JP7345072B2 - 多管式反応器の運転またはその準備行為をサポートする方法 - Google Patents
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Description
不飽和アルデヒドや不飽和カルボン酸、および共役ジエンを製造する触媒反応等は一般に発熱反応であり、多管式反応器において反応ガスの入口側から出口側に向けて活性の異なる触媒種を多層で充填することが一般的である。その場合、各層の触媒の充填長を測定し高度に調整することが求められる。しかしながら、従来はどのようにして充填長を測定し、これをデータ処理し、最終的に調整するのか報告されておらず、反応管一本ずつ充填長を測定し、調整する方法は非効率的であった。
触媒を用いた酸化反応により不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸の少なくとも一方を、または酸化的脱水素反応により共役ジエンを製造する複数の反応管を含む多管式反応器の運転時またはその準備行為時において、全ての反応管の情報を取得することは作業効率を低減させるおそれがある。本発明は、効率良く多管式反応器の運転またはその準備行為をサポートする方法を提供することを目的とする。
(1)
触媒を用いた酸化反応により不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸の少なくとも一方を、または酸化的脱水素反応により共役ジエンを製造する複数の反応管を含む多管式反応器の運転またはその準備行為をサポートする方法であって、
コンピュータ装置に、
前記多管式反応器に含まれる複数の反応管のうちの一部に関して反応管情報を取得する取得ステップと、
前記反応管情報を統計処理することにより前記多管式反応器の運転またはその準備行為を支援する支援情報を出力する出力ステップと、を実行させることを含む、方法。
(2)
前記反応管情報は前記反応管に充填された触媒の充填長に関する充填長情報を含み、
前記支援情報は前記充填長が特定の閾値範囲内にない前記反応管に関する閾値外反応管情報を含む、(1)に記載の方法。
(3)
前記出力ステップが、前記触媒の充填長が正規分布に従うとみなして前記充填長情報を統計処理することにより、前記閾値外反応管情報を出力することを含む、(2)に記載の方法。
(4)
前記触媒の充填長のヒストグラムを出力するヒストグラム出力ステップを、前記コンピュータ装置に実行させることをさらに含む、(2)または(3)に記載の方法。
(5)
前記閾値外反応管情報と、前記多管式反応器の基準工数情報と、に基づいて、前記多管式反応器における前記触媒の補充に要する工数および前記触媒の抜き出しに要する工数のうちの少なくとも一方を出力する工数出力ステップを、前記コンピュータ装置に実行させることをさらに含む、(2)~(4)のいずれか一項に記載の方法。
(6)
前記支援情報を前記多管式反応器のユーザーに提供するステップをさらに含む、(1)~(5)のいずれか一項に記載の方法。
(7)
前記工数出力ステップにより出力された工数を前記多管式反応器のユーザーに提供するステップをさらに含む、(5)に記載の方法。
(8)
前記反応管情報が、2以上の区画に分割された前記多管式反応器の各区画に含まれる複数の反応管のうちの一部に関する区画情報を含み、
前記区画情報が、前記区画に含まれる前記反応管に充填された触媒の充填長に関する区画充填長情報を含み、
前記出力ステップが、前記区画充填長情報を区画毎に統計処理することにより前記支援情報を出力することを含む、(1)~(7)のいずれか一項に記載の方法。
(9)
区画毎に前記触媒の充填長のヒストグラムを出力するヒストグラム出力ステップを、前記コンピュータ装置に実行させることをさらに含む、(8)に記載の方法。
図4は、区画A,B,Cの反応管20に所定量の触媒を充填して第2の触媒層24を設けた後の反応管20の入口から第2の触媒層24までの空間長L2を示す表である。当該例では各区画のサンプル数は11である。
図5は、第1の触媒層22が設けられた後の空間長L1から図4に示される空間長L2を差し引いて算出した第2の触媒層24の充填長L24を示す表である。図5から、所定量の触媒を充填しても、事前に所定量に測定しておいた触媒充填量のばらつきや各反応管20の内径や状態の違い及びばらつきによって充填長に差があることが分かる。
