JP2002523563A - リアルタイム最適化プロセスに関して用いられる成分写像器 - Google Patents

リアルタイム最適化プロセスに関して用いられる成分写像器

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JP2002523563A JP2000566745A JP2000566745A JP2002523563A JP 2002523563 A JP2002523563 A JP 2002523563A JP 2000566745 A JP2000566745 A JP 2000566745A JP 2000566745 A JP2000566745 A JP 2000566745A JP 2002523563 A JP2002523563 A JP 2002523563A
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フレデリック・ジェイ・クランベック
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Abstract

(57)【要約】 多数の物理的成分を有する流体蒸気を複数の擬似成分（４０１，４０２）としてモデル化されるプロセスに関連して、成分写像器（２２）が提供される。モデル内の各擬似成分は、変化する事前設定された特性および変量を有する。擬似成分が複数のサブ擬似成分と置換可能となるように、各擬似成分に対して、複数のサブ擬似成分が形成される。各サブ擬似成分（４０１）は、各擬似成分に対する制御プロセスの所定の物理的特性に対する事前設定値を有し、所定の特性に関する現在値および擬似成分の現在量が得られ、擬似成分の各サブ擬似成分（４０１）の現在量が計算される。所定の特性に関する事前設定値、および擬似成分の各サブ擬似成分に対する計算された現在量がリアルタイムの最適化プロセスにおいて利用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、精油処理に関するリアルタイムの最適化プロセスに関連して用いら
れる成分写像器（マッパ：mapper）に関する。とりわけ、本発明は、モデル構成
部品の値を得た後、モデル構成部品の小分けした成分に関する値を計算する成分
写像器に関する。
【０００２】 広く知られているように、最適化プロセスにおいて、システムがコンピュータ
によりモデル化され、このモデルは、特定の結果を最大化し、かつ／または特定
の結果を最小化するために、最適化される。広く知られているように、こうした
最適化は、反復的なメカニズムを有しており、システム設定値が求められる。コ
ンピュータによるモデルをリアルタイムに最適化することにより、上述の最適化
処理を実現する複数の設定値が得られる。
【０００３】 こうした最適化プロセスは、一般に、システムデータを収集するステップと、
これら収集されたデータに基いて、最適化ルーチンを実行するステップとを有す
る。最適化ルーチンが比較的に迅速に結論されれば、システムは実質的に変化す
ることはなく、最適化処理の結果をシステムに適用することができる。これに対
して、最適化ルーチンが比較的に迅速に結論されなければ、システムは実質的に
変化し、最適化処理の結果をシステムに適用することができなくなる。例えば、
最適化ルーチンが、１つの環境温度に基いていて、環境温度が１０度下がったと
判断された場合、最適化プロセスの結果は、こうした温度降下に起因して、著し
い影響を受ける可能性がある。つまり、最適化ルーチンは比較的に迅速に行う必
要がある。
【０００４】 原油精製産業において、リアルタイムの最適化プロセスを用いて、精油装置ま
たはその一部をリアルタイムに最適化する努力がなされてきた。精油装置全体の
リアルタイムの最適化処理を行う場合、必要な入力情報は、一般に、プラントの
経済性を決定する事前に設定されたパラメータ、利用可能な原油供給貯蔵所およ
びこれら供給貯蔵所の分析または評価に関する情報、プラント内の特定の設備が
利用できるかどうかなどのプラントの作動上の制約、湿度および降雨量とともに
環境温度および大気圧を含むプラントにおける作動状態、および精油装置全体、
環境および作動構成装置に関するその他の同様の情報を有する。こうした入力情
報（インプット）に基いて、精油装置全体または少なくともその一部の機能を最
適化することを目的とする。
【０００５】 理解すべきことに、最適化すべきもの、それこそが、日によってあるいは時間
によって変化し得る。例えば、１つの８時間周期で、ガソリンを精製するために
精油装置またはその一部を最適化してもよい。次の４時間で、精油装置またはそ
の一部を最適化して、家庭用の暖房油を精製してもよい。その次の４８時間で、
精油装置またはその一部を最適化して、プロパンおよびエチレンを精製してもよ
い。
【０００６】 しかしながら、理解されるように、精油装置またはその一部をリアルタイムで
最適化しようとする努力は相当なものである。例えば、精油装置における構成装
置に関するモデルは、極めて複雑で、数多くの変数値と複雑な方程式を有する。
その他、最適化する上で必要で、構成装置モデル間で交換する必要のある情報量
は莫大である。こうした理由から、リアルタイムの最適化プロセスのために、精
油装置全体をコンピュータによりモデル化することができ、これまでそのように
してきたが、モデル全体を最適化するのに必要な計算時間量は、精油装置全体の
モデルの大きさおよび複雑さに起因して、法外なものとなった。その結果、こう
した最適化プロセスは、本当の意味での「リアルタイム」ではなかった。
【０００７】 したがって、精油装置およびその一部を最適化することに関連して、実際的な
