JP2022502740A - 酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作のシミュレーション - Google Patents

Abstract

本発明は、酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作を決定する方法に関し、この方法は、コンピュータ又は分散型コンピュータシステムによって実施され、この方法は:単位操作に関する第1のパラメータ集合を提供するステップ(S1)、提供された第1のパラメータ集合に基づいて及びデータベースから取得されたデータに基づいて、単位操作に関する第2のパラメータ集合を提供するステップ(S2)、第1のパラメータ集合及び第2のパラメータ集合に基づいて、化学プラントのデジタルモデルを決定するステップ(S3)であり、デジタルモデルが、化学プラントの単位操作を定める連立方程式を含むステップ、連立方程式の、方程式に基づく解法に関する開始点を選択するステップ(S4)であり、開始点が、少なくとも部分的に:- i)第1のパラメータ集合、- ii)第2のパラメータ集合、及び- iii)データベースから取得されたデータから選択されるステップ、選択された開始点により初期化された連立方程式の、方程式に基づく解法を使用して、化学プラントの単位操作に関して結果の設定を決定するステップ(S5)を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作を決定する方法、対応するシステム、及び対応するコンピュータプログラム製品に関する。

化学処理のシミュレーションは、化学プラントにおけるプラントプロセス及び設備の全体的な製品の流れをシミュレートし決定するために、一般に化学及びプロセス工学で使用される。

米国特許出願公開第2012/0029890号明細書は、デジタル処理装置において、蒸気側及び液体側物質移動係数の式と対象カラムに関する物質移動面積の式とを提供する、コンピュータで実施されるステップを含む、分離プロセス用カラムを設計する又は最適化する方法を記載しており、この蒸気側及び液体側物質移動係数の式と物質移動面積の式とは、数学的関係として１理論段当たりのカラム平均高さを定義することから導かれたものである。これらの式は、様々なカラムの曲線当て嵌め実験データの誤差を低減させることからさらに導かれる。方法は、対象カラムのカラム高さ及びカラム幅の構成を決定するのに、提供された式を使用し、対象カラムの決定されたカラム高さ及びカラム幅の構成を出力することも含む。

EP 2 534 592 A2は、限られたデータに基づいて対象設備設計のユーザー仕様を可能にする入力モジュールを含む、方法及びシステムを記載する。対象設備設計は、設計の代替例と、入力モジュールに連結され且つユーザー仕様に対応するプロセッサルーチンであって、対象設備設計をモデル化する厳密なシミュレーションモデラーに対して入力データ集合を形成することによるものを含む。厳密なシミュレーションモデラーは、限られたデータを超えた入力を必要とする。

米国特許第7,367,018(B2)号は、適用例全体にわたる化学又はその他の工学プロセスに関するプロセス及びプラント工学データを管理するための方法及び装置を記載する。方法及び装置は、多数のソフトウェアアプリケーションのそれぞれに関する、それぞれのクラスビュー、複合クラスビュー、概念的データモデル、及び得られた統合的多層データモデルを含む。多層データモデルは、他のプロセス及びプラント工学アプリケーション及びプログラムと、多数のソフトウェアアプリケーションからの工学及びその他のデータを共有することが可能である。

米国特許出願公開第2012/0029890号明細書 欧州特許出願公開第2534592号明細書 米国特許第7367018号明細書

したがって本発明の目的は、酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作の改善された設計を提供することである。

前述の及びその他の目的は、本発明の対象によって解決される。

本発明の第1の態様によれば、酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作を決定する方法が提供され、詳細には方法は、コンピュータで実施される方法であり、方法は、コンピュータ又は分散型コンピュータシステムによって実施され、方法は:処理装置によって、単位操作用の第1のパラメータ集合を提供する又は受信するステップ、処理装置によって、提供された又は受信された第1のパラメータ集合に基づいて及びデータベースから取得されたデータに基づいて、単位操作用の第2のパラメータ集合を提供する又は特定するステップ、処理装置によって、第1のパラメータ集合及び第2のパラメータ集合に基づいて、化学プラントのデジタルモデルを決定する又は発生させるステップであり、デジタルモデルが、化学プラントの単位操作を定める連立方程式を含むステップ、処理装置によって、連立方程式の方程式に基づく解法に関する開始点を選択するステップであり、開始点が、少なくとも部分的に:- i)第1のパラメータ集合、- ii)第2のパラメータ集合、及び- iii)データベースから取得されたデータから選択されるステップ、処理装置によって、選択された開始点により初期化された連立方程式の、方程式に基づく解法を使用して、化学プラントの単位操作に関して結果の設定を決定するステップを含む。

酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作の決定は、例えば、処理された出口流が提供されるように処理溶液で気状入口流を処理する化学プラントの又はガス処理プラントの、好ましくは、1種以上の気体処理ユニットを含む、処理された出口流が提供されるように処理溶液で1種以上の酸性ガス成分を気状入口流から除去する酸性ガス除去プラントの、操作及び/又は寸法パラメータを決定することを含む。

本発明は、同時に解決される一組の方程式としてプロセスフローシートを処理することによって、化学プラントの1つ以上の気体処理ユニットの単位操作の決定を提供する。本発明のある特定の実施形態は、先に解決されたシミュレーション及び提供された解の、先に首尾良く使用された開始プロファイルを特定することにより、開始プロファイルの改善された選択の基礎として、データベースを提供する。それによってデータベースは、ユーザーインタラクションから有利に分離される。本発明のある特定の実施形態は、有利には、連立方程式を解く収束基準の強力な決定、及びユーザー入力に基づく強力なカスタムモデリングを提供する。本発明のある特定の実施形態は、さらに有利には、化学プラントを設計する連立方程式を解く収束基準のオンライン、オンフィールド、実時間決定を提供する。本発明のある特定の実施形態は、さらに有利には、ユーザーに提示される情報の量を低減させるグラフィカルユーザーインターフェースを提供し、したがって、ユーザーがより効率的に入力パラメータを指定できるようにすることによって、グラフィカルユーザーインターフェースの使い勝手が改善する。

言い換えれば、酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作を決定する方法は、下記のステップを含んでいてもよい:
入力パラメータは、ユーザーによって提供されてもよく、クライアント装置によってシミュレーションサーバーに、例えば決定サーバーに送信されてもよい。

入力パラメータは、連立方程式を設定するのに、決定サーバーにより使用されてもよい。

連立方程式は、物質収支(Material balances)、平衡関係(Equilibrium relations)、総和方程式(Summation equations)、熱収支(Heat balances)の略称であるMESHによって、又は物質収支(Material balances)、エネルギー収支(Energy balances)、物質及び熱伝達速度方程式(mass and heat-transfer Rate equations)、総和方程式(Summation equations)、圧力降下に関する水理方程式(Hydraulic equations for pressure drop)、平衡方程式(eQuilibrium equations)の略称であるMERSHQによって表されてもよい。さらに入力パラメータは、開始点プラスメタデータに該当する開始プロファイルに関して後の開始プロファイル作成のためにアクセス可能なままになるように、データベースサーバーによって、揮発性又は不揮発性記憶媒体に記憶されてもよい。

ユーザーにより提供された入力パラメータに基づいて決定サーバーにより実行されるシミュレーションでは、連立方程式は、収束基準に達することによって解かれ、最終解は、連立方程式に関して決定された全ての変数を含む。

開始プロファイルを作成するため、全ての決定された変数を持つ決定サーバーにより決定された最終解は、データベースサーバーを用いて開始点(即ち、全ての変数)として記憶されてもよい。さらに、入力パラメータを含むメタデータは、データベースサーバーによって記憶され、特定の同じシミュレーションの実行の対応する開始点に関連付けられる。

本発明の一実施形態によれば、単位操作に関する第1のパラメータ集合は、少なくとも1つの相対パラメータを含む。

本発明の一実施形態によれば、単位操作に関する第2のパラメータ集合は、少なくとも1つの相対パラメータを含む。

本発明の一実施形態によれば、データは、少なくとも1つの相対パラメータを含む。

本発明により定義される「相対パラメータ」という用語は、(i)化学プラントの任意のスループット-質量スループット又は体積スループットに依存する、又は(ii)例えば化学プラントの任意のガス処理ユニットの任意の幾何形状又は寸法又は測定値に依存する、少なくとも2つの対応するパラメータの比と理解され得る。

本発明により定義される「入力パラメータ」という用語は、化学プラントをシミュレートする又は設計するユーザーによって提供される任意のパラメータと理解され得る。

本発明により定義される「結果の設定」という用語は、連立方程式を解く収束基準を決定することによって、化学プラントの設計モデリングを提供するために同時に解かれる、所与の組の方程式に関する変数及び定数の任意のデータ集合と理解され得る。

本発明により定義される「開始プロファイル」という用語は、開始点及び任意の他のメタデータを含むデータ構造と理解され得る。

本発明は、有利には、モデル化され決定されたパラメータに基づいて、ガス処理プラントの、好ましくは酸性ガス除去プラントの、最適化されたモデリング及びその後に作成された設計を可能にする。

例えば、相対パラメータは問題であり又は機能的に推進されるので、より単純な設計プロセスを可能にする相対パラメータが導入され、それに対して、対応するパラメータは、ユーザーが、ガス処理プラントの問題又は機能的に推進される仕様を特定の構造的又は操作上のパラメータに翻訳する必要がある。さらに、設計上の制約は、任意の構造的、寸法的、又は操作上のパラメータに関するよりも、相対的な、例えば機能的に推進されるパラメータに関して予測することが容易である。したがって、物理的に意味のある結果を生成する能力は、相当高められる。特に、指定するのに専門知識が必要ないので、ガス処理プラントに関する操作及び/又は寸法パラメータの決定を行うのに専門的知識が必要ない。

さらに、相対パラメータを導入することによって、入力パラメータの任意の相関が低減され又は元に戻り、寸法及び/又は操作パラメータのより堅牢で安定な決定が可能になり、これは物理的に構築されることになるガス処理プラント内で実施される。したがって設計プロセスの複雑さは、物理的及び化学的に意味のある操作及び/又は寸法パラメータを見出すのに必要とされる反復回数を鑑みて低減される。したがってコンピュータプログラムは、処理システムにロードされ実行された場合、汎用コンピューティングシステムからの全システムを、単純化され且つより効率的なガス処理プラント設計の環境にカスタマイズされた専用コンピューティングシステムに変換される。

本明細書で使用される相対パラメータは、例えば、対応するパラメータに関する。相対パラメータは、それ自体でプラントのスループットから独立しており、対応するパラメータは、それ自体でプラントのスループットに依存しており又はガス処理ユニットの幾何形状に依存している。特定の実施例において、相対パラメータは、プラントの規模、ガス処理プラントの物理的寸法、ガス処理ユニットの幾何形状、及び/又はガス処理プラントの容量から独立していてもよい。相対パラメータは機能的パラメータであってもよく、これらは対応するパラメータとは対照的に、プラントのスループット、プラントの規模、ガス処理プラントの物理的寸法、ガス処理ユニットの幾何形状、及び/又はガス処理プラントの容量に直接相関しない。一例は、相対パラメータとしての吸収塔における水力負荷である。このパラメータは、吸収塔の直径ではなく水の溢れ(hydraulic flooding)までの距離として基準を指定する際の機能的パラメータである。対応するパラメータとは対照的に、この実施例では吸収塔の直径が、プラントのスループット、プラントの規模、及び/又はガス処理プラントの容量に直接相関する。不適切な吸収塔の直径の仕様は、溢れ条件及び不安定な又は物理的に意味のない操作条件をもたらす可能性があるのに対して、例えば1未満及び0.5超の安全率を介した水力負荷の仕様は、不安定な又は不合理な条件の設計を本質的に回避する。

本発明の一実施形態によれば、方法はさらに、データベースにおける化学プラントの単位操作に関して選択された開始点及び決定された、結果の設定を、処理装置により記憶するステップを含む。

