JP3027368B1 - 空気液化分離装置およびその制御方法 - Google Patents
空気液化分離装置およびその制御方法Info
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Abstract
時間で増減させることができる空気液化分離装置および
その制御方法を提供する。 【解決手段】 原料空気101の流量の変動に対応して、 (1)下部塔4底部より導出され上部塔9に導入される
液体空気111の流量変化に位相進みの動的補償を行う液
体空気フィードフォワード制御器61 (2)製品酸素ガス103の流量変化に位相進みの動的補
償を行う製品酸素ガスフィードフォワード制御器62 (3)上部塔9還流液用液体窒素112の流量変化に位相
遅れの動的補償を行う液体窒素フィードフォワード制御
器63 のうち少なくとも1つを備えた。
Description
酸素、窒素、アルゴン等を採取する空気液化分離装置お
よびその制御方法に関する。
気を原料として、蒸留塔を備えた空気液化分離装置を用
いて製造されている。これら酸素、窒素、アルゴンなど
の製品の多消費ユーザである製鉄所、化学工場などにお
いては、製品需要量の大幅な変動が繰り返されることが
多く、この需要量の変動に対応するため、上記製品の製
造設備である空気液化分離装置には、生産量の大幅な増
減に迅速に対応する機能が求められている。しかしなが
ら、従来の空気液化分離装置では、生産量を需要に応じ
て急激に増減させると、製品の品質が低下しやすい問題
があった。すなわち、製品の生産量を急激に増減させる
ために、原料空気の供給量を短時間のうちに大幅に増減
させた場合には、蒸留塔内で一時的に下降液量と上昇ガ
ス量のバランスが崩れ、このため、塔内において気液間
の物質移動のバランスが変動し、その結果、製品の純度
が低下する問題が生じていた。
ルダや液化ガス貯槽等のバックアップ設備を空気液化分
離装置に付設し、需要量が低いときに製品をバックアッ
プ設備に一時貯留し、需要量増加時にこのバックアップ
設備から製品を取り出して使用することによって製品の
供給量調節を行うことが検討されている。しかしなが
ら、バックアップ設備の設置には多大なコストが必要と
なる問題があった。特にガスホルダ方式の設備を設ける
場合には、製品ガスの供給圧力を確保するため、貯留製
品ガスの吐出圧力を製品ガス送出に必要な圧力よりも遥
かに高く設定する必要があり運転コストが嵩んでいた。
また液化製品ガス貯槽を設ける場合にも、製品ガスを液
化する際に多大な動力を要する問題があった。
ず、生産量を増減させる際には蒸留塔内に供給する下降
液量、上昇ガス量の増減のタイミングを調節することに
より塔内の下降液量と上昇ガス量のバランスを保ち、こ
れによって製品純度の維持を図ることが検討されてい
る。
気液化分離装置では、塔内の下降液量と上昇ガス量のバ
ランスを一定に維持するのが難しく、特に生産量の増減
速度や増減幅を大きくする場合において、製品純度を十
分維持しつつ需要変動対応運転を行うことは困難であっ
た。本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、製品
の品質を低下させることなく生産量を短時間で増減させ
ることができる空気液化分離装置およびその制御方法を
提供することを目的とする。
置は、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機、原料空気中
の含有不純物を精製する前処理装置、精製圧縮原料空気
を冷却する主熱交換器、精製原料空気を精留分離する上
部塔および下部塔等よりなり、酸素、窒素等を製品とし
て採取するとともに需要変動に対応する空気液化分離装
置において、製品ガスの純度の変動を抑える為に、原料
空気流量の変化速度に対して、 (1)下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化速度をより速くするようにした位相進み
の前置動的補償を行う液体空気フィードフォワード制御
器 (2)製品酸素ガス流量の変化速度をより速くするよう
にした位相進みの前置動的補償を行う製品酸素ガスフィ
