JPH0610679B2

JPH0610679B2 - 触媒活性試験装置

Info

Publication number: JPH0610679B2
Application number: JP59165427A
Authority: JP
Inventors: 良伸青木; 隆紀國廣
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1984-08-07
Filing date: 1984-08-07
Publication date: 1994-02-09
Anticipated expiration: 2009-02-09
Also published as: JPS6144357A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、触媒の反応評価を予め設定したスケジュール
に従って自動的に行う触媒活性試験装置に関する。

［背景技術とその問題点］触媒の開発研究では、反応評価工程は、必要不可欠なも
のである。反応評価装置は、触媒充填量で分類すると、
小型のものから順に大型になるに従い、マイクロリアク
ター、ベンチプラント、パイロットプラントと称する。
実験質規模で反応評価、いわゆる一次スクーリングを行
なうマイクロリアクターでは、多数の試作触媒を効率的
に評価しなければならない。

従来、このような小型装置の自動化は、温度のプログラ
ウ制御と自動ガスサンプリング程度にとどまっており、
操作条件の変更やデータ処理等、これ以外の操作は全て
手動で行われてきた。従って、触媒の開発研究にあたっ
ては、反応評価に最も多くの労力が費やされているのが
実情である。

［発明の目的］ここに、本発明の目的は、上述した点に鑑み、触媒の反
応評価において、触媒の充填、リークテスト、抜出しを
除く全ての操作、例えば前処理、ガス切換え、反応、分
析、計算、レポート作成等を自動化でき、触媒の反応評
価を能率的かつ高精度に行え、しかも、経済的な触媒活
性試験装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段および作用］そのため、本発明では、複数の反応系を有する複数の反
応装置と、この各反応装置に対応して設けられそれぞれ
対応する反応装置によって生成された反応生成物を分析
する複数の分析装置と、これらの対応する反応装置と分
析装置との間にそれぞれ設けられ反応装置のいずれかの
反応系からの反応生成物を分析装置へ選択的に切り換え
注入させる切換手段と、前記各反応装置に対応して設け
られそれぞれ対応する反応装置を予め設定されたタイム
スケジュールに従って運転させると同時に、サンプリン
グ時の反応装置の運転状態データをファイルする一方、
その運転状態データと反応装置に対応する分析装置から
転送されてくる分析結果とを送信する複数台の子機と、
この各子機へ動作指令を与える一方、子機から送信され
た運転状態データおよび分析結果を受信し、それらと予
め入力されたデータとから物質収支の計算を行う親機
と、からなり、前記各反応系は、内部に試験触媒を充填
した反応器、この反応器内に供給される原料を複数種の
原料の中から選択する原料選択バルブ、この原料選択バ
ルブによって選択された原料の圧力、流量をそれぞれ調
整する調整バルブおよび前記反応器の温度を変化させる
加熱器を備え、前記各分析装置は、対応する反応装置に
近接して設置された恒温槽と、この恒温槽内に設けられ
前記切換手段によって選択されたいずれか一方の反応系
からの反応生成物を分析器へ自動注入させるサンプリン
グ装置とを含む、ことを特徴としている。

［実施例］第１図は本実施例の触媒活性試験装置を示している。同
システムは、コンピュータからなる１台の親機１と、こ
の親機１にそれぞれ通信線１０を介して互いに情報交換
可能に接続されたマイクロコンピュータ等からなる６台
の子機１１〜１６と、この各子機１１〜１６によってそ
れぞれ運転が制御される反応装置２１〜２６と、この各
反応装置２１〜２６で生成された反応生成物を分析しそ
の分析結果を前記子機１１〜１６へ転送する分析装置３
１〜３６とから構成されている。