本発明の別の実施形態によれば、連立方程式の、方程式に基づく解法に関する開始点を選択するステップは、データベースに記憶された連立方程式の、先に行われた方程式に基づく解法の開始点を少なくとも部分的に選択することを含む。

本発明の他の実施形態によれば、データベースに記憶された連立方程式の先に行われた方程式に基づく解法の開始点を少なくとも部分的に選択するステップは、先に行われた方程式に基づく解法の、決定され記憶された、結果の設定を、決定する現行の方法の所望の設定と比較することを含み、任意選択で単位操作用の第1のパラメータ集合は所望の設定を含む。

本発明の一実施形態によれば、単位操作用の第1のパラメータ集合は、クライアント装置によって提供され又は受信され、及び/又は単位操作用の第2のパラメータ集合は、決定サーバーによって提供され又は特定され、及び/又はデータはデータベースサーバーによって提供される。

本発明の別の実施形態によれば、第1のパラメータ集合に基づいて単位操作用の第2のパラメータ集合を提供する又は特定するステップは:
i)第1のパラメータ集合によって指定されなかった少なくとも1つのパラメータを提供する又は特定するステップ、及び/又は
ii)第1のパラメータ集合に対する相補的パラメータである、少なくとも1つのパラメータを提供する又は特定するステップ
を含む。

本発明のさらに別の実施形態によれば、第1のパラメータ集合に基づいて単位操作用の第2のパラメータ集合を提供する又は特定することは、データベースから取得されたデータによって指定された化学パラメータを使用して、第1のパラメータ集合に関して指定されていない又は相補的なパラメータを決定することを含む。

本発明のさらに別の実施形態によれば、メタデータは、入力パラメータを超えて含むように補われてもよい。そのような追加のメタデータは、例えば下記を含む:
i)ユーザーが、相対パラメータとして入力パラメータにおいてストリップ蒸気の比を指定した場合、シミュレーションはリボイラーデューティ(リボイラー負荷、reboiler duty)の対応を決定し、したがって決定されたリボイラーデューティは追加のメタデータとして記憶することができ、このように、別のシミュレーションの実行においてユーザーがストリップ蒸気の比ではなくリボイラーデューティを提供する場合、開始プロファイルが見出されてもよい。
ii)このことは、入力パラメータとして提供される全ての相対パラメータ、及び結果的に得られる対応パラメータに関して適用可能であり、その逆も同様である。事実、メタデータの完成は、対応するパラメータが入力パラメータとして提供された場合であっても、相対パラメータを明示的に決定する限りさらに進行する。

本発明のさらに別の実施形態によれば、開始プロファイルを探索する際、第1のステップは、潜在的に適用可能な開始プロファイルをフィルタすることである。そのようなフィルタは、入力パラメータの部分集合を単に考慮する際に(例えば、溶媒、構成又は構造パラメータ)非常に粗くなり得る。本発明のさらに別の実施形態によれば、第2のステップにおいて、そのような潜在的に適用可能な開始プロファイルは、完全集合入力パラメータに基づいてランク付けされる。このことは、より効率的な選択及びアクセスを可能にする。他のフィルタ及びランク付けが適用されてもよい。本明細書における中心は、処理の複雑さ及び負担を低減することである。

したがってメタデータは、開始点に関連付けられた任意のデータであり、本発明の利点として特定の開始プロファイルの選択が可能になる。入力パラメータ、例えば構成パラメータが提供される。そのような構成パラメータはさらに、カラムの型、例えば充填床又は段塔、カラム内のセグメント数、カラム全体にわたる圧力降下などの圧力条件、温度条件、又は液体処理溶液用の分配器のタイプを指定してもよい。

本発明のさらに別の実施形態により、構成パラメータは、ガス処理プラントに含まれるガス処理及び/又はプロセスユニット及び流れを表すそれらの相互接続を指定してもよい。さらに構成パラメータは、完全に又は部分的に事前に定められて、可能性ある構成の固定集合を提供してもよい。

そのような事前に定められた構成は、データベースに記憶されてもよく、それぞれの構成パラメータを意味する1つ以上の識別子を介してプロセス特異的入力パラメータにおいて特定することができる。事前に定められた構成パラメータは、問題空間を低減することによってユーザーを案内し、操作及び/又は寸法パラメータのより堅牢で安定な決定をもたらす。構成が完全には事前に定められていない実施形態では、方法は、合理的構成がユーザーによって確実に定められるように検証ステップを含むことができる。

本発明のさらに別の実施形態によれば、メタデータのタイプは例えば記述的であってもよく、例えば構成又は工業適用型を、例えばアンモニア、LNG、天然ガスの適用例、溶媒又は吸収媒体、プロセスの主な構成、例えばいくつの吸収塔、HPフラッシュ(HP Flash)、熱交換器であると定める。

構造的メタデータは、構成が、プラントフローチャートなどのプラント構造及び処理ユニット、例えば吸収塔内部又は同様のものを含むので、後者の意味で理解することもできる。

本発明の第2の態様によれば、好ましくは酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作を決定するシステムであって、好ましくはクライアント装置と、データベースを含むデータベースサーバーとに、通信可能に連結された決定サーバーを含むシステムが提供され、このシステムは:
i)単位操作に関する第1のパラメータ集合を提供する又は受信するように構成されたクライアント装置、
ii)データを提供する又は特定するよう構成されたデータベースを含むデータベースサーバー、
iii)提供された第1のパラメータ集合に基づいて、及びデータベースからの又はデータベースサーバーから取得されたデータに基づいて、単位操作に関する第2のパラメータ集合を提供する又は特定するよう構成された決定サーバーであり、決定サーバーは、第1のパラメータ集合及び第2のパラメータ集合に基づいて、化学プラントのデジタルモデルを決定する又は作成するようにさらに構成され、デジタルモデルが、化学プラントの単位操作を定める連立方程式を含む決定サーバー
を含み、
決定サーバーはさらに、連立方程式の、方程式に基づく解法に関する開始点を選択するよう構成され、開始点は、少なくとも部分的に:
- i)第1のパラメータ集合、
- ii)第2のパラメータ集合、及び
- iii)データベースから取得されたデータ
から選択され、
決定サーバーはさらに、選択された開始点により初期化された連立方程式の、方程式に基づく解法を使用して、化学プラントの単位操作に関して結果の設定を決定するように構成される。

第2の態様の一実施形態によれば、好ましくは酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作を決定するシステムであって:
クライアント装置と、データベースを含むデータベースサーバーとに、通信可能に連結された決定サーバーを含み、決定サーバーは:
単位操作に関する第1のパラメータ集合を提供する又は受信すること、
第1のパラメータ集合に基づいて及びデータベースサーバーから取得されたデータに基づいて、単位操作に関する第2のパラメータ集合を提供する又は特定すること、
第1のパラメータ集合及び第2のパラメータ集合に基づいて、化学プラントのデジタルモデルを決定する又は作成することであり、デジタルモデルが、化学プラントの単位操作を定める連立方程式を含むこと、
連立方程式の、方程式に基づく解法に関する開始点を選択することであり、開始点が、少なくとも部分的に:
i)第1のパラメータ集合、
ii)第2のパラメータ集合、及び
iii)データベースから取得されたデータ
から選択されること、並びに
選択された開始点により初期化された連立方程式の、方程式に基づく解法を使用して、化学プラントの単位操作に関して結果の設定を決定すること
を行うように構成される、システムが提供される。

本発明の他の実施形態によれば、システムはさらに、選択された開始点と、化学プラントの単位操作に関して決定された、結果の設定とを、データベースサーバーのデータベースに記憶するように構成される。

本発明の他の実施形態によれば、決定サーバーはさらに、データベースに記憶された連立方程式の、先に行われた方程式に基づく解法の開始点を少なくとも部分的に選択することによって、連立方程式の、方程式に基づく解法の開始点を選択するよう構成される。

本発明の他の実施形態によれば、決定サーバーはさらに、先に行われた方程式に基づく解法の、決定され記憶された、結果の設定を、決定する現行の方法の所望の設定と比較することによって、データベースに記憶された連立方程式の、先に行われた方程式に基づく解法の開始点を少なくとも部分的に選択するように構成され、任意選択で単位操作に関する第1のパラメータ集合は、所望の設定を含む。

本発明の他の実施形態によれば、決定サーバーはさらに:
i)第1のパラメータ集合により指定されなかった、少なくとも1つのパラメータを提供する又は特定することにより、及び/又は
ii)第1のパラメータ集合に対する相補的パラメータである、少なくとも1つのパラメータを提供する又は特定することにより、
第1のパラメータ集合に基づいて、単位操作に関する第2のパラメータ集合を提供する又は特定するように構成される。

本発明の他の実施形態によれば、決定サーバーはさらに、データにより指定された化学パラメータを使用して、第1のパラメータ集合に関して指定されない又は相補的なパラメータを決定することにより、第1のパラメータ集合に基づいて、単位操作に関する第2のパラメータ集合を提供する又は特定するように構成される。

一実施形態では、方法は、本明細書に記載される方法の1つ以上によって決定された操作及び/又は寸法パラメータに基づいて、化学プラントを設計すること及び組み立てることを含んでいてもよい。別の実施形態では、方法は、化学プラントを使用して化学製品を生産することを含んでいてもよい。

本明細書に記載される実施形態は、互いに相互に排除するものではなく、当業者により理解され得るように、記載される実施形態の1つ以上が様々な手法で組み合わされても良いことが理解されよう。

単位操作を決定する方法は、操作要員の訓練の際に又は厳密なモデルをベースにした高度プロセス制御において、使用されてもよい。訓練の場合、方法は、操作スタンドに接続されてもよく、要員による任意の入力から操作スタンドに、プロセス特異的入力パラメータが発生され得る。そのような発生した入力パラメータに基づき、操作及び/又は寸法パラメータが決定されてもよく、及びフィードバックがオペレーターに与えられてもよい。厳密なモデルベースの高度プロセス制御の場合、ソフトウェアは、評価モードで実行される。プロセス特異的入力パラメータに基づき、操作パラメータが決定され且つ実時間で測定された操作パラメータと比較されてもよい。好ましい実施形態において、操作パラメータは、1つ以上のプロセス流中の1種以上の成分の濃度、好ましくは、吸収媒体中のアミン及び/若しくは水の含量又は処理されたガス流若しくは供給ガス流中の1種以上の酸性ガスの濃度の分析によって導かれた入力パラメータに基づいて、評価モードで決定されてもよい。プロセス流中の1種以上の成分の濃度に関する入力パラメータは、当技術分野で公知の方法、例えばスペクトル法又はクロマトグラフィー法により決定されてもよい。特に好ましい実施形態では、評価モードで決定される及び処理された出口流中の1種以上の成分の濃度に関する入力パラメータに基づく操作パラメータは、吸収媒体の溶液流量及び再生塔のリボイラーデューティである。プロセス流の1種以上の成分の濃度は、増大する操作時間と共に変化し得るので、前述の好ましい実施形態は、ガス処理プラントにおける成分の実際の濃度に基づいて、最適化された操作パラメータ、例えばリボイラーデューティ又は溶液流量の決定を可能にする。

本発明の第3の態様によれば、プロセッサにロードされ実行された場合に第1の態様の実施形態のいずれか1つ又は第1の態様そのものによる方法を行うコンピュータ可読命令を含む、コンピュータプログラム製品が提供される。

本発明の方法を行うコンピュータプログラムは、コンピュータ可読媒体に記憶されてもよい。コンピュータ可読媒体は、フロッピーディスク、ハードディスク、CD、DVD、USB(ユニバーサルシリアルバス)記憶デバイス、RAM(ランダムアクセスメモリ)、ROM(リードオンリーメモリ)、及びEPROM(消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ)であってもよい。