ードフォワード制御器 (3)上部塔還流液用液体窒素流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの前置動的補償を行う液体窒
素フィードフォワード制御器のうち少なくともいずれか
1つのフィードフォワード制御器により制御を行う制御
系を備えたことを特徴とする。 また本発明の空気液化分離装置は、原料空気を圧縮する
原料空気圧縮機、原料空気中の含有不純物を精製する前
処理装置、精製圧縮原料空気を冷却する主熱交換器、精
製原料空気を精留分離する上部塔、下部塔、アルゴン塔
等よりなり、酸素、窒素、アルゴン等を製品として採取
するとともに需要変動に対応する空気液化分離装置にお
いて、製品ガスの純度の変動を抑える為に、原料空気流
量の変化速度に対して、 (1)下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化速度をより速くするようにした位相進み
の前置動的補償を行う液体空気フィードフォワード制御
器 (2)製品酸素流量の変化速度をより速くするようにし
た位相進みの前置動的補償を行う製品酸素ガスフィード
フォワード制御器 (3)アルゴン塔の凝縮器用液体空気流量の変化速度を
より遅くするようにした位相遅れの前置動的補償を行う
アルゴン凝縮器用液体空気フィードフォワード制御器 (4)上部塔還流液用液体窒素流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの前置動的補償を行う液体窒
素フィードフォワード制御器のうち少なくともいずれか
1つのフィードフォワード制御器により制御を行う制御
系を備えたことを特徴とする。 また本発明の空気液化分離装置は、原料空気を圧縮する
原料空気圧縮機、原料空気中の含有不純物を精製する前
処理装置、精製圧縮原料空気を冷却する主熱交換器、精
製原料空気を精留分離する上部塔、下部塔、粗アルゴン
塔、脱酸塔等よりなり、酸素、窒素、アルゴン等を製品
として採取するとともに需要変動に対応する空気液化分
離装置において、製品ガスの純度の変動を抑える為に、
原料空気流量の変化速度に対して、 (1)下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化速度をより速くするようにした位相進み
の前置動的補償を行う液体空気フィードフォワード制御
器 (2)製品酸素流量の変化速度をより速くするようにし
た位相進みの前置動的補償を行う製品酸素ガスフィード
フォワード制御器 (3)脱酸塔の凝縮器用液体空気流量の変化速度をより
遅くするようにした位相遅れの前置動的補償を行う脱酸
塔凝縮器用液体空気フィードフォワード制御器 (4)上部塔還流液用液体窒素流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの前置動的補償を行う液体窒
素フィードフォワード制御器のうち少なくともいずれか
1つのフィードフォワード制御器により制御を行う制御
系を備えたことを特徴とする。 また本発明装置は、前記アルゴン塔に、該アルゴン塔へ
の還流液を貯留する液溜が設けられ、該液溜に、該アル
ゴン塔の還流液を液溜に導く還流液導入管路と、該液溜
に貯留された還流液をアルゴン塔に供給する還流液供給
管路が接続され、原料空気流量の変化速度に対して該管
路を流れる還流液の流量の変化速度をより速くするよう
にした位相進みの前置動的補償を行う液体粗アルゴンフ
ィードフォワード制御器が設けられている。また前記脱
酸塔に、該脱酸塔への還流液を貯留する液溜が設けら
れ、該液溜に、該脱酸塔の還流液を液溜に導く還流液導
入管路と、該液溜に貯留された還流液を脱酸塔に供給す
る還流液供給管路が接続され、原料空気流量の変化速度
に対して該管路を流れる還流液の流量の変化速度をより
速くするようにした位相進みの前置動的補償を行う脱酸
液体アルゴンフィードフォワード制御器が設けられてい
る構成とすることもできる。また本発明の空気液化分離
装置の制御方法は、上部塔および下部塔を備えた空気液
化分離装置を用いて原料空気を圧縮し、原料空気中含有
不純物を精製し、冷却し、精留分離して、酸素、窒素等
を製品として採取するとともに需要変動に対応するに際
