(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーの製造プロセスにおいて製造銘柄を変更する際に、複数のポリマーの製造銘柄毎に、それらを製造する為の重合条件及び製造に必要な原料の供給量をインデックスとして、ポリマー製造プラントの制御を行う分散型制御システムの上位に位置するプロセスコンピュータの記憶媒体に登録しておく銘柄データベース、
現在製造している銘柄と次製造銘柄の組み合わせ毎に、銘柄を変更するために必要な各操作項目の値を、現在製造している銘柄の製造条件から次に製造する銘柄の製造条件へどのようなパターンで移行するか規定したものをプロセスコンピュータの記憶媒体にインデックスとして格納しておく変更データベース、
プロセスコンピュータ上でこれらのデータベースより、現在の製造銘柄から次製造銘柄へ移行するのに必要な各操作項目の値を現在の値から次銘柄の目標値へ移行するまでの、ある区切られた時間毎の値をデータベース化した時系列のパターンデータを作成する手段、
この時系列のパターンデータを使用して、ダイナミックシミュレーター上で模擬的に銘柄変更を実施し系内の挙動を予め把握し、必要に応じて時系列のパターンデータを再作成し、最適な時系列のパターンデータを作成する手段、
及びこの最適な時系列のパターンデータを使用して実プラントで銘柄変更を実行する手段を用いることを特徴とするポリマーの製造銘柄変更方法。
【請求項２】
銘柄データベースには、重合温度、重合圧力、及びポリマーを製造するのに必要な各原料供給量が登録されていることを特徴とする請求項１に記載のポリマーの製造銘柄変更方法。
【請求項３】
変更データベースには、重合温度及びポリマーを製造するのに必要な各原料供給量の、時系列の値を決定するために必要な変更論理が登録されていること特徴とする請求項１または２に記載のポリマーの製造銘柄変更方法。
【請求項４】
ポリマーの製造銘柄変更が、ポリオレフィンの分子量または共重合成分の含有量の異なる銘柄の変更であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のポリマーの製造銘柄変更方法。
【請求項５】
ポリマーの製造銘柄変更が、ポリプロピレンの分子量または共重合成分の含有量の異なる銘柄の変更であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のポリマーの製造銘柄変更方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポリエチレン、ポリプロピレン等のポリマーの製造プロセスにおいて、製造品の銘柄を変更する際に、その操作を自動的且つ円滑に行うために有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ポリプロピレン等の合成ポリマーは、その用途に応じ、ポリマーの分子量や、他の共重合成分の含有量の異なる種々の銘柄群を有しており、製造プラントにおいては、これらの銘柄を変更する操作が頻繁に発生する。
【０００３】
銘柄変更時は、各原料の供給量の設定値を反応系内を安定に保ちながら時間とともに変えていくという多岐にわたる煩雑な操作が必要となり、変更操作を安定的に実施するためには、熟練したオペレーターの勘に頼る場合が多かった。
【０００４】
この銘柄変更操作を実施するにあたり、特開平8-179809には、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からなる製品銘柄変更システムを利用し、従来熟練したオペレーターの勘に頼ることの多かった銘柄変更操作を効率的に行う技術を開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこの技術によっても、過去に実績のない現在製造品銘柄と次製造品銘柄との組み合わせの変更を実施することができないだけでなく、変更時間を短縮するなどの最適化のためには別途、繰り返し変更操作を実施する必要がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、過去に実績のないポリマーの現在製造銘柄と次製造銘柄との組み合わせの変更を実施する際、あるいは、変更時間を短縮するなどの最適化を検討する際にも、銘柄変更操作を安定的に実施できる方法を鋭意検討し、本発明を完成した。
【０００７】
