JP4134391B2 - 不飽和炭化水素の分離精製装置および分離精製方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不飽和炭化水素の分離精製装置および方法に係り、さらに詳しくは、原料成分のばらつきによらず目的とする不飽和炭化水素を所定濃度で安定して取り出すことができる不飽和炭化水素の分離精製装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
不飽和炭化水素としての１，３−ブタジエンやイソプレンのような共役ジエン類は、一般にナフサをクラッキングし、エチレン、プロピレンなどのＣ_２ およびＣ_３ 炭化水素を分離して得られるＣ_４ 留分やＣ_５ 留分から抽出溶剤を用いて抽出蒸留により、分離精製されている（特公昭４５−１７４０５号公報、特公昭４５−１７４１１号公報、特公昭４７−４１３２３号公報、特開昭５６−８３４２１号公報など）。
【０００３】
通常、抽出蒸留は抽出蒸留塔と放散塔よりなる装置を用いて行われる。Ｃ_４ 留分またはＣ_５ 留分中の溶剤に比較的容易に溶解する共役ジエン類は、抽出蒸留塔の塔底から溶剤との混合物として取り出され、放散塔に送られて、共役ジエン類と溶剤とに分離され、溶剤は抽出蒸留塔に返送される。
【０００４】
従来の共役ジエン類の分離精製装置および分離精製方法では、安定した品質の共役ジエン類を分離精製するために、抽出蒸留塔への溶剤の供給量制御、抽出蒸留塔の塔頂から取り出した原料の残存成分（原料から共役ジエン類を抽出した残り）の一部を流量制御して前記抽出蒸留塔へ還流させる還流量制御、抽出蒸留塔の塔底温度制御などを行うことが一般的であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の共役ジエン類の分離精製装置および分離精製方法では、抽出蒸留塔へ供給される原料の組成がばらついた場合などには、塔から取り出すべき目的とする共役ジエン類の濃度がばらつき、安定した品質の共役ジエン類を取り出すことが困難であった。
【０００６】
なお、抽出蒸留塔から高濃度で且つ一定濃度の共役ジエン類の抽出液を取り出すために、抽出蒸留塔の塔底から取り出した抽出物を抽出蒸留塔へ戻し、その戻り量をも制御することが好ましい。しかし、抽出蒸留塔への戻り量は、溶剤量、塔底温度、塔底圧力、原料供給量、原料中の共役ジエン類の濃度などに応じて変動させないと、抽出蒸留塔では、目的とするブタジエンやイソプレンなどの共役ジエン類の濃度と、それ以外の特定不純物の濃度とを一定に保つことができない。しかも、このような制御をオペレータの手操作では対応することは不可能に近い。そこで、現状では、抽出蒸留塔から取り出す共役ジエン類の濃度を多少変動させても運転のし易さを優先させ、戻り量を制御することなく、次工程へ送る流量を制御し、余剰量を戻り量としている。そのため、抽出蒸留塔から取り出した共役ジエン類の濃度変動が大きかった。特に、共役ジエン類の分離精製装置に用いる最初の抽出蒸留塔において、取り出した共役ジエン類の濃度変動が大きいと、その後のプロセスで共役ジエン類の純度を高めることが困難になり、安定して高純度の共役ジエン類を得ることが困難になる。
【０００７】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、原料成分のばらつきや原料供給量の変動によらず目的とする共役ジエン類などの不飽和炭化水素を所定濃度で安定して取り出すことができる不飽和炭化水素の分離精製装置および方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る不飽和炭化水素の分離精製装置は、不飽和炭化水素を含有する原料と溶剤とが供給され、当該原料を蒸留して目的とする不飽和炭化水素を分離精製する抽出蒸留塔と、
前記抽出蒸留塔または抽出蒸留塔に接続されるその他の塔（以下、「抽出蒸留塔等」とも言う）での目的とする不飽和炭化水素以外の特定不純物の濃度を検出する不純物濃度検出手段と、
前記抽出蒸留塔等における目的とする不飽和炭化水素の濃度を検出する目的物濃度検出手段と、
前記抽出蒸留塔の塔底から取り出した目的とする不飽和炭化水素を含む流体の一部を流量制御して前記抽出蒸留塔へ戻す戻り量制御手段と、
前記抽出蒸留塔へ供給される溶剤の量を制御する溶剤量制御手段と、
前記抽出蒸留塔の塔頂から取り出した原料の残存成分（原料から不飽和炭化水素を抽出した残存成分を意味するが、多少不飽和炭化水素も含まれる；以下同じ）の一部を流量制御して前記抽出蒸留塔へ還流させる還流量制御手段と、
前記抽出蒸留塔の塔底の温度を制御する塔底温度制御手段と、
前記不純物濃度検出手段および目的物濃度検出手段により検出した検出値に基づき、所定時間後の特定不純物の濃度、目的とする不飽和炭化水素の濃度の予測値を算出し、当該予測値に基づき、前記戻り量制御手段、溶剤量制御手段、還流量制御手段および塔底温度制御手段を制御する予測制御手段とを有する。