本具体的態様では、ある種類の触媒の層の厚みを充填長として取り扱う。例えば、本具体的態様の方法の取得ステップS1では、第2の触媒層24の充填長L24として図5に示した値を取得してもよい。あるいは、取得ステップS1として、図4に示される入口から第2の触媒層24までの空間長L2と、第1の触媒層22が設けられた後の空間長L1を取得し、空間長L2,L1に基づき第2の触媒層24の充填長L24を算出するように構成してもよい。なお、当該例においてコンピュータ装置が空間長を換算して充填長を得る処理も、取得ステップS1に含まれる。
図8を用いて工数出力ステップとして出力する工数を説明する。図8は、第1の触媒層22の修正作業情報(上側)と、第2の触媒層24の修正作業情報(下側)と、を示す表である。図8の上側に示す第1の触媒層22の修正作業情報は、多管式反応器10の反応管20において第1の触媒層22を設けるために所定量の触媒を充填した際の、充填長が許容下限未満であった反応管20の本数と、充填長が許容上限を超えていた反応管20の本数を含む。また第1の触媒層22の修正作業情報は、触媒の補充または抜き出しの手直しをした反応管20の合計本数と、手直し作業の人員数と、手直し作業の工数と、反応管20の手直し速度と、を含む。反応管20の手直し速度は、手直しをした反応管20の合計本数、手直し作業の人員数および手直し作業の工数に基づいて算出される。具体的には、手直し速度は、以下の式により計算される。
(手直し速度)=(手直しをした反応管の合計本数)÷{(人員数)×(手直し作業の工数)}
この例では、反応管20の手直し速度が多管式反応器10の基準工数情報に相当する。図8では、触媒の抜き出し作業の手直し速度と、触媒の補充作業の手直し速度は同じと仮定しているが、一般に前者の方が手直しに時間を要するため、触媒の抜き出し作業の手直し速度と触媒の補充作業の手直し速度とを別々に計算し、これ以降の計算で使用することもある。
(手直し作業の工数)=(修正する反応管の合計本数)÷{(人員数)×(手直し速度)}
(ケース1)測定した充填長の平均値AがTと同等、かつ標準偏差BがSと同等以下の場合;
(ケース2)測定した充填長の平均値AがTから大きく外れ、かつ標準偏差BがSと同等の場合;
(ケース3)測定した充填長の平均値AがTと同等、かつ標準偏差BがSより大きい場合;
(ケース4)測定した充填長の平均値AがTと同等、かつ標準偏差BがSと同等の場合だが、片側に歪度が大きい分布の場合。
(解決策1)平均値Aおよび標準偏差Bの情報から、反応管の充填長は平均をA、分散をB2とする正規分布になると推定して、充填長がT-S以上T+S以下の範囲外である反応管本数を算出し、作業者数や設備数から手直し工数(作業日数)を算出し、その手直し工数が全体のプラント準備工程において許容できるか否かを確認する方法(最も典型的な解決策で、ケース1において有効である。);
(解決策2)平均値Aおよび標準偏差Bの情報から、反応管の充填長は平均をA、分散をB2とする正規分布になると推定して、充填長がT-S以下の反応管本数を算出し、作業者数や設備数から手直し工数(作業日数)を算出し、手直し工数が全体のプラント準備工程において許容できるか否かを確認する方法(足りない触媒を補充する解決策で、次の解決策3より早期の充填の手直しが可能である。);
(解決策3)平均値Aおよび標準偏差Bの情報から、反応管の充填長は平均をA、分散をB2とする正規分布になると推定して、充填長がT+S以上の反応管本数を算出し、作業者数や設備数から手直し工数(作業日数)を算出し、手直し工数が全体のプラント準備工程において許容できるか否かを確認する方法(過剰な触媒を抜き取る解決策で、解決策2より作業日数が多くなるが、余剰触媒量が足りない場合にやむを得ず実施する方法である。);
(解決策4)目標値Tn=平均値Aに設定して手直し基準とする方法(ケース2の場合に取りうる解決策であり、充填長が目標値Tよりも短くまたは長くなるが、プラントの反応成績に影響がないか検証したうえで、許容できる手直し工数(作業日数)が短い場合にやむを得ず実施する解決策である。);
(解決策5)目標値Tnを平均値Aから目標値Tの間に設定して手直し基準とする方法(解決策1と解決策4の折衷策である。);
(解決策6)片側許容誤差Snを大きく設定して手直し基準とする方法(ケース3やケース4において、プラントの反応成績に影響がないか検証したうえで、許容できる手直し工数(作業日数)が短い場合にやむを得ず実施する解決策である。);
