(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオレフィン製造品を製造する運転を終了した後、銘柄を変えて次のポリオレフィン製造品を製造する運転へと移行するポリオレフィン製造プラントにおいて、
複数のポリオレフィン製造品の銘柄をインデックスとして個々の製造品銘柄を製造する運転のために必要な原料供給に関する運転プロセスデータの規定値をシーケンシャルメモリに登録しておく銘柄データベースと、
先に製造する先製造品銘柄の前記運転プロセスデータの規定値と次に製造する次製造品銘柄の前記運転プロセスデータの規定値とを比較した比較値と、先の前記運転プロセスデータの規定値から次の前記運転プロセスデータの規定値へと製造する運転を最適に移行するための最適運転パターンと、を組み合わせて登録しておく最適運転パターンテーブルと、
前記銘柄データベースに登録された前記先製造品銘柄の運転プロセスデータの規定値と前記次製造品銘柄の運転プロセスデータの規定値とを比較する比較手段と、
前記比較手段により得られた比較値に該当する最適運転パターンを、前記最適運転パターンテーブルより選択して前記銘柄の変更による運転移行を実行する実行制御手段とからなる製造品銘柄変更システム。
【請求項２】
前記最適運転パターンテーブルには、各製造品銘柄の目標値と、各原料毎の経時的な供給量の変化が登録されていることを特徴とする請求項１記載の製造品銘柄変更システム。
【請求項３】
前記システムは、ポリオレフィンの分子量の高低または共重合成分組成により異なる銘柄の変更に用いられ、少なくとも水素濃度と重合触媒活性との関係から、重合反応器の水素濃度を複数のゾーンに分割し、分割された各ゾーン毎に得られた最適な運転パターンが前記最適運転パターンテーブルに登録されていることを特徴とする請求項２記載の製造品銘柄変更システム。
【請求項４】
前記システムは、ポリプロピレンの分子量の高低または共重合成分組成により異なる銘柄の変更に用いられることを特徴とする請求項３記載の製造品銘柄変更システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン製造プラントにおいて、製造品銘柄を変更する場合の自動運転に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の製造プラントでは、プロセスの制御として分散型制御システム（ＤＣＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）を用いることが一般的である。従来から、このＤＣＳのバスの上に、このＤＣＳと接続して更に高度な制御を実現するために、プロセスコンピュータを付加することが提案されている。
【０００３】
ところで、製品ニーズが多様化しているポリプロピレン等の製造工程では、分子量の高い高強度の樹脂銘柄から、分子量の低い高流動樹脂銘柄へ、あるいは他のオレフィンとの共重合体銘柄へというように、製造品銘柄の変更を頻繁に行わなければならない必要性に迫られている。
【０００４】
このような点について、本出願人は特開昭６２−２５００１０号公報において、ポリエチレンの物性に関与するパラメータをセンサおよびガスクロマトグラフィによって検知し、その検知信号をコンピュータにより演算制御して所定の物性をもつポリエチレンを製造する技術を開示している。しかし、この技術によっても製造銘柄変更時の運転に適用するのは困難だった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のポリオレフィン製造プラントにおいて、銘柄変更のパラメータは一義的ではない。たとえばＭＦＲ（Ｍｅｌｔ  Ｆｌａｗ  Ｒａｔｅ：溶融流れ指数）を重合反応器への水素供給量で制御することは一般的に知られている。製造品銘柄変更時において、分子量を下げるために反応器内の水素濃度を上げる際に、銘柄変更の所要時間を短くするために多量の水素を一度に供給すれば効率的であるが、水素濃度の上昇とともに重合触媒活性が上がるため、急激な水素濃度の上昇は異常重合（重合温度上昇や重合反応暴走）を引き起こし規格外製造品を増加させるばかりか危険でもある。
【０００６】
すなわち、水素供給量は反応器の温度制御等の他のパラメータと密接に関連しており、従来技術におけるＤＣＳのみの制御では、製造品銘柄切換時（変更時）に規格外製品が多量に発生してしまう可能性が高かった。そのために、製造品銘柄変更時において規格外製品の生成を抑制するためには、熟練したオペレータの勘に依存した制御をせざるを得なかった。
