(57)【要約】【課題】無水フタル酸製造設備の酸化反応器で回収する蒸気を高い利益率で有効利用できる方法を提供する。【解決手段】回収予測蒸気量Ｘ（ｔ／月）をＸ＝−０．９３５×Ａ−１．４４８×Ｂ−７９．８０７×Ｃ−４５．５３５×Ｄ＋６３７．８５１から算出し、無水フタル酸製造設備で熱源として消費すると予測される消費予測蒸気量Ｙ（ｔ／月）をＹ＝０．２１８×Ａ＋０．０４８×Ｂ＋０．００４×Ｃ−０．１１７×Ｄ＋６１．０１から算出する。Ａは無水フタル酸の生産量（ｔ／月）、Ｂは脱硫ナフタレンの処理量（ｔ／月）、Ｃは月の設備稼働日数（日）、Ｄは気温（℃）である。回収された蒸気を、消費予測蒸気量Ｙが無水フタル酸製造設備の熱源用蒸気量となり、予測差引蒸気量Ｘ−Ｙが、販売蒸気量および無水フタル酸製造設備で使用する純水を得るための凝縮器に向かう蒸気量となるように配分する。【選択図】図１
2018179421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱硫ナフタレンを反応器内で気化させて空気とともに触媒と接触させる酸化工程を行う設備を備えた無水フタル酸製造設備で、前記反応器内に発生する熱を蒸気として回収して利用する方法であって、
前記反応器内で回収すると予測される回収予測蒸気量Ｘ（ｔ／月）を、下記の(1)式を用いて算出し、
前記無水フタル酸製造設備で熱源として消費すると予測される消費予測蒸気量Ｙ（ｔ／月）を、下記の(2)式を用いて算出し、
前記反応器内で回収された蒸気を、
前記消費予測蒸気量Ｙが前記無水フタル酸製造設備の熱源用蒸気量となり、
前記回収予測蒸気量Ｘから前記消費予測蒸気量Ｙを引いた予測差引蒸気量Ｘ−Ｙが、販売蒸気量および前記無水フタル酸製造設備で使用する純水を得るための凝縮器に向かう蒸気量となるように配分する、無水フタル酸製造設備における回収蒸気利用方法。
Ｘ＝−０．９３５×Ａ−１．４４８×Ｂ−７９．８０７×Ｃ−４５．５３５×Ｄ＋６３７．８５１…(1)
Ｙ＝０．２１８×Ａ＋０．０４８×Ｂ＋０．００４×Ｃ−０．１１７×Ｄ＋６１．０１…(2)
(1) 式および(2) 式中、Ａは無水フタル酸の生産量（ｔ／月）、Ｂは脱硫ナフタレンの処理量（ｔ／月）、Ｃは月の設備稼働日数（日）、Ｄは気温（℃）である。
【請求項２】
前記販売蒸気量および前記凝縮器に向かう蒸気量は、回収蒸気利用の金銭的メリットが最大となるように配分される請求項１記載の無水フタル酸製造設備における回収蒸気利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無水フタル酸製造設備における回収蒸気利用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無水フタル酸は、塩化ビニルの可塑剤原料、ポリエステル樹脂原料、塗料原料として使用されている、関心の高い化成品である。無水フタル酸は、石炭の乾留タールに多く含まれるナフタレン、または、テレフタル酸原料のｐ−キシレン製造時副原料であるｏ−キシレンを原料とし、これらを、触媒を用いて部分酸化することにより製造される。
ナフタレンを原料とした無水フタル酸の製造方法では、先ず、タール中に含まれるナフタレン分を蒸留操作により精製分離し、例えば純度約９５％のナフタレンを生産する。次に、この９５％ナフタレンを原料とし、高温雰囲気下、大過剰の空気で酸化させる。
この方法における無水フタル酸の製造工程は、大きく下記の５つの工程からなる。
【０００３】
＜再蒸留工程＞
原料中の重質分と次工程でコ―キングの原因となる分子量の大きな化合物を、蒸留分離する。
＜水添工程＞
ナフタレン原料は硫黄濃度が高いことから、水素添加することにより脱硫を行い、硫黄濃度を低減する。
＜酸化工程＞
流動床反応器に液体のまま脱硫ナフタレンを直接供給し、反応器内で気化させて空気とともに触媒と接触させる。反応に伴う発熱は反応器内部に純水を供給し、蒸気として回収する。
＜凝縮工程＞
反応器を出た生成ガスを凝縮器により凝縮し、粗無水フタル酸として回収する。
＜精製蒸留工程＞
粗無水フタル酸には着色成分が不純物として含まれているため、加熱処理により着色成分を重合させ、重質化させた後、精製蒸留により除去する。
【０００４】