【０００９】
また、本発明に係る不飽和炭化水素の分離精製方法は、不飽和炭化水素を含有する原料と溶剤とを抽出蒸留塔に供給する工程と、
前記抽出蒸留塔等における目的とする不飽和炭化水素以外の特定不純物の濃度を検出する工程と、
前記抽出蒸留塔等における目的とする不飽和炭化水素の濃度を検出する工程と、 前記抽出蒸留塔の塔頂と塔底との差圧を検出する工程と、
前記抽出蒸留塔の塔底から取り出した目的とする不飽和炭化水素を含む流体の一部を流量制御して前記抽出蒸留塔へ戻す工程と、
前記抽出蒸留塔へ供給される溶剤の量を制御する溶剤量の制御工程と、
前記抽出蒸留塔の塔頂から取り出した原料の残存成分の一部を流量制御して前記抽出蒸留塔へ還流させる還流量の制御工程と、
前記抽出蒸留塔の塔底の温度を制御する塔底温度の制御工程と、
前記不純物濃度検出工程および目的物濃度検出工程により検出した検出値に基づき、所定時間後の特定不純物の濃度、目的とする不飽和炭化水素の濃度の予測値を算出し、当該予測値に基づき、前記戻り量、溶剤量、還流量および塔底温度を制御する予測制御工程とを有する。
【００１０】
本発明において使用される溶剤は、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのＮ−アルキル置換低級脂肪酸アミド、フルフラール、Ｎ−メチルピロリドン、ホルミルモルホリン、β−メトキシプロピオニトリルなどの、炭化水素留分からジオレフィン抽出蒸留用溶剤として用いられているものが例示される。これらの溶剤は単独で使用できるのみならず、２種以上を混合して使用してもよいし、また沸点を調整するため、水、メタノールなどを適当量混合してもよい。さらには、ジオレフィン類、アセチレン類の重合を防止する重合防止剤、酸化防止剤、消泡剤などを併用することもできる。
【００１１】
抽出溶媒は、抽出蒸留塔において、不飽和炭化水素を含有する石油留分を供給する段（石油留分供給段）よりも、通常、上段の位置に設けられた抽出溶媒供給段から抽出蒸留塔に供給されることが好ましい。
【００１２】
また、重合禁止剤を抽出溶媒の供給段よりも上段の位置から連続供給しても良い。抽出溶媒供給段よりも上段の位置としては、たとえば、抽出溶媒フィード段よりも上段の抽出蒸留塔の側部、抽出蒸留塔頂部の凝縮器の入口あるいは出口が挙げられる。これらのうち、塔頂部凝縮器の入口に設けるのが、凝縮器内での重合体の生成を抑えることができるとともに、セパレーター後の次工程においても重合体の生成を抑えることができるので好ましい。この重合禁止剤が連鎖移動反応により重合禁止または抑制するものであることが好ましい。重合禁止剤がジ低級アルキルヒドロキシルアミンであることが好ましい。
【００１３】
本発明で使用する原料（石油留分）は、不飽和炭化水素を含有するものである。石油留分は、通常、ナフサをクラッキングして分離したものである。石油留分としては、炭素２個の炭化水素を主として含有するＣ_２ 留分、炭素３個の炭化水素を主として含有するＣ_３ 留分、炭素４個の炭化水素を主として含有するＣ_４ 留分、炭素５個の炭化水素を主として含有するＣ_５ 留分などがある。これらの中でも、抽出蒸留などにより不飽和炭化水素の濃度を高めたものが好ましく、不飽和炭化水素として共役ジエン類を多く含有するものが好ましく、特に、ブタジエンを多く含有するＣ_４ 留分かイソプレンを多く含有するＣ_５ 留分が好ましい。
【００１４】
本発明の装置および方法は、石油留分中の不飽和炭化水素の濃度が、通常、９０％以上、好ましくは９５％以上のもの（具体的には石油留分を抽出蒸留して不飽和炭化水素の濃度を高めたもの）を得ようとする場合に適用することが効果的である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は共役ジエン類の分離精製装置の全体構成を示す概略図、図２は図１に示す第１抽出蒸留塔の制御方法を示す概略図、図３は図２に示す予測制御手段の制御方法を示すフローチャート図、図４は測定データと制御操作対象との関係を示すグラフ、図５はブテン類の分離精製装置の全体構成を示す概略図である。
【００１６】
第１実施形態
本実施形態では、不飽和炭化水素としての共役ジエン類を含有するＣ_４ 留分またはＣ_５ 留分からの共役ジエン類の分離精製プロセスについて説明する。
【００１７】
図１に示すように、Ｃ_４ 留分またはＣ_５ 留分は、まず、蒸発塔２で気化させて第一抽出蒸留塔４へと供給される。また、溶剤は第一抽出蒸留塔４のＣ_４ 留分またはＣ_５ 留分供給部位より上段に供給される。第一抽出蒸留塔４の塔底から共役ジエン類を含有する溶剤が放散塔８の塔頂より数段下へ供給され、塔内で共役ジエン類と溶剤が分離される。塔底温度は、通常０．５〜５気圧である塔内圧力における溶剤の沸点になるように操作する。放散塔８の塔頂からは、共役ジエン類が取り出され、一部は、さらに第二抽出蒸留塔１２へ送られ、精製操作を受け、残りは第一抽出蒸留塔４へと戻される。放散塔８の塔底からは通常１００〜２００℃の溶剤が取り出される。
