(57)【要約】費用効率の良い熱電（ＣＨＰ）ユーティリティシステムと、重要プロセスシステムとの組み合わせ統合を提供する方法が提供される。例示の方法は、プロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方にとって最良の重要サブシステム設計および動作条件を特定するプロセスステップを含む。この方法は、部分的に分散されたおよび完全に分散された双方の環境において、１つ以上の産業プロセス設備のための、プロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間で蒸気および電力の最適な割り当てを決定するステップを含み得る。これは、厳密に境界付けられた判断変数をモデル入力データとして定義することと、このモデル入力データを、熱電併給ユーティリティおよびプロセスサブシステムの数学的プログラムモデルによって処理することと、複数の少なくとも実質的に最適なプロセスおよびユーティリティサブシステムの条件を決定することと、を含み得る。
2015519629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設備または一群のプロセス設備のための、熱電併給ユーティリティとプロセスサブシステムとの同時統合の方法であって、
１つ以上のプロセス設備の複数の厳密に境界付けられたプロセス変数を判断変数として定義し、それにより熱電併給ユーティリティおよびプロセスサブシステムの数学的プログラムモデルのモデル入力データを形成するステップで、前記判断変数が、複数の異なる蒸気圧水準の各々でのプロセス蒸気需要間隔およびそれぞれの上限および下限を記述するプロセス電力生成間隔を含む、定義するステップと、
前記モデル入力データを、前記熱電併給ユーティリティおよびプロセスサブシステムの数学的プログラムモデルによって処理するステップと、
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスおよびユーティリティサブシステムの条件を決定するステップで、前記プロセス条件が、モデル出力を定義する前記複数の異なる蒸気圧水準の各々でのプロセス蒸気需要負荷値を含む、決定するステップと、
を特徴とする、方法。
【請求項２】
前記熱電併給ユーティリティおよびプロセスサブシステムの数学的プログラムモデルが、前記１つ以上のプロセス設備の前記ユーティリティおよびプロセスサブシステムの総費用を最小化するように構成された費用関数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プロセスおよびユーティリティサブシステムの条件が、前記熱電併給ユーティリティおよびプロセスサブシステムの数学的プログラムモデルの適用によって少なくとも実質的に同時に決定され、
前記プロセス条件が、前記１つ以上のプロセス設備のプロセス電力生成値をさらに含み、
前記ユーティリティサブシステム条件が、熱電併給ユーティリティサブシステムの蒸気および電力の生成ならびに割り当て値を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスおよびユーティリティサブシステムの条件を決定する前記ステップが、
前記モデル化されたユーティリティサブシステムの蒸気ヘッダの数と、各々の蒸気ヘッダの動作条件とを決定するステップを含む、請求項２または３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスおよびユーティリティサブシステムの条件を決定する前記ステップが、
前記モデル化されたユーティリティサブシステムのボイラーの数と、各々のボイラーの指定容量とを決定するステップを含む、請求項２〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスおよびユーティリティサブシステムの条件を決定する前記ステップが、
前記モデル化されたユーティリティサブシステムの蒸気タービン発電機の数と、各々の蒸気タービン発電機の容量とを決定するステップを含む、請求項２〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスおよびユーティリティサブシステムの条件を決定する前記ステップが、
前記モデル化されたユーティリティサブシステムのコジェネレーションユニットの数と、各々のコジェネレーションユニットの指定容量とを決定するステップを含む、請求項２〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスおよびユーティリティサブシステムの条件を決定する前記ステップが、
プロセス機器駆動のための電気モーターおよび蒸気タービンの数と、各々のサイズとを決定するステップを含む、請求項２〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスおよびユーティリティサブシステムの条件を決定する前記ステップが、
前記モデル化されたユーティリティサブシステムのための太陽熱発電システムのサイズおよび位置を決定するステップを含む、請求項２〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記最適なユーティリティサブシステムのソリューションが最初に解決され、前記プロセスサブシステムの条件が、前記最適なユーティリティサブシステムのソリューションの部分をその基礎として利用して、次に解決される、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記１つ以上のプロセス設備の前記ユーティリティサブシステムの蒸気ヘッダの前記数およびその条件を定義するステップと、
前記１つ以上のプロセス設備の前記ユーティリティサブシステムの軸ワークネットワーク構成を決定するステップと、
のうちの１つ以上をさらに特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスおよびユーティリティサブシステムの条件を決定する前記ステップが、
完全に分散された、部分的に分散された、または完全および部分的に分散された双方のプロセスおよびユーティリティシステムの設計環境に対するプロセス動作パラメータの変更の全てのかなり考えられる組み合わせの下で、前記１つ以上のプロセス設備に対するＨＥＮネットワーク設計および蒸留ネットワークシーケンスの主設計および動作条件を決定するステップを含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
ＨＥＮネットワーク設計および蒸留ネットワークシーケンスの主設計および動作条件を決定する前記ステップが、前記ユーティリティサブシステムの提供者に利用可能な燃料もしくはエネルギーの一般的に利用可能な供給源を用いて実施され、
ＨＥＮネットワーク設計および蒸留ネットワークシーケンスの主設計および動作条件を決定する前記ステップが、各々が、対応する複数の前記プロセス動作パラメータの変化の個別の１つの属性値の潜在的範囲を定義する値の複数の集合の受信、決定、または受信および決定に応答して実施される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスおよびユーティリティサブシステムの条件を決定する前記ステップが、
全てのかなり考えられる蒸留塔シーケンスの前記１つ以上のプロセス設備の最小数のＨＥＮユニットを提供するプロセス条件を特定するステップを含む、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスおよびユーティリティサブシステムの条件を決定する前記ステップが、
前記１つ以上の設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定するステップを含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記１つ以上の設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定する前記ステップが、
蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上のかなり考えられる組み合わせと、
蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上の所与のまたは所望の組み合わせと、
のうちの１つ以上に対して実施される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記１つ以上の設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定する前記ステップが、
１つ以上のかなり考えられる蒸留塔シーケンスと、
蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上のかなり考えられる組み合わせと関連する１つ以上のかなり考えられる蒸留塔シーケンスと、
１つ以上のかなり考えられる蒸留塔シーケンスおよび、蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上の所与のもしくは所望の組み合わせと、
のうちの少なくとも１つに対して実施される、請求項１５または１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記１つ以上の設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定する前記ステップが、
１つ以上のかなり考えられるＨＥＮ構成および、蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上のかなり考えられる組み合せと、
１つ以上のかなり考えられるＨＥＮ構成および、蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上の所与のもしくは所望の考えられる組み合せと、
のうちの少なくとも１つに対して実施される、請求項１５〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
産業設備または一群の産業プロセス設備のための、熱電併給ユーティリティと、プロセスシステムとの同時統合の方法であって、
１つ以上の産業プロセス設備のプロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定するステップを含む、方法。
【請求項２０】
プロセスシステムおよびユーティリティシステムに対する蒸気および電力の前記最適な割り当てが、前記産業設備または一群の産業設備の前記ユーティリティと、プロセスシステムとの合計費用を最小化するように構成された費用関数を含む数学的プログラムモデルを同時に利用することによって決定される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ユーティリティシステムソリューションの蒸気および電力の前記最適な割り当てが最初に解決され、前記プロセスシステム条件ソリューションの蒸気および電力の前記割り当てが、蒸気および電力の前記最適なユーティリティ割り当ての部分をその基礎として利用して、次に解決される、請求項１９または２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記１つ以上の産業プロセス設備の前記ユーティリティシステムの蒸気ヘッダの数およびその条件を定義するステップと、
前記１つ以上の産業プロセス設備の前記ユーティリティシステムの軸ワークネットワーク構成を決定するステップと、
をさらに特徴とする、請求項１９〜２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
１つ以上の産業プロセス設備のプロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、
完全に分散された、部分的に分散された、または完全および部分的に分散された双方のプロセスおよびユーティリティシステムの設計環境に対するプロセス動作パラメータの変更の全てのかなり考えられる組み合わせの下で、前記１つ以上の産業プロセス設備に対するＨＥＮネットワーク設計および蒸留ネットワークシーケンスの主設計および動作条件を決定するステップを含む、請求項１９〜２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
ＨＥＮネットワーク設計および蒸留ネットワークシーケンスの主設計および動作条件を決定する前記ステップが、前記１つ以上の産業プロセス設備に対して利用可能な燃料もしくはエネルギーの全ての一般的に利用可能なまたは供給源を用いて実施される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
ＨＥＮネットワーク設計および蒸留ネットワークシーケンスの主設計および動作条件を決定する前記ステップが、各々が、対応する複数の前記プロセス動作パラメータの変化の個別の１つの属性値の潜在的範囲を定義する値の複数の集合の受信、決定、または受信および決定に応答して実施される、請求項２３または２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
１つ以上の産業プロセス設備のプロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、完全に分散されたおよび部分的に分散された双方のプロセスおよびユーティリティシステムの設計環境に対する前記ユーティリティシステム提供者に対して利用可能な燃料またはエネルギーの全ての一般的に利用可能な供給源を用いて、プロセス設計パラメータの変化の全てのかなり考えられる組み合わせの下で、実施される、請求項１９〜２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
１つ以上の産業プロセス設備のプロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、完全に分散されたおよび部分的に分散された双方のプロセスおよびユーティリティシステムの設計環境に対する前記ユーティリティシステム提供者に対して利用可能な燃料またはエネルギーの全ての一般的に利用可能な供給源を用いて、プロセス設計および動作のパラメータの変更の全てのかなり考えられる組み合わせの下で、実施される、請求項１９〜２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
１つ以上の産業プロセス設備のプロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、完全に分散されたおよび部分的に分散された双方のプロセスおよびユーティリティシステムの設計環境に対する前記ユーティリティシステム提供者に対して利用可能な燃料またはエネルギーの全ての一般的に利用可能な供給源を用いて、全てのかなり考えられる蒸留シーケンスに対して実施される、請求項１９〜２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
１つ以上の産業プロセス設備のプロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、完全に分散されたおよび部分的に分散された双方のプロセスおよびユーティリティシステムの設計環境に対する前記ユーティリティシステム提供者に対して利用可能な燃料またはエネルギーの全ての一般的に利用可能な供給源を用いて、全てのかなり考えられる蒸留シーケンスに対して、かつプロセス設計および動作のパラメータの変更の全てのかなり考えられる組み合わせの下で、実施される、請求項１９〜２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
１つ以上の産業プロセス設備のプロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、完全に分散されたおよび部分的に分散された双方のプロセスおよびユーティリティシステムの設計環境に対する前記ユーティリティシステム提供者に対して利用可能な燃料またはエネルギーの全ての一般的に利用可能な供給源を用いて、全てのかなり考えられるＨＥＮ設計に対して実施される、請求項１９〜２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
１つ以上の産業プロセス設備のプロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、完全に分散されたおよび部分的に分散された双方のプロセスおよびユーティリティシステムの設計環境に対する前記ユーティリティシステム提供者に対して利用可能な燃料またはエネルギーの全ての一般的に利用可能な供給源を用いて、全てのかなり考えられるＨＥＮ設計に対して、かつプロセス設計および動作のパラメータの変更の全てのかなり考えられる組み合わせの下で実施される、請求項１９〜３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
１つ以上の産業プロセス設備のプロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、完全に分散されたおよび部分的に分散された双方のプロセスシステムおよびユーティリティシステムの設計環境に対する前記ユーティリティシステム提供者に対して利用可能な燃料またはエネルギーの全ての一般的に利用可能な供給源を用いて、全てのかなり考えられる蒸留塔シーケンスおよびＨＥＮ設計に対して実施される、請求項１９〜３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
１つ以上の産業プロセス設備のプロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、完全に分散されたおよび部分的に分散された双方のプロセスシステムおよびユーティリティシステムの設計環境に対する前記ユーティリティシステム提供者に対して利用可能な燃料またはエネルギーの全ての一般的に利用可能な供給源を用いて、全てのかなり考えられる蒸留塔シーケンスおよびＨＥＮ設計に対して、プロセス設計および動作のパラメータの変更の全てのかなり考えられる組み合わせの下で実施される、請求項１９〜３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
１つ以上の産業プロセス設備のプロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、
全てのかなり考えられる蒸留塔シーケンスの前記１つ以上の産業プロセス設備の最小数のＨＥＮユニットを提供するプロセス条件を特定するステップを含む、請求項１９〜３３のいずれかに記載の方法。
