(57)【要約】【課題】本発明は、リアルタイム最適化処理で用いられる情報を、極めて短い処理時間で提供できる精油処理方法を提供する。【解決手段】本発明に係る精油処理方法は、数多くの物理的成分からなる所定の密度を有する流体ストリームから、同等の沸点を有し、流体ストリーム全体に対する重量率および容積率を有する複数の擬制成分に分留するステップと、擬制成分を構成する複数の下位擬制成分を定義するステップであって、複数の下位擬制成分のそれぞれが互いに異なる一定の密度と、精油処理時に変動する重量率および容積率とを有すように定義するステップと、各擬制成分の重量率および容積率を測定するステップと、流体ストリームの所定の密度、下位擬制成分の一定の密度、および各擬制成分の重量率および容積率から、下位擬制成分の変動する重量率および容積率を計算するステップとを有し、下位擬制成分の一定の密度、重量率および容積率を用いて、リアルタイム最適化処理を行う。【選択図】図４Ａ
2010174253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの沸点を有する複数の実存する物理的成分を含む流体ストリームに対するリアルタイム最適化処理のためのコンピュータ方法であって、
流体ストリームの実存物理的成分を表すデータを前記処理から収集するステップと、
流体ストリームの実存物理的成分を表すモデルにおいて、収集されたデータを複数のランプにコンピュータ上でモデル化するステップと、
このとき流体ストリームのモデルにおけるランプのそれぞれが、
ｉ）流体ストリーム内の実存物理的成分とほぼ同一の所与の沸点と、
ii）流体ストリーム内の実存物理的成分の所与の物理特性に応じて変動する所与特性と、
iii)すべてのランプの前記ii）の所与特性の合計値が流体ストリーム全体の同一の物理特性を示すように変動する量とを有し、
モデルにおけるそれぞれの沸点でのランプに対して複数のサブランプを定義するステップと、
このときそれぞれの沸点でのランプを全体として表し、これに対応するサブランプが、
対応する沸点でのランプの所与の沸点と、
前記ii）の変動する所与特性に対する一定の値と、
すべてのサブランプの前記ii）の所与特性の合計値が対応する沸点を有するランプの物理特性を表すように、流体ストリームに応じて変動する量とを有し、
流体ストリーム内のそれぞれの沸点でのランプの所与特性の現在値、および流体ストリーム内の対応する沸点でのランプの現在量を収集するステップと、
これらの現在値（流体ストリーム内のそれぞれの沸点でのランプの所与特性の現在値、および流体ストリーム内の対応する沸点でのランプの現在量）から、サブランプの所与特性の変動量の合計がそれぞれの沸点でのランプの所与特性を表すように、対応するランプの各サブランプの現在量を計算するステップと、
前記ii）の変動する所与特性の一定値およびそれぞれのランプに対して計算された現在量を、リアルタイム最適化処理に用いて、最適化するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
変動量とは、重量率、容積率、およびモル分率であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
所与の物理特性は密度であり、それぞれのランプを表すサブランプの重量率および容積率の合計はそれぞれ、対応するランプの重量率および容積率に等しいことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、
流体ストリームのモデルにおけるそれぞれの沸点でのランプは、所与の物理特性として、変動する密度、変動する重量率、および変動する容積率を有し、
各サブランプは、所与の物理特性として、一定の密度、変動する重量率、および変動する容積率を有するように定義され、
それぞれの沸点でのランプに対して、現在の密度、現在の重量率、および現在の容積率が計算され、
それぞれの沸点でのランプに対して、現在の重量率および現在の容積率の値が、計算された現在の密度、現在の重量率、および現在の容積率から計算されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
それぞれのランプが、それぞれの沸点でのランプの所与の沸点および比較的に大きい所与の密度を有する高サブランプと、それぞれの沸点でのランプの所与の沸点および比較的に小さい所与の密度を有する低サブランプとにより定義されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
ランプの所与の沸点およびそれぞれの沸点でのランプのほぼ最大密度として決定された所与の高密度を有する高サブランプと、ランプの所与の沸点およびそれぞれの沸点でのランプのほぼ最低密度として決定された所与の低密度を有する低サブランプとにより定義されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、
流体ストリームのモデルにおけるそれぞれの沸点でのランプＰは、所定の物理特性として、変動する密度（Ｄ）、変動する重量率（％Ｗ）、および変動する容積率（％Ｖ）を有し、流体ストリームの全体の密度を（ＤＴ）として、
