(57)【要約】  アンモ酸化反応器の制御の方法が提供される。より詳細には、該方法は、反応器温度の偏差を最小にするために、反応器へ添加される酸素の量、蒸気温度および線速度を制御することを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモ酸化の方法であって、
アンモニア、酸素含有ガス；プロパン、プロピレン、イソブテン、イソブチレンおよびこれらの混合物からなる群から選択される炭化水素を含む反応物流の流れを、アンモ酸化反応器中へ導入する工程と、
蒸気をアンモ酸化反応器中に配設されたコイルへ供給して、約３５０℃〜約４８０℃の反応器作動温度を付与する工程と
を含み、
反応器へ添加される酸素の量、および蒸気温度が、反応器空塔線速度を維持するように制御される、前記方法。
【請求項２】
反応器空塔線速度が、約０．５ｍ／秒から約１．５ｍ／秒の間に維持される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
反応器空塔線速度が、約０．７ｍ／秒から約１．０ｍ／秒の間に維持される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
反応器空塔線速度が、約０．７５ｍ／秒から約０．８０ｍ／秒の間に維持される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
反応器温度の偏差が、コイルの熱伝導面積が変化する間、約１０℃以下に維持される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
蒸気が、過熱蒸気であり、コイルが、過熱コイルである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
過熱蒸気が、約３５５℃〜約４００℃の温度で供給される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
反応器頂圧が、約３．８ｐｓｉｇ〜約５．０ｐｓｉｇに維持される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
反応器断面積当たりの利用可能な過熱コイルの総面積（ｆｔ2／ｆｔ2）が、約１〜約７である、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
生成されたアクリロニトリル１メートルトン当たりの過熱コイルによって除去される熱（Ｋｃａｌ）当たりの過熱コイル面積（ｆｔ2）が、約２７５，０００〜約４７５，０００である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
反応物流が、プロピレンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
プロピレンの、アンモ酸化反応器への流量が、酸素とプロピレンとの比、約２〜約２．１、およびアンモニアとプロピレンとの比、約１〜約１．５を付与するのに効果的である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
反応器流出物を吸収器へ運ぶ工程をさらに含み、吸収器が、約３５ｐｓｉｇ〜約４０ｐｓｉｇの圧力を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
アンモ酸化の方法であって、
アンモニア、酸素含有ガス；プロパン、プロピレン、イソブテン、イソブチレンおよびこれらの混合物からなる群から選択される炭化水素を含む反応物流の流れを、アンモ酸化反応器中へ導入する工程と、
蒸気をアンモ酸化反応器中に配設されたコイルへ供給して、約３５０℃〜約４８０℃の反応器作動温度を付与する工程と
を含み、
反応器へ添加される酸素の量、および蒸気温度が制御され、反応器空塔線速度が、目標反応器空塔線速度の約９５％以内および目標反応器温度の約９５％以内に維持される、前記方法。
【請求項１５】
反応器空塔線速度が、目標反応器空塔線速度の約９８％以内に維持される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
反応器温度の偏差が、コイルの熱伝導面積が変化する間、目標反応器温度の約９８％以内に維持される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
蒸気が、過熱蒸気であり、コイルが、過熱コイルである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
過熱蒸気が、約３５５℃〜約４００℃の温度で供給される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
反応器圧力が、約３．８ｐｓｉｇ〜約５．０ｐｓｉｇに維持される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