【請求項３５】
１つ以上の産業プロセス設備のプロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、
前記１つ以上の産業プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定するステップを含む、請求項１９〜３４のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
前記１つ以上の産業プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定する前記ステップが、蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上のかなり考えられる組み合わせに対して実施される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記１つ以上の産業プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定する前記ステップが、蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上の所与のまたは所望の組み合わせに対して実施される、請求項３５または３６のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
前記１つ以上の産業プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定する前記ステップが、１つ以上のかなり考えられる蒸留塔シーケンスに対して実施される、請求項３５〜３７のいずれかに記載の方法。
【請求項３９】
前記１つ以上の産業プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定する前記ステップが、蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上のかなり考えられる組み合わせと関連して１つ以上のかなり考えられる蒸留塔シーケンスに対して実施される、請求項３５〜３８のいずれかに記載の方法。
【請求項４０】
前記１つ以上の産業プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定する前記ステップが、１つ以上のかなり考えられる蒸留塔シーケンスおよび、蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上の所与のもしくは所望の組み合わせに対して実施される、請求項３５〜３９のいずれかに記載の方法。
【請求項４１】
前記１つ以上の産業プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定する前記ステップが、１つ以上のかなり考えられるＨＥＮ構成および、蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上のかなり考えられる組み合わせに対して実施される、請求項３５〜４０のいずれかに記載の方法。
【請求項４２】
前記１つ以上の産業プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定する前記ステップが、１つ以上のかなり考えられるＨＥＮ構成および、蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上の所与のもしくは所望の組み合わせに対して実施される、請求項３５〜４１のいずれかに記載の方法。
【請求項４３】
産業設備または一群の産業プロセス設備のための、熱電併給ユーティリティと、プロセスシステムとの同時統合の方法であって、
コンピュータ（３１）によって処理されるように、厳密に境界付けられた判断変数を、熱電併給混合整数線形プログラムモデルに提供するステップと、
前記厳密に境界付けられた判断変数と、前記熱電併給混合整数線形プログラムモデルとに応答して、１つ以上の産業プロセス設備のプロセスシステムおよび熱電併給ユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを、少なくとも実質的に同時に、前記コンピュータ（３１）によって決定するステップで、
熱電併給ユーティリティサブシステムの蒸気および電力の生成および割り当ての値ならびにプロセスシステムの蒸気生成、蒸気需要負荷、および水準と、電力生成と、電力輸出値とを、厳密に境界付けられた判断変数に応答して計算された出力変数として、熱電併給混合整数線形プログラムモデルによって提供するステップと含む、決定するステップと、
を特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にはエネルギー管理システムの分野に関し、具体的には、費用効率の良い熱電併給ユーティリティシステムとプロセスプラントの熱交換ネットワークおよび蒸留ネットワークシーケンスとの同時統合に関連するシステム、コンピュータプログラムコード、および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの異なるタイプのプロセスが、出力結果を得るためにまたは必要とされる生成物もしくは成分を生成するために複数の蒸気水準および電気を消費する。かなりの量の蒸気を消費する大規模プロセスにとっては、用いられるプラントおよび機器の注意深い動作、設計、または再構成を通じてエネルギーの消費を最適化することが望ましい。さらに、ある産業製造プロセスでは、材料の流れの特定の傾向を、特定の温度で異なるタイプの機器および機械に対して供給する必要がある。これらの材料の流れは、最初の開始温度または供給温度から目標温度にまで加熱または冷却する必要があり得る。これが、例えば、特定の流れを冷却するために、特定の流れおよび水の消費量を加熱するための蒸気の消費を次々に必要とすることになる。この特定の流れを加熱または冷却するためのエネルギーは、ユーティリティプラントシステムから及び／又はもしかすると失われたエネルギーを回収することが可能な熱交換ユニットのネットワークを介して入手することが可能であり、ユーティリティのプラントシステムが必要とするエネルギーの量が軽減される。
【０００３】
現代の巨大な複合施設、燃料費、電力、およびそれの基幹構造ならびにそのサイトのプロセス熱交換器ネットワーク（ＨＥＮ）、蒸留ネットワークは巨大なものとなり得る。化学プラントの生成プロセスに相互連結された化学処理サイトにおける総サイトユーティリティシステムは、例えば化学生成プロセスに対して熱および電力を提供する。総サイトユーティリティシステムの経済パフォーマンスは、化学処理サイトの動作費用に直接的に影響し、したがって、プロセスサブシステムと総サイトユーティリティシステムとの統合の改善は、かなりの節約に結びつき得ることが発明者らによって認識されている。
【０００４】
ユーティリティシステムの統合のための２つの基本的な方式（ＣＨＰ）が、開発されている。第一のそれは、プラントの熱力学的性能に基づき、プラントの全体的なエネルギー効率の最大化を目的とする。一部の最適化技法が、ソリューション手順の一部として含まれ得る。第二の方式は、例えば、ＭＩＬＰおよびＭＩＮＬＰなどの最適な方法を用いるだけで、事前定義された目標／需要を満足させる。商業用ソフトウエア（例えば、Ａｓｐｅｎｔｅｃｈ社製のＡｓｐｅｎ  Ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ  Ｐｌａｎｎｅｒ、マンチェスタ大学／ＰＩ部門のＳｔａｒソフトウエア、およびＫＢＣ社製のＰｒｏＳｔｅａｍ）および学問的文献の双方で用いられてきた方法では、タスクとは、所与の／特定の蒸気および電力の需要を満足するユーティリティプラントを設計することであった。この方式は、後に拡張されて、このような一時的な所与の／特定の電力および蒸気の需要から多数期間にわたるこれまた所与の／特定の電力および蒸気の需要における不安定さおよび混乱の主たる原因となった。
【０００５】
産業界（例えば、プロセス工学部門）および学会で現在採用されている最新の方法もまた、蒸留塔サブシステム最良シーケンス、設計および動作条件、ならびにＨＥＮ統合と、高忠実度ユーティリティＣＨＰ詳細を用いた最良設計条件との双方を体系的に考慮することなく用いられている。発明者らは、このような方式は、ＨＥＮの設計におけるプロセス自由度、大きい蒸留ネットワークシーケンス、または小さいが重要な蒸留ネットワークシーケンスグループもしくは最良のプロセス条件を用いてのユーリティティシステムの最良の統合を考慮することなく、実施されていることを認識している。すなわち、発明者らによって認識されていることは、最新技術は、このようなサブシステム、ＣＨＰ、蒸留塔、ＨＥＮ、および／またはプロセス条件の残りの同時統合を認識または採用していないということである。しかしながら、ユーティリティシステムと、例えば、ＨＥＮおよびプロセス蒸留ネットワークシーケンスならびにプロセス設計および動作条件などの重要プロセスシステムとの双方における自由度の多くの潜在的な組み合わせは、双方のシステムの統合の最適化のための顕著な機会を許容することが可能である。
【０００６】
これら２つの方式の組み合わせが、実証されてきた。これら組み合わされた方式のどれ１つとして、例えば、蒸留シーケンスシステム、ＨＥＮシステムなどの重要プロセスシステムの同時統合を解決せず、ましてや、ユーティリティシステムの統合での蒸留塔などにおける温度、圧力、環流比、中間冷却器、および中間加熱器のあらゆる可能な組み合わせを考慮することはなかった。
【０００７】
プロセスプラントおよびユーティリティプラントの双方におけるエネルギーの回収を「最適化」する試みにおいて、最新技術は一般的に、２つの完全に分解された最適化の問題、すなわち、１つは化学／プロセスプラントの問題と、もう１つのユーティリティプラントの問題を利用することによって、統合の問題とを解決しようとしてきた。これら２つの問題は、ほとんどの企業においては、同じ企業内の２つの個別に分散された部門に置かれているかまたは、第一がプロセスプラントにあり、第二がユーティリティプラントにある２つの異なる企業に置かれている２つの異なるチームによって現在解決されている。このような従来の方法によれば、プロセス統合チーム／グループは、ＣＨＰ統合に先立って、プロセス蒸気需要およびプロセス蒸気生成ならびに機器ドライバのタイプ（モーターまたは蒸気）を、ユーティリティサブシステム（ＣＨＰ）統合のチーム／グループに指示する。
【０００８】
したがって、ユーティリティシステム統合の問題は、常に、産業および学問の双方において、「フォロワー」目的の問題として取り扱われる。プロセスは常に、最初に統合されて、そのプロセス条件が設定される。その後で、所望の蒸気の量および品質が、ユーティリティシステムに対して定義される。モーター駆動式または蒸気タービン駆動式のポンプおよびコンプレッサを用いてプロセスの液体および気体を駆動するという決定は、ユーティリティシステムの統合に先立って行われる。分散された企業のオフィスの管理者によって適用されるこのような間違いなく古典的なアプローチは、ユーリティティシステムが単にたくさんのボイラーであり、設備における主要な資源はプロセスシステム（例えば、蒸留サブシステムおよびＨＥＮサブシステム）であった過去における決定に固執することから発している。
【０００９】
しかしながら、発明者らによって認識されていることは、電力および水が新たな生成物として発生したコジェネレーション、トリジェネレーション、さらにクオドラジェネレーションという新しい時代の結果、ＨＥＮおよび蒸留ネットワークなどのプロセスシステムが「フォロワー」となり「ユーティリティシステム」が「リーダー」となるように「椅子を変える」ことが経済的に賢明であるということである。発明者らは、「ユーティリティシステム統合人間」は、その受け皿である「プロセス統合人間」が、特にユーティリティシステムの資本費用がＨＥＮおよび／または蒸留ネットワークのそれよりはるかに高い場合には、協力するより良い結果を提供することが可能であることをさらに認識している。当然、このようなユーティリティシステム統合の効果的な管理は、プロジェクトの収益性およびライフサイクルの成功に大きな影響を及ぼし得る。
【００１０】
にもかかわらず、ユーティリティシステムとプロセスシステムとの間に資本費用という点での親近性がある場合でさえも、問題は、相反する設計目的タイプのうちの１つになり得ることもまた認識されている。問題はまた、化学複合施設にユーティリティを提供する中心ユーティリティシステムの設計者および／または所有者が、自分自身のそして限られたプロジェクト予算の投資プランを有し得るおよび／または国の国立電力網を代表する「サードパーティー」（化学薬品会社所有者以外の）であるときに、少しより複雑になる。このような場合、化学複合施設の所有者とユーティリティシステムの所有者との間で対処して解決して、両者を満足させる結果を出す必要があり得る、相反する目的が発生し得る。したがって、産業界および学会の双方で現在利用可能なものとは異なるソリューションアプローチに対する必要性が存在することが認識されている。
【００１１】
それに応じて、最良の経済的決定のために探索されるべき多くの複雑で巨大な相互作用を必要とし得る、メガ設備でのＣＨＰユーティリティシステム統合と重要プロセスユニット（ＨＥＮおよび蒸留シーケンス）統合間の最適なトレードオフを獲得するという問題に対処するために部分的および完全に分散された双方の環境におけるその／最良の重要設計および動作条件を認識することが可能な、費用効率の良い熱電併給（ＣＨＰ）ユーティリティシステムおよびプロセスプラントの熱交換器ネットワークおよび蒸留ネットワークシーケンスを統合するシステム、コンピュータプログラム、および方法に対する必要性が認識されている。
【発明の概要】
【００１２】
前記に鑑み、本発明の様々な実施形態は、部分的に分散された環境および完全に分散された環境の双方でその最良の重要設計および動作条件を特定することが可能な、費用効率の良い熱電（ＣＨＰ）ユーティリティシステムおよび重要プロセスシステム（例えば、プロセスプラントの熱交換器ネットワークおよび蒸留ネットワークシーケンス）の組み合わせされた統合を提供するシステム、コンピュータプログラム、コンピュータ読み取り可能媒体、および方法を有利に提供する。有利なことに、本発明の様々な実施形態は、最良の経済的決定のために探索されるべき多くの複雑で巨大な相互作用を必要とし得る、メガ設備でのＣＨＰユーティリティシステム統合と重要プロセスユニット（熱交換器ネットワーク（ＨＥＮ）および蒸留シーケンス）統合間の最適なトレードオフを獲得するという問題に対処する。
【００１３】
現行のアプローチが重要な制限を有する１つの特定的な態様は、高温ユーティリティシステム、ＨＥＮ、および化学プラント処理ユニットなどのいくつかの主要な構成要素を含む処理システム全体を統合するときに発生する相互作用を明確に説明することにある。本発明の様々な実施形態は、このような制限を、高温ユーティリティシステム、ＨＥＮ、および「重要な」プロセスユニット（蒸留塔）の構造、設計および動作のパラメータの実質的な同時選択を許容することによって有利に克服することが可能である。
【００１４】
本発明の１つ以上の実施形態によれば、ＣＨＰ、ＨＥＮ、ならびに蒸留ネットワーク／重要プロセスユニットおよびシステムの統合の際に発生する相互作用を有利に明確に説明することが可能なＣＨＰユーティリティおよびプロセスシステム／サブシステムの数学的モデルによって、固有の公式化が提示されている。解決された問題の自由度は、ユーティリティシステムスーパー構造、ＨＥＮ、プロセス動作パラメータ／条件、プロセス設計パラメータ／条件、および、蒸留、吸収、吸着、剥離、およびその動作圧力などの一部のプロセスユニットの構造パラメータを有利に含むことが可能である。自由度もまた、環流比、段階の数、および塔の内部加熱器および内部冷却器ならびに異なる潜在的シーケンスを含み得る。自由度は、異なる熱源、ボイラー、ガスタービン、ＨＲＳＧ、および蒸気タービンの様々な構成（各々が、最小水準および最大水準を有する）をさらに含み得る。
【００１５】
例えば、本発明の様々な実施形態は、例えば、化学プロセス産業によって使用可能な設備または一群のプロセス設備のための熱電併給（ＣＨＰ）ユーティリティとプロセスサブシステムとの同時統合の体系的な方法、コンピュータプログラム、コンピュータ読み取り可能媒体、およびシステムを有利に提供する。１つ以上の例示の実施形態は、次のステップ／動作のうちの１つ以上を含む／実施することが可能である：１つ以上の産業プロセス設備のためのプロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定することと、複数の少なくとも実質的に最適なプロセスおよびユーティリティサブシステム条件を決定すること。これらのステップ／動作は：１つ以上のプロセスプラント／設備の複数の厳密に境界付けられたプロセス変数を判断変数として定義し、それにより、ＣＨＰユーティリティおよびプロセスサブシステムの数学的プログラムモデルのためのモデル入力データを形成すること、このモデル入力データをＣＨＰユーティリティおよびプロセスサブシステムの数学的プログラムモデルによって処理することと、複数の少なくとも実質的に最適なプロセスおよびユーティリティサブシステム条件を決定することと、を含み得る。これらの判断変数は、複数の異なる蒸気圧水準の各々でのプロセス蒸気需要間隔および／またはプロセス電力生成間隔を含み得るが、この間隔はそれぞれの変数のそれぞれの上限および下限を記述している。プロセス条件は、複数の異なる蒸気圧水準の各々でのプロセス蒸気需要負荷値および／またはモデル出力を定義する１つ以上のプロセス設備のプロセス電力生成値含み得る。ユーティリティサブシステム条件は、熱電併給ユーティリティサブシステムおよび／または電力生成ならびに割り当て値を含む。ＣＨＰユーティリティおよびプロセスサブシステムの数学的プログラムモデルは、１つ以上のプロセス設備のユーティリティおよびプロセスサブシステムの総費用を最小化し、それにより少なくとも実質的に最適なプロセス及びユーティリティサブシステムの条件を決定するように構成された費用関数を含み得る。
【００１６】
