer法によりHSP値(δt)を算出することができる。
Also, V is the molar volume (cm 3 ·mol −1 ) and can be obtained by the following formula (3) proposed by Rheineck and Lin.
D. W. van Krevelen, K.; According to the document "Properties of Polymers (4ed.2009)" by Te Nijenhuis, Fd value, Fp value, Eh value, and Vc value are shown for many groups, so the values are described in the document. For the groups that have (DW van Krevelen, K. te Nijenhuis, "Properties of Polymers (4 ed. 2009)" pages 195-197 and 215). For groups for which values are not described, values estimated using information on other structurally similar groups may be used.
As described above, the HSP value (δt) can be calculated by the Krevelen & Hoftyzer method.
「O-01」分子の場合、基は、「CH3-」が2個と「-CH2-」が28個とからなっている。前出のKrevelen & Hoftyzerの文献によると、「CH3-」のFd値は420、Vc値は33.5と記載されており、「-CH2-」のFd値は270、Vc値は16.1と記載されているためこれらの値を用い、上記式(3)及び式(2)より、「O-01」のδdは、{(420×2)+(270×28)}/{(33.5×2)+(16.1×28)}=16.22となる。δp及びδhについても同様に計算して、HSP値(δt)=16.22 と算出することができる。 In the case of the "O-01" molecule, the groups consist of 2 "CH 3 -" and 28 "-CH 2 -". According to the aforementioned Krevelen & Hoftyzer document, "CH 3 -" has an Fd value of 420 and a Vc value of 33.5, and "-CH 2 -" has an Fd value of 270 and a Vc value of 16. .1, these values are used, and from the above formulas (3) and (2), δd of "O-01" is {(420 × 2) + (270 × 28)} / { (33.5×2)+(16.1×28)}=16.22. Similarly, δp and δh can be calculated as HSP value (δt)=16.22.
「O-02」~「O-11」分子の場合も同様にして算出する。分子を形成している基に関し、Krevelen & Hoftyzerの文献に記載されている基については、Fd値, Fp値, Eh値及びVc値の記載値を用いればよい。記載されていない基については、構造的に近似する他の基の情報を用いて推定した値を用いるなどを行えばよい。 Calculation is performed in the same manner for the molecules “O-02” to “O-11”. Regarding the groups forming the molecule, the values described in the Fd value, Fp value, Eh value and Vc value may be used for the groups described in the literature of Krevelen & Hoftyzer. For groups not described, values estimated using information on other structurally similar groups may be used.
ii.融点の求め方
融点の推算は、原子団寄与法の一つであり、「Joback, K. G., Reid, R. C., Chem. Eng. Comm., 57, 233 (1987).」に記載されているJoback法を用いればよい。即ち、分子種について、その分子構造を形成している「基」に分解し、各々の基が持つ固有のパラメータ値からその分子種の融点を算出する。「平均分子構造」を用いる場合も、当該構造を基に原子団寄与法を用いて、当該「ある特定の物理的又は化学的性状を基準として分画された分画物(フラクション)」の融点を算出する。
ii. Method for Determining Melting Point Estimation of the melting point is one of the atomic group contribution methods, and is described in "Joback, K.G., Reid, R.C., Chem. Eng. Comm., 57, 233 (1987)." The described Joback method may be used. That is, a molecular species is decomposed into “groups” forming its molecular structure, and the melting point of the molecular species is calculated from the inherent parameter values of each group. When using "average molecular structure", melting point of said "fraction based on specific physical or chemical properties" using atomic group contribution method based on said structure Calculate
(7)ステップ7(液相成分と非液相成分への分離)(図1のS7)
次に、多成分混合物を構成する各成分のうちの所望の温度未満の融点を有する成分を液相成分として分類し、前記所望の温度以上の融点を有する成分を非液相成分として分類する。
例えば、当該モデル重質油の場合、その液温が250℃である場合、この温度よりも低い融点を有する「O-01」~「O-03」、「O-09」及び「O-10」分子が液相成分として分類され、一方、この温度よりも高い融点を有する「O-04」~「O-08」及び「O-11」分子が非液相成分として分類される。
(7) Step 7 (separation into liquid phase component and non-liquid phase component) (S7 in FIG. 1)
Next, among the components constituting the multi-component mixture, those having a melting point lower than a desired temperature are classified as liquid phase components, and those having a melting point equal to or higher than the desired temperature are classified as non-liquid phase components.
For example, in the case of the model heavy oil, if the liquid temperature is 250 ° C., "O-01" to "O-03", "O-09" and "O-10" having melting points lower than this temperature ' molecules are classified as liquid phase components, while 'O-04' through 'O-08' and 'O-11' molecules with melting points above this temperature are classified as non-liquid phase components.
(8)ステップ8(液相全体の平均HSP値の算出)(図1のS8)
次に、液相成分として分類された各成分のHSP値について、各成分の当該液相における容量分率で重み付けした加重平均値を、液相全体の平均HSP値として算出する。
(8) Step 8 (calculation of the average HSP value of the entire liquid phase) (S8 in FIG. 1)
Next, for the HSP value of each component classified as a liquid phase component, a weighted average value weighted by the volume fraction of each component in the liquid phase is calculated as the average HSP value of the entire liquid phase.
(9)ステップ9(液相全体と各非液相成分とのHSP値の差の算出)(図1のS9)
次に、液相全体の前記平均HSP値と、非液相成分における各成分のHSP値との差を算出する。
(9) Step 9 (Calculation of HSP value difference between entire liquid phase and each non-liquid phase component) (S9 in FIG. 1)
Next, the difference between the average HSP value of the entire liquid phase and the HSP value of each component in the non-liquid phase component is calculated.
(10)ステップ10(Δδに基づく各成分の分類の更新)(図1のS10)
次に、非液相成分における各成分を、差(Δδ)に基づいて、液相成分又は非液相成分として再分類し、液相成分として再分類された各成分を非液相成分から液相成分に編入して、液相成分及び非液相成分を更新する。
例えば、当該モデル重質油の場合、RED=Δδ/R0で表されるREDが、RED<0.3のとき、液相成分と判断した。ここで、R0は、非液相成分における各成分ごとの定数であり、当該モデル重質油ではR0=5としてREDを算出した。
なお、この再分類における更新は、非液相成分における各成分について、1つずつ順番に行ってもよし、複数の成分ごとに行ってもよい。
(10) Step 10 (Update Classification of Each Component Based on Δδ) (S10 in FIG. 1)
Next, each component in the non-liquid phase component is reclassified as a liquid phase component or a non-liquid phase component based on the difference (Δδ), and each component reclassified as a liquid phase component is changed from the non-liquid phase component to the liquid phase component. Incorporate into the phase component to update the liquid phase component and the non-liquid phase component.
