JP2002248341A

JP2002248341A - 気相酸化反応システムの制御方法および制御装置

Info

Publication number: JP2002248341A
Application number: JP2001313319A
Authority: JP
Inventors: Hisato Doke; 久人道家; Hiroshi Kameo; 広志亀尾; Shinji Iwade; 慎二岩出
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2000-12-18
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2002-09-03

Abstract

(57)【要約】【課題】炭化水素と酸素含有ガスとを触媒の存在下で
反応させる気相酸化反応システム、特に、リサイクルシ
ステムを含む気相酸化反応システムにおいて、反応装置
からの排出流の組成、すなわち反応転化率や主製品選択
率を一定に保つように反応条件を容易に制御できるよう
な、オペレータの操作負担の少ない効率的な制御手段を
提供する。【解決手段】反応装置および一つまたはそれ以上の分
離装置を備えた気相酸化反応システムの制御方法および
制御装置であって、反応装置入口の合計流量あるいは該
反応装置またはいずれか一つ以上の分離装置からの排出
流量と反応装置入口のガス組成をそれぞれ一定に保つよ
うに制御することを特徴とする気相酸化反応システムの
制御方法および制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素と酸素含
有ガスとを触媒の存在下で反応させる気相酸化反応シス
テムの制御方法および制御装置に関するものであり、特
に反応装置内部のガス流量とガス組成を一定に制御する
ことにより、気相酸化反応システムを安定に運転する制
御技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】触媒の存在下で、炭化水素及び酸素含有
ガスを反応させる気相酸化反応としては、例えば炭化水
素の接触酸化方法があり、炭素数４の炭化水素の酸化に
よる無水マレイン酸の製造や、炭素数３の炭化水素のア
ンモ酸化によるアクリロニトリルの製造、エチレンのオ
キシクロリネーションによる二塩化エチレンの製造など
が広く知られている。

【０００３】近年、これらの気相酸化反応において、目
的とする生成物を効率的に生産するために、反応装置で
の炭化水素の転化率を低く抑えることで生成物への選択
率を向上させる一方で、未反応の炭化水素を回収して反
応装置に循環させるリサイクル法が提案されている。

【０００４】しかしながら、従来のワンパスプロセスで
は、例えば反応成績が変化した時に、反応条件（各ガス
の流量や、温度、圧力、触媒量）をそれぞれ単独で制御
することにより、安定に運転を継続することができた
が、リサイクルプロセスの場合は、反応装置を出たガス
が再び分離装置等を経由して最終的に反応装置に戻るた
めに、例えば反応成績が変化した時に従来のような反応
条件制御を行なおうとしても、リサイクルガスの流量や
組成が反応条件の変更の影響で変化するために、そのま
までは定常な状態に落ち着くことはなく、結果として酸
化反応を安定に継続することが困難であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題とすると
ころは、炭化水素と酸素含有ガスとを触媒の存在下で反
応させる気相酸化反応システムにおいて、反応装置から
の排出流の組成、すなわち反応転化率や主製品選択率を
一定に保つように反応条件を容易に制御できるような、
オペレータの操作負担の少ない効率的な制御手段を提供
することにある。特にその制御手段は、気相酸化反応シ
ステムがリサイクルシステムを含む場合にも有効なもの
であることが望まれる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、気相酸化反応
システムにおいて、反応装置入口の合計流量あるいは該
反応装置またはいずれか一つ以上の分離装置からの排出
流量と反応装置入口のガス組成をそれぞれ一定に制御す
ることにより、反応装置内部での気相酸化反応の条件を
安定させ、反応転化率や主製品選択率の安定化を図るも
のである。

【０００７】本発明において、反応装置入口のガス組成
の一定化は、反応装置入口の合計酸素濃度を一定に制御
することで実現され、リサイクルラインから還流するガ
ス中の酸素流量が変動しても、その影響は除去される。
本発明による気相酸化反応システムの制御方法と制御装
置の構成は、以下の各項に示されるように具体化され
る。

【０００８】（１）反応装置、一つまたはそれ以上の分
離装置およびリサイクル流を備えた気相酸化反応システ
ムの制御方法であって、反応装置入口の合計流量あるい
は該反応装置またはいずれか一つ以上の分離装置からの
排出流量と、反応装置入口のガス組成をそれぞれ一定に
保つように制御することを特徴とする気相酸化反応シス
テムの制御方法。