リアルタイムの最適化プロセスに対する要請があった。
【０００８】 本発明は、多数の物理的成分を有する流体蒸気を複数の擬似成分としてモデル
化されるプロセスに関連して、成分写像器を提供することにより、上述の要請を
満足させるものである。各物理的成分が沸点を有し、各擬似成分が事前に設定さ
れた沸点を有し、およそ事前設定された沸点を有する流体蒸気からの物理的成分
すべてを含有する。流体蒸気のモデル内の各擬似成分が変化する事前設定された
特性および変量を有する。
【０００９】 擬似成分が複数の小分けした（サブの）擬似成分と置換可能となるように、各
擬似成分に対して、複数の小分けした（サブの）擬似成分が形成される。小分け
した（サブの）擬似成分の各々が擬似成分の事前設定された沸点、所定の特性に
対する事前設定値、および変量を有する。
【００１０】 各擬似成分に対して、所定の特性に関する現在値および擬似成分の現在量が得
られ、擬似成分の小分けした（サブの）擬似成分の各々の現在量が計算される。
所定の特性に関する事前設定値、および各擬似成分の小分けされた（サブの）擬
似成分の各々に関して計算された現在量は、リアルタイムの最適化プロセスにお
いて利用される。
【００１１】 本発明の１つの実施形態において、所定の特性とは密度であり、量とは重量率
および容積率である。
【００１２】 以下に示す本発明の詳細な説明と同様、添付図面を参照しながら、上記要約を
読めば、より十分に理解される。しかしながら、本発明を、説明された装置およ
び手段だけに限定して理解すべきではない。
【００１３】 （好適な実施形態の詳細な説明） 以下の説明において、便宜上、特定の技術が用いられるが、これに限定して解
釈すべきではない。「左」、「右」、「上」、および「下」といった文言は、参
照すべき図面上の方向を意味するものである。「内側」および「外側」といった
文言は、各々、参照すべき対象物の幾何学的中心に向かう方向、および参照すべ
き対象物の幾何学的中心から離れる方向のことである。専門用語として、特に上
述した単語、その派生語、および同様の趣旨を含む単語がある。
【００１４】 図を詳細に参照すると、同様の構成部品に対しては、一貫して、同様の符号を
用いてある。図１は、反応装置システム１２、主要分別装置１４、蒸留コラム１
６を有する精油システム１０ａの一般的な構成を示している。よく知られている
ように、精油システム１０ａとは実質的に１つの精油装置全体を意味する。しか
し、より一般的にはいえば、通常の精油所とは、図１に示すようないくつかの精
油システム１０ａを有するとともに、図示しない他の異なるいくつかの精油シス
テムを有している。ただし、本発明を理解するためには、図１で示す精油システ
ム１０ａだけを検討すればよい。
【００１５】 よく知られているように、通常の精油装置は、原材料として１つまたはそれ以
上の種類の原油を受容する。同様によく知られたことであるが、より軽く、比較
的に単純な（比較的に沸点の低い）分子から、より重く、比較的に複雑な（比較
的に沸点の高い）分子に至るまで、数千もの異なる種類の炭化水素系分子から構
成されている。図５および図６を参照して以下詳述するように、原油は、第１段
階として、主要原料ユニット内で分別され、構成成分の重量／沸点に基いて、い
くつかの流体蒸気に、少なくともおおまかに分別される。
【００１６】 ただし、より重量の軽い、または沸点の低い流体蒸気が、より望ましいものと
考えられているため、より重量の重い、または沸点の高い流体蒸気の少なくとも
いくつかは、図１で示す反応装置１２を含む反応プロセスに対する原料として供
給される。原料の物理的成分が、より複雑でより重い分子から、より複雑でなく
、より軽い分子となるように分解するように、温度、圧力、および／または触媒
を、反応装置１２内に受容された原料に対して、既知の方法を用いて付加する。
こうして、反応装置１２は、その生成物として、反応装置１２への原料と比較し
て、より軽く沸点の低い物理的成分を有する流体蒸気を生成する。反応装置１２
からの流体蒸気の生成物は、主要分別装置１４が受容するように、主要分別装置
１４へ転送される。
【００１７】 主要分別装置１４は、よく知られているように、固定した温度勾配を有する非
常に大規模な垂直コラム（円柱塔：column）である。とりわけ、分別装置１４は
、その頂部において比較的冷たく（周囲温度のオーダであって）、その底部にお
いて比較的熱い（華氏１０００度ないし１２００度以上のオーダである）。主要
分別装置１４が受容する流体蒸気内の物理的成分は、各沸点に応じて主要分別装
置１４内で留出する。特に、主要分別装置に流入する流体蒸気の物理的成分の各
々は、こうした分別装置１４内の沸点における平衡状態に達するまで、上昇およ
び／または下降する。物理的成分が液体状態にある場合、気体に沸騰する領域に
達するまで、より高温部へ落下する。これと同様に、物理的成分が気体状態にあ
る場合、液化する領域に達するまで、より低温部へ上昇する。
【００１８】 主要分別装置１４は、複数の異なる高さ／図示しない温度領域に、トレイを備
えており、各トレイは、おおよそ沸点に対応している。こうした沸点近くにある
流体蒸気内の物理的成分は、これらのトレイ内に収集され、さらに処理すべき流
体蒸気（図１で示す製品１）としてアウトプットされる。理解すべきことは、主
要分別装置１４は、反応装置１２から受容した流体蒸気を、分別済み流体蒸気に
粗く分別することである。分別済み流体蒸気をさらに精製して分別するためには
、分別済み流体蒸気の各々を主要分別装置１４から１つまたはそれ以上の蒸留コ
ラム１６へ転送して、より精製された組成物に分別する。
