JP2597932B2 - 触媒試験装置の自動運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は触媒試験装置を安全に、
かつ確実に自動運転する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばナフサ等の軽質油の水蒸気改質反
応、水添反応、脱硫反応、酸化反応等に用いる触媒の試
験研究においては、１０００時間以上の長時間にわたっ
て連続的に触媒の寿命試験を行う必要があるため、触媒
試験装置の自動運転化は必須である。

【０００３】一方、その触媒試験装置にあっては、その
触媒の種類、反応原料及び反応条件等を頻繁に変化させ
て行うことが必要であるため、装置の立ち上げから運
転、停止にわたる一連の運転操作において、触媒の保護
や安全性確保のための自動運転手順、さらには生成物分
析のためのサンプリング周期に関する自動分析手順を綿
密に決める必要がある。

【０００４】このような触媒試験装置の自動運転に際し
ては、運転条件を変更する度にそれに対応する自動運転
のための運転パラメータ入力手段を全面的に変更して再
構築する必要があったため、運転パラメータを変更した
り再構築する度に、構築したパラメータや手段を確認す
るため触媒試験装置を一時休止しなければならず、開発
研究の効率を大幅に低下していた。

【０００５】また、このような触媒試験装置にあって
は、瞬間的な停電が発生した場合等においても、反応器
内の温度が異常上昇したり、配管閉塞に伴う局所的な圧
力上昇等の二次的な異常が発生しない限り運転を継続し
たほうが望ましい場合があり、さらには、運転を停止す
る場合には、装置の運転再開後に反応中の触媒が所定の
性能を維持できるような適切な停止方法をとることが開
発研究を効率的に進める上で好ましい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
問題点に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、
運転条件等を頻繁に変更して触媒試験反応を繰り返し行
う場合であっても、運転条件の再設定に要する負担を大
幅に軽減できると共に、制御手段として内部メモリー容
量が小さなマイクロコンピューターを用いることがで
き、さらに、異常が発生した場合においても試験触媒の
損傷を最小限に抑えることができる触媒試験装置の自動
運転方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、内部に試験触媒を充填すると共に温度制
御可能な加熱手段を具えた反応器と、反応器内に複数種
の反応原料を選択的に供給すると共にその供給条件の制
御が可能な原料供給手段と、反応器内の状態変数を検知
する検知手段と、反応器内の圧力を調整する圧力調整手
段とを具えた反応装置と、前記反応器内で生成した反応
生成物を自動分析する分析装置と、前記反応装置の各手
段及び分析装置を制御して運転スケジュールに従って自
動運転する制御装置と、を具えた触媒試験装置を自動運
転する方法であって、(a)一定の運転条件単位毎にその
運転条件の設定値及び定常状態判定用のしきい値を定め
た基本運転モード情報と、(b)基本運転モード情報の組
合せで前記運転スケジュールを定義して、その基本運転
モードの運転順序を定めた反応シーケンス情報と、(c)
異常の種類に応じて予め基本運転モード情報の組合せで
異常時対応運転を定めた異常時対応シーケンス情報と、
を補助記憶装置に格納し、前記制御装置に補助記憶装置
からの反応シーケンス情報を読み込むと共に必要に応じ
た基本運転モード情報を読み込むことにより予め定めた
運転スケジュールに従って各手段を制御して反応装置及
び分析装置を自動運転し、その自動運転中に前記各検知
手段からの情報と検知手段別に予め定めた異常判定用し
きい値情報とから異状の有無と異常の種類を判断し、異
常の種類に対応した異常時対応シーケンス情報に従って
異常時対応運転することを特徴とする。

【０００８】さらに、主電源の切断時に制御装置に電源
を供給すると共に、残余電源が所定量以下となった際に
信号を出すようになった補助電源装置を具え、前記信号
を受けた際、制御装置が制御する機器の運転データを再
設定するように構成されていることが好ましい。

【０００９】以下本発明を図１に基づいて具体的に説明
する。図１は本発明の自動運転方法を実施する装置の一
例の該略図であるが、本発明は図１の装置に限定される
ものではない。図１において、記号１は反応装置、２は
分析装置、３は反応装置１及び分析装置２を制御する制
御装置であるマイクロコンピュータであり、このマイク
ロコンピュータ３には、キーボード、マウス等の任意の
入力装置４と、各種のディスプレイ、プロッタ、プリン
タ等の任意の出力装置５と、必要に応じてアクセス可能
な補助記憶装置６と、主電源８の切断時にもマイクロコ
ンピュータ３に継続的に電源を供給すると共に残余電源
が所定量以下となった際に信号を出すようになった補助
電源装置７とが接続されている。