【０００９】（２）前項（１）において、反応装置入口
の合計流量あるいは該反応装置またはいずれか一つ以上
の分離装置からの排出流量を一定に保つ制御は、反応装
置へ供給する原料ガスの合計流量、あるいは反応装置と
分離装置の任意のものからの排出流の流量を検出し、該
検出した流量を所望値に保つように制御するものである
ことを特徴とする気相酸化反応システムの制御方法。

【００１０】（３）前項（１）または（２）において、
反応装置入口の合計流量あるいは該反応装置またはいず
れか一つ以上の分離装置からの排出流量を一定に保つ制
御は、反応装置へ供給する空気または不活性ガスの流量
を操作することにより行なうことを特徴とする気相酸化
反応システムの制御方法。（４）前項（１）ないし（３）のいずれかにおいて、反
応装置入口のガス組成を一定に保つ制御は、反応装置入
口の各原料ガスに含有される酸素の流量を検出して合計
の酸素流量を求めることにより行なうことを特徴とする
気相酸化反応システムの制御方法。

【００１１】（５）前項（４）において、反応装置入口
の各原料ガスに含有される酸素の流量を検出する原料ガ
スは、酸素、空気、およびリサイクル流の各ガスである
ことを特徴とする気相酸化反応システムの制御方法。（６）反応装置、一つまたはそれ以上の分離装置および
リサイクル流を備えた気相酸化反応システムの制御装置
であって、反応装置入口の合計流量あるいは該反応装置
またはいずれか一つ以上の分離装置からの排出流量を一
定に保つように制御する第１の制御系と、該反応装置入
口の酸素流量を一定に保つように制御する第２の制御系
とを並列に備えていることを特徴とする気相酸化反応シ
ステムの制御装置。

【００１２】（７）前項（６）において、反応装置入口
の合計流量あるいは該反応装置またはいずれか一つ以上
の分離装置からの排出流量を一定に保つ第１の制御系
は、反応装置へ供給する原料ガスの合計流量、あるいは
反応装置と分離装置の任意のものからの排出流の流量を
検出する手段と、該検出した流量を所望値に保つように
制御する手段とを有するものであることを特徴とする気
相酸化反応システムの制御装置。

【００１３】（８）前項（６）または（７）において、
反応装置入口の合計流量あるいは該反応装置またはいず
れか一つ以上の分離装置からの排出流量を一定に保つ第
１の制御系は、反応装置へ供給する空気または不活性ガ
スの流量を操作する手段を有することを特徴とする気相
酸化反応システムの制御装置。（９）前項（６）ないし（８）のいずれかにおいて、反
応装置入口のガス組成を一定に保つ第２の制御系は、反
応装置入口の各原料ガスに含有される酸素の流量を検出
して合計酸素流量を求める手段を有することを特徴とす
る気相酸化反応システムの制御装置。

【００１４】（１０）前項（９）において、反応装置入
口の合計酸素流量を求める手段が反応装置入口で酸素の
流量を検出するガスは、酸素、空気、およびリサイクル
流の各ガスであることを特徴とする気相酸化反応システ
ムの制御装置。図１に、本発明を適用した気相酸化反応
システムの概要構成を示す。以下、図１に基づき本発明
の詳細を説明する。

【００１５】図１の気相酸化反応システムは、少なくと
も一つの反応装置１と、一つ又はそれ以上の分離装置２
−Ａ〜２−Ｎと、リサイクルループ３とを有する。反応
装置１に供給される炭化水素、酸素、空気あるいは不活
性ガスおよびその他の気相原料の新規供給分は、それぞ
れ流量指示調整器４、５、６、７で流量Ｆ１、Ｆ２、Ｆ
３、Ｆ４に調整される。また図示省略されているが、反
応装置１には触媒を存在させている。