前記親機１は、触媒活性試験を行うために予め作成した
タイムスケジュール（反応装置２１〜２６において使用
する原料の選択、選択された原料の流量、圧力および温
度等の設定値の変更時間、サンプリング時間等が設定さ
れている。）を例えばアドレス番号によって指定するい
ずれかの子機１１〜１６へ転送し、かつその実験の開始
や停止の指令を送る機能を備えている。また、いずれか
の子機１１〜１６から転送されてきた分析結果および運
転条件と予め入力されたデータ、例えば触媒重量、体積
および原料組成等から物質収支の計算を行い、これらの
結果をフロッピーディスク２へファイリングする。同時
に、実験中の運転状態を一定時間間隔でフロッピーディ
スク２へファイリングする。フロッピーディスク２にフ
ァイリングされた運転状態は、任意時にグリーンモニタ
３に表示でき、かつプリンタ６でプリントアウトさせる
ことができる。更に、運転状態の経時データは、カラー
モニタ４にグラフ表示させることができ、かつ任意の縮
尺でＸＹプロッタ５に作図できるようになっている。

前記各子機１１〜１６は、前記親機１から送信されてき
たタイムスケジュールを受信した後、親機１からの実験
開始コマンドを受信した際、対応する反応装置２１〜２
６をタイムスケジュールに従って運転させる。一方、タ
イムスケジュールに基づくサンプリング時の運転状態、
例えば反応装置２１〜２６における温度、圧力、流量を
ファイルしておき、前記分析装置３１〜３６から分析結
果が転送されてきた際、その分析結果と運転状態とを一
緒にして前記親機１へ送信するようになっている。

前記各反応装置２１〜２６は、例えば第２図（同図では
反応装置２１のみを示しているが、他の反応装置２２〜
２６についても同様である。）に示す如く、前記子機１
１〜１６からの切換え信号により切換えられる切換手段
を構成する切換コック４０を介して前記分析装置３１〜
３６へ選択的に接続される２つの反応系Ａ，Ｂを備えて
いる。各反応系Ａ，Ｂには、内部に試験触媒を充填させ
た反応器４１がそれぞれ設けられている。反応器４１に
は、その外周に反応器４１内の温度Ｔに基づき前記子機
１１からの信号により加熱される加熱器としての電気ヒ
ータ４２が設けられているとともに、その入口側に原料
供給ライン４３を介してそれぞれ異なる種類の原料ガス
を導入する４本の原料導入ライン４４_１〜４４_４が、出
口側に一端が前記切換コック４０に連結された生成物抜
出ライン４５の他端がそれぞれ連結されている。前記各
原料導入ライン４４_１〜４４_４には、前記子機１１から
の選択信号により選択的に開閉される原料選択バルブと
しての電磁バルブ４６_１〜４６_４がそれぞれ設けられて
いる。また、原料供給ライン４３の途中には、圧力セン
サ４７を有する調圧バルブ４８と、流量計４９を有する
流量調節バルブ５０とがそれぞれ挿入されている。ここ
で、圧力センサ４７によって検出された圧力データＰ_１
および流量計４９によって検出された流量データＦが前
記子機１１へフィードバックされると、子機１１は、フ
ィードバックされた圧力データＰ_１および流量データＦ
が予め設定された圧力および流量と等しいか否かを判断
し、その差に対応した信号を前記調圧バルブ４８および
流量調節バルブ５０へ与え、それらを制御するようにな
っている。また、前記生成物抜出ライン４５の途中に
は、前記流量調節バルブ５０と反応器４１の入口側との
間に圧力センサ５１を有する背圧バルブ５２が挿入され
ている。圧力センサ５１で検出された圧力データＰ_２が
子機１１〜１６へ入力されると、前記圧力センサ４７で
検出された圧力Ｐ_１と圧力センサ５１で検出された圧力
Ｐ_２との差圧Ｐ_１−Ｐ_２が予め設定された圧力になるよ
うに、調圧バルブ４８および背圧バルブ５２が制御され
るようになっている。