【００１０】反応装置１は、反応器１１と、原料供給手
段１２と、検知手段１３と、圧力調整手段１４とを具え
ている。

【００１１】反応器１１は内部に試験用の触媒１５を充
填すると共に温度制御可能な加熱炉１６を具えている。

【００１２】原料供給手段１２は、第１、第２のガス源
１７、１８及び原料液源２０と反応器１１との間を接続
する各供給ラインよりなり、第１、第２のガス源１７、
１８と反応器１１との間の供給ラインには、それぞれ気
体流量を検知すると共に流量制御が可能なサーマルマス
フローコントローラ等の気体流量調節器２１、２２と遮
断弁２３、２４が設けられ、原料液源２０と反応器１１
との間の供給ラインには液体流量を検知するセンサと流
量制御が可能なサーボポンプ等からなる液流量調節手段
２５と遮断弁２７が設けられており、またパージガス用
の第３のガス源１９と反応器１１との間の供給ラインに
は遮断弁２８が設けられている。

【００１３】また、反応器１１の入口部の供給ラインに
は反応器１１内の異常圧力上昇を解放するための逃し弁
２９が設けられている。

【００１４】検知手段１３としては、反応器１１内の温
度を検知する温度センサ３０と、加熱炉１６の温度を検
知する温度センサ３１と、反応器１１の入口付近に設け
られその入口部圧力を検知する圧力センサ３２と、入口
部原料濃度を検知する濃度センサ３３と、反応器１１の
出口側に設けられその出口部圧力を検知する圧力センサ
３４とを具えている。

【００１５】前記反応器１１の出口側ラインには、反応
器１１内で生成した反応生成物を液体成分と気体成分と
に分離する冷却器４０、気液分離器４１が設けられ、さ
らに気体ライン側には、反応器１１内の圧力調整手段と
しての背圧弁手段４２と流量センサ４３を具えたガスメ
ータ４４が設けられ、また液体側ラインには、分離器４
１内で分離された液体成分を抜き出す液流量調節弁４５
が設けられている。

【００１６】そして、分析装置２としては、前記気体側
ライン及び液体側ラインにそれぞれサンプリングコック
４７，４９とガスクロマトグラフィー等の分析手段４
８，５０が設けられている。

【００１７】上記の装置を用いて本発明方法を実施する
には、まず、前記補助記憶装置６に予め以下の情報を入
力する。すなわち、(a)一定の運転条件単位毎にその運
転条件の設定値及び定常状態判定用のしきい値を定めた
基本運転モード情報と、(b)基本運転モード情報の組合
せで前記運転スケジュールを定義して、その基本運転モ
ードの運転順序を定めた反応シーケンス情報と、(c)異
常の種類に応じて予め基本運転モード情報の組合せで異
常時対応運転を定めた異常時対応シーケンス情報と、を
入力する。

【００１８】さらに、予め定めた異常時判定用のしきい
値、例えば反応器１１入口と出口との差圧のしきい値Ｐ
ｘ、反応器１１内温度のしきい値Ｔｘ、反応器１１入口
原料濃度のしきい値Ｃｘ等の情報を入力し、マイクロコ
ンピュータ３の内部メモリーに格納する。

【００１９】本発明における自動運転するには、図２に
示す自動運転フロー及び図３に示す異常時判定フローに
従って自動運転を行う。自動運転が開始されると、マイ
クロコンピュータ３に補助記憶装置６から予め設定した
運転スケジュールの反応シーケンス情報を読み込み、続
いて反応シーケンス情報で最初に実行する基本運転モー
ド情報を補助記憶装置６から読み込む。

【００２０】そして、マイクロコンピュータ３により各
制御機器に対してその基本運転モード情報の運転条件の
設定を行う。

【００２１】各検知手段１３により反応器１１内の圧
力、温度、濃度等の状態変数である各プロセス変数の情
報を検知する。

【００２２】次に、後述する異常時判定を行い、異常が
ない場合、上記で得た各検知手段１３の情報が基本運転
モード情報の定常状態判定用しきい値の範囲内に到達し
たかどうかを判定し、到達した時刻を基本運転モードの
開始時刻として記憶する。