For example, in the case of the model heavy oil, RED represented by RED=Δδ/ R0 was judged to be a liquid phase component when RED<0.3. Here, R 0 is a constant for each component in the non-liquid phase component, and RED was calculated with R 0 =5 for the model heavy oil.
The update in this reclassification may be performed one by one for each component in the non-liquid phase component, or may be performed for each of a plurality of components.
(11)ステップ11(更新後の液相全体の平均HSP値の算出)(図1のS11)
次に、更新後の液相成分における各成分のHSP値について、各成分の当該更新後の液相における容量分率で重み付けした加重平均値を、更新後の液相全体の平均HSP値として算出する。
(11) Step 11 (calculation of average HSP value of entire liquid phase after update) (S11 in FIG. 1)
Next, for the HSP value of each component in the liquid phase components after updating, the weighted average value weighted by the volume fraction of each component in the liquid phase after updating is calculated as the average HSP value of the entire liquid phase after updating. do.
(12)ステップ12(ステップ9~11の繰り返し)(図1のS12)
そして、ステップ9~11を、ステップ10において液相成分として再分類される非液相成分がなくなる最終段階まで繰り返す。
このようにして、最終段階での更新後の液相成分をモデル重質油のその温度における液相の成分とし、また、最終段階での更新後の平均HSP値をモデル重質油のその温度での液相全体の平均HSP値として決定する。また、最終段階での更新後の液相成分における分類された各成分の分率の合計を液相分率として算出する。
(12) Step 12 (repeat steps 9-11) (S12 in FIG. 1)
Steps 9-11 are then repeated until the final stage where no non-liquid phase components are reclassified as liquid phase components in
In this way, the liquid phase component after updating in the final stage is taken as the liquid phase component of the model heavy oil at that temperature, and the average HSP value after updating in the final stage is taken as the model heavy oil at that temperature. is determined as the average HSP value for the entire liquid phase at . In addition, the sum of the fractions of each classified component in the liquid phase component after updating in the final stage is calculated as the liquid phase fraction.
(13)ステップ13(非液相成分の凝集度の算出)(図1のS13)
続いて、所望の温度における最終段階での更新後の非液相成分の凝集度Dを算出する。
(13) Step 13 (calculation of degree of aggregation of non-liquid phase components) (S13 in FIG. 1)
Subsequently, the aggregation degree D of the non-liquid phase component after updating in the final stage at the desired temperature is calculated.
(14)ステップ14(凝集度に基づく非液相成分の分類)(図1のS14)
次に、最終段階での更新後の非液相成分における各成分を、凝集度Dに基づいて、凝集相成分と固相成分とに分類する。
(14) Step 14 (classification of non-liquid phase components based on degree of aggregation) (S14 in FIG. 1)
Next, each component in the non-liquid phase component after updating in the final stage is classified into a condensed phase component and a solid phase component based on the aggregation degree D.
さらに、これらの結果に基づいて、モデル重質油の種々の性状を表すパラメータを算出する。例えば、凝集相成分に分類された各成分の分率の合計を凝集相分率として算出し、また、固相成分に分類された各成分の分率の合計を固相分率として算出する。さらに、凝集相成分に分類された各成分の凝集度の和を当該成分の数で除した値を凝集相全体の平均凝集度として算出する。 Furthermore, based on these results, parameters representing various properties of the model heavy oil are calculated. For example, the aggregated phase fraction is calculated as the aggregated phase fraction, and the solid phase fraction is calculated as the solid phase fraction. Furthermore, a value obtained by dividing the sum of the degree of aggregation of each component classified as the aggregated phase component by the number of the components is calculated as the average degree of aggregation of the entire aggregated phase.
上記の方法により、このモデル重質油について、先ず無溶媒での液相、凝集相及び固相の量及び組成並びに凝集相における各分子の凝集度D及び凝集相の平均凝集度を算出、推定した。実験は-50℃から350℃まで100℃間隔で実施した。
表9に、各温度において、各分子がいかなる相に存在するかを示す。これはまた、各相の分子組成を示しているものである。
By the above method, for this model heavy oil, first calculate and estimate the amount and composition of the liquid phase, aggregated phase and solid phase without solvent, the degree of aggregation D of each molecule in the aggregated phase, and the average degree of aggregation of the aggregated phase. did. The experiment was carried out from -50°C to 350°C at 100°C intervals.
Table 9 shows what phase each molecule exists at each temperature. It also indicates the molecular composition of each phase.
さらに、図17に、各温度における各相の量と凝集相の平均凝集度を示す。図17中、「Liquid」は「液相」、「Aggregate」は「凝集相」、「Solid」は「固相」の意味である。また、「Phase wt ratio」は、「各相の質量分率」の意味である。さらに、「Averaged Dagg」は、「平均凝集度」の意味である。「Temperature」は「温度」の意味である。本明細書における他の図においても同様である。 Furthermore, FIG. 17 shows the amount of each phase and the average degree of aggregation of the aggregated phase at each temperature. In FIG. 17, "Liquid" means "liquid phase", "Aggregate" means "aggregate phase", and "Solid" means "solid phase". "Phase wt ratio" means "mass fraction of each phase". Furthermore, "Averaged Dagg" means "average degree of cohesion". "Temperature" means "temperature". The same applies to other drawings in this specification.
表9及び図17に示すように、無溶媒の場合、150℃まではすべて固相であり、250℃以上ではすべて凝集相又は液相となり、350℃では液相の割合が増加する。凝集相の平均凝集度は250℃と300℃でそれぞれ1.53と1.25である。 As shown in Table 9 and FIG. 17, in the absence of a solvent, up to 150° C. all are solid phases, above 250° C. all are condensed phases or liquid phases, and at 350° C. the ratio of liquid phases increases. The average degree of cohesion of the cohesive phase is 1.53 and 1.25 at 250°C and 300°C, respectively.
<多成分混合物の処理方法>
次に、本発明の多成分混合物の処理方法の実施形態を説明する。
処理にあっては、上記のように、原多成分混合物としてモデル重質油の性状を推定し、さらに、モデル重質油に、溶媒を混合したり、温度を変更したりしたときに新モデル重質油の性状を、上記の方法により予測する。そして、予測と同じ条件で、溶媒をその分率でモデル重質油に混合したり、モデル重質油の温度の予測時の温度に変更することによって、溶液の処理を行う。
<Processing method for multi-component mixture>
Next, an embodiment of the method for treating a multi-component mixture of the present invention will be described.