コンピュータ可読媒体は、データ通信ネットワーク、例えばインターネットであって、プログラムコードをダウンロードすることが可能なものであってもよい。

本発明の方法のいずれかを行うコンピュータプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体(例えば、非一時的コンピュータ可読記憶媒体)に記憶されてもよい。コンピュータ可読記憶媒体は、フロッピーディスク、ハードディスク、CD(コンパクトディスク)、DVD(デジタル多目的ディスク)、USB(ユニバーサルシリアルバス)記憶デバイス、RAM(ランダムアクセスメモリ)、ROM(リードオンリーメモリ)、EPROM(消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ)、又はその他の適切なデバイスであってもよい。本発明は、デジタル電子回路で、又はコンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアで、又はこれらの組合せにおいて、例えば従来のモバイルデバイスの利用可能なハードウェアで、又は以下にさらに詳細に記載されるような本明細書に記載される方法の処理専用の新しいハードウェアで実施することができる。

他の実施形態において、本明細書に記載される方法は、プロセスをモニターし又は制御するのに既存のガス処理プラントで実行され得る、厳密なモデルに基づく高度プロセス制御で使用されてもよい。

本発明のより完全な理解及びそれに付随する利点は、縮尺を合わせていない以下の概略的な図面を参照することによって、より明瞭に理解されよう。

本発明の例示的な実施形態による、酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作を決定する方法の、概略的フローチャートを示す図である。 本発明の例示的な実施形態による、酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作を決定するシステムの、概略を示す図である。 本発明の例示的な実施形態による、酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作を決定するシステムの、概略を示す図である。 本発明の例示的な実施形態による、酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作を決定するシステムの、概略を示す図である。 本発明の例示的な実施形態による、酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作を決定する方法のグラフィカルユーザーインターフェースの概略を示す図である。 本発明の例示的な実施形態による、化学プラントプロセス及び設備の概略的流れを示す、化学及びプロセス工学で使用されるシミュレートされたプロセスフロー図のイメージを示す図である。 液相における実際の負荷と平衡負荷との比を介してCO₂負荷率を決定する、例示的な実施形態を示す図である。 種々の液体流量及び一定のガス流量に関する吸収塔の高さ対温度依存性を示す、液相温度挙動を示す図である。 種々の液体流量及び一定のガス流量に関する吸収塔の高さ対CO₂含量依存性を示す、気相CO₂含量挙動を示す図である。 種々の液体流量及び一定のガス流量に関する吸収塔の高さ対負荷率依存性を示す、負荷率CO₂挙動を示す図である。 反復回数対流量を示す、収束挙動を示す図である。

図面に示されているのは、概略的であり且つ縮尺を合わせていないものである。異なる図面において、類似の又は同一の要素は同じ参照符号が付されている。

一般に、これらの図において、同一の部品、ユニット、実体、又はステップには同じ参照符号が付されている。

図1は、本発明の例示的な実施形態による酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作を決定する方法10の、概略的フローチャート図を示す。

化学プラントの単位操作を決定する方法は、少なくとも下記のステップを含んでいてもよい:

方法の第1のステップとして、S1では、単位操作の第1のパラメータ集合が実行される。本発明の他の実施形態によれば、単位操作の第1のパラメータ集合は、ガスから硫化水素及び二酸化炭素を除去するのにアルキルエタノールアミンの水性溶液を使用する化学プラントのユーザーに必要とされるパラメータ、例えばアミンガス処理によって処理されるガスの量を含んでいてもよい。これは二酸化炭素及び/又は硫化水素が欠乏した出口ガスをもたらす。

本発明の一実施形態によれば、単位操作の第1のパラメータ集合は、少なくとも1つの相対パラメータを含む。

本発明の他の実施形態によれば、ユーザーは、第1のパラメータ集合でさらに、化学プラントのユニットの幾何学的寸法、例えば吸収塔ユニット及び再生塔ユニット及び他の付属設備のいずれか1つの高さ、幅、又は長さ、又は体積を指定してもよい。

第1のパラメータ集合で定義される他のパラメータは、例えば、必要とされるガス流の値又は再生塔から生成される頂部ガスの最大濃度の値、例えば抽出された硫化水素及び二酸化炭素の濃度であってもよい。

方法10の第2のステップS2として、提供された第1のパラメータ集合に基づいて及びデータベースから取得されたデータに基づいて、単位操作の第2のパラメータ集合を提供することが実行される。

本発明の一実施形態によれば、単位操作の第2のパラメータ集合は、少なくとも1つの相対パラメータを含む。

本発明の他の実施形態によれば、データベースから取得されたデータは、関与するガス、材料の化学的及び物理的性質、又は化学プラントのプロセス配管及び設備の物品の幾何学的性質を含んでいてもよい。第2のパラメータ集合は、例えば、シミュレーションに必要なパラメータを包含する完全データ集合に到達するために第1のデータ集合を完成させるよう提供されてもよい。

本発明の一実施形態によれば、取得されたデータは少なくとも1つの相対パラメータを含む。

1つ以上のガス処理ユニットの1つが吸収塔である一実施形態において、特に処理された出口流が得られるように処理溶液で気状入口流を処理するために、下記の相対パラメータ:
i. 全出口流に関して処理された出口流における1種以上の欠乏した成分の割合を指定する比、
ii. 吸収塔における処理溶液の平衡捕捉容量までの任意の距離を示す負荷率、及び
iii. 溢れ条件(flooding condition)までの距離を示す許容可能な水力負荷
の少なくとも1つを含む吸収塔入力パラメータが提供される。

一実施例において、吸収塔入力パラメータは、上記列挙されたi、ii、及びiiiから利用可能な相対パラメータを含んでいてもよい。

別の実施例では、吸収塔入力パラメータは、上記列挙されたパラメータから2つを含み、任意の残りの吸収塔入力パラメータは、対応する従属パラメータを介して指定される。

さらに別の実施例において、吸収塔入力パラメータは、利用可能な相対パラメータの1つを含み、残りの吸収塔入力パラメータは、対応するパラメータを介して指定される。

一実施例において、吸収塔入力パラメータは:
- 吸収塔の高さに関し、処理済み出口流中の組成物、
- 流量に関し、吸収塔中の処理溶液の負荷率、
- 吸収塔の直径に関し、吸収塔の許容可能な水力負荷
を提供することにより、相対パラメータとして、吸収塔の高さ、吸収塔の直径、又は溶液流量の少なくとも1つを含む。

この合理性に従えば、吸収塔の高さ、流量、及び吸収塔の直径は、それぞれ対応するパラメータであり、それ自体で操作及び/又は寸法パラメータの一部であり、これらはデジタルモデルに基づいて決定されることになる。

上記パラメータに基づけば、相対パラメータを提供する概念はより明らかである。例えば、処理済み出口流の組成は相対的であり、この特定の場合には、処理済み出口流中に存在する吸収されることになる任意の成分の量と、処理済み出口流中の全成分の量の合計との比によって決定され得るという意味で、無次元であってもよい。

本発明の他の実施形態によれば、吸収されることになる任意の成分の量は、吸収塔を通過する経路が増すにつれて変化するので、この比は吸収塔の高さに関連する。同様に、負荷率は相対的であり、この特定の場合には、実際の負荷と平衡負荷との比によって決定され得るという意味で無次元になり得る。

本発明の他の実施形態によれば、実際の負荷は、処理溶液流量又は流量が増大するにつれて減少するので、この比は処理溶液流量に関連する。水力負荷は相対的であり、この特定の場合には、実際の水力負荷と溢れ限界(flooding limit)での水力負荷との比によって決定され得るという意味で無次元になり得る。

本発明の他の実施形態によれば、実際の水力負荷は、吸収塔の寸法が増大するにつれて減少するので、この比は吸収塔の寸法に関連する。したがって、本発明の意味における相対パラメータは、例えば、好ましくは対応するパラメータの比又は類似の関係に基づく機能的推進パラメータに関するものであってもよい。そのような相対パラメータは、プラントのスループット、プラントの規模、プラントの物理的寸法、及び/又はガス処理プラントの容量から独立しており又は直接相関していない。

吸収塔の相対パラメータを提供する際、吸収塔の高さ、吸収塔の直径、又は流量の仕様は必要とされない。処理済み出口流中の組成の代わりに、吸収塔中の処理溶液の許容可能な水力負荷又は負荷率が提供される。処理済み出口流の組成は、処理済み出口流中に存在する吸収されることになる任意の成分の量と、処理済み出口流中の全成分の量の合計と比によって決定されてもよい。

処理済み出口流中の1種以上の欠乏したガス成分の割合を指定する組成は、欠乏したガス成分(複数可)のそれぞれに関する個々の割合(複数可)に基づいてもよい。組成は、欠乏したガス成分の割合の合計又は部分合計に基づいてもよい。

本発明の他の実施形態によれば、第2のパラメータ集合は例えば、多成分ガス流のイオン成分を定める。イオン成分は、温度プロファイルに応じて計算及び決定されてもよく、同様に温度プロファイルは、化学プラントの単一操作ユニットにおいて又は単一設備物品において必要とされる温度に基づくデータベースによって提供されてもよい。

方法10の第3のステップS3として、第1のパラメータ集合及び第2のパラメータ集合に基づいて化学プラントのデジタルモデルを決定することが実行され、デジタルモデルは、化学プラントの単位操作が実行されることを定める連立方程式を含む。

方法10の第4のステップS4として、連立方程式の、方程式に基づく解法の開始点を選択することが実行され、開始点は、少なくとも部分的に:
- i)第1のパラメータ集合、
- ii)第2のパラメータ集合、
- iii)データベースから取得されたデータ
から選択される。

本発明の他の実施形態によれば、方程式に基づく解法は例えば、方程式指向の手法によって実行されてもよく、化学プラントのプロセス流は、同時に解かれる一組の方程式として処理される。

本発明の他の実施形態によれば、方程式に基づく解法に関する開始プロファイルを選択することは、データベースサーバーによって提供される、開始点に関連したメタデータに最も近い入力パラメータに基づいて開始点を決定することを含んでいてもよい。本発明の他の実施形態によれば、開始プロファイルは、事前に使用された及び/又は計算された開始点、並びに事前に決定された解法の計算され又は使用されたパラメータ及び出力データ及びメタデータも含んでいてもよい。

言い換えれば、開始プロファイルは、第1のパラメータ集合に関して相補的データを完成し提供するように使用されてもよく、したがってユーザーは、ある特定のパラメータを詳細に提供する必要がなく、そのようなパラメータは、データベースの開始プロファイルに記憶された開始点に基づいて書き込まれ、データはデータベースの開始プロファイルによって丸められる。

方法10の第5のステップS5として、選択された開始点により初期化された連立方程式の、方程式に基づく解法を使用して、化学プラントの単位操作に関して結果の設定を決定することが、実行される。

他の実施形態、本発明の例示的な実施形態による酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作を決定する方法において、データベースから取得されたデータは熱力学的パラメータを含み、熱力学的パラメータは、操作又は実験室条件下でガス処理プラントの熱力学的性質の測定から導かれる。熱力学的パラメータは、好ましくは、操作条件下でのガス処理プラントにおける熱力学的性質を示す。

操作条件下でガス処理プラントにおける熱力学的性質を示す熱力学的パラメータを提供する他の実施形態は、データベースから取得されたデータを含んでいてもよい。そのような取得されたデータは入力パラメータを補い、したがってユーザーにより提供されなければならないパラメータの数を低減させる。

好ましくは、熱力学的パラメータは、操作及び/又は寸法パラメータの決定に関するより精密な基礎を提供するために、ガス処理プラント又は実験室規模の実験を操作する履歴測定データに基づく。熱力学的パラメータは、平衡条件を指定する熱力学的溶媒-ガスパラメータ、動態パラメータ、例えば反応速度、又は物質移動パラメータであって密度、粘度、表面張力、拡散係数、又は物質移動相関に関するものを含んでいてもよい。特に動態パラメータを含むことにより、平衡条件が説明されるだけではないので、決定された、結果の設定は精度が高まる。

好ましい実施形態では、相対パラメータが使用される場合、相対パラメータは事前に定められた範囲内に制限され得る。ここで相対パラメータとして指定された上記吸収塔の入力パラメータ又は再生塔の入力パラメータの1つ以上が、事前に定められた範囲内にあってもよい。

