(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応塔と、再生塔及び主分留塔を有する流動接触分解装置において、
前記主分留塔における中間リフラックス系のリフラックス温度を知識ルールベースにもとづいて制御するとともに、前記主分留塔における塔頂リフラックス流量を、予測モデルにもとづいて前記知識ルールベースにもとづく制御より短い周期で制御することによって主分留塔の圧力を低下させ、
かつ、主分留塔の圧力を低下させることにより反応塔の圧力を下げ、反応効率を高めることを特徴とした流動接触分解装置における圧力制御方法。
【請求項２】
前記知識ルールベースが、熟練オペレータの行なっていた監視，操作を含む手順をＩＦ−ＴＨＥＮ制御規則でルール化したものであることを特徴とした請求項１記載の流動接触分解装置の圧力制御方法。
【請求項３】
前記知識ルールベースが、前記主分留塔における中間リフラックス油の温度制御を行うクーラーの最適出口温度設定値を探索して決定するものであることを特徴とした請求項１又は２記載の流動接触分解装置の圧力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガソリン等を製造する流動接触分解装置の圧力制御方法に関する。
【従来の技術】
【０００２】
流動接触分解装置は、石油留分を粒状触媒により接触分解し、高オクタン価ガソリン、軽油留分及びＬＰＧ等を製造するもので、図１に示すように反応塔１，再生塔２及び主分留塔３からなっている。
【０００３】
この流動接触分解装置にあっては、原料である重質油が反応塔１において触媒と高温で接触し分解され、分解された油は主分留塔３で沸点差を利用し、ガソリン，軽質軽油，重質軽油，ＬＰＧ及び残油等に分留される。
一方触媒は、反応塔１で使用された触媒が、再生塔２で再生されて、活性化し、再生塔２と反応塔１の圧力差を利用して、再び反応塔１に送られる。したがって、再生塔２と反応塔１との圧力差は、再生塔２の圧力を高くした状態で一定に保つ必要がある。また、反応塔１の圧力は、主分留塔３の圧力により二次的に決定される。
【０００４】
ここで、反応塔１の圧力が高いと油の分解率が悪化し、触媒投入量が多くなる。触媒は高価なので、触媒投入量を極力減らすためには、反応塔１の圧力をできるだけ下げた状態にしておく必要があり、このためには、主分留塔３の圧力を下げる必要があった。また、反応塔１の圧力を下げることによって再生塔２の圧力を下げ、これにより再生塔温度が低下して生成コーク量が減り、触媒劣化を防いでいる。
一方、主分留塔３の圧力を下げるためには、圧力と等価な動きをする塔頂リフラックス流量を制約範囲内で極力少なく保つ必要があり、そのための操作量としては各留分のリフラックス量とリフラックス温度が相当し、この各留分のリフラックス温度は、各クーラーの出口温度を調整して行なう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、主分留塔を低圧状態に制御するためには、
第一に各リフラックス系（搭頂リフラックスを除く、以下同じ）のクーラー冷却能力に制約があるため、多くのバイパス弁開度の制約を監視しながら運転する必要がある。
第二に、各リフラックス量を操作してから、制御対象である塔頂リフラックス流量に影響するまでの時間遅れが各々異なるため、その時間遅れを考慮して調整する必要があり、また、塔頂リフラックス流量のダイナミクスは、非線形で大きな時間遅れがある。
第三に各操作量であるリフラックス流量，リフラックス温度が互いに干渉しあうため、それぞれの影響度及び遅れ時間を考慮した操作をする必要がある。
第四に原料である重質重油の処理量は、主として上流の装置からの生産量に依存し、一定ではない。したがって、その処理量や原料性状が刻々と変化し、塔頂のリフラックス流量が変化する。そのため塔頂リフラックス流量を安定させながら低圧化を行うためには、常時全体の熱バランスを監視しながら各リフラックス量をバランス良く操作する必要がある。
といった運転上の問題があり、実際の現場では熟練オペレータの経験とＰＩＤ制御で対応せざるを得ず、主分留塔の圧力制御を完全自動化することは困難であった。
【０００６】
本発明は上記の事情にかんがみなされたもので、現在まで不可能とされていた流動接触分解装置の完全なる自動制御を可能ならしめた流動接触分解装置の圧力制御方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、従来、ＰＩＤ制御を行なっていた部分はそのままＰＩＤ制御で行ない、従来、熟練オペレータの経験に頼っていた部分を知識ルールベースシステムに置き換え、かつ、監視及び操作のポイントが多く熟練オペレータでも難しい部分の制御に予測モデル制御を併用し、全体として複合制御を行なうことによって、流動接触分解装置の圧力制御を自動的に行なうようにしている。
【０００８】
