JPS6144357A - 触媒活性試験システム - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、触媒の反応評価を予め設定したスケジュール
に従って自動的に行う触媒活性試験システムに関する。

［背景技術とその問題点］ 触媒の開発研究では、反応評価工程は、必要不可欠なも
のである０反応評価装置は、触媒充填量で分類すると、
小型のものから順に大型になるに従い、マイクロリアク
ター、ベンチプラント、パイロットプラントと称する。

実験室ＮＬ模で反応評価、いわゆる−次スクーリングを
行なうマイクロリアクターでは、多数の試作触媒を効率
的に評価しなければならない。

従来、このような小型装置の自動化は、温度のプログラ
ム制御と自動ガスサンプリング程度にとどまっており、
操作条件の変更やデータ処理等、これ以外の操作は全て
手動で行われてきた。従って、触媒の開発研究にあたっ
ては、反応評価に最も多くの労力が費やされているのが
実情である。

［発明の目的］ ここに、本発明の目的は、上述した点に鑑み、触媒の反
応評価において、触媒の充填、リークテスト、抜出しを
除く全ての操作、例えば前処理、ガス切換え、反応、分
析、計算、レポート作成等を自動化した触媒活性試験シ
ステムを提供するにある。

ｃ問題点を解決するための手段および作用〕そのため、
本発明では、内部に試験触媒を充填した反応器、この反
応器内に供給される原料を複数種の原料の中から選択す
る原料選択バルブ、この原料選択バルブによって選択さ
れた原料の圧力、流量をそれぞれ！ｌ！！整する２Ａ整
バルブおよび前記反応器の温度を変化させる加熱器から
なる複数の反応装置と、この各反応装置によって生成さ
れた反応生成物をそれぞれ分析する分析装置と、前記各
反応装置を予め設定されたタイムスケジュールに従って
運転させると同時に、サンプリング時の反応装置の運転
状態データをファイルする一方、その運転状態データと
反応装置に対応する分析装置から転送されてくる分析結
果とを送信する１台以上の子機と、これら１台以上の子
機へ動作指令を与える一方、子機から送信された運転状
態データおよび分析結果を受信し、それらと予め入力さ
れたデータとから物質収支の計算を行う親機と、を備え
たことを特徴としている。

［実施例］ 第１図は本実施例の触媒活性試験システムを示している
。同システムは、コンピュータからなる１台の親機１と
、この親機ｌにそれぞれ通信線１０を介して互いに情報
交換可能に接続されたマイクロコンピュータ等からなる
６台の子ｆｉｌｌ〜１６と、この各子ｆｉｌｌ−１６に
よってそれぞれ運転が制御される反応装置２１〜２６と
、この各反応装置２１〜２６で生成された反応生成物を
分析しその分析結果を前記子機１１〜１６へ転送する分
析装置３１〜３６とから４Ｒ成されている。

前記親機ｌは、触媒活性試験を行うために予め作成した
タイムスケジュール（反応装置２１〜２６において使用
する原料の選択１選択された原料の流量、圧力および温
度等の設定値の変更時間。

サンプリング時間等が設定されている。）を例えばアド
レス番号によって指定するいずれかの子機１１〜１６へ
転送し、かつその実験の開始や停止の指令を送る機能を
備えている。また、いずれかの子機１１〜１６から転送
されてきた分析結果および正転条件と予め入力されたデ
ータ、例えば触媒重量１体積および原料組成等から物質
収支の計算を行い、これらの結果をフロッピーディスク
？ヘファイリングする。同時に、実験中の運転状！島を
一定時間間隔でフロッピーディスク２ヘフアイリングす
る。フロッピーディスク２にファイリングされた運転状
態は、任意時にグリーンモニタ３に表示でき、かつプリ
ンタ６でプリントアウトさせることができる。更に、運
転状態の経時データは、カラーモニタ４にグラフ表示さ
せることができ、かつ任意の縮尺でＸＹプロッタ５に作
図できるようになっている。

前記各子機１１〜１６は、前記親機ｌから送信されてき
たタイムスケジュールを受信した後、親ｆｉｌからの実
験開始コマンドを受信した際、対応する反応装置２１〜
ｚ６をタイムスケジュールに従って運転させる。一方、
タイムスケジュールに基づくサンプリング時の運転状態
、例えば反応装置２１〜２６における温度、圧力、流量
をファイルしておき、前記分析装置３１〜３６から分析
結果が転送されてきた際、その分析結果と運転状態とを
一緒にして前記親機１へ送信するようになっている。