ナフタレンから無水フタル酸を生成する工程は発熱反応で進むため、メインの反応器（酸化器）の内部と凝縮器で純水を循環させることにより冷却を行い、熱を蒸気として回収している。酸化器内部からは高圧蒸気が回収され、凝縮器からは低圧蒸気が回収される。回収された蒸気は、無水フタル酸製造設備で熱源等として使用するとともに、他社へ販売すること等で有効利用している。
なお、これまでにも、化学プラントでの廃熱利用方法に関する提案がなされている（例えば特許文献１を参照）。
特許文献１に記載された提案は、コージェネレーションシステムの排熱を利用することで化学プラントの燃料及び電力を削減するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−７２７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
無水フタル酸製造設備の稼働率は製品需要によって刻々と変動する。これに伴い、回収される蒸気量と消費される蒸気量のバランスも大きく変化する。
この発明の課題は、無水フタル酸製造設備の酸化反応器で回収する蒸気を高い利益率で有効利用できる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の第一態様は、下記の構成要件(a)〜(c)を有する無水フタル酸製造設備における回収蒸気利用方法である。
(a)脱硫ナフタレンを反応器内で気化させて空気とともに触媒と接触させる酸化工程を行う設備を備えた無水フタル酸製造設備で、反応器内に発生する熱を蒸気として回収して利用する方法である。
(b)反応器内で回収すると予測される回収予測蒸気量Ｘ（ｔ／月）を、下記の(1)式を用いて算出し、無水フタル酸製造設備で熱源として消費すると予測される消費予測蒸気量Ｙ（ｔ／月）を、下記の(2)式を用いて算出する。
【０００８】
Ｘ＝−０．９３５×Ａ−１．４４８×Ｂ−７９．８０７×Ｃ−４５．５３５×Ｄ＋６３７．８５１…(1)
Ｙ＝０．２１８×Ａ＋０．０４８×Ｂ＋０．００４×Ｃ−０．１１７×Ｄ＋６１．０１…(2)
(1)式および(2)式中、Ａは無水フタル酸の生産量（ｔ／月）、Ｂは脱硫ナフタレンの処理量（ｔ／月）、Ｃは月の設備稼働日数（日）、Ｄは気温（℃）である。
(c)反応器内で回収された蒸気を、消費予測蒸気量Ｙが無水フタル酸製造設備の熱源用蒸気量となり、回収予測蒸気量Ｘから消費予測蒸気量Ｙを引いた予測差引蒸気量Ｘ−Ｙが、販売蒸気量および無水フタル酸製造設備で使用する純水を得るための凝縮器に向かう蒸気量となるように配分する。
【発明の効果】
【０００９】
一態様の無水フタル酸製造設備における回収蒸気利用方法によれば、設備稼働率や用役単価等の変動に関係なく回収蒸気を定量で分配する方法と比較して、回収蒸気の有効利用による利益率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の無水フタル酸製造設備における回収蒸気利用方法を説明する蒸気系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明は以下に示す実施形態に限定されない。また、以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定はこの発明の必須要件ではない。
この実施形態の無水フタル酸製造設備は、上述したナフタレンを原料とした無水フタル酸の製造方法が実施される設備である。
図１に示すように、この実施形態の無水フタル酸製造設備では、酸化反応器１の内部の蒸気回収配管の外部への延長部１１に、無水フタル酸製造設備の熱利用装置２に向かう第一分岐配管１２、 無水フタル酸製造設備の蒸気タービン３に向かう第二分岐配管１３、 および凝縮器４に向かう第三分岐配管１４を、上流側からこの順に設けている。
【００１２】
また、蒸気回収配管の延長部１１の下流端に、減圧器５を接続している。減圧器５は他社販売用配管の上流に接続されている。また、蒸気タービン３から熱利用装置２に向かう配管１５が設けてある。
第一分岐配管１２に第一自動流量調整弁６１が設けてある。第二分岐配管１３に第二自動流量調整弁６２が設けてある。第三分岐配管１４に第三自動流量調整弁６３が設けてある。蒸気回収配管の延長部１１の第三分岐配管１４が接続されている位置より下流に、第四自動流量調整弁６４が設けてある。