【００１９】 広く知られたことではあるが、蒸留コラム１６の各々は、主要分別装置１４と
機能的に同じ原理を用いて作動する。すなわち、蒸留コラム１６は、垂直コラム
内の頂部ではより冷たく、底部ではより熱い、温度勾配を有している。ただし、
より純度を高く分別するために、例えば、受容した分別流体蒸気がおおよそ華氏
３００度の沸点を有する場合、蒸留コラム１６は、華氏２００度ないし４００度
の範囲の固定温度を有し、華氏２０度間隔でトレイを備える。同様に、より精製
して分別するために、例えば、受容した分別流体蒸気がおおよそ華氏６００度な
いし７００度の沸点を有する場合、別の蒸留コラム１６は、華氏５００度ないし
８００度の範囲の固定温度を有し、華氏３０度の間隔でトレイを有する。このよ
うに、複数の蒸留コラム１６から、より精製して分別することにより、多様な製
品をアウトプットすることができる（図１に示す製品２、製品３、製品４）。
【００２０】 ここで認識すべきことに、反応精油システム１０ａは、概して図１に示すよう
に、反応装置１２、主要分別装置１４、および一連の蒸留コラム１６を有する。
反応精油システム１０ａの構造および機構は、本発明の精神および範疇から逸脱
することなく変更することができる。例えば、多数の反応装置１２を用いること
ができ、各反応装置は異なる温度、圧力、および／または異なる触媒を用いて作
動する。同様に、多数の異なる構成において、多数の分別装置１４および多数の
蒸留コラム１６を、直列および並列に用いてもよい。例えば、多数の反応装置１
２から並列に多数の分別装置１４に供給して、多数の分別装置１４から並列に多
数の一連の蒸留コラム１６に供給してもよい。
【００２１】 ここで図２を参照すると分かるように、図１で示す反応精油システム１０ａに
おける分析を行う際、図１で示す各構成装置は、適当なコンピュータシステムま
たはプロセッサ２０上で作動する対応のコンピュータモデル１８ａに置き換えら
れ、これにより表現される。プロセッサまたはコンピュータシステム２０は、時
宜を得て（タイムリに）モデル１８ａを実行するのに十分な能力を備えているも
のであれば、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、任意の適当な装置であ
ってもよい。例えば、プロセッサ２０は、パーソナルコンピュータまたはワーク
ステーションコンピュータ、ミニコンピュータプロセッサ、メインフレームコン
ピュータプロセッサなどであってもよい。
【００２２】 したがって、反応装置モデル１２ｍは反応装置１２を表し、主要分別装置モデ
ル１４ｍは主要分別装置１４を表し、蒸留コラムモデル１６ｍは蒸留コラム１６
を表す。本発明の精神と範囲から逸脱することなく、モデル１２ｍ、１４ｍ、お
よび１６ｍに関して、任意の適当な化学工学材料およびエネルギ均衡モデルを用
いることができる。このようなモデル１２ｍ、１４ｍ、および１６ｍは、一般に
知られているので、本明細書で詳細に説明するまでもない。ただし、モデル１２
ｍ、１４ｍ、および１６ｍの各々には、流体蒸気または原料を表すインプット値
が入力され、対応する構成装置からの１つまたはそれ以上の流体蒸気のアウトプ
ット値が出力されることになっているといえば十分であろう。
【００２３】 これまで説明したように、原油は、一般に、数千もの異なる種類の炭化水素系
分子から構成されている。これに対応して、任意の精油プロセスにおいて、特定
の構成装置により受容される流体蒸気または原料は、数千もの化学組成物および
分子の複合合成物である。任意の各モデルのために、流体蒸気における化合物お
よび／または分子の各々をすべて個別に検討することもできるが、こうしたモデ
ルは、あまりにも複雑で、あまりにも長い計算時間を要すると、これまで長い間
認識されてきた。
【００２４】 その代わりに、化合物および分子を、沸点に基いて擬似成分または擬似ランプ
（塊り：lump）にグループ分けし、こうしたランプを基いてモデル化することに
より、良好なモデルが得られる。精油処理のほとんどが原油の構成成分の沸点に
依拠しているという事実に照らせば、これはしごく当然のことである。
【００２５】 沸点の温度による塊り（ランプ）に関する通常のシステムにおいて、擬似成分
またはランプ１１２とは、華氏約１１２度の沸点を有するすべての物理的成分を
含むものとして定義され、ランプ１３０とは、華氏約１３０度の沸点を有するす
べての物理的成分を含むものとして定義される。こうしたシステムは、華氏約１
０１０度となるまで、華氏約２０度の増加分（１５０、１７０度など）における
ランプを引き続き分類する。しかし、温度によるランプに関する他のシステムも
広く知られており、本発明の精神と範疇から逸脱することなく、こうした他のシ
ステムを用いることができる。例えば、ひと塊りにする（グループ分けする）シ
ステムが有する範囲は、拡大または縮小することができ、この範囲内の周期性も
同様に拡大または縮小することができる。さらに、望ましいと考えられる場合は
、特定の塊りを無視してもよい。
【００２６】 上述のひと塊りにするシステムを用いると、特定のモデル１２ｍ、１４ｍ、お
よび１６ｍに対する入力情報および出力情報は、内在するランプに呼応して求め
られる。さらに、このランプを用いてモデル化することにより、許容できる最適
化された結果が得られることが分かってきた。にもかかわらず、進歩的なコンピ
ュータを用いた場合であっても、こうした結果を得るのにはあまりにも長い時間
が必要である。精油処理を最適化するときの概算として、コンピュータによるモ
デル化システムが４５分以内に結果を出力できない場合、こうしたコンピュータ
によるモデル化システムは、リアルタイムの最適化プロセスとして、実際には特