【００１８】
本実施形態においては、第一抽出蒸留塔の塔底近くの不純物濃度の変化、第一抽出蒸留塔塔頂より放出されるガス中の共役ジエン類濃度の変化を検出し、その変化量に応じて、第一抽出蒸留塔４への溶剤供給量の制御、放散塔８から第一抽出蒸留塔４への戻り流量の制御、第一抽出蒸留塔４の塔頂での還流量の制御、および第一抽出蒸留塔４の塔底温度の制御を行うことにより、一定の濃度の共役ジエン類が抽出できる。
【００１９】
以下、例として、Ｃ_４ 留分からブタジエンを分離精製するプロセスについて具体的に説明する。
【００２０】
図１に示すように、ブタジエンを含有する原料（ナフサ中のＣ_４ 成分）ＢＢＦを蒸発塔２へ供給し、原料ＢＢＦをガス化する。蒸発塔２では、ＢＢＦをガス化するために、塔内温度が、好ましくは２０〜８０℃、さらに好ましくは４０〜８０℃に保持され、塔内圧力は、絶対圧力で、好ましくは２〜８気圧、さらに好ましくは４〜６気圧に保持される。
【００２１】
この蒸発塔２にてガス化された原料ＢＢＦは、次に、第１抽出蒸留塔４へ供給される。第１抽出蒸留塔４には、ガス化された原料ＢＢＦと共に抽出溶剤が供給される。第１抽出蒸留塔４へ供給される溶剤の量は、後述するように制御されるが、一般的には、原料ＢＢＦが１００重量部に対して、好ましくは１００〜１０００重量部、さらに好ましくは２００〜８００重量部となるように供給する。溶剤の温度は、低い方が溶解度が高く好ましいが、第１抽出蒸留塔４の内部温度や還流量の増減に影響するために、好ましくは１０〜１００℃、さらに好ましくは２０〜６０℃である。
【００２２】
抽出溶剤としては、共役ジエン類の一例としてのブタジエンを溶解抽出することができるものであれば、特に限定されないが、具体的には、アセトン、メチルエチルケトン、ジオキサン、イソプレンサイクリックサルホン、アセトニトリル、アルコール、グリコール、Ｎ−メチルロールダミン、Ｎ−エチルコハク酸イミド、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ヒドロキシルエチルピロリドン、Ｎ−メチル−５−メチルピロリドン、フルフラール、２−ヘプテノン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトン酢酸アミド、 モルホリン、Ｎ−ホルミルモルホリン、Ｎ−メチルモルホリン−３−オン、スルホラン、メチルカルビトール、テトラヒドロフラン、アニリン、Ｎ−メチルオキサゾリドン、Ｎ−メチルイミダゾール、Ｎ，Ｎ’−ジメチルイミダゾリン−２−オン、１−オキソ−１−メチルフォスホリン、メチルシアノアセテート、エチルアセトアセテート、エチルアセテート、マロン酸ジメチルエステル、プロピレンカーボネート、メチルカービトール、トリエチルホスフェート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトンなどが挙げられる。本実施形態では、抽出溶媒としては、これらのうち、アミド化合物、特にジメチルホルムアミドが好適である。
【００２３】
抽出溶媒は、第１抽出蒸留塔４において、共役ジエン類を含有する石油留分（原料ＢＢＦ）を供給する段（石油留分供給段）よりも上段の位置に設けられた抽出溶媒供給段から第１抽出蒸留塔４に供給される。
【００２４】
図１および２に示す第１抽出蒸留塔４の塔頂において、揮発度（溶解度）がブタジエン以上のガスを分離し、原料ＢＢＦからブタジエン分を分離した残存ガスＢＢＲを取り出し、塔底からは高濃度のブタジエン抽出液を取り出すために、第１抽出蒸留塔４の塔底圧力は、絶対圧力で、好ましくは、１〜１０気圧、さらに好ましくは５〜７気圧、塔底温度は、好ましくは、１００〜１６０℃、さらに好ましくは１１０〜１３０℃に制御される。
【００２５】
第１抽出蒸留塔４の塔底において、塔底から出ていく溶剤に溶け込むＣ４留分の溶解量は、その塔底における溶剤量、温度、圧力によって決定される。したがって、第１抽出蒸留塔４の塔底から一定濃度のブタジエン抽出液を取り出すためには、第１抽出蒸留塔４の塔底における溶剤量、塔頂の還流量、塔底温度などを制御する必要がある。また、第１抽出蒸留塔４の塔底から取り出すブタジエン抽出液の濃度を高濃度にするためには、後述するように、第１抽出蒸留塔４の塔底から取り出した抽出液、または必要に応じて放散塔８を介して溶媒を除去した一部を第１抽出蒸留塔４へ戻す必要がある。本実施形態では、後述するように、第１抽出蒸留塔４の塔底から取り出した抽出液を第１抽出蒸留塔４への戻り量の制御をも行っている。
【００２６】
第１抽出蒸留塔４の塔頂から取り出された残存ガスＢＢＲは、図示省略してある残存成分タンクへ送り、残存ガスＢＢＲの一部は、図示省略してある凝縮器にて凝縮して第１抽出蒸留塔４の塔頂に戻して還流させる。この残存ガスＢＢＲの還流量も、後述するように制御される。