前記各反応装置２１〜２６は１例えば第２図（同図では
反応装置２１のみを示しているが、他の反応装置２２〜
２６についても同様である。）に示す如く、前記子Ｉａ
１１〜１６からの切換え信号により切換えられる切換コ
ック４０を介して前記分析装置３１〜３６へ選択的に接
続される２つの反応系Ａ、Ｂｔ−備えている。各反応系
Ａ、Ｈには、内部に試験触媒を充填させた反応器４１が
それぞれ設けられている０反応器４１には、その外周に
反応器４１内の温度Ｔに基づき前記子機１１からの信号
により加熱される加熱器としての電気ヒータ４２が設け
られているとともに、その入口側に原料供給ライン４３
を介してそれぞれ異なる種類の原料ガスを導入する４本
の原料導入ライン４４１〜４４４が、出口側に一端が前
記切換コック４０に連結された生成物抜出ライン４５の
他端がそれぞれ連結されている。前記各原料導入ライン
４４１〜４４４には、前記子機１１からの選択信号によ
り選択的に開閉される原料選択バルブとしての電磁バル
ブ４６１〜４６４がそれぞれ設けられている。また、原
料供給ライン４３の途中には、圧力センサ４７を有する
調圧バルブ４８と、流量計４９を有する流量￥Ａ節バル
ブ５０とがそれぞれ挿入されている。ここで、圧力セン
サ４７によって検出された圧力データＰ＋および流量計
４９によって検出された流量データＦが前記子機ｌｌヘ
フィードバックされると、子機１１は、フィードバック
された圧力データＰ１および流量データＦが予め設定さ
れた圧力および流量と等しいか否かを判断し、その差に
対応した信号を前記調圧バルブ４８および流量調節パル
プ５０へ与え、それらを制御するようになっている。ま
た、ｉｔｊ記生酸生成物抜出ライン４５中には、前記流
量調節バルブ５０と反応器４１の入口側との間に圧力セ
ンサ５１を有する背圧バルブ５２が挿入されている。圧
力センサ５１で検出された圧力データＰ２が子機１１〜
１６へ入力されると、前記圧力センサ４７で検出された
圧力ＰＩと圧力センサ５１で検出された圧力Ｐ２との差
圧ＰＩ−Ｐ２が予め設定された圧力になるように、調圧
バルブ４８および背圧バルブ５２が制御されるようにな
っている。

前記各分析装置３１〜３６は、２つのガスクロマトグラ
フ６２＋　　、６２２と、前記子機１１からの切換え信
号により作動され前記切換コック４０を通って取出され
たいずれか一方の反応器４１からの反応生成物を前記ガ
スクロマトグラフ６２１．６２２へ自動注入する２つの
サンプリングコックからなるサンプリング装置６１と、
前記ガスクロマトグラフ６２＋　　、６２２の分析結果
を処理するインチグレータロ３とから構成されてｌ、Ｎ
る０インチグレータロ３は、前記ガスクロマトグラフ６
２＋　、６２２の波形データを処理する波形処理装置６
４と、この波形処理装置６４で処理された結果をマルチ
計算して反応生成物の組成を求めそれを記憶する波形記
憶装置６５とから構成されている。波形記憶装置６５に
記憶された分析結果は、分析終了後、信号線６６を通じ
て前記子機１１へ転送されるようになっている。

次に、本実施例の作用を説［Ｊｊする。まず、親機１に
おいて、触媒活性試験を自動で行うためのりイムスケジ
ュールを各反応１ｍ２１〜２６について作成する。タイ
ムスケジュールの作成にあたっては、例えば第３図に示
す如く、各反応装置２１〜２６の温度Ｔ、流量Ｆ、圧力
Ｐ、使用する原料ガスに対応した電磁バルブ４６．〜４
６４のオン、オフ、切換コック４０のオン、オフ、サン
プリング装置４６１のオン、オフおよび切換コック４０
の切換え等をそれぞれ経過時間に対応して設定する。こ
のようにして設定されたタイムスケジュールは、通信線
１０を通じて各子機１１〜１６へそれぞれ転送される。