Ｄ＝ＤＴ×（％Ｗ÷％Ｖ）
が成り立ち、
ランプＰの各サブランプＰｘ（ｘ＝１，２）は、所与の密度（Ｄｘ）、変動重量率（％Ｗｘ）、および変動容積率（％Ｖｘ）を有し、
Ｄｘ＝ＤＴ×（％Ｗｘ）÷（％Ｖｘ）
（％Ｗ）＝Σ（％Ｗｘ）
（％Ｖ）＝Σ（％Ｖｘ）
が成り立ち、
このとき、ＤＴ、（％Ｗ）、および（％Ｗ）は流体ストリームのモデルから求められ、
ランプのそれぞれのサブランプに対する現在の重量率および容積率の値の計算ステップは、現在の密度ならびに現在の重量率および容積率から、（％Ｗｘ）および（％Ｖｘ）を解くことを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、
それぞれの沸点でのランプに対する現在の密度ならびに現在の重量率および容積率は、マッパの入力端に反復的に入力され、それぞれの沸点でのランプの各サブランプに対する現在の重量率および容積率の値を反復的に更新され、
それぞれのランプの各サブランプに対して反復的に更新された現在の重量率および容積率の値、所与の密度は、リアルタイム最適化処理に利用されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法を実行するための、流体ストリームの処理をモデル化するための記憶されたマッパを有するコンピュータであって、
前記マッパは、複数の沸点を有するランプとして流体ストリームのモデルを定義し、
各ランプが流体ストリームのすべての物理的成分に対応する所与の沸点と、変動する所与の物理特性および変動量とを有し、
前記マッパは、モデルにおいてそれぞれの沸点に対して複数のサブランプを定義し、
複数のサブランプが対応する沸点を有するランプは、
サブランプの重量率および容積率の合計が対応する沸点を有するランプの重量率および容積率と等しく、各サブランプがランプの所与の沸点、所与のモデル化された物理特性に対して同一の所与の値、およびモデル化された変動量を有し、
前記マッパは、
各ランプについて、所与の物理特性の現在値、現在の重量率および現在の容積率が入力される入力端と、
それぞれの沸点でのランプの現在の重量率の値および現在の容積率の値を計算するためのプロセッサと、
それぞれのランプの各サブランプの計算された重量率の値および現在の容積率の値を供給する出力端とを有することを特徴とするコンピュータ。
【請求項１０】
請求項９に記載のコンピュータであって、
それぞれの沸点によるランプは、所与の値として密度を有するように定義されることを特徴とするコンピュータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精油処理に関するリアルタイム最適化処理で用いられる成分マッパ（mapper）に関する。とりわけ、本発明は、モデル成分の値を取得した後、モデル成分のサブ成分（sub-component）の値を計算する成分マッパに関する。
【背景技術】
【０００２】
広く知られているように、最適化処理において、系（システム）がコンピュータによりモデル化され、このモデルは所定の結果が最大化され、そして／または最小化されるように最適化される。広く知られているように、こうした最適化処理は反復的なメカニズムを含み、これにより系の設定値が決定される。コンピュータモデルのリアルタイム最適化することにより、上記最適化を実現する複数の設定値が得られる。
【０００３】
こうした最適化処理は、一般に、系のデータを収集するステップと、これらの収集データに基づいて、最適化ルーチンを実行するステップとを有する。最適化ルーチンが比較的に迅速に結論されれば、系は実質的に変動することはなく、最適化処理の結果を系に適用することができる。これに対して、最適化ルーチンが比較的に迅速に結論されなければ、系は実質的に変動し、最適化処理の結果を系に適用することができなくなる。例えば、最適化ルーチンが、１つの大気温度に左右され、大気温度が１０度下がったと判断された場合、こうした温度減少により、最適化処理の結果の有効性は相当の影響を受ける。すなわち最適化ルーチンは比較的に迅速に行う必要がある。
【０００４】
原油精製産業において、リアルタイム最適化処理を用いて、石油精製装置またはその一部をリアルタイムに最適化する努力がなされてきた。石油精製装置の全体をリアルタイムに最適化する場合、以下の情報を入力する必要があり、その情報とは、通常、プラントの経済性を決定する所与のパラメータ、利用可能な原油供給貯蔵所およびこれら供給貯蔵所の分析または評価に関する情報、プラント内の特定の設備が利用できるかどうかなどのプラントに関する処理上の制約、気温、気圧、湿度および降雨量を含むプラントにおける処理条件、および石油精製装置全体、環境および処理装置に関するその他の同様の情報が含まれる。こうした入力情報に基づいて、石油精製装置または少なくともその一部の機能を最適化することを目的とする。
【０００５】
ここで最適化すべき対象そのものが、日によってあるいは時間によって変動するということを理解する必要がある。例えば８時間は、ガソリンを精油するように石油精製装置またはその一部を最適化してもよい。次の４時間は、家庭用の暖房油を精油するように石油精製装置またはその一部を最適化してもよい。その次の４８時間は、プロパンおよびエチレンを精製するように石油精製装置またはその一部を最適化してもよい。
