JPS5925382A - オレフイン酸化反応器温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般には、化学反応器における温度制御装置
の技術に関し、詳しくいうと、オレフィン酸化反応器の
動作中、ならびに始動、運転停止および過渡動作状態中
、この反応器の温度を所望の温度範囲内に保持するため
に冷却液の流量を調整するオレフィン酸化反応器に対す
る新規な、有益な温度制御システムに関する。

化学反応器を制御するための種々の技術およびシステム
が知られている。

米国特許第３．４７１．５８２号には、反応体供給温度
と発熱反応器からの生成物流の温度との差に応答して、
最大量のあらかじめ定められた生成物が得られる温度に
達するまで、反応器供給体の温度を制御することによっ
て発熱反応器の所望の温度が維持される構成が開示され
ている。

米国特許第４２７１．４７２号には、熱分解炉の動作を
制御するための装置が開示されている。炭化水素の熱分
解は吸熱反応であるので、装置の限界内の最高の可能な
温度を保持する必要がある。

従って、最低の温度は考慮されておらず、また重要でも
ない。

米国特許第４．２４９．９０７号には少なくとも１つの
触媒が利用される選択的水素化プロセスが開示されてい
る。触媒床に対する供給流の温度は触媒床において所望
の反応温度を保持するよ５に制御される。

酸化オレフィン、特に酸化エチレンの製造プロセスにお
いては、エチレンおよび酸素または空気が混合され、そ
して恒温の多管の反応器に送られる。エチレンは触媒の
存在下で酸化されて酸化エチレンとなり、二酸化炭素お
よび水が副産物として産出される。反応器温度制御の目
的は、最も経済的な温度での動作、安全帯域内での動作
、副産物を最小にして酸化エチレンに最大限に変換する
こと、冷却液の消費をおさえること、危険な動作の回避
または除去、および操作者の注意を軽減することにある
。

反応器温度制御は次の要因のために非常に重要である。

を酸化に対する最も経済的な温度は副産物に対してでは
なく酸化エチレンに対して最高の転化が起る温度である
。

λ触媒の選択率は反応温度が低くなるに従って増大する
が、他方エチレンの転化は反応器の温度が上昇するに従
って増大する。従って、高い選択率に対する温度要件と
高い転化に対する温度要件は相反することになる。その
結果、反応器の動作のための温度範囲は狭くがる。

３、反応温度の上昇によって次の２つの効果が生じる。

（１１エチレン酸化の全体の速度が増大する。

（２）相対的に多くのエチレンが二酸化炭素および水に
転化されるように酸化エチレンに対する触媒の選択率が
減少する。さらに、より多くのエチレンが酸化され、全
体の反応の選択率が減するために熱の発生が増大する。

その結果、温度が上昇し、反応器の無制御状態、触媒の
効力減退、冷却液の消費量の増大、危険な動作状態、お
よび、あるいは操作者の注意の増大をまねく恐れがある
。

それ故、温度の上昇も温度の降下も望ましくない。

この技術分野の現状では、反応器温度制御システムは冷
却液の流量を操作することに基づいている。その設定点
は平均反応器温度に直接基づいている。これら制御計画
（スキーム）は殆んどすべての上記した欠点をもたらす
。

従って、本発明の目的は最も経済的な、かつ安全な温度
範囲で、オレフィンを所望の酸化オレフィンに最大に転
化しかつ副産物を最小にすることに関して、オレフィン
酸化反応器を動作させる目的を達成する制御システムお
よび技術を提供することである。

本発明の他の目的は特にエチレン酸化反応器に対する上
記制御システムおよび技術を提供することである。

本発明の他の目的は他の発熱および吸熱反応器にも適用
できる制御システムおよび技術を提供することである。

本発明によれば、アルゴリズムに従って化学反応器にお
ける冷却液の流量を制御するシステムが提供される。こ
のアルゴリズムは反応器供給および流出流量、反応体お
よび生成物の比熱、反応器および流出体温度、冷却液蒸
発熱、反応体および生成物濃度ならびに反応器で生じる
種々の反応に対する反応熱を含む種々のパラメータを組
み入れＣいる。