他の実施形態では、化学プラントのデジタルモデルを決定するステップS3の前及び/又は後に、一貫性チェックが少なくとも1つの相対パラメータに関して行われ、少なくとも1つの相対パラメータは、それが事前に定められた範囲内にある場合に一貫している。そのような一貫性チェックは、リクエストの受信の前の許可オブジェクトを介して及び/又はリクエストの受信後の個別のチェックとして実施されてもよい。特に、相対パラメータが一定であると決定される場合、デジタルモデルの初期化が行われてもよい。相対パラメータが一定ではないと決定される場合、出力インターフェースを介して警告が提供される。

他の実施形態において、ガス処理プラントの物理的性能は、ガス処理ユニット入力パラメータ及び熱力学的パラメータを含むプロセス特異的入力パラメータと、デジタルモデルに関連した単位操作の決定によって記載される。ここでデジタルモデルは、ガス処理プラントの1つ以上のガス処理ユニット又はプロセスユニットの形をとる単位操作を定める連立方程式を含んでいてもよい。

デジタルモデルは、構成パラメータを介して指定された任意のガス処理ユニット又はプロセスユニットを含んでいてもよい。例えば、デジタルモデルは、吸収塔及び/又は再生塔における物質及び熱移動をそれぞれ特徴付ける吸収塔及び/又は再生塔モデルを含んでいてもよい。したがってデジタルモデルは、ガス処理プラントについて信頼性を持って且つ正確に記述するビヒクルであり、そのような記載は、構築されることになる物理的ガス処理プラントで実現されることになる寸法及び/又は操作パラメータに関して信頼性ある正確な予測を行うのに使用される。

当技術分野で公知のように、デジタルモデルは、MESH方程式、物質収支、平衡関係、総和方程式、熱収支に基づいてもよく、又はMERSHQ方程式、物質収支、エネルギー収支、物質及び熱伝達速度方程式、総和方程式、圧力降下に関する水理方程式、平衡(eQuilibrium)方程式に基づいてもよく、任意選択でコスト方程式、例えば操作(operational)及び/又は資本支出が含まれてもよい(例えば、Ralf Goedecke; Fluidverfahrenstechnik, Grundlagen, Methodik, Technik, Praxis; 2011; WILEY-VCH Verlag GmbH & Co., Weinheim, Germany; ISBN: 978-3-527-33270-0)。

他の実施形態において、単位操作の決定は、ユニットの寸法及び/又は操作パラメータを決定することを含んでいてもよい。

他の実施形態において、単位操作の決定は、デジタルモデルに関して方程式に基づく解法又は逐次モジュール解法を使用することを含んでいてもよい。逐次モジュール解法で、単位操作は、逐次的に解かれ、入口流から開始して順次に下流単位操作、例えば吸収塔単位操作又は再生塔単位操作を解く。

そのような入口から出口まで指向的な構築は、下流の仕様、例えば出口流の組成を困難にする。これは下流仕様、例えば出口流の組成を制御する制御ループを導入することによって、克服することができる。そのような制御ループは、制御パラメータ、例えば出口流の組成との相違を段階的に決定し、それが複雑さを増大させ且つプロセッサの速度を遅くする。

方程式に基づく解法では、単位操作は一組の方程式として処理される。好ましくは、方程式に基づく解法は、同時に解かれる単一連立方程式のデジタルモデルの全ての方程式を含む。連立方程式は、定められた精度で全方程式を同時に満たすことによって、数値的に解かれてもよい。連立方程式の解を見出すことは、複数の反復を含んでいてもよい。

方程式に基づく解法の使用は、逐次モジュール解法の場合よりも単純な、相対パラメータの単純な仕様を可能にする。さらに、方程式に基づく解法において、方法が解を見出すように、意味のある開始又は初期入力パラメータを指定することは重要である。ガス処理ユニット入力パラメータに関する相対パラメータの仕様は、意味のある開始又は初期入力パラメータを提供するのに改善され且つ高められた方法を提供する。

ガス処理ユニット入力パラメータにおける上記相対パラメータの少なくとも1つを提供することは、デジタルモデルが相対パラメータと対応するパラメータとの関係を含み得るという点で、デジタルモデルに影響を及ぼし得る。吸収塔入力パラメータの場合、これは処理された出口流中の組成の少なくとも1つの所望の画分レベルの、吸収塔の高さに対する関係、又は例えば、吸収塔中の処理溶液の負荷率の、流量に対する関係、又は許容可能な水力負荷の、吸収塔の直径に対する関係の1つ以上の関係をそれぞれ含んでいてもよい。

同様に、再生塔入力パラメータの関係が含まれてもよい。寸法及び/又は操作パラメータの決定は、デジタルモデルに関する方程式に基づく解法を使用して、ガス処理プラントのガス処理ユニットに関する収束基準を決定することを含んでいてもよく、ここで収束基準は物理系収支に関するものである。そのような収支に関する例は、MESH方程式、物質収支、平衡関係、総和方程式、熱収支によって提供されたもの、又はMERSHQ方程式、物質収支、エネルギー収支、物質及び熱伝達速度方程式、総和方程式、圧力降下に関する水理方程式、平衡(eQuilibrium)方程式、及び任意選択でコスト方程式、例えば操作及び/又は資本支出によって提供されたものである。

ここで収束は、物理系収支に関する閾値に達するという意味で、収束基準に達するまで寸法及び/又は操作パラメータを繰り返し決定することを指してもよい。

さらに、上記相対パラメータの少なくとも1つを提供することは、操作及び/又は寸法パラメータの出力が、ガス処理ユニット入力パラメータとして提供された相対パラメータに関するガス処理ユニットの対応するパラメータを含むという点で、出力に影響を及ぼし得る。相対パラメータに応じて、操作及び/又は寸法パラメータは、例えば寸法パラメータとして吸収塔の高さを、寸法パラメータとして吸収塔の直径を、又は操作パラメータとして操作条件下の吸収塔の溶液流量を含む。

さらに、操作及び/又は寸法パラメータの出力は、相対パラメータに応じて、操作パラメータとしてのリボイラーデューティ又は寸法パラメータとしての再生塔の直径の少なくとも1つを含む。

本発明の他の実施形態によれば、クライアント装置は、クライアント側のアレンジしたコンピュータ環境の部分であってもよく、データベースサーバー及び決定サーバーは、サーバー側のコンピュータ環境の部分であってもよい。

クライアント装置は、ウェブサービス又はスタンドアローンソフトウェアパッケージ、例えばアプリケーションソフトウェアとして実現されてもよい。他の実施形態では、データベースサーバー及び決定サーバーは、分散型クライアントサーバーコンピュータシステムのクライアント側の部分であってもよい。

クライアント装置側では、プロセス特異的入力パラメータ、特にガス処理ユニット入力パラメータが、必要とされる純度グレード又は処理済み出口流の組成を指定することによって提供されてもよく、例えば、処理済み出口流の化合物の1つ以上の画分は、所与の画分に関するある特定の値によって定められてもよい。

販売ガスの適用例において、例えば2〜4mol%以下のガスの純度グレードは、50mol ppm以下のガスの高純度グレード要件を有するその他の液化天然ガス(LNG)の適用例におけるよりも、非常に低くなり得る。

プロセス特異的入力パラメータの最小集合は、入口ガス条件、例えば温度、組成又は圧力、ガス処理ユニット内の圧力条件、再生塔頂部での凝縮温度、及び希薄溶液温度であってもよい。そのような多様な技術の必要性を満たすため、寸法及び/又は操作パラメータの決定又は操作パラメータが既存のガス処理プラントを操作することの決定が、制御された且つより効率的な手法で行われるように、ガス処理プラント型を利用して、入力モジュールレベルに対するプロセス特異的入力パラメータを制限することができる。

どのガス処理ユニット入力パラメータが相対パラメータとして又は対応するパラメータとして提供されるのかを定めることは、各ガス処理入力パラメータごとに、単一ガス処理入力パラメータが相対パラメータ又は対応するパラメータのいずれかとして指定されるのを可能にする、許可オブジェクトを含んでいてもよい。これは入力モジュールのユーザーインターフェースで選択する選択肢を提供することによって、実現されてもよい。あるいは、許可オブジェクトは、単一ガス処理入力パラメータが相対パラメータとして又は対応するパラメータとして独占的に指定されるのを可能にしてもよい。

同様に、どのプロセス特異的入力パラメータがプラント型に基づいて提供されるかを定めることは、各ガス処理入力パラメータごとに、ある特定のプロセス特異的入力パラメータのみ提供する許可を含んでいてもよく、この場合その他のものは固定されている。あるいは又はさらに、どのプロセス特異的入力パラメータがプラント型に基づいて提供されるかを定めることは、各ガス処理入力パラメータごとに、指定された範囲でプロセス特異的入力パラメータのみ提供する許可を含んでいてもよい。

図2は、本発明の例示的な実施形態による、酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作を決定するシステム100の概略図を示す。

酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作を決定するシステム100は、クライアント装置110、データベースサーバー120、及び決定サーバー130を含んでいてもよい。

クライアント装置110は、単位操作に関する第1のパラメータ集合を提供するように構成される。

データベースサーバー120は、データを提供するように構成された(図3に示されるように)データベース120-1、120-2、120-3を含む。

決定サーバー130は、提供された第1のパラメータ集合に基づいて及びデータベースからのデータに基づいて、単位操作に関する第2のパラメータ集合を提供するように構成される。決定サーバー130は、第1のパラメータ集合及び第2のパラメータ集合に基づいて化学プラントのデジタルモデルを決定するようさらに構成され、デジタルモデルは、化学プラントの単位操作を定める行列又は連立方程式を含む。決定サーバー130はさらに、連立方程式の、方程式に基づく解法の開始点を選択するように構成され、開始点は、第1のパラメータ集合、第2のパラメータ集合、及びデータベースから取得されたデータを使用することによって選択される。

決定サーバー130はさらに、選択された開始点により初期化された連立方程式の、方程式に基づく解法を使用して、化学プラントの単位操作に関して結果の設定を決定するように構成される。

図3は、本発明の例示的な実施形態による、酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作を決定するシステム100の他の概略図を示す。

クライアント装置110は、入力された入力パラメータを決定サーバー130に、例えば溶媒の名称及び強度に関して提供するように構成されてもよい。

決定サーバー130はさらに、入力データプロバイダー130-1に関してサブユニットを含んでいてもよく、入力データプロバイダー130-1は提供された入力パラメータを初期化し変換するように、及び変換された入力パラメータをシミュレーションエンジン130-2に提供するように構成され、このエンジンは、シミュレーションを実行するため化学プラントのデジタルモデルを初期化するように構成される。

化学プラントの初期化された及び実行されたデジタルモデルの出力は、データファイル130-4、130-5によって与えられてもよい。出力は、クライアント用の出力データとデータベース用の出力データとに分割されてもよい。

データベースサーバー120は、例えば、物理的性質に関する第1のデータベース120-1、開始点に関する第2のデータベース120-2、及び開始プロファイルに関する第3のデータベース120-3を含んでいてもよい。

開始点に関する第2のデータベース120-2は、開始点及び関連するハッシュタグを含むデータを保存し、それは、デジタルモデルの意図される実行のための開始点として先に行われたシミュレーションの結果を識別し見出すことを可能にする。ハッシュタグは、ユーザーによって又は決定サーバー130によって又はデータベースサーバー120によって作成されてもよく、これらのサーバーはルックアップテーブルに従う。

開始プロファイル用の第3のデータベース120-3は、開始点及びメタデータを含む開始プロファイルを保存する。メタデータは、記述的又は構造的-化学プラントについて記述する-又は統計的-例えば、先に行われたシミュレーションの統計-メタデータであってもよい。メタサーチは、デジタルモデルの意図される実行のために開始点として先に行われたシミュレーションの結果を識別し見出すために、第3のデータベース120-3内のデータベースサーバー120によって行われる。