具体的には請求項１の発明は、反応塔と、再生塔及び主分留塔を有する流動接触分解装置において、前記主分留塔における中間リフラックス系のリフラックス温度を知識ルールベースにもとづいて制御するとともに、前記主分留塔における塔頂リフラックス流量を、予測モデルにもとづいて前記知識ルールベースにもとづく制御より短い周期で制御することによって主分留塔の圧力を低下させ、かつ、主分留塔の圧力を低下させることにより反応塔の圧力を下げる方法としてある。
このようにすると、反応塔の圧力が低くなり、油の分解率が向上し、再生塔圧力，温度の低下、生成コーク量の減少、触媒劣化の防止が可能となって反応塔における反応効率の向上を図ることができる。
【０００９】
この場合、予測モデルにもとづく制御は、前記知識ルールベースにもとづく制御より短い周期で行うようにしてある。換言すれば、前記知識ルールベースによる制御は、前記予測モデルによる制御よりも長い周期としてある。
知識ルールベースによる制御は応答時間が遅く、かつモデル化できない系に適し、予測モデルによる制御は応答時間が早く、モデル化可能な系に適する。
このように、応答時間の遅い系の制御を、応答時間の早い系の制御よりも長い周期で行なうと、相互の干渉を軽減でき、安定した複合制御が可能となる。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、前記知識ルールベース部を、熟練オペレータの行なっていた監視，操作を含む手順をＩＦ−ＴＨＥＮ制御規則でルール化したものとしてある。
このようにＩＦ−ＴＨＥＮ制御規則を用いると、熟練オペレータが行なっていたと同様の監視，操作を含む作業を、自動的かつ確実に実行することができる。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、前記知識ルールベースを、前記主分留塔における中間リフラックス油の温度制御を行うクーラーの最適出口温度設定値を探索して決定するものとしてある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
まず、実施形態の概要について説明する。
図１に示す、流動接触分解装置における主分留塔３の第一の中間リフラックス油の温度を決定しているのはクーラー３１ａで、第二の中間リフラックス油の温度を決定しているのはクーラー３１ｂであり、これらクーラー３１ａ，３１ｂでの熱交換量は、下流の装置制約および熱交換能力制約により決まる。この制約を満足し、熱量を最大回収するように各知識ルールベース設定部１００において各クーラー３１ａ，３１ｂの最適出口温度設定値を探索し決定する。
一方、最適温度になっている第一及び第二のリフラックス油の流量を、予測モデル設定部２００での演算結果を基に調整バルブ３２ａ及び３２ｂによって調整することで、制約範囲内で最適塔頂リフラックス流量を探索し、主分留塔３、反応塔１における低圧化を実現する。
【００１３】
図２は、図１における制御系をまとめてブロック図で示したものである。
同図において、制御部１１１は、知識ルールベース設定部１００からの出力値とフィードバックされた中間リフラックス温度との差にもとづいて、クーラー３１ａ，３１ｂの調節バルブ（操作部）１３１ａ，１３１ｂの開度をＰＩＤ制御する。また、制御部２１１は、予測モデル設定部２００からの出力値とフィードバックされた中間リフラックス量との差にもとづいて調節バルブ（操作部）３２ａ，３２ｂの開度をＰＩＤ制御する。
【００１４】
図３は、知識ルールベース設定部１００の詳細なブロック図を示したものである。
同図に示す知識ルールベース設定部１００は、知識ルールベース部１０１と、操作変数決定部１０２と、操作変数出力部１０３と、制約条件（目標条件）の入力部１０４及び運転データ入力部１０５とからなっている。
【００１５】
ここで、知識ルールベース部１０１には、熟練オペレータの行なっていた監視，操作手順をＩＦ−ＴＨＥＮ制御規則でルール化したものが保存してある。
たとえば、「クーラー周囲の制約状態を監視し、制約にかかっていない場合は、出口目標温度を下げながら最適出口温度を探索して最大熱量を回収し、制約にかかった場合は、戻し操作を行い制約を回避する。」といった、制約範囲内での最適化を図るため、
0003820008.tif 000002
といったルールが保存してある。
また、この知識ルールベース部１０１は、各種の運転変数の制約条件の中で目標とする変数が最適になるように操作変数を変更していく。そして、操作変数の変化に応じて各運転変数の変化が算出され、これが制約条件内であれば、さらに最適化のため操作変数を変更する。
【００１６】
操作変数決定部１０２は、知識ルールベース部１０１における上記ルールを用い、現状の運転データおよび制約条件より目標が最適になるように操作変数を算出する。
この操作変数の値は、操作変数出力部１０３を通して制御部１１１に出力される。
【００１７】
なお、制約条件入力部１０４には、制約条件としての下流の装置制約，熱交換器能力，バルブポジション等が、また、目標条件としての熱交換器出口温度等が、条件判断計算によって入力される。
また、運転データ入力部１０５は、主分留塔３における各中間リフラックス系におけるリフラックス温度，下流装置熱交換温度等の各種運転データを入力する。