【００２７】
図１および２に示す第１抽出蒸留塔４の塔底では、目的とするブタジエンを高濃度に含む抽出液が取り出され、放散塔８へ送られる。放散塔８では、塔底圧力が絶対圧力で１〜３気圧に保持され、塔底温度が１５０〜２００℃に保持され、抽出液から溶剤を分離し、塔底から排出する。放散塔８の塔頂では、溶剤が分離されたブタジエンを多く含む放散ガスが発生し、その放散ガスの一部を凝縮器にて凝縮する場合は、凝縮分は、放散塔８の塔頂に戻して還流される。未凝縮分はコンプレッサ１０を介して、一部は第１抽出蒸留塔４へと戻され、残りは第２抽出蒸留塔１２へと送られる。放散ガスを凝縮器にて全凝縮する場合は、凝縮液の一部は放散塔８の塔頂に戻して還流され、残りはコンプレッサ１０を介して、一部は第１抽出蒸留塔４へと戻され、さらにその残りが第２抽出蒸留塔１２へと送られる。第１抽出蒸留塔４へ戻されるのは、このように気体として戻される場合と液体として戻される場合があるが、いずれの場合もその戻り量は、後述のように制御される。
【００２８】
この第２抽出蒸留塔１２では、揮発度（溶解度）がブタジエン以下の不純物を塔底から分離し、塔頂では、高濃度のブタジエンを含むガスを取り出すために、塔底圧力が絶対圧力で３〜６気圧に保持され、塔底温度が１００〜１５０℃に保持される。この第２抽出蒸留塔１２の塔底から分離された不純物を多く含む抽出液は、第１放散塔１３へ導かれる。第１放散塔１３では、塔底圧力が絶対圧力で１〜３気圧に保持され、塔底温度が１２０〜１８０℃に保持され、抽出液からブタジエンを分離し、ブタジエンを含む放散ガス２を放散塔８の凝縮器入り口へと戻す。第１抽出蒸留塔４の塔底液は、第二放散塔１４へと送られる。第二放散塔１４では、塔底圧力が絶対圧力で１〜３気圧、塔底温度が１５０〜２００℃に保持され、抽出液から溶剤を分離し、塔底から排出され再使用される。放散ガスは塔頂から排出される。
【００２９】
第２抽出蒸留塔１２の塔頂から取り出したブタジエンを多く含む蒸留ガスは、低沸点物除去塔１６および高沸点除去塔１８へと順次送られる。低沸点物除去塔１６では、塔底圧力を３〜７気圧、塔底温度を３０〜６０℃にすることで、ブタジエンよりも低沸点の不純物であるメチルアセチレンを除去する。また、高沸点物除去塔１８では、塔底圧力で３〜７気圧、塔底温度を４０〜７０℃にすることで、ブタジエンよりも高沸点の不純物、例えば、シス−２−ブテン、１，２−ブタジエン、エチルアセチレンなどを除去する。本実施形態では、最終的に得られる抽出液中のブタジエンの濃度は９９％以上となる。
【００３０】
次に、図２〜４を主として参照し、本実施形態に係る第１抽出蒸留塔４の制御装置および制御方法について説明する。
【００３１】
図２に示すように、第１抽出蒸留塔４の中段には、ブタジエンを含む原料（石油留分）ＢＢＦが供給される原料供給ライン２０が接続してある。原料供給ライン２０には、原料流量計２１が装着してあり、第１抽出蒸留塔４へ供給する原料の流量を計測するようになっている。原料流量計２１で計測した原料流量データは、予測制御手段６０へ入力するようになっている。予測制御手段６０は、メモリ回路を持つ特定の電気回路、汎用パソコン、汎用コンピュータ、大型コンピュータなどで構成してあり、後述する制御を行うためのプログラムが記憶してある。なお、後述する制御を行うためのプログラムの代わりに、そのような動作を行う論理回路であっても良い。
【００３２】
第１抽出蒸留塔４において、原料供給ライン２０の上段側には、溶剤供給ライン２２が接続してあり、ブタジエンの抽出溶剤を第１抽出蒸留塔４内に供給するようになっている。溶剤供給ライン２２には、溶剤流量制御弁２３が装着してあり、予測制御手段６０からの出力信号に基づき、第１抽出蒸留塔４内に供給する流量を制御するようになっている。制御方法については後述する。
【００３３】
第１抽出蒸留塔４の塔頂には、残存ガス排出ライン２４が接続してあり、第１抽出蒸留塔４内で原料からブタジエンを抽出した残りの残存ガス（ただし、多少のブタジエンは含まれる）の一部を図示省略してある残存成分タンクへと排出するようになっている。排出ライン２４には、還流ライン２６も接続してあり、排出ライン２４で取り出した残存ガスの一部を、第１抽出蒸留塔４内の塔頂部へ還流するようになっている。
【００３４】
第１抽出蒸留塔４の塔頂近くの排出ライン２４には、塔頂におけるブタジエン濃度を検出するための目的物濃度センサ２５（目的物濃度検出手段）と、塔頂での内部圧力を計測するための塔頂圧力センサ２７が装着してある。目的物濃度センサ２５としては、たとえばガスクロマトグラフィを用いることができる。圧力センサ２７としては、汎用の圧力センサを用いることができる。これらセンサ２５および２７の出力信号は、予測制御手段６０へ入力される。
【００３５】
還流ライン２８には、還流量制御手段としての制御弁２８が装着してあり、予測制御手段６０からの出力信号により制御弁２８の開度を制御し、還流量を制御するようになっている。