In processing, as described above, the properties of the model heavy oil are estimated as the original multi-component mixture, and when the model heavy oil is mixed with a solvent or the temperature is changed, a new model Properties of heavy oil are predicted by the above method. Then, under the same conditions as predicted, the solvent is mixed with the model heavy oil in that fraction, or the solution is treated by changing the temperature of the model heavy oil to the temperature at the time of prediction.
これにより、本発明においては、上記の方法により算出又は推定された溶液中における液相、凝集相及び固相の各々の量及び組成並びに凝集相における各成分の凝集度及び凝集相の平均凝集度に基づいて、凝集相及び固相の全部又は一部を溶解し、又は成分の凝集若しくは析出を抑制するための措置を施すことにより溶液を処理することができる。 Accordingly, in the present invention, the amount and composition of each of the liquid phase, the aggregated phase, and the solid phase in the solution calculated or estimated by the above method, the degree of aggregation of each component in the aggregated phase, and the average degree of aggregation of the aggregated phase Based on the above, the solution can be treated by dissolving all or part of the aggregated and solid phases, or by taking measures to inhibit aggregation or precipitation of components.
I.凝集緩和処理
まず、処理例として、溶液における凝集相及び固相の溶解、又は成分の凝集若しくは析出抑制のための処理を説明する。溶液中における液相、凝集相及び固相の各々の量及び組成並びに凝集相における各成分の凝集度及び凝集相の平均凝集度が判ったならば、凝集相及び固相の全部又は一部を溶解し、又は成分の凝集若しくは析出を抑制するためには、いかなる措置をとればよいのかという指針を得ることが可能となる。
I. Aggregation Relaxation Treatment First, as a treatment example, a treatment for dissolving an aggregated phase and a solid phase in a solution, or for suppressing aggregation or precipitation of components will be described. Once the amount and composition of each of the liquid, aggregated and solid phases in the solution and the degree of aggregation of each component in the aggregated phase and the average degree of aggregation of the aggregated phase are known, all or part of the aggregated phase and solid phase can be It is possible to obtain guidance on what measures should be taken in order to dissolve or suppress aggregation or precipitation of components.
ここで、モデル重質油を30質量%トルエン溶液とした場合の液相、凝集相及び固相の量及び組成、並びに凝集相の平均凝集度を算出、推定した。下記の表10に、各温度において、各分子がいかなる相に存在するかを示す。これはまた、各相の分子組成を示しているものである。 Here, the amount and composition of the liquid phase, the aggregated phase and the solid phase, and the average aggregation degree of the aggregated phase were calculated and estimated when the model heavy oil was made into a 30% by mass toluene solution. Table 10 below shows what phase each molecule exists at each temperature. It also indicates the molecular composition of each phase.
さらに、図18に、各温度における各相の量と凝集相の平均凝集度を示す。 Furthermore, FIG. 18 shows the amount of each phase and the average cohesion degree of the aggregated phase at each temperature.
表10及び図18に示すように、トルエン溶液では、-50℃においても固相は10%に過ぎず、90%は凝集相で溶媒中に分散している。50℃では100%が凝集相となり、150℃以上では昇温と共に凝集相が減少し液相が増加する。凝集相の平均凝集度は-50℃の1.81から350℃の1.27に向かって昇温と共に減少することがわかる。 As shown in Table 10 and FIG. 18, in the toluene solution, even at -50° C., the solid phase is only 10%, and 90% is the condensed phase dispersed in the solvent. At 50°C, 100% of the liquid phase becomes the condensed phase. It can be seen that the average degree of cohesion of the cohesive phase decreases with increasing temperature from 1.81 at -50°C to 1.27 at 350°C.
さらに、モデル重質油のトルエン溶液について、凝集相及び固相を溶解するには、HSP値が最も大きいO-11分子を基準にして、O-11分子が溶解するよう、添加する溶剤の種類及び量を決めることになる。具体的には、溶媒をトルエンから、トルエンとブロモベンゼン(HSP値20.4(δd=21.0、δp17=2.5、δh=2.0、δt=20.4))の等質量比混合溶媒に変更することで、350℃の液温下で、すべての凝集相及び固相を溶解させることができる。 Furthermore, for the toluene solution of the model heavy oil, in order to dissolve the aggregated phase and solid phase, based on the O-11 molecule with the largest HSP value, the type of solvent to be added so that the O-11 molecule is dissolved and quantity will be determined. Specifically, the solvent is changed from toluene to an equal mass ratio of toluene and bromobenzene (HSP value 20.4 (δd = 21.0, δp17 = 2.5, δh = 2.0, δt = 20.4)) By changing to a mixed solvent, all aggregated phases and solid phases can be dissolved at a liquid temperature of 350°C.
さらに、図19に、各温度における各相の量と凝集相の平均凝集度を示す。 Furthermore, FIG. 19 shows the amount of each phase and the average degree of aggregation of the aggregated phase at each temperature.
このように、モデル重質油における凝集相及び固相の析出量、析出性状等により、
とりうる措置は様々であるが、具体的には、例えば、現状と同じ溶媒を添加する、或いは、新たに別種の溶媒(溶剤)を添加する、溶液の温度を上げる等が考えられる。特に、溶媒(溶剤)の添加については、現状の溶液、追加する溶媒(溶剤)、凝集相及び固相の各々のHSP値に基づいて溶媒(溶剤)追加後の性状を予測することにより、いかなるHSP値を有する溶媒(溶剤)を、いかなる量を添加すればよいのかを決めることができる。
In this way, depending on the precipitation amount and precipitation properties of the flocculated phase and solid phase in the model heavy oil,
There are various measures that can be taken, but specific examples include adding the same solvent as the current one, adding a new solvent (solvent) of a different kind, raising the temperature of the solution, and the like. In particular, with regard to the addition of a solvent (solvent), any It can be determined what amount of solvent (solvent) having an HSP value should be added.
II.析出促進処理
次に、処理例として、溶液における析出促進のための処理を説明する。
溶液中における液相、凝集相及び固相の各々の量及び組成並びに凝集相における各成分の凝集度及び凝集相の平均凝集度が判ったならば、推定された溶液中における液相、凝集相及び固相の各々の量及び組成並びに凝集相における各成分の凝集度及び凝集相の平均凝集度に基づいて、一種以上の成分を析出させるためには、いかなる措置をとればよいのかという指針を得ることが可能となる。
II. Precipitation Promotion Treatment Next, as a treatment example, a treatment for promoting precipitation in a solution will be described.