反応器断面積当たりの利用可能な過熱コイルの総面積（ｆｔ2／ｆｔ2）が、約１〜約７である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
生成されたアクリロニトリル１メートルトン当たりの過熱コイルによって除去される熱（Ｋｃａｌ）当たりの過熱コイル面積（ｆｔ2）が、約２７５，０００〜約４７５，０００である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
反応物流が、プロピレンを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
プロピレンの、アンモ酸化反応器への流量が、酸素とプロピレンとの比、約２〜約２．１、およびアンモニアとプロピレンとの比、約１〜約１．５を付与するのに効果的である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
反応器流出物を吸収器へ運ぶ工程をさらに含み、吸収器が、約３５ｐｓｉｇ〜約４０ｐｓｉｇの圧力を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
アンモ酸化の方法であって、
アンモニア；プロパン、プロピレン、イソブテン、イソブチレンおよびこれらの混合物からなる群から選択される炭化水素、ならびに酸素含有ガスを含む反応物流の流れを、アンモ酸化反応器中へ導入する工程と、
過熱蒸気をアンモ酸化反応器中に配設された過熱コイルへ供給する工程と
を含み、
１組の操作変数が、反応器酸素流量、過熱蒸気温度、吸収器圧力、および吸収器への貧水の量を含み、１組の制御変数が、反応器線速度および反応器温度を含み、
少なくとも１組の制御変数を制御することが、反応器へ添加される酸素の量および過熱蒸気温度を制御することを含む、前記方法。
【請求項２６】
少なくとも１組の制御変数を制御しながら少なくとも１組のパラメータを最適化するために、反応器空塔線速度および反応器作動温度をモデル予測制御に基づいて制御して、操作変数のための同時制御行動を決定することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
約０．５ｍ／秒〜約１．５ｍ／秒の反応器線速度を付与する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
約０．７ｍ／秒〜約１．０ｍ／秒の反応器線速度を付与する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
約０．７５ｍ／秒〜約０．８０ｍ／秒の反応器線速度を付与する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
反応器圧力が、約３．８ｐｓｉｇ〜約５．０ｐｓｉｇに維持される、請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
過熱コイルの熱伝導面積が変化する間、約１０℃以下の温度の偏差を付与する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
反応器温度の偏差が、コイルの熱伝導面積が変化する間、約５℃以下に維持される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
過熱蒸気が、約３５５℃〜約４００℃の温度を有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
プロピレンの、アンモ酸化反応器への流量が、酸素とプロピレンとの比、約２．０〜約２．１、およびアンモニアとプロピレンとの比、約１〜約１．５を付与するのに効果的である、請求項２５に記載の方法。
【請求項３５】
反応器流出物を吸収器へ運ぶ工程をさらに含み、吸収器が、約３５ｐｓｉｇ〜約４０ｐｓｉｇの圧力を有する、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
アンモ酸化反応器の制御の方法が提供される。より詳細には、該方法は、反応器温度の偏差を最小にするために、反応器に添加される酸素の量、蒸気温度および線速度を制御することを含む。
【背景技術】
【０００２】
アクリロニトリルは、空気とアンモニアとプロピレンとが、流動化床反応器中、触媒の存在下で反応するアンモ酸化方法によって製造される。これは、発熱性の反応であり、発生する熱は、熱を除去して蒸気または過熱蒸気を発生させる１組の冷却コイルを通って水または蒸気を循環させることによって、除去される。反応器温度および反応器線速度は、所望のアクリロニトリル収率を得るために制御される必要があるキー変数である。反応器温度は、反応器へ添加されるプロピレンの量、反応器圧力、過熱蒸気温度、および使用されている冷却コイルの数に影響される。線速度は、添加されるプロピレン、アンモニアおよび空気の量、ならびに反応器圧力に影響される。冷却コイル取り換えは、アクリロニトリル反応器においてきわめて一般的である。コイル取り換えは、典型的には、速度変更時、またはコイル交換プロセス（いくらかの間、運転していたコイルを取り出して、それらを、熱伝達能力がより良好な未使用のコイルと置き換えるプロセス）の間、プロセス作業板操作者によって行われる。