【発明の概要】
【０００６】
しかしながら理解されることであるが、石油精製装置またはその一部をリアルタイムで最適化することには、相当な努力を要する。例えば、石油精製装置において成分をモデル化する上で、極めて複雑で数多くの変数値および煩雑な方程式が必要となる。さらに、最適化に必要で、成分モデル間で置換すべき情報量は莫大である。こうした理由から、リアルタイム最適化処理のために、石油精製装置全体をコンピュータによりモデル化することができ、これまでそのようにしてきたが、モデル全体を最適化するのに必要な計算時間は、石油精製装置の全体的なモデルのサイズおよび複雑さに起因して、甚大なものとなる。その結果、こうした最適化処理は、本当の意味での「リアルタイム」ではなかった。
【０００７】
したがって、石油精製装置およびその一部を最適化することに関して、本当のリアルタイム最適化処理の実現に対する要請があった。
【０００８】
本発明は、流体ストリームに含まれる数多くの物理的成分（実存成分）を擬制成分（pseudo-component）とみなす（擬制する）処理に関連した成分マッパを提供することにより、上述の要請を満たすものである。各実存成分（物理的成分）はある沸点を有するものであるところ、各擬制成分は所与沸点（pre-defined boiling point:予め定義された沸点）を有するものであり、所与沸点と同等の沸点を有する、流体ストリームに含まれるすべての実存成分を含むものである。流体ストリームに含まれる同等の沸点を有する数多くの実存成分として擬制された擬制成分のそれぞれは、さまざまな所与特性（pre-defined property:予め定義された特性）および変数値を有する。
【０００９】
１つの擬制成分が複数の下位の擬制成分（sub-pseudo-component）の集合として置換できるものとして、複数の下位の擬制成分を定義することができる。下位の擬制成分は、擬制成分と同じ沸点を有し、所与特性に対する特性値および変数値を有する。
【００１０】
各擬制成分について、所与特性に関する現在の値および擬制成分の現在の値が取得された後、擬制成分の下位擬制成分それぞれの現在の値が計算される。所与特性に関する所与特性値、および各擬制成分の下位の擬制成分のそれぞれの計算された現在量がリアルタイム最適化処理において利用される。
【００１１】
本発明の１つの実施形態において、所与特性とは密度であり、量とは重量百分率および容積百分率である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】主分留装置と一体形成された反応装置と、１つまたはそれ以上の蒸留塔とを有する精油ユニットの一般的な構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の１つの実施形態を示すブロック図であって、成分マッパを用いてモデル化した図１の反応装置、主分留装置、および蒸留塔を示す。
【図３】精油流体ストリーム内の擬制成分またはランプの特定の比重／密度および沸点における一般的な関係を示すグラフである。
【図４Ａ】図２の成分マッパを用いて実行するステップを示すフローチャートである。
【図４Ｂ】図２の成分マッパを用いたときの、擬制成分と下位の擬制成分との間の関係を示すブロック図である。
【図４Ｃ】図２の成分マッパの入力部および出力部を示すブロック図である。
【図５】インプットとして１つまたはそれ以上の原料の主原油ユニットまたは主分留装置を含む精油ユニットの別の一般的な構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の別の実施形態を示すブロック図であって、成分マッパを用いてモデル化された図５の主原油ユニットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に示す本発明の詳細な説明と同様、添付図面を参照しながら、上記要約を読めば、より十分に理解される。しかしながら、本発明を、説明された装置および手段だけに限定して理解すべきではない。
【００１４】
以下の説明において、便宜上、特定の技術が用いられるが、これに限定して解釈すべきではない。「左」、「右」、「上」、および「下」といった文言は、参照すべき図面上の方向を意味するものである。「内側」および「外側」といった文言は、各々、参照すべき対象物の幾何学的中心に向かう方向、および参照すべき対象物の幾何学的中心から離れる方向のことである。専門用語として、特に上述した単語、その派生語、および同様の趣旨を含む単語がある。
【００１５】
図を詳細に参照すると、同様の構成部品は同様の符号を用いて示す。図１は、反応装置１２、主分留装置１４、蒸留塔１６を有する精油システム１０の一般的な構成を示している。よく知られているように、精油システム１０は精油装置の実質的全体を示すものである。しかし、より一般的には、通常の精油装置は図１に示す複数の精油システム１０、および図示しない異なる他の複数の精油システムを有する。ただし、本発明を理解するためには、図１で示す精油システム１０だけを検討する必要がある。