前記各分析装置３１〜３６は、分析器としての２つのガ
スクロマトグラフ６２_１，６２_２と、前記子機１１から
の切換え信号により作動され前記切換コック４０を通っ
て取出されたいずれか一方の反応器４１からの反応生成
物を前記ガスクロマトグラフ６２_１，６２_２へ自動注入
する２つのサンプリングコックからなるサンプリング装
置６１と、前記ガスクロマトグラフ６２_１，６２_２の分
析結果を処理するインテグレータ６３とから構成されて
いる。サンプリング装置６１は、各反応装置２１〜２６
に近接して設置された恒温槽（図示省略）内に設けられ
ている。インデクレータ６３は、前記ガスクロマトグラ
フ６２_１，６２_２の波形データを処理する波形処理装置
６４と、この波形処理装置６４で処理された結果をマル
チ計算して反応生成物の組成を求めそれを記憶する波形
記憶装置６５とから構成されている。波形記憶装置６５
に記憶された分析結果は、分析終了後、信号線６６を通
じて前記子機１１へ転送されるようになっている。

次に、本実施例の作用を説明する。まず、親機１におい
て、触媒活性試験を自動で行うためのタイムスケジュー
ルを各反応装置２１〜２６について作成する。タイムス
ケジュールの作成にあたっては、例えば第３図に示す如
く、各反応装置２１〜２６の温度Ｔ、流量Ｆ、圧力Ｐ、
使用する原料ガスに対応した電磁バルブ４６_１〜４６_４
のオン、オフ、切換コック４０のオン、オフ、サンプリ
ング装置６１のオン、オフおよび切換コック４０の切換
え等をそれぞれ経過時間に対応して設定する。このよう
にして設定されたタイムスケジュールは、通信線１０を
通じて各子機１１〜１６へそれぞれ転送される。

各子機１１〜１６においては、第４図のフローチャート
に示す如く、前記親機１から送信されたタイムスケジュ
ールを受信し、それを予め設定されたファイリングエリ
アへ格納した後、親機１から実験開始コマンドが送信さ
れたか否かを監視する。ここで、親機１からの実験開始
コマンドを受信すると、続いて実験終了時刻に達したか
否かを判断し、実験終了時刻に達していないことを条件
として次のステップへ進み、ファイリングエリアへ記憶
されたタイムスケジュールに従って反応装置２１〜２６
の温度Ｔ、圧力Ｐ、流量Ｆを制御する。つまり、反応器
４１の温度がタイムスケジュールの温度データＴに一致
するように電気ヒータ４２を、圧力センサ５１の圧力Ｐ
_２がタイムスケジュールの圧力データＰに一致するよう
に背圧バルブ５２を、流量計４９の値がタイムスケジュ
ールの流量データＦと一致するように流量調整バルブ５
０を、それぞれ制御する。同時に、経過時間をカウント
する。

この後、最適制御モードでないことを条件として、つま
りタイムスケジュールモードであることを条件として次
のステップへ進み、反応装置２１〜２６の温度Ｔ、圧力
Ｐ、流量Ｆが経過時間に対応する値になっていか否かを
判断する。ここで、温度Ｔ、圧力Ｐ、流量Ｆが経過時間
に対応する値になっていない場合には、経過時間に対応
する温度Ｔ、圧力Ｐ、流量Ｆになる制御信号を電気ヒー
タ４２、背圧バルブ５２、流量調節バルブ５０へ与え、
前記実験終了時刻の判断へ戻る。一方、温度Ｔ、圧力
Ｐ、流量Ｆが経過時間に対応する値になっている場合に
は、続いてサンプリング時刻に達したか否かを判断す
る。サンプリング時刻に達していない場合には、実験終
了時刻の判断へ戻るが、サンプリング時刻に達している
場合には、サンプリング装置６１を切換えサンプリング
を行う。すると、切換コック４０を通じていずれか一方
の反応器４１からの反応生成物がガスクロマトグラフ６
２_１，６２_２へ自動注入され、このガスクロマトグラフ
６２_１，６２_２において反応生成物の分析が行われる。
ガスクロマトグラフ６２_１，６２_２で分析された波形デ
ータはインテグレータ６３で処理された後記憶される。