【００２３】次いで予め設定した分析時刻に達したかど
うかを判定し、分析時刻になっていたら分析装置２を起
動する。

【００２４】運転時間がその基本運転モードの終了時間
を越えない限りその基本運転モードの運転を継続し、終
了時間を越えた場合は次に実行する基本運転モードがあ
るかどうかを判断し、次の基本運転モードがある場合、
補助記憶装置６から対応する基本運転モード情報を読み
込み、制御機器に対して次の基本運転モード情報の運転
条件に設定し直し上記と同様にその基本運転モードの運
転を実行する。以後、反応シーケンス情報の基本運転モ
ードがなくなるまで繰り返し実行し、自動運転を行う。

【００２５】本発明においては、上記の如く運転スケジ
ュールを各一定運転条件単位毎に名称を付け、その名称
の組合せで定義しそれぞれを補助記憶装置６に格納し、
必要に応じてマイクロコンピュータ３に読み込むことで
自動運転を行うので、制御手段として内部メモリーが小
さなマイクロコンピュータを用いることができ装置を安
価に構成でき、さらに、上記基本運転モードを予め設定
しておけば、その組合せだけで運転スケジュールを定義
できるので、運転条件等を頻繁に変更して試験反応を繰
り返し行う場合であっても運転条件の再設定に要する負
担を大幅に軽減できる。

【００２６】次に異常判定フローについて説明する。本
発明における異常時対応運転においては、図３に示すよ
うに、まずマイクロコンピュータ３に補助記憶装置６か
ら異常の種類別に予め定めた異常時対応シーケンス情報
を読み込む。次いで主電源が供給されているかどうかを
判定し、主電源が供給されている場合には、前記各検知
手段１３からの情報が異常判定用のしきい値を越えたか
どうかを判定する。

【００２７】上記において、１つの検知手段１３からの
情報が異常判定用しきい値を越えている場合には、それ
に対応した異常時対応シーケンス情報を補助記憶装置６
から読み込み、続いて異常時対応シーケンス情報中の実
行する基本運転モード情報を補助記憶装置６から読み込
んで、検知手段１３、すなわち異常の種類に対応した異
常時対応運転を行う。また、複数の検知手段１３からの
情報が異常判定用しきい値を越えた場合には、予め定め
た実行優先度が最も高い異常時対応シーケンス情報を実
行するようになっており、上記と同様に異常時対応運転
を行う。

【００２８】主電源が供給されていない時には、自動的
に補助電源装置７が作動してマイクロコンピュータ３に
電源が供給されそのまま運転が継続される。

【００２９】そして、補助電源装置７の電源の残余量が
所定量以下（例えば５分以内）となった場合には補助電
源装置７から信号が発せられ、その信号を受けてマイク
ロコンピュータ３により予め各種制御機器の設定値を安
全な値に再設定すると共に、電源異常に対応した異常時
対応シーケンス情報を補助記憶装置６から読み込み、続
いてそのシーケンス情報中の実行する基本運転モード情
報を補助記憶装置６から読み込んで、電源異常に対応し
た異常時対応運転を行う。

【００３０】本発明においては、上記のように異常の種
類に応じて異常時対応運転を定めることができるので、
自動運転を効率的に行うことができ、触媒の損傷も必要
最小限にすることができる。さらに、予め補助記憶装置
６に設定する基本運転モード情報を通常の運転のものと
共用できるので、異常時対応条件の設定に要する負担が
少なくてよい。

【００３１】以下、本発明方法の具体例を示す。これは
図１に示した装置において、石英チップを触媒として充
填した１／２Ｂ径の反応器１１に圧力３０気圧、入口温
度３５０℃の条件下で、第１のガス源１７（メタン）／
第２のガス源１８（酸素）のモル比が９３．５／６．５
になるように流量調節された混合ガスを供給して、メタ
ンの部分酸化反応試験を行う寿命試験の例である。