アクリロニトリル反応器を、最良のアクリロニトリル収率を得るために、可能な最大の線速度で、および固定された反応器温度で動かすことが望ましい。この目的を達成するに当たっての主な困難は、所与の反応器のための冷却コイルが、それらが有するパスの数に基づいて冷却能力が異なるという事実から来る。そのため、温度応答は、反応器中、運転に加えられるまたは運転から除かれるコイルのタイプに応じて様々である。伝統的な制御スキームでは、線速度と反応器温度とを独立に制御しようとする試みがなされ、通常、特に反応器内部のコイル取り換えの間、反応的に制御行動が取られる。このことは制御器の応答時間を変わることなく増加させ、コイル取り換えの後に温度が落ち着くのに長い時間がかかる。そのため、制御スキームでは、コイル取り換えの間、キー変数の間の相互作用を考慮に入れて、先取りした制御行動を取らなければならない。
【発明の概要】
【０００３】
アンモ酸化方法は、最大の反応器線速度、および反応器温度における最小の偏差を供与する。増加した線速度、および反応器温度における最小の偏差は、改善された反応器効率をもたらす。
アンモ酸化方法は、反応物流の流れをアンモ酸化反応器中へ導入することを含む。反応物流は、アンモニア、酸素含有ガス；プロパン、プロピレン、イソブテン、イソブチレンおよびこれらの混合物からなる群から選択される炭化水素を含む。該方法は、蒸気をアンモ酸化反応器中に配設されたコイルへ供給して、約３５０℃〜約４８０℃の反応器作動温度を付与することを含む。該方法は、さらに、反応器へ添加される酸素の量、および蒸気温度を、反応器空塔線速度を維持するように制御することを含む。
別の態様では、アンモ酸化方法は、反応物流の流れをアンモ酸化反応器中へ導入することを含む。反応物流は、アンモニア、酸素含有ガス；プロパン、プロピレン、イソブテン、イソブチレンおよびこれらの混合物からなる群から選択される炭化水素を含む。該方法は、蒸気をアンモ酸化反応器中に配設されたコイルへ供給して、約３５０℃〜約４８０℃の反応器作動温度を付与することを含む。該方法は、さらに、反応器へ添加される酸素の量、ならびに蒸気温度を、反応器空塔線速度を目標反応器空塔線速度の約９５％以内および目標反応器温度の約９５％以内に維持するように制御することを含む。
反応物流の流れをアンモ酸化反応器中へ導入するアンモ酸化方法。反応物流は、アンモニア、プロピレンおよび酸素含有ガスを含む。該方法は、過熱蒸気をアンモ酸化反応器中に配設された過熱コイルへ供給することを含む。一態様では、１組の操作変数は、反応器酸素の流量、過熱蒸気温度、吸収器圧力、および吸収器への貧水（lean water）の量を含み、１組の制御変数は、反応器線速度および反応器温度を含む。少なくとも１組の制御変数を制御することは、反応器へ添加される酸素の量、および過熱蒸気温度を制御することを含む。
該方法のいくつかの態様の、上記のおよび他の、態様、特徴および利点は、以下の図から、より明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】アンモ酸化方法の装置を例示する。
【図２】アンモ酸化方法を例示する。  対応する参照符号は、図面の図全体にわたって、対応する成分を示す。当業者であれば、図面中の要素が、単純かつ明快にするために例示されており、必ずしも尺度通りに描かれていないことを認めることになる。例えば、図面中の要素のうちのいくつかの寸法は、様々な態様の理解を改善させるのを助けるために、他の要素に対して誇張されていることがある。さらに、商業的に実行できる態様において有用である、または必要である、一般的ではあるがよく理解もされている要素は、これらの様々な態様の、より妨げられていない図を容易にするために、描写されていないことが多い。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
以下の説明は、限定的な意味で受け取られず、例示される実施形態の一般原則を記載する目的のためにのみ、なされる。本発明の範囲は、特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。
アンモ酸化反応器