このようにして実験終了時刻に達するまでタイムスケジ
ュールに従って温度Ｔ、流量Ｆ、圧力Ｐが順次変更され
るとともに、所定時間間隔毎にサンプリングされ、その
サンプリング時の運転状態データと反応生成物の分析結
果とが親機１へ送信される。

すると、親機１では、子機１１〜１６から転送されてき
た分析結果および運転条件と予め入力されたデータ、例
えば触媒重量、体積および原料組成等から物質収支の計
算を行い、これらの結果をフロッピーディスク２へファ
イリングする。フロッピーディスク２にファイリングさ
れた運転状態は、任意時にグリーンモニタ３に表示で
き、かつプリンタ６でプリントアウトさせることができ
る。また、カラーモニタ４にグラフ表示させることがで
き、かつ任意の縮尺でＸＹプロッタ５に作図させること
ができる。

一方、最適制御モードの場合には、第５図のフローチャ
ートに従って行なわれる。まず、初期値をタイムスケジ
ュール中で読込んだ後、設定値変更後１時間経過したこ
とを条件としてサンプリングを行う。サンプリング操作
は前述の操作と同様にサンプリング装置６１を所定時間
開放し、いずれか一方の反応器４１で生成された反応生
成物をガスクロマトグラフ６２_１，６２_２へ自動注入
し、このガスクロマトグラフ６２_１，６２_２において反
応生成物の分析を行う。続いて、この分析結果から特定
ピークの濃度検出を行う。濃度は、ピーク面積とファク
タとの積で表すことができる。なお、ファクタは予め実
験開始前に標準ガスにより検量した値を用いる。なお、
生成ガスの分析に複数種のガスクロマトグラフを用いる
場合には、それぞれの分析結果を親機１へ送信し、それ
らの分析結果から生成ガス組成を求めるはしわたし計算
を行なうことができる。

次に、原料ガスおよび生成物モル数から選択率を算出
し、その結果をファイリングした後、実験が終了か否か
を判断する。この終了の判定条件としては、選択率がＭ
ａｘに達したこと、温度Ｔが設定範囲を越えたこと、ま
たは転化率が設定範囲を越えたことを条件として終了と
みなし、第６図のフローチャートに示す処理へ移行す
る。一方、この終了条件に達しない前の状態では、前の
データが１つ以下のとき温度Ｔをプラス５℃、前のデー
タが２つ以上でかつ低下傾向なら温度Ｔをマイナス５
℃、前のデータが２つ以上でかつ増加傾向なら温度Ｔを
プラス５℃、それぞれ変化させた後、設定値変更後１時
間経過したか否かの判断へ戻る。このようにして、収集
したデータの数およびデータの変化方向に応じて温度Ｔ
をそれぞれ所定温度幅変化させ、その変更後１時間経過
したことを条件としてサンプリングを行い、これを終了
条件に達するまで行うことにより、触媒の反応評価試験
を行うことができる。

一方、第６図のフローチャートでは、まず温度Ｔを１０
℃／minで降温させ、かつ圧力Ｐを１０kg／cm²／minで
降圧させた後、温度Ｔが１００℃以下でかつ圧力Ｐが１
０kg／cm²Ｇ以下であるか否かを判断する。温度Ｔが１
００℃以下でなく、かつ圧力Ｐが１０kg／cm²Ｇ以下で
ない場合には、前述の処理を繰返えすが、温度Ｔが１０
０℃以下でかつ圧力Ｐが１０kg／cm²Ｇ以下の場合に
は、流量Ｆを０／ｈｒとする。つまり、電磁バルブ４
６_１〜４６_４を閉とする。最後に、プリンタ６よりエン
ドメッセージをプリントアウトした後、終了とする。