【００３２】第３のガス源１９としてはパージ用の窒
素、原料液源２０としては希釈液用の水をそれぞれ用い
たものであり、運転スケジュールとしては以下の基本運
転モードを組み合わせたＢ１で表現できる。 Ｂ１＝（A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9,A10,A11,A12,A1
3,A0 ） ここで、A0〜 A13の基本運転モードは以下の意味を有す
る。 A1 …第１のガス源１７（メタン）流通下で、加熱炉１
６温度を 350℃に保持する。 A2 …圧力を30気圧（背圧弁手段４２の設定圧）に保持
する。 A3 …原料液源２０（水）を供給する。系内の水濃度が
一定になるまで十分な時間（30分）保持する。 A4 …メタン１７の流通下で加熱炉１６温度を 350℃、
圧力30気圧に保持し、水２０を供給しながら第２ガス源
１８（酸素）を供給しメタンの高圧部分酸化反応を７２
時間行う。反応開始初期の触媒の活性を追跡するため
に、７２時日間は４時間毎に生成物の分析を行う。 A5 …反応時間を３０００時間とし分析時間間隔を２４
時間とする以外はA4と同様な条件で行い、高圧部分酸化
を3000時間継続し触媒の寿命性能を試験する。 A6 …酸素１８を停止する。系内の酸素１８が置換され
るまで十分な時間（30分）保持する。この基本運転モー
ドはA3と同じである。 A7 …水２０を停止する。この基本運転モードはA2と同
じである。 A8 …メタン１７を停止する。 A9 …遮断弁２８を開放して、パージ用の第３のガス源
１９（窒素）を供給する。触媒１５上の吸着物質を除去
するために半日（12時間）行う。 A10 …窒素１９の供給を続けながら加熱炉１６の設定温
度を 0℃に下げる。 A11 …窒素１９の供給を続けながら、背圧弁手段４２の
設定圧を20気圧に下げる。 A12 …窒素１９の供給を続けながら、背圧弁手段４２の
設定圧を10気圧に下げる。 A13 …窒素１９の供給を続けながら、背圧弁手段４２の
設定圧を 0気圧に下げる。 A0 …装置を停止する。 上記で、A6＝A3、A7＝A2であるので、運転スケジュール
Ｂ１は下記のようにも表現できる。 Ｂ１＝（A1,A2,A3,A4,A5,A3,A2,A8,A9,A10,A11,A12,A1
3,A0 ）

【００３３】次に、異常時対応シーケンスの具体例を示
す。電源異常として、瞬間停電に際しては補助電源装置
７が作動して補助電源装置に内蔵されるバッテリーによ
りマイクロコンピュータ３に継続的に電源が供給され運
転はそのまま継続される。

【００３４】停電が長時間にわたり、バッテリーの寿命
が所定（例えば５〜１０分以内）以下になった場合には
補助電源装置７の信号をマイクロコンピュータ３が受け
て、制御機器の設定値を安全側に設定し直す。そして、
限られた時間の範囲内であるから、一つの緊急停止用の
基本運転モード、例えば、反応性原料の供給をすべて停
止した上で、パージ用の窒素１９のみを供給し、逃し弁
２９を開放すると共に系内の温度と圧力を下げる条件で
電源異常時対応運転を行う。

【００３５】圧力異常としては、反応器１１内における
炭素析出等による閉塞が考えられ、反応器１１の入口と
出口との差圧が一定以上（例えば１気圧）となった場合
に、例えば以下のような爆発を確実に防止する圧力異常
に対応する異常時反応シーケンスＥＰを実行する。 ＥＰ＝（APD1,APD2,APD3） APD1…逃し弁２９を開放すると共に、流量調節系２２を
停止して酸素１８の供給を停止する。系内の酸素が十分
に置換される時間（例えば10分程度）行う。 APD2…メタン１７と水２０の供給を停止し背圧弁手段４
２の設定圧を下げる。 APD3…加熱炉１６の設定温度を下げる。

【００３６】温度異常としては、反応器１１内の反応の
暴走等によるものが考えられ、例えば以下のように、爆
発を防止しつつ、触媒にダメージを与えないように反応
を停止する温度異常に対応する異常時反応シーケンスＥ
Ｔを実行する。 ＥＴ＝（A3,A2,A8,A9,A11,A12,A13,A0） ここでは、通常の運転における停止と同様な方法で停止
するので、予め補助記憶装置６に格納した基本運転モー
ド情報をそのまま利用でき、新たに基本運転モード情報
を作成する必要がない。

【００３７】濃度異常としては、流量調節計２１、２２
等の故障により反応器１１入口部で酸素１８濃度が許容
値を越え爆発の恐れがある場合等が考えられ、温度異常
の場合と同様に爆発を防止しつつ、触媒にダメージを与
えないように反応を停止する温度異常と同様の異常時反
応シーケンスＥＣを実行する。 ＥＣ＝（A3,A2,A8,A9,A11,A12,A13,A0） ここでも、通常の運転における停止と同様な方法で停止
するので、予め補助記憶装置６に格納した基本運転モー
ド情報をそのまま利用でき、新たに基本運転モード情報
を作成する必要がない。