図１は、使用される典型的なアンモ酸化（アクリロニトリル）反応器を例示している。示されるように、反応器１０は、反応器シェル１２、空気グリッド１４、供給物スパージャ１６、飽和冷却コイル１７を含む一般に１８で示される冷却系および過熱冷却コイル１９、ならびにサイクロン２０を備える。飽和冷却コイル１７および過熱冷却コイル１９が反応器１０の一側面に位置しており、サイクロン２０が他の側面に位置していると図１が示してはいるが、実際の実践では、これらの構造は反応器全体にわたって一様に位置していることが理解されよう。通常の作動の間、該方法は、アンモニア、酸素含有ガス、ならびにプロパン、プロピレン、イソブテン、イソブチレンおよびこれらの混合物からなる群から選択される炭化水素を含む反応物流の流れを導入することを含む。一態様では、加工空気が、空気入口２２を通って反応器１０中へ装入され、一方、プロピレンサプライライン１３から得られるプロピレンと、アンモニアサプライライン１５から得られるアンモニアとの混合物が、供給物スパージャ１６を通って反応器１０中へ装入される。双方の流量ともに、反応器内部におけるアンモ酸化触媒の床４４を流動化させるのに十分多く、ここで、プロピレンおよびアンモニアの、アクリロニトリルへの触媒アンモ酸化が起きる。プロピレンの、アンモ酸化反応器への流量は、酸素とプロピレンとの比、約２〜約２．１、およびアンモニアとプロピレンとの比、約１〜約１．５を付与するのに効果的である。アンモニアは、ＮＨ3／Ｃ3制御器によって制御される。
【０００６】
反応によって生成された生成物ガスは、反応器流出物出口２６を通って反応器１０から出る。そのようにする前に、それらは、任意のアンモ酸化触媒を除去するサイクロン２０を通り、それらのガスは、ディップレッグ２５を通って触媒床４４へ戻るようエントレインメントされてもよい。アンモ酸化は、きわめて発熱性であり、そのため、冷却系１８が、過剰な熱を引き出してそれにより反応温度を適当なレベルに保つために使用される。
図１にさらに例示されているように、飽和冷却コイル１７および過熱冷却コイル１９に加えて、冷却系１８はまた、蒸気ドラム２４、再循環ポンプ２６、シャットオフバルブ２８および蒸気制御バルブ３０も備える。蒸気ドラム２４の下部は、約４．２ｍＰａＧ等の昇圧、および約２２５℃等の昇温に維持されている飽和液状冷却水で満たされる。蒸気ドラム２４の上部は、この液状冷却水と平衡の飽和蒸気で満たされる。当技術分野で周知であるように、水は、これらの昇温で液体として存在し、その理由は、それもまた１気圧超の下にあるからである。
【０００７】
冷却系１８が反応器１０の内部から熱を除去する主要な方法は、冷却コイル１７を通っての、蒸気ドラム２４の下部からの液状冷却水の再循環によるものである。この目的では、蒸気ドラム２４の底からシャットオフバルブ２８を通って、次いで冷却コイル１７を通って液状冷却水を圧送するように、再循環ポンプ２６が配置される。冷却コイル１７中で、いくらかの液体は蒸気へと蒸発し、生成された冷却水および蒸気は蒸気ドラム２４へと戻る。冷却コイル１７へ供給された飽和冷却水が１００％液状水から構成されているため、冷却コイル１７は、典型的に「飽和」冷却コイルと称される。
実際の実践では、飽和冷却コイル１７を通る冷却水の流量は、この冷却水の所定の割合、例えば典型的には約１５％が蒸気へと転換されるように選択される。したがって、図１に示されるように、飽和冷却コイル１７中で生成された加熱冷却水は、蒸気ドラム２４の上部へ戻り、そのため、この冷却水流の蒸発性留分は蒸気ドラムの上部に残ることができ、一方、この冷却水流の液状部分は、蒸気ドラムの下部に落ちて、既にそこにある液状冷却水と混合することができる。蒸気ドラム２４は、メイクアップ水導管５４を備えてもよい。
【０００８】
多くの設計では、シャットオフバルブ２８は、流体流量の微細な制御が可能な制御バルブに対向する単純なオンオフバルブである。その理由は、他の手段が、典型的には、アクリロニトリル反応器内部の反応温度の微細な制御のために使用されており、そのため、より複雑で高価な制御バルブが不必要であるからである。さらに、多すぎる液状水を、冷却コイル内部で蒸気に転換することは望まれず、その理由は、このことが、冷却コイルパイプの内部の浸食またはスケーリング等の負の結果をもたらすおそれがあるからである。
個々の各コイルにおける個々の各シャットオフバルブ２８は、冷却水が特定の飽和冷却コイル１７を通って流れてもそうでなくても、唯一のバルブ制御である。つまり、飽和冷却コイル１７は、追加のバルブ、または飽和冷却コイル１７を通る冷却水の流れを制御するための他の流量制御デバイスを一切なしに構成される。その理由は、このような追加のバルブが、本明細書で記載の方法における、所望の作動および冷却コイルの制御を達成するのに不必要であるためである。加えて、出口においてバルブを取り除くことはまた、こうした出口バルブが使用されていたら逆に必要であったはずの安全バルブへの必要性も取り除く。そのため、運転中の冷却コイル（それらのバルブが開いている飽和冷却コイル１７について）の全てを通る総流量は、ポンプ２６からの吐出流量によって設定される。
【０００９】