各子［１１〜１６においては、第４図のフローチャート
に示す如く、前記親ｉｌｌから送信されたタイムスケジ
ュールを受信し、それを予め設定されたファイリングエ
リアへ格納した後、親機１から実験開始コマンドが送信
されたか否かを監視する。ここで、親機１からの実験開
始コマンドを受信すると、続いて実験終了時刻に達した
か否かを判断し、実験終了時刻に達していないことを条
件として次のステップへ進み、ファイリングエリアへ記
憶されたタイムスケジュールに従って反応装置２１〜２
６の温度Ｔ、圧力Ｐ、！雇Ｆを制御する。つまり、反応
器４１の温度がタイムスケジュールの温度データＴに一
致するように電気ヒータ４２を、圧力センサ５１の圧力
Ｐ２がタイムスケジュールの圧力データＰに一致するよ
うに背圧バルブ５２を、流量計４９の値がタイムスケジ
ュールのＩＲ，量データＦと一致するように流量調整バ
ルブ５０を、それぞれ制御する。同時に、経過時間をカ
ウントする。

この後、最適制御モードでないことを条件として、つま
りタイムスケジュールモードであることを条件として次
のステップへ進み１反応装置１２１〜２６の温度Ｔ、圧
力Ｐ、流量Ｆが経過時間に対応する値になっているか否
かを判断する。ここで、温度Ｔ、圧力Ｐ、流量Ｆが経過
時間に対応する値になっていない場合には、経過時間に
対応する温度Ｔ、圧力Ｐ、流ｆｋＦになる制御信号を１
１を気ヒータ４２．背圧バルブ５２、流量調節バルブ５
０へ与え、前記実験終了時刻の判断へ戻る。一方、温度
Ｔ、圧力Ｐ、流量Ｆが経過時間に対応する値になってい
る場合には、続いてサンプリング時刻に達したか否かを
判断する。サンプリング時刻に達していない場合には、
実験終了時刻の判断へ戻るが、サンプリング時刻に達し
ている場合には、サンプリング装置６１を切換えサンプ
リングを行う、すると、切換コック４０を通じていずれ
か一方の反応器４１からの反応生成物がガスクロマトグ
ラフ６２＋　　、８２２へ自動注入され、このガスクロ
マトグラフ６２＋　　、６２２において反応生成物の分
析が行われる。ガスクロマトグラフ６２１．６２２で分
析された波形データはインチグレータロ３で処理された
後記憶される。

このようにして実験終了時刻に達するまでタイムスケジ
ュールに従って温度Ｔ、Ｒ量Ｆ、圧力Ｐが順次変更され
るとともに、所定時間１ｉｊｊ隔毎にサンプリングされ
、そのサンプリング時の運転状態データと反応生成物の
分析結果とが親機１へ送信される。

すると、親機１では、子機１１〜１６から転送されてき
た分析結果および運転条件と予め入力されたデータ、例
えば触媒重量、体積および原料Ｍｌｒ＆等から物質収支
の計算を行い、これらの結果をフロッピーディスク２ヘ
フアイリングする。フロッピーディスク２にファイリン
グされた運転状態は、任意時にグリーンモニタ３に表示
でき、かつプリンタ６でプリントアウトさせることがで
きる。また、カラーモニタ４にグラフ表示させることが
でき、かつ任意の縮尺でＸＹプロッタ５に作図させるこ
とができる。

一方、最適制御モードの場合には、第５図のフローチャ
ートに従って行なわれる。まず、初期値をタイムスケジ
ュール中で読込んだ後、設定値変更後１時間経過したこ
とを条件としてサンプリングを行う、サンプリング操作
は前述の操作と同様にサンプリング装置６１を所定時間
開放し、いずれか一方の反応器４１で生成された反応生
成物をガスクロマトグラフ６２１，６２２へ自動注入し
、このガスクロマトグラフ６２＋　　、６２２において
反応生成物の分析を行う、続いて、この分析結果から特
定ピークの濃度検出を行う、濃度は、ピーク面積とファ
クタとの積で表すことができる。なお、ファクタは予め
実験開始前に標準ガスにより検呈した値を用いる。なお
、生成ガスの分析に複数種のガスクロマトグラフを用い
る場合には、それぞれの分析結果を親機１へ送信し、そ
れらの分析結果から生成ガス組成を求めるはしわたし計
算を行なうことができる。

次に、ＦＡ＃４ガスおよび生成物モル致から選択率を算
出し、その結果をファイリングした後、実験が終了か否
かを判断する。この終了の判定条件としては、選択率が
Ｍａｘに達したこと、温度Ｔが設定範囲が越えたこと、
または転化率が設定範囲が越えたことを条件として終了
とみなし、第６図のフローチャートに示す処理へ移行す
る。一方、この終了条件に達しない前の状ｊｇでは、前
のデータが１つ以下のとき温度Ｔをプラス５℃、前のデ
ータが２つ以上でかつ低下傾向なら温度Ｔをマイナス５
°Ｃ１前のデータが２つ以上でかつ増加傾向なら温度Ｔ
をプラス５℃、それぞれ変化させた後、設定値変更後１
時間経過したか否かの判断へ戻る。このようにして、収
集したデータの数およびデータの変化方向に応じて温度
Ｔをそれぞれ所定温度幅変化させ、その変更後１時間経
過したことを条件としてサンプリングを行い、これを終
了条件に達するまで行うことにより、触媒の反応＝ｆ価
試験を行うことができる。