【００１６】
よく知られているように、通常の精油装置は、原材料として１種類またはそれ以上の種類の原油を受け入れ、複数の異なる生成物を生成する。同様によく知られたことであるが、原油は、より軽く、比較的に単純な（比較的に沸点の低い）分子から、より重く、比較的に複雑な（比較的に沸点の高い）分子に至るまで、数千もの異なる種類の炭化水素系分子から構成されている。第１段階として、図５および図６を参照して以下詳述するように、原油はメイン原油ユニット内で分留され、構成成分の重量／沸点に基づいて、いくつかの流体ストリームに少なくともおおまかに分別される。
【００１７】
ただし、より軽量で沸点の低い流体ストリームがより望ましいので、より重量の重いまたは沸点の高い流体ストリームの少なくともいくつかは、図１で示す反応装置１２に反応プロセスにおける原料として供給される。反応装置１２は、既知の方法で供給された原油に温度、圧力、および／または触媒を加え、原油の物理的成分（実存成分）を、より複雑でより重い分子から、より複雑でなく、より軽い分子に分解する。こうして、反応装置１２は、その生成物として、反応装置１２へ供給された原油と比較して、より軽く沸点の低い物理的成分を含む流体ストリームを生成する。反応装置１２からの流体ストリームの生産物は、主分留装置１４へ送られ、これにより受容される。
【００１８】
主分留装置１４は、よく知られているように、一定の温度勾配を有する非常に大規模な垂直コラム（円柱塔：column）である。とりわけ、主分留装置１４は、その最上部において比較的冷たく（大気温度の同等の温度）、その最下部において比較的熱い（華氏１０００度ないし１２００度以上の温度）。このとき主分留装置１４で受容された流体ストリーム内の物理的成分は、それぞれの沸点に応じて主分留装置１４内で留出する。すなわち、主分留装置１４に受容された流体ストリームの各物理的成分は、こうした主分留装置１４内の沸点における平衡状態に達するまで、上昇および／または下降する。物理的成分が液体状態にある場合、気体に沸騰する領域に達するまで、より高温部へ落下する。これと同様に、物理的成分が気体状態にある場合、液化する領域に達するまで、より低温部へ上昇する。
【００１９】
主分留装置１４は、複数の異なる高さ領域／温度領域（図示せず）に複数のトレイを備え、各トレイはおおよそ沸点に対応している。こうした沸点に近似する沸点を有する流体ストリーム内の物理的成分は、これらのトレイ内に収集され、さらに処理すべき流体ストリーム（図１で示す生成物１、副生成物）として生成される。主分留装置１４は、反応装置１２から受容した流体ストリームを、複数の分留済み流体ストリームに大まかに分別するものであることを理解されたい。分留済み流体ストリームをさらに細かく分別するためには、分留済み流体ストリームの各々を主分留装置１４から１つまたはそれ以上の蒸留塔１６へ送り、より精製された成分に分別する。
【００２０】
よく知られたように、各蒸留塔１６は、主分留装置１４と同じ動作原理に基づいて作動する。すなわち蒸留塔１６は、垂直コラム内のより冷たい最上部から、より熱い最下部の間において温度勾配を形成している。より細かく分別するためには、例えば、蒸留塔へ送られた分留済み流体ストリームがおおよそ華氏３００度の沸点を有する場合、蒸留塔１６は、華氏２００度〜４００度の範囲の一定温度を有し、華氏２０度間隔でトレイを備えるものであってもよい。同様に、より細かく分別するためには、例えば、蒸留塔へ送られた分留済み流体ストリームがおおよそ華氏６００度〜７００度の沸点を有する場合、別の蒸留塔１６は、華氏５００度〜８００度の範囲の一定温度を有し、華氏３０度間隔でトレイを備えるものであってもよい。このように、複数の蒸留塔１６から、より細かく分別することにより、複数の生成物を生成することができる（図１に示す生成物２、生成物３、生成物４）。
【００２１】
ここで認識すべきことに、反応精油システム１０は、図１に示すように、通常、反応装置１２、主分留装置１４、および一連の蒸留塔１６を有する。反応精油システム１０の構造および機構は、本発明の精神および範疇から逸脱することなく変更することができる。例えば、多数の反応装置１２を用いることができ、各反応装置は異なる温度、圧力、および／または異なる触媒を用いて作動する。同様に、複数の異なる構成において、複数の分留装置１４および複数の蒸留塔１６を、直列的および並列的に配置してもよい。例えば、複数の反応装置１２から並列に多数の分留装置１４に供給して、多数の分留装置１４から並列に多数の一連の蒸留塔１６に供給してもよい。
【００２２】
ここで図２を参照すると、図１で示す反応精油システム１０における分析を行うとき、図１に示す各構成装置は、適当なコンピュータシステムまたはプロセッサ２０上で作動する対応のコンピュータモデル１８ａに置き換えられ、これにより表現される。プロセッサまたはコンピュータシステム２０は、モデル１８ａを迅速に実行するのに十分な能力を備えているものであれば、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、任意の適当な装置であってもよい。例えば、プロセッサ２０は、パーソナルコンピュータまたはワークステーションコンピュータ、ミニコンピュータプロセッサ、メインフレームコンピュータプロセッサなどであってもよい。