１つ以上の実施形態によれば、少なくとも実質的に最適なプロセスおよびユーティリティサブシステムの条件の大部分を決定するステップ／動作は、次のステップ／動作のうちの１つ以上を含む：ＣＨＰユーティリティサブシステムの蒸気および電力の生成ならびに割り当て値を決定することと、モデル化されたユーティリティサブシステムの蒸気ヘッダの数および各々の蒸気ヘッダの動作条件を決定することと、モデル化されたユーティリティサブシステムのボイラーの数および各々のボイラーの指定された容量を決定することと、モデル化されたユーティリティサブシステムの蒸気タービン発電機の数および各々の蒸気タービン発電機の容量を決定することと、モデル化されたユーティリティサブシステムのコジェネレーションユニットの数および各々のコジェネレーションユニットの指定された容量を決定することと、プロセス機器駆動用の電気モーターおよび蒸気タービンの数ならびに各々のサイズを決定することと、モデル化されたユーティリティサブシステムの太陽熱システムのサイズおよび位置を決定することと、プロセスおよびユーティリティサブシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定することであって、最適なユーティリティサブシステムのソリューションが最初に解決され、プロセスサブシステム条件のソリューションが、最適なユーティリティサブシステムソリューションの部分をその基礎として利用することによって二番目に解決される、または代替的に、プロセスサブシステム条件ソリューションが最初に解決される。
【００１７】
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスおよびユーティリティサブシステムの条件を決定するステップ／動作は、さらにまたは代替的に次のステップ／動作のうちの１つ以上を含み得る：全てのかなり考えられる蒸留塔シーケンスに対する１つ以上のプロセス設備に対する最小の数のＨＥＮユニットを提供するプロセス条件を特定することと、１つ以上の設備のＨＥＮネットワーク設計の最小の熱交換器の総表面積を提供し、かつＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの表面積を定義するプロセス条件を特定すること。熱交換器表面積特定ステップ／動作は、例えば、次のうちの１つ以上の下で実施することが可能である：蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上のかなり考えられる組み合わせおよび／または蒸気生成と需要負荷の水準との１つ以上の所与のまたは所望の組み合わせ、１つ以上のかなり考えられる蒸留塔シーケンス、蒸気生成と需要負荷の水準との１つ以上の考えられる組み合わせと連結した１つ以上のかなり考えられる蒸留塔シーケンス、１つ以上のかなり考えられる蒸留塔シーケンスおよび蒸気生成と需要負荷の水準との１つ以上の所与のまたは所望の組み合わせ、１つ以上のかなり考えられるＨＥＮ構成および蒸気生成と需要負荷の水準との１つ以上のかなり考えられる組み合わせと、１つ以上のかなり考えられるＨＥＮ構成および蒸気生成と需要負荷の水準との１つ以上の所与のまたは所望の組み合わせ。
【００１８】
これらの方法、コンピュータプログラム、および／またはシステムの１つ以上の実施形態は、次のステップ／動作を有利に含む／実施する：厳密に境界付けられた判断変数を、コンピュータによる処理のための熱電併給混合整数線形プログラムモデルに提供することと、厳密に境界付けられた判断変数と、熱電併給混合整数線形プログラムモデルとに応答して、１つ以上の産業プロセス設備用のプロセスシステムおよび熱電併給ユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを少なくとも実質的に同時にコンピュータによって決定すること。この決定するステップは、熱電併給ユーティリティサブシステムの蒸気と電力との生成および割り当て値と、プロセスシステムの蒸気生成、蒸気需要負荷および水準、電力生成、ならびに電力輸出値を、厳密に境界付けられた判断変数に応答して計算された出力変数として、熱電併給混合整数線形プログラムモデルによって提供することを含み得る。
【００１９】
これらの方法、コンピュータプログラム、および／またはシステムの１つ以上の他の例示の実施形態は、これまたもしくは代替的に、統合準備および実行のステップ／動作を含む／実行する。これらのステップ／動作は、最適な燃料タイプ／エネルギー源混合（例えば、石炭、重油、天然ガス、バイオマス、廃材、太陽熱など）を選択することと、蒸気（例えば、加熱目的、ポンプおよびコンプレッサ駆動目的、熱供給目的、清浄化目的、冷却目的の）および電力（例えば、照明および他の適用分野目的の）を生成する機器を選択することと、を含み得る。これらのステップ／動作は、これまたもしくは代替的に、蒸気ヘッダの数およびその条件（圧力または飽和温度）を定義すること、軸ワークネットワーク構成を決定すること、および／または様々な条件または制約の下における／ための、部分的に分散された環境および完全に分散された環境の双方におけるプロセスプラントおよびユーティリティプラントの双方での用途に対する蒸気および電力の最適な割り当てを決定することと、を含む。
【００２０】
これらの様々な条件または制約は、次のうちの１つ以上を含み得る：ユーティリティシステム提供者に対して利用可能な全ての一般的に利用可能な燃料／エネルギー源を用いるプロセス設計パラメータ変化（例えば、事前特定された潜在的パラメータ値）の全てのかなり考えられる組み合わせ、ユーティリティシステム提供者に対して利用可能な全ての一般的に利用可能な燃料またはエネルギー源を用いるプロセス設計および動作のパラメータ変化の全てのかなり考えられる組み合わせ、ユーティリティシステム提供者に対して利用可能な全ての一般的に利用可能な燃料またはエネルギー源を用いる全てのかなり考えられる蒸留シーケンス、ユーティリティシステム提供者に対して利用可能な全ての一般的に利用可能な燃料またはエネルギー源を用いるプロセス設計および動作パラメータ変化の全てのかなり考えられる組み合わせ下での全てのかなり考えられる蒸留シーケンスと、ユーティリティシステム提供者に対して利用可能な全ての一般的に利用可能な燃料またはエネルギー源を用いるプロセス設計および動作のパラメータ変化の全てのかなり考えられる組み合わせ下での全てのかなり考えられるＨＥＮ設計に対する、ユーティリティシステム提供者に対して利用可能な全ての一般的に利用可能な燃料またはエネルギー源を用いる全てのかなり考えられるＨＥＮ設計、ユーティリティシステム提供者に対して利用可能な全ての一般的に利用可能な燃料またはエネルギー源を用いる全てのかなり考えられる蒸留塔シーケンスおよびＨＥＮ設計、ユーティリティシステム提供者に対して利用可能な全ての一般的に利用可能な燃料またはエネルギー源を用いるプロセス設計および動作のパラメータ変化の全てのかなり考えられる組み合わせ下での全てのかなり考えられる蒸留塔シーケンスおよびＨＥＮ設計。
【００２１】
これらの方法、コンピュータプログラム、および／またはシステムの１つ以上の実施形態によれば、体系的な方法およびコンピュータプログラムもまた、各々が、対応する複数のプロセス動作パラメータ変化のうちの個別の１つを定義するための潜在的範囲の属性値を定義する複数の集合の値を受信することおよび／または決定することに応答して、例えば、完全に分散されたおよび／または部分的に分散されたプロセスおよびユーティリティシステム設計環境のための全ての一般的に利用可能な燃料／エネルギー源を用いて、プロセス動作パラメータ変化の全てのかなり考えられる組み合わせの下でのその主たる設計および動作条件を持つプロセスプラントのＨＥＮネットワーク設計および蒸留ネットワークシーケンスを決定するための措置を有利にさらにまたは代替的に含み得る。
【００２２】
これらの方法、コンピュータプログラム、および／またはシステムの１つ以上の実施形態は、これまたもしくは代替的に、全てのかなり考えられる蒸留塔シーケンスに対する最小数のプラントのＨＥＮユニットを提出するプロセス条件の特定のための体系的な方法、コンピュータプログラム、コンピュータ読み取り可能媒体、およびシステムを提供する。
【００２３】
これらの方法、コンピュータプログラム、および／またはシステムの１つ以上の実施形態は、これまたもしくは代替的に、蒸気生成および需要負荷の水準の考えられる組み合わせのため、蒸気生成および需要負荷の水準の所与の／所望の組み合わせのため、考えられる蒸留塔シーケンスならびに、蒸気生成および需要負荷の水準の考えられる組み合わせのため、考えられる蒸留塔シーケンスのため、考えられる蒸留塔シーケンスならびに、蒸気生成および需要負荷の水準の所与の／所望の組み合わせのため、考えられるＨＥＮ構成ならびに、蒸気生成および需要負荷の水準の考えられる組み合わせのため、および／または考えられるＨＥＮ構成ならびに、蒸気生成および需要負荷の水準の所与の／所望の組み合わせのための、プラントのＨＥＮネットワーク設計の最小の総表面積を提供し、かつこのネットワーク中での各々のユニットの表面積を定義するプロセス条件の特定のための体系的な方法、コンピュータプログラム、コンピュータ読み取り可能媒体、およびシステムを提供する。例示のプロセスフローによれば、ユーティリティシステムソリューションのための蒸気と電力との最適な割り当てが最初に解決され、プロセスシステム条件ソリューションのための蒸気と電力との割り当ては、蒸気と電力との最適なユーティリティ割り当ての部分をその基礎として利用することによって二番目に解決されるが、その逆を代替的に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本発明の特徴および利点ならびに明らかになるであろう他のそれらがより詳細に理解され得るように、簡潔に上記に要約した本発明のより特定的な説明は、本明細書の一部を形成する添付図面に図示されるその実施形態を参照してなされ得る。しかしながら、図面は、本発明の様々な実施形態だけを示し、したがって、それは他の有効な実施形態も含み得るから、本発明の範囲を制限するものと考えるべきではないことに留意すべきである。
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に関わる費用効率の良い熱電併給（ＣＨＰ）ユーティリティシステムと重要プロセスシステムとの組み合わせ統合を提供するシステムの実施形態を示す高水準ブロックシステム図である。
【００２６】
【図２】本発明の実施形態に関わる部分的および完全に分散された環境下での同時処理ユーティリティシステム統合のプロセスを示すブロック流れ図である。
【００２７】
【図３】本発明の実施形態に関わるプロセスとユーティリティ資本費用との間のトレードオフを決定する方法を示すパレート図という形態でのグラフ説明図である。
【００２８】
【図４Ａ】本発明の実施形態に関わる環流比および動作圧力の修正値の考えられる組み合わせでの塔の一体化の概略の方法を示すグラフ説明図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態に関わる環流比および動作圧力の修正値の考えられる組み合わせでの塔の一体化の概略の方法を示すグラフ説明図である。
【００２９】
【図５Ａ】本発明の実施形態に関わる複雑および単純な蒸留ネットワーク例のシーケンスリストを示すグラフ解説図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に関わる複雑および単純な蒸留ネットワーク例のシーケンスリストを示すグラフ解説図である。
【００３０】
【図６】本発明の実施形態に関わるＣＨＰ数学的プログラムに対する入力データのエントリを示すグラフィカルユーザインタ−フェースのグラフ説明図である。
【００３１】
【図７】本発明の実施形態に関わる単純な蒸留ネットワークのグループシーケンスリストの略ブロック図である。
【００３２】
【図８Ａ】本発明の実施形態に関わる、それぞれ間隔カスケード図および間隔グランド複合曲線の略図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態に関わる、それぞれ間隔カスケード図および間隔グランド複合曲線の略図である。
【００３３】
【図９】本発明の実施形態に関わるグランド複合曲線の組み合わせ集合のグラフ説明図である。
【００３４】
【図１０】本発明の実施形態に関わる蒸気ヘッダの最適な数を選択するために用いられるグランド複合曲線のグラフ説明図である。
【００３５】
【図１１】本発明の実施形態に関わるヘッダのＣＨＰ数の選択アルゴリズを示すブロックフロー図である。
【００３６】
【図１２】本発明の実施形態に関わるヘッダ選択に基づいて評価されるべき場合の数を示す相互接続グラフ図である。
【００３７】
【図１３】本発明の実施形態に関わる間隔データのエントリを提供する表にした入力欄を示す表である。
【００３８】
【図１４】本発明の実施形態に関わる機器圧力および蒸気圧力のタイプのデータのエントリを提供する表にした入力欄を示す表である。
【００３９】
【図１５】本発明の実施形態に関わる蒸気タービンおよびモーターのデータのエントリを提供する表にした入力欄を示す表である。
【００４０】
【図１６】本発明の実施形態に関わるＣＨＰプログラム出力モジュールのグラフ説明図である。
【００４１】
【図１７】本発明の実施形態に関わる図１６のＣＨＰプログラム出力モジュールで用いられる略称を提供する表である。
【００４２】
【図１８】本発明の実施形態に関わる最適のプロセス条件と、最小のＨＥＮユニット特定数との選択を示す温度間隔図である。
【図１９】本発明の実施形態に関わる最適のプロセス条件と、最小のＨＥＮユニット特定数との選択を示す温度間隔図である。
【００４３】
【図２０】本発明の実施形態に関わる最適のプロセス条件と、最小のＨＥＮユニット特定数との選択を示す温度間隔図である。
【図２１】本発明の実施形態に関わる最適のプロセス条件と、最小のＨＥＮユニット特定数との選択を示す温度間隔図である。
【００４４】
【図２２】本発明の実施形態に関わる主要ページをリストアップする最適なプロセス条件と、ＨＥＮ面積特定プロジェクトとを示すグラフィカルユーザインターフェースである。
【００４５】
【図２３】本発明の実施形態に関わる最適のプロセス条件と、ＨＥＮ面積特定画面提供プロジェクト詳細とを示すグラフ説明図である。
【００４６】
【図２４Ａ】本発明の実施形態に関わるプロジェクト詳細編集の例を提供するグラフ説明図である。
【図２４Ｂ】本発明の実施形態に関わるプロジェクト詳細編集の例を提供するグラフ説明図である。
【００４７】
【図２５】本発明の実施形態に関わるネットワーク接続形態をグラフ説明図である。
【００４８】
【図２６】本発明の実施形態に関わる最適なプロセス条件と、ＨＥＮ面積特定入力データ集合とのグラフ説明図である。
【００４９】
【図２７】本発明の実施形態に関わる最適なプロセス条件と、ＨＥＮ面積特定モデル公式化とのグラフ説明図である。
【００５０】
【図２８】本発明の実施形態に関わるモデル公式化のソリューション結果のグラフ説明図である。
【００５１】
【図２９】本発明の実施形態に関わるＨＥＮのソリューション例の例示の構成のグラフ説明図である。
【００５２】
【図３０】本発明の実施形態に関わる、プロセスを「リーダー」として、ユーティリティを「フォロアー」として用いることによってプロセス条件およびＨＥＮ表面積を解決させた図２９のＨＥＮのソリューション例のグラフ説明図である。
【００５３】
【図３１】本発明の実施形態に関わる、ユーティリティを「リーダー」として、プロセスを「フォロアー」として用いることによってプロセス条件およびＨＥＮ表面積を解決させた図２９のＨＥＮのソリューション例のグラフ説明図である。
【００５４】
【図３２】本発明の実施形態に関わるＨＥＮのソリューション例の例示の構成のグラフ説明図である。
【００５５】
【図３３】本発明の実施形態に関わる、プロセスを「リーダー」として、ユーティリティを「フォロアー」として用いることによってプロセス条件およびＨＥＮ表面積を解決させた図３２のＨＥＮのソリューション例のグラフ説明図である。
【００５６】
【図３４】本発明の実施形態に関わる、ユーティリティを「リーダー」として、プロセスを「フォロアー」として用いることによってプロセス条件およびＨＥＮ表面積を解決させた図３２のＨＥＮのソリューション例のグラフ説明図である。
【００５７】
【図３５】本発明の実施形態に関わる、より大きいΔＴ＿ｍｉｎ＿ｉ、より大きい結果得られたより大規模なユーティリティ要件を有する図２９の例示のＨＥＮのソリューション例のグラフ説明図である。
【００５８】
【図３６】本発明の実施形態に関わる、プロセスを「リーダー」として、ユーティリティを「フォロアー」として用いることによってプロセス条件およびＨＥＮ表面積を解決させた図３５のＨＥＮのソリューション例のグラフ説明図である。
【００５９】
【図３７】本発明の実施形態に関わる、ユーティリティを「リーダー」として、プロセスを「フォロアー」として用いることによってプロセス条件およびＨＥＮ表面積を解決させた図３５のＨＥＮのソリューション例のグラフ説明図である。
【００６０】
【図３８】本発明の実施形態に関わる、さらにより大きいΔＴ＿ｍｉｎ＿ｉ、より大きい結果得られたさらにより大規模なユーティリティ要件を有する図２９の例示のＨＥＮのソリューション例のグラフ説明図である。
【００６１】
【図３９】本発明の実施形態に関わる、プロセスを「リーダー」として、ユーティリティを「フォロアー」として用いることによってプロセス条件およびＨＥＮ表面積を解決させた図３８のＨＥＮのソリューション例のグラフ説明図である。
【００６２】
【図４０】本発明の実施形態に関わる、ユーティリティを「リーダー」として、プロセスを「フォロアー」として用いることによってプロセス条件およびＨＥＮ表面積を解決させた図３８のＨＥＮのソリューション例のグラフ説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
本発明をここで、本発明の実施形態を図示する添付図面を参照して以降により完全に説明する。しかしながら、この発明は、多くの異なる形態で具体化され得るものであり、本明細書に以降の解説される実施形態に限られると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が徹底した完全なものであり、当業者に対して本発明の範囲を完全に伝えるものである。同様の番号は、全般にわたって同様の部品に言及するものである。プライム表記は、もしあれば、代替実施形態での類似の部品を示す。
【００６４】
総サイトユーティリティシステムの統合において、総サイトユーティリティシステムと、化学プロセスとの間にかなりの変化が存在する場合がしばしばある。したがって、化学プロセスと、総サイトユーティリティシステムとの一体化は、統合問題において考慮する必要がある。その分野における従来の知恵は、分散された部門において、最初にプロセスユニット／システムを、そして二番目にユーティリティシステムを連続的に統合することである。このような方式は、結果として、プロセスユニットおよびユーティリティシステムの設計の双方において深刻な経済的損失を招きかねない。このような短絡的な方式の背後にある１つの主要な技術的理由は、熱電併給ユーティリティシステムの統合だけが、複数の目的を有する複雑な組み合わせ上の問題であるということである。熱交換器ネットワーク（ＨＥＮ）統合の複雑性を、最適なプラントの蒸留シーケンスを選択するという統合問題と共に自身が、ＮＰ困難でもあると数学的に考えられているこの統合問題の複雑性に追加することは、結果として、問題を解決困難なものとしかねない。