飽和冷却コイル１７に加え、冷却系１８はまた、熱をアクリロニトリル反応器１０の内部から除去するための過熱冷却コイル１９も使用する。過熱冷却コイル１９は、飽和冷却コイル１７とは異なり、それは、過熱冷却コイル１９が、これらの冷却コイルへの供給物が飽和蒸気ではなく過熱蒸気であるように蒸気入口ヘッダ３２の手段によって蒸気ドラム２４の上部に接続されていることにおいて異なる。過熱冷却コイル１９に入る蒸気は、蒸気ドラム圧力に対応する飽和温度にある。蒸気ドラム圧力は、蒸気が過熱冷却コイル１９を通って流れてそのため過熱されることになるにつれ高まる。したがって、冷却コイル１９は、典型的に「過熱冷却コイル」と称される。この態様では、該方法は、約３５０℃〜約４８０℃、別の態様では約３５５℃〜約４００℃、別の態様では約３６０℃〜約３９０℃、別の態様では約３７０℃〜約３８０℃の温度で、過熱蒸気を供給することを含む。
過熱冷却コイル１９の重要な機能は、アクリロニトリルプラントの他の部分で使用される蒸気タービンを駆動させるための過熱蒸気を供給するために、コイル１９中で生成された蒸気の温度を上げることであり、湿った蒸気中の液滴がタービン内部を損傷させうるためである。この目的のために、過熱冷却コイル１９を通って出た過熱蒸気は、典型的には、蒸気出口ヘッダ３４を通って、これらの蒸気タービンへ直接移送するための蒸気サプライ導管３５へ吐出される。
多くのアクリロニトリルプラントにおける一般の実践は、蒸気サプライ導管３５中へ通る蒸気の温度が、蒸気ドラム２４から直接この導管へサプライされる蒸気の量を調整することによって制御されうるように、蒸気入口ヘッダ３２および蒸気出口ヘッダ３４をバイパスライン３３と接続させることを含む。蒸気ドラム２４中の蒸気の温度が過熱冷却コイル１９を通って出る過熱蒸気の温度よりも必然的に低いので、バイパスライン３３を通る蒸気の流量を増やすことは、蒸気サプライ導管３５に到達している蒸気の温度を必然的に下げる。蒸気制御バルブ３０をバイパス経路３３中に含めることも、ほとんどの商業アクリロニトリルプラントにおいて常法であり、その作動は、蒸気サプライ導管３５中の蒸気の測定温度Ｔ1に応答して制御器３９によって制御される。次いで、制御バルブ３０は、約３４０から３８５℃の間のいずれかの常温にて、蒸気サプライ導管３５中の蒸気の測定温度Ｔ1を維持するように作動される。
【００１０】
アクリロニトリル反応器のピーク条件での作動を保つために、新しいモリブデンベースアンモ酸化触媒が使用される場合、その作動温度を、約２００〜約４８０℃、別の態様では約２１５〜約４４０℃、別の態様では約２１５〜約２３０℃の範囲の目標温度内に維持することが望ましい。この態様では、作動温度がある温度の範囲内で上下して揺れることを許容せずに、反応器温度を単一の制御点の温度にできるだけ近く維持することがさらに望ましい。反応器温度の制御は、運転中の冷却コイルの数を足すまたは引くことによって実施されうるものの、このアプローチは、精密な温度制御を付与しない。それどころか、冷却コイルを加えるまたは引くのみでは、精密な反応器作動温度を必ずしも実現させない。
【００１１】
したがって、アクリロニトリル反応器１０の精密な温度制御は、反応器の内側で起きるアンモ酸化反応の測定温度ＴRに応答してアクリロニトリル反応器へサプライされるプロピレンの流量を増減することによって通常行われる。この目的では、図１に例示されるように、測定アンモ酸化反応温度ＴRに応答してアクリロニトリル反応器１０中へのプロピレンの流量を制御するために、プロピレンサプライライン１３中のプロピレン制御バルブ３７および制御器４１が設けられる。そのため、冷却コイルの一定数が運転に投入されて所望の温度範囲内に反応器温度を制御し、プロピレン供給速度を上下させ調整して、より精密な温度調整を実現させる。
一態様では、該方法は、コイルの熱伝導面積が変化する間、改良された温度制御、および反応器温度の減少した偏差を付与する。この態様では、反応器温度の偏差は、コイルの熱伝導面積が変化する間、約１０℃以下に維持され、別の態様では約６℃以下、別の態様では約５℃以下、別の態様では約３℃以下に維持される。
【００１２】
全ての反応器は、本明細書に記載の範囲内で、異なる目標温度を有してもよい。一態様では、反応器に添加される酸素の量、および蒸気温度は、反応器温度を目標反応器温度の約９５％以内、別の態様では目標反応器温度の約９８％以内に維持するように制御される。
別の態様では、反応器断面積当たりの利用可能な過熱コイル総面積（ｆｔ2／ｆｔ2）は、約１〜約７、別の態様では約２〜約６、別の態様では約３〜約５である。生成されたアクリロニトリル１メートルトン当たりの過熱コイルによって除去される熱（Ｋｃａｌ）当たりの過熱コイル面積（ｆｔ2）は、約２７５，０００〜約４７５，０００、別の態様では約３００，０００〜約４００，０００、別の態様では３２５，０００〜約３７５，０００である。