If the amount and composition of each of the liquid, aggregated and solid phases in the solution and the degree of aggregation of each component in the aggregated phase and the average degree of aggregation of the aggregated phase are known, the estimated liquid phase and aggregated phase in the solution and the amount and composition of each of the solid phases and the degree of cohesion of each component in the cohesive phase and the average cohesion of the cohesive phase. can be obtained.
このように、当該溶液における液相の性状等により、とりうる措置は様々であるが、具体的には、例えば、新たに別種の溶媒(溶剤)を添加する、溶液の温度を下げる等が考えられる。特に、溶媒(溶剤)の添加については、現状の溶液、追加する溶媒(溶剤)、凝集相及び固相の各々のHSP値に基づいて溶媒(溶剤)追加後の性状を予測することにより、いかなるHSP値を有する溶媒(溶剤)を、いかなる量を添加すればよいのかを決めることができる。 In this way, there are various measures that can be taken depending on the properties of the liquid phase in the solution, but specifically, for example, adding a new solvent (solvent) or lowering the temperature of the solution be done. In particular, with regard to the addition of a solvent (solvent), any It can be determined what amount of solvent (solvent) having an HSP value should be added.
このように、溶液中における液相、凝集相及び固相に関し、それらの量及び組成を算出、推定し、また凝集相における各成分の凝集度及び凝集相の平均凝集度を算出することができるため、例えば、溶媒種を適切に選択する、或いは新たな溶媒を追加する、溶液の温度を変更する等の措置を適切に講ずれば、溶液中における凝集相及び固相の全部又は一部を溶解し、又は成分の凝集若しくは析出を抑制すること、或いは一種以上の成分を析出させることが可能となる。 Thus, it is possible to calculate and estimate the amount and composition of the liquid phase, the aggregated phase and the solid phase in the solution, and to calculate the degree of aggregation of each component in the aggregated phase and the average degree of aggregation of the aggregated phase. Therefore, if measures such as appropriately selecting the solvent type, adding a new solvent, or changing the temperature of the solution are taken, all or part of the aggregated phase and solid phase in the solution can be It is possible to dissolve or inhibit aggregation or precipitation of components, or to precipitate one or more components.
なお、上記の実施形態では、多成分混合物として、モデル重質油の性状を推定した例を説明したが、本発明では、多成分混合物は、重質油に限定されない。 In the above embodiment, an example in which properties of a model heavy oil are estimated as a multi-component mixture has been described, but in the present invention, the multi-component mixture is not limited to heavy oil.
<多成分混合物の性状推定装置>
次に、図20を参照して、本発明の多成分混合物の性状推定装置の実施形態を説明する。図20は、実施形態の多成分混合物の性状推定装置の機能ブロック図である。コンピュータに本発明のプログラムを実行させることにより、コンピュータが多成分混合物の性状推定装置として機能する。
なお、図20では、情報の入力及び出力を行うインタフェースの図示を省略している。
<Apparatus for estimating properties of multi-component mixture>
Next, with reference to FIG. 20, an embodiment of the multi-component mixture property estimation device of the present invention will be described. FIG. 20 is a functional block diagram of the multi-component mixture property estimation device of the embodiment. By causing a computer to execute the program of the present invention, the computer functions as an apparatus for estimating properties of multicomponent mixtures.
Note that FIG. 20 omits illustration of an interface for inputting and outputting information.
本装置は、演算装置1と記憶部2とを備えている。演算装置1は、1つのCPUで構成してもよいし、通信回線を介して互いに接続された複数の演算装置で構成されてもよい。また、記憶部2は、演算装置1に内蔵されていてもよいし、外部装置であってもよいし、通信回線を介して接続された記憶装置であってもよい。
This device comprises an
本演算装置1は、成分情報取得部10と、初期分類部20と、液相演算部30と、非液相演算部40とを有している。
This
I.成分情報取得部
成分情報取得部10は、対象とする多成分混合物を構成する各成分について、その分率、融点、及びHSP値を取得する。これらの成分の情報は、多成分混合物についての情報がデータベースとして格納された記憶部2から取得するとよい。
I. Component Information Acquisition Unit The component
データベースにこれらの成分の情報が格納されていない場合には、成分情報算出部11によって、各成分の必要なパラメータを推算するとよい。
If the information on these components is not stored in the database, the
多成分混合物を構成している成分の融点とHSP値を推算する方法の一例として、「分子組成(分子構造)に関する情報を基に行う方法」を挙げることができる。 As an example of a method of estimating the melting point and HSP value of components constituting a multi-component mixture, a method based on information on molecular composition (molecular structure) can be cited.
(1)この方法では、先ず、試料である溶液を構成している各分子種につき、各々の分子種の分子組成(分子構造)に関する情報を得ることが必要である。ここで、溶液を構成している分子種とは、当該溶液中に存在している厳密にすべての分子種を指すというわけではなく、溶液中において一定の存在量(存在割合)以上を持つ分子種を指すと考えてもよい。当該溶液中に存在しているできる限り多くの分子種を対象とすることが望ましいが、微量しか存在していないような分子種は無視してもよい。試料とする溶液を前もって成分分析し、各分子種の存在量(存在割合)を以て、対象とする分子種の選定基準にしてもよい。 (1) In this method, first, it is necessary to obtain information on the molecular composition (molecular structure) of each molecular species constituting the sample solution. Here, the molecular species constituting the solution does not strictly refer to all molecular species present in the solution, but molecules having a certain amount (proportion of existence) or more in the solution You can think of it as referring to seeds. It is desirable to target as many molecular species present in the solution as possible, but molecular species present in only trace amounts may be ignored. A sample solution may be subjected to a component analysis in advance, and the amount (abundance ratio) of each molecular species present may be used as a criterion for selecting the target molecular species.
あるいはまた、前述のように、「成分」を「溶液をある特定の物理的又は化学的性状を基準として括った塊」、言い換えれば、「ある特定の物理的又は化学的性状を基準として分画された分画物(フラクション)」という意味で用いる場合には、この「分子組成(分子構造)に関する情報を基に行う方法」は、次のようにして適用することが可能である。
即ち、「ある特定の物理的又は化学的性状を基準として分画された分画物(フラクション)」の各々について、NMR、元素分析、質量スペクトル等を測定することにより、公知の方法を用いて、その分画物(フラクション)の「平均分子構造」を得ることができる。こうして得られた「平均分子構造」を用いれば、この方法を適用することができる。
Alternatively, as described above, the "component" is a "mass of a solution based on a certain physical or chemical property", in other words, "a fraction based on a certain physical or chemical property" When used in the sense of "fraction", this "method based on information on molecular composition (molecular structure)" can be applied as follows.
That is, by measuring NMR, elemental analysis, mass spectrum, etc. for each of "fractions fractionated based on a certain physical or chemical property", using a known method , the "average molecular structure" of that fraction can be obtained. Using the "average molecular structure" thus obtained, this method can be applied.