【００６５】
熱電併給（ＣＨＰ）ユーティリティシステムの統合には、４つの主要なタスクが伴う：（１）燃料タイプ／エネルギー源混合（例えば、石炭、重油、天然ガス、バイオマス、廃材、再生可能／太陽熱など）の選択、（２）蒸気（例えば、主として、加熱目的、駆動目的、熱供給目的、清浄化目的、さらに冷却目的の）および電力を生成するハードウエア／デバイス／機器、（３）蒸気ヘッダの数およびその条件（例えば、圧力または飽和温度）、および（４）軸ワーク生成構造構成の決定およびこのような２つのコモディティ（例えば、蒸気および電力）の、プロセスプラントおよびユーティリティプラントの双方の用途に対する最適な割り当て（例えば、加熱負荷割り当て、ドライバ選択、冷却タスク、など）。発明者らは、このような判断変数は、インプロセスの蒸気と電力との需要および生成と相互作用することを認識した。蒸気水準の数およびその位置付けもまた、蒸気タービンの効率の変動およびそのサイズの選択を含む統合ＣＨＰシステムの蒸気ヘッダ設計およびコジェネレーション潜在性に対してだけではなく、蒸留および剥離ネットワーク構造およびパラメータ設計などのインプロセス重要ユニットおよび熱交換器ネットワーク統合にもかなりの影響を及ぼすものと認識されている。
【００６６】
従来は、ＣＨＰシステムを熱交換器ネットワークおよび蒸留シーケンスなどの相互連結された重要プロセスと同時に統合するシステム、コンピュータプログラム、コンピュータ読み取り可能媒体、または方法は存在しない。例えば、Ｓｔａｒ、Ｐｒｏ  Ｓｔｒｅａｍ、および他のものなどの、ＣＨＰシステムを統合するための商業用ソフトウエアが存在するとはいえ、それらは、このような能力を提供しない。学会では、大きいＨＥＮ問題は、ＮＰ困難であると考えられている。この問題を、蒸留シーケンスおよびＣＨＰ統合の追加によってさらにより組み合わさったものとすることが、特に、１つのサイトで２５ものプラントを有し得るメガ産業コンプレックスにとって、この問題を解決困難な問題としている。有益なことに、本発明の様々な実施形態は、費用効率の良い熱電併給システム、プロセスプラント熱交換器ネットワーク、および蒸留ネットワークシーケンスを、実質的に最適な重要設計および動作条件の特定による同時統合のための体系的な方法を提供する。本発明の様々な実施形態もまた、蒸留塔を含むＣＨＰと、ＨＥＮと、重要プロセスユニットとの間の相互作用の主要原因となり得るし、自由度およびプロセスシステム（例えば、ＨＥＮおよび蒸留ネットワークシーケンス）の設計を考慮したユーティリティシステムを統合し得るし、また、ユーティリティシステムと関連付けられた費用と、プロセスシステムと関連付けられた費用との間の最適なトレードオフを決定または決定を容易化し得る。
【００６７】
［システム情報］
【００６８】
本発明の例示の実施形態に関わる様々なシステムオプションを、以下に説明する。
【００６９】
図１は、例えば、産業プロセス設備（個々のプロセス設備または一群の産業プロセス設備）のプロセスとユーティリティのパラメータ変動の全ての考えられる組み合わせの下での実質的に最適な重要設計および動作条件の識別によって、費用効率の良い熱電併給（ＣＨＰ）ユーティリティシステム、プロセスプラント熱交換器ネットワーク（ＨＥＮまたはＨＥＮネットワーク）、および蒸留ネットワークシーケンスを提供するシステム３０を示す。システム３０は、プロセッサ３３、ソフトウエアおよびデータベース記録を内部に記憶するためにプロセッサ３３に連結されたメモリ３５、および図形画像を表示する図形ディスプレイ３９を含み得るユーザインターフェース３７を有するＣＨＰユーティリティおよびプロセスサブシステム分析ならびに設計コンピュータ３１と、ユーザアクセスを提供してソフトウエアおよびデータベース記録を操作することが当業者には周知であるユーザ入力デバイス４１とを含み得る。コンピュータ３１は、パソコンという形態または、複数のユーザインターフェース３７にサービスを提供するサーバもしくはサーバーファームという形態、または当業者に周知の他の構成をとり得ることに留意されたい。したがって、ユーザインターフェース３７は、コンピュータ３１に直接接続されるまたは、当業者には周知なようにネットワーク３８を介して接続されることが可能である。
【００７０】
システム３０はまた、ＣＨＰユーティリティおよびプロセスサブシステム分析ならびに設計コンピュータ３１の（内部または外部）メモリ３５に記憶され、複数のユーティリティおよびプロセスサブセクションの各々に対する各々の動作属性の潜在的範囲の値を各々が個別に定義する複数の集合の値を有するデータベース４３を含み得る。このような属性は、例えば、燃料タイプ／エネルギー源（石炭、重油、天然ガス、バイオマス、廃材、太陽熱など）、蒸気（加熱目的、ポンプおよびコンプレッサ駆動目的、熱供給目的、清浄化目的、冷却目的の）および電力（照明および他の適用分野目的の）を生成する機器、蒸気ヘッダおよびその条件範囲（圧力または飽和温度）、軸ワークネットワーク構成、および、プロセスプラントおよびユーティリティプラントの双方の用途に対する蒸気および電力の割り当てに対する値の範囲、ならびに最適および潜在的に最適な結果を提供するものと特定された離散値を含み得る。
【００７１】
このような属性はまた、高温プロセス流れの各々および低温プロセス流れの各々のプロセス供給温度（Ｔｓ）の下限および上限の値、高温プロセス流れの各々および低温プロセス流れの各々の目標温度（Ｔｔ）の下限および上限の値、および／または高温プロセス流れの各々および低温プロセス流れの各々の熱容量流量（ＦＣｐ）の下限および上限の値、受信された流れ条件に従った産業設備用の様々なユーティリティシステム構成要素および様々なＨＥＮ機器の資本費用、さらに、流れ（ΔＴ＿ｍｉｎ＿ｉ）と、流れ初期タイプと、流れ整合制約と、グローバルユーティリティ消費値［Ｑｈ］、［Ｑｃ］（ここで、「［］」は間隔値を示す）との間の１つ以上の集合の流れ固有の最小温度アプローチ値を含み得る。このような属性もまた、プロセス流れ／プロセス温度を制御する少なくとも各々のピンチ点での「最少選択下限および上限温度境界」を記述する「ピンチ点」としばしば呼ばれるピンチ領域の間隔および／または離散位置、ピンチ位置を制御する流れの特定、ΔＴ＿ｍｉｎ＿ｉの進行性変化またはプロセス条件に従ってピンチ位置の１つまたは複数のマップを定義するピンチ点を連結するデータ、ならびに各々のピンチ位置でネットワーク条件に対して必要とされるＨＥＮユニットの最小数を、とりわけ含み得る。
【００７２】
システム３０はまた、ＣＨＰユーティリティおよびプロセスサブシステム分析および設計コンピュータ３１のメモリ３５に記憶され、かつ、分析及び設計の様々な固有の位相を含む体系的なプロセスを提供するように適合されたＣＨＰユーティリティおよびプロセスサブシステム分析および設計プログラム５１を含み得るが、これは、部分的に分散された環境および完全に分散された環境の双方においてユーティリティおよびプロセスのシステム／サブシステムの双方に対する最適なソリューションを提供する革命的なソリューション方式となる。
【００７３】
プログラム５１は、含むべき次のアルゴリズムの１つ以上の組み合わせを組み込むことが可能である：加熱蒸気の需要および生成の上積みおよび下積み負荷計算アルゴリズム、インプロセス蒸気生成アルゴリズム、インプロセス蒸気需要アルゴリズム、蒸留シーケンスリストおよびその資本費用推定アルゴリズム、蒸留塔環流比、トレイの数および圧力選択ならびに原価計算アルゴリズム、ＨＥＮ最小面積計算およびプロセス条件特定アルゴリズム、ＨＥＮの最小ユニット数およびプロセス条件特定アルゴリズム、ＨＥＮの最小資本費用アルゴリズム、ユーティリティおよびプロセスシステム費用比較アルゴリズム、独立ＣＨＰユーティリティシステム設計および原価計算アルゴリズム、総蒸気生成および需要（水準）の下限および上限計算および／または標的化アルゴリズム、蒸気ヘッダ数選択アルゴリズム、蒸気ヘッダ条件特定アルゴリズム、プロセスおよび蒸留塔一体化アルゴリズム、ならびに、ＣＨＰ最適化アルゴリズム。アルゴリズムのこの集合はまた、例えば、米国特許第７，６９８，０２２号に記載されているエネルギー目標化およびプロセス条件特定アルゴリズムを含み得るが、｛ΔＴ＿ｍｉｎ＿ｉ｝行進モジュールは、例えば、「Ｓｙｓｔｅｍ，  Ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｆｏｒ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇ  Ｎｏｎ−Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ  Ｈｅａｔ  Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ  Ｎｅｔｏｗｏｒｋ」という題名の米国特許第８，０３２，２６２号に記載されており、ピンチ点間隔特定モジュールは、例えば、「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｆｏｒ  Ｈｅａｔ  Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｌｉｆｅｔｉｍｅ  Ｒｅｔｒｏｆｉｔという題名の米国特許第１３／０４１，０５７号に記載されており、間隔ベースのサイト全体の蒸気需要および生成の境界付けモジュールは、例えば、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  Ｆｏｒ  Ｇｌｏｂａｌ  Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ  ｏｆ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ  Ｕｎｄｅｒ  Ｖａｒｙｉｎｇ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓという題名の米国特許第１２／４８０，４１５号に記載されており、ＨＥＮ統合モジュールは、例えば、「Ｓｙｓｔｅｍ，  Ｍｅｔｈｏｄ，  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒ  Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｖａｒｉａｂｌｅｓ  ｉｎ  Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓという題名の米国特許第７，７２９，８０９号に記載されている。図２は、本発明の実施形態に関わる主要なアルゴリズム間の相互接続を示す。
【００７４】
ＣＨＰユーティリティおよびプロセスサブシステム分析および設計プログラム５１は、当業者には周知であり理解されるように、マイクロコード、プログラム、ルーチン、および、ハードウエアの機能を制御し、その動作を指示する順序付けられた動作の集合の特定の集合を提供する記号言語という形態をとり得ることに留意されたい。また、ＣＨＰユーティリティおよびプロセスサブシステム分析および設計プログラム５１は、本発明の実施形態によれば、この全体が揮発性メモリに常駐する必要はないが、しかしながら、当業者には周知であり理解されるように、様々な方法にしたがって、必要に応じて、選択的にロードすることが可能であることに留意されたい。
【００７５】
［総システムの最小年換算費用を有する熱電併給（ＣＨＰ）ユーティリティとプロセスサブシステムとの連続統合］
【００７６】
［部分的分散適用の方法］
【００７７】
このようなカテゴリにおいて、我々は、一般的に、総システム最小年換算費用を有するようにプロセスサブシステムおよびユーティリティサブシステムの双方を統合する単の一企業目的のプロジェクトを有するが、しかしながら、分散的方式では、プロセスサブシステムおよびユーティリティサブシステム（ＣＨＰ）を統合するタスクが実行される。例えば、プロセス設計部門およびユーティリティ設計部門は、個別に働いている。双方の部門は、それらの問題の制約に晒されるそれらのそれぞれのサブシステムにとって、考えられる最良の統合／設計（最小総年換算費用）を達成しようと努めている。現在の技術水準によれば、ユーティリティサブシステム（ＣＨＰ）設計者は、プロセスサブシステムの最適化問題ソリューション（すなわち、蒸留ネットワークおよび熱交換器ネットワーク（ＨＥＮ）のサブシステムのそれ）の判断変数に加えてそれ自身の問題である上部構造から自分自身の制約を得る。プロセスの問題は、第一に、蒸気水準および電力需要の公称設計の正確な需要および生成の値ならびに電力で駆動する機器を提供するようにプロセス設計者によって解決され、ユーティリティサブシステム問題（ＣＨＰ）は、後で、所与の所望のプロセス設計者の状況に対して解決される。
【００７８】
本発明の様々な実施形態によれば、３つの異なる分析カテゴリが認識されているが、異なるように取り扱われる。例えば、本発明の実施形態によれば、正しく分析するため適切なカテゴリを決定するためには、全ての実行可能なサブシステム統合代替例が、最初に評価されて、プロセスサブシステムの総年換算費用（ＰＳＴＡＣ）値を決定する。有望な代替例のパラメータを次に用いて、例えば、｛ΔＴ＿ｍｉｎ−ｉ｝間隔を用いて、所望のプロセスサブシステム統合設計と動作条件（蒸留ネットワークとＨＥＮ）との全ての考えられる組み合わせに対して、ユーティリティサブシステム統合（ＣＨＰ）の蒸気の需要および生成の境界を計算する。ＣＨＰサブシステムは、次に、このような蒸気境界を用いてそのサブシステムの統合を開始して、ユーティリティサブシステムの最良の総年換算費用（ＵＳＴＡＣ）を得る。
【００７９】
ケースＩ：プロセスサブシステムがリーダーで、ユーティリティサブシステムがフォロワーである
【００８０】
ＣＨＰ  ＵＳＴＡＣがＰＳＴＡＣと比較してドル価値ではるかに低い場合、プロセスサブシステムは、問題目的リーダーになり、ＣＨＰは問題目的フォロワーになる。この問題に対するソリューション方式によれば、プロセス設計者は、最初に自分の最良の利益となるように問題を解決して、フォロワーに対して、プロセス設計者問題ソリューションから得られ、プロセスサブシステム設計者によって自身に与えられた自身の上部構造制約および判断変数のもとで自身の最良の目的を発見するように指示する。これらの制約および判断変数は、蒸気の需要および生成の水準ならびに動作条件と、ポンプおよびコンプレッサ用の、タービンおよび／またはモーターなどのプロセス機器の駆動装置の臨時の選択とを含む。このクラスの問題は、現在、学会および産業界の双方で、ＣＨＰユーティリティサブシステムである程度、実施されている。
【００８１】
ケースＩＩ：プロセスサブシステムがフォロワーで、ユーティリティサブシステムがリーダーである
【００８２】
ＰＳＴＡＣがＣＨＰ  ＵＳＴＡＣと比較してドル価値ではるかに低い場合、ＣＨＰは、問題目的リーダーになり、プロセスサブシステムは目的フォロワーの問題になる。このソリューションによれば、プロセス設計者は、最初にユーティリティシステム設計者がその最適なソリューションを公式化するために利用する制約の広い集合を提供する。蒸気および電力に関連する出力パラメータを、次に、ユーティリティシステム制約を鑑みて、その最適なソリューションの設計に利用されるように、プロセスシステム設計者に戻す。
【００８３】
ケースＩＩＩ：プロセスとユーティリティサブシステムとの間の協力方式を結ぶ
【００８４】
ＰＳＴＡＣおよびＣＨＰ  ＵＳＴＡＣが費用という点で類似している場合、パレートタイプ図を設定して、部門間での単純な反復を用いて、最も安価な蒸留シーケンスおよび熱交換器ネットワーク対ＣＨＰ費用を分析することが可能である。企業全体の最良の意思決定のためのパレートタイプ図は、｛ΔＴ＿ｍｉｎ＿ｉ｝を行進変数として用いて採用することが可能である。このような行進技法の例が、例えば、米国特許第８，０３２，２６２号に記述されている。
【００８５】
［完全分散適用のための方法］
【００８６】
このようなカテゴリでは、プロセスサブシステムおよびユーティリティサブシステム（ＣＨＰ）の双方の統合タスクは、完全に分散された形式で実行することが可能である。例えば、一般的なシナリオでは、我々には、１つの企業の目的がプロセスプラント（例えば、化学複合施設）を統合することであり、他方の企業の目的がユーティリティプラント（ＣＨＰ）を統合して、それにサービスを提供することであるプロジェクトに取り組んでいる２つの企業がある。ユーティリティプラントの統合者は、通常は、ある投資能力を持つ当事者である。彼または彼女は、投資したいが予算は限られている。プロセス設計者は、その資本投資を、ユーティリティシステム資本を犠牲にすれば削減することが可能である。しかしながら、この方式をその最大能力にまで拡張すると、ユーティリティ投資家を見つける機会を妨げかねない。プロジェクトの早い段階では、双方の当事者は、その点を、ウイン−ウインの状況に達するまで検討する。
【００８７】
ウイン−ウイン状況を達成するために本発明の実施形態によって採用される方法は、プロセスおよびユーティリティの双方の企業が、それらの最良の容認可能な決定を最適に発見して、化学／他の産業プロセスプラントが、化学／他の産業コンプレックスユーティリティプラントに対する建設者を発見する最良の融資機会をそれが検索するのを助けることを可能とするパレート状の曲線を用いてこの適用カテゴリを体系的に取り扱う。図３は、２つの企業の対立する目的間の最適な和解点を助ける際に有用なパレート状曲線を示すが、この和解点は、理想的には、曲線に沿ったどちらかの方向の運動が、結果として、一方の企業に対する費用の増加が他方の企業が提供する節約費用より大きくなるような点に位置する。
【００８８】
［環流比と動作圧力修正の体系的方法との考えられる組み合わせの下でのプロセスと蒸留塔との一体化］
【００８９】
上述のケースおよび／またはシナリオは、最適なプロセスサブシステムの総年換算費用を決定する能力に依存する。そうするために、本発明の様々な実施形態は、広い範囲のパラメータの下で、プロセスと蒸留塔との一体化を提供する。例示の方法によれば、プロセスは次のステップ／動作を含み得る：
2015519629.tif 000003
【００９０】
ステップ１によれば、プロセスは、上記の周囲プロセスに対する低塔動作圧力で規範事例設計と、サブ周囲プロセスに対する高塔動作圧力で規範事例設計研究とを開始することとによって開始する。ステップ２は、低環流比から高環流比を用いて蒸留塔を概念的に設計することを伴う。ステップ３では、塔費用が各々の場合に対して登録される。
【００９１】
上記の周囲温度プロセスでは、塔の圧力を規範事例設計からより高い圧力に増加させて、塔の費用を軽減させることに留意されたい。最も高い塔圧力は、塔（の費用）がその金属重量および厚さの増加のために増大する圧力を超えたところにあるそれである。サブ周囲プロセスの場合、塔の蒸気搭載／直径の増加によって塔（の費用）が増大するまで、規範事例設計の圧力を軽減させる。