開始点は、第2のデータベース120-2及び第3のデータベース120-3の両方に、又は第2のデータベース120-2のみに保存されてもよい。

データベースサーバー120は、最初に提供された入力パラメータに応じて、物理的性質及び/又は開始プロファイルを送信してもよい。送信された物理的性質及び/又は開始プロファイルは、化学プラントのデジタルモデルを初期化するように、シミュレーションエンジン130-2によって使用されてもよい。

図4は、本発明の例示的な実施形態による、酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作を決定するシステムの概略図を示す。

ステップS101において、入力されたパラメータは、決定サーバー130に提供される。

ステップS102において、決定サーバー130は、提供された入力パラメータを初期化し変換し、変換された入力パラメータをシミュレーションエンジン130-2に提供する。

ステップS103では、データベースから開始点を送信すること及び/又は開始プロファイルを送信することが行われてもよい。

ステップS104では、シミュレートされた結果に基づく種々の命令シーケンス(S105、S106)に関する分岐が行われてもよい。

ステップS107では、シミュレーションエンジン130-2による化学プラントのデジタルモデルの初期化が行われてもよい。

図5は、本発明の例示的な実施形態による、酸性ガスを除去する化学プラントの単位操作を決定する方法の、グラフィカルユーザーインターフェース500の概略図を示す。

ユーザーは、グラフィカルユーザーインターフェースを使用して、酸性ガスを除去する化学プラントの典型的な範囲内で所望の操作値を指定してもよい。吸収塔ユニットは、例えば、事前に定められた35℃〜50℃の範囲内の希薄アミン温度のような操作パラメータを定めることによって、又は事前に定められた5〜100atmの範囲内で供給ガス圧を定めることによって、指定されてもよい。このデータは例えば、第1のパラメータ集合によって提供されてもよい。

例えば再生塔ユニットは、例えば110℃〜150℃の温度範囲のような操作パラメータを定めることによって、又は1.5〜7atmの圧力範囲を定めることによって、指定されてもよい。このデータは例えば、第1のパラメータ集合によって提供されてもよい。

ユーザーは、吸収媒体を選択してもよく、所望の吸収倍体強度を選択又は指定してもよい。

図6は、本発明の例示的な実施形態による、化学プラントのプロセス及び設備の概略的な流れを示すように、化学及びプロセス工学で使用される、シミュレートされたプロセスフロー図600のイメージを示す。

シミュレートされたプロセスフロー図は、例えば決定サーバーによって計算され決定されてもよく、シミュレートされたプロセスフロー図は、ユーザーに視覚化されてもよい。シミュレートされたプロセスフロー図は、化学プラントのプロセス配管、ある特定の化学プロセスを操作するユニット、他の設備物品、ガス又は流体相流の接続、又は流体の任意の流れを規制し、方向付け、若しくは制御する任意の弁を、視覚化してもよい。

図6はさらに、吸収塔ユニット及び再生塔ユニットを含む、例示的な化学プラント構成を示す。

フローシートは、単一単位操作又はガス処理ユニット、例えば混合機、加熱機/冷却機、フラッシュ段、平衡段カラム、及びレートベースカラムの組合せによって定められる。単一単位操作は、流れ又は相互接続によって接続される。リサイクル流又は相互接続が存在していてもよく、1つの単位操作における変化がフローシートにおけるいくつかの又は全ての単位操作に影響を及ぼすという事実をもたらす。

図6の酸性ガス除去プラントは、吸収塔及び脱着カラムを処理溶液用再生塔として含む。処理溶液は、水性アミン溶液を吸収媒体として含んでいてもよい。吸収媒体は、少なくとも1種のアミンを含む。下記のアミンが好ましい:
(i)式Iのアミン:
NR¹(R²)₂ (I)
式中、R1は、C2〜C6-ヒドロキシアルキル基、C1〜C6-アルコキシ-C2〜C6-アルキル基、ヒドロキシ-C1〜C6-アルコキシ-C2〜C6-アルキル基、及び1-ピペラジニル-C2〜C6-アルキル基から選択され、R2は独立して、H、C1〜C6-アルキル基、及びC2〜C6-ヒドロキシアルキル基から選択される、
(ii)式IIのアミン:
R³R⁴N-X-NR⁵R⁶ (II)
式中、R3、R4、R5、及びR6は互いに独立して、H、C1〜C6-アルキル基、C2〜C6-ヒドロキシアルキル基、C1〜C6-アルコキシ-C2〜C6-アルキル基、及びC2〜C6-アミノアルキル基から選択され、Xは、C2〜C6-アルキレン基、-X1-NR7-X2-、又は-X1-O-X2-を表し、但しX1及びX2は互いに独立して、C2〜C6-アルキレン基を表し、R7は、H、C1〜C6-アルキル基、C2〜C6-ヒドロキシアルキル基、又はC2〜C6-アミノアルキル基を表す、
(iii)5-〜7-員飽和複素環であり、少なくとも1個の窒素原子を環内に有し且つ窒素及び酸素から選択される1個又は2個の他のヘテロ原子を環内に含んでいてもよいもの、及び
(iv)これらの混合物。

特定の実施例は下記の通りである:
(i)2-アミノエタノール(モノエタノールアミン)、2-(メチルアミノ)エタノール、2-(エチルアミノ)エタノール、2-(n-ブチルアミノ)エタノール、2-アミノ-2-メチルプロパノール、N-(2-アミノエチル)ピペラジン、メチルジエタノールアミン、エチルジエタノールアミン、ジメチルアミノプロパノール、t-ブチルアミノエトキシエタノール、2-アミノ-2-メチルプロパノール、
(ii)3-メチルアミノプロピルアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、2,2-ジメチル-1,3-ジアミノプロパン、ヘキサメチレンジアミン、1,4-ジアミノブタン、3,3-イミノビスプロピルアミン、トリス(2-アミノエチル)アミン、ビス(3-ジメチルアミノプロピル)アミン、テトラメチルヘキサメチレンジアミン、
(iii)ピペラジン、2-メチルピペラジン、N-メチルピペラジン、1-ヒドロキシエチルピペラジン、1,4-ビスヒドロキシエチルピペラジン、4-ヒドロキシエチルピペリジン、ホモピペラジン、ピペリジン、2-ヒドロキシエチルピペリジン、及びモルホリン、及び
(iv)これらの混合物。

好ましい実施形態では、吸収媒体は、アミン モノエタノールアミン(MEA)、メチルアミノプロピルアミン(MAPA)、ピペラジン、ジエタノールアミン(DEA)、トリエタノールアミン(TEA)、ジエチルエタノールアミン(DEEA)、ジイソプロピルアミン(DIPA)、アミノエトキシエタノール(AEE)、ジメチルアミノプロパノール(DIMAP)、及びメチルジエタノールアミン(MDEA)、又はこれらの混合物の少なくとも1種を含む。

アミンは、好ましくは立体障害アミン又は第3級アミンである。立体障害アミンは、アミンの窒素が少なくとも1個の第2級炭素原子及び/又は少なくとも1個の第3級炭素原子に結合された第2級アミンであり、又はアミンの窒素が第3級炭素原子に結合された第1級アミンである。1つの好ましい立体障害アミンは、t-ブチルアミノエトキシエタノールである。1つの好ましい第3級アミンは、メチルジエタノールアミンである。

アミンが立体障害アミン又は第3級アミンである場合、吸収媒体は好ましくは、活性剤をさらに含む。活性剤は一般に、立体非障害第1級又は第2級アミンである。これらの立体非障害アミンにおいて、少なくとも1個のアミノ基のアミンの窒素は、第1級炭素原子及び水素原子にのみ結合される。

立体非障害第1級又は第2級アミンは、例えば、
アルカノールアミン、例えば、モノエタノールアミン(MEA)、ジエタノールアミン(DEA)、エチルアミノエタノール、1-アミノ-2-メチルプロパン-2-オール、2-アミノ-1-ブタノール、2-(2-アミノエトキシ)エタノール、及び2-(2-アミノエトキシ)エタンアミン、
ポリアミン、例えば、ヘキサメチレンジアミン、1,4-ジアミノブタン、1,3-ジアミノプロパン、3-(メチルアミノ)プロピルアミン(MAPA)、N-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン、3-(ジメチルアミノ)プロピルアミン(DMAPA)、3-(ジエチルアミノ)プロピルアミン、N,N'-ビス(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン、
5-、6-、又は7-員飽和複素環であって、少なくとも1個のNH基を環内に有し且つ窒素及び酸素から選択される1個又は2個の他のヘテロ原子を環内に含み得るもの、例えばピペラジン、2-メチルピペラジン、N-メチルピペラジン、N-エチルピペラジン、N-(2-ヒドロキシエチル)ピペラジン、N-(2-アミノエチル)ピペラジン、ホモピペラジン、ピペリジン、及びモルホリン
から選択される。

5-、6-、又は7-員飽和複素環であって、少なくとも1個のNH基を環内部に有し且つ窒素及び酸素から選択される1個又は2個の他のヘテロ原子を環内に含み得るものが特に好ましい。ピペラジンが、特に非常に好ましい。

一実施形態では、吸収媒体が、メチルジエタノールアミン及びピペラジンを含む。

活性剤と立体障害アミン又は第3級アミンとのモル比は、好ましくは0.05〜1.0の範囲にあり、特に好ましくは0.05〜0.7の範囲にある。

吸収媒体は一般に、10重量%〜60重量%のアミンを含む。

吸収媒体は、好ましくは水性である。

吸収媒体は、物理溶媒をさらに含んでいてもよい。適切な物理溶媒は、例えば、N-メチルピロリドン、テトラメチレンスルホン、メタノール、オリゴエチレングリコールジアルキルエーテル、例えばオリゴエチレングリコールメチルイソプロピルエーテル(SEPASOLV MPE)、オリゴエチレングリコールジメチルエーテル(SELEXOL)である。物理溶媒は、一般に、1重量%〜60重量%の量で、好ましくは10重量%〜50重量%、特に20重量%〜40重量%の量で、吸収媒体中に存在する。

好ましい実施形態では、吸収媒体は、10重量%未満、例えば5重量%未満、特に2重量%未満の無機塩基性塩、例えば炭酸カリウムなどを含む。

吸収媒体は、添加剤、例えば腐食阻害剤、抗酸化剤、酵素などを含んでいてもよい。一般に、そのような添加剤の量は、吸収媒体の約0.01〜3重量%の範囲にある。

ガス成分iの負荷率は、下記の通り定義されてもよい:

任意のガス成分iの負荷率は、液体溶液中の成分iの実際のガス成分流量及び液体溶液の実際の総流量の関数である成分iの実際のガス負荷と、吸収媒体の組成、温度、圧力、及び気相の組成の関数である任意のガス成分iの平衡ガス負荷との比に関係していてもよい。

許容可能な水力負荷は、吸収塔における許容可能な水力操作レジームを示す。水の溢れ条件に至る実際の水力負荷の距離によって決定されてもよい。ここで水の溢れ条件は、吸収塔におけるガス又は液体流のさらなる増大が吸収塔内部の溢れをもたらすことになり又は液体がガス流によって完全に同伴される操作条件を指す。水力負荷は、吸収塔における実際の水力負荷と溢れ限界での水力負荷との比を介して指定することができる。許容可能な水力負荷は、吸収塔における溢れ条件、例えば溢れ曲線(flooding curve)又はカラム物質移動高さに特異的な吸収塔における圧力降下に関係してもよく又は示してもよい。

許容可能な水力負荷は、下記の通り定義され得る:

水力負荷は、F因子及び液体速度wLの関数である実際の水力負荷と、F因子、液体速度wL、吸収塔中の気状流のガス密度、処理溶液の液体密度、吸収塔中の気状流のガス粘度密度、処理溶液の液体粘度、処理溶液の液体粘度、処理溶液の液体表面張力、及び物質移動の幾何形状、又は吸収塔内部の関数である溢れ限界での水力負荷との比に関係していてもよい。この文脈において、水力負荷は、一定の液体とガスとの比に関して、一定のF因子に関して、又は一定の液体速度wLに関して決定されてもよい。ここで、F因子は、
F因子=ガス速度×(ガス密度)^0.5
と定義されてもよい。