【００１８】
図４は、予測モデル設定部２００の詳細なブロック図を示したものである。
同図に示す予測モデル設定部２００は、運転データ集積部２０１と、予測モデルを作成する予測モデル作成部２０２と、操作変数決定部２０３と、操作変数出力部２０４と、制約条件（目標条件）入力部２０５と、目標値探索部２０６、及び運転データ入力部２０７とからなっている。
【００１９】
ここで、運転データ集積部２０１は、各リフラックス系におけるリフラックス温度，リフラックス流量等の過去の運転データを記憶集積している。また、予測モデル作成部２０２は、過去の集積してある運転データにもとづいて動的モデルを作成するもので、具体的には、第一及び第二の中間リフラックス系のリフラックス量を調整して主分留塔の塔頂リフラックス流量を最少に制御するための予測モデルを、次のように作成する。
【００２０】
【数１】
0003820008.tif 000003
【００２１】
ここで、
0003820008.tif 000004
である。
【００２２】
操作変数決定部２０３は、予測モデルにより現状運転データの操作変数を変更して、制約条件内で目標（条件）に最も適合した運転条件を決定する。
すなわち、操作変数の上下限値，制御変数の上下限値，操作変数の変更幅，目的関数（目標条件）等を条件に線形計画法を利用して最適解を求める。
このように、現状の運転状態に対し最適化するよう変更して算出した操作変数は、操作変数出力部２０４を通して制御部２１１に出力される。
なお、操作変数出力部２０４は操作変数の微少変化をプロセス側の制御部が受け付けないときは、積算プログラムにより複数回の微少出力を積算して制御部がが受け付ける出力とする。
【００２３】
制約条件入力部２０５には、制約条件及び目標条件として、たとえば、
▲１▼主分留塔留出物（燃料ガス，ガソリン，ＬＣＯ，ＨＣＯ，ＣＬＯ）の品質（純度）、
▲２▼一部留出物（ｅｘ．ガソリン）流量（最大となるようにする）、
▲３▼クーラー３１ａ，３１ｂの冷却側流体流量、
▲４▼燃料ガス圧力、
▲５▼主分留塔中の製品抜出段の液負荷，蒸気負荷、
▲６▼一部棚段間の温度差、
などが入力される。
【００２４】
目標値探索部２０６では、制約条件入力部２０５からの制約条件を監視し、制約にかかっていない場合には目標流量を下げながら最適目標流量を探索し、制約範囲内での最低流量を確保する。
【００２５】
また、運転データ入力部２０７は、主分留塔の塔頂リフラックス流量及び主分留塔の第一及び第二の中間リフラックス量とリフラックス温度等の各種運転データを入力する。
【００２６】
上記のように、知識ルールベース設定部１００及び制御部１１１からなる制御系では、主分留塔３のクーラー３１ａ，３１ｂ及び周囲の制約条件を監視して各中間リフラックス系のリフラックス温度を制御し、予測モデル設定部２００及び制御部２１１からなる制御系では、主分留塔の各中間リフラックス温度の変化を検知し、流量特性に与える影響を予測モデルで予測して各中間リフラックス量の制御を行なう。
これら各制御は、たとえば知識ルールベースによる制御を１時間の周期で、予測モデルによる制御を３分間の周期で行ない、かつこれら両制御を複合的に行なっている。
その結果、主分留塔３の低圧制御ひいては反応塔１の低圧制御の自動化が可能となり、流動接触分解装置全体の自動制御が可能となった。
なお、知識ルールベースによる制御の周期は、予測モデルによる制御の周期よりも長くすることが好ましく、たとえば１０倍〜２０倍とすると、相互操作による干渉を受けずに制御可能となり好適である。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、流動接触分解装置の圧力制御を自動化することができ、定常運転時から原料切替えあるいは運転モード切替えなどの過渡状態のときまで、常に反応塔を低圧化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御方法を実施するための概略装置構成図を示す。
【図２】本発明の制御方法を実施するための制御系ブロック図を示す。
【図３】図２における知識ルールベース設定部の詳細ブロック図を示す。
【図４】図における予測モデル設定部の詳細ブロック図を示す。
【符号の説明】
１  反応塔
２  再生塔
３  主分留塔
３１ａ，３１ｂ  クーラー
１００  知識ルールベース設定部
１０１  知識ルールベース部
１０２  操作変数決定部
１０３  操作変数出力部
１０４  制約条件入力部
１０５  運転データ入力部
２００  予測モデル設定部
２０１  運転データ集積部
２０２  予測モデル作成部
２０３  操作変数決定部
２０４  操作変数出力部
２０５  制約条件入力部
２０６  目標値探索部
２０７  運転データ入力部
【図１】
0003820008.tif 000005
【図２】
0003820008.tif 000006
【図３】
0003820008.tif 000007
【図４】
0003820008.tif 000008