し、製品ガスの純度の変動を抑える為に、原料空気流量
の変化速度に対して、 (1)下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化速度をより速くするようにした位相進み
の特性を付与する動的な前置補償制御 (2)製品酸素ガス流量の変化速度をより速くするよう
にした位相進みの特性を付与する動的な前置補償制御 (3)上部塔還流液用液体窒素流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの特性を付与する動的な前置
補償制御の少なくともいずれか一つを行う動的補償制御
系により制御を行うことを特徴とする。 また本発明の空気液化分離装置の制御方法は、上部およ
び下部塔を有する複精留塔と凝縮器を有するアルゴン塔
とを備えた空気液化分離装置を用いて原料空気を圧縮
し、原料空気中含有不純物を精製し、冷却し、精留分離
して、酸素、窒素、アルゴン等を製品として採取すると
ともに需要変動に対応するに際し、製品ガスの純度の変
動を抑える為に、原料空気流量の変化速度に対して、 (1)下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化速度をより速くするようにした位相進み
の特性を付与する動的な前置補償制御、 (2)製品酸素ガス流量の変化速度をより速くするよう
にした位相進みの特性を付与する動的な前置補償制御 (3)アルゴン凝縮器用液体空気流量の変化速度をより
遅くするようにした位相遅れの特性を付与する動的な前
置補償制御(4)上部塔還流液用液体窒素流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの特性を付与する動的な前置
補償制御 の少なくともいずれか一つを行う動的補償制御
系により制御を行うことを特徴とする。また本発明の空
気液化分離装置の制御方法は、上部および下部塔を有す
る複精留塔と、粗アルゴン塔と、凝縮器を有する脱酸塔
とを備えた空気液化分離装置を用いて原料空気を圧縮
し、原料空気中含有不純物を精製し、冷却し、精留分離
して、酸素、窒素、アルゴン等を製品として採取すると
ともに需要変動に対応するに際し、製品ガスの純度の変
動を抑える為に、原料空気流量の変化速度に対して、 (1)下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化速度をより速くするようにした位相進み
の特性を付与する動的な前置補償制御、 (2)製品酸素ガス流量の変化速度をより速くするよう
にした位相進みの特性を付与する動的な前置補償制御 (3)脱酸塔凝縮器用液体空気流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの特性を付与する動的な前置
補償制御 (4)上部塔還流液用液体窒素流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの特性を付与する動的な前置
補償制御の少なくともいずれか一つを行う動的補償制御
系により制御を行うことを特徴とする。また本発明の空気液化分離装置の制御方法は、空気液化
分離装置の操業変更に対して製品の純度変動を抑えるよ
うにする空気液化分離装置の制御方法において、原料空
気流量の変化速度に対応して、制御対象流体の流量目標
値Δrを演算し、設定し、原料空気流量の変化速度より
制御対象流体流量の目標値の変化速度(位相の変化)を
速くするかまたは遅くする制御をさせるように流量調節
器への設定値ΔSPを決定し、該ΔSPと制御対象流体
の現状の流量との差eに応じて出力信号MVを出力し、
該出力信号MVに応じて調節弁を調節するように組合せ
た フィードフォワード制御を制御対象流体の少なくとも
一つで行うことも可能である。
置の第1の実施形態を示すもので、ここに示す空気液化
分離装置は、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機57
と、原料空気中の水、二酸化炭素などの不純物を除去す
る前処理装置58と、原料空気を冷却する主熱交換器3
と、冷却した原料空気を精留分離する複精留塔41と、