さらに又は代わりに、吸収塔中の水力負荷は、F因子又は相対パラメータとしての液体速度に基づいてもよい。そのような場合、操作及び/又は寸法パラメータ及び特に吸収塔の直径は、所与のF因子又は液体速度に基づいて決定される。そのような決定が行われたら、溢れ条件が回避されるように、得られた吸収塔の直径が吸収塔において許容可能な水力操作レジームを可能にするか否かを決定することによって、さらなるチェックが行われてもよい。決定された吸収塔の直径が、溢れ条件が満たされるように、吸収塔において許容可能な水力操作レジームを可能にしない場合、操作及び/又は寸法パラメータの決定が再開されることになり、又は出力インターフェースを介して警告が提供されることになる。そのような警告は、ユーザーに表示され得る入力モジュールにさらに提供されてもよい。

水力負荷という表現は、%と単位とする容量、安全率、又は負荷点であると示唆されてもよい。

特に、処理された出口流で組成物を提供する際、処理溶液の許容可能な水力負荷又は負荷率は、吸収塔の高さ、吸収塔の直径、又は流量の仕様を冗長にする。したがって吸収塔の高さ、吸収塔の直径、又は流量は、デジタルモデルでリリースされたパラメータであり、したがって寸法及び/又は操作パラメータの形をとる方法の結果である。このことは、設計者によるマニュアル式インタラクションをさらに必要とすることなく結果が生じるように、単一ステップでの入力パラメータの指定を可能にする。少ない反復でのより堅牢な収束、したがって設計プロセスにおいて及び計算能力の使用においてより効率的であることが、結果である。最後に、この方法の使用は、ガス処理プラントの化学的及び物理的に意味のある寸法及び/又は操作条件の決定に際して、それほどエラーが発生せず、より単純であり、より有効なプロセスをもたらす。

他の実施形態では、吸収塔入力パラメータは、実際の負荷、好ましくは実際のガス負荷と、平衡負荷、好ましくは平衡ガス負荷との、吸収塔底部での比によって決定される、処理溶液の負荷率を含む。あるいは、吸収塔入力パラメータは、吸収塔の高さに沿った、実際の負荷、好ましくは実際のガス負荷と、平衡負荷、好ましくは平衡ガス負荷との比の極値、例えば最大値又は最小値によって決定される処理溶液の負荷率を含む。この実施形態では、極値は、吸収塔の高さに沿った負荷率のプロファイルを介して決定されてもよく、極値は、1次導関数がゼロであり2次導関数がゼロよりも大きく又はゼロよりも小さいプロファイルの点を表す。プロファイルは、極値が最大になるように定められてもよい。

他の実施形態では、処理溶液の実際の負荷と平衡負荷との比によって決定された負荷率が1未満であり、好ましくは≦0.95であり、特に好ましくは≦0.9である。ここで値は、係数の観点から見られてもよい。そのような実施形態では、完全な吸収塔の高さ又は吸収塔の高さの一部が、考慮に入れられてもよい。例えば、吸収塔の底部から吸収塔の高さの頂部までの、吸収塔の高さの部分、例えば頂部まで0.9又は0.8の割合、又は0.7〜0.9の割合が、考慮にいれられてもよい。そのような手法での負荷率の使用は、寸法及び/又は操作パラメータを決定するために、不合理な又は物理的に意味のない仕様を回避するが、それはしばしば吸収塔の頂部での物質移動がなく又は非常に少量だからであり、したがって熱力学的に重要な吸収塔の部分のみが考慮に入れられる。

他の実施形態では、処理溶液の負荷率は、入口流から吸収される少なくとも1つのガス成分に基づいて決定される。他の実施形態では、吸収される複数のガス成分が入口流中に存在し、負荷率は、入口流から吸収される複数のガス成分を含む組み合わされた負荷率として決定される。組み合わされた負荷率は、吸収されるガス成分同士の相互依存性を説明する。そのような組み合わされた負荷率は、吸収されるガス成分に関連した処理溶液の熱力学的並びに力学的特性を反映する。したがって、寸法及び/又は操作パラメータを決定する際の合理的又は物理的に意味のある結果を確実にすることができる。

組み合わされた負荷率は、処理溶液中の少なくとも2種以上のガス成分に関する実際のガス成分流量及び処理溶液の実際の全流量又は吸収媒体の実際の全流量に依存する実際の負荷と、吸収媒体組成、処理溶液温度、気相又は気状入口流の圧力及び組成に依存する平衡負荷との比に関係していてもよく、VLEは、同じ吸収塔の高さでのガス及び液相に基づいて決定される。ここで吸収媒体は、気相からのいかなる吸収成分も含まない液相であり、溶液は、任意の吸収成分を含む液相である。

他の実施形態では、吸収塔入力パラメータは、吸収塔構成を指定する構成パラメータを含む。そのような構成パラメータはさらに、カラム型、例えば充填床又は段塔、カラム内のセグメントの数、カラム全体にわたる圧力降下のような圧力条件、温度条件、又は液体処理溶液のための分配器のタイプを、指定してもよい。

他の実施形態では、リクエストに含まれ且つデジタルモデルを初期化するのに使用される、プロセス特異的入力パラメータが提供される。プロセス特異的入力パラメータは、吸収塔入力パラメータ、再生塔入力パラメータ、並びに吸収塔入口での気状入口流の組成、及び処理溶液の性質を指定する吸収媒体パラメータを、含んでいてもよい。吸収塔とは別に、他のガス処理ユニット又はプロセスユニットが存在する場合、プロセス特異的入力パラメータは、好ましくはガス処理ユニットのそれぞれを指定する他のパラメータを含む。あるいは、他のガス処理ユニットを指定するパラメータのいくつかは、プロセス特異的入力パラメータの数を単純化し低減させるように、事前に設定されてもよい。

ガス処理プラントは、1つ以上のガス処理ユニット、例えば1つ以上の吸収塔、1つ以上の再生塔、及び/又は他のガス処理ユニットを含んでいてもよい。さらにプロセスユニット、例えば熱交換機、ポンプ、ガス圧縮機、又はガス凝縮機が、ガス処理プラントに含まれていてもよく、それぞれの単位操作を介してデジタルモデルに反映されてもよい。

ガス処理プラントは、これらのガス処理ユニット又はプロセスユニットの1つ以上を含んでいてもよい。好ましくは、プロセス特異的入力パラメータは、ガス処理プラントに含まれるガス処理及び/又はプロセスユニット並びに流れを表す相互接続を指定する、構成パラメータを含む。

さらに、構成パラメータは、完全に又は部分的に事前に定められて、可能性ある構成の固定集合を提供してもよい。そのような事前に定められた構成は、データベースに記憶されてもよく、それぞれの構成パラメータを表す1つ以上の識別子を介してプロセス特異的入力パラメータにおいて識別することができる。事前に定められた構成パラメータは、問題空間を低減することによってユーザーを案内し、操作及び/又は寸法パラメータのより堅牢で安定な決定をもたらす。構成が完全には事前に定められていない実施形態において、方法は、理にかなった構成がユーザーによって定められることを確実にするために、一貫性チェックを含むことができる。

他の実施形態において、ガス処理ユニットは、処理溶液を再生し、再生された処理溶液を元の吸収塔に供給する、好ましくは少なくとも1つのリボイラーを備える再生塔を含み、下記の相対パラメータ:
i. 再生された処理溶液又は希薄溶液の画分品質、ストリップ蒸気の比、又は負荷率であって、吸収塔頂部での再生された処理溶液又は希薄溶液の平衡捕捉能力までの距離を示すもの、及び
ii. 再生塔における許容可能な水力操作レジームを示す、許容可能な水力負荷
の少なくとも1つを含む再生塔入力パラメータが提供される。

再生塔入力パラメータは、相対パラメータとして:
i. リボイラーデューティ、再生された処理溶液の画分品質、又はストリップ蒸気の比、又は吸収塔頂部での1種の成分の負荷率、及び
ii. 再生塔の直径、再生塔の許容可能な水力負荷
を提供することにより、リボイラーデューティ又は再生塔の直径の少なくとも1つを含んでいてもよい。

一実施例において、再生塔入力パラメータは、全ての利用可能な相対パラメータを含む。別の実施例では、再生塔入力パラメータは、利用可能な相対パラメータの1つを含み、残りの再生塔入力パラメータは、対応するパラメータを介して指定される。

ここでリボイラーデューティは、ガス処理プラントのエネルギー消費に対して著しい影響を及ぼす再生塔の熱デューティ要件(熱負荷要件、heat duty requirement)を指す。再生塔入力パラメータは、リボイラーデューティ又は再生塔の直径の少なくとも1つを含まなくてもよい。代わりに再生された処理溶液又は希薄溶液の画分品質、ストリップ蒸気比、又は再生された処理溶液若しくは希薄溶液の吸収塔頂部での負荷率、又は許容可能な水力負荷が、提供されてもよい。

ここで再生された処理溶液又は希薄溶液の画分品質は、再生後に希薄溶液中に残された1種以上の成分の濃度を指す。画分品質は、希薄溶液中の1種以上の残りのガス成分の割合を指定する組成と見られてもよい。一実施形態では、組成は、分析センサーデータ、例えばスペクトル法又はクロマトグラフィー法を通して測定されたデータから導かれてもよい。そのようなデータは、決定サーバーの入力ユニット又はインターフェースユニットによって受信されてもよい。

ストリップ蒸気比は、再生における水の流量及び再生における酸性ガス流量に基づいてもよい。ストリップ蒸気比は、再生における水の流量と、再生における酸性ガス流量との比によって定められてもよい。これは一定の高さ、例えば頂部又は底部と頂部との間に関して決定されてもよい。

許容可能な水力負荷は、再生塔における許容可能な水力操作レジームを示す。実際の水力負荷から水の溢れ条件までの距離によって決定されてもよい。ここで水の溢れ条件は、再生塔におけるガス又は液体流のさらなる増大が再生塔内部の溢れをもたらすことになり、又は液体が、ガス流によって完全に同伴される操作条件を指す。

水力負荷は、操作中の再生塔における実際の水力負荷と、溢れ限界での水力負荷との比を介して指定することができる。許容可能な水力負荷は、再生塔における溢れ条件、例えば再生塔における溢れ曲線又はカラム物質移動高さに特異的な圧力降下に関係していてもよく又は示してもよい。

図7は、液相における実際の負荷と平衡負荷との比を介してCO₂負荷率を決定する例示的な実施形態を示す。

相対パラメータを可能にする1つの要素は、吸収塔の底部での負荷率又は吸収塔の高さに沿った最大負荷率を提供することである。負荷率を決定する例示的なカラムプロファイルを図6に示す。

吸収塔の高さ対温度の第1の図式表示は、ガス及び液相での温度プロファイルを示す。負荷率プロファイルを提供することは、第1の図式表示に示される顕著な温度の突出を持つ吸収プロセスに特に重要である。

そのような温度の突出は、反応の発熱及び/又は吸収の熱が放出された場合に生じる。吸収塔の高さ対CO₂の濃度の第2の図式表示は、気相におけるCO₂濃度プロファイルを示す。

気相における温度及びCO₂濃度は、吸収塔の高さ対CO₂負荷の第3の図式表示で破線により示されるように、液相におけるCO₂の平衡負荷プロファイルを決定する。

実線により示される、液相中のCO₂の実際の負荷プロファイルは、方程式に基づく解法の各反復ごとに決定される。第4の図式表示に示される負荷率プロファイルは、液相中の実際のCO₂の負荷を平衡負荷で除することによって定められる。