一方、ｆ５６図のフローチャートでは、まず温度Ｔを工
０℃／ｓｉｎで降温させ、かつ圧力Ｐｔ−１０Ｋｇ／ｃ
ｍ’／ｓｉｎで降圧させた後、温度Ｔが１００℃以下で
かつ圧力Ｐが１０　Ｋｇ／ｃｒｒｆ　Ｇ以下であるか否
かを　□判断する。温度Ｔが１００℃以下でなく、かつ
圧力Ｐがｌ　ＯＫｇ／ｃｔｎ’　Ｇ以下でない場合には
、前述の処理を繰返えすが、温度Ｔが１００℃以下でか
つ圧力ＰがＬＯＫｇ／ｃゴＧ以下の場合には、流量Ｆを
Ｏｎ／ｈｒとする。つまり、電磁バルブ４６．〜４６４
を閉とする。ｌ＆後に、プリンタ６よりエンドメツセー
ジをプリントアウトした後、終了とする。

なお、本装置では、上記第４図から第６図に示す処理の
ほか、第７図に示す５報処理が行われるようになってい
る。この警報処理は、温度Ｔ、圧力Ｐ、流１１Ｆを常時
監視し、これらの値が予め設定された値を越えたとき、
それらの値に応じて所定の二報処理が行われるようにな
っている。具体的には、温度Ｔ、圧力Ｐ、流量Ｆが予め
設定された上限ｆ山を越えたとき、アラームを出力し、
これらの値が上限値を越えたことを警報するようになっ
ている。また、温度Ｔ、圧力Ｐ、流量Ｆが予め設定され
た下限値を越えたとき、アラームを出力し、これらの値
が下限値を越えたことを！Ｆ報するようになっている。

更に、温度Ｔ、圧力Ｐ、流蛋Ｆが前記上限値よりも高い
最上＠値を越えたとき、アラームを出力した後、温度Ｔ
、圧力Ｐ、流ｆｆｌ　Ｆの制御出力を５分間で０にする
ように”：ｕｓ　ｇ４するようになっている。これによ
り、装置全体の安全が図られている。

従って、本実施例によれば、予め作成したタイムスケジ
ュールに従って触媒の活性試験を自動的に行うようにし
たので、予めタイムスケジュールを作成しておけば、タ
イムスケジュールに従って触媒の活性試験が忠実に実行
されるため、反応評価試験を効率的に処理でき、その結
果著しい省力化を達成することができる。

また、タイムスケジュールを作成しない場合でも、自動
モードに切換えれば、収集したデータの数およびデータ
の変化傾向に応じて条件を順次変更し、この各変化後に
おけるサンプリングを行うようにしたので、予めタイム
スケジュールを作成しなくても触媒の活性試験を自動的
に行うことができ、その結果著しい省力化を達成するこ
とができる。

また、このシステムでは４触媒の充填、リークテスト、
抜出しを除く全ての操作、つまり前処理、ガス切換え、
反応、分析、計算、レポートと「戊等が全て日動化でき
己ので、省力化に大ぎな効果を上げることができる。

また、温度Ｔ、正圧力、流ＩＦの値を常時監視し、その
温度Ｔ、圧力Ｐ、流量Ｆが予め設定された値を越えたと
き、アラーム出力を出し、その旨を２報するとともに、
最上限値を越えたとき、装置の運転を停止させるように
したので、安全を図ることができる。

また、２つの反応系Ａ、Ｂを有する各反応装置２１〜２
６に対して、子ｆｉｌｌ−１６．生成ガスのサンプリン
グ装置６１および分析装置３１〜３６が共有であるため
、設備投資が少なくなるだけでなく、複数の触媒活性を
比較する際の実験精度を向上させることができる。

なお、上記実施例では、第５図に示す最適制御の処理に
おいて、終了条件になったとき、つまり選択率がＭ　ａ
　ｘに達したとき、或いは温度Ｔまたは転化率が設定範
囲を越えたとき、第６図に示すシャットダウンの処理へ
移行するようにしたが、これらのうちのいずれかの要素
が終了条件になったとき、例えば選択率がＭ　ａ　ｘに
達したとき第４図に示すメインルーチンへ戻るようにし
てもよい。