(2)次に、得られた各々の分子種のJACDに基づいて、Comcatから各々の分子種の融点データを取得する。当該処理は、コンピュータにより行う。 (2) Next, based on the obtained JACD of each molecular species, the melting point data of each molecular species is obtained from Comcat. The processing is performed by a computer.
(3)また、各々の分子種のJACDに基づいて、Comcatから各々の分子種のHSP値データを取得する。当該処理は、コンピュータにより行う。 (3) Also, based on the JACD of each molecular species, obtain HSP value data of each molecular species from Comcat. The processing is performed by a computer.
(II.初期分類部)
初期分類部20は、多成分混合物を構成する各成分のうちの所望の温度未満の融点を有する成分を液相成分として分類し、所望の温度以上の融点を有する成分を非液相成分として分類する。すなわち、溶媒の融点以上のある任意の温度以上において、その温度における「液相」の量及び組成を求める。融点がその温度より低い成分は、液相に存在する成分となる。このときの「液相」の量及び成分が求まる。
(II. Initial classifier)
The
(III.液相演算部)
液相演算部30は、液相の性状を推定するために、平均HSP算出部31と、Δδ(HSP値差)算出部32と、再分類部33と、液相成分情報算出部34とを備えている。
(III. Liquid phase calculation unit)
The liquid
平均HSP算出部31は、液相全体の平均HSP値を算出する。ここで、液相全体の平均HSP値は、当該液相成分における各成分のHSP値を各成分の当該液相における分率、好ましくは容量分率で重み付けした加重平均値として算出されるものである。
The
HSP値差(Δδ)算出部32は、液相全体の平均HSP値と、非液相成分における各成分のHSP値との差(Δδ)を算出する。
The HSP value difference (Δδ)
再分類部33は、非液相成分における各成分を、差(Δδ)に基づいて、液相成分と非液相成分とに再分類し、液相成分として再分類された各成分を非液相成分から液相成分に編入して、液相成分及び非液相成分を更新する。
再分類部33は、溶解する成分があればそれを液相に加えて液相全体のHSP値を再計算する。
The
The
平均HSP算出部31は、更新後の液相全体の平均HSP値を算出する。ここで、更新後の液相全体の平均HSP値は、更新後の液相成分における各成分のHSP値を各成分の当該液相における分率、好ましくは容量分率で重み付けした加重平均値として算出されるものである。
The
そして、液相成分に再分類される非液相成分がなくなる最終段階まで、平均HSP値、液相成分及び非液相成分(凝集相、固相)の更新を繰り返す。 Then, the update of the average HSP value, the liquid phase component and the non-liquid phase component (coagulated phase, solid phase) is repeated until the final stage where there are no non-liquid phase components to be reclassified as liquid phase components.
さらに、液相情報算出部34は、最終段階での更新後の液相成分の分率の合計を液相分率として算出する。
Furthermore, the liquid phase
(IV.非液相演算部)
非液相演算部40は、非液相の性状を推定するために、凝集度算出部41、凝集相、固相分類部42、凝集相情報算出部43、及び固相情報算出部44を有する。非液相演算部40は、非液相の性状として、例えば、凝集相の量、成分、凝集している成分それぞれの凝集度及び凝集相の平均凝集度並びに固相の量及び組成を決定する。
(IV. Non-liquid phase calculation unit)
The non-liquid
凝集度算出部41は、所望の温度における最終段階での更新後の非液相成分における各成分の凝集度を、液相全体の平均HSP値と前記非液相成分における各成分のHSP値との差及び最終段階での更新後の非液相成分における各成分の濃度Cに基づいて算出する。具体的には、以下のようにして分類する。
The aggregation
最終的に液相に溶解しなかった非液相成分における各成分について、そのHSP値と液相全体のHSP値に基づいてそれぞれの凝集度を決定する。凝集している成分それぞれの凝集度Dは、液相のHSP値、凝集している成分のHSP値、凝集している成分の濃度及び場の温度を変数とする関数式(A)により、算出することができる。 For each component in the non-liquid phase component that did not finally dissolve in the liquid phase, the degree of aggregation is determined based on its HSP value and the HSP value of the entire liquid phase. The aggregation degree D of each aggregated component is calculated by the function formula (A) with the variables of the HSP value of the liquid phase, the HSP value of the aggregated component, the concentration of the aggregated component, and the temperature of the field. can do.
D(p,q)=MAS(K0+K1p+K2q+K3p2+K4pq+K5q2+K6p3+K7p2q+K8pq2+K9q3) ・・・(A) D ( p ,q)=M AS (K0+K1p+K2q+K3p2 + K4pq + K5q2 + K6p3 + K7p2q + K8pq2 + K9q3 ) ( A)
式中、pは、
前記所望の温度Tが、T≦150℃のときに、
p=(L0(T-25)+L1)REDg、
前記所望の温度Tが、150℃<T≦200℃のときに、
p=(L0(150-25)+L1)REDg、
前記所望の温度Tが、200℃<Tのときに、
p=(L0(T-25)+L2)REDg
で表される。
where p is
When the desired temperature T is T≦150° C.,
p=(L 0 (T−25)+L 1 )RED g ,
When the desired temperature T is 150° C.<T≦200° C.,
p=(L 0 (150−25)+L 1 )RED g ,
When the desired temperature T is 200° C.<T,
p=(L 0 (T−25)+L 2 )RED g
is represented by
REDgは、RED≧0.3のときに、REDg=RED、RED<0.3のときに、REDg=0.3と表され、REDは、RED=Δδ/R0で表され、Δδは、液相全体の前記平均HSP値と前記非液相成分における各成分のHSP値との差であり、R0は、非液相成分における各成分ごとの定数である。 RED g is expressed as RED g = RED when RED≧0.3, RED g =0.3 when RED<0.3, RED is expressed as RED=Δδ/R 0 , Δδ is the difference between the average HSP value of the entire liquid phase and the HSP value of each component in the non-liquid phase components, and R 0 is a constant for each component in the non-liquid phase components.
L0、L1及びL2は、経験的に得た係数であり、下記の定数値を有する。
L0 =-0.0031262、
L1 = 1.07815、
L2 = 1.15631
L 0 , L 1 and L 2 are empirically derived coefficients and have the following constant values.
L 0 =−0.0031262,
L1 = 1.07815,
L2 = 1.15631
qは、q=logCで表され、Cは、非液相成分における凝集している当該成分の濃度である。 q is expressed as q=log C, where C is the concentration of the aggregated component in the non-liquid phase component.