別の態様では、反応器断面積当たりの利用可能な飽和コイル総面積（ｆｔ2／ｆｔ2）は、約８〜約１８、別の態様では約８〜約１５、別の態様では約１０〜約１３である。生成されたアクリロニトリル１メートルトン当たりの飽和コイルによって除去される熱（Ｋｃａｌ）当たりの飽和コイル面積（ｆｔ2）は、約２，３７５，０００〜約２，９００，０００、別の態様では約２，４００，０００〜約２，８００，０００、別の態様では約２，５００，０００〜約２，７００，０００である。
【００１３】
一態様では、該方法は、反応器中で、炭化水素を作動させるまたは反応させることを含み、流出物流は、約０．５〜約１．５ｍ／秒、別の態様では約０．７〜約１．０ｍ／秒、別の態様では約０．７５〜約０．８ｍ／秒、別の態様では約０．７５〜約０．７７ｍ／秒の（冷却コイルおよびディップレッグ面積を除く、流出物体積流量および反応器断面積（「ＣＳＡ」）、すなわち開いたＣＳＡの約９０％に基づく）線速度を有する。この速度を使用して反応器系を設計し作動させることが可能であり、一方でまた、速度がおよそこの範囲から反応器能力の向上が可能な範囲まで維持されうるように、良好な流動性／触媒性能およびサイクロンからの合理的な触媒のエントレインメント／触媒損失を達成することが見出された。一実施形態では、反応器は、約０．２５〜約０．５ｋｇ／ｃｍ2、別の態様では約０．２〜約０．４５ｋｇ／ｃｍ2の頂圧を維持するように作動されてもよい。別の態様では、反応器に添加される酸素の量、および蒸気温度は、反応器空塔線速度を、目標反応器空塔線速度の約９５％以内に、別の態様では目標反応器空塔線速度の約９８％以内に維持するように制御される。
【００１４】
一態様では、サイクロン入口速度（メートル／秒）と反応器流出物速度（メートル／秒）との比は、２０以上、別の態様では約２０〜約３０、別の態様では約２２〜約２５、別の態様では約２３〜約２６、別の態様では約２７〜約２９である。
別の態様では、該方法は、反応器頂圧を、約３．８ｐｓｉｇ〜約５．０ｐｓｉｇ、別の態様では４．０ｐｓｉｇ〜約５．０ｐｓｉｇ、別の態様では約４．０ｐｓｉｇ〜約４．５ｐｓｉｇに制御することを含む。
図２は、アクリロニトリルの製造に適用される、本開示の態様に従った一実施形態の概略流れ図である。図を参照すると、装置１００は、反応器１０、クエンチ容器２０、流出物圧縮機３０および吸収器４０を備える。流れ１中のアンモニア、および流れ２中の炭化水素（ＨＣ）供給物は、合わせた流れ３として反応器１０へ供給されてもよい。ＨＣ供給物流２は、プロパン、プロピレンおよびイソブチレンならびにこれらの組み合わせからなる群から選択される炭化水素を含んでもよい。触媒（図２に示されず）が、反応器１０中に存在してもよい。酸素含有ガスが、反応器１０へ供給されてもよい。例えば、空気が、空気圧縮機（図２に示されず）によって圧縮されて反応器１０へ供給されてもよい。
【００１５】
アクリロニトリルは、反応器１０中で、反応器１０中の触媒の存在下、炭化水素とアンモニアと酸素との反応から生成される。反応器１０は、反応器または第１の圧力Ｐ１にて動かされてもよく、第１の圧力は、入口１７での圧力、例えばサイクロン２２の第１段階入口での圧力として特徴づけられてもよい。本開示によれば、サイクロン２２は、アクリロニトリルを含む流れをプレナム（図１に示されず）へ運ぶように構成されうる多段階サイクロン系の第１のサイクロンであってもよい。アクリロニトリルを含む流れは、プレナムから出て、反応器１０の頂部から反応器流出物流４として出てもよい。一態様では、サイクロン２２は、入口１７へ入るアクリロニトリルを含む流れ中に巻き込まれうる触媒を分離して、分離触媒を、触媒戻しディップレッグ（図１に示されず）を通って反応器１０中の触媒床へ戻されるように構成されてもよい。反応器１０中で生成されたアクリロニトリルを含む反応器流出物流４は、ライン１１を通ってクエンチ容器２０へ運ばれてもよい。この態様では、第１の圧力は、約１４０ｋＰａ以下、別の態様では約１３５ｋＰａ以下、別の態様では約１３０ｋＰａ以下、別の態様では約１２５ｋＰａ以下、別の態様では約１０１ｋＰａ〜約１４０ｋＰａ、別の態様では約１１０ｋＰａ〜約１４００ｋＰａ、別の態様では約１２５ｋＰａ〜約１４５ｋＰａ、別の態様では約１２０ｋＰａ〜約１４０ｋＰａ、別の態様では約１３０ｋＰａ〜約１４０ｋＰａ、別の態様では約１２５ｋＰａ〜約１４０ｋＰａ、別の態様では約１２５ｋＰａ〜約１３５ｋＰａ、別の態様では約１２０ｋＰａ〜約１３７ｋＰａ、別の態様では約１１５ｋＰａ〜約１２５ｋＰａである。
クエンチ容器２０中、反応器流出物流４は、ライン１２を経てクエンチ容器２０へ入るクエンチ水性流５と接触させることによって冷却されてもよい。クエンチ水性流５は、水に加えて酸を含んでもよい。次いで、アクリロニトリルを含む冷却反応器流出物（アセトニトリル、シアン化水素および不純物等の共生成物を含む）が、クエンチ流６として、ライン１３を経て流出物圧縮機３０へ運ばれてもよい。
【００１６】