負荷率が1の値は、平衡値に達し且つ物質移動が生じないことを意味する。このことは、処理された出口ガスにおけるCO₂濃度を指定する計算結果として、無限の吸収塔の高さをもたらすことになる。その結果、ガス処理プラントの設計では、物理的に可能ではない仕様が回避されるように、負荷率が<1の値に指定される必要がある。合理的な負荷率は、例えば<0.95又は<0.9である。

CO₂及びH₂Sが共に入口ガス中に存在する場合、CO₂又はH₂Sの単一の負荷率は、誤解を招く可能性があり、仕様に有用ではない可能性がある。そのような場合、CO₂+H₂Sに関して組み合わされた負荷率は、仕様として使用される。

吸収塔に沿った負荷率プロファイルの例示的な図6では、吸収塔の頂部で負荷率の最大値に達するのを観察することができる。これは吸収塔の高さの90%で、処理されたガス中のCO₂含量の仕様と、吸収塔頂部での利用可能な希薄負荷に起因する。吸収塔頂部でのこの最大負荷率は許容可能であり、物理的に不合理な条件をもたらさない。

しかし、最大温度の位置の周りの最大負荷率は極めて重要であり、上述のように<1の値に限定される必要がある。最大負荷率が正しい位置に指定されるのを確実にするために、負荷率は、吸収塔の底部から定められた吸収塔の高さの割合まで評価される。

図8〜10は、液相温度挙動、気相CO₂含量挙動、及び負荷率であって%を単位とする種々の液体流量に関して決定されるものを示す。これらの例示は、プラントのスループットに依存するパラメータとしての液体流量が変化する場合、ガス処理プラントの吸収塔における挙動に似ている。特に、図8及び9のプロファイルは、110%〜98%の間の流量のプロファイルの形状において大きな効果を示す。それに応じて、図9の濃度プロファイル及び図10の負荷率プロファイルは、CO₂のブレークスルーが吸収塔頂部で、98%付近で生じることを示す。100%の流量よりも下及び上で、プロファイルの形状は著しく変化しない。したがって100%の流量付近で、プロファイルの形状は最も感受性がある。

吸収塔における物理量-温度及びガス中のCO₂含量-のこの挙動は、所与の値の流量を段階的に増大させる場合、図11に示される反復回数に反映される。96〜98%の間の流量の領域では、収束挙動は、操作及び/又は寸法パラメータの決定が、その領域の上又は下よりも最大6倍の反復を要するようなものである。

ガス処理プラントにおける吸収塔の操作では、吸収塔がCO₂ガスのブレークスルー点近くで操作され得るので、これは不安定な操作モードを表す。したがって、適切な値に流量を設定する際、安定な吸収塔の操作を表すことは、それに応じて安定なガス処理プラントを設計するのに重要である。そのような安定な解決策が、操作及び/又は寸法パラメータを決定するのに提供されるのを確実にするために、入力として負荷率を可能にすることは非常に有利である。

負荷率が吸収塔の底部で決定されるか否か又は最大値が吸収塔の高さに沿って得られるか否かに応じて、高速収束が可能な2つのレジームを区別することができる。同時にそのような手法は、決定が、吸収塔及びガス処理プラントの安定な操作を可能する操作及び/又は寸法パラメータをもたらすのを確実にする。

以下の実施例は、ガス処理プラントを設計するためのユーザーに対する著しい効率の上昇及び設計手順の単純化を示す。ケースA及びケースBとされる2種の異なる供給ガスの条件が示され、これらは二酸化炭素及びメタンの濃度が異なるだけである。その他全ての条件、例えば残留成分の温度、圧力 流量、及び濃度は同一である。全ての供給ガス条件の概観は、下記の表で与えられる:

仕事は、処理されたガス中のCO₂濃度が50mole-ppmであるLNG生産プラント用の根本的なCO₂除去プラントを設計することである。プラント構成は、吸収塔、HPフラッシュ、及びストリッパー塔からなるべきである。ユーザーは、いくつかのプロセスパラメータ、例えば溶液の流量、吸収塔の充填高さ、吸収塔の直径、リボイラーデューティ、及びストリッパーの直径を定めることを必要とする。

技術水準のプロセスフローシートシミュレーター、プラントの幾何形状、入口流の条件、及びプロセス条件の状態を適用することは、シミュレーションの実行前に定める必要がある。全ての出口流の条件、例えば処理されたガス中のCO₂濃度は、プロセスシミュレーターの計算の結果である。

指定された酸性ガス濃度を、処理されたガス中で実現するために、ユーザーは、処理されたガス中で必要とされるCO₂濃度に達するまで、多くの手作業による反復により上述のプロセス条件を変更する必要がある。理由は、経験を積んだユーザーであっても、操作及び寸法パラメータに関する正確な結果が事前にはわからないからである。

さらにユーザーは、処理されたガス中に必要とされるCO₂濃度をもたらすことができない、手作業による反復中に条件をさらに定めてもよい。例として、処理されたガス中に必要とされるCO₂濃度は、希薄溶液中のCO₂濃度が、吸収塔の頂部で対応するCO₂平衡濃度よりも低い場合にのみ到達することができる。そのような条件は、ユーザーによって特定される必要があり、これは追加の手作業による反復を必要とするものである。

この実施例において、ユーザーは、それだけでなく少なくとも5つの主なプロセスパラメータ 溶液流量、吸収塔の充填高さ、吸収塔の直径、リボイラーデューティ、及びストリッパーの直径も定める必要がある。下記の表は、例示的なケースA及びBの間の相対的な値としての、これら5つのプロセスパラメータの結果を示す。

技術水準のプロセスフローシートシミュレーターを適用することにより、ユーザーは、ケースAに関してCO₂除去プラントを設計するために多くの手作業による反復を必要とする。ケースAの結果がわかるが、ケースBは、先験的にユーザーに明らかではない非常に異なる条件をもたらす。したがってユーザーは再び、ケースBに関するCO₂除去プラントを設計するために多くの手作業による反復を必要とする。これらの実施例は、技術水準のプロセスシミュレーターの適用が、多くの手作業による時間のかかる反復ステップももたらし、それが設計プロセスを非常に冗長且つ非効率的にすることを示す。

例示的なケースA及びBに関して本発明を適用し、5つのパラメータ、処理されたガス中のCO₂濃度、吸収塔内のCO₂に関する最大負荷率、吸収塔の安全率、吸収塔頂部でのCO₂の負荷率、及びストリッパーに関する安全率を指定することにより、ユーザーは、手作業による入力の1ステップで上記表に示される結果を受け取ることになる。これは設計手順の著しい単純化、及び設計手順の短縮された時間、したがって増大した効率をもたらす。

本明細書に記載される方法を実現するのに使用される、本明細書に記載される構成要素のいずれかは、コンピュータ命令を実行することが可能な1つ以上の処理装置を有するコンピュータシステムの形をとってもよい。コンピュータシステムは、ローカルエリアネットワーク、イントラネット、エクストラネット、又はインターネット内で他のマシンに通信可能に連結されてもよい(例えば、ネットワーク化)。コンピュータシステムは、サーバー又はクライアントサーバーネットワーク環境におけるクライアントマシンの容量内で、又はピアツーピア(又は分散型)ネットワーク環境におけるピアマシンとして、操作されてもよい。コンピュータシステムは、PC(パーソナルコンピュータ)、タブレットPC、PDA(パーソナルデジタルアシスタント)、携帯電話、ウェブアプライアンス、サーバー、ネットワークルーター、スイッチ若しくはブリッジ、又はそのマシンがとる動作を指定する一組の命令を実行することが可能な(逐次又はその他の手法で)任意のマシンであってもよい。さらに、「コンピュータシステム」、「マシン」、「電子回路」などという用語は、単一の構成要素に必ずしも限定するものではなく、本明細書で論じられる方法のいずれか1つ以上を行うために一組(又は多数の組)の命令を個々に又は接合して実行するマシンの任意の集合体を含むように解釈されるとすることを理解されたい。

そのようなコンピュータシステムの構成要素のいくつか又は全ては、システム100、例えばクライアント装置110、データベース120、及び決定サーバー130の構成要素のいずれかによって利用されてもよく又は当該構成要素のいずれかを示してもよい。一部の実施形態において、これらの構成要素の1つ以上は、多数のデバイスの間に分散されてもよく、又は例示されるよりも少ないデバイスに統合されてもよい。コンピュータシステムは、例えば1つ以上の処理装置、メインメモリ(例えば、ROM、フラッシュメモリ、DRAM(動的ランダムアクセスメモリ)、例えばSDRAM(シンクロナスDRAM)、又はRDRAM(ラムバスDRAM)など)、スタティックメモリ(例えば、フラッシュメモリ、SRAM(スタティックランダムアクセスメモリ)など)、及び/又はデータ記憶デバイスであって、バスを介して互いに通信するものを、含んでいてもよい。

処理装置は、汎用処理装置、例えばマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、中央処理装置、又は同様のものであってもよい。より詳細には、処理装置は、CISC(複合命令セットコンピュータ)マイクロプロセッサ、RISC(縮小命令セットコンピュータ)マイクロプロセッサ、VLIW(超長命令語)マイクロプロセッサ、又はその他の命令集合を実現するプロセッサ、又は命令集合の組合せを実現するプロセッサであってもよい。処理装置は、1つ以上の専用処理装置、例えばASIC(特定用途向け集積回路)、FPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)、CPLD(複合プログラマブル論理デバイス)、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)、ネットワークプロセッサ、又は同様のものであってもよい。本明細書に記載される方法、システム、及びデバイスは、DSPにおける、マイクロコントローラにおける、又は任意のその他のサイドプロセッサにおけるソフトウェアとして、又はASIC、CPLD、又はFPGA内部のハードウェア回路として実現されてもよい。「処理装置」という用語は、1つ以上の処理装置、例えば多数のコンピュータシステム全体にわたって位置付けられた処理装置の分散型システム(例えば、クラウドコンピューティング)を指してもよく、他に指示されない限り単一デバイスに限定されないことを理解されたい。

コンピュータシステムはさらに、ネットワークインターフェースデバイスを含んでいてもよい。コンピュータシステムは、ビデオディスプレイユニット(例えば、LCD(液晶ディスプレイ)、CRT(陰極線管)ディスプレイ、又はタッチスクリーン)、英数字入力デバイス(例えば、キーボード)、カーソル制御デバイス(例えば、マウス)、及び/又は信号発生デバイス(例えば、スピーカー)を含んでいてもよい。

適切なデータ記憶デバイスは、本明細書に記載される方法又は機能のいずれか1つ以上を具体化する1つ以上の組の命令(例えば、ソフトウェア)が記憶される、コンピュータ可読記憶媒体を含んでいてもよい。命令は、コンピュータ可読記憶媒体を構成し得るコンピュータシステム、主メモリ、及び処理装置によってその実行中に、主メモリ内及び/又はプロセッサ内に完全に又は少なくとも部分的に常駐していてもよい。命令は、ネットワークインターフェースデバイスを介してネットワーク上でさらに送信又は受信されてもよい。

本明細書に記述される実施形態の1つ以上を実現するコンピュータプログラムは、適切な媒体、例えばその他のハードウェアと一緒に又は該ハードウェアの部分として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体に記憶及び/又は分散されてもよいが、その他の形、例えばインターネット又はその他の有線若しくは無線通信システムを介して、分散されてもよい。しかし、コンピュータプログラムは、ワールドワイドウェブのようなネットワーク上に存在していてもよく、そのようなネットワークからデータプロセッサのワーキングメモリにダウンロードすることができる。

本発明の他の例示的な実施形態によれば、ダウンロードするのに利用可能なコンピュータプログラムエレメントを作製するデータ担体又はデータ記憶媒体が提供され、このコンピュータプログラムエレメントは、本発明の先に記載された実施形態の1つによる方法を行うようにアレンジされる。