MASは、成分種により定まった定数であり、例えば、多成分混合物の凝集相成分及び固相成分がアスファルテンの場合、以下のとおりである。カナダ産オイルサンド系アスファルテン(CaAs):1.319、中東産アスファルテン1 (ArAs1):1.000、中東産アスファルテン2 (ArAs2):1.136である。 MAS is a constant determined according to the type of component, and is as follows when, for example, the aggregate phase component and solid phase component of the multi-component mixture are asphaltenes. Canadian oil sand asphaltenes (CaAs): 1.319, Middle East asphaltenes 1 (ArAs1): 1.000, Middle East asphaltenes 2 (ArAs2): 1.136.
K0~K9は、経験的に得た係数であり、以下の定数値を有する。
K0=-1.26929、
K1= 9.42231、
K2= 0.363439、
K3=-11.1925、
K4= 0.093622、
K5=-0.15436、
K6= 5.337433、
K7=-0.20868、
K8= 0.077223、
K9= 0.019492
である。
K 0 -K 9 are empirically derived coefficients and have the following constant values.
K 0 =−1.26929,
K1 = 9.42231,
K2 = 0.363439,
K3 = -11.1925,
K4 = 0.093622,
K5 = -0.15436,
K6 = 5.337433,
K7 = -0.20868,
K8 = 0.077223,
K9 = 0.019492
is.
以上より、ある温度において、ある溶液中においてある成分が凝集している場合、その凝集している成分の凝集度Dの値を算出することができる。
なお、上記において数値で示したL0、L1、L2、MAS及びK0~K9等の値は、対象により種々の数値を採り得るものであり、上記の数値に限定されるものではない。
From the above, when a certain component is aggregated in a certain solution at a certain temperature, the value of the aggregation degree D of the aggregated component can be calculated.
It should be noted that the numerical values of L 0 , L 1 , L 2 , M AS and K 0 to K 9 shown in the above can take various numerical values depending on the object, and are limited to the above numerical values. is not.
凝集相、固相分類部42は、最終段階での更新後の非液相成分のうち、凝集度が所定の閾値未満の成分を凝集相成分に分類し、凝集度が所定の閾値以上の成分を固相成分に分類する。すなわち、凝集度が凝集レベルにある成分を凝集相成分とし、析出レベルにある成分を固相成分とする。ここで、「凝集レベルにある」とは、概念的には、凝集粒子の大きさが数百nm以下で液中に分散していることをいい、「析出レベルにある」とは、凝集粒子の大きさがサブミクロン以上で液中に分散できず沈殿していることと考えられる。凝集度D≧5であるとき、おおむね、その成分種は析出すると判断できるが、この閾値は、成分種により変化しうるものである。
The aggregation phase/solid
凝集相情報算出部43は、凝集相成分として分類された各成分の量(溶液全体に対する分率)の合計を凝集相分率として算出する。さらに、凝集相情報算出部43は、凝集相成分として分類された各成分の凝集度の和を当該成分の数で除した値を凝集相全体の平均凝集度として算出する。
The aggregated phase
固相情報算出部44は、固相成分として分類された各成分の量(溶液全体に対する分率)の合計を固相分率として算出する。
The solid
<多成分混合物の性状推定プログラム>
本発明において、JACDを用いた分子構造の推定、推定された分子構造情報と物性値との紐付け、及び凝集モデルを用いた多成分混合物の性状の推定の一連の処理は、ハードウェア又はソフトウェア、又はこれらを複合した構成によって実行することができる。ソフトウェアによる処理を実行する場合には、処理シーケンスを記録したプログラムを、専用のハードウェアに組み込まれたコンピュータ内のメモリにインストールして実行させるか、各種処理が実行可能な汎用コンピュータにプログラムをインストールして実行させることができる。
<Program for estimating properties of multi-component mixtures>
In the present invention, a series of processes of estimating the molecular structure using JACD, linking the estimated molecular structure information and physical property values, and estimating the properties of the multicomponent mixture using the aggregation model can be performed by hardware or software. , or a combination of these. When executing processing by software, install the program recording the processing sequence in the memory within the computer built into the dedicated hardware and execute it, or install the program in a general-purpose computer capable of executing various processing. can be executed by
例えば、プログラムは、記録媒体としてのハードディスクやROMに予め記録しておくことができる。また、プログラムは、フレキシブルディスク、CD-ROM、MOディスク、DVD、磁気ディスク、半導体メモリなどのリムーバブル記録媒体に、一時的又は永続的に格納(記録)しておくことができる。 For example, the program can be recorded in advance on a hard disk or ROM as a recording medium. Also, the program can be temporarily or permanently stored (recorded) in removable recording media such as flexible disks, CD-ROMs, MO disks, DVDs, magnetic disks, and semiconductor memories.
なお、プログラムは、上述したようなリムーバブル記録媒体からコンピュータにインストールする他に、ダウンロードサイトから、コンピュータに無線転送したり、LAN、インターネットといったネットワークを介して、コンピュータに有線で転送したりでき、コンピュータでは、そのようにして転送されてくるプログラムを受信し、内蔵するハードディスクなどの記録媒体にインストールすることができる。 In addition to installing the program on the computer from the removable recording medium as described above, the program can also be wirelessly transferred from the download site to the computer, or wired to the computer via a network such as a LAN or the Internet. Then, you can receive the program transferred in this way and install it on a recording medium such as a built-in hard disk.
また、本明細書に記載された各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるだけではなく、処理を実行する装置の処理能力や必要に応じて並列的に又は個別に実行されてもよい。また、本明細書において、システムとは、複数の装置の論理的集合構成であり、各構成の装置が同一筐体内にあるものに限定されるものではない。 In addition, the various processes described in this specification are not only executed in chronological order according to the description, but may also be executed in parallel or individually according to the processing capacity of the device that executes the processes and as necessary. . Further, in this specification, a system is a logical collective configuration of a plurality of devices, and is not limited to one in which the devices of each configuration are in the same housing.
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能である。また、上述した実施形態では、質量分析として、FT-ICR-質量分析を使用したが、これに限定されるものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention. Also, in the above-described embodiment, FT-ICR-mass spectrometry was used as mass spectrometry, but the present invention is not limited to this.
本発明によれば、石油について、それを構成する分子の構造を特定することができることから、石油の諸反応等を分子レベルにて解析する等において、広く応用することが可能となる。さらには、かかる分子レベルによる解析を行うことは、石油精製設備の運転の安定性及び運転効率を飛躍的に向上させることに寄与するものである。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to specify the structure of molecules that constitute petroleum, so that it can be widely applied to analyze various reactions of petroleum at the molecular level. Furthermore, the analysis at the molecular level contributes to dramatically improving the operational stability and operational efficiency of petroleum refining facilities.