【００９２】
ステップ４では、圧力事例（規範以上）もしくは（規範以下）、または低環流比から高環流比にしたがって蒸留塔をシミュレートして、蒸発され（ｅｖａｐ）加熱される低温流れおよび復水され（ｃｏｎｄ）冷却される高温流れのＦＣｐに対する間隔という形態での熱一体化適用流れデータに対するデータを抽出するが、ここで、高温および低温の流れ供給ならびに目標温度（それぞれ、Ｔｓ、ｔｓ、およびＴｔ、ｔｔ）は、各々の塔に対して用いられる圧力に固有の数値である。ステップ５では、次の出力データが記録される：
2015519629.tif 000004
【００９３】
ステップ６では、エネルギー標的化は、底面圧での蒸留塔に対するプロセス変化と環流比との全ての考えられる組み合わせの下で実行され、ステップ７では、エネルギー標的化は、例えば、所望の高圧（上記の周囲プロセスのそれ）での蒸留塔に対するプロセス変化と環流比との全ての考えられる組み合わせの下で実行される。
【００９４】
ステップ８では、プロセスは、熱ピンチ点間隔を決定し、異なるピンチ点位置を決定し、どの塔の圧力を増す必要があるかを選択する助けとなるようにピンチ点制御流れを特定する。それらの全てが実行可能なオプションであれば、プロセスは続く。
【００９５】
ステップ９では、低圧規範事例設計と高圧塔の事例との間のエネルギー動作費用の差が登録され、塔の圧力を増加させるかまたはそれを増加させないかを判断する。
判定する。
【００９６】
ステップ１０では、所望の高圧で動作している蒸留塔のエネルギー目標化ステップの結果を利用して、圧力の検査を１つ１つの塔に対して実施する。このステップで、低い動作圧力の規範事例設計にある塔の流れデータを、他の塔が高圧にある状態で塔のうちの１つに適用して、エネルギー動作費用節約に大きい影響を及ぼすことなく、塔の圧力のうちの一部を軽減する可能性を探索する。
【００９７】
ステップ１１で、プロセスは、規範事例圧力と高圧との場合のプロセス設計修正の全ての考えられる組み合わせだけの下での蒸留塔とプロセスの残りとの間または蒸留塔のうちでのプラントへの一体化の水準を定義する。実例の技術は図４Ａに示す単一アルゴリズムを用いるが、これは、グラフに示す「集合」の全ての要素に対するエネルギー目標化を実行することによる最良水準の一体化を発見するためにロードマップを提供する。図４Ａに示すＮ＝５蒸留塔問題は、環流比と動作圧力修正との全ての考えられる組み合わせの下での「総プロセス」の塔の一体化のための体系的な方法の例を提供することに留意されたい。ここで、表では項目２〜５で表される４つの蒸留塔は、「プロセスの残り」のサブシステム低温流れとともに一体化されて加熱され、項目１で表される高温流れは冷却される。「オプション」という用語は、４つの蒸留塔とプロセスの残りおよび互い同士の考えられるエネルギー一体化組み合わせの総数を表し、「集合」は、４つの蒸留塔のうちの、プロセスの残りとのエネルギー一体化オプションのリストを表す。
【００９８】
図４Ｂに示すＮ＝４の蒸留塔問題は、環流比と動作圧力修正との全ての考えられる組み合わせの下での「自身同士中での」「蒸留塔だけの」塔に対する体系的な方法の例を提供する。ここで、表中の項目１〜４で表される４つの蒸留塔は、互いだけと一体化される。「オプション」という用語は、４つの蒸留塔の自身同士中での考えられるエネルギー一体化組み合わせの総数を表し、「集合」という用語は、４つの蒸留塔中でのエネルギー一体化オプションのリストを表す。例えば、「集合」中の第１の要素は、４つの塔を全て一緒に一体化するというオプションを表す。「集合」中の第３の要素は、塔１、２、および４が自身同士で一体化され、塔３がユーティリティ用途だけのスキームに残されるオプションを表す。
【００９９】
ステップ１２では、問題となる流れデータ全体が、間隔から所望の加熱および／または冷却ユーティリティ事例の要件のちょうど番号まで破壊されて、ユーティリティの負荷および水準を特定するが、最良の蒸留塔設計パラメータは、環流比、動作圧力、さらに、プロセス設計および動作条件修正の残りを含む。
【０１００】
ステップ１３では、多くの考えられるシーケンスまたは蒸留塔のいくつかのグループの組み合わせの１つのグループに対して上記のステップが繰り返されるが、しかしながら、シーケンスの数は、例えば、図５Ａおよび５Ｂの２つのグラフに示すように少ない。
【０１０１】
［プロセス修正の考えられる組み合わせの下での総蒸気水準目標化］
【０１０２】
本発明の様々な実施形態は、非冷却タスクからのプロセス蒸気生成間隔目標化と非加熱タスクからのプロセス蒸気需要間隔目標化との双方を提供する。
【０１０３】
［非冷却タスクからのプロセス蒸気生成間隔目標化］
【０１０４】
例示の構成によれば、プロセスユニット（ｉ）のインプロセス蒸気生成モデルは次のように計算される：
2015519629.tif 000005
【０１０５】
ＰＤＰおよびＰＯＰは、プロセス設計パラメータおよびプロセス動作パラメータと関連する／を表す異なるプロセスユニットであり、これらは、当業者には理解されるように、とりわけ、環流比および圧力の中間加熱器および中間冷却器、供給温度および目標温度、流れの流速および／または供給、ならびに目標温度に影響する触媒タイプ、蒸気の目標と供給温度に影響を及ぼす吸着の溶媒タイプを含む。
【０１０６】
マルチグループ中の複雑な蒸留塔シーケンスおよび簡単な蒸留シーケンスなどの構造的な判断は、上記の列挙アルゴリズムを介して取り扱われる。別の重要な適用は、後述する、ＣＨＰで取り扱われる「機器駆動」のためのプロセス蒸気需要である。
【０１０７】
［非加熱タスクからのプロセス蒸気需要間隔目標化］
【０１０８】
例示の構成によれば、プロセスユニット（ｊ）のインプロセス蒸気需要モデルは、次のように計算される：
2015519629.tif 000006
【０１０９】
［プロセス修正の考えられる組み合わせの下での加熱流れ水準目標化］
【０１１０】
例示の構成によれば、加熱蒸気水準目標化は、例えば、「Ｓｙｓｔｅｍ，  Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔ，ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ＧｌｏｂａｌＴａｒｇｅｔｉｎｇ  ｏｆ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ  Ｕｎｄｅｒ  Ｖａｒｙｉｎｇ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」という題名の米国特許第１２／４８０、４１５号に記載されるアルゴリズムを利用する。例示の構成によれば、プロセスは、以下に図示し、その後で説明する表に示す様々なステップを含む。
2015519629.tif 000007
【０１１１】
図６に示すように、これらのステップは、データエントリ表６１で解決されるべき問題に対する間隔形態の流れデータをリストアップすることを含む。例えば、図７に示すような間隔カスケード図７１を、次に、エントリ表６１に入力された問題データを用いて構築する。図８Ａおよび８Ｂに示すように、ステップは、８１で高温ユーティリティを追加し、Ｔ−Ｑ図８３（図８）の各々のステップ対図示温度（温度間隔図のこのようなステップの平均温度である）から残余を引き出して、間隔グランド複合曲線を内部で生成することによって、間隔カスケード図７１（図８Ａ）を均衡させることを含み得る。
【０１１２】
有益なことに、これらの曲線は、プロセス冷却タスクのおかげで、全ての考えられるグランド複合曲線／プロセス蒸気加熱需要および蒸気生成を含む。これに対応して、図８３は、プロセス設計修正の全ての考えられる組み合わせの下での低圧蒸気間隔［ＬＰＳ］、中間圧蒸気間隔［ＭＰＳ］、および高圧蒸気間隔［ＨＰＳ］を提供する。
【０１１３】
図９に示すように、ステップは、問題によって必要とされる総蒸気水準間隔値を特定するために、非加熱プロセス適用のせいで他のプロセス適用から生成されたそれらに対して間隔グランド複合曲線によって提供された低圧蒸気間隔［ＬＰＳ］、中間圧蒸気間隔［ＭＰＳ］、および高圧蒸気間隔［ＨＰＳ］を組み合わせることをさらに含む。
【０１１４】
［蒸気ヘッダ負荷特定アルゴリズムの数］
【０１１５】
例示の構成によれば、蒸気ヘッダ負荷特定は、ＣＨＰアルゴリズムを利用して、プロセス設計変更の全ての考えられる組み合わせの下での２、３、４、５、６、７のヘッダに対するユーティリティシステムの総年換算費用（ＵＳＴＡＣ）を計算する。例えば、我々は、２つのヘッダの場合（図１０Ａ）の、次に３つのヘッダの場合（図１０Ｂ）のＵＳＴＡＣを発見して、蒸気ヘッダの最も経済的な数を特定する。
【０１１６】
図１１に示すように、好ましい実施形態によれば、プロセスは、２つのヘッダから始まり（ブロック１０１）、総流れ生成および需要（水準）２＋ｉの下限および上限の計算アルゴリズムを用い（ブロック１０３）、ＣＨＰプログラム／アルゴリズムの使用によってＵＳＴＡＣを決定し（ブロック１０５）、ヘッダのそれぞれの数に対して年換算費用データを記録し（ブロック１０７）、ループを継続して、蒸気ヘッダの数における増加がこれ以上総費用を減少させなくなる（ブロック１１０）まで、ＣＨＰ計算の結果に従ってヘッダの数を１つずつ増加させる（ブロック１０９）。
【０１１７】
［蒸気ヘッダの数および動作条件列挙アルゴリズム］
【０１１８】
図１２は、蒸気ヘッダの数および動作条件列挙アルゴリズムの図示例を提供する。このアルゴリズムは、動作条件の数（すなわち、高、中間、および低の蒸気圧）と関連してユーザによって選択される蒸気ヘッダの数に基づいて場合の数を特定する。
場合の数＝動作条件の数＾（ヘッダの数−１）
【０１１９】
例えば、ヘッダの高蒸気温度Ｈ１＝７００°Ｆで、ヘッダの数Ｎ＝３であれば、場合の数＝３＾（３−１）＝９である。
【０１２０】
［熱電併給数学的プログラムを用いる熱電併給（ＣＨＰ）ユーティリティとプロセスサブシステムとの同時統合］
【０１２１】
本発明の様々な実施形態によれば、ＣＨＰと重要プロセスユニットとの同時統合の代替例は、広く２つのカテゴリに分類することが可能である：プロセス関連のオプションおよびユーティリティ関連のオプション。プロセス関連のオプションは、プロセスの分離およびＨＥＮシステムの設計による、プロセスによる蒸気および電力の需要の量と、プロセスによって生成された蒸気および電力とを変更することを含み得る。好ましい実施形態によれば、プロセス関連のオプションは、最適なユーティリティ、ＨＥＮ、および分離システムの設計のための変更のオプションとしては、プロセス化学反応経路、触媒、および反応炉ネットワークは含まないことに留意されたい。ユーティリティ／ＣＨＰ関連のオプションは、通常、プロセスの必要性を満たすために、統合されたシステムからの熱および電力（ＣＨＰ）の最適な生成に集中する。
【０１２２】
例示の構成によれば、ＣＨＰ数学的プログラムは、ＣＨＰユーティリティとプロセスサブシステムとの同時統合を提供するために用いられる混合整数線形プログラム（ＭＩＬＰ）である。ＭＩＬＰを用いるマーケットで利用可能な商業用ソフトウエアは存在するとはいえ、また、公知となっている学会モデルの多くもまたＭＩＬＰまたは、そのモデル目的機能および／またはモデル制約によって非線形性なために混合整数非線形プログラム（ＭＩＮＬＰ）を用いているとはいえ、本発明の様々な実施形態は、有益にも、プロセス蒸気需要およびプロセス蒸気生成が様々な圧力水準で定義され、かつプロセス蒸気需要、プロセス蒸気生成、電力生成、および電力輸出が厳密に範囲タイプの境界を持つ判断変数として定義されるＭＩＬＰを用いている。
【０１２３】
さらに、有益なことに、プロセスサブシステムおよびユーティリティサブシステムの双方の統合の最適値は、ＣＨＰＭＩＬＰモデルによってはいまだ判定されず、したがって入力変数ではないが、これは、このような変数がＭＩＬＰソリューション以前に指定される／与えられる学会および産業界における他の全てのＣＨＰＭＩＬＰおよびＭＩＮＬＰに当てはまる。本発明の様々な実施形態とは対照的に、このような入力データは、従来は、通常、化学プロセス設計者によってユーティリティシステム設計者に供給される。
【０１２４】
図１３〜１５は、入力データが例示の構成に従ってどのようにロードされるかを図示する入力データのグラフィカルユーザインターフェース欄の選択例を示す。プログラム入力データは、主要なプログラム集合、ユーティリティおよびプロセスのパラメータ、ならびにユーティリティおよびプロセスの変数を含む。
【０１２５】
附録３は、例示の構成に関わるプログラム集合、入力パラメータ、および入力変数の様々な例をリストアップする。主要なプログラム集合は、「オリジナル集合」および「導集合」を含み得る。これらのパラメータは、「蒸気ヘッダ」パラメータ、「ボイラー」パラメータ、「コジェネレーション」パラメータ、「蒸気タービンジェネレータ」パラメータ、復水蒸気タービンジェネレータパラメータ、ブレークオーバーステーションパラメータ、復水器パラメータ、プロセス蒸気タービンパラメータ、蒸気タービン処理用切り替え可能モーターパラメータ、プロセス蒸気ジェネレータパラメータ、太陽熱ユニットパラメータ、復水システムパラメータ、脱気装置パラメータ、電力パラメータ、燃料パラメータ、および経済的パラメータを含み得る。これらの変数は、蒸気ヘッダ変数、ボイラー変数、コジェネレーション変数、太陽蒸気ジェネレータ変数、蒸気タービンジェネレータ変数、復水蒸気タービンジェネレータ変数、蒸気タービン処理用切り替え可能モーター変数、ブレークオーバーステーション変数、復水器変数、復水システム変数、脱気装置変数、プロセス蒸気ジェネレータ変数、ボイラー供給水システム変数、およびプロセス冷却需要変数を含み得る。
【０１２６】
例示の構成に従って、蒸気ヘッダ、コジェネレーション、ボイラー、蒸気タービンジェネレータ、復水蒸気タービンジェネレータ、太陽熱蒸気生成／加熱、蒸気需要、ブレークオーバーステーション、復水器、スキムタンク、脱気装置、ボイラー供給水、電力、制約、燃料、流れ準備、および経済に対して指示された選択計算を、以下に提供する。
【０１２７】
［蒸気ヘッダ］
【０１２８】
［ヘッダ流入量］
2015519629.tif 000008
【０１２９】
［ヘッダ流出量］
2015519629.tif 000009
【０１３０】
［材料均衡］
2015519629.tif 000010
【０１３１】
［エネルギー均衡］
2015519629.tif 000011
【０１３２】
［コジェネレーション］
【０１３３】
［蒸気生成］
2015519629.tif 000012
【０１３４】
［材料均衡］
2015519629.tif 000013
【０１３５】
［ブローダウン計算］
2015519629.tif 000014
【０１３６】
［コジェネレーション燃料使用］
2015519629.tif 000015
【０１３７】
［容量制約］
2015519629.tif 000016
【０１３８】
［ボイラー］
【０１３９】
［材料均衡］
2015519629.tif 000017
【０１４０】
［ボイラーブローダウン計算］
2015519629.tif 000018
【０１４１】
［ボイラー燃料使用計算］
2015519629.tif 000019
【０１４２】
［ボイラー容量制約］
2015519629.tif 000020
【０１４３】
［ボイラー蒸気準備］
2015519629.tif 000021
【０１４４】
［蒸気タービンジェネレータ］
【０１４５】
［電力生成計算］
2015519629.tif 000022
【０１４６】
［容量］
2015519629.tif 000023
【０１４７】
［復水蒸気タービンジェネレータ］
【０１４８】
［電力生成計算］
2015519629.tif 000024
【０１４９】
［容量］
2015519629.tif 000025
【０１５０】
［太陽熱蒸気生成／加熱］
【０１５１】
［材料均衡］
2015519629.tif 000026
【０１５２】
［蒸気生成］
2015519629.tif 000027
【０１５３】
［蒸気需要］
【０１５４】
［ヘッダ中の需要範囲］
2015519629.tif 000028
【０１５５】
［ブレークオーバーステーション］
【０１５６】
［容量］
2015519629.tif 000029
【０１５７】
［復水器］
【０１５８】
［デューティ計算］
2015519629.tif 000030
【０１５９】
［容量］
2015519629.tif 000031
【０１６０】
［スキムタンク］
【０１６１】
［材料均衡］
2015519629.tif 000032
【０１６２】
［エネルギー均衡］
2015519629.tif 000033
【０１６３】
［脱気装置］
【０１６４】
［材料均衡］
2015519629.tif 000034
【０１６５】
［エネルギー均衡］
2015519629.tif 000035
【０１６６】
［ボイラー供給水］
【０１６７】
［材料均衡］
2015519629.tif 000036
【０１６８】
［電力］
【０１６９】
［総電力生成計算］
2015519629.tif 000037
【０１７０】
［電力要件を満たす］
2015519629.tif 000038
【０１７１】
［排出された電力の計算］
2015519629.tif 000039
【０１７２】
［制約］
【０１７３】
［プロセス冷却需要］
2015519629.tif 000040
【０１７４】
［燃料］
【０１７５】
［総燃料使用］
2015519629.tif 000041
【０１７６】
［蒸気準備］
【０１７７】
［ボイラーユニットからの最大蒸気生成］
2015519629.tif 000042
【０１７８】
［コジェネレーションユニットからの最大蒸気生成］
2015519629.tif 000043
【０１７９】
［必要な蒸気準備の計算］
2015519629.tif 000044
【０１８０】
［復水蒸気準備の計算］
2015519629.tif 000045
【０１８１】
［蒸気準備の計算］
2015519629.tif 000046
【０１８２】
［経済］
【０１８３】
［総費用計算］
2015519629.tif 000047
【０１８４】
例示の構成に従ってＣＨＰ数学的プログラム出力モジュールによって提供された結果は、蒸気ヘッダの数および動作条件、コジェネレーションユニットの数およびその／それらの指定容量、ボイラーの数およびその／それらの指定容量、蒸気タービンジェネレータの数およびその／それらの容量、プロセス機器駆動用の電気モーターおよび蒸気タービンの数、その／それらのサイズ、および太陽システムのサイズおよび位置、ＣＨＰユーティリティシステムの蒸気および電力の生成ならびに位置、ならびに、プロセスプラントのプロセス蒸気生成および需要負荷と水準を含む。図１６は、図１３〜１５で特定された入力済み入力パラメータ／変数に起因するＣＨＰユーティリティシステムを含む出力モデル図を示す。図１７は、出力モデル中の様々な構成要素を特定するために利用されるそれぞれの略称を提供する。