【００１３】
熱利用装置２としては、無水フタル酸製造設備の配管保温部および熱交換器、隣接するＢＴＸ（ベンゼントルエンキシレン）製造設備の熱利用装置等が挙げられる。
熱利用装置２には、蒸気回収配管の延長部１１内の蒸気が第一分岐配管１２から導入されるとともに、蒸気タービン３で減圧された蒸気が配管１５から導入される。これにより、熱利用装置２を構成する各装置に応じた適切な圧力の蒸気が導入される。
凝縮器４は、無水フタル酸製造設備で使用する純水を得るためのものである。
第一自動流量調整弁６１、第二自動流量調整弁６２、第三自動流量調整弁６３、および第四自動流量調整弁６４は、図示されない駆動制御装置に接続されている。この駆動制御装置に、無水フタル酸の生産量Ａ（ｔ／月）、脱硫ナフタレンの処理量Ｂ（ｔ／月）、月の設備稼動日数Ｃ（日）、気温Ｄ（℃）、購入蒸気単価、販売蒸気単価、純水単価、および電力単価が入力される。駆動制御装置は、以下の演算を行う。
【００１４】
先ず、酸化反応器内で回収すると予測される回収予測蒸気量Ｘ（ｔ／月）を、下記の(1)式を用いて算出し、熱利用装置２で消費すると予測される消費予測蒸気量Ｙ（ｔ／月）を、下記の(2)式を用いて算出する。
Ｘ＝−０．９３５×Ａ−１．４４８×Ｂ−７９．８０７×Ｃ−４５．５３５×Ｄ＋６３７．８５１…(1)
Ｙ＝０．２１８×Ａ＋０．０４８×Ｂ＋０．００４×Ｃ−０．１１７×Ｄ＋６１．０１…(2)
(1)式および(2)式は、実績を重回帰分析して導出した式である。
【００１５】
次に、これらの算出値から予測差引蒸気量Ｘ−Ｙを算出する。
次に、酸化反応器１の内部で回収された蒸気の熱利用装置２、蒸気タービン３、凝縮器４、および減圧器５への分配率を、以下の方法で決定する。
熱利用装置２には第一分岐配管１２および蒸気タービン３から蒸気が導入されるため、その合計量が消費予測蒸気量Ｙとなるようにする。また、熱利用装置２へ導入する減圧蒸気量と等しい蒸気量が蒸気タービン３に導入されるようにする。
さらに、予測差引蒸気量Ｘ−Ｙが、凝縮器４に導入される蒸気量と減圧器５に導入される蒸気量との合計量となるようにする。また、凝縮器４に導入される蒸気量と減圧器５に導入される蒸気量は、回収蒸気利用の金銭的メリットが最大となるように決定する。この決定の際には、販売蒸気単価だけでなく、設備的制限や純水必要量等も考慮する。
【００１６】
次に、決定された分配率に応じて、第一自動流量調整弁６１、第二自動流量調整弁６２、第三自動流量調整弁６３、および第四自動流量調整弁６４の各流量を制御する。
これに伴い、決定された分配率に応じた各蒸気量が、熱利用装置２、蒸気タービン３、凝縮器４、および減圧器５に供給される。その結果、消費予測蒸気量Ｙに対応する蒸気量が熱利用装置２で使用され、予測差引蒸気量Ｘ−Ｙに対応する蒸気量が、減圧器５を経て他社に販売されるとともに凝縮器４で凝縮されて純水となる。また、回収蒸気利用の金銭的メリットが最大となる。さらに、蒸気タービン３での発電も生じるため、電気料金の節約にもなる。
したがって、この実施形態の無水フタル酸製造設備における回収蒸気利用方法によれば、設備稼働率や用役単価等の変動に関係なく回収蒸気を定量で分配する方法と比較して、無水フタル酸製造設備の酸化反応器で回収する蒸気を高い利益率で有効利用することができる。
【実施例】
【００１７】
以下、具体的な実施例および比較例を説明する。
［実施例］
実施形態に記載された方法で、無水フタル酸製造設備の酸化反応器内で回収された蒸気を分配した。
気温（外気の温度、Ｄ）が２６℃、無水フタル酸の生産量（Ａ）が４，５５０ｔ／月、購入蒸気単価が４．５円／ｋｇ、販売蒸気単価が３．３円／ｋｇ、純水単価が１７７円／ｍ3、電力単価１２．７円／ｋＷｈである日に、(1)式を用いて算出された回収予測蒸気量Ｘは２４，０４８ｔ／月（３３．４ｔ／ｈ）であった。(2)式を用いて算出された消費予測蒸気量Ｙは８，２８０ｔ／月（１１．５ｔ／ｈ）であった。
熱利用装置への供給量は１１．５／ｈ、他社に販売する量は１９／ｈ、純水を得るための凝縮器への供給量は１９ｔ／ｈにそれぞれ決定された。また、蒸気タービンによる発電量は５５０Ｗであった。その結果、回収蒸気利用による金銭的メリットは８８百万円／月となった。