【００３６】
図２に示す例では、第１抽出蒸留塔４には、その塔頂内と塔底内との圧力差圧を検出する差圧検出手段として差圧センサ３０が装着してある。この例では、差圧センサ３０で検出した塔頂−塔底差圧データは、予測制御手段６０へ入力するようになっている。この圧力差圧の変化による予測制御は、抽出物の組成の安定性への寄与は小さいが、安全性の面への寄与が大きく、予測制御を行うことが好ましい。
【００３７】
第１抽出蒸留塔４の下から７段目には、７段目において存在するトランス−２−ブテンおよびシス−２−ブテンなどの不純物の濃度を計測する第１および第２不純物濃度センサ（不純物濃度検出手段）３２および３４が装着してある。第１不純物濃度センサ３２が、シス−２−ブテンの濃度を検出し、第２不純物濃度センサ３４がトランス−２−ブテンの濃度を計測するようになっている。これら濃度センサ３２および３４は、これらの濃度を検出することができるものであれば特に制限はないが、たとえばガスクロマトグラフィなどで構成される。これら濃度センサ３２および３４で検出した濃度データは、予測制御手段６０へ入力するようになっている。
【００３８】
なお、第１センサおよび第２センサの位置は第１抽出蒸留塔４の下から７段目に限定されない。例えば、下から１５段目のあたりでも、放散塔８からの放散ガスライン４４上でも、凝縮液ライン５１でもよい。これらの部位では、濃度データは一致しないものの、濃度変化量は強い相関関係を有し、いづれかの位置での濃度を連続的に測定していれば、他の部位での濃度も正確に判断できる。また、予測制御手段においては、濃度データを濃度変化データに変換して用いているので、これらの部位での濃度変化が正確に測定できれば、正確な予測制御が可能である。
【００３９】
第１抽出蒸留塔４の塔底には、塔底温度制御手段としての塔底ヒータ３６が具備してあり、予測制御手段６０からの濃度変化データに応じた出力信号に基づき、塔底温度を制御するようになっている。塔底温度は、前述したように、一般的には、１００〜１６０℃に保持されるが、本実施形態では、この温度範囲内で、予測制御手段６０からの出力信号に基づき、塔底温度を制御する。リボイラー３６の熱源としては、スチームに限らず、温水、熱媒などを例示することができる。もちろん、このリボイラー３６は温度制御が可能である。
【００４０】
第１抽出蒸留塔４の塔底には、第１抽出ライン３８が接続してあり、塔底に存在するブタジエンを高濃度に含む抽出液（溶剤含有）は放散塔８に送られる。放散塔８では、前述したように、抽出液から溶剤を分離し、塔底から排出する。放散塔８の塔頂では、溶剤が分離されたブタジエンを多く含む放散ガスが発生し、そのガスは、その塔頂から第３抽出ライン４４を通してコンプレッサ１０により第２抽出蒸留塔１２へと送られる。第３抽出ライン４４には、戻りライン４６が接続してある。戻りライン４６は、第１抽出蒸留塔４の塔底近くの段に接続してあり、第３抽出ライン４４を通して運ばれるブタジエンを多く含む放散ガスまたはその凝縮液を第１抽出蒸留塔４内に戻すようになっている。
【００４１】
戻りライン４６には、ライン内流量を検出する戻り流量計５０、ラインを流れる流体の流量を制御する戻り流量制御弁４８が装着してある。制御弁４８は、予測制御手段６０からの出力信号に応じて制御され、戻りライン４６を通して第１抽出蒸留塔４内に戻される流体の流量を制御する。制御弁４８および流量計５０が戻り量制御手段に相当する。放散ガスの一部を気体のまま第一抽出蒸留塔４へ戻した場合は、放散ガスの残りは、圧力センサー５２の値を制御弁５６で制御しながら、第二抽出蒸留塔１２へと送られる。放散ガスの凝縮液を第一抽出蒸留塔４へ戻した場合は、凝縮液の残りは、凝縮液受ドラムの液レベルを制御弁５６で制御しながら第二抽出蒸留塔１２へと送られる。
【００４２】
本発明においては、予測制御手段は特に限定されないが、一例として、図３および４に基づき、図２に示す予測制御手段６０による制御方法を説明する。
図３に示すステップＳ１にて制御がスタートすると、ステップＳ２にて、図２に示す予測制御手段６０は、データＣＶｉ（ｉ＝１〜４）を読み込む。ＣＶ１は、図２に示す抽出蒸留塔２の７段目において不純物濃度センサ３２により検出したシス−２−ブテンの濃度データである。ＣＶ２は、図２に示す抽出蒸留塔２の７段目において不純物濃度センサ３４により検出したトランス−２−ブテンの濃度データである。ＣＶ３は、図２に示す抽出蒸留塔２の塔頂に装着してある目的物濃度センサ２５により検出したブタジエンの濃度データである。ＣＶ４は、図２に示す抽出蒸留塔２の差圧センサ３０により検出した塔頂−塔底差圧データであって、前述のように制御に必須のデータではないが、これを用いて制御すると安全性が高まるので、用いることが好ましいものである。
【００４３】