また、上記実施例において、各反応装置２１〜２６に近
接して恒温槽を設置し、この恒温槽内にサンプリングコ
ック等のサンプリング装置６１を設け、このサンプリン
グ装Ｗ１６１により生成ガスのサンプリングを行なうよ
うにしてもよい、このようにすれば、反応装置と恒温槽
とが近接するので、サンプリング装置６１を反応装置２
１〜２６へ接近させることができ、その結果分析装ｇｉ
３１〜３６までの生成ガスラインの低圧部の割合いが多
くなり、分析装置３１〜３６へのレスポンスを向上させ
ることができる。このことは、反応装置２１〜２６の触
媒充填量が少量（例えば１〜１０ｍ１）で活性評価を可
能ならしめる。しかも、複数の反応装置２１〜２６に対
してサンプリング装置６１を共用させることでサンプリ
ング条件を合せることが可能となり、各反応装置１２１
〜２６に充填された触媒の活性がより厳密に比較できる
利点がある。

また、ガス流量と制御をサーマルフローメータを用いて
行ない、かつ子Ｉａ１１〜１６において、予めガスの穏
類に応じて設定された流量ファクタを基に真のガス流量
を計算するようにすれば、実験中にガスの稚類を切替え
ても１台のガス流量計で連続的に真のガス流量を求める
ことができる。

また、上記実施例では、原料としてガスを対象としたが
、液体原料を用いる化学反応にも適用することが可能で
ある。

また、！１２４１１と子機１１−１６とのデータ通信に
は、光モデムおよび光ファイバーを用いてもよい。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明によれば、触媒の充填、リークテス
ト、抜出しを除く全ての操作、つまり前処理、ガス切換
え、反応１分析計算、レポート作成等の処理を全て自動
化できる触媒活性試験システムを提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は本システ
ムの全体を示すブロック図、ｆｆ１２図は反応装置と分
析装置と子機との関係を示すブロック図、第３図はタイ
ムスケジュールの一例を示す図、第４図〜ｆｊＳ７図は
フローチャートである。 １・・・親機、１１，１２．１３，１４．１５．１６・
・・子機、２１．２２，２３，２４，２５．２６・・・
反応装置、３１，３２，３３，３４，３５．３６・・・
分析装置、４６．〜４６４・・・電磁バルブ、４８・・
・調圧バルブ、５０・・・流ｉ調節バルブ、５２・・・
背圧バルブ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部に試験触媒を充填した反応器、この反応器内
   に供給される原料を複数種の原料の中から選択する原料
   選択バルブ、この原料選択バルブによって選択された原
   料の圧力、流量をそれぞれ調整する調整バルブおよび前
   記反応器の温度を変化させる加熱器からなる複数の反応
   装置と、 この各反応装置によって生成された反応生成物をそれぞ
   れ分析する分析装置と、 前記各反応装置を予め設定されたタイムスケジュールに
   従って運転させると同時に、サンプリング時の反応装置
   の運転状態データをファイルする一方、その運転状態デ
   ータと反応装置に対応する分析装置から転送されてくる
   分析結果とを送信する１台以上の子機と、 これら１台以上の子機へ動作指令を与える一方、子機か
   ら送信された運転状態データおよび分析結果を受信し、
   それらと予め入力されたデータとから物質収支の計算を
   行う親機と、 を備えたことを特徴とする触媒活性試験システム。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記子機は、前
   記反応装置における圧力、流量および温度を監視し、こ
   れらの圧力、流量および温度の少なくとも１つが予め設
   定された上限値または下限値を越えたとき、アラームを
   出力する機能を備えていることを特徴とする触媒活性試
   験システム。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項において、前
   記子機は、前記反応装置における圧力、流量および温度
   を監視し、これらの圧力、流量および温度の少なくとも
   １つが予め設定された最上限値を越えたとき、アラーム
   を出力するとともに、反応装置の運転を停止させる機能
   を備えていることを特徴とする触媒活性試験システム。
4. （４）特許請求の範囲第１項において、前記反応装置に
   近接して恒温槽を設置し、この恒温槽内に設けられたサ
   ンプリングコックにより前記反応装置で生成された反応
   生成物をサンプリングすることを特徴とする触媒活性試
   験システム。
5. （５）特許請求の範囲第１項において、前記原料として
   ガスを用いる場合、そのガス流量の測定と制御をサーマ
   ルフローメータで行なう際、前記子機は、予めガスの種
   類に応じて設定された流量ファクタを基に真のガス流量
   を計算するように構成されていることを特徴とする触媒
   活性試験システム。