【００１６】反応装置１からの反応生成物や副生成物、
あるいは不要成分は、分離装置２−Ａ〜２−Ｎのそれぞ
れから任意に取り出されあるいは除去される。Ｒ点は反
応装置１からの排出流、Ａ点は第一番目の分離装置２−
Ａからの排出流、…、Ｎ点は第Ｎ番目の分離装置２−Ｎ
からの排出流を示す。最終又は第Ｎ番目の分離装置２−
Ｎからの排出流は、供給流の一部としてリサイクルルー
プ３を介して反応装置１にリサイクルされる。このリサ
イクル流量はＦ５で表わされる。

【００１７】反応装置１における気相酸化反応処理は、
制御装置８により制御される。制御装置８としては、ど
のようなタイプのＰＩＤ（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−
ｉｎｔｅｇｒａｌ−ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御装置で
も、またどのような種類のフィードバック型制御装置で
も或いはどのような種類のフィードフォワード型制御装
置であってもよい。

【００１８】制御装置８は、反応装置入口の合計流量あ
るいは該反応装置またはいずれか一つ以上の分離装置か
らの排出流量を一定に保つように制御するためのガス流
量制御部９（第１の制御系に対応）と、反応装置入口の
ガス組成を一定に保つように制御するガス組成制御部１
０（第２の制御系に対応）からなっている。これらの制
御部９、１０は独立して機能し、並列的に動作する。

【００１９】ガス流量制御部９は、図示の例では反応装
置入口の合計流量、すなわち反応装置１に供給される炭
化水素、酸素、空気または不活性ガス、その他の原料、
およびリサイクルガスを含む各原料ガスの合計流量（Ｆ
１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４＋Ｆ５）を制御変数として検出
し、検出した合計流量が所望値となるように合計流量を
直接的あるいは間接的に調整する。図示の例では、反応
装置入口の空気または不活性ガスの供給流量のみを操作
変数として合計流量を間接的に調整している。なお、反
応装置１入口の合計流量を制御変数として用いる代わり
に、反応装置１からの排出流の流量や、分離装置２−Ａ
〜２−Ｎの任意の一つあるいは複数のものからの排出流
の流量を制御変数に用いることができる。

【００２０】ガス組成制御部１０は、反応装置１入口の
ガス組成を一定化するために、反応装置１入口の各原料
ガスに含まれる酸素流量を検出して、反応装置１入口で
の合計酸素流量を求め、この合計酸素流量を制御変数と
してそれが所望値となるように原料の酸素供給流量を操
作している。これにより、リサイクル流中の酸素流量に
変動があると、その変動を打ち消す方向にフィードフォ
ワード的に原料の酸素の流量が調整される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施の形
態について説明する。図２は、本発明による気相酸化反
応システムの制御装置の１例の構成を示す。図２中に参
照番号１〜１０で示される要素は、図１中に同一参照番
号で示される要素に対応している。ここで制御装置８
は、どのような種類のＰＩＤ制御装置やフィードバック
制御装置であってもよく、また単一の装置である必要は
ない。そして、制御装置８内に示されているガス流量制
御部９とガス組成制御部１０は機能的なものであり、ハ
ードウェアあるいはソフトウェアによって容易に実現で
きる。

【００２２】図２に示される気相酸化反応システムの主
要な構成と動作は、図１のシステムと同様であり、一つ
の反応装置１と、一つ又はそれ以上の分離装置２−Ａ〜
２−Ｎとリサイクルループ３からなり、反応装置１に
は、炭化水素、酸素、空気あるいは不活性ガス、および
その他の気相原料の新規供給分が供給される。反応装置
１からの反応生成物、副生成物、および不要成分は、分
離装置によって取り出され、あるいは除去される。Ｒ点
には反応装置１からの排出流があり、Ａ点には分離装置
２−Ａからの排出流があり、以下同様にしてＮ点には分
離装置２−Ｎからの排出流がある。最終のＮ点の排出流
は、供給流の一部として反応装置１にリサイクルされ
る。

【００２３】図２において、ガス流量制御部９の制御変
数は、反応装置１の入口の合計流量（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３
＋Ｆ４＋Ｆ５）またはＡ点〜Ｎ点のいずれか一つ以上か
らの排出流の流量であり、ここではＡ点からの排出流の
流量が用いられる。また操作変数は反応装置１へ供給さ
れる空気または不活性ガスの流量Ｆ３である。ガス組成
制御部１０の制御変数は、反応装置１入口の合計酸素流
量であり、操作変数は反応装置１へ供給される酸素の流
量Ｆ２である。ここで制御変数である反応装置１入口の
合計酸素流量は、供給酸素の流量Ｆ２と、空気あるいは
不活性ガスの流量Ｆ３およびＦ３中の酸素濃度（％）
と、リサイクル流の流量Ｆ５およびリサイクル流中の酸
素濃度（％）とから次式によって算出される。