【００１８】
気温（Ｄ）が１０℃、無水フタル酸の生産量（Ａ）が４，１１０ｔ／月、購入蒸気単価が４．０円／ｋｇ、販売蒸気単価が３．７円／ｋｇ、純水単価が１６１円／ｍ3、電力単価１２．０円／ｋＷｈである日に、(1)式を用いて算出された回収予測蒸気量Ｘは２１，８８８ｔ／月（３０．４ｔ／ｈ）であった。(2)式を用いて算出された消費予測蒸気量Ｙは８，９２８ｔ／月（１２．４ｔ／ｈ）であった。
熱利用装置への供給量は１２．４／ｈ、他社に販売する量は１８／ｈ、純水を得るための凝縮器への供給量は０ｔ／ｈにそれぞれ決定された。また、蒸気タービンによる発電量は５５０Ｗであった。その結果、回収蒸気利用による金銭的メリットは１１６百万円／月となった。
【００１９】
気温（Ｄ）が３２℃、無水フタル酸の生産量（Ａ）が４，２４０ｔ／月、購入蒸気単価が５．１円／ｋｇ、販売蒸気単価が３．６円／ｋｇ、純水単価が１５５円／ｍ3、電力単価１３．１円／ｋＷｈである日に、(1)式を用いて算出された回収予測蒸気量Ｘは２３，４７２ｔ／月（３２．６ｔ／ｈ）であった。(2)式を用いて算出された消費予測蒸気量Ｙは７，９２０ｔ／月（１１ｔ／ｈ）であった。
熱利用装置への供給量は１１／ｈ、他社に販売する量は１８．５／ｈ、純水を得るための凝縮器への供給量は３．１ｔ／ｈにそれぞれ決定された。また、蒸気タービンによる発電量は４５０Ｗであった。その結果、回収蒸気利用による金銭的メリットは１２８百万円／月となった。
【００２０】
［比較例］
図１と同じ蒸気系統を有する無水フタル酸製造設備において、酸化反応器内で回収された蒸気を、気温（外気の温度）、設備稼働率、および用役単価の変動に関係なく分配した。具体的には、無水フタル酸製造設備の熱利用装置に供給する量および他社に販売する量を、それぞれ定量である１０／ｈおよび１５／ｈとし、残りを凝縮して純水にする量とした。
気温が２６℃、無水フタル酸の生産量が４，５５０ｔ／月、購入蒸気単価が４．５円／ｋｇ、販売蒸気単価が３．３円／ｋｇ、純水単価が１７７円／ｍ3、電力単価１２．７円／ｋＷｈである日に、酸化反応器内で回収された蒸気は３４ｔ／ｈであった。熱利用装置への供給量は定量の１０／ｈ、他社に販売する量は定量の１５／ｈ、残りの９ｔ／ｈが純水を得るための凝縮器に供給された。また、蒸気タービンによる発電量は５００Ｗであった。その結果、回収蒸気利用による金銭的メリットは７４百万円／月となった。
【００２１】
気温が１０℃、無水フタル酸の生産量が４，１１０ｔ／月、購入蒸気単価が４．０円／ｋｇ、販売蒸気単価が３．７円／ｋｇ、純水単価が１６１円／ｍ3、電力単価１２．０円／ｋＷｈである日に、酸化反応器内で回収された蒸気は３１ｔ／ｈであった。熱利用装置への供給量は定量の１０／ｈ、他社に販売する量は定量の１５／ｈ、残りの６ｔ／ｈが純水を得るための凝縮器に供給された。また、蒸気タービンによる発電量は５００Ｗであった。その結果、回収蒸気利用による金銭的メリットは７４百万円／月となった。
気温が３２℃、無水フタル酸の生産量が４，２４０ｔ／月、購入蒸気単価が５．１円／ｋｇ、販売蒸気単価が３．６円／ｋｇ、純水単価が１５５円／ｍ3、電力単価１３．１円／ｋＷｈである日に、酸化反応器内で回収された蒸気は３２ｔ／ｈであった。熱利用装置への供給量は定量の１０／ｈ、他社に販売する量は定量の１５／ｈ、残りの７ｔ／ｈが純水を得るための凝縮器に供給された。また、蒸気タービンによる発電量は５００Ｗであった。その結果、回収蒸気利用による金銭的メリットは８１百万円／月となった。
以上の結果を下記の表１にまとめて示す。
【００２２】
【表１】
2018179421.tif 000003
【００２３】
表１から、実施例の方法では、比較例の方法よりも金銭的メリットが大きいことが分かる。
【符号の説明】
【００２４】
１  酸化反応器
１１  蒸気回収配管の外部への延長部
１２  第一分岐配管
１３  第二分岐配管
１４  第三分岐配管
１５  配管
２  熱利用装置
３  蒸気タービン
４  凝縮器
５  減圧器
６１  第一自動流量調整弁
６２  第二自動流量調整弁
６３  第三自動流量調整弁
６４  第四自動流量調整弁
【図１】
2018179421.tif 000004