(解決策7)反応管20のうちの一部に関して取得した充填長情報が、他の区画または他の作業者による充填長情報と分布形状、平均値A、標準偏差Bに違いがないかを解析し、区画ごとの反応管径や作業者の作業方法の違いがあれば、改善案を検討する方法;
(解決策8)目標値Tnおよび/または片側許容誤差Snを、平均値Aおよび/または標準偏差Bに設定する方法(ほぼ手直しをしない方法であり、手直し工数(作業日数)は短縮できるもののプラントの反応成績への影響が懸念される。);
(解決策9)反応管20のうちの一部に関して取得した充填長情報を無視し、すべての反応管20の充填長がT-S以上T+S以下の範囲内に入るよう手直しする方法(本発明の方法を用いない方法である。多管式反応器10のすべての反応管の充填長を測定し、コンピュータ装置を用いずに過不足を確認し、すべての反応管で充填長が特定の閾値範囲内に入るよう手直しをする必要が生じる。非効率であり手直し工数(作業日数)および作業に必要な工数が莫大になり、その予測も困難となる。)。
温度データで運転を支援する支援情報を出力する場合とは、例えば反応のスタートアップ時や再スタートアップ時が考えられる。スタートアップ時や再スタートアップ時は、特に慎重な温度管理が要求される場面であり、複数の反応管の温度情報を正確に把握し、温度管理を行う必要がある。
まず、反応のスタートアップ時や再スタートアップ時に複数の反応管における2箇所以上の温度データを取得する。そしてこの温度データを統計処理することで多管式反応器10としての温度データを算出する。この際の方法として、上記の実施形態と同様にコンピュータ装置を用いて統計処理する方法が好ましく、また複数の反応管における温度分布は、正規分布に従うとして統計処理する方法が好ましい。また、複数の反応管の中で、温度データが測定器の故障や断線その他の要因により不正確であると判断された場合、当該反応管の温度データは棄却するなどの統計処理も行ってもよい。この棄却するための判断基準は一般的な統計処理であればその方法を問わないが、例えば標準正規分布に従った5%有意水準により判断される。
Claims (7)
- 触媒を用いた酸化反応により不飽和アルデヒドおよび不飽和カルボン酸の少なくとも一方を、または酸化的脱水素反応により共役ジエンを製造する複数の反応管を含む多管式反応器の運転またはその準備行為をサポートする方法であって、
コンピュータ装置に、
前記多管式反応器に含まれる複数の反応管のうちの一部に関して触媒の充填長に関する充填長情報を取得する取得ステップと、
前記充填長が正規分布に従うとみなして、充填長情報を統計処理することにより前記充填長が特定の閾値範囲内にない前記反応管に関する閾値外反応管情報を出力する出力ステップと、を実行させることを含む、方法。 - 前記触媒の充填長のヒストグラムを出力するヒストグラム出力ステップを、前記コンピュータ装置に実行させることをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記閾値外反応管情報と、前記多管式反応器の基準工数情報と、に基づいて、前記多管式反応器における前記触媒の補充に要する工数および前記触媒の抜き出しに要する工数のうちの少なくとも一方を出力する工数出力ステップを、前記コンピュータ装置に実行させることをさらに含む、請求項1または2に記載の方法。
- 前記閾値外反応管情報を前記多管式反応器のユーザーに提供するステップをさらに含む、請求項1または2に記載の方法。
- 前記工数出力ステップにより出力された工数を前記多管式反応器のユーザーに提供するステップをさらに含む、請求項3に記載の方法。
- 前記取得ステップが、2以上の区画に分割された前記多管式反応器の各区画に含まれる複数の反応管のうちの一部に関する区画情報を取得するステップを含み、
前記区画情報が、前記区画に含まれる前記反応管に充填された触媒の充填長に関する区画充填長情報を含み、
前記出力ステップが、前記区画充填長情報を区画毎に統計処理することにより前記閾値外反応管情報を出力することを含む、請求項1または2に記載の方法。 - 区画毎に前記触媒の充填長のヒストグラムを出力するヒストグラム出力ステップを、前記コンピュータ装置に実行させることをさらに含む、請求項6に記載の方法。
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