【００２３】
すなわち反応装置モデル１２ｍは反応装置１２を表し、主分留装置モデル１４ｍは主分留装置１４を表し、蒸留塔モデル１６ｍは蒸留塔１６を表す。本発明の精神と範囲から逸脱することなく、モデル１２ｍ，１４ｍ，１６ｍに関して、任意の適当な化学工学材料およびエネルギ均衡モデルを用いることができる。このようなモデル１２ｍ，１４ｍ，１６ｍは、一般に知られているので、本明細書で詳細に説明するまでもない。ただし、各モデル１２ｍ，１４ｍ，１６ｍは、流体ストリームまたは原料を表すインプット値が入力され、対応する構成装置からの１つまたはそれ以上の流体ストリームを表すアウトプット値が出力されることになっているといえば十分であろう。
【００２４】
これまで説明したように、原油は、一般に、数千もの異なる種類の炭化水素系分子から構成されている。これに対し、任意の精油プロセスにおいて、特定の構成装置が受容する流体ストリームまたは原料は、数千もの化学的成分（組成物）および分子の複合的な合成物である。任意の各モデルについて、流体ストリームに含まれる成分（組成物）および／または分子のそれぞれをすべて個別に検討することもできるが、このように各成分に対して検討することは、あまりにも複雑で、あまりにも長い計算時間を要すると、これまで長い間認識されてきた。
【００２５】
しかしながら、複数の成分（組成物）および分子を、沸点に基づいていくつかのグループに分類して、擬制成分またはランプ（塊り：lump）を形成し、こうしたランプを用いて系をモデル化することにより、良好なモデル上の結果が得られることが分かってきた。これは、精油処理のほとんどが原油を構成する成分（組成物）の沸点に依拠しているという事実に照らせば、しごく当然のことである。
【００２６】
沸点温度によるランプからなる系において、擬制成分またはランプ１１２とは、沸点がおよそ華氏約１１２度であるすべての物理的成分（実存成分）を含むものとして定義され、ランプ１３０とは、沸点がおよそ華氏約１３０度であるすべての物理的成分（実存成分）を含むものとして定義される。こうした系は、華氏約１０１０度に至るまで華氏２０度の温度間隔で複数のランプに分類する。なお、他の温度によるランプからなる系も知られており、本発明の精神と範疇から逸脱することなく、こうした他の系を採用することができる。例えば、塊り（ランプ）を形成する（グループを形成する）系の温度範囲は、拡大または縮小することができ、この温度範囲内の温度間隔も同様に拡大または縮小することができる。さらに、望ましいと考えられる場合は、特定の温度範囲内にある塊り（ランプ）を無視してもよい。
【００２７】
上述の複数のランプからなる系において、モデル１２ｍ，１４ｍ，１６ｍに対するインプット値およびアウトプット値は、各モデルに含まれるランプに基づいて定義される。こうしたランプを用いてモデル化することにより、最適化処理における許容できる推定結果が得られることが分かってきた。しかしながら、革新的なコンピュータを用いた場合であっても、こうした推定結果を得るためにあまりにも長い時間が必要である。精油の最適化処理における概算として、系をモデル化するコンピュータが４５分以内に結果を出せない場合、こうした系モデル化コンピュータは、リアルタイムで最適化処理するものとは言えない。換言すると、時間が経過するにつれ、状態が相当に変動する傾向があるので、時刻Ｔで収集されたデータに基づいた最適化処理の推定結果は、時刻Ｔプラス４５分間経過したときに有効なものではなくなってしまう。
【００２８】
精油装置の構成装置または一部をモデル１２ｍ，１４ｍ，１６ｍで表さしたとき、最適化処理を実行することができる。こうした処理において、原料の精油過程が、所与の最適化変数に基づいて最適化される。とりわけ、広く知られたように、精油システム１０に関する特定のインプット値および／またはアウトプット値および／または他の動作パラメータは、最大化または最小化するように選択され、最適化処理は、（最適化が実際に可能である場合には）最適化が実現されるまで反復的に、こうしたモデル１２ｍ，１４ｍ，１６ｍを微調整する。この最適化処理は、一般に知られているので、ここでは詳細に説明する必要はない。
【００２９】
本当のリアルタイム最適化処理を阻害する極めて大きな問題がある。それは、分留装置モデル１４ｍまたは蒸留塔モデル１６ｍに入力される各ランプの比重／密度が最適化処理において何度も反復している間に変動し得るという事実に起因する。より具体的にいうと、こうしたモデル１４ｍ，１６ｍは、何度も反復している間に変動する比重／密度を有するランプを受けるとき、非常に長い処理時間を必要とする。理解すべきことは、ランプにおける比重／密度の変動は、何度も反復している間に、反応装置モデル１２ｍからアウトプットされるとき、ランプの収量変動として生じるということである。このとき、こうした変動は、温度、圧力、および／または用いられる触媒における変動とともに生じる。ランプの収量における変動は、理解すべきことに、ランプに対応する物理的成分（実存成分）の反応装置１２の収量変動に対応する。