［最適なプロセス条件およびＨＥＮのユニット特定の最小数］
【０１８５】
例示の構成による、上記の方法および数学的モデルプログラムの一部として、数学的プログラムは、最小数の熱交換器ユニット（ＨＥＮ）ユニットを結果としてもたらすまたはこれらと関連付けられる最良のピンチ点を特定するモジュールを含み得る。このモジュールは、例えば、米国特許第７，６９８，０２２号に記載されているエネルギー回収システム中のプロセス変化と最適駆動力分布との全ての考えられる組み合わせのために／またはそれらの下で提供されるプログラムコードを組み込むプログラムコードを含む。例示の構成に従ってこのモジュールによって実施されるステップ／動作は、次の通りである：
2015519629.tif 000048
【０１８６】
ステップ１：このステップは、例えば、流れ固有の最小アプローチ温度（ΔＴｍｉｎｉ）を用いて、異なるプロセス条件の全ての考えられる組み合わせの下でエネルギーユーティリティ目標化動作を実施することを含む。目標化ステップが単一のピンチ点ではなくてピンチ間隔を提供する場合、最小数のＨＥＮに対する最良のピンチ点を探索する可能性がある。ピンチ点の集合は、この集合に含まれるすべての流れの考えられる開始温度を含む。
【０１８７】
ステップ２：このステップは、関連付けられたＨＥＮユニットの数の計算を可能とするために、各々の考えられるピンチ点温度に対する温度間隔図を開発することを含む。
【０１８８】
ステップ３：このステップは、ピンチヒューリスティックを用いて、各々の特定されたピンチ点のそれぞれのピンチ点の上の領域および下の領域の双方に対してＨＥＮユニットの最小数を推定することを含む：Ｎｕ＝Ｓ−１であり、式中、Ｎｕ＝ＨＥＮユニットの数で、Ｓ＝プロセス流れの数＋ユーティリティ水準の数である。
【０１８９】
ステップ４：結果を比較して、最小数のユニットを獲得することが可能なピンチ点温度を定義する。
【０１９０】
ステップ５：このステップは、例えば、米国特許第７，６９８，０２２号に記載の間隔破壊アルゴリズムを利用して、目標化された最小数のＨＥＮユニットを結果としてもたらす所望のピンチ点温度を提供する離散プロセス条件を発見することを含む。
【０１９１】
図１８〜２１は、ＨＥＮユニットの数を減少させるピンチ点の位置および対応するプロセス条件を示す間隔図の２つの例を提供する。図１８は、４つの高温流れＨ１〜Ｈ４および２つの低温流れＣ１〜Ｃ２を含む第１の例を示す。この例では、高温流れＨ３および低温流れＣ１は、１３１に位置するピンチ線を横切る。図１９は、１３２に位置するピンチ点の利用が、２つのより少ない熱交換器ユニットの利用を提供するプロセス条件をどのようにして提供するかを示す。図２０は、２つの高温流Ｈ１〜Ｈ２および２つの低温流れＣ１〜Ｃ２をそれらそれぞれの供給および目標温度プロセス条件にある状態で含む第２の例を同様に示す。この例では、高温流れＨ１および低温流れＣ１〜Ｃ２は、１４１に位置するピンチ線を横切る。図２１は、１４２に位置するピンチ点の利用が、２つのより少ない熱交換器ユニットの利用を提供するプロセス条件をどのようにして提供するかを示す。
【０１９２】
［最適なプロセス条件およびＨＥＮ面積方法および数学的モデルの詳細（「ＬＩＮＧＯ」ソルバー環境）］
【０１９３】
上述の方法および数学的モデルプログラムの一部として、例示の構成は、最適なプロセス条件と、最適な熱交換器ネットワーク（ＨＥＮ）表面積とを決定するステップを含む。例示の構成に従ってこの方法によって実施されるステップ／および動作は、次の通りである：
2015519629.tif 000049
【０１９４】
ステップ０：このステップは、「リストアッププロジェクト」ウェブページ（例えば図２２を参照）にアクセスすることを含む。図２３に示すように、既存のプロジェクトを選択することは、プロジェクトデータ集合にアクセスすることを含む。既存のプロジェクトまたは新しいプロジェクトを選択することは、プロジェクトの詳細（例えば、図１３〜１５を参照）を編集する／創造することとプロジェクトマップを示すことのためにアクセスすることを提供する。
【０１９５】
ステップ１：このステップは、例えば、米国特許第７，６９８，０２２号に記載されるようなプロセス利用およびエネルギーユーティリティ目標化方法を利用して、加熱ユーティリティおよび冷却ユーティリティの下限および上限を定義することを含む。
【０１９６】
ステップ２：このステップは、例えば、米国特許出願第１２／８９８，４６１号および／または第１２／８９８，４８４号に、例えば、記載される方法を利用して、指定された最小温度方式（例えば、｛ΔＴ＿ｍｉｎ＿ｉ｝＝１０）に対するプロセス条件の考えられる／可能性のある組み合わせの下で熱交換器ネットワークの考えられる構成を開発することを含む。
【０１９７】
ステップ３：このステップは、各々の流れ供給温度、目標温度および熱容量流量（ＦＣｐ）、ならびにＨＥＮ加熱および冷却のデューティが、厳密に境界付けられた変数である非線形プログラム（ＮＬＰ）モデルを開発することを含む。例示の非線形プログラムモデルは、例えば、附録３および図２２〜４０に提供されている。図２４は、ネットワークトポロジーを入力するためのプルグラムコードの一部分を示す。図２５は、ネットワークの略図例を示す。図２６は、「データを入力する」スナップショットを示す。図２７は、例えば、モデル公式化図を示す。
【０１９８】
ステップ４：このステップは、ＮＬＰを解決して、最小の総熱交換機ネットワーク表面積（すなわち、ネットワーク中の各々の熱交換器の表面積）と関連付けられた最良のプロセス条件を特定することを含む。図２８は、ソリューション結果図を示す。
【０１９９】
ステップ５：このステップは、各々の考えられるＨＥＮ構成に対してステップ３および４を繰り返すことを含む。
【０２００】
ステップ６：このステップは、１つ以上のしかしより一般的な複数の所望のまたは考えられる｛ΔＴ＿ｍｉｎ＿ｉ｝集合の各々に対して手順３、４、および５を繰り返すことを含む。
【０２０１】
［楽観的なソリューション］
【０２０２】
上述したように、本発明の様々な実施形態は、最適に近いＣＨＰ、蒸留シーケンス、およびＨＥＮならびにそれに導くプロセス条件と；最適に近いＣＨＰ、蒸留シーケンス、および最小数の熱交換器ユニット、ならびにそれに導くプロセス条件と；最適に近いＣＨＰ、蒸留シーケンス、および最小の熱交換器ユニット表面積、ならびにそれに導くプロセス条件とを含むまたは別様に提供する二水準のプログラミングソリューション理念を提供する。
【０２０３】
図２９は、ＨＥＮネットワークを形成する各々の熱交換器の最適なプロセス条件およびＨＥＮ表面積（ＡまたはＳＡ）について解決するための問題を示す第１の例示のＨＥＮ構成の一部分を示す。図３０は、最適なプロセス条件ソリューションが第一に解決され、少なくとも半分は最適なユーティリティシステムソリューションが、最適なプロセス構成の要件に鑑みて第二に解決された、すなわち、プロセスユニット／システムが、「リーダー」でユーティリティシステムが「フォロワー」であった最適なプロセス条件および対応するＨＥＮ表面積構成について解決した結果を示す。図３１は、最適なユーティリティシステムソリューションが第一に解決され、プロセス条件ソリューションが第二に解決された、すなわち、ユーティリティシステムが、その「リーダー」であり、プロセスユニット／システムが「フォロワー」であった逆状況を示す。この構成では、他のユーティリティを提供されたユーティリティ＃３（Ｕ３）の加熱デューティ（Ｑｈ）は、プロセス条件のリーダー構成のそれより２７５ｋＷ−−２５ｋＷの削減となるが、より高い総熱交換器表面積要件のトレードオフとなるように、ユーティリティＣＨＰソリューションから与えられた。
【０２０４】
図３２は、ＨＥＮネットワークを形づくる各々の熱交換器の最適なプロセス条件およびＨＥＮ表面積について解決することを含む問題を示す第２の例示にＨＥＮ構成の一部を示す。図３３は、最適なプロセス条件ソリューションが第一に解決され、ユーティリティシステムソリューションが、最適なプロセス構成の要件に鑑みて第二に解決された、すなわち、プロセスユニット／システムが「リーダー」で、ユーティリティシステムが「フォロワー」であった最適なプロセス条件および対応するＨＥＮ表面積構成について解決した結果を示す。図３４は、 最適なユーティリティシステムソリューションが第一に解決されて、プロセス条件ソリューションが第二に解決された、すなわち、ユーティリティシステムがその「リーダー」で、プロセスユニット／システムが「フォロワー」であった逆状況を示す。この構成で、ユーティリティ＃３（Ｕ３）の加熱デューティ（Ｑｈ）および冷却デューティ（Ｑｃ）が、ユーティリティ資本費用の関連付けられた削減と共に、プロセス条件リーダー構成の２つのユーティリティのそれぞれに対してＱｈ＝２７５ｋＷおよびＱｃ＝７５ｋＷ−−２５ｋＷの削減となるが、より高い総熱交換器表面積要件および対応する関連付けられた資本費用のトレードオフとなるようにユーティリティソリューションから与えられた。
【０２０５】
図３５は、図２９のＨＥＮネットワークを形成するが、より高いΔＴｍｉｎ−ｉを持つ各々の熱交換器の最適なプロセス条件およびＨＥＮ表面積について解決する問題を示す第３の例示のＨＥＮ構成の一部分を示す。図３６は、最適なプロセス条件ソリューションが第一に解決されて、ユーティリティシステムソリューションが、最適なプロセス構成の要件に鑑みて第二に解決された、すなわち、プロセスユニット／システムが「リーダー」であり、ユーティリティシステムが「フォロワー」であった最適なプロセス条件および対応するＨＥＮ表面積構成を解決した結果を示す。図３７は、最適なユーティリティシステムソリューションが第一に解決されて、プロセス条件ソリューションが第二に解決された、すなわち、ユーティリティシステムがその「リーダー」であり、プロセスユニット／システムが「フォロワー」であった逆状況を示す。この構成では、総ユーティリティ要件にはなんら認識可能な変化はないが、しかしながら、結果として得られる構成は、より大きい総熱交換器表面積要件と、したがって、表面積が最適な構成となるはずのユーティリティシステムリーダー構成の以前の問題のそれに対して増加しなかった場合に必要とされ得るそれに対してユーティリティシステム資本費用の削減によって相殺される必要がある以上のより大きい資本費用と、を有する。
【０２０６】
図３８は、図２９および３７のＨＥＮネットワークを形成するが、さらにより高いΔＴｍｉｎ−ｉを持つ各々の熱交換器の最適なプロセス条件およびＨＥＮ表面積について解決する問題を示す第３の例示のＨＥＮ構成の一部分を示す。図３９は、最適なプロセス条件ソリューションが第一に解決されて、ユーティリティシステムソリューションが、最適なプロセス構成の要件に鑑みて第二に解決された、すなわち、プロセスユニット／システムが「リーダー」であり、ユーティリティシステムが「フォロワー」であった最適なプロセス条件および対応するＨＥＮ表面積構成を解決した結果を示す。図４０は、最適なユーティリティシステムソリューションが第一に解決されて、プロセス条件ソリューションが第二に解決された、すなわち、ユーティリティシステムがその「リーダー」であり、プロセスユニット／システムが「フォロワー」であった逆状況を示す。この構成では、総ユーティリティ要件にはなんら認識可能な変化はないが、しかしながら、結果として得られる構成は、より大きい総熱交換器表面積要件と、したがって、表面積が最適な構成となるはずのユーティリティシステムリーダー構成の以前の問題のそれに対して増加しなかった場合に必要とされ得るそれに対してユーティリティシステム資本費用の削減によって相殺される必要がある以上のより大きい資本費用と、を有する。
【０２０７】
［二水準プログラミングソリューションの理念］
【０２０８】
本発明の様々な実施形態は、上述の楽観的なソリューションおよび悲観的なソリューション（現在適合されているが、それによって、ＣＨＰ意思決定者は、プロセス工学部門から条件を与える処理中のその最適条件を発見する）を有利に提供するだけではなく、そのような実施形態は、「提携協力方式」を提供することが可能であるが、この方式は、（例えば、部民間での単純な繰り返しを通じての）ＣＨＰの意思決定中の少なくとも資本集約的蒸留シーケンスおよび／またはＨＥＮ対最良ＣＨＰユーティリティ費用を考慮するための情報、更新変数として｛ΔＴｍｉｎ−ｉ｝を用いる企業Ｙの最良の意思決定のための部分的分散企業のパレート図、および相互意思決定のための、例えば、限られた予算／投資提案を有する化学会社とサードパーティユーティリティ／ＣＨＰ企業の双方のパレート図を提供することが可能である。
【０２０９】
［コンピュータ読み取り可能媒体の実装］
【０２１０】
本発明の実施形態を完全機能するシステム／装置の文脈で説明したが、当業者は、本発明および／またはその態様の少なくとも部分の機構が、１つ以上のプロセッサまたは同様のものの上で様々な実行形態で命令を記憶する／含むまたは別様に具現化する非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体という形態で分配されることが可能であり、かつ本発明の実施形態が、この分配を実際に実行するために用いられる特定のタイプの媒体とは無関係に等しく適用されることを理解するであろうことに留意することは重要である。非一時的コンピュータ読み取り可能媒体またはそう意味すると理解される媒体は、一般的に、非法定主題であるカテゴリには当てはまらないまたは特にそれ自身が伝搬信号という形態をとらないあらゆる形態のコンピュータ読み取り可能媒体を含む。非一時的コンピュータ読み取り可能媒体の例は、これには限られないが、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ＣＤ−ＲＯＭ、およびＤＶＤ−ＲＯＭ、または消去可能、電気的プログラム可能リードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）などの不揮発性のハードコード化されたタイプの媒体、フロッピディスク、ハードディスクドライブ、ＣＤＲ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ／ＲＷ、ＨＤ−ＤＶＤ、メモリスティック、ミニディスク、レーザーディスク、ブルーレイディスク、フラッシュドライブ、および他の最新のタイプのメモリなどの記録可能タイプの媒体、ならびに、ある状況下における、伝搬信号自体を例外として、命令を記憶する／含むまたは別様に具現化することが可能なデジタルおよびアナログ式の通信リンクなどの送信タイプ媒体を含む。例えば、このような媒体は、上述した、動作命令と、様々なプログラムコード５１および方法ステップに関連する動作命令との双方を記憶するまたは別様に含むことが可能である。
【０２１１】
このＰＣＴ特許出願は、「Ｓｙｓｔｅｍ，Ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｆｏｒ  Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｔｉｌｉｔｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｉｎ  Ｐａｒｔｉａｌｌｙ  ａｎｄ  Ｆｕｌｌｙ  Ｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ」という題名の２０１２年３月１９日に提出された米国暫定特許出願第６１／６１２，４７０号に対する優先権およびその恩典を要求し、米国出願第１３／７５７，４９１号として２０１３年２月１日に提出された「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｐｒｏｇｒａｍｓ  Ｆｏｒ  Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ａｎｄ  Ｕｔｉｌｉｔｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｉｎ  Ｐａｒｔｉａｌｌｙ  Ｆｕｌｌｙ  Ｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ」という題名の米国非暫定的出願に関連する、米国出願第１３／７５７，４６７号として２０１３年２月１日に提出された「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ａｎｄ  Ｕｔｉｌｉｔｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｉｎ  Ｐａｒｔｉａｌｌｙ  ａｎｄ  Ｆｕｌｌｙ  Ｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ」という題名の米国非暫定的特許出願に対する優先権およびその恩典を要求するが、各々がその全体が参照して組み込まれる。さらなる関連出願については、附録１を参照のこと。
【０２１２】
本図面および明細書では、本発明の一般的な好ましい実施形態が開示され、特定の用語が用いられているとはいえ、これらの用語は、記述的意味で用いられているだけであり、制限目的ではない。本発明は、これらの図示された実施形態を具体的に参照してかなり詳細に説明した。しかしながら、様々な修正および変更が、前記の明細書で説明したように本発明の主旨および範囲内で実施可能であることは明らかであろう。
［附録１］