Claims (28)
(1)前記多成分混合物に対し質量分析を行い、得られたピークの各々について、そのピークに帰属する分子の分子式を特定し、さらにその分子の存在割合を特定するステップと、
(5)前記ステップ(1)において分子式が特定された各分子に対し、それらを構成するコアの構造を決定し、さらに側鎖及び架橋を決定して割り付けるステップと、
(6)前記ステップ(1)および(5)により特定された前記多成分混合物の各成分の分子構造から、各成分の融点及びハンセン溶解度指数値を取得するステップと、
(7)前記多成分混合物を構成する各成分のうち、所望の温度未満の融点を有する成分を液相成分として分類し、前記所望の温度以上の融点を有する成分を非液相成分として分類するステップと、
(8)前記液相成分として分類された各成分のハンセン溶解度指数値を各成分の液相における容量分率で重み付けした加重平均値として、液相全体の平均ハンセン溶解度指数値を算出するステップと、
(9)液相全体の前記平均ハンセン溶解度指数値と、非液相成分における各成分のハンセン溶解度指数値との差を算出するステップと、
(10)非液相成分における各成分を、前記差に基づいて、液相成分又は非液相成分として再分類し、液相成分として再分類された各成分を非液相成分から液相成分に編入して、液相成分及び非液相成分を更新するステップと、
(11)更新後の液相成分における各成分のハンセン溶解度指数値を各成分の液相における容量分率で重み付けした加重平均値として、更新後の液相全体の平均ハンセン溶解度指数値を算出するステップと、
(12)前記ステップ(9)~(11)を、前記ステップ(10)において液相成分として再分類される非液相成分がなくなる最終段階まで繰り返すステップとを含む、
ことを特徴とする、多成分混合物の性状の推定方法。 A method for estimating properties of a multi-component mixture by computer, comprising:
(1) performing mass spectrometry on the multi-component mixture, identifying the molecular formula of the molecule assigned to each peak obtained by performing mass spectrometry, and further identifying the abundance ratio of the molecule;
(5) for each molecule whose molecular formula has been specified in step (1), determine the structure of the core that constitutes them, and further determine and assign side chains and crosslinks;
(6) obtaining the melting point and Hansen Solubility Index value of each component from the molecular structure of each component of the multi-component mixture identified in steps (1) and (5);
(7) Among the components constituting the multi-component mixture, classify the component having a melting point lower than the desired temperature as a liquid phase component, and classify the component having a melting point equal to or higher than the desired temperature as a non-liquid phase component. a step;
(8) calculating an average Hansen Solubility Index value for the entire liquid phase as a weighted average value obtained by weighting the Hansen Solubility Index values of each component classified as the liquid phase component by the volume fraction of each component in the liquid phase; ,
(9) calculating the difference between the average Hansen Solubility Index value for the entire liquid phase and the Hansen Solubility Index value for each component in the non-liquid phase components;
(10) Each component in the non-liquid phase component is reclassified as a liquid phase component or a non-liquid phase component based on the difference, and each component reclassified as a liquid phase component is changed from the non-liquid phase component to the liquid phase component. to update the liquid phase component and the non-liquid phase component;
(11) Calculate the average Hansen solubility index value of the entire liquid phase after updating as a weighted average value obtained by weighting the Hansen solubility index value of each component in the liquid phase component after updating by the volume fraction of each component in the liquid phase. a step;
(12) repeating steps (9) to (11) until a final stage where no non-liquid phase components are reclassified as liquid phase components in step (10);
A method for estimating properties of a multi-component mixture, characterized by:
多成分混合物を2以上の任意の部分に分画するステップAと、
前記ステップAで分画された各分画物について、請求項1~10のいずれかに記載の方法により、各分画物を構成する各成分の分子構造及び存在割合を特定するステップBと
前記ステップAで分画された各分画物の混合比に従って、すべての分画物について得られた全成分の分子構造及び存在割合を統合するステップCと
を含むことを特徴とする方法。 A computer-aided method for determining a compositional model of a multi-component mixture, comprising:
A step of fractionating the multi-component mixture into any two or more portions;
A step B of specifying the molecular structure and abundance ratio of each component constituting each fraction by the method according to any one of claims 1 to 10 for each fraction fractionated in the step A; and step C of integrating the molecular structures and abundance ratios of all components obtained for all fractions according to the mixing ratio of each fraction fractionated in step A.
D(p,q) = MAS (K0 +K1 p +K2 q +K3 p2 +K4 pq +K5 q2+K6p3 +K7p2q +K8pq2 +K9 q3) ・・・(A)
(式中、
pは、前記所望の温度(T)が、T≦150℃のときに、p = (L0(T - 25) + L1)REDg、前記所望の温度(T)が、150℃<T≦200℃のときに、p = (L0(150 - 25) + L1)REDg、前記所望の温度(T)が、200℃<Tのときに、p = (L0(T - 25) + L2)REDgで表され、
L0、L1及びL2は、係数であり、
REDgは、RED≧0.3のときに、REDg=RED、RED<0.3のときに、REDg=0.3と表され、
REDは、RED=Δδ/R0で表され、
Δδは、液相全体の前記平均ハンセン溶解度指数値と前記非液相成分における各成分のハンセン溶解度指数値との差であり、
R0は、非液相成分における各成分の定数であり、
qは、q=logCで表され、
Cは、非液相成分における各成分の濃度であり、
MAS、及びK0~K9は、係数である。) The method according to any one of claims 1 to 14, wherein the aggregation degree (D) of each component in the non-liquid phase component is calculated by the following formula (A).
D( p , q )=M AS ( K0 + K1p +K2q+ K3p2 + K4pq + K5q2 + K6p3 + K7p2q + K8pq2 +K 9 q 3 ) (A)
(In the formula,
p is p = (L 0 (T − 25) + L 1 )RED g when the desired temperature (T) is T≦150° C., and when the desired temperature (T) is 150° C.<T p = (L 0 (150 - 25) + L 1 )RED g when ≤ 200°C and p = (L 0 (T - 25 ) + L 2 )RED g ,
L 0 , L 1 and L 2 are coefficients,
RED g is expressed as RED g =RED when RED≧0.3 and RED g =0.3 when RED<0.3,
RED is expressed as RED=Δδ/ R0 ,
Δδ is the difference between the average Hansen Solubility Index value for the entire liquid phase and the Hansen Solubility Index value for each component in the non-liquid phase components,
R 0 is the constant of each component in the non-liquid phase component,
q is represented by q=log C,
C is the concentration of each component in the non-liquid phase component,
M AS and K 0 -K 9 are coefficients. )
前記固相成分として分類された各成分の分率の合計を固相分率として算出するステップとを更に有することを特徴とする、請求項16に記載の方法。 calculating the sum of the fractions of each component classified as the aggregated phase component as the aggregated phase fraction;
17. The method of claim 16, further comprising calculating the sum of the fractions of each component classified as the solid phase component as the solid phase fraction.