【００３０】
主分留装置モデル１４ｍおよび蒸留塔モデル１６ｍにおけるランプの比重／密度が変動するために、非常に長い余分な処理時間が必要となるが、この処理時間は、リアルタイム最適化処理が平衡点に至るまでの時間を、実際には通常リアルタイムとは考えられないような時点（例えば、４５分以上）まで増長させることになる。
【００３１】
理解すべきことに、反応装置モデル１２ｍのアウトプットは、流体ストリームに対応する複数のランプであって、流体ストリーム内の各ランプは、変動密度Ｄ、変動重量率（％Ｗ）、および変動容積率（％Ｖ）を有する。これらの値は、こうしたアウトプットされた流体ストリーム内の各ランプに対して既知であって、反応装置モデル１２ｍにより供給される。
【００３２】
物体の密度ｄは、（重量ｗ）÷（容積ｖ）として求められる。特定のランプに関して、重量率（％Ｗ）は、（ｗｌｕｍｐ）÷（ｗｔｏｔａｌ）であって、変動容積率（％Ｖ）は、（ｖｌｕｍｐ）÷（ｖｔｏｔａｌ）である。したがって、このランプの密度Ｄは、
Ｄ＝（％Ｗ×ｗｔｏｔａｌ）÷（％Ｖ×ｖｔｏｔａｌ）
または、  Ｄ＝（（ｗｔｏｔａｌ）÷（ｖｔｏｔａｌ））×（％Ｗ÷％Ｖ）
または、  Ｄ＝ＤＴ×（％Ｗ÷％Ｖ）
ここで、ＤＴはランプが有する流体ストリームの全体の密度である。比重は水の密度と比較したときの密度である点において、比重は密度と密接に関連しているので、同様の計算を行うと、ランプの特定の比重ＳＧが得られる。
ＳＧ＝ＳＧＴ×（％Ｗ÷％Ｖ）
ここで、ＳＧＴはランプが有する流体ストリームの比重である。比重および密度の間に密接な関係があるので、これらの文言は、この開示内容および添付されたクレームにおいて置換可能であると理解される。ただし、そうでないことを必要とし、論理的に要請される場合を除く。
【００３３】
本発明において、ランプの密度が変動する問題は、各ランプに対して、一定の密度を有する複数の下位のランプ（sub-lumps）を定義することにより、解決することができる。より具体的には、図２から分かるように、本発明において、成分マッパ（マッパ：mapper）２２を用いて、反応装置モデル１２からアウトプットされた各ランプを取り込み、各ランプに対して下位の擬制成分または下位ランプ（サブランプ）を提供する。このとき成分マッパに入力された各ランプは、成分マッパから出力された複数の下位ランプで置換可能なものである。重要なことに、成分マッパ２２に入力された各ランプは、反復している間に変動し得る密度を有しているが、成分マッパ２２から出力された複数の下位ランプは所与の一定の密度を有する。同様に、重要なことに、下位ランプのそれぞれは、成分マッパにインプットされた対応するランプと同一の所与の沸点を有する。下位ランプは、反復している間に変動する重量率および変動する容積率を有する。その後、成分マッパ２２は、反復する毎に、１）下位ランプのそれぞれの密度が一定に維持され、２）重量が保存され（ランプの重量率が下位ランプすべての重量率の合計と等しくなり）、３）容積が保存される（ランプの容積率が下位ランプすべての容積率の合計と等しくなる）ように、下位ランプのそれぞれの重量率および容積率を特定する。
【００３４】
下位ランプを定義する際（図４Ａ、ステップ４０１）、各ランプに対するサブランプの数は、本発明の精神および範疇から逸脱することなく、変動させることができる。例えば、各ランプに対して２つ、３つ、４つまたはそれ以上のサブランプを用いることができる。ただし上述のように、サブランプを追加すると、モデル１８ａにおける計算時間を増長させることになる。各サブランプを定義する方法は、本発明の精神および範疇から逸脱することなく変更することができる。
【００３５】
本発明の１つの実施形態において、ここで図３を参照すると、各ランプ（四角マーク）に対して、所与の密度が比較的に高い高密度サブランプ（Ｈサブランプ、三角マーク）と、所与の密度が比較的に低い低密度（Ｌサブランプ、ダイヤモンドマーク）が定義されている。図３から分かるように、任意のランプに対して、ランプおよびそのサブランプは、共通の同一の沸点を共有しているため、同一垂直線上にプロットされている。
【００３６】
好適には、各ランプに対して、Ｈサブランプに対応する比較的に高い所与密度は、ランプが有し得るほぼ最大密度に設定し、Ｌサブランプに対応する比較的に低い所与密度は、ランプが有し得るほぼ最小密度に設定する。したがって、これらのサブランプは、通常、ランプが「ふらつく」可能性のある密度範囲を定義するものである。
【００３７】
広く知られているように、これらの最大可能密度と最小可能密度の情報は、利用可能であり、または決定することができる。とりわけ、反応装置１２および／または反応装置モデル１２ｍに対する任意の原料に対して、分析情報を利用可能であり、または決定することができる。よく知られた方法で、これらの分析情報を用いて、密度情報を求めることができる。図３に示すグラフは、分析情報から得られた密度情報の一例に過ぎない。当然ながら、グラフ上のマークは原料毎に異なる。
【００３８】
