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成果報告書詳細
管理番号20190000000209
タイトル*平成30年度中間年報 戦略的省エネルギー技術革新プログラム/化学産業において近い将来実現が期待される省エネルギー技術等に関する調査
公開日2019/4/26
報告書年度2018 - 2018
委託先名東洋エンジニアリング株式会社
プロジェクト番号P12004
部署名省エネルギー部
和文要約化学産業において近い将来実現が期待される省エネルギー技術等に関する調査 
1.研究開発の内容及び成果等
(1)既設プラント実態調査(調査項目1)
(1)-(i) 文献調査
石油化学における基礎化学品からの一次誘導品製造工程と石油精製における芳香族コンプレックスを軸として、以下の5プロセスを候補として選定した。
 芳香族コンプレックス(可能であればリフォーマー由来とする)
 EDC/VCMプロセス
 キュメンプロセス
 スチームクラッカー下流C4系プロセス
 EO/EGプロセス、或いはイソプロパノールプロセス
(1)-(ii) ヒアリング調査
  現時点では少なくとも5社7事業所の協力を頂ける見込みである。このうち、既に3事業所についてはヒアリングを実施済みで、今後の検討において有用な情報を入手することが出来ている。
(2)有望省エネ技術抽出(調査項目2)
 プロセス系は、反応工程と分離工程に大別できるが、本調査検討では分離工程に焦点を絞るものとした。
(2)-(i) 文献調査
 蒸留技術のなかでも、ヒートポンプ系技術で内部熱交換型蒸留塔(Heat Integrated Distillation Column; HIDiC)の進化形で既に商業化に成功しているSUPERHIDICと、蒸留シーケンシング技術から派生し、BASF社(独)を中心に商業装置への適用に広がりを見せてきたDividing Wall Column、或いはその亜流技術で我が国でも適用例がある改良型ペトリューク塔をその候補とした。
 また、技術的にハードルが高いものの、中期的な見地から他の分離操作についても調査対象とすべきと考え、極一部であるが商業的にも適用されている膜分離技術や、蒸留と膜分離のハイブリッド分離についても調査を行う。このため、この分野、特に蒸留操作と膜操作のハイブリッド技術についての研究に従事されておられる、山形大学大学院松田圭悟准教授にこの領域の省エネ化検討を再委託する。
 省エネ化検討の方法論として、ヒューリスティック方式(経験的な方法)と数理最適化方式という2つのアプローチととるものとした。
(2)-(ii) ヒアリング調査
 SUPERHIDICについては(2)-(i)項に記載の通り、圧縮機メーカーへのヒアリングを実施している。これまでに、2社に対するヒアリングの実施を完了している。
 混合整数線形計画法については、外部アドバイザーとして京都大学長谷部伸治教授に、様々なモデル化についてアドバイスを求めながら、都度計画中のアイデアの妥当性を確認しつつ検討を進めている。

(3)省エネ技術導入効果検討(調査項目3)
 数理最適化アプローチによる検討について、検討用モデル構築を進めている。
 ニーズ側視点の文献調査で抽出された各プロセスについて、上述の混合整数線形計画問題として検討するため、プロセスフロー図を基に、最適化対象部分と対象外部分を分類する作業を実施中である。既に芳香族コンプレックス、EB/SMプロセス、C4系プロセス、EDC/VCMプロセスについては、この分類作業は完了した。
英文要約Title: Innovative Program for Strategic Energy-saving Technology Research and Examination for Promising Energy-saving Technology etc. on Chemical Process Industry
Heuristic approach and mathematical optimization approach for energy-saving on chemical process industry are being studied.
First, to identify the subject process of this study, literature documents in public domain accompanied by our own knowledge were reviewed.
As a result, the following process are shortlisted in consideration of Japanese market growth, an influence on amount of the expected energy-saving, a possibility to apply the promising energy-saving technology.
- Aromatics complex
- EDC/VCM process
- Cumene process
- C4 processes in naphtha cracker downstream
- EO/EG process or Iso-propanol process
As energy-saving technology which will be studied in both heuristic and numerical optimization approach, energy-saving with the following technologies are now being studied.
- SUPERHIDIC, an advanced version of HIDiC (Heat Integrated Distillation Column) technology
- Dividing Wall Column
- Modified Petlyuk Column
- Membrane separation (organic and/or inorganic)
- Hybrid separation with distillation and membrane
Here, separation processes are focused on while no detail study will be implemented on reaction processes since such approach will result in the development on catalyst.
In this research, the energy-saving resulting in the reduction of utility consumption such as steam, fuel gas/pol, electricity is explored. Thus, studies have to be implemented from both process and utility system.
Heuristic approach will be carried out with our know-how and knowledge.
As for mathematical optimization, much more systematic efforts are being given. Here, both process and utility systems are embedded in an optimization model, which provides the global optimum as entire system.
As the optimization approach, MILP (mixed integer liner programming) is adopted. The characteristics of each unit operation are defined by piece-wise linear function or discrete function. These functions are determined through rigorous process simulation, for the purpose of precise approximation.
Following literature reviews, the interview to end-users of the said processes are on-going. What got through it will be utilized to improve the models in mathematical optimization and to seek for energy saving in heuristic approach.
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