なお、本装置では、上記第４図から第６図に示す処理の
ほか、第７図に示す警報処理が行われるようになってい
る。この警報処理は、温度Ｔ、圧力Ｐ、流量Ｆを常時監
視し、これらの値が予め設定された値を越えたとき、そ
れらの値に応じて所定の警報処理が行われるようになっ
ている。具体的には、温度Ｔ、圧力Ｐ、流量Ｆが予め設
定された上限値を越えたとき、アラームを出力し、これ
らの値が上限値を越えたことを警報するようになってい
る。また、温度Ｔ、圧力Ｐ、流量Ｆが予め設定された下
限値を越えたとき、アラームを出力し、これらの値が下
限値を越えたことを警報するようになっている。更に、
温度Ｔ、圧力Ｐ、流量Ｆが前記上限値よりも高い最上限
値を越えたとき、アラームを出力した後、温度Ｔ、圧力
Ｐ、流量Ｆの制御出力を５分間で０にするように制御す
るようになっている。これにより、装置全体の安全が図
られている。

従って、本実施例によれば、予め作成したタイムスケジ
ュールに従って触媒の活性試験を自動的に行うようにし
たので、予めタイムスケジュールを作成しておけば、タ
イムスケジュールに従って触媒の活性試験が忠実に実行
されるため、反応評価試験を効率的に処理でき、その結
果著しい省力化を達成することができる。

また、タイムスケジュールを作成しない場合でも、自動
モードに切換えれば、収集したデータの数およびデータ
の変化傾向に応じて条件を順次変更し、この各変化後に
おけるサンプリングを行うようにしたので、予めタイム
スケジュールを作成しなくても触媒の活性試験を自動的
に行うことができ、その結果著しい省力化を達成するこ
とができる。

また、このシステムでは、触媒の充填、リークテスト、
抜出しを除く全ての操作、つまり前処理、ガス切換え、
反応、分析、計算、レポート作成等が全て自動化できる
ので、省力化に大きな効果を上げることができる。

また、温度Ｔ、圧力Ｐ、流量Ｆの値を常時監視し、その
温度Ｔ、圧力Ｐ、流量Ｆが予め設定された値を越えたと
き、アラーム出力を出し、その旨を警報するとともに、
最上限値を越えたとき、装置の運転を停止させるように
しので、安全を図ることができる。

また、２つの反応系Ａ，Ｂを有する各反応装置２１〜２
６に対して、子機１１〜１６、生成ガスのサンプリング
装置６１および分析装置３１〜３６が共有であるため、
設備投資が少なくなるだけでなく、複数の触媒活性を比
較する際の実験精度を向上させることができる。

また、上記実施例において、各反応装置２１〜２６に近
接して恒温槽を設置し、この恒温槽内にサンプリングコ
ック等のサンプリング装置６１を設け、このサンプリン
グ装置６１により生成ガスのサンプリングを行なうよう
にしたので、反応装置と恒温槽とが近接するので、サン
プリング装置６１を反応装置２１〜２６へ接近させるこ
とができ、その結果分析装置３１〜３６までの生成ガス
ラインの低圧部の割合いが多くなり、分析装置３１〜３
６へのレスポンスを向上させることができる。このこと
は、反応装置２１〜２６の触媒充填量が少量（例えば１
〜１０ml）で活性評価を可能ならしめる。しかも、複数
の反応装置２１〜２６に対してサンプリング装置６１を
共用させることでサンプリング条件を合せることが可能
となり、各反応装置２１〜２６に充填された触媒の活性
がより厳密に比較できる利点がある。

なお、上記実施例では、第５図に示す最適制御の処理に
おいて、終了条件になったとき、つまり選択率がＭａｘ
に達したとき、或いは温度Ｔまたは転化率が設定範囲を
越えたとき、第６図に示すシャットダウンの処理へ移行
するようにしたが、これらのうちのいずれかの要素が終
了条件になったとき、例えば選択率がＭａｘに達したと
き第４図に示すメインルーチンへ戻るようにしてもよ
い。