【００３８】

【発明の効果】１）本発明においては上記のように構成
したので、運転条件等を頻繁に変更して触媒試験反応を
繰り返し行う場合であっても、種々の基本運転条件を予
め補助記憶装置に記憶させておけば運転スケジュール全
体をその基本運転の順番で定義するシーケンス情報の入
力の変更だけでよく、運転条件の再設定に要する負担を
大幅に軽減できる。 ２）また、運転スケジュール全体の情報を内部メモリー
に持つ必要がないので、制御手段として内部メモリー容
量が小さなマイクロコンピュータを用いることができる
ので装置全体が安価に設計できる。 ３）さらに、異常が発生した場合においても、その異常
に対応した最適の運転停止方法を選択できるので、自動
運転を効率的に行うことができると共に、試験触媒の損
傷を最小限に抑えることも容易になる。 ４）さらに、予め補助記憶装置に設定する基本運転モー
ド情報を通常の運転のものと共用できるので、異常時対
応条件の設定に要する負担が少なくてよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する装置の該略図である。

【図２】本発明の自動運転フローを示す図である。

【図３】本発明の異常時運転フローを示す図である。

【符合の説明】

１ 反応装置 ２ 分析装置 ３ マイクロコンピュータ（制御装置） ４ 入力装置 ５ 出力装置 ６ 補助記憶装置 ７ 補肋電源装置 ８ 主電源 １１ 反応器 １２ 原料供給手段 １３ 検知手段 １４ 圧力調整手段 １５ 触媒 １６ 加熱炉 １７ 第１のガス源 １８ 第２のガス源 １９ 第３のガス源 ２０ 原料液源 ２１，２２ 流量調節器 ２３，２４，２７，２８ 遮断弁、 ２５ 流量調節手段 ２９ 逃し弁 ３０，３１ 温度センサ ３２，３４ 圧力センサ ３３ 濃度センサ ４０ 冷却器 ４１ 気液分離器 ４２ 背圧弁手段 ４３ 流量センサ ４４ ガスメータ ４５ 流量調節弁 ４７，４９ サンプリングコック ４８，５０ 分析手段

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に試験触媒を充填すると共に温度制
   御可能な加熱手段を具えた反応器と、反応器内に複数種
   の反応原料を選択的に供給すると共にその供給条件の制
   御が可能な原料供給手段と、反応器内の状態変数を検知
   する検知手段と、反応器内の圧力を調整する圧力調整手
   段とを具えた反応装置と、前記反応器内で生成した反応
   生成物を自動分析する分析装置と、前記反応装置の各手
   段及び分析装置を制御して運転スケジュールに従って自
   動運転する制御装置と、を具えた触媒試験装置を自動運
   転する方法であって、 (a)一定の運転条件単位毎にその運転条件の設定値及び
   定常状態判定用のしきい値を定めた基本運転モード情報
   と、 (b)基本運転モード情報の組合せで前記運転スケジュー
   ルを定義してその基本運転モードの運転順序を定めた反
   応シーケンス情報と、 (c)異常の種類に応じて予め基本運転モード情報の組合
   せで異常時対応運転を定めた異常時対応シーケンス情報
   と、を補助記憶装置に格納し、前記制御装置に補助記憶
   装置からの反応シーケンス情報を読み込むと共に必要に
   応じた基本運転モード情報を読み込むことにより予め定
   めた運転スケジュールに従って各手段を制御して反応装
   置及び分析装置を自動運転し、その自動運転中に前記各
   検知手段からの情報と検知手段別に予め定めた異常判定
   用しきい値情報とから異状の有無と異常の種類を判断
   し、異常の種類に対応した異常時対応シーケンス情報に
   従って異常時対応運転することを特徴とする触媒試験装
   置の自動運転方法。
2. 【請求項２】 主電源の切断時に制御装置に電源を供給
   すると共に残余電源が所定量以下となった際に信号を出
   すようになった補助電源装置を具え、前記信号を受けた
   際、制御装置が制御する機器の運転データを再設定する
   請求項１記載の触媒試験装置の自動運転方法。