これまで説明したように、成分マッパ２２は、反復処理毎に各サブランプの重量率および容積率を、１）各サブランプの密度が一定となるように、２）重量が保存されるように、かつ３）容積が保存されるように決定する。すなわち成分マッパ２２は、各ランプに対し、ランプの重量率（％Ｗ）およびランプの容積率（％Ｖ）をインプットとして（入力情報）として要求する。パーセンテージの数字に基づいて密度を計算するために、成分マッパはさらに、ランプを含む流体ストリームの全体密度ＤＴをインプットとして（入力情報）として要求する。図４Ｂから分かるように、ランプ（擬制成分Ｌ）に関して入力された重量率と容積率の値に基づいて、成分マッパ２２は、一対のサブランプ（下位の擬制成分ＳＬ１，ＳＬ２）のそれぞれに対する重量率と容積率の値を計算する。
【００３９】
ここで図４Ｃを参照すると、第１のサブランプ（ＨサブランプまたはＬサブランプの一方）は、（所与の）密度Ｄ１、（変動する）重量率（％Ｗ１）、および（変動する）容積率（％Ｖ１）を有し、これらの値は以下のような関係を有する。
Ｄ１＝ＤＴ×（％Ｗ１）÷（％Ｖ１）            （１）
同様に、第２のサブランプ（ＨサブランプまたはＬサブランプの他方）は、（所与の）密度Ｄ２、（変動する）重量率（％Ｗ２）、および（変動する）容積率（％Ｖ２）を有し、これらの値は以下のような関係を有する。
Ｄ２＝ＤＴ×（％Ｗ２）÷（％Ｖ２）            （２）
重量と容積は、それぞれ保存されるため、次の関係式が成り立つ。
（％Ｗ）＝（％Ｗ１）＋（％Ｗ２）                （３）
（％Ｖ）＝（％Ｖ１）＋（％Ｖ２）                （４）
【００４０】
図４Ｃから明らかなように、Ｄ１およびＤ２は所与（一定）のものであり、（％Ｗ）、（％Ｖ）、およびＤＴは成分マッパ２２にインプットされるものである。したがって、未知の値は、（％Ｗ１）、（％Ｗ２）、（％Ｖ１）、および（％Ｖ２）である。未知数が４つあって、方程式が４つある（方程式（１）ないし（４））ので、４つの方程式を解いて、既知の値から４つの未知数のそれぞれを求めることができる。
【００４１】
各ランプに対して、成分マッパ２２は、現在の密度Ｄ、現在の重量率（％Ｗ）、および現在の容積率（％Ｖ）を収集する（図４Ａ、ステップ４０３）。この情報を用いて、成分マッパは、方程式（１）〜（４）に基づいて、各サブランプの（％Ｗ１）、（％Ｗ２）、（％Ｖ１）、および（％Ｖ２）の値を計算する（図４Ａ、ステップ４０５）。理解すべきことに、本発明の精神および範疇から逸脱することなく、さまざまな測定手法のうちの任意のものを用いて、上述の計算を行うことができる。例えば、成分マッパ２２は、上述した形態の方程式（１）〜（４）で与えられ、既知の方法により適当に計算するものであってもよい。当然のことながら、成分マッパ２２は、同様に、既知数に基づいて４つの未知数のそれぞれを定義するために解かれた態様にある方程式（１）〜（４）が与えられて、広く知られた方法を用いて適宜計算するものであってもよい。
【００４２】
成分マッパが、すべてのランプに関するすべてのサブランプの重量率および容積率を求めた後、各値は、成分マッパ２２からアウトプットされ、リアルタイム最適化処理で用いられる（図４Ａ、ステップ４０７）。とりわけ、成分マッパ２２からアウトプットされた値は、図２で示すように、分留装置モデル１４ｍに入力される。ここで理解すべきことに、成分マッパ２２は、変動する密度を有するランプを、所与の密度を有する複数のサブランプと置き換えている。同様に理解すべきことに、最適化処理とは反復的処理であり、各反復処理により、異なるデータが反応装置モデル１２ｍからアウトプットされるので、成分マッパ２２は、反復的に、反応装置モデル１２ｍからの現在の更新された入力情報を収集して、こうした情報に対する必要な計算を行い、分留装置モデル１４ｍに入力される現在の更新された出力情報を形成する。
【００４３】
重要なことに、分留装置モデル１４ｍは、各サブランプの密度が一定であると仮定できるので、分留装置モデル１４ｍの処理時間が大幅に短縮される。分留装置１４または分留装置モデル１４ｍは、任意のサブランプの密度を変更すべきではないので、分留装置モデル１４ｍのアウトプットは、サブランプの所与の密度を有する。その結果として、重要なことに、蒸留モデル１６ｍは、各サブランプの密度が一定であるということを仮定して、蒸留モデル１６ｍの処理時間が大幅に短縮される。経験的にいえば、所与の密度を有するサブランプを用いることにより実現される処理時間の短縮は、リアルタイム最適化処理として、モデル１８ａにおいて具現化されるモデル化処理に、適格性を与えるのに十分なものである。つまり、所与の密度を有するサブランプを用いると、モデル１８ａに関する処理時間を４５分以内となる。
【００４４】
ここで図５を参照すると、別の精油システム１０ｂが図示されている。図示のように、精油システム１０ｂは、複数の原料を同時に受容することができ、こうした原料は、混合され、分留装置１４に送られる。精油システム１０ｂの１つの実施形態において、このシステム１０ｂは、これまで概説した主原油ユニットである。こうした主原油ユニットにおいて、いくつかの個別の原油材料貯蔵所から同時に、所定の割合または比率の混合された流体ストリームを分留装置１４に送ることができる。まず分留装置１４は、混合流体ストリームをいくつかの流体ストリーム（生成物１〜生成物５など）に少なくとも大まかに分留して、さらなる処理などを行う。生成されたものは異なるが、精油システム１０ｂにおける分留装置１４は、機能上、精油システム１０における分留装置１４と同一のものである。精油システム１０ｂの別の実施形態において、分留装置１４は、任意の分留装置または蒸留塔であって、所与の比率または割合で混合された混合流体ストリームとして、いくつかの異なる流体ストリームが送られる。