クエンチ流６は、流出物圧縮機３０によって圧縮されて圧縮機流出物流７として流出物圧縮機３０から出てもよい。圧縮機流出物流７は、第２のまたは圧縮圧力Ｐ２を有してもよい。圧縮機流出物流７は、ライン１４を経て吸収器４０の下部へ運ばれてもよい。吸収器４０中、アクリロニトリルは、ライン１５を経て吸収器４０の上部へ入る第２のまたは吸収器水性流８中に吸収されてもよい。次いで、アクリロニトリルおよび他の共生成物を含む水性流または豊水（rich water）流１８は、さらなる生成物の精製のためのライン１９回収カラム（図２に示されず）を経て、吸収器４０から移送されてもよい。
非吸収流出物９は、パイプ１６を通って吸収器カラム４０の頂部から出る。非吸収流出物９は、吸収器オフガス焼却装置（ＡＯＧＩ）または吸収器オフガス酸化装置（ＡＯＧＯ）中で燃焼されうるオフガスを含んでもよい。
【００１７】
一態様では、流出物圧縮機３０は、ライン１３を通ってクエンチ流６を引くことによって機能する。流出物圧縮機３０は、それが、反応器圧力（第１の圧力）よりも高い圧力（第２の圧力）を有する圧縮流出物圧縮機流７として流出物圧縮機３０から出るように、クエンチ流６を圧縮してもよい。一態様では、圧縮流出物圧縮機流７のライン１４中の圧力は、反応器１０の作動圧力よりも約２〜約１１．５倍高く、別の態様では約２〜約１２．５倍、別の態様では約２．５〜約１０倍、別の態様では約２．５〜約８倍、別の態様では約２．５〜約５倍、別の態様では約２．５〜約４倍、別の態様では約２．５〜約３．２倍、別の態様では約２〜約３．５倍、別の態様では約２〜約３倍、別の態様では約３〜約１１．２５倍、別の態様では約５〜約１１．２５倍、別の態様では約７〜約１１．２５倍（すべて絶対比較に基づく）高い。一態様では、第２の圧力（絶対）は、約３００〜約５００ｋＰａ、別の態様では約３４０ｋＰａ〜約４１５ｋＰａ、別の態様では約３５０ｋＰａ〜約４００ｋＰａ、別の態様では約２５０〜約５００ｋＰａ、別の態様では約２００ｋＰａ〜約４００ｋＰａ、別の態様では約２５０ｋＰａ〜約３５０ｋＰａ、別の態様では約３００ｋＰａ〜約４５０ｋＰａ、別の態様では約３６０ｋＰａ〜約３８０ｋＰａである。
【００１８】
一態様では、第２の圧力は、吸収器が、約１５〜約２０ｋｇ／ｋｇアクリロニトリル最終生成物の、水性流８の流量で作動されうるようなものであり、このアクリロニトリル最終生成物は、水性流８が非冷却または非冷蔵の場合に、および／または４〜約４５℃の場合に生成されるものであり、吸収器豊水流は、約５質量％以上の有機物、別の態様では約６質量％以上の有機物、別の態様では約７質量％以上の有機物を含有する。別の態様では、水性流８の流量は、約１５〜約１９ｋｇ／ｋｇアクリロニトリル、別の態様では約１５〜約１８ｋｇ／ｋｇアクリロニトリル、別の態様では約１６〜約１８ｋｇ／ｋｇアクリロニトリルであってもよい。別の態様では、非冷却または非冷蔵水性流は、約２０〜約４５℃、別の態様では約２５〜約４０℃、別の態様では約２５〜約３５℃、別の態様では約２５〜約３０℃である。
冷却系（図２に示されず）は、圧縮機３０に、または圧縮機３０の下流に位置されてもよく、冷却系は、吸収器４０へ入る前に、圧縮流出物圧縮機流７を、所定の温度、例えば約１０５°Ｆ（約４０．５℃）へ冷却するように構成される。
一態様では、吸収器４０は、４０〜６０枚のトレイを備えてもよい。一態様では、吸収器４０は、５０枚のトレイを備えてもよい。圧縮流出物圧縮機流７は、吸収器の底部トレイの下で、吸収器４０へ入ってもよい。一態様では、吸収器４０は、第２の水性流８中の冷蔵水の様々な流量（冷蔵水０量を含む）で作動されてもよい。
一態様では、吸収器４０は、従来の方法における吸収器中の圧力よりも高い圧力で作動されてもよい。この高い圧力で吸収器４０を作動させることによって、吸収器は、従来の方法における吸収器よりも効率的に作動されうる。本開示の方法において達成された、吸収器の、より高い効率に起因して、豊水流１８中のアクリロニトリルの同じ回収が、従来の方法におけるように達成されうるが、吸収器中のアクリロニトリルを吸収するのに必要とされる水は少ない。この態様では、豊水は、約５質量％以上の有機物、別の態様では約６質量％以上の有機物、別の態様では約７質量％以上の有機物を有する水を指す。一態様では、吸収器中のアクリロニトリルを吸収するのに使用される水は、プロセス用水または都市用水（例えば約４〜４５℃の温度を有する）であってもよい。この態様では、プロセス用水または都市用水は、約９５質量％超の水、別の態様では約９７質量％超の水、別の態様では約９９質量％超の水、別の態様では約９９．９質量％超の水である。一態様では、第２の水性流８の温度は、約４〜約４５℃、別の態様では約１０〜約４３℃、別の態様では約２７〜約３２℃の範囲内であってもよい。
【００１９】
高度プロセス制御