【０００７】
本発明は、従来熟練オペレータの勘に依存していたポリオレフィン製造プラントにおける製造品銘柄変更運転時の複数の変動要因、すなわち製造条件の変更にともなって変化するプロセスデータの中から共通的な要因（それを変化させると他の多くのプロセスデータも変化するような要因、例えば重合反応器の水素濃度、重合熱除去用熱交換器の伝熱係数など）を見い出し、それを制御パラメータとして使用して規格外製品の生成を抑制し、製造品銘柄の変更を効率的に行うことのできる技術を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は第１に、複数の製造品銘柄をインデックスとして登録しておく銘柄データベースと、現在運転されている製造品銘柄と次製造品銘柄とを比較する比較手段と、現在製造品銘柄と次製造品銘柄との組み合わせ毎に最適運転パターンを格納した最適運転パターンテーブルと、前記で選択された最適運転パターンを実行する実行制御手段とで製造品銘柄変更システムを構成した。
【０００９】
第２に、前記最適運転パターンテーブルに、各製造品銘柄の目標値と、各原料毎の経時的な供給量の変化を登録した。
第３に、前記システムについて、ポリオレフィンの分子量の高低または共重合成分組成により異なる銘柄の変更に用いらるものとし、少なくとも水素濃度と重合触媒活性との関係とから、重合反応器の水素濃度を複数のゾーンに分割し、分割された各ゾーン毎に得られた最適な運転パターンを前記最適運転パターンテーブルに登録するようにした。
【００１０】
【作用】
本発明において、たとえば従来からある分散制御システムのバス上にプロセスコンピュータを接続し、このプロセスコンピュータ上で比較手段を実現することができる。
【００１１】
比較手段では、現在製造している銘柄の現運転プロセスデータと次に製造する銘柄の運転プロセスデータ規定値とを比較するとともにその差を求める処理を行う。
【００１２】
また銘柄データベースと最適運転パターンテーブルとは前記プロセスコンピュータに含まれる磁気ディスク等の記憶装置上に設定される。
前記銘柄データベースには、個々の銘柄を製造するために必要な運転プロセスのデータの規定値（流量、温度、圧力など）と製品の目標値（ＭＦＲなど）がシーケンシャルメモリに格納されている。
【００１３】
また最適運転パターンテーブルに登録される最適運転パターンとは、現在製造している銘柄の終了後も運転を休止せずにそのまま次に製造する銘柄の運転に移行するためにプラントの運転プロセスデータを変更してから次に製造する銘柄の運転プロセスデータの規定値に達するまでの運転パターンであって、銘柄変更時に生成される規格外製品の量を減少させる点において、また安全かつ効率的に次の銘柄の製造運転に移行できるようにする点において最適と考えられるものである。その中身は運転プロセスデータの変更条件を数種類のパターンに区分したものである。
【００１４】
この最適運転パターンテーブルには、たとえば反応器内の水素濃度と重合触媒活性との関係から、水素濃度を複数のゾーンに分割し、分割された各ゾーン毎に得られた最適な運転パターンが登録されている。
【００１５】
ここで、ゾーンとは、たとえば反応器内の水素濃度について、現運転値と次銘柄の目標値との組み合わせにより分割された領域であり、少なくとも水素濃度と重合触媒活性との関係を考慮して決定されている。したがって、各ゾーン毎に異なる最適運転パターンが前記最適運転パターンテーブルに登録されることになる。
【００１６】
本発明では、このようなプロセスコンピュータを用いて分散型制御システム（ＤＣＳ）を制御し、分散型制御システムより原料供給のバルブ開閉を制御できるようになっている。
【００１７】
また前記の最適運転パターンテーブルに、各製造品銘柄の目標値と、各原料毎の経時的な供給量の変化を登録することにより、各銘柄毎に予めマニュアル運転によって得られた解析結果を基にした運転パターンを登録でき、オペレータの熟練度に依存しない制御が可能となる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の製造品銘柄変更システムのハードウエア構成を示すブロック図である。
【００１９】
同図において、バス１の上にはプロセスコンピュータ２と、オペレーターズステーション３とが接続されており、本システム全体の制御を管理するようになっている。