徴付けることはできない。換言すると、時間が経過するにつれ、状態が相当に変
化する傾向があるので、時刻Ｔで得られたデータに対する最適化結果は、時刻Ｔ
プラス４５分間で有効とはいえなくなる。
【００２７】 モデル１２ｍ、１４ｍ、１６ｍで表される精油装置の構成装置または一部の各
々を用いて、最適化プロセスを実行することができる。こうしたプロセスにおい
て、原料の精油処理が、事前に設定された最適化変数に基いて最適化される。と
りわけ、広く知られたように、精油システム１０ａに関する特定の入力情報およ
び／または出力情報および／または他の動作パラメータは、最大化または最小化
するように選択され、最適化プロセスは、（最適化が実際に可能である場合には
）最適化が実現されるまで反復的に、こうしたモデル１２ｍ、１４ｍ、１６ｍを
微調整する。この最適化プロセスは、一般に知られているので、ここでは詳細に
説明する必要はない。
【００２８】 非常に大きい問題があって、実際的なリアルタイムの最適化が実現できなかっ
たのであるが、この問題は、分別装置モデル１４ｍまたは蒸留コラムモデル１６
ｍ内に供給される場合、各ランプ（塊り）の有する特定の比重／密度が、最適化
プロセスにおいて何度も反復している間に変化し得るという事実に起因する。よ
り具体的にいうと、こうしたモデル１４ｍ、１６ｍは、何度も反復している間に
変化する特定の比重／密度を有するランプが供給される場合、非常に長い処理時
間を必要とする。理解すべきことは、ランプが有する特定の比重／密度のこうし
た変化は、何度も反復している間に、反応装置モデル１２ｍからアウトプットさ
れるとき、ランプの生成物における変化の結果として生じるということである。
このとき、こうした変化は、温度、圧力、および／または用いられる触媒におけ
る変化とともに生じる。ランプ生成物におけるこうした変化は、理解すべきこと
に、ランプ（塊り）に対応する物理的成分に関する反応装置１２からの生成物の
変化に対応する。
【００２９】 主要分別装置モデル１４ｍと蒸留コラムモデル１６ｍ内におけるランプの特定
の比重／密度が変化するために、非常に長い処理時間が必要となるので、リアル
タイムの最適化プロセスが均衡点に至るまでの時間を、リアルタイムであると合
理的に考えられないような時点（例えば、４５分以上）まで根本的に増長させる
ことになる。
【００３０】 理解すべきことに、反応装置モデル１２ｍの生成物は、流体蒸気に対応する複
数のランプ（塊り）であって、この流体蒸気内の各ランプは、変化密度Ｄ、変化
重量率（％Ｗ）、および変化容積率（％Ｖ）を有する。これらの値は、こうした
アウトプットされた流体蒸気の各ランプに対して既知であって、反応装置モデル
１２ｍにより供給される。
【００３１】 他に、物体の密度ｄは、（重量ｗ）÷（容積ｖ）として求められる。任意の特
定のランプに関して、重量率（％Ｗ）は、（Ｗｌｕｍｐ）÷（ｗｔｏｔａｌ）で
あって、変化容積率（％Ｖ）は、（ｖｌｕｍｐ）÷（ｖｔｏｔａｌ）である。し
たがって、このランプの密度Ｄは、 Ｄ＝（％Ｗ×ｗｔｏｔａｌ）÷（％Ｖ×ｖｔｏｔａｌ） または、 Ｄ＝（（ｗｔｏｔａｌ）÷（ｖｔｏｔａｌ））×（％Ｗ÷％Ｖ） または、 Ｄ＝ＤＴ×（％Ｗ÷％Ｖ） ここで、ＤＴはランプが有する流体蒸気の全体の密度である。特定の比重は、
水の密度と比較したときの密度である点において、特定の比重は密度と密接に関
連しているので、同様の計算を行うと、ランプの特定の比重ＳＧが得られる。 ＳＧ＝ＳＧＴ×（％Ｗ÷％Ｖ） ここで、ＳＧＴはランプが有する流体蒸気の特定の比重である。特定の比重お
よび密度の間に密接な関係があるので、これらの文言は、この開示内容および添
付されたクレームにおいて置換可能であると理解される。ただし、そうでないこ
とを必要とし、論理的に要請される場合を除く。
【００３２】 本発明において、ランプの密度が変化する問題は、各ランプに対して、複数の
小分けしたランプ（サブランプ：sub-lumps）を形成することにより、解決する
ことができる。このとき、小分けしたランプの各々は、一定の密度を有する。よ
り具体的には、図２から分かるように、本発明において、成分写像器（マッパ：
mapper）２２を用いて、反応装置モデル１２からアウトプットされる各ランプを
インプットとして取り込み、インプットされた各ランプに対する小分けされた複
数の擬似成分またはサブランプをアウトプットとして供給する。これにより、イ
ンプットされたランプは、アウトプットされた複数のサブランプと置換可能とな
る。重要なことに、インプットされた各ランプは、反復している間に変化し得る
密度を有しており、成分写像器２２からアウトプットされた各サブランプは、事
前に設定された一定の密度を有する。同様に、重要なことに、各サブランプは、
インプットされた対応するランプの事前に決められた沸点を有する。各サブラン
プは、反復している間に変化する重量率および容積率を有する。その後、成分写
像器２２は、反復する毎に、１）各サブランプの密度が一定となるように、２）
重量が保存されるように（ランプの重量率がサブランプすべての重量率の合計と
等しくなるように）、３）容積が保存されるように（ランプの容積率がサブラン
プすべての容積率の合計と等しくなるように）、サブランプの各々に対する重量
率および容積率を決定する。
【００３３】 小分けしたランプを形成する際（図４、ステップ４０１）、各ランプのサブラ
ンプの数は、本発明の精神および範疇から逸脱することなく、変化させることが
できる。例えば、各ランプに対して、２つ、３つ、４つまたはそれ以上のサブラ
ンプを用いることができる。ただし、上述のように、サブランプを追加すると、
モデル１８ａにおける計算時間を増長させることになる。各サブランプを形成す