また、反応器の長さに沿う種々の場所の温度が取られ、
反応器内の温度に対する最大および最小値を得て所望の
反応器温度範囲を確立する。

それ故、本発明の他の目的は設計が簡単な、がん強な構
造の、かつ製造するのに経済的なオレン・イン酸化反応
器用の温度制御システムおよび方法を提供することであ
る。

本発明の他の重要な特徴は冷却液の流量を制御し、その
上動作条件の変化を補償するとともに、動作の始動およ
び運転停止段階中でさえ、適正な冷却液の流量制御を行
なうための上記した装置を提供することである。

本発明を特徴付ける種々の新規な特徴は特許請求の範囲
に詳細に指摘されている。

本発明を十分に理解するために、以下本発明の好ましい
実施例について添付図面を参照して詳細に説明する。

添伺図面を参照すると、第１図において実施された本発
明は管状反応器１０への冷却液の流れを、冷却液入口ラ
イン中の弁の位置を制御することによって制御するため
の制御装置からなる。弁１００の制御はコンピュータ２
０の出力に接続されたライン１１２を通じて行なわれる
。コンピュータ２０は反応器内の種々の位置、反応器供
給および流出ラインの種々の位置の温度ならびに成分濃
度に対応する信号を搬送する種々の入力を受信する。

コンピュータは反応器１０内で進行する種々の反応の熱
、ならびに冷却液、反応体および反応の生成物の種々の
物理的特性に関係する定数によってプログラムされる。

本出願人の先願（昭和５８年４月２２日付出願）に開示
された制御システムは次の仮定に基づいている。すなわ
ち、反応器供給および流出流の比熱が温度および流れの
組成の変化に対して一定であること、および反応熱が温
度に無関係であることの２つである。

しかしながら、上記仮定は、通常は有効であるけれど、
始動、運転停止および過渡反応器動作状態中は適用でき
ない。従って、冷却液流量は所望の流−計より少なくな
る可能性があり、反応器が必要な温度より高い温度で動
作する可能性がある。

本発明の制御システムはこれら変動を考慮に入れたもの
である。

上記先願に記載されているように、冷却液の流１＃は次
式で与えられる。

Ｑ＝了〔Ｆ２（ｙ１△Ｉ４１＋ｙ２△Ｈ２＋Ｃｐ１（Ｔ
、−Ｔｏ））−ｐ、ｃ、ｉ　（ＴＲ−ＴＩ）　）　　　
　　　　　　　ｆｘ＋ここで、 Ｑは冷却液の流量、 λは冷却液の蒸発熱、 Ｆｌは供給体の流量、 Ｃｐｋは供給体の成分にの比熱で、エチレンに対しては
に＝１、二酸化炭素に対してはに−２、酸化エチレンに
対してはに＝３、酸素に対してはに＝４、 χには供給体の成分にの濃度、 ＴＲは反応温度、 ＴＩ　は供給体入口温度、 ′ｒｏは反応器出口流の温度、 Ｃ０ｍは流出体の成分ｍの比熱で、酸化エチレンに対し
てはｍ　＝＝　１、ＣＯ２に対してはｍ＝２、エチレン
に対してはｍ＝３、水に対してはｍ　＝＝　４、 △Ｈ，ハ酸化エチレンへの酸化に対する反応熱、△Ｈ２
は二酸化炭素および水への酸化に対する反応熱、 Ｆ２は反応器流出体の流量、 ｙ、はＭｌの生成物（酸化エチレン）の濃度、Ｆ２　　
は第２の生成物（Ｃ０２）の濃度である。

関数的には、式＋ｌ＋は次のように表わすことかできる
。

Ｑ＝　ｆ　［Ｆｌｔ　Ｆ２１　Ｔｉｔ　ＴＲＩ　ＴＯＩ
　Ｙｌｒ　Ｆ２　］　　　（２）それ故、 ｄＱ／ｄｔはｔの変化にともなう、従って一定時間間隔
でのＱの変化率であるから、ｔ　＝ＴＶｃ対しては ここでＴは制御作用間隔である。

かくして、 ここで、 ｃ？ｆ 可＝　Ｅ、ｃ、ｉ　／λ　　　　　　　　　（７）また
、比熱および反応熱の温度依存性は次式にょＣｐ＝ａ十
ｂ′ｒりＣＴ２ 本発明による制御システムは、かくして、すべての測定
された信号が現行技術の方法によって制御コンピュータ
システムにインターフェースサレる場合に、得ることが
できる。全体の制御システムが第１図に示されている。