【００２４】合計酸素流量＝Ｆ２＋Ｆ３×Ｆ３中の酸素濃度（％）／１００＋Ｆ５×Ｆ５中の酸素濃度（％）／１００なお、ここで使用される流量は、差圧式流量計、渦式流
量計、コリオリ式流量計、面積式流量計などにより、通
常用いられているガス流量測定手順にしたがって測定さ
れる。またリサイクル流中の酸素濃度は、各種オンライ
ン測定計や酸素濃度を測定できる分析計等の通常用いら
れている酸素濃度測定手段により測定される。しかし、
ガスクロマトグラフのような非連続の分析手順に用いる
よりも、連続的に濃度を測定できる手段を用いることが
望ましい。また、合計酸素流量のかわりに、反応装置へ
供給する全ガス中の合計酸素濃度を制御変数としてもよ
い。この時、合計酸素濃度は合計酸素流量／反応装置入
口の合計流量×１００（％）で算出される。

【００２５】制御装置８中のガス流量制御部９とガス組
成制御部１０の各ブロックには、それぞれの制御フロー
が単位となる処理手段１１ないし１８を用いて示されて
いる。以下、これらのフローにしたがって制御装置８の
各部の動作を説明する。ガス流量制御部９の動作ガス流量制御部９において、排出流流量検出手段１１
は、反応装置１出口Ａ点の排出流について流量を検出す
る。一方、排出流流量目標値設定手段１２により、出口
Ａ点の排出流流量目標値があらかじめ設定されている。

【００２６】次に偏差検出手段１３が実行され、検出さ
れた排出流流量と設定されている排出流流量目標値とが
比較されて、偏差量が検出される。次に空気あるいは不
活性ガス流量操作値演算手段１４が実行され、検出され
た偏差値に基づき反応装置１へ供給する空気あるいは不
活性ガスの流量Ｆ３を修正するための操作値が算出され
る。この操作値は、あらかじめ用意されているテーブル
や演算式を用いて算出される。算出された操作値は、空
気あるいは不活性ガスの流量指示調整器６へ送られ、空
気あるいは不活性ガスの供給流量Ｆ３が修正される。

【００２７】これらの動作シーケンスは、たとえば一定
の周期で繰り返される。ガス組成制御部１０の動作ガス組成制御部１０では、合計酸素流量計算手段１５
が、反応装置１入口の酸素とリサイクル流の各原料ガス
について個々に酸素の流量を検出し、上記した式により
それらを合計して合計酸素流量を算出する。一方、合計
酸素流量目標値設定手段１６により、合計酸素流量の目
標値があらかじめ設定されている。

【００２８】次に偏差検出手段１７が実行され、検出さ
れた合計酸素流量と設定されている合計酸素流量目標値
とが比較されて、偏差量が検出される。次に酸素流量操
作値演算手段１８が実行され、検出された偏差値に基づ
き反応装置１へ供給する酸素の流量Ｆ２を修正するため
の操作値が算出される。この操作値は、あらかじめ用意
されているテーブルや演算式を用いて算出される。算出
された操作値は、酸素の流量指示調整器５へ送られ、酸
素の供給流量Ｆ２が修正される。

【００２９】これらの動作シーケンスは、ガス流量制御
部９の場合と同様に、たとえば一定の周期で繰り返され
る。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、反応装置へ供給する原
料ガスの合計流量が直接的あるいは間接的に一定に制御
されると同時に、反応装置入口の合計酸素流量が一定に
制御されるため、反応装置内部の反応条件が一定とな
り、反応の安定化を図ることができる。これにより、反
応リサイクルラインから還流するガス中の酸素流量が変
動しても、その影響は自動的に除去されるため、気相酸
化反応システムの運転の安定化と容易化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による気相酸化反応システム制御の原理
説明図である。