る方法は、本発明の精神および範疇から逸脱することなく変更することができる
。
【００３４】 本発明の１つの実施形態において、ここで図３を参照すると、密度を比較的に
高く事前設定した高密度（HIGH）Ｈサブランプ（三角マーク）と密度を比較的に
低く事前設定した低密度（LOW）Ｌサブランプ（ダイヤモンドマーク）とが各ラ
ンプ（四角マーク）に対して形成される。図３から分かるように、任意のランプ
に対して、共通の固定された沸点を共有しているという事実により、ランプおよ
びそのサブランプが垂直線上に配置されている。
【００３５】 好適には、各ランプに対して、Ｈサブランプに対応する比較的に高い事前設定
密度を、ランプが有し得るほぼ最大密度に設定し、Ｌサブランプに対応する比較
的に低い事前設定密度を、ランプが達し得るほぼ最小密度に設定する。したがっ
て、これらのサブランプは、通常、ランプが「ふらつく」可能性のある密度範囲
を決定する。
【００３６】 広く知られているように、これらの最大可能密度と最小可能密度の情報を利用
、または算出することができる。とりわけ、反応装置１２および／または反応装
置モデル１２ｍに対する任意の原料に対して、分析情報を利用、または算出する
ことができる。よく知られた方法で、これらの分析情報を用いて、密度情報を求
めることができる。図３で示すグラフは、分析情報から得られた密度情報の一例
に過ぎない。当然ながら、グラフ上のマークは原料毎に異なる。
【００３７】 これまで説明したように、成分写像器２２は、反復処理毎に各サブランプの重
量率および容積率を、１）各サブランプの密度が一定となるように、２）重量が
保存されるように、かつ３）容積が保存されるように算出する。したがって、成
分写像器２２は、ランプの重量率（％Ｗ）、およびランプの容積率（％Ｖ）を各
ランプに対する入力情報として要求する。パーセンテージの数字に基いて密度を
計算するために、組成物写像器は、さらに、ランプが属する流体蒸気の全体の密
度ＤＴを入力情報として要求する。図４Ｂから分かるように、ランプ（擬似成分
Ｌ）に関して入力された重量率と容積率の値に基いて、成分写像器２２は、一対
のサブランプ（小分けした擬似成分ＳＬ１およびＳＬ２）の各々に対する重量率
と容積率の値を計算する。
【００３８】 ここで図４Ｃを参照すると、第１のサブランプ（つまり、Ｈサブランプまたは
Ｌサブランプの一方）は、（事前に設定された）密度Ｄ１、（変化する）重量率
（％Ｗ１）、および（変化する）容積率（％Ｖ１）を有し、これらの値は以下の
ような関係を有する。 Ｄ１＝ＤＴ×（％Ｗ１）÷（％Ｖ１） （１） 同様に、第２のサブランプ（つまり、ＨサブランプまたはＬサブランプの他方
）は、（事前に設定された）密度Ｄ２、（変化する）重量率（％Ｗ２）、および
（変化する）容積率（％Ｖ２）を有し、これらの値は以下のような関係を有する
。 Ｄ２＝ＤＴ×（％Ｗ２）÷（％Ｖ２） （２） 重量と容積は、それぞれ保存されるため、次の関係式が成り立つ。 （％Ｗ）＝（％Ｗ１）＋（％Ｗ２） （３） （％Ｖ）＝（％Ｖ１）＋（％Ｖ２） （４）
【００３９】 図４Ｃから明らかなように、Ｄ１およびＤ２は事前に設定され、（％Ｗ）、（
％Ｖ）、およびＤＴは成分写像器２２からインプットされる。したがって、未知
の値は、（％Ｗ１）、（％Ｗ２）、（％Ｖ１）、および（％Ｖ２）である。未知
数が４つあって、方程式が４つある（方程式（１）ないし（４））ので、４つの
方程式を解いて、既知の値から４つの未知数のそれぞれを求めることができる。
【００４０】 各ランプに対して、成分写像器２２は、現在の密度Ｄ、現在の重量率（％Ｗ）
、および現在の容積率（％Ｖ）を得る（図４Ａ、ステップ４０３）。この情報を
用いて、成分写像器２２は、方程式（１）ないし（４）に基いて、（％Ｗ１）、
（％Ｗ２）、（％Ｖ１）、および（％Ｖ２）のサブランプ値を計算する（図４Ａ
、ステップ４０５）。理解すべきことに、本発明の精神および範疇から逸脱する
ことなく、さまざまな特定の測定値のうち、任意のものを用いて、上述の計算を
行うことができる。例えば、成分写像器２２は、上述した様式にある方程式（１
）ないし（４）で与えられていてもよい。当然のことながら、成分写像器２２は
、同様に、既知数に基いて４つの未知数の各々を算出するために解かれた様式に
ある方程式（１）ないし（４）で与えられて、広く知られた方法を用いて計算し
てもよい。
【００４１】 成分写像器が、すべてのランプに関するすべてのサブランプの重量率および容
積率を求めた後、各値は、成分写像器２２からアウトプットされ、リアルタイム
の最適化プロセスで用いられる（図４Ａ、ステップ４０７）。とりわけ、成分写
像器２２からアウトプットされた値は、図２で示すように、分別装置モデル１４
ｍにインプットされる。ここで理解すべきことに、成分写像器２２は、変化して
いる密度を有するランプを、事前に設定された密度を有するサブランプと置き換
えている。理解すべきことに、最適化プロセスとは反復的処理であり、各反復処
理により、反応装置モデル１２ｍからアウトプットされるデータが異なるので、
成分写像器２２は、反復的に、反応装置モデル１２ｍからの現在の更新された入
力情報を得て、こうした情報に対する必要な決算を行い、分別装置モデル１４ｍ
に入力される現在の更新された出力情報を形成する。
【００４２】 重要なことに、分別装置モデル１４ｍは、各サブランプの密度が一定であると
仮定できるので、分別装置モデル１４ｍの処理時間が大幅に短縮される。分別装
置１４または分別装置モデル１４ｍは、任意のサブランプの密度を変更できない
ので、分別装置モデル１４ｍのアウトプットは、事前に設定された密度を有する