次に、図３に示すステップＳ３では、図２に示す予測制御手段６０に記憶してある制御モデルから、前記データＣＶ１〜ＣＶ４に基づき、ｔ秒後のデータＣＶ１〜ＣＶ４を予測し、その値をＦＣＶ１〜ＦＣＶ４とする。予測制御手段６０に記憶してある制御モデルは、以下の数式に基づき決定される制御モデルであり、実際の第１抽出蒸留塔４における測定データＣＶ１〜ＣＶ４と制御操作対象（戻り量ＭＶ１、溶剤量ＭＶ２、還流量ＭＶ３、塔底温度ＭＶ４）との関係を数式によりモデル化したものである。
【００４４】
【数１】

【００４５】
上記式において、Ｇ_ｉｊは、ＣＶｉ（ｉ＝１〜４）とＭＶｊ（ｊ＝１〜４）との伝達関数を示し、Ｓは、ラプラス変換計算のパラメータであり、ａ_ｉｊ、ｂ_ｉｊ、ｃ_ｉｊは、ＣＶｉ（ｉ＝１〜４）とＭＶｊ（ｊ＝１〜４）との組合せに対応するプロセス固有の値であり、ステップテストの結果により求められる。なお、ステップテストとは、ＭＶｊ（ｊ＝１〜４）を任意量ステップ状に変化させて、ＣＶｉ（ｉ＝１〜４）の応答データを求めることである。
【００４６】
このような数式によりモデル化された制御モデルを用いて、図３に示すステップＳ３では、所定時間（ｔ秒）後のデータＣＶ１〜ＣＶ４を予測し、その値をＦＣＶ１〜ＦＣＶ４とする。なお、ｔ秒後とは、特に限定されないが、たとえば６００〜３６００秒後である。
【００４７】
次に、図３に示すステップＳ４では、各データＣＶ１〜ＣＶ４毎に予め設定された目標値ＰＣＶｉと前記の予測値ＦＣＶｉとの差Ａｉ（ｉ＝１〜４）を計算する。次に、ステップＳ５では、これらの差Ａｉが−αｉ（マイナス許容値）から＋αｉ（プラス許容値）の所定範囲内にあるか否かを確認する。これらの差Ａｉが所定範囲内にあるとは、ｔ秒後のＣＶｉの予測値ＦＣＶｉが、それぞれ許容範囲内にあることを意味する。なお、許容値αｉは、ＣＶｉ毎に決定され、特に限定されないが、各目標値ＰＣＶｉの１〜１０％程度である。
【００４８】
ステップＳ５にて、これらの全ての差Ａｉが許容値であれば、ｔ秒後のＣＶｉの予測値ＦＣＶｉが許容範囲であるので、制御操作対象ＭＶ１〜ＭＶ４を現在の状態に維持し、ステップＳ２以降のステップを繰り返す。ステップＳ５にて、これらの差Ａｉのうちの一つでも許容値から外れた場合には、該当する予測値ＦＣＶｉが許容範囲から外れることを意味するので、ステップＳ６へ行き、許容値から外れた予測値ＦＣＶｉを、許容値に入る方向に変動させるように、制御操作対象ＭＶｉの現在の設定値を変更する。たとえば許容値から外れた予測値ＦＣＶｉを下げる方向に制御したい場合には、図４に示す矢印の方向に、制御操作対象ＭＶｉの現在の設定値を変動させる。図４において、上向きの矢印が、制御操作対象ＭＶｉの現在の設定値を上げることを意味する。
【００４９】
たとえば図２に示す濃度センサ３２で検出したデータＣＶ１に対応する７段シス−２−ブテンの濃度予測値ＦＣＶ１が所定範囲から外れて上昇する場合には、この７段シス−２−ブテンの濃度予測値ＦＣＶ１を下げるために、以下のように制御操作対象ＭＶｉの現在の設定値を変化させる。すなわち、図２に示す予測制御手段６０により制御弁４８を操作して、戻りライン４６を通して第１抽出蒸留塔２へ戻る戻り量ＭＶ１を増大させる。また、図２に示す予測制御手段６０により制御弁２３を制御して、溶剤供給ライン２２を通して第１抽出蒸留塔４へ供給される溶剤量ＭＶ２を減少させる。また、図２に示す予測制御手段６０により還流ライン２６の制御弁２８を制御して、還流量ＭＶ３を減少させる。さらに、図２に示す予測制御手段６０によりヒータ３６を制御して、塔底温度ＭＶ４を上昇させる。
【００５０】
同様に、図２に示す濃度センサ３４で検出したデータＣＶ２に対応する７段トランス−２−ブテンの濃度予測値ＦＣＶ２が所定範囲から外れて上昇する場合には、このＦＣＶ２を下げるために、図４に示す示す矢印の方向にしたがって、制御操作対象ＭＶｉの現在の設定値を変化させる。同様に、図２に示す濃度センサ２５で検出したデータＣＶ３に対応する塔頂におけるブタジエン濃度の予測値ＦＣＶ３が所定範囲から外れて上昇する場合には、このＦＣＶ３を下げるために、図４に示す示す矢印の方向にしたがって、制御操作対象ＭＶｉの現在の設定値を変化させる。図２に示す差圧センサ３０で検出したデータＣＶ４に対応する塔頂−塔底差圧の予測値ＦＣＶ４が所定範囲から外れて上昇する場合には、このＦＣＶ４を下げるために、図４に示す示す矢印の方向にしたがって、制御操作対象ＭＶｉの現在の設定値を変化させることが、安全上好ましい。なお、データＣＶ１〜ＣＶ４に対応する予測値ＦＣＶ１〜ＦＣＶ４が所定範囲から外れて低下する場合には、図４に示す矢印と逆の方向に、予測制御手段６０により制御操作対象ＭＶｉを制御する。
【００５１】