【００２０】
前記バス１には、前記オペレーターズステーション３により制御される多機能制御部４が接続されている。またこの多機能制御部４への制御データは、無停止制御部５に送られ、バス１上でのデータ転送が停止している場合にも多機能制御部４が処理を行えるようになっている。
【００２１】
多機能制御部４には配線接続部６を介してプラントの原料供給バルブ７を開閉制御するようになっている。
このようなハードウエア構成で実現される本発明の機能をブロック図で説明したものが図２である。
【００２２】
同図中、銘柄データベース８はプロセスコンピュータ２が有する磁気ディスク９の記憶部中に設定されており、約１００の製造品銘柄をインデックスとして登録している。この銘柄データベース８には、各銘柄毎にプラント運転プロセスデータの規定値（流量、温度、圧力など）とＭＦＲ等の当該製品の目標値がシーケンシャルに登録されている。
【００２３】
最適運転パターンテーブル１０もプロセスコンピュータ２の記憶部に設定されており、製造品銘柄毎の目標値と変更後の次銘柄の目標値との組み合わせに応じた原料の供給パターンの運転値が組となって登録されている。
【００２４】
比較手段として機能するプロセスコンピュータ２は、現在運転している運転プロセスデータと、次製造品銘柄の運転プロセスデータの規定値とを比較して、前記最適運転パターンテーブル１０より最適なパターン（組成値と原料供給パターンとの組み合わせパターン）を読み出してこれを基に多機能制御部４を制御するようになっている。
【００２５】
次に、本実施例で用いられる原料供給パターンについて、水素供給量のパターンを例に説明する。
図３は、重合反応器内の水素濃度（％）の変化に対する重合触媒活性（相対値）の変化の関係を示したグラフ図であるが、溶液重合、スラリー重合、バルグ重合、気相重合等においても傾向は同様である。同図において、例えば製造品銘柄変更時において分子量を下げるためには低分子量のポリマーが製造されるまで必要最小限の水素量を一度に供給すればよいが、同図からも明かなように水素濃度の上昇とともに重合触媒活性も上昇するため、急激な水素濃度上昇は異常重合を引き起こすことになる。そのため、現運転値における水素濃度と次銘柄における目標水素濃度とを比較して最適な供給パターンを選択しなければならない。
【００２６】
そこで、本実施例では、水素濃度と重合触媒活性との関係から、反応器内の水素濃度を複数のゾーンに分割し、分割された各ゾーン毎に得られた最適な運転パターンを前記最適運転パターンテーブルに登録している。
【００２７】
図４（ａ）〜（ｄ）はこのように分割された各ゾーンにおける前記最適運転パターンテーブル１０に登録される水素供給量の変化パターン（原料供給変化パターン）を示している。
【００２８】
同図中（ｂ）のパターンは、次の銘柄条件に合わせて水素供給量を増加させていくパターンで、現運転値と次銘柄目標値との間の水素濃度の差が０．５％未満の場合に適したパターンである。
【００２９】
同図中（ｃ）のパターンは、２段階で水素供給量を上げるパターンであり、現運転値の水素濃度が２％未満で現運転値と次銘柄目標値との間の水素濃度の差が２％以上ある場合に適したパターンである。
【００３０】
同図中（ａ）のパターンは、水素供給量を一時的にオーバーフィードさせる供給パターンであり、現運転値と次銘柄目標値との間の水素濃度の差が図５に示されるその他の範囲にある場合に最適なパターンである。
【００３１】
同図中（ｄ）のパターンは、水素供給量を下げる場合のパターンである。
図５は、現運転値と次銘柄目標値との組み合わせでいずれのパターンを選択するかを表形式で示したものであり、最右欄は水素の時間あたりの供給量を示している。
（実験例１）
重合反応器の銘柄変更運転において、現運転値が水素濃度２％未満の製造品銘柄に対して、次銘柄の目標値が４％以上の場合の運転変更を実行した。
【００３２】
プロセスコンピュータは、分散制御部を通じて現運転値を読み出す。これとともに次運転銘柄を銘柄データベース８より読み出して、両者の水素濃度の目標値の差を検出する。この結果、前述の図５に基づいて（ｃ）のパターン（図４）が選択される。
【００３３】
このパターン（ｃ）では、まず最初の段階で水素の供給量を２０Ｎｍ３／Ｈｒまで引き上げ、触媒の供給量を減じて、重合器内の重合量が下がり触媒濃度の低下が起こった後、さらに４０Ｎｍ３／Ｈｒまで上げる２段階の水素供給パターンが実行される。