サブランプを構成することになる。その結果として、重要なことに、蒸留モデル
１６ｍは、各サブランプの密度が一定であるということを仮定して、蒸留モデル
１６ｍの処理時間が大幅に短縮される。経験的にいえば、事前に設定された密度
を有するサブランプを用いることにより実現される処理時間の短縮は、リアルタ
イムの最適化プロセスとして、モデル１８ａにおいて具現化されるモデル化プロ
セスに、適格性を与えるのに十分なものである。つまり、事前に設定された密度
を有するサブランプを用いると、モデル１８ａに関する処理時間を４５分以内と
なる。
【００４３】 ここで図５を参照すると、別の精油システム１０ｂが図示されている。明らか
に、精油システム１０ｂは、複数の原料を同時に受容することができ、こうした
原料は、複合され、分別装置１４に振り分けられる。精油システム１０ｂの１つ
の実施形態において、このシステム１０ｂは、これまで概説した主要原油ユニッ
トである。こうした主要原油ユニットにおいて、いくつかの個別の原油材料貯蔵
所を同時に、複合された流体蒸気において所定の割合または比率で分別装置１４
に振り分けることができる。分別装置１４は、初期段階として、複合された流体
蒸気を分別し、さらなる処理などを施すために、少なくとも大まかに流体蒸気か
らいくつかの流体蒸気に分ける（製品１ないし製品５など）。アウトプットされ
るものは異なるが、精油システム１０ｂにおける分別装置１４は、動作上、精油
システム１０ａにおける分別装置１４と同一のものである。精油システム１０ｂ
の別の実施形態において、分別装置１４は、同時に振り分けられた個別の流体蒸
気のいくつかを、複合された流体蒸気において予め設定された比率または割合で
受容できる任意の分別装置または蒸留コラムである。
【００４４】 精油システム１０ａを用いた場合、図６を参照すると、図５で示す精油システ
ム１０ｂで分析されるとき、図５で示す各構成装置は、適当なコンピュータシス
テムまたはプロセッサ２０上で作動する対応のコンピュータモデル１８ｂにより
置換され、表現される。この場合、モデル１８ｂは、分別装置１４を表す分別装
置モデル１４ｍに加えて、分別装置モデル１４ｍからインプットされる複合され
た流体蒸気内にある個別の流体蒸気の比率または割合を決定するための追加的な
モデル構造を備える。
【００４５】 上述のように、モデル１８ｂを用いて最適化処理が行われる。ただし、ここで
の最適化プロセスは、その一部であるいくつかの個別の原料（図５および図６に
示す原油）の比率または割合を、変更または調整することができる。この場合、
複合された流体蒸気は、複数のランプとしてモデル化される。このとき、各ラン
プは変化する密度を有する。複合された流体蒸気内にある個別の流体蒸気の各々
に対して得られた分析情報に基いて、さらに、複合された流体蒸気内にある個別
の流体蒸気のすべてに関する比率または割合に基いて、ランプの密度を知ること
ができる。
【００４６】 精油システム１０ｂのモデル１８ｂは、精油システム１０ａのモデル１８ａに
おける成分写像器２２と実質的に同一の成分写像器２２を備える。つまり、精油
システム１０ｂにおける成分写像器２２は、事前に設定された密度を有する事前
設定されたサブランプに基いて作動する。
【００４７】 各ランプに対して、精油システム１０ｂにおける成分写像器２２は、現在の密
度、現在の重量率、および現在の容積率を得る（図４Ａ、ステップ４０３）。こ
うした情報を用いて、成分写像器２２は、ランプの各サブランプに対する現在の
重量率および現在の容積率を計算する（図４Ａ、ステップ４０５）。
【００４８】 精油システム１０ｂにおける成分写像器２２は、すべてのランプのすべてのサ
ブランプに対する現在の重量率および現在の容積率を求めた後、これらの値は、
成分写像器２２からアウトプットされ、リアルタイムの最適化プロセスで用いら
れる（図４Ａ、ステップ４０７）。とりわけ、成分写像器２２からアウトプット
されるサブランプに関する値は、図６で示すように、分別装置モデル１４ｍに入
力される。上述のように、モデル１８ｂの分別装置モデル１４ｍは、各サブラン
プの密度が一定であると仮定できるので、リアルタイム最適化プロセスが実現さ
れる程度に、分別装置モデル１４ｍの処理時間が相当に短縮される。
【００４９】 予め設定された密度を有するサブランプを形成する点に関して、これまで説明
してきたが、本発明は、こうした努力にのみ限定されるものではない。むしろ、
成分写像器２２を適当に変更しながら用いて、本発明の精神および範疇から逸脱
することなく、事前に設定された任意の種類の特性を有するサブランプを形成す
ることができる。例えば、成分写像器２２は、事前に設定された密度を実現する
ために重量率および容積率を調整するのではなく、事前に設定された容積率を実
現するために密度および重量率を調整してもよい。実際のところ、事前設定され
る特性は、これに限定するものではないが、常温特性、オクタン価、化学含有物
、化学的種類、粘性などの、任意の適当な物理特性および化学特性であってもよ
い。当然に、成分写像器２２は、選択された事前設定される特性に関して、事前
設定される特性に対する事前設定される値を実現するために調整することができ
る対応の変化量を有する必要がある。こうした変化量は、化学特性または物理特
性を表す比率値であってもよく、重量率、容積率、またはモル分率などであって
もよい。
【００５０】 本発明において、成分写像器は、変化する密度または変化する特性を有するラ
ンプから、事前に設定された密度またはその他の特性を有するサブランプを形成
する。成分写像器を実現するために必要な詳細事項およびプログラム機器、モデ
ル、およびその他の特性は、その詳細が一般に知られており、あるいは明白であ