制御システムの主要な段階は第２図に示されている。ブ
ロックＢ−９での計算は上記した計算である。他のすべ
てのブロックでの計算は一般に知られた慣行に基づいて
いる。

出力はライン１１２の冷却液流量制御弁設定信号、ライ
ン１１４の始動および運転停止制御システム（図示せず
）へのおよび表示装置への最低および最大温度信号、な
らびにライン１１６の高低温度褥報信号である。他の測
定された信号は上限および、あるいは下限のチェックを
行なうことができ、また個々の反応器システムの動作慣
行および必要により警報を発することができる。

図示の実施例は制御コンピュータシステムを通じてのも
のであるが、本発明は通常の電子機器および制御システ
ムによっても容易に具現できる。

再び図面を参照すると、複数の温度送信機６２は反応器
供給ライン、種々の長手方向位置での反応器１０および
反応器流出ラインの温度信号をコンピュータ２０に提供
する。これら各アナログ信号は対応するアナログ−ディ
ジタル変換器６３においてコンピュータ２０によって読
取り可能な対応するディジタル信号に変換される。温度
送信機に加えるに、本発明では複数・の流量送信機４４
および複数の濃度送信機５０が設けられている。流量送
信機４４はアナログ信号を提供し、これらアナログ信号
は同様に、反応器供給および流出流量、ならびに冷却液
流量に対応するディジタル信号にそれぞれ変換される。

濃度送信機５０は供給および流出ラインの種々の成分の
濃度に対応するアナログ信号を提供し、アナログ−ディ
ジタル変換器（Ａ／Ｄ）６３によって同様にディジタル
信号に変換される。

各送信機はｖ、２図に示すコンピュータに対する入力に
よりさらに識別され、相関材ゆられている。

温度送信機’ｌ”Ｔ−１１ないしＴｌ’−ＩＭ　はそれ
らの信号を信号処理ブロックＢ　＝　２へ提供する。こ
れら信号は反応器の長手方向の長さに沿った最高および
最低温度を決定するためにブロックＢ−４において処理
される。次に、信号はライン１１４を通じてコンピュー
タ２０の出力に供給され、また前に指摘した計算を行な
うためにブロックｌ３−９に供給される。限界チェック
はブロックＢ−５において行なわれ、ライン１１６を介
して低温あるいは高温の警報信号を発生するように構成
されている。

上記した送信機およびブロックはすべてこの分野ではそ
れぞれ利用されているものであるので詳細には説明しな
い。

このように、本発明によれば、式（１１に記載した冷却
液の流ｔＱが得られるだけでなく、冷却液の流量の変化
△Ｑも得られる。式（４）は式（５）ないし式０１）に
示すように計算された各微分係数とともに使用される。