このような本実施形態に係る第１抽出蒸留塔４の制御方法を実施することで、７段シス−２−ブテンの濃度ＣＶ１の変動幅を０．６３％（ｍｉｎ８．５０−ｍａｘ９．１３％）程度に小さくすることができる。ちなみに従来の制御では、７段シス−２−ブテンの濃度ＣＶ１の変動幅は１．２９％（ｍｉｎ７．７９−ｍａｘ９．０８％）であった。また、本実施形態の方法によれば、７段トランス−２−ブテンの濃度ＣＶ２の変動幅を０．３２％（ｍｉｎ１．３５−ｍａｘ１．６７％）程度に小さくすることができる。ちなみに従来の制御では、７段トランス−２−ブテンの濃度ＣＶ２の変動幅は０．５４％（ｍｉｎ１．２８−ｍａｘ１．８２％）であった。また、本実施形態の方法によれば、塔頂ブタジエン濃度ＣＶ３の変動幅を０．２１％（ｍｉｎ０．１９−ｍａｘ０．４０％）程度に小さくすることができる。ちなみに従来の制御では、塔頂ブタジエン濃度ＣＶ３の変動幅は０．２９％（ｍｉｎ０．１３−ｍａｘ０．４２％）であった。
【００５２】
本実施形態の装置および方法によれば、第１抽出蒸留塔４の塔底付近において、不純物としてのシス−２−ブテンおよびトランス−２−ブテンの濃度ＣＶ１およびＣＶ２の変動幅を抑制すると共に、塔頂ブタジエン濃度の変動幅を抑制することで、塔底から取り出す抽出液に含まれるブタジエンの濃度を安定化させることができる。その結果、その後のプロセスで共役ジエン類の純度を高めることが容易になり、安定して高純度の共役ジエン類を得ることができる。
【００５３】
第２実施形態
本実施形態では、共役ジエン類以外の不飽和炭化水素の分離精製プロセスについて説明する。本実施形態では、図１に示す前記第１実施形態のＣ_４ 留分またはＣ_５ 留分からの共役ジエン類の分離精製プロセスで副次的に発生した残存ガスＢＢＲ（原料ＢＢＦからブタジエン分を分離した残存ガス）を原料として、ブテン類を分離精製する。
【００５４】
残存ガスＢＢＲ中には、ブテン類が３０〜８０％含まれており、その他がブタン類となる。図５に示すように、残存ガスＢＢＲは、蒸発塔１０１へ供給され、そこで気化させて抽出蒸留塔１０２へと供給される。
【００５５】
また、溶剤は、第一抽出蒸留塔１０２のＢＢＲ供給部位より上段に供給される。抽出蒸留塔１０２の塔底からブテン類を含有する溶剤が取り出される。ＢＢＲに含まれているブタン類のほとんどは、塔頂から排出される。抽出蒸留塔１０２の塔底から取り出されたブテン類を含有する溶剤は、放散塔１０３の塔頂より数段下へ供給され、放散塔塔内でブテン類と溶剤が分離される。
【００５６】
抽出蒸留塔１０２の塔底温度は、通常０．５〜５気圧である塔内圧力における溶剤の沸点になるように操作する。放散塔１０３の塔頂からは、ブテン類が取り出され、一部は、さらに溶剤回収塔１０５へ送られ、残りは抽出蒸留塔１０２へと戻される。放散塔１０３の塔底からは通常１００〜２００℃の溶剤が取り出される。溶剤回収塔１０５では塔頂よりブデン類が回収され、塔底からは溶剤とブデン類の混合液が抽出蒸留塔１０２の塔底へ戻される。塔１０５から回収されたブテン類は、ｎ−ブテン、イソブテン、１−ブテン、２−ブテンの混合物となっているのが一般的である。これらの分離精製が必要な場合は、分離精製を困難にするブタン類がほとんど除去されているので、通常の蒸留操作により容易に分離精製することができる。
【００５７】
本実施形態においては、抽出蒸留塔１０２の塔底近くの不純物濃度の変化、抽出蒸留塔塔頂１０２より放出されるブタン類ガス中のブテン類濃度の変化を検出し、その変化量に応じて、抽出蒸留塔１０２への溶剤供給量の制御、放散塔１０３から溶剤回収塔１０５を経て抽出蒸留塔１０２へ戻る戻り流量の制御、抽出蒸留塔１０２の塔頂での還流量の制御、および抽出蒸留塔１０２の塔底温度の制御を行うことにより、一定の濃度のブテン類が抽出できる。本実施形態では、最終的に得られる抽出液中のブテン類の濃度は９９％以上となる。
【００５８】
本実施形態に係る抽出蒸留塔１０２の制御装置および制御方法は、図２に示す第１抽出蒸留塔４の場合に比較し、供給される原料がＢＢＦからＢＢＲに代わり、塔頂から排出されるガスがＢＢＲからブタン類を含むガスに代わり、ＣＶ１およびＣＶ２として検出される不純物が、シス−２−ブテンおよびトランス−２−ブテンから、ｎ−ブタンなどのブタン類に代わり、抽出蒸留塔１０２の底部から抽出される抽出液が共役ジエン類からブテン類に代わる以外は、同様なので、その説明は省略する。
【００５９】
本実施形態の装置および方法によれば、抽出蒸留塔１０２の塔底付近において、不純物としてのブタン類の濃度ＣＶ１およびＣＶ２の変動幅を抑制すると共に、塔頂におけるブテン類の濃度の変動幅を抑制することで、塔底から取り出す抽出液に含まれるブテン類の濃度を安定化させることができる。その結果、その後のプロセスでブテン類の純度を高めることが容易になり、さらに塔頂でのブテン類の損失を抑制でき安定して高純度のブテン類を得ることができる。
【００６０】
その他の実施形態
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【００６１】