【００４５】
精油システム１０と同様、図６を参照すると、図５の精油システム１０ｂを分析すると、図５で示す各構成装置は、適当なコンピュータシステムまたはプロセッサ２０上で作動する対応のコンピュータモデル１８ｂにより置換され、表現される。この場合、モデル１８ｂは、分留装置１４を表す分留装置モデル１４ｍに加えて、分留装置モデル１４ｍからインプットされる混合流体ストリーム内の個別の流体ストリームの比率または割合を特定する追加的なモデル構造を備える。
【００４６】
上述のように、モデル１８ｂを用いて最適化処理が行われる。ただし、ここでの最適化処理は、その一部として、いくつかの個別の原料（図５および図６に示す原油）の比率または割合を、変更または調整することができる。この場合、混合流体ストリームは、複数のランプとしてモデル化される。このとき、各ランプは異なる密度を有する。混合流体ストリーム内の個別の流体ストリームのそれぞれに対して得られた分析情報、および混合流体ストリームにおける個別の流体ストリームすべての比率または割合に基づいて、ランプの密度を知ることができる。
【００４７】
精油システム１０ｂのモデル１８ｂは、精油システム１０のモデル１８ａにおける成分マッパ２２と実質的に同一の成分マッパ２２を備える。つまり、精油システム１０ｂにおける成分マッパ２２は、所与の密度を有する所与のサブランプに基づいて機能する。
【００４８】
各ランプに対して、精油システム１０ｂにおける成分マッパ２２は、現在の密度、現在の重量率、および現在の容積率を収集する（図４Ａ、ステップ４０３）。こうした情報を用いて、成分マッパ２２は、ランプの各サブランプに対する現在の重量率および現在の容積率を計算する（図４Ａ、ステップ４０５）。
【００４９】
精油システム１０ｂにおける成分マッパ２２は、すべてのランプの各サブランプに対する現在の重量率および現在の容積率を求めた後、これらの値は、成分マッパ２２からアウトプットされ、リアルタイム最適化処理で用いられる（図４Ａ、ステップ４０７）。とりわけ、成分マッパ２２からアウトプットされたサブランプに関する値は、図６で示すように、分留装置モデル１４ｍに入力される。上述のように、モデル１８ｂの分留装置モデル１４ｍは、各サブランプの密度が一定であると仮定できるので、分留装置モデル１４ｍの処理時間が相当に短縮され、リアルタイム最適化処理を実現することができる。
【００５０】
所与の密度を有するサブランプを形成することについて、これまで説明してきたが、本発明は、密度にのみ限定されるものではない。むしろ成分マッパ２２は、本発明の精神および範疇から逸脱することなく適当に修正して利用して、任意の種類の所与の特性を有するサブランプを形成することができる。例えば、成分マッパ２２は、所与の密度を得るために重量率および容積率を調整するのではなく、所与の容積率を実現するために密度および重量率を調整してもよい。実際のところ、所与の特性は、これに限定するものではないが、常温特性、オクタン価、化学的組成、化学的種類、粘性などの、任意の適当な物理特性および化学特性であってもよい。当然に、成分マッパ２２は、選択された所与特性に関して、所与の特性に対する所与の値を実現するために調整することができる対応の変動量を有する必要がある。こうした変動量は、化学特性または物理特性を表す比率値であってもよく、重量率、容積率、またはモル分率などであってもよい。
【００５１】
本発明において、成分マッパは、変動する密度または変動する特性を有するランプから、所与の密度またはその他の特性を有するサブランプを形成する。成分マッパを実現するために必要な詳細事項およびプログラム機器、モデル、およびその他の特性は、その詳細が一般に知られており、あるいは明白であり、かつ当業者にとっては容易に理解されるので、これらについて詳細に説明しない。当業者ならば、本発明の概念から逸脱することなく、上述の実施形態を変更することができる。したがって、本発明は、ここに開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ添付クレームで定義された本発明の精神および範疇を逸脱しない変形例を包含するものと理解される。
【符号の説明】
【００５２】
１０：精油システム、１２：反応装置、１４：主分留装置、１６：蒸留塔、１２ｍ：反応装置モデル、１４ｍ：主分留装置モデル、１６ｍ：蒸留塔モデル、１８ａ：コンピュータモデル、２０：コンピュータシステムまたはプロセッサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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