アルゴン塔36と、次に示す4つの制御器からなる制御
系とを備えて構成されている。(1)原料空気101の流
量の変化速度に対して、下部塔4から管路42、15を 通して上部塔9に導入される液体空気111の流量変化に
位相進みの前置動的補償を行う液体空気フィードフォワ
ード制御器61 (2)原料空気101の流量の変化速度に対して、上部塔
9の下部から管路31を通して導出される製品酸素ガス
103の流量変化に位相進みの前置動的補償を行う製品酸
素ガスフィードフォワード制御器62 (3)原料空気101の流量の変化速度に対して、主凝縮
器7から管路8、12を通して導出され、上部塔9に導
入される還流液体窒素112の流量変化に位相遅れの前置
動的補償を行う液体窒素フィードフォワード制御器63 (4)原料空気101の流量の変化速度に対して、下部塔
4から管路42、17を通してアルゴン凝縮器19に導
入されるアルゴン凝縮器用液体空気113の流量変化に位
相遅れの前置動的補償を行うアルゴン凝縮器液体空気フ
ィードフォワード制御器64
導出されたガスを液化するアルゴン凝縮器、符号21は
タービン熱交換器、符号22はタービンブロア、符号2
3は冷却器、符号24は膨張タービン、符号13は過冷
器を示す。また、符号2、11、14、16、18、2
7、30、32、34、43は上記各機器に接続された
管路に設けられたバルブを示す。
は、これらバルブを調節し管路内を流れる液またはガス
の流量を調節する調節器(FC)を示すものである。こ
れら調節器45〜51、53、55、56は、それぞれ
原料空気流量調節器(45)、粗アルゴンガス流量調節
器(46)、製品酸素ガス流量調節器(47)、製品窒
素ガス流量調節器(48)、中圧製品窒素ガス流量調節
器(49)、上部塔圧力調節器(50)、還流液体窒素
流量調節器(51)、液体空気流量調節器(53)、ア
ルゴン凝縮器用液体空気流量調節器(55)、液体酸素
流量調節器(56)である。
(MV)を出力することによってこれらバルブの開口度
を調節し、これらが設けられた管路内を流れる液または
ガスの流量を調節することができるようになっている。
また、符号52、54はそれぞれ下部塔4、上部塔9の
塔底部に集められた液の液面調節器(LC)を示す。
下部塔4と、低圧で運転される上部塔9と、上部塔9内
の底部付近に設けられた主凝縮器7を有するものとされ
ている。
ワード制御器61(図中には単に制御器と記載)は、原
料空気101の流量変動値に基づいて液体空気の流量目標
値r(rLAIR)を入力すると、下記の式(I)を満たす
流量調節器の設定値SP(SPLAIR)が液体空気流量調
節器53(図中には単に流量調節器と記載)に出力され
るようになっている。調節器53は、このSPと、図示
せぬセンサを用いて測定された管路15内の液体空気11
1の流量との差e(eLAIR)に応じた出力信号MV(M
VLAIR)をバルブ16に出力してバルブ16を調節し、
管路15を通して上部塔9内に導入される液体空気111
の流量を設定することができるようになっている。
液化分離操作のシミュレーションを行い、これに基づい
て、原料空気101の流量変更操作の過程または操作後に
おいて、製品の純度変動を可能な限り小さく抑えること
ができるように設定される。
の方法を示す流れ図である。以下、上記空気液化分離操
作のシミュレーションについて、制御量をアルゴン塔3
6の塔頂部から導出される粗アルゴンガス中の窒素濃
度、操作量を液体空気111の流量の設定値、外乱を原料
空気101の流量の設定値とした場合を例として詳しく説
明する。図3中各記号の意味は次の通りである。 Gp(s):制御対象(液体空気111の流量設定値から粗
アルゴンガス中の窒素濃度への伝達関数) Gd(s):外乱対象(原料空気101の流量設定値から粗
アルゴンガス中の窒素濃度への伝達関数) Gf(s):外乱抑制制御器61の伝達関数 Gst(s):設定値トラッキング制御器、ただしGst
(s)=1とする。 y:制御量(粗アルゴンガス中の窒素濃度) yd:設定値(粗アルゴンガス中の窒素濃度の設定値) u:操作量(液体空気111の流量設定値) d:外乱(原料空気101の流量設定値)