たとえば、上記第１実施形態では、第１抽出蒸留塔４には、不純物濃度検出手段として、二つの不純物濃度センサ３２および３４を用いたが、本発明では、いずれか一つの不純物濃度センサ３２または３４とし、他の一つを省略しても良い。これらの濃度センサ３２および３４により検出されるシス−２−ブテンの濃度とトランス−２−ブテンの濃度とは、相関関係にあり、いずれか１の濃度のみを検出して濃度変動を抑制することで、他の１の濃度変動も抑制することができるからである。ただし、省略するのであれば、シス−２−ブテンの濃度を検出する不純物濃度センサ３２を省略することが好ましい。シス−２−ブテンの除去は、第１抽出蒸留塔４の後プロセスでも除去できるからである。なお、この点は、第２実施形態でも同様である。
【００６２】
また、上述した第１実施形態では、目的とするブタジエンの濃度を抽出蒸留塔４の塔頂にて検出したが、本発明では、塔頂に限らず、その他の位置であっても良い。ただし、塔頂にて検出することが最も好ましい。この点も、第２実施形態でも同様である。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明に係る装置および方法によれば、原料成分のばらつきによらず目的とする不飽和炭化水素を所定濃度で安定して取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は共役ジエン類の分離精製装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】 図２は図１に示す第１抽出蒸留塔の制御方法を示す概略図である。
【図３】 図３は図２に示す予測制御手段の制御方法を示すフローチャート図である。
【図４】 図４は測定データと制御操作対象との関係を示すグラフである。
【図５】 図５はブテン類の分離精製装置の全体構成を示す概略図である。
【符号の説明】
２… 蒸発塔
４… 第１抽出蒸留塔
６… 予備放散塔
８… 放散塔
１０… コンプレッサ
１２… 第２抽出蒸留塔
２０… 原料供給ライン
２２… 溶剤供給ライン
２３… 溶剤量制御弁（溶剤量制御手段）
２５… 目的物濃度センサ（目的物濃度検出手段）
２６… 還流ライン
２８… 還流量制御弁（還流量制御手段）
３０… 差圧センサ（差圧検出手段）
３２，３４… 不純物濃度センサ（不純物濃度検出手段）
３６… リボイラー（塔底温度制御手段）
４６… 戻りライン
４８… 制御弁（戻り量制御手段）
５０… 流量計（戻り量制御手段）
６０… 予測制御手段

Claims (2)

1. 不飽和炭化水素を含有する原料と溶剤とが供給され、当該原料を蒸留して目的とする不飽和炭化水素を分離精製する抽出蒸留塔と、
   前記抽出蒸留塔または抽出蒸留塔に接続されるその他の塔での目的とする不飽和炭化水素以外の特定不純物の濃度を検出する不純物濃度検出手段と、
   前記抽出蒸留塔または抽出蒸留塔に接続されるその他の塔における目的とする不飽和炭化水素の濃度を検出する目的物濃度検出手段と、
   前記抽出蒸留塔の塔底から取り出した目的とする不飽和炭化水素を含む流体の一部を流量制御して前記抽出蒸留塔へ戻す戻り量制御手段と、
   前記抽出蒸留塔へ供給される溶剤の量を制御する溶剤量制御手段と、
   前記抽出蒸留塔の塔頂から取り出した原料の残存成分の一部を流量制御して前記抽出蒸留塔へ還流させる還流量制御手段と、
   前記抽出蒸留塔の塔底の温度を制御する塔底温度制御手段と、
   前記不純物濃度検出手段および目的物濃度検出手段により検出した検出値に基づき、所定時間後の特定不純物の濃度、目的とする不飽和炭化水素の濃度の予測値を算出し、当該予測値に基づき、前記戻り量制御手段、溶剤量制御手段、還流量制御手段および塔底温度制御手段を制御する予測制御手段とを有する不飽和炭化水素の分離精製装置。
2. 目的とする不飽和炭化水素を含有する原料と溶剤とを抽出蒸留塔に供給する工程と、
   前記抽出蒸留塔または抽出蒸留塔に接続されるその他の塔での目的とする不飽和炭化水素以外の特定不純物の濃度を検出する工程と、
   前記抽出蒸留塔または抽出蒸留塔に接続されるその他の塔における目的とする不飽和炭化水素の濃度を検出する工程と、
   前記抽出蒸留塔の塔底から取り出した目的とする不飽和炭化水素を含む流体の一部を流量制御して前記抽出蒸留塔へ戻す工程と、
   前記抽出蒸留塔へ供給される溶剤の量を制御する溶剤量の制御工程と、
   前記抽出蒸留塔の塔頂から取り出した原料の残存成分の一部を流量制御して前記抽出蒸留塔へ還流させる還流量の制御工程と、
   前記抽出蒸留塔の塔底の温度を制御する塔底温度の制御工程と、
   前記不純物濃度検出工程および目的物濃度検出工程により検出した検出値に基づき、所定時間後の特定不純物の濃度、目的とする不飽和炭化水素の濃度の予測値を算出し、当該予測値に基づき、前記戻り量、溶剤量、還流量および塔底温度を制御する予測制御工程とを有する不飽和炭化水素の分離精製方法。

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