また、ガス流量と制御をサーマルフローメータを用いて
行ない、かつ子機１１〜１６において、予めガスの種類
に応じて設定された流量ファクタを基に真のガス流量を
計算するようにすれば、実験中にガスの種類を切替えて
も１台のガス流量計で連続的に真のガス流量を求めるこ
とができる。

また、上記実施例では、原料としてガスを対象とした
が、液体原料を用いる化学反応にも適用することが可能
である。

また、親機１と子機１１〜１６とのデータ通信には、光
モデムおよび光ファイバーを用いてもよい。

［発明の効果］以上の通り、本発明によれば、触媒の充填、リークテス
ト、抜出しを除く全ての操作、つまり前処理、ガス切換
え、反応、分析計算、レポート作成等の処理を全て自動
化でき、触媒の反応評価を能率的かつ高精度に行え、し
かも、経済的な触媒活性試験装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は本装置の
全体を示すブロック図、第２図は反応装置と分析装置と
子機との関係を示すブロック図、第３図はタイムスケジ
ュールの一例を示す図、第４図〜第７図はフローチャー
トである。１……親機、１１，１２，１３，１４，１５，１６……
子機、２１，２２，２３，２４，２５，２６……反応装
置、３１，３２，３３，３４，３５，３６……分析装
置、４０……切換コック（切換手段）、４６_１〜４６_４
……電磁バルブ、４８……調圧バルブ、５０……流量調
節バルブ、５２……背圧バルブ、Ａ，Ｂ……反応系。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の反応系を有する複数の反応装置と、
この各反応装置に対応して設けられそれぞれ対応する反
応装置によって生成された反応生成物を分析する複数の
分析装置と、これらの対応する反応装置と分析装置との間にそれぞれ
設けられ反応装置のいずれかの反応系からの反応生成物
を分析装置へ選択的に切り換え注入させる切換手段と、前記各反応装置に対応して設けられそれぞれ対応する反
応装置を予め設定されたタイムスケジュールに従って運
転させると同時に、サンプリング時の反応装置の運転状
態データをファイルする一方、その運転状態データと反
応装置に対応する分析装置から転送されてくる分析結果
とを送信する複数台の子機と、この各子機へ動作指令を与える一方、子機から送信され
た運転状態データおよび分析結果を受信し、それらと予
め入力されたデータとから物質収支の計算を行う親機
と、からなり、前記各反応系は、内部に試験触媒を充填した反応器、こ
の反応器内に供給される原料を複数種の原料の中から選
択する原料選択バルブ、この原料選択バルブによって選
択された原料の圧力、流量をそれぞれ調整する調整バル
ブおよび前記反応器の温度を変化させる加熱器を備え、前記各分析装置は、対応する反応装置に近接して設置さ
れた恒温槽と、この恒温槽内に設けられ前記切換手段に
よって選択されたいずれか一方の反応系からの反応生成
物を分析器へ自動注入させるサンプリング装置とを含
む、ことを特徴とする触媒活性試験装置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の触媒活性試験
装置において、前記子機は、前記反応装置における圧
力、流量および温度を監視し、これらの圧力、流量およ
び温度の少なくとも１つが予め設定された上限値または
下限値を越えたとき、アラームを出力する機能を備えて
いることを特徴とする触媒活性試験装置。
【請求項３】特許請求の範囲第２項記載の触媒活性試験
装置において、前記子機は、前記反応装置における圧
力、流量および温度を監視し、これらの圧力、流量およ
び温度の少なくとも１つが予め設定され前記上限値より
高い最上限値を越えたとき、アラームを出力するととも
に、反応装置の運転を停止させる機能を備えていること
を特徴とする触媒活性試験装置。
【請求項４】特許請求の範囲第１項記載の触媒活性試験
装置において、前記原料としてガスを用いる場合、その
ガス流量の測定と制御をサーマルフローメータで行う
際、前記子機は、予め、ガスの種類に応じて設定された
流量ファクタを基に真のガス流量を計算するように構成
されていることを特徴とする触媒活性試験装置。