関連出願：次の出願および特許は各々が、その全体を参照して組み込まれる：２００９年１０月３０日に提出された米国暫定出願第６１／２５６，７５４号に対する優先権およびその恩典を要求する２００９年１０月８日に提出された米国出願第１２／５７５，７４３号の一部継続出願である「Ｓｙｓｔｅｍ，Ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇ  Ｎｏｎ−Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ  ａｎｄ  Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ  Ｈｅａｔ  Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」という題名の現在では米国特許８，０３２，２６２号である２０１０年４月２６日に提出された米国出願第１２／７６７，２１７号；「Ｓｙｓｔｅｍ，Ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒ  Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｖａｒｉａｂｌｅｓ  ｉｎ  Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」という題名の現在では米国特許題７，７２９，８０９号である２００９年１０月８日に提出された米国特許出願第１２／５７５，７４３号の一部継続出願；「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒ  Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｆｏｒｃｅ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」という題名の２００６年６月２３日に提出された米国暫定出願第６０／８１６、２３４号に対する優先権およびその恩典を要求する現在では米国特許第７，６９８，０２２号の「Ｓｙｓｔｅｍ，Ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒ  Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ  ａｎ  Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｆｏｒｃｅ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」という題名の２００７年６月２５日に提出された米国特許出願第１１／７６８，０８４号であって、各々がその全体を参照して本明細書に組み込まれる；２００７年６月２５日に提出された米国出願第１１／７６８，０８４号の優先権およびその恩典を要求するＳｙｓｔｅｍ，Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒ  Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｆｏｒｃｅ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓという題名の現在では米国特許第７，８７３，４４３号である２０１０年３月１日に提出された米国特許出願第１２／７１５，２５５号；２００８年６月６日に提出された米国暫定出願第６１／２０８，８７４号、２００９年４月２０日に提出された米国暫定出願第６１／１７１，０３０号、および２００９年４月２４日に提出された米国暫定出願第６１／１７２，６９８号の優先権およびそれらの恩典を要求するＭｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  ｆｏｒ  Ｇｌｏｂａｌ  Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ  ｏｆ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ  ｕｎｄｅｒ  Ｖａｒｙｉｎｇ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓという題名の２００９年６月８日に提出された米国出願第１２／４８０，４１５号；２０１０年６月２１日に提出された米国暫定出願第６１／３５６，９００号に対する優先権および��の恩典を要求するＳｙｓｔｅｍｓ，Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔ，ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇ  Ｈｅａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ｔｈａｔ  Ｅｘｈｉｂｉｔ Ｌｉｆｅ−Ｃｙｃｌｅ  Ｓｗｉｔｃｈａｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  Ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ  ｕｎｄｅｒ  ａｌｌ  Ｐｏｓｓｉｂｌｅ  Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｖａｒｉａｔｉｏｎｓという題名の２０１０年１０月５日に提出された米国出願第１２／８９８，４６１号；２００９年１０月３０日に提出された米国暫定出願第６１／２５６，７５４号に対する優先権およびその恩典を要求するＳｙｓｔｅｍ，Ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｆｏｒ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇ  Ｎｏｎ−Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ  Ｈｅａｔ  Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓという題名の２０１０年４月２６日に提出された米国出願第１２／７６７，２７５号；米国暫定出願第６１／２５６，７５４号に対する優先権およびその恩典を要求するＳｙｓｔｅｍ，Ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇ  Ｈｅａｔ  Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ａｎｄ  Ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ  Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ  ｆｏｒ  Ｆｕｔｕｒｅ  Ｒｅｔｒｏｆｉｔという題名の２０１０年４月２６日に提出された米国出願第１２／７６７，３１５号；２０１０年６月２１に提出された米国暫定出願第６１／３５６，９００号に対する優先権及びその恩典を要求するＳｙｓｔｅｍｓ，Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔ，  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ  Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ  ｔｈａｔ  Ｒｅｎｄｅｒ  ａｎ  Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｈｅａｔ  Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｕｎｄｅｒ  Ｖａｒｙｉｎｇ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓという題名の２０１０年１０月５日に提出された米国出願第１２／８９８，４８４号；２０１０年６月２１日に提出された米国暫定特許出願第６１／３５６，９００号に対する優先権及びその恩典を要求するＳｙｓｔｅｍｓ，Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔ，ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇ  Ｈｅａｔ  Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  ｔｈａｔ  Ａｃｃｏｕｎｔ  ｆｏｒ  Ｆｕｔｕｒｅ  Ｈｉｇｈｅｒ  Ｌｅｖｅｌｓ  ｏｆ  Ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ  ａｎｄ  Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ，  ａｎｄ  Ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ  Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｔｏｐｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｆｕｔｕｒｅ  Ｒｅｔｏｒｏｆｉｔという題名の２０１０年１０月５日に提出された米国出願第１２／８９８，４７５号；２０１０年４月２６日に提出された米国出願第１２／７６７，３１５号に対する一部継続出願であり、優先権及びその恩典を要求する「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｆｏｒ  Ｈｅａｔ  Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｌｉｆｅｔｉｍｅ  Ｒｅｔｒｏｆｉｔ」という題名の２０１１年３月４日に提出された米国出願第１３／０４１，０５７号；ならびに２０１０年４月２６日に提出さ���た米国出願第１２／７６７，３１５号、第１２／７６７，２７５号、第１２／７６７，２１７号の一部継続出願であり、それらに対する優先権及びそれらの恩典を要求する「Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｆｏｒ  Ｈｅａｔ  Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｌｉｆｅｔｉｍｅ  Ｒｅｔｒｏｆｉｔ」という題名の２０１１年３月４日に提出された米国出願第１３／０４１，０８７号。
［附録２］
2015519629.tif 000050
2015519629.tif 000051
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［附録３］
モデル：
2015519629.tif 000059
2015519629.tif 000060
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【図１】
2015519629.tif 000070
【図２】
2015519629.tif 000071
【図３】
2015519629.tif 000072
【図４Ａ】
2015519629.tif 000073
【図４Ｂ】
2015519629.tif 000074
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2015519629.tif 000076
【図６】
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【図７】
2015519629.tif 000078
【図８Ａ】
2015519629.tif 000079
【図８Ｂ】
2015519629.tif 000080
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2015519629.tif 000084
【図１３】
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【図１４】
2015519629.tif 000086
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年11月19日(2014.11.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス設備または一群のプロセス設備のための、熱電併給ユーティリティと重要プロセスシステムとの統合の方法であって、
１つ以上の重要プロセスシステムを含むプロセス設備の複数の厳密に境界付けられたプロセス変数を判断変数として定義又は受信し、それにより熱電併給ユーティリティおよびプロセスサブシステムの数学的プログラムモデルのモデル入力データを形成するステップで、前記判断変数が、複数の異なる蒸気圧水準の各々のためのプロセス蒸気需要間隔を含み、各々の間隔はそれぞれの前記判断変数の上限および下限を記述することを含む、定義又は受信するステップと、
前記モデル入力データを、前記熱電併給ユーティリティおよびプロセスサブシステムの数学的プログラムモデルの適用を通じて処理するステップと、
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスサブシステムおよびユーティリティサブシステムの条件を決定し、モデル出力を定義するステップで、前記プロセスサブシステムの条件が、前記複数の異なる蒸気圧水準の各々のためのプロセス蒸気需要負荷値を含み、前記ユーティリティサブシステムの条件がユーティリティサブシステムの蒸気生成及び割り当て値を含む、決定するステップと、
を特徴とする、方法。
【請求項２】
前記熱電併給ユーティリティおよびプロセスサブシステムの数学的プログラムモデルが、前記プロセス設備の前記ユーティリティおよび重要プロセスサブシステムの総費用を最小化するように構成された費用関数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プロセスサブシステムおよびユーティリティサブシステムの条件が、前記熱電併給ユーティリティおよびプロセスサブシステムの数学的プログラムモデルの適用によって少なくとも実質的に同時に決定され、
前記判断変数が、各々の異なる圧力水準のためのプロセス蒸気生成間隔、及び電力生成間隔をさらに含み、
前記プロセスサブシステム条件が、前記複数の異なる蒸気圧水準の各々のためのプロセス蒸気生成値、及びプロセス電力生成値をさらに含み、
前記ユーティリティサブシステム条件が、熱電併給ユーティリティサブシステムの電力の生成ならびに割り当て値を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記重要プロセスシステムが、熱交換器ネットワーク、及び前記プロセス設備のための蒸留塔ネットワークを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスサブシステムおよびユーティリティサブシステムの条件を決定する前記ステップが、
前記モデル化されたユーティリティサブシステムの蒸留ヘッダの数と、各々の蒸留ヘッダの動作条件とを決定するステップと、
前記モデル化されたユーティリティサブシステムのボイラーの数と、各々のボイラーの指定容量とを決定するステップのうちの１つまたは双方を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスサブシステムおよびユーティリティサブシステムの条件を決定する前記ステップが、
前記モデル化されたユーティリティサブシステムの蒸気タービン発電機の数と、各々の蒸気タービン発電機の容量とを決定するステップを含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスサブシステムおよびユーティリティサブシステムの条件を決定する前記ステップが、
前記モデル化されたユーティリティサブシステムのコジェネレーションユニットの数と、各々のコジェネレーションユニットの指定容量とを決定するステップを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスサブシステムおよびユーティリティサブシステムの条件を決定する前記ステップが、
プロセス機器駆動のための電気モーターおよび蒸気タービンの数と、各々のサイズとを決定するステップを含む、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスサブシステムおよびユーティリティサブシステムの条件を決定する前記ステップが、
前記モデル化されたユーティリティサブシステムのための太陽熱発電システムのサイズおよび位置を決定するステップを含む、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記最適なユーティリティサブシステムのソリューションが最初に解決され、前記プロセスサブシステムの条件が、前記最適なユーティリティサブシステムのソリューションの部分をその基礎として利用して、次に解決される、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記プロセス設備の前記ユーティリティサブシステムの蒸気ヘッダの前記数およびその条件を定義するステップと、
前記プロセス設備の前記ユーティリティサブシステムの軸ワークネットワーク構成を決定するステップと、
のうちの１つ以上をさらに特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスサブシステムおよびユーティリティサブシステムの条件を決定する前記ステップが、
完全に分散された、部分的に分散された、または完全および部分的に分散された双方のプロセスおよびユーティリティシステムの設計環境に対するプロセス動作パラメータの変更の全てのかなり考えられる組み合わせの下で、前記プロセス設備に対するＨＥＮネットワーク設計および蒸留ネットワークシーケンスの主設計および動作条件を決定するステップを含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
ＨＥＮネットワーク設計および蒸留ネットワークシーケンスの主設計および動作条件を決定する前記ステップが、前記ユーティリティサブシステムの提供者に利用可能な燃料もしくはエネルギーの一般的に利用可能な供給源を用いて実施され、
ＨＥＮネットワーク設計および蒸留ネットワークシーケンスの主設計および動作条件を決定する前記ステップが、各々が、対応する複数の前記プロセス動作パラメータの変化の個別の１つの属性値の潜在的範囲を定義する値の複数の集合の受信、決定、または受信および決定に応答して実施される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスサブシステムおよびユーティリティサブシステムの条件を決定する前記ステップが、
全てのかなり考えられる蒸留塔シーケンスの前記プロセス設備の最小数のＨＥＮユニットを提供するプロセスサブシステム条件を特定するステップを含む、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
複数の少なくとも実質的に最適なプロセスサブシステムおよびユーティリティサブシステムの条件を決定する前記ステップが、
前記プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセスサブシステム条件を特定するステップを含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセスサブシステム条件を特定する前記ステップが、
前記蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上のかなり考えられる組み合わせと、
前記蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上の所与のまたは所望の組み合わせと、
のうちの１つ以上に対して実施される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセスサブシステム条件を特定する前記ステップが、