前記原多成分混合物に所望の種類の溶媒を所望の分率で混合した場合、
前記原多成分混合物の温度を所望の温度に変更した場合、又は
前記原多成分混合物に所望の種類の溶媒を所望の分率で混合しかつ前記原多成分混合物の温度を所望の温度に変更した場合
における新多成分混合物の性状を予測し、
その予測を基に、前記所望の種類の溶媒を前記所望の分率で前記原多成分混合物に混合する、若しくは前記原多成分混合物の温度を前記所望の温度に変更する、又は、前記所望の種類の溶媒を前記所望の分率で前記原多成分混合物に混合しかつ前記原多成分混合物の温度を前記所望の温度に変更する、
ことを特徴とする、多成分混合物の処理方法。 By the method according to any one of claims 1 to 21, the properties of the original multicomponent mixture are estimated, and further based on the estimation results of the properties,
When the original multi-component mixture is mixed with the desired type of solvent in the desired fraction,
when the temperature of the original multi-component mixture is changed to a desired temperature, or when the original multi-component mixture is mixed with a desired type of solvent in a desired fraction and the temperature of the original multi-component mixture is changed to a desired temperature Predict the properties of the new multi-component mixture when
Based on the prediction, the desired type of solvent is mixed in the desired fraction into the original multicomponent mixture, or the temperature of the original multicomponent mixture is changed to the desired temperature, or the desired mixing a type of solvent in said desired fraction into said raw multi-component mixture and changing the temperature of said raw multi-component mixture to said desired temperature;
A method for treating a multi-component mixture, characterized in that:
前記多成分混合物を構成する各成分の分率、融点及びハンセン溶解度指数値を取得する成分情報取得部と、
前記多成分混合物を構成する各成分のうちの所望の温度未満の融点を有する成分を液相成分として分類し、前記所望の温度以上の融点を有する成分を非液相成分として分類する初期分類部と、
液相の性状を推定する液相演算部と
を備え、
前記成分情報取得部は、
前記多成分混合物の質量分析により得られた前記多成分混合物の各成分の構造及びその分率を含む組成情報と、前記組成情報に紐付けられた各成分の融点及びハンセン溶解度指数値を含む物性情報とを取得し、
前記液相演算部は、
前記液相成分として分類された各成分のハンセン溶解度指数値を各成分の液相における容量分率で重み付けした加重平均値として、液相全体の平均ハンセン溶解度指数値を算出し、
液相全体の前記平均ハンセン溶解度指数値と、前記非液相成分における各成分のハンセン溶解度指数値との差を算出し、
非液相成分における各成分を、前記差に基づいて、液相成分又は非液相成分として再分類し、液相成分として再分類された各成分を非液相成分から液相成分に編入して、液相成分及び非液相成分を更新し、
更新後の液相成分における各成分のハンセン溶解度指数値を各成分の液相における容量分率で重み付けした加重平均値として、更新後の液相全体の平均ハンセン溶解度指数値を算出し、
液相成分として再分類される非液相成分がなくなる最終段階まで、平均ハンセン溶解度指数値、液相成分、及び非液相成分の更新を繰り返す、
ことを特徴とする多成分混合物の性状推定装置。 A property estimation device for a multi-component mixture,
a component information acquisition unit that acquires the fraction, melting point, and Hansen solubility index value of each component that constitutes the multicomponent mixture;
An initial classification unit that classifies components having a melting point lower than a desired temperature among the components constituting the multi-component mixture as liquid phase components, and classifies components having a melting point equal to or higher than the desired temperature as non-liquid phase components. When,
A liquid phase calculation unit for estimating properties of the liquid phase,
The component information acquisition unit is
Composition information including the structure and fraction of each component of the multi-component mixture obtained by mass spectrometry of the multi-component mixture, and physical properties including the melting point and Hansen solubility index value of each component linked to the composition information get information and
The liquid phase calculation unit is
Calculate the average Hansen solubility index value of the entire liquid phase as a weighted average value obtained by weighting the Hansen solubility index value of each component classified as the liquid phase component by the volume fraction of each component in the liquid phase,
calculating the difference between the average Hansen Solubility Index value for the entire liquid phase and the Hansen Solubility Index value for each component in the non-liquid phase components;
Each component in the non-liquid phase component is reclassified as a liquid phase component or a non-liquid phase component based on the difference, and each component reclassified as a liquid phase component is incorporated from the non-liquid phase component to the liquid phase component. to update the liquid phase component and the non-liquid phase component,
Calculate the average Hansen solubility index value of the entire liquid phase after the update as a weighted average value obtained by weighting the Hansen solubility index value of each component in the liquid phase component after the update by the volume fraction of each component in the liquid phase,
Repeat updating the average Hansen Solubility Index values, the liquid phase components, and the non-liquid phase components until the final stage where there are no non-liquid phase components reclassified as liquid phase components;
An apparatus for estimating properties of a multi-component mixture, characterized by:
前記非液相演算部は、前記所望の温度における前記最終段階での更新後の非液相成分における各成分の凝集度を、液相全体の前記平均ハンセン溶解度指数値と前記非液相成分における各成分のハンセン溶解度指数値との差と、前記最終段階での更新後の非液相成分における各成分の濃度とに基づいて算出することを特徴とする請求項25記載の多成分混合物の性状推定装置。 Further comprising a non-liquid phase calculation unit for estimating properties of the non-liquid phase,
The non-liquid phase calculation unit calculates the aggregation degree of each component in the non-liquid phase component after updating in the final stage at the desired temperature, the average Hansen solubility index value of the entire liquid phase and the non-liquid phase component in the 26. The properties of the multi-component mixture according to claim 25, characterized in that it is calculated based on the difference between the Hansen solubility index value of each component and the concentration of each component in the non-liquid phase component after updating in the final stage estimation device.
請求項12に記載の方法により推定された多成分混合物の物性値に基づいて、運転条件を設定することを特徴とする多成分混合物に関する装置の運転方法。 27. A method of operating an apparatus according to claim 25 or 26, comprising:
13. A method of operating an apparatus relating to a multi-component mixture, characterized in that operating conditions are set based on the physical property values of the multi-component mixture estimated by the method according to claim 12.
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