高度プロセス制御（ＡＰＣ）としても知られるモデル予測制御（ＭＰＣ）は、プロセスの挙動を未来へと予測するプロセスモデルを使用し、次いで、所望の目標からのプロセスの偏差に対抗する最適化された制御行動を実行する。プロセスを制御するのに伴い、ＭＰＣはまた、キーとなるプロセス変数を動かすことによって、プロセスを、最も「経済的な」条件に向けて駆動するよう試みる。本プロセスの一態様は、反応器温度および線速度を制御するＭＰＣを含む。該プロセスは、コイル取り換えの間、最小の偏差を有する、反応器、および反応器常温のために可能な最大の線速度を達成するＭＰＣを使用することを含む。
本明細書で使用されるとき、用語「操作変数」は、高度プロセス制御器によって調整された変数を指す。用語「制御変数」は、所定の値（設定された点）での、または所定の範囲（設定された範囲）内の、高度プロセス制御器によって保たれた変数を指す。「変数を最適化する」は、変数を最大化するまたは最小化すること、および変数を所定の値に維持することを指す。
【００２０】
モデル予測制御の一態様は、未来のプロセス挙動が、制御変数のモデルおよび利用可能な測定値を使用して予測されるということである。制御器アウトプットが、性能指数を最適化するように算出され、これは、予測されたエラーおよび算出された未来制御動作の一次または二次関数である。各サンプリングの瞬間にて制御算出が繰り返され、予測は、現在の測定値に基づいて更新される。この態様では、好適なモデルは、制御変数における操作変数のステップ応答の効果を表現する１組の経験的ステップ応答モデルを含むものである。
最適化されることになるパラメータのための最適値は、別々の最適化ステップから得ることができ、または最適化されることになる変数は、性能関数に含むことができる。
モデル予測制御が適用されうる前に、人は、最適化されることになる変数についての、および制御変数についての、操作変数のステップ変化の効果を最初に決定する。これは、１組のステップ応答係数をもたらす。この１組のステップ応答係数は、該方法のモデル予測制御の基礎を形成する。
【００２１】
正常な作動の間、制御変数の予測値は、未来制御動作の数について定期的に算出される。これらの未来制御動作では、性能指数が算出される。性能指数は、２つの項を含み、第１の項は、各制御動作についての、予測されたエラーの未来制御動作にわたる和を表し、第２の項は、各制御動作についての、操作変数における変化の未来制御動作にわたる和を表す。各制御変数では、予測されたエラーは、制御変数の予測値と、制御変数の基準値との差である。予測されたエラーは、重み係数で乗算され、制御動作についての操作変数における変化は、動作抑制係数で乗算される。本明細書で検討される性能指数は、線形である。
あるいは、該項は、二乗された項の和であってもよく、その事例では、性能指数は、二次である。その上、操作変数、操作変数における変化に、および制御変数に、制約が設定されうる。これは、性能指数の最小化で同時に解決される別々の１組の等式をもたらす。
【００２２】
最適化は、２つの方法で行うことができる；１つの方法は、性能指数の最小化の外で別々に最適化することであり、第２の方法は、性能指数内で最適化することである。
最適化が別々に行われる場合、最適化されることになる変数は、各制御動作についての予測されたエラーにおける制御変数として含まれ、最適化は、制御変数のための基準値を付与する。
あるいは、最適化は、性能指数の算出内で行われ、これは、適当な重み係数を有する性能指数における第３の項を付与する。この事例では、制御変数の基準値は、一定のままである所定の定常状態値である。
性能指数は、未来制御動作のための操作変数の値を付与する制約を考慮に入れて最小化される。しかしながら、唯一、次の制御動作が遂行される。次いで、未来制御動作のための性能指数の算出が、再び始まる。
【００２３】
モデル予測制御において必要とされるステップ応答係数および等式を有するモデルは、液化プロセスを制御するために遂行されるコンピュータプログラムの一部である。モデル予測制御を扱うことができるこうしたプログラムが搭載されているコンピュータプログラムは、高度プロセス制御器と呼ばれる。利用されうる市販のコンピュータプログラムには、例えば、Ａｓｐｅｎ  ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙによるＤＭＣｐｌｕｓ（登録商標）、およびＥｍｅｒｓｏｎによるＰｒｅｄｉｃｔＰｒｏ（登録商標）が挙げられる。
本明細書で開示されている本発明は、特定の実施形態、例およびそれらの適用の手段によって説明されてはいるが、それらへの多数の修正および変形が、特許請求の範囲で述べられる本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によってなされることができる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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