り、かつ当業者にとっては容易に理解されるという事実に照らせば、あまり限定
的に与えられるものではない。当業者ならば、本発明の概念から逸脱することな
く、上述の実施形態を変更することができる。したがって、本発明は、ここに開
示された特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ添付クレームで定義
された本発明の精神および範疇を逸脱しない変形例を包含するものと理解される
。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、主要分別装置および１つまたはそれ以上の蒸留コラムを
含む反応システムの精油ユニットの一般的な構成を示すブロック図である。
【図２】 図２は、本発明の１つの実施形態を示すブロック図であって、成
分写像器を用いてモデル化した図１の反応システム、主要分別装置、および蒸留
コラムを示す。
【図３】 図３は、精油流体蒸気内の擬似成分または擬似ランプの特定の比
重／密度および沸点における一般的な関係を示すグラフである。
【図４Ａ】 図４Ａは、図２の成分写像器を用いて実行するステップを示す
フローチャートである。
【図４Ｂ】 図４Ｂは、図２の成分写像器を用いたときの、擬似成分と小分
けした擬似成分との間の関係を示すブロック図である。
【図４Ｃ】 図４Ｃは、図２の成分写像器の入力端子および出力端子を示す
ブロック図である。
【図５】 図５は、インプットとして１つまたはそれ以上の原料の主要原料
ユニットまたは主要分別装置を含む精油ユニットの別の一般的な構成を示すブロ
ック図である。
【図６】 図６は、本発明の別の実施形態を示すブロック図であって、成分
写像器を用いてモデル化された図５の主要原料ユニットを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０９／２２４，５７９ (32)優先日 平成10年12月31日(1998．12．31) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＲ，Ｃ Ａ，ＪＰ，ＫＲ，ＮＯ，ＳＧ (72)発明者 フレデリック・ジェイ・クランベック アメリカ合衆国22314−1736バージニア州 アレキサンドリア、マディソン・ストリー ト400番、アパートメント2206 (72)発明者 ツ・チン・チェン アメリカ合衆国08003ニュージャージー州 チェリー・ヒル、マナー・ハウス・ドライ ブ５番 Ｆターム(参考） 4D076 AA13 BB05 BB23 FA02 FA12 FA33 HA20 JA03

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多数の物理的成分を含む流体蒸気が多数の擬似成分としてモ
    デル化され、各物理的成分が沸点を有し、各擬似成分が事前設定された沸点を有
    し、およそ事前設定された沸点を有する流体蒸気からの物理的成分すべてを含有
    し、流体蒸気のモデル内の各擬似成分が変化する事前設定された特性および変量
    を有するプロセスを用いた方法であって、 擬似成分が複数のサブ擬似成分と置換可能となるように、流体蒸気のモデル内
    の各擬似成分に対して、複数のサブ擬似成分を求めるステップを有し、 サブ擬似成分は、擬似成分の事前設定された沸点、所定の特性に対する事前設
    定値、および変量を有し、 各擬似成分に対して、所定の特性に関する現在値および擬似成分の現在量を得
    るステップと、 擬似成分の各サブ擬似成分に対する現在量を計算するステップと、 所定の特性に関する事前設定値、および各擬似成分の小分けされた擬似成分の
    各々に関して計算された現在量を、リアルタイムの最適化プロセスにおいて利用
    するステップとを有することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法であって、 量とは、重量率、容積率、およびモル分率であることを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の方法であって、 事前設定された特性とは、密度、常温特性、オクタン価、化学含有物、化学的
    種類、または粘性であることを特徴とする方法。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の方法であって、 流体蒸気のモデル内の各擬似成分は、変化する密度、変化する重量率、および
    変化する容積率を有し、 各サブ擬似成分は、擬似成分の事前設定された沸点、事前設定された密度、変
    化する重量率、および変化する容積率を有するように定義され、 各擬似成分に対して、現在の密度、現在の重量率、および現在の容積率が得ら
    れ、 擬似成分の各サブ擬似成分に関する現在の重量率および現在の容積率が計算さ
    れ、 擬似成分の各サブ擬似成分に関する事前設定された密度値、計算された現在の
    重量率、および計算された現在の容積率を用いられることを特徴とする方法。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の方法であって、 モデル化された流体蒸気は、流体蒸留するための分別装置または蒸留コラムに
    転送され、 利用するステップは、擬似成分の各サブ擬似成分に関する事前設定された密度
    、計算された現在の重量率、および計算された現在の容積率を、擬似成分の各サ
    ブ擬似成分に関する事前設定された密度、計算された現在の重量率、および計算
    された現在の容積率に基いて、リアルタイムの最適化プロセスにおいて利用する