【図２】本発明の１実施の形態による気相酸化反応シス
テム制御装置の構成説明図である。

【符号の説明】

１反応装置２−Ａ〜２−Ｎ分離装置３リサイクル流４〜７流量指示調整器８制御装置９ガス流量制御部１０ガス組成制御部１１排出流流量検出手段１２排出流流量目標値設定手段１３偏差検出手段１４空気あるいは不活性ガス流量操作値演算手段１５合計酸素流量計算手段１６合計酸素流量目標値設定手段１７偏差検出手段１８酸素流量操作値演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩出慎二岡山県倉敷市潮通三丁目10番地三菱化学株式会社水島事業所内Ｆターム(参考） 4G075 AA02 AA61 AA62 BA01 BA05 BA06 BD12 BD14 CA51 CA54 CA63 DA01 DA12 DA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応装置、一つまたはそれ以上の分離装
置およびリサイクル流を備えた気相酸化反応システムの
制御方法であって、反応装置入口の合計流量あるいは該反応装置またはいず
れか一つ以上の分離装置からの排出流量と、反応装置入
口のガス組成をそれぞれ一定に保つように制御すること
を特徴とする気相酸化反応システムの制御方法。
【請求項２】請求項１において、反応装置入口の合計
流量あるいは該反応装置またはいずれか一つ以上の分離
装置からの排出流量を一定に保つ制御は、反応装置へ供
給する原料ガスの合計流量、あるいは反応装置と分離装
置の任意のものからの排出流の流量を検出し、該検出し
た流量を所望値に保つように制御するものであることを
特徴とする気相酸化反応システムの制御方法。
【請求項３】請求項１または請求項２において、反応
装置入口の合計流量あるいは該反応装置またはいずれか
一つ以上の分離装置からの排出流量を一定に保つ制御
は、反応装置へ供給する空気または不活性ガスの流量を
操作することにより行なうことを特徴とする気相酸化反
応システムの制御方法。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかにお
いて、反応装置入口のガス組成を一定に保つ制御は、反
応装置入口の各原料ガスに含有される酸素の流量を検出
して合計酸素流量を求めることにより行なうことを特徴
とする気相酸化反応システムの制御方法。
【請求項５】請求項４において、反応装置入口の各原
料ガスに含有される酸素の流量を検出する原料ガスは、
酸素、空気、およびリサイクル流の各ガスであることを
特徴とする気相酸化反応システムの制御方法。
【請求項６】反応装置、一つまたはそれ以上の分離装
置およびリサイクル流を備えた気相酸化反応システムの
制御装置であって、反応装置入口の合計流量あるいは該反応装置またはいず
れか一つ以上の分離装置からの排出流量を一定に保つよ
うに制御する第１の制御系と、該反応装置入口の酸素流
量を一定に保つように制御する第２の制御系とを並列に
備えていることを特徴とする気相酸化反応システムの制
御装置。
【請求項７】請求項６において、反応装置入口の合計
流量あるいは該反応装置またはいずれか一つ以上の分離
装置からの排出流量を一定に保つ第１の制御系は、反応
装置へ供給する原料ガスの合計流量、あるいは反応装置
と分離装置の任意のものからの排出流の流量を検出する
手段と、該検出した流量を所望値に保つように制御する
手段とを有するものであることを特徴とする気相酸化反
応システムの制御装置。
【請求項８】請求項６または請求項７において、反応
装置入口の合計流量あるいは該反応装置またはいずれか
一つ以上の分離装置からの排出流量を一定に保つ第１の
制御系は、反応装置へ供給する空気または不活性ガスの
流量を操作する手段を有することを特徴とする気相酸化
反応システムの制御装置。
【請求項９】請求項６ないし請求項８のいずれかにお
いて、反応装置入口のガス組成を一定に保つ第２の制御
系は、反応装置入口の各原料ガスに含有される酸素の流
量を検出して合計酸素流量を求める手段を有することを
特徴とする気相酸化反応システムの制御装置。
【請求項１０】請求項９において、反応装置入口の合
計酸素流量を求める手段が反応装置入口で酸素の流量を
検出するガスは、酸素、空気、およびリサイクル流の各
ガスであることを特徴とする気相酸化反応システムの制
御装置。