【００３４】
なお、水素濃度が目標値に達すると、規定の値３．５Ｎｍ３／Ｈｒまで水素供給量を下げ、その後目標の水素濃度となるよう水素供給量を調整する。これによって製品ポリマーがその物性値の規格値に入るまで２時間１０分を要した。
（比較例１）
分散制御部のみでオペレータが手動にて前記実験例１と同様の制御を行った。
【００３５】
銘柄変更時にオペレータは他の多くの制御ループの設定値変更および監視を同時に行い総合的に判断しながら条件変更運転操作を行う。そのための設定変更は十分な安全性を考慮して行わなければならない。そのため設定値変更は安全を考慮して最小限にセットした。
【００３６】
この場合、異常重合防止のため、水素供給量を２０Ｎｍ３／Ｈｒにして２時間供給し、水素濃度の上昇をみながら４０Ｎｍ３／Ｈｒまで上げた。規定の水素濃度まで上昇したのを確認した後、水素供給量を規定値３．５Ｎｍ３／Ｈｒに下げた。
【００３７】
この操作によって銘柄変更に要した時間（製品が規格値に入るまでの時間）は３時間４５分であった。
以上の実験例１と比較例１の時間経過にともなう水素濃度（％）の変化を示したものが図６に示すグラフ図である。同図からも明らかなように本発明によれば次銘柄の規格に到達する時間を短縮できる。
（実験例２）
実験例１と同様なシステム構成で、分子量の低い銘柄から分子量の高い銘柄への銘柄変更を行った。
【００３８】
ここで、水素濃度を下げるには、水素の供給量を一時的に休止すると共に脱水素を行うのが効果的である。ここで、脱水素とは、重合反応器内の気相を抜き出して反応するモノマーガスとともに水素を抜き出す操作を意味する。この方法の場合、水素濃度を下げるまでの時間を大幅に短縮することができる。但し、この方法は反応系内の圧力低下を招き反応への影響もあるので、大量に抜き出すことは出来ない。したがってあくまでも補助的手段である。
【００３９】
本実施例において、プロセス制御部は、（ｄ）のパターンを選択し、水素の供給を一時的に休止するとともに脱水素を行い、規定の水素濃度となったところで規定値の水素供給量４．５Ｎｍ３／Ｈｒに戻した。この銘柄変更に要した時間は３時間であった。
（比較例２）
実験例２と同様に、オペレータが手動にて前記実験例２と同様の制御を行った。
【００４０】
ここでも、銘柄変更時にオペレータは他の多くの制御ループの設定値変更および監視を行わなければならないため、水素供給量を一時的に休止する操作のみ実施して規定の水素濃度となったところで規定値の水素供給量４．５Ｎｍ３／Ｈｒに戻した。
【００４１】
この銘柄変更に要した時間は５．５時間であった。
以上の実験例２と比較例２の時間経過にともなう水素濃度（％）の変化を示したものが図７に示すグラフ図である。同図からも明らかなように本発明によれば次銘柄の規格に到達する時間を短縮できる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、製造品銘柄の変更を効率的かつ短時間で実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハードウエア構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の機能を示すブロック図である。
【図３】実施例の説明のための水素濃度と重合触媒活性との関係を示すグラフ図である。
【図４】本発明の水素供給運転パターンの一例を示す図である。
【図５】比較手段によるパターン選択を表形式で示した図である。
【図６】実験例１と比較例１との時間と水素濃度との関係を示すグラフ図である。
【図７】実験例２と比較例２との時間と水素濃度との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１・・バス
２・・プロセスコンピュータ
３・・オペレーターズステーション
４・・多機能制御部
５・・無停止制御部
６・・配線接続部
７・・原料供給バルブ
８・・銘柄データベース
９・・磁気ディスク
１０・・最適運転パターンテーブル
【図１】
0003552771.tif 000002
【図２】
0003552771.tif 000003
【図３】
0003552771.tif 000004
【図４】
0003552771.tif 000005
【図５】
0003552771.tif 000006
【図６】
0003552771.tif 000007
【図７】
0003552771.tif 000008