    ステップとを有することを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】 請求項４に記載の方法であって、 モデル化された流体蒸気を、複数の個別の流体蒸気の変化する組み合わせとな
    るように選択するステップをさらに有することを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】 請求項４に記載の方法であって、 各擬似成分は、擬似成分の事前設定された沸点および比較的に高い事前設定さ
    れた密度を有する高サブ擬似成分と、擬似成分の事前設定された沸点および比較
    的に低い事前設定された密度を有する低サブ擬似成分とを有することを特徴とす
    る方法。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の方法であって、 各擬似成分は、擬似成分の事前設定された沸点および擬似成分の有し得るほぼ
    最大密度として求められる事前設定された比較的に高密度を有する高サブ擬似成
    分と、擬似成分の事前設定された沸点および擬似成分の有し得るほぼ最小密度と
    して求められる事前設定された比較的に低密度を有する低サブ擬似成分とを有す
    ることを特徴とする方法。
  9. 【請求項９】 請求項４に記載の方法であって、 モデル化された流体蒸気は、全体密度（ＤＴ）を有し、 流体蒸気のモデル内の各擬似成分（Ｐ）は、変化密度（Ｄ）、変化重量率（％
    Ｗ）、および変化容積率（％Ｖ）を有し、 Ｄ＝ＤＴ×（％Ｗ÷％Ｖ） （１） が成り立ち、 各擬似成分Ｐのサブ擬似成分Ｐｘ（ｘ＝１，２）は、事前設定された密度（Ｄ
    ｘ）、変化重量率（％Ｗｘ）、および変化容積率（％Ｖｘ）を有し、 Ｄ１＝ＤＴ×（％Ｗ１）÷（％Ｖ１） （２） Ｄ２＝ＤＴ×（％Ｗ２）÷（％Ｖ２） （３） （％Ｗ）＝（％Ｗ１）＋（％Ｗ２） （４） （％Ｖ）＝（％Ｖ１）＋（％Ｖ２） （５） このとき、Ｄ１およびＤ２は事前設定され、ＤＴ、（％Ｗ１）、および（％Ｗ
    ２）は既知であって、 計算するステップは、（％Ｗ１）、（％Ｗ２）、（％Ｖ１）および（％Ｖ２）
    に対して方程式（２）ないし（５）を解くステップを有することを特徴とする方
    法。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載の方法を実行するための、メモリ内に記憶
    された写像器とプロセッサ上で実行するコンピュータであって、 写像器は、擬似成分が複数のサブ擬似成分と置換可能となるように、流体蒸気
    のモデル内の各擬似成分に対して、複数のサブ擬似成分を求め、 サブ擬似成分は、擬似成分の事前設定された沸点、所定の特性に対する事前設
    定値、および変量率を有することを特徴とするコンピュータ。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載のコンピュータであって、 擬似成分は、密度に対する所定値、変化する重量率、および変化する容積率で
    定義され、 写像器は、各擬似成分に対する現在の密度、現在の重量率、および現在の容積
    率が与えられる入力端子を有し、各擬似成分の各サブ擬似成分に対する現在の密
    度、現在の重量率、および現在の容積率を計算し、 写像器は、各擬似成分の各サブ擬似成分に対する計算された現在の密度、現在
    の重量率、および現在の容積率を与える出力端子を有することを特徴とするコン
    ピュータ。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載のコンピュータであって、 分別装置または蒸留コラムのモデル化するステップを含むリアルタイムの最適
    化処理において、計算された値は、各擬似成分の各サブ擬似成分に対する事前設
    定された密度、計算された現在の重量率、および現在の容積率に基いて利用され
    ることを特徴とするコンピュータ。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載のコンピュータであって、 各擬似成分の各サブ擬似成分に対する現在の重量率および現在の容積率を反復
    的に更新するように、各擬似成分に対する現在の密度、現在の重量率、および現
    在の容積率が、写像器の入力端子に反復的に与えられ、 各擬似成分の各サブ擬似成分に対する反復的に更新された現在の重量率、現在
    の容積率、および所定の密度が、リアルタイムの最適化プロセスにおいて利用さ
    れることを特徴とするコンピュータ。
  14. 【請求項１４】 請求項１１に記載のコンピュータであって、 写像器は、各擬似成分に対して、擬似成分の所定の沸点および事前設定された
    比較的に高密度を有する高サブ擬似成分と、擬似成分の所定の沸点および事前設
    定された比較的に低密度を有する低サブ擬似成分とを形成することを特徴とする
    コンピュータ。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載のコンピュータであって、 写像器は、各擬似成分に対して、擬似成分の所定の沸点および擬似成分の有し
    得るほぼ最大密度として求められる事前設定された高密度を有する高サブ擬似成
    分と、擬似成分の所定の沸点および擬似成分の達し得るほぼ最小密度として求め
    られる事前設定された低密度を有する低サブ擬似成分とを形成することを特徴と
    するコンピュータ。
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