１つ以上のかなり考えられる蒸留塔シーケンスと、
蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上のかなり考えられる組み合わせと関連する１つ以上のかなり考えられる蒸留塔シーケンスと、
１つ以上のかなり考えられる蒸留塔シーケンスおよび、蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上の所与のもしくは所望の組み合わせと、
のうちの少なくとも１つに対して実施される、請求項１５または１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセスサブシステム条件を特定する前記ステップが、
１つ以上のかなり考えられるＨＥＮ構成および、蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上のかなり考えられる組み合せと、
１つ以上のかなり考えられるＨＥＮ構成および、蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上の所与のもしくは所望の考えられる組み合せと、
のうちの少なくとも１つに対して実施される、請求項１５〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
産業プロセス設備または一群の産業プロセス設備のための、熱電併給ユーティリティと、重要プロセスシステムとの統合の方法であって、
１つ以上の重要プロセスシステムを含む産業プロセス設備の重要プロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定するステップによって特徴づけられ、前記ユーティリティシステムソリューションの蒸気および電力の前記最適な割り当てが最初に解決され、前記重要プロセスシステムの蒸気および電力の前記最適な割り当てが、蒸気および電力の前記最適な割り当ての部分をその基礎として利用して、次に解決される、方法。
【請求項２０】
プロセスシステムおよびユーティリティシステムに対する蒸気および電力の前記最適な割り当てが、前記産業設備または一群の産業設備の前記ユーティリティと、重要プロセスシステムとの合計費用を最小化するように構成された費用関数を含む数学的プログラムモデルを実質的に同時に利用することによって決定される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記重要プロセスシステムは、熱交換器ネットワーク（ＨＥＮ）、及び前記産業プロセス設備のための蒸留塔ネットワークを含む、請求項１９または２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記産業プロセス設備の前記ユーティリティシステムの蒸気ヘッダの数およびその条件を定義するステップと、
前記産業プロセス設備の前記ユーティリティシステムの軸ワークネットワーク構成を決定するステップと、
をさらに特徴とする、請求項１９〜２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
産業プロセス設備の重要プロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、
完全に分散された、部分的に分散された、または完全および部分的に分散された双方のプロセスおよびユーティリティシステムの設計環境に対するプロセス動作パラメータの変更の全てのかなり考えられる組み合わせの下で、前記産業プロセス設備に対するＨＥＮネットワーク設計および蒸留ネットワークシーケンスの主設計および動作条件を決定するステップを含む、請求項１９〜２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
ＨＥＮネットワーク設計および蒸留ネットワークシーケンスの主設計および動作条件を決定する前記ステップが、前記産業プロセス設備に対して利用可能な燃料もしくはエネルギーの全ての一般的に利用可能なまたは供給源を用いて実施される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
ＨＥＮネットワーク設計および蒸留ネットワークシーケンスの主設計および動作条件を決定する前記ステップが、各々が、対応する複数の前記プロセス動作パラメータの変化の個別の１つの属性値の潜在的範囲を定義する値の複数の集合の受信、決定、または受信および決定に応答して実施される、請求項２３または２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
産業プロセス設備の重要プロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、完全に分散されたおよび部分的に分散された双方のプロセスおよびユーティリティシステムの設計環境に対する前記ユーティリティシステム提供者に対して利用可能な燃料またはエネルギーの全ての一般的に利用可能な供給源を用いて、プロセス設計パラメータの変化の全てのかなり考えられる組み合わせの下で、実施される、請求項１９〜２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
産業プロセス設備の重要プロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、完全に分散されたおよび部分的に分散された双方のプロセスおよびユーティリティシステムの設計環境に対する前記ユーティリティシステム提供者に対して利用可能な燃料またはエネルギーの全ての一般的に利用可能な供給源を用いて、プロセス設計および動作のパラメータの変更の全てのかなり考えられる組み合わせの下で、実施される、請求項１９〜２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
産業プロセス設備の重要プロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、完全に分散されたおよび部分的に分散された双方のプロセスおよびユーティリティシステムの設計環境に対するユーティリティシステム提供者に対して利用可能な燃料またはエネルギーの全ての一般的に利用可能な供給源を用いて、全てのかなり考えられる蒸留シーケンスに対して実施される、請求項１９〜２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
産業プロセス設備の重要プロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、完全に分散されたおよび部分的に分散された双方のプロセスおよびユーティリティシステムの設計環境に対するユーティリティシステム提供者に対して利用可能な燃料またはエネルギーの全ての一般的に利用可能な供給源を用いて、全てのかなり考えられる蒸留シーケンスに対して、かつプロセス設計および動作のパラメータの変更の全てのかなり考えられる組み合わせの下で、実施される、請求項１９〜２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
産業プロセス設備の重要プロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、完全に分散されたおよび部分的に分散された双方のプロセスおよびユーティリティシステムの設計環境に対するユーティリティシステム提供者に対して利用可能な燃料またはエネルギーの全ての一般的に利用可能な供給源を用いて、全てのかなり考えられるＨＥＮ設計に対して実施される、請求項１９〜２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
産業プロセス設備の重要プロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、完全に分散されたおよび部分的に分散された双方のプロセスおよびユーティリティシステムの設計環境に対するユーティリティシステム提供者に対して利用可能な燃料またはエネルギーの全ての一般的に利用可能な供給源を用いて、全てのかなり考えられるＨＥＮ設計に対して、かつプロセス設計および動作のパラメータの変更の全てのかなり考えられる組み合わせの下で実施される、請求項１９〜３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
産業プロセス設備の重要プロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、完全に分散されたおよび部分的に分散された双方のプロセスシステムおよびユーティリティシステムの設計環境に対するユーティリティシステム提供者に対して利用可能な燃料またはエネルギーの全ての一般的に利用可能な供給源を用いて、全てのかなり考えられる蒸留塔シーケンスおよびＨＥＮ設計に対して実施される、請求項１９〜３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
産業プロセス設備の重要プロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、完全に分散されたおよび部分的に分散された双方のプロセスシステムおよびユーティリティシステムの設計環境に対するユーティリティシステム提供者に対して利用可能な燃料またはエネルギーの全ての一般的に利用可能な供給源を用いて、全てのかなり考えられる蒸留塔シーケンスおよびＨＥＮ設計に対して、プロセス設計および動作のパラメータの変更の全てのかなり考えられる組み合わせの下で実施される、請求項１９〜３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
産業プロセス設備の重要プロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、
全てのかなり考えられる蒸留塔シーケンスの前記産業プロセス設備の最小数のＨＥＮユニットを提供するプロセス条件を特定するステップを含む、請求項１９〜３３のいずれかに記載の方法。
【請求項３５】
産業プロセス設備の重要プロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定する前記ステップが、
前記産業プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定するステップを含む、請求項１９〜３４のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
前記産業プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定する前記ステップが、蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上のかなり考えられる組み合わせに対して実施される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記産業プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定する前記ステップが、蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上の所与のまたは所望の組み合わせに対して実施される、請求項３５または３６のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
前記産業プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定する前記ステップが、１つ以上のかなり考えられる蒸留塔シーケンスに対して実施される、請求項３５〜３７のいずれかに記載の方法。
【請求項３９】
前記産業プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定する前記ステップが、蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上のかなり考えられる組み合わせと関連して１つ以上のかなり考えられる蒸留塔シーケンスに対して実施される、請求項３５〜３８のいずれかに記載の方法。
【請求項４０】
前記産業プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定する前記ステップが、１つ以上のかなり考えられる蒸留塔シーケンスおよび、蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上の所与のもしくは所望の組み合わせに対して実施される、請求項３５〜３９のいずれかに記載の方法。
【請求項４１】
前記産業プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定する前記ステップが、１つ以上のかなり考えられるＨＥＮ構成および、蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上のかなり考えられる組み合わせに対して実施される、請求項３５〜４０のいずれかに記載の方法。
【請求項４２】
前記産業プロセス設備のＨＥＮネットワーク設計の熱交換器の最小総表面積を提供し、かつ前記ＨＥＮ中の各々の熱交換器ユニットの前記表面積を定義するプロセス条件を特定する前記ステップが、１つ以上のかなり考えられるＨＥＮ構成および、蒸気生成と需要負荷の水準の１つ以上の所与のもしくは所望の組み合わせに対して実施される、請求項３５〜４１のいずれかに記載の方法。
【請求項４３】
産業プロセス設備または一群の産業プロセス設備のための、熱電併給ユーティリティと、重要プロセスシステムとの統合の方法であって、
コンピュータ（３１）によって処理されるように、厳密に境界付けられた判断変数を、熱電併給混合整数線形プログラムモデルに提供するステップと、
前記厳密に境界付けられた判断変数と、前記熱電併給混合整数線形プログラムモデルとに応答して、１つ以上の産業プロセス設備のプロセスシステムおよび熱電併給ユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを、少なくとも実質的に同時に、前記コンピュータ（３１）によって決定するステップで、
熱電併給ユーティリティサブシステムの蒸気および電力の生成および割り当ての値ならびにプロセスシステムの蒸気生成、蒸気需要負荷、および水準と、電力生成と、電力輸出値とを、厳密に境界付けられた判断変数に応答して計算された出力変数として、熱電併給混合整数線形プログラムモデルの適用を通じて提供するステップと含む、決定するステップと、
を特徴とする、方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
しかしながら、発明者らによって認識されていることは、電力および水が新たな生成物として発生したコジェネレーション、トリジェネレーション、さらにクオドラジェネレーションという新しい時代の結果、ＨＥＮおよび蒸留ネットワークなどのプロセスシステムが「フォロワー」となり「ユーティリティシステム」が「リーダー」となるように「椅子を変える」ことが経済的に賢明であるということである。発明者らは、「ユーティリティシステム統合人間」は、その受け皿である「プロセス統合人間」が、特にユーティリティシステムの資本費用がＨＥＮおよび／または蒸留ネットワークのそれよりはるかに高い場合には、協力するより良い結果を提供することが可能であることをさらに認識している。当然、このようなユーティリティシステム統合の効果的な管理は、そのプロジェクトの収益性およびライフサイクルの成功に大きな影響を及ぼし得る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
例えば、本発明の様々な実施形態は、例えば、化学プロセス産業によって使用可能な設備または一群のプロセス設備のための熱電併給（ＣＨＰ）ユーティリティとプロセスサブシステムとの同時統合の体系的な方法、コンピュータプログラム、コンピュータ読み取り可能媒体、およびシステムを有利に提供する。１つ以上の例示の実施形態は、次のステップ／動作のうちの１つ以上を含む／実施することが可能である：１つ以上の産業プロセス設備のためのプロセスシステムおよびユーティリティシステムの双方の間での蒸気および電力の最適な割り当てを決定することと、複数の少なくとも実質的に最適なプロセスおよびユーティリティサブシステム条件を決定すること。これらのステップ／動作は：１つ以上のプロセスプラント／設備の複数の厳密に境界付けられたプロセス変数を判断変数として定義し、それにより、ＣＨＰユーティリティおよびプロセスサブシステムの数学的プログラムモデルのためのモデル入力データを形成すること、このモデル入力データをＣＨＰユーティリティおよびプロセスサブシステムの数学的プログラムモデルの適用を通じて処理することと、複数の少なくとも実質的に最適なプロセスおよびモデル出力を定義するユーティリティサブシステム条件を決定することと、を含み得る。これらの判断変数は、複数の異なる蒸気圧水準の各々でのプロセス蒸気需要間隔および／またはプロセス電力生成間隔または複数の間隔を含み得るが、各々の間隔はそれぞれの変数のそれぞれの上限および下限を記述している。プロセスサブシステム条件は、複数の異なる蒸気圧水準の各々でのプロセス蒸気需要負荷値および／または１つ以上のプロセス設備のプロセス電力生成値含み得る。ユーティリティサブシステム条件は、熱電併給ユーティリティサブシステムおよび／または電力生成ならびに割り当て値を含む。ＣＨＰユーティリティおよびプロセスサブシステムの数学的プログラムモデルは、１つ以上のプロセス設備のユーティリティおよびプロセスサブシステムの総費用を最小化し、それにより少なくとも実質的に最適なプロセス及びユーティリティサブシステムの条件を決定するように構成された費用関数を含み得る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
【図７】本発明の実施形態に関わる間隔カスケード図を示す略ブロック図である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１９７】
ステップ３：このステップは、各々の流れ供給温度、目標温度および熱容量流量（ＦＣｐ）、ならびにＨＥＮ加熱および冷却のデューティが、厳密に境界付けられた変数である非線形プログラム（ＮＬＰ）モデルを開発することを含む。例示の非線形プログラムモデルは、例えば、附録３および図２２〜４０に提供されている。図２４Ａ及び図２４Ｂは、ネットワークトポロジーを入力するためのプルグラムコードの一部分を示す。図２５は、ネットワークの略図例を示す。図２６は、「データを入力する」スナップショットを示す。図２７は、例えば、モデル公式化図を示す。
【国際調査報告】
2015519629.tif 000114
2015519629.tif 000115