即ち、本発明は、ポリマーの製造プロセスにおいて製造銘柄を変更する際に、複数のポリマーの製造銘柄毎に、それらを製造する為の重合条件及び製造に必要な原料の供給量をインデックスとして、ポリマー製造プラントの制御を行う分散型制御システムの上位に位置するプロセスコンピュータの記憶媒体に登録しておく銘柄データベース、現在製造している銘柄と次製造銘柄の組み合わせ毎に、銘柄を変更するために必要な各操作項目の値を、現在製造している銘柄の製造条件から次に製造する銘柄の製造条件へどのようなパターンで移行するか規定したものをプロセスコンピュータの記憶媒体にインデックスとして格納しておく変更データベース、プロセスコンピュータ上でこれらのデータベースより、現在の製造銘柄から次製造銘柄へ移行するのに必要な各操作項目の値を現在の値から次銘柄の目標値へ移行するまでの、ある区切られた時間毎の値をデータベース化した時系列のパターンデータを作成する手段、この時系列のパターンデータを使用して、ダイナミックシミュレーター上で模擬的に銘柄変更を実施し系内の挙動を予め把握し、必要に応じて時系列のパターンデータを再作成し、最適な時系列のパターンデータを作成する手段、及びこの最適な時系列のパターンデータを使用して実プラントで銘柄変更を実行する手段を用いることを特徴とするポリマーの製造銘柄変更方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、銘柄変更操作を迅速かつ安定的に実施するために、従来は、銘柄変更パターン作成作業は実績に頼っていたが、これをダイナミックシミュレーターを活用することにより予め反応系内の様子を把握し過去に実績のないパターンでもその操作が妥当かどうかの判断を実施することにより最適な銘柄変更パターンを作成し、変更操作の短縮、効率化を図る技術である。
【０００９】
本発明において、ポリマーの製造銘柄とは物性の一部または全部が異なるポリマーのことであり、具体的には分子量、分子量分布、組成、組成分布が異なるポリマーのことである。そしてポリマーの製造銘柄の製造処方とは、これらの物性の異なるポリマーを製造するための条件であり、重合温度、重合圧力などの重合条件と、ポリマーを製造するために必要な原料の供給量などが例示できる。ここで本発明において製造銘柄を製造するために使用する装置としては、特に制限はないが、本発明の方法を実行するに際して、即ち製造銘柄を変更するに際して装置そのものを変更することは意図しない。
【００１０】
本発明において、変更論理とは、例えば、現在製造している銘柄の製造条件、例えば重合温度、重合圧力などの重合条件と、ポリマーを製造するために必要な原料の供給量などを、次に製造する銘柄の製造条件の値に、どのような経緯で移行するかを示したものである。
【００１１】
そして該変更論理を登録しておく変更データベースとは、例えば、該変更論理を磁気ディスク等の記憶装置上にインデックスとして格納し、必要に応じて、プロセスコンピュータ等で読み出すことができるようにデータベース化したものである。
【００１２】
現在の銘柄から次銘柄へ変更するのに必要な各操作項目とは例えば、製造する銘柄の製造条件、例えば重合温度、重合圧力などの重合条件と、ポリマーを製造するために必要な原料の供給量などの制御計器の設定値である。
【００１３】
そして現在の値から次銘柄の目標値へ変更する時系列パターンデータとは、現在製造している銘柄の製造条件、例えば重合温度、重合圧力などの重合条件と、ポリマーを製造するために必要な原料の供給量などの制御計器の設定値の、次に製造する銘柄の製造条件の値へ移行するまでの、ある区切られた時間毎の値をデータベース化したものであり、このパターンデータを作成する手段とは、例えば、プロセスコンピュータに組み込まれたプログラムを利用して自動的に時系列のパターンデータを作成する手段である。
【００１４】
本発明において、ダイナミックシミュレーターとは例えば、コンピュータ上で、重合反応条件、重合反応器の操作条件等の動的変化、即ち時間の変化に伴う状態変化を、疑似表現できるように構築されたシステムであり、このようなダイナミックシミュレーターでは与えられたパラメータによって、模擬的に銘柄を変更したときの系内の挙動、例えば、温度、圧力、ポリマー濃度、発熱量等が算出できる。従ってこの値が実運転上問題となる場合には時系列のパターンデータを変更し再度シミュレートすることで、実運転可能で変更に要する時間の短いより適切な時系列のパターンデータを作成することができる。本発明に於いてはこのパターンデータを用いて実プラントで銘柄変更の作業が実行できる。
【００１５】
以下にポリオレフィンを例にとってより具体的に本発明の態様を示す。
【００１６】
ポリオレフィン等の製造プラントの運転は、一般的に分散型制御システム（ＤＣＳ）で制御されている。また、通常、銘柄変更等の高度な制御や、異常検知、データ収集解析などの運転支援機能を有する上位のプロセスコンピュータ（以下、プロコンと略記する。）が配置される。プロコンでは、ゲートウエイを介して、ＤＣＳと相互にデータ通信が可能である。
【００１７】
ポリオレフィンの銘柄構成要素のうち、分子量は通常、連鎖移動剤の水素の反応系内の濃度を、共重合成分含有量は、同様に反応系内の共重合成分の組成を制御することにより管理する。
【００１８】
ポリオレフィンの重合触媒としては近年、高活性、高立体規則性のチーグラーナッタ系担体型触媒を使用するのが主流である。本触媒は、反応系の水素濃度、共重合成分濃度により触媒活性が変化する。従って、銘柄切替の際に水素供給量、共重合成分供給量を変更する場合、反応量の変動を当該装置の除熱制御可能な範囲内に抑える為には、触媒供給量も同時に変更する必要がある。銘柄変更時は、これら各原料供給量の制御計器の設定値を反応系内を安定に保ちながら時間とともに変えていくという、多岐にわたる煩雑な操作が必要となる。