初期値を後の値と関係付ける簡単な比較器が流量の変化
値ΔＦ１およびΔＦ２、ならびに温度および濃度の変化
値を得るために、コンビユータ２０において利用できる
。

本発明の原理の適用例を例示するために本発明の特定の
実施例を図示し、詳細に記載したけれど、本発明の原理
から逸脱することなしに本発明が他の態様で実施できる
ことは理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図はオレフィン酸化反応を含む管状反応器と組合わ
された本発明の制御システムを示す概略構成図、第２図
は本発明の目的を達成するための代表的なコンピュータ
のレイアウトを例示するブロック図である。 １０：管状反応器 ２０：コンピュータ ４４：流量送信機 ５０：濃度送信機 ６２：温度送信機 ６３：アナログ−ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）１００：
弁 手続補正書（凪） 昭和５８年９月５日 特許庁長官若杉和夫殿 事件の表示　昭和５８年　特願第　７８３９７　　号発
明の名称　　オレフィン酸化反応器温度制御装置補正を
する者 事件との関係　　　　　　　　　　　特許出願人代理人 〒１０３ 補正命令通知のトＩイー１’　　ｌ！＋’３和５８年８
月３０日補正の対象 願書の発叫枠→１願大の欄 一明細書寺発朋Φ各称剖寿許郁闇←θ範］■→者明４４
Ｎｌｌ軸明Φ梱−委任状及びその訳文　　　　　　　　
　　　　各１通図面　　　　　　　　　　１通 補正の内容　　別紙の通り 図面の浄書（内容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１１　　少なくとも１つの反応体から少なくとも他の
   生成物への反応を含み、かつ該反応体に対する供給ライ
   ンおよび該生成物に対する流出ラインを有する反応器の
   温度を制御するための制御装置において、 前記供給ラインに接続されており、かつ前記反応器に対
   する反応体の流量Ｆ１　を測定するための供給体流計送
   信機と、 前記流出ラインに接続されており、かつ前記反応器から
   の生成物の流量Ｆ２　　を測定するための流出体温度送
   信機と、 前記供給ラインに接続されており、かつ前記反応体の温
   度Ｔ　Ｉ　　を感知するための供給体温度送信機と、 前記流出ラインに接続されており、かつ前記生成物の温
   度Ｔｏを測定するための流出体温度送信機と、 前記反応器に接続されており、かつ反応器の温度ＴＲを
   測定するだめの少なくとも１つの反応器温度送信機と、 前記流出ラインに接続されており、かつ前記流出ライン
   における少なくとも１つの生成物の濃度を測定するため
   の濃度送信機と、 冷却液をある冷却液流量で前記反応器に供給するための
   、前記反応器に対する冷却液流路と、該冷却液流路中の
   冷却液流量制御装置と、前記送信機の全部および前記冷
   却液流量制御装置に接続され、かつ冷却液流量信号に従
   って前記反応器に対する冷却液の流量を制御するための
   回路手段 とを具備し、 前記回路手段は前記反応器における少なくとも１つの反
   応に対する反応熱、前記反応体および生成物の比熱、な
   らびに前記冷却液の蒸発熱に比例する欧を示す信号を受
   信し、かつ供給流量の単位時間当りの変化値△１ｉｔ１
   、流出流°叶の単位時間当りの変化値ΔＦ２、供給体温
   度の単位時間当りの変化値△Ｔ工、反応器温度の単位時
   間当りの変化値△１゛几、流出体温度の単位時間当りの
   変化値△Ｔｏ、ならびに少なくとも１つの生成物の濃度
   の単位時間当りの変化値△ｙを得るように動作し、そし
   て前記回路手段は各単位時間当りの変化を特有の係数倍
   するための回路素子を含むことを特徴とする制御装置。 （２）前記回路手段が次に示す係数を発生するための回
   路素子を含み、 ａｆ２　　　　　　　　λ ｃ？ｆ　　　　　　　　　　　　Ｉ”、Ｃｐｉａ’ｒ□
   　　　　λ ｃｉ　ｆ　　−Ｆ２（−ｐｌ−ＦＩ　ｃ、ｉｄ　Ｔ　８
   　　　　　　λ ａｆ　　　　　　Ｆ２Ｃ，１ ａＴｏ　　　　　　　λ ａｆ１１　　　　　　λ ａｆ２　　　　　λ 前記冷却液流量信号が次のように計算される前記回路手
   段におけるある量ΔＱによって変化される、ここで λは冷却液の蒸発熱、 ｙｌは第１の生成物濃度、 △Ｈ，は第１の生成物に対する反応体の反応熱、ｙ２は
   第２の生成物の濃度、 ΔＩ−（２は第２の生成物に対する反応体の反応熱、Ｃ
   ０１は流出体の比熱、 特許請求の範囲第１項記載の制御装置。 （３）前記反応器にエチレンと酸素が反応体として供給
   され、そして酸化エチレンと二酸化炭素および水が生成
   物として発生され、ｙｌ　が酸化エチレンの濃度であり
   、ｙ２　　が二酸化炭素の濃度であり、△Ｈ，が酸化エ
   チレンへのエチレンと酸素の反応熱であり、△Ｈ２が二
   酸化炭素へのエチレンと酸素の反応熱である特許請求の
   範囲第２項記載の制御装置。 （４）前記反応器温度感知手段が前記反応器の長さ方向
   に沿って分配された複数の温度センサを含み、前記反応
   器の該温度センサの中から最低および最高温度を得るた
   めの最低および最高温度回路が該温度センサに接続され
   ている特許請求の範囲第１項記載の制御装置。