「コンピュータ可読記憶媒体」、「機械可読記憶媒体」、及び同様の用語は、命令の1つ以上の組を記憶する単一の媒体又は多数の媒体(例えば、集中型又は分散型データベース、及び/又は関連あるキャッシュ及びサーバー)を含むように解釈されるべきである。「コンピュータ可読記憶媒体」、「機械可読記憶媒体」、及び同様の用語はまた、機械によって実行するための一組の命令を記憶し、コード化し、又は保持することが可能であり、機械で本開示の方法のいずれか1つ以上を行わせることが可能な、任意の一時又は非一時媒体を含むと解釈されるものとする。「コンピュータ可読記憶媒体」という用語は、それに応じてソリッドステートメモリ、光媒体、及び磁気媒体を含むがこれらに限定することのないように解釈されるものとする。

詳細な記述のいくつかの部分は、コンピュータメモリ内部のデータビットで操作のアルゴリズム及び記号表示に関して提示されていてもよい。これらのアルゴリズムの記述及び表示は、それらの作業の内容を当業者に最も有効に伝達するように、データ処理の分野の当業者によって使用される手段である。アルゴリズムは、本明細書において及び一般に、所望の結果をもたらすステップの自己矛盾のないシーケンスであることが考えられる。ステップは、物理的な量の物理的操作を必要とするものである。通常、必ずしも必要ではないが、これらの量は、記憶し、伝達し、組み合わせ、比較し、及びその他の手法で操作することが可能な電気又は磁気信号の形をとる。これらの信号をビット、値、エレメント、記号、文字、用語、数などとして言及することが、主に一般的な利用という理由で、時には都合良いことが証明された。

しかしながら、これら及び類似の用語の全ては、適切な物理量に関連付けられ且つこれらの量に適用される単なる都合よい標識であることを、心に留めておくべきである。先の考察から明らかであると他に特に記述しない限り、この記述の全体を通して、「受信する(receiving)」、「取得する(retrieving)」、「伝達する(transmitting)」、「計算する(computing)」、「発生させる(generating)」、「加える(adding)」、「差し引く(subtracting)」、「乗ずる(multiplying)」、「除する(dividing)」、「選択する(selecting)」、「最適化する(optimizing)」、「較正する(calibrating)」、「検出する(detecting)」、「記憶する(storing)」、「行う(performing)」、「分析する(analysing)」、「決定する(determining)」、「可能にする(enabling)」、「特定する(identifying)」、「修正する(modifying)」、「変換する(transforming)」、「適用する(applying)」、「抽出する(extracting)」、及び同様のものなどの用語を利用する考察は、コンピュータシステムのレジスター及びメモリ内で物理(例えば、電子)量で表されたデータを、コンピュータシステムメモリ又はレジスター又はその他のそのような情報ストレージ、伝送又はディスプレイデバイス内の物理量として同様に表されるその他のデータに操作し変換する、コンピュータシステム又は類似の電子計算デバイスの動作及びプロセスを指す。

本発明の実施形態は、種々の対象を参照しながら記述されることに、留意しなければならない。特にいくつかの実施形態は方法タイプのクレームを参照しながら記述され、それに対してその他の実施形態は、装置タイプのクレームを参照しながら記述される。

しかしながら当業者なら、上述の及び下記の記述から、他に注記されない限り、対象の1つのタイプに属する特徴の任意の組合せに加え、同様に種々の対象に関する特徴同士の任意の組合せも本出願で開示されると見なされると推測することになる。しかしながら全ての特徴は組み合わせることができ、特徴の単純総和以上の相乗効果がもたらされる。

本発明を、図面及び前述の説明で詳細に例示し記述してきたが、そのような例示及び記述は、実例的又は例示的であり且つ制限するものではないと見なされ、本発明は、開示された実施形態に限定するものではない。開示された実施形態に対するその他の変形例は、当業者によって、図面、本開示、及び添付される請求項の調査から、請求項に記載される本発明を実施することにより、理解され有効にすることができる。ある場合には、周知の構造及び装置は、本開示が曖昧になるのを避けるために、詳細にではなくブロック図の形で示される。

請求項において、「含む(comprising)」という単語は、その他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「a」又は「an」は複数を排除しない。単一のプロセッサ又はコントローラ又はその他のユニットは、請求項に列挙されるいくつかの項目の機能を満たし得る。ある特定の尺度が相互に異なる従属クレームに列挙されるという単なる事実は、これらの尺度の組合せが都合良く使用できないことを示さない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定すると解釈されるべきではない。

100 システム
110 クライアント装置
120 データベースサーバー
130 決定サーバー
120-1 データベース
120-2 データベース
120-3 データベース
130-1 入力データプロバイダー
130-2 シミュレーションエンジン
130-4 データファイル
130-5 データファイル

Claims (19)

1. 化学プラントの単位操作を決定する方法であって、コンピュータ又は分散型コンピュータシステムによって実施され:
   i)前記単位操作に関する第1のパラメータ集合を提供するステップ(S1)、
   ii)提供された前記第1のパラメータ集合に基づいて及びデータベースから取得されたデータに基づいて、前記単位操作に関する第2のパラメータ集合を提供するステップ(S2)、
   iii)前記第1のパラメータ集合及び前記第2のパラメータ集合に基づいて、前記化学プラントのデジタルモデルを決定するステップ(S3)であり、前記デジタルモデルが、前記化学プラントの前記単位操作を定める連立方程式を含むステップ、
   iv)前記連立方程式の、方程式に基づく解法に関する開始点を選択するステップ(S4)であり、前記開始点が、少なくとも部分的に:
   - i)前記第1のパラメータ集合、
   - ii)前記第2のパラメータ集合、及び
   - iii)前記データベースから取得された前記データ
   から選択されるステップ、
   v)選択された前記開始点により初期化された前記連立方程式の、前記方程式に基づく解法を使用して、前記化学プラントの前記単位操作に関して結果の設定を決定するステップ(S5)
   を含む方法。
2. 前記方法が、前記第1のパラメータ集合と、少なくとも部分的に、前記化学プラントの前記単位操作に関して決定された、前記結果の設定とを、前記データベースに記憶するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
3. 前記連立方程式の、前記方程式に基づく解法に関する前記開始点を選択するステップ(S4)が、少なくとも部分的に、前記データベースに記憶された前記連立方程式の、先に行われた方程式に基づく解法の開始点を選択することを含む、請求項1又は2に記載の方法。
4. 少なくとも部分的に、前記データベースに記憶された前記連立方程式の、前記先に行われた方程式に基づく解法の前記開始点を選択するステップが、前記先に行われた方程式に基づく解法の、決定され記憶された前記結果の設定を、決定する現行の方法の、所望の結果の設定と比較することを含み、任意選択で、前記単位操作に関する前記第1のパラメータ集合が所望の設定を含む、請求項3に記載の方法。
5. 前記連立方程式の、前記方程式に基づく解法に関する前記開始点を選択するステップ(S4)が、メタデータ検索を介して多数の開始プロファイルの中から1つの開始プロファイルを選択することを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
6. 多数の開始プロファイルの中から1つの開始プロファイルを前記選択することが、前記開始点に関連付けられたメタデータに最も近い入力パラメータに基づき決定される、請求項5に記載の方法。
7. 前記単位操作に関する前記第1のパラメータ集合が、クライアント装置によって提供され、及び/又は前記単位操作に関する前記第2のパラメータ集合が、決定サーバーによって提供され、及び/又は前記データが、データベースサーバーによって提供される、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記単位操作に関する前記第1のパラメータ集合が、少なくとも1つの相対パラメータを含み、及び/又は
   前記単位操作に関する前記第2のパラメータ集合が、少なくとも1つの相対パラメータを含み、及び/又は
   前記データが、少なくとも1つの相対パラメータを含む、
   請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記第1のパラメータ集合に基づいて、前記単位操作に関する前記第2のパラメータ集合を提供するステップ(S2)が、
   i)前記第1のパラメータ集合により指定されなかった、少なくとも1つのパラメータを提供すること、及び/又は
   ii)前記第1のパラメータ集合に対する相補的パラメータである、少なくとも1つのパラメータを提供すること
   を含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記第1のパラメータ集合に基づいて、前記単位操作に関する前記第2のパラメータ集合を前記提供することは、化学パラメータ及び/又は物理パラメータ及び/又は物理的性質 平衡データ 動的データ 物理データ 幾何学的データ又は形状パラメータ モデルパラメータを、前記データベースから取得された前記データにより指定されたように使用して、前記第1のパラメータ集合に関して指定されていない又は相補的パラメータを決定することを含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
11. 化学プラントの単位操作を決定するシステム(100)であって:
    クライアント装置(110)と、データベースを含むデータベースサーバー(120)とに、通信可能に連結された決定サーバー(130)を含み、
    前記決定サーバーは:
    前記単位操作に関する第1のパラメータ集合を提供すること、
    前記第1のパラメータ集合に基づいて及び前記データベースサーバーから取得されたデータに基づいて、前記単位操作に関する第2のパラメータ集合を提供すること、
    前記第1のパラメータ集合及び前記第2のパラメータ集合に基づいて、前記化学プラントのデジタルモデルを決定することであり、前記デジタルモデルが、前記化学プラントの前記単位操作を定める連立方程式を含むこと、
    前記連立方程式の、方程式に基づく解法に関する開始点を選択することであり、前記開始点が、少なくとも部分的に:
    i)前記第1のパラメータ集合、
    ii)前記第2のパラメータ集合、及び
    iii)前記データベースから取得された前記データ
    から選択されること、並びに
    選択された前記開始点により初期化された前記連立方程式の、前記方程式に基づく解法を使用して、前記化学プラントの前記単位操作に関して結果の設定を決定すること
    を行うように構成される、システム。
12. 前記システム(100)が、前記化学プラントの前記単位操作に関して、選択された前記開始点と、決定された前記結果の設定とを、前記データベースサーバー(120)の前記データベースに記憶するようにさらに構成される、請求項11に記載のシステム(100)。
13. 前記決定サーバー(130)が、前記データベースに記憶された前記連立方程式の、先に行われた方程式に基づく解法の開始点を少なくとも部分的に選択することによって、前記連立方程式の、前記方程式に基づく解法に関する前記開始点を選択するようにさらに構成される、請求項11又は12に記載のシステム(100)。
14. 前記決定サーバ(130)が、前記先に行われた方程式に基づく解法の、決定され記憶された前記結果の設定を、決定する現行の方法の所望の設定と比較することによって、前記データベースに記憶された前記連立方程式の、前記先に行われた方程式に基づく解法の前記開始点を、少なくとも部分的に選択するようにさらに構成され、任意選択で、前記単位操作の前記第1のパラメータ集合は前記所望の設定を含む、請求項13に記載のシステム(100)。
15. 前記決定サーバー(130)が:
    i)前記第1のパラメータ集合により指定されなかった、少なくとも1つのパラメータを提供し、及び/又は
    ii)前記第1のパラメータ集合に対する相補的パラメータである、少なくとも1つのパラメータを提供すること
    によって、前記第1のパラメータ集合に基づいて、前記単位操作に関する前記第2のパラメータ集合を提供するようにさらに構成される、請求項11から14のいずれか一項に記載のシステム(100)。
16. 前記決定サーバー(130)が、前記データにより指定された化学パラメータを使用して、前記第1のパラメータ集合に関して指定されていない又は相補的パラメータを決定することにより、前記第1のパラメータ集合に基づいて、前記単位操作に関する前記第2のパラメータ集合を提供するようにさらに構成される、請求項11から15のいずれか一項に記載のシステム(100)。
17. 前記単位操作に関する前記第1のパラメータ集合が、少なくとも1つの相対パラメータを含み、及び/又は
    前記単位操作に関する前記第2のパラメータ集合が、少なくとも1つの相対パラメータを含み、及び/又は
    前記データが少なくとも1つの相対パラメータを含む、
    請求項11から16のいずれか一項に記載のシステム(100)。
18. プロセッサにロードされ実行された場合、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法を行うコンピュータ可読命令を含む、コンピュータプログラム製品。
19. 厳密モデルをベースにした高度プロセス制御における、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法の使用。

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