【００１９】
銘柄変更操作を迅速に行い変更時の規格外品の発生量を少なくするためには、水素、共重合成分量等を一時的にオーバーフィードあるいはストップ、場合によっては系外にパージさせ、系内の濃度が定常値になったところで所定フィードに戻すといった操作が必要なる場合があるが、あまり急激なアクションをとると、触媒活性も急激な変化を起こし、場合によっては温度等の制御が不可能となるような状況に陥る。銘柄変更の際は、反応量をなるべく平滑化し系内が安定な状態のまま次製造銘柄に移行することが望ましい。
【００２０】
図１に本発明の実行作業概念図を示す。
【００２１】
ポリオレフィン製造プラントの制御を行うＤＣＳの上位に位置するプロコンの記憶媒体に、複数の製造銘柄の製造処方すなわち、ポリオレフィンを製造するのに必要な各原料の供給量、重合温度、重合圧力等をインデックスとして登録しておく。また、プロコンの記憶媒体には、銘柄変更の前後の銘柄の組み合わせ毎に、銘柄を変更するために必要な各原料の供給量、重合温度等の各操作のパターンを変更論理として登録しておく。
【００２２】
次に変更論理の具体例をいくつか示す。
原料ａを現在値Ａから目標値Ｂまでα時間かけて変更する。（αは可変）
原料ｂを現在値Ｃから一旦供給をβ時間ストップした後γ時間かけて目標値Ｄまで変更する。（β、γは可変）などがある。
【００２３】
製造銘柄の変更を実施したい場合、プロコン上で、上記の製造処方と変更論理から、重合温度及び各原料供給量の現在の銘柄の設定値から次銘柄の目標値へ変更する時系列のパターンデータを作成する。
【００２４】
この時系列パターンデータを、ダイナミックシミュレータに送信する。ダイナミックシミュレータにて、模擬的に銘柄変更操作を実施し、予め銘柄変更時の反応量、除熱装置の稼動状況、ポリマーの組成等反応系内の挙動を把握する。その結果からそのパターンデータが適正か否かの判断をする。
【００２５】
反応量や、ポリマーの組成が適正で無い場合は、変更論理の変更を行って、時系列のパターンデータを再作成し、シミュレーションを繰り返す。このようにして最適化された時系列のパターンデータを、実プラントを制御しているＤＣＳに送信する。実プラントに於いて、最適化された時系列のパターンデータに従った銘柄変更が自動的かつ安定的に実施されることになる。
【００２６】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【００２７】
ポリプロピレンの製造を例にとり説明する。
【００２８】
図２に本発明で使用するハードウエア構成を示す。ハードウエアは、実際に製造プラントを制御する分散型制御システムＤＣＳ１、銘柄変更等の高度な制御や、異常検知、データ収集解析などの運転支援機能を有する上位のプロセスコンピュータ（プロコン）２、及びダイナミックシミュレータ機能操作が可能なワークステーション等のコンピュータ３から構成される。１と２及び２と３は、お互いに、データファイルを介してデータのオンライン通信が可能となっている。
【００２９】
本発明で使用するシミュレータは、プラントの擬似操作がダイナミックに行えるシステムであればよく、ここでは（株）オメガシミュレーションのＶｉｓｕａｌ  Ｍｏｄｅｌｅｒを使用した。
【００３０】
シミュレータでは、触媒、共重合成分、水素等、各原料の濃度変化を考慮した反応速度式を利用した反応量計算を実施している。さらに、分子量、共重合組成などのポリマー物性も計算している。また、温度制御性については、実際のプラントと同様になるよう、除熱のための熱交換器の伝熱係数と制御弁の特性をチューニングしている。また、レベル計、各原料の流量計の制御性についても実際のプラントと同様になるよう制御弁の特性をチューニングしている。銘柄変更を実行するに当たり、２のプロコンの記憶媒体に、複数の製造銘柄の製造処方すなわち、ポリプロピレンを製造するのに必要な各原料の供給量、重合温度、重合圧力とをインデックスとして登録した。また、２のプロコンの記憶媒体に、銘柄変更の前後の銘柄の組み合わせ毎に、銘柄を変更するために必要な各原料の供給量、重合温度の各操作のパターンを変更論理として登録した。
【００３１】
実施例１
現在の銘柄Ａ（プロピレンエチレンランダムコポリマー、分子量指標極限粘度 [η] 1.95 dl/g 、エチレン含有量5.0wt%）から次銘柄Ｂ（プロピレンエチレンランダムコポリマー、 [η] 1.60 dl/g 、エチレン含有量3.6wt%）に変更する。
【００３２】
銘柄をＡからＢへ変更するにあたり、まずプロコン２上で、現状値と、次銘柄のＢの製造処方（銘柄データベース図３）と現在銘柄Ａを次銘柄Ｂへ変更するための変更論理（変更論理図４）を使用して、触媒、水素、エチレン等各原料の供給量の時系列パターンデータを作成した。この時系列パターンデータをダイナミックシミュレータ用のコンピュータ３に転送してダイナミックシミュレーションを実行した。計算が終了しシミュレーション結果から適切なパターンか判断したところ当初作成された時系列パターンデータでは、途中で反応熱が過大となり除熱が困難となることが予想された。このため、触媒、水素、及びエチレン供給量の変更論理を変更することにした。
【００３３】
再びプロコンで時系列パターンデータを作成し上記の操作を繰り返した。修正した時系列パターンデータで適切に運転できると判断されたため、この時系列パターンデータプロコンからＤＣＳへ転送した。ＤＣＳにて時系列パターンデータに従った、触媒供給量、モノマー供給量、水素供給量、エチレン供給量の自動変更が行われ、銘柄変更が安定的に実施された。
【００３４】
銘柄変更に要した時間は、６時間であった。シミュレーション及びプラント実行結果を図５−(1) 〜５−(6) に示した。
【００３５】
比較例１
実施例１と同様の銘柄変更を、予めダイナミックシミュレーションを行わずに、過去の経験等からオペレーターが手動にて触媒供給量、モノマー供給量、水素供給量、エチレン供給量の変更を行い、銘柄変更を実施した。途中で、反応量が過大になりすぎ、触媒供給量を一時的に下げる状況に陥った。
【００３６】
この結果、銘柄変更に10時間を要した。プラント実行結果を図６−(1) 〜６−(6) に示した。
【００３７】
実施例２
現在の銘柄Ｃ（プロピレンランダムコポリマー、 [η] 1.38 dl/g 、エチレン含有量1.1wt%）から次銘柄Ｄ（プロピレンエチレンランダムコポリマー、 [η] 2.05 dl/g 、エチレン含有量4.8wt%）に変更する。
【００３８】
銘柄をＣからＤへ変更するにあたり、実施例１と同様にまずプロコン２上で、次銘柄のＤの製造処方と現在銘柄Ｃと次銘柄Ｄへ変更するための変更論理を使用して、触媒、プロピレン、水素、エチレン各原料の供給量の時系列パターンデータを作成した。この時系列パターンデータをダイナミックシミュレータ用のコンピュータ３に転送してダイナミックシミュレーションを実行した。当初作成された時系列パターンデータでは、途中で反応熱が過少となり重合温度の低下等、系内が不安定になることが予想された。このため、触媒供給量、水素供給量、系外パージ量及びエチレン供給量の変更論理を変更することにした。
【００３９】
再びプロコンで時系列パターンデータを作成し上記の操作を繰り返した。修正したパターンデータで適切に運転できると判断されたためプロコンからＤＣＳへ転送した。ＤＣＳにて時系列パターンデータに従った、触媒供給量、モノマー供給量、水素供給量、系外パージ量、エチレン供給量の自動変更が行われ、銘柄変更が安定的に実施された。
【００４０】
銘柄変更に要した時間は、６時間であった。シミュレーション及びプラント実行結果を図７−(1) 〜７−(6) に示した。本銘柄変更は、過去に行った実績が無かったが、ダイナミックシミュレーションを実施して系内の挙動を予め把握することができたので、効率的かつ安定的に銘柄変更を遂行することが可能であった。
【００４１】
【発明の効果】
本発明により、多岐にわたる煩雑な操作が必要であったポリマーの銘柄変更操作が、安定的かつ効率的に実施されるようになり、工業的価値は極めて大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実行作業概念図である。
【図２】本発明で使用するハードウエア構成図である。
【図３】本発明で使用する銘柄データベースの例を示す図である。
【図４】本発明で使用する変更論理の例を示す図である。
【図５】本発明により銘柄ＡからＢへ銘柄変更する場合（実施例１）のシミュレーション実施結果とプラント実行結果を示すグラフである。
【図６】銘柄ＡからＢへ銘柄変更する場合の手動操作（比較例１）でのプラント実行結果を示すグラフである。
【図７】本発明により銘柄ＣからＤへ銘柄変更する場合（実施例２）のシミュレーション実施結果とプラント実行結果を示すグラフである。
【図１】
0003734356.tif 000002
【図２】
0003734356.tif 000003
【図３】
0003734356.tif 000004
【図４】
0003734356.tif 000005
【図５】
0003734356.tif 000006
0003734356.tif 000007
0003734356.tif 000008
0003734356.tif 000009
0003734356.tif 000010
0003734356.tif 000011
【図６】
0003734356.tif 000012
0003734356.tif 000013
0003734356.tif 000014
0003734356.tif 000015
0003734356.tif 000016
0003734356.tif 000017
【図７】
0003734356.tif 000018
0003734356.tif 000019
0003734356.tif 000020
0003734356.tif 000021
0003734356.tif 000022
0003734356.tif 000023