は、出力y(s)は下記(i)式で表される。すなわち、
粗アルゴンガス中の窒素濃度yは液体空気111の流量u
だけでなく、原料空気101の流量dの影響を受ける。
した濃度であること、すなわちy(s)=yd(s)である
ことが望ましい。粗アルゴンガス中の窒素濃度の設定値
を時間によらず一定とした場合、操作量uは外乱dの影
響を打ち消すように変化させればよく、次に示す(ii)
式と(iii)式が成立すればよいことになる。
および外乱対象(伝達関数)を一次遅れ+むだ時間で表
す。この場合、Gp(s)、Gd(s)は次の式で表され、
その結果、Gf(s)も決定される。
粗アルゴンガス中の窒素濃度に伝わるむだ時間L1と、
原料空気101流量の変化が粗アルゴンガス中の窒素濃度
に伝わるむだ時間L2が等しいとすると、L1=L2とな
り、操作量u(s)は次式で表される。
しているプロセスの非線形性のため、対象プロセスとの
整合性が低くなる場合がある。そこで、原料空気101の
流量変化前後の定常状態における液体空気111流量の設
定値と原料空気101流量設定値の関係に基づいて下記式
(viii)〜式(x)を導き、液体空気111流量設定値u
を、原料空気101流量設定値に比例して変化するとして
与えられる流量目標値rから決定する。
て、液体空気111流量のステップ応答の調査を行い、そ
の結果を用いて、制御対象Gp(s)と外乱対象Gd(s)
の伝達関数を同定し、これに基づいてT1、T2を設定す
る。この際、T1、T2は、T1<T2となるように、すな
わち上記管路15を通して上部塔9内に導入される液体
空気111の流量変化に、位相進みの動的補償を行うこと
ができるように設定される。
に基づいて製品酸素ガス103の流量目標値r(rGO2)を
入力すると、下記の式(II)を満たす流量調節器の設定
値SP(SPGO2)が製品酸素ガス流量調節器47に出
力され、調節器47は、このSPと、図示せぬセンサを
用いて測定された製品酸素ガス103の流量との差e(e
GO2)に応じてバルブ32を調節し、管路31を通して
上部塔9から導出される製品酸素ガス103の流量を設定
することができるようになっている。
空気液化分離操作のシミュレーションを行い、これに基
づいて原料空気101の流量変更操作の過程または操作後
において、製品の純度変動を可能な限り小さく抑えるこ
とができるように設定される。この際、T3、T4は、T
3<T4となるように、すなわち上記製品酸素ガス103の
流量変化に、位相進みの動的補償を行うことができるよ
うになっている。
に基づいて液体窒素の流量目標値r(rLN2)を入力す
ると、下記の式(III)を満たす流量調節器の設定値S
P(SPLN2)が還流液体窒素流量調節器51に出力さ
れ、調節器51は、このSPと、図示せぬセンサを用い
て測定された液体窒素の流量との差e(eLN2)に応じ
てバルブ14を調節し、管路12を通して上部塔9に導
入される還流液体窒素112の流量を設定することができ
るようになっている。
空気液化分離操作のシミュレーションを行い、これに基
づいて原料空気101の流量変更操作の過程または操作後
において、製品の純度変動を可能な限り小さく抑えるこ
とができるように設定される。この際、T5、T6は、T
5>T6となるように、すなわち上記還流液体窒素112の
流量変化に、位相遅れの動的補償を行うことができるよ
うに設定される。
に基づいて液体空気の流量目標値r(rLRAr)を入力す
ると、下記の式(IV)を満たす流量調節器の設定値SP
(SPLRAr)がアルゴン凝縮器用液体空気流量調節器5
5に出力され、調節器55は、このSPと、図示せぬセ
ンサを用いて測定された液体空気の流量との差e(e
LRAr)に応じてバルブ18を調節し、管路17を通して
アルゴン凝縮器19に導入されるアルゴン凝縮器用液体
空気113の流量を設定することができるようになってい
る。
空気液化分離操作のシミュレーションを行い、これに基
づいて原料空気101の流量変更操作の過程または操作後
において、製品の純度変動を可能な限り小さく抑えるこ
とができるように設定される。この際、T7、T8は、T
7>T8となるように、すなわち上記アルゴン凝縮器用液
体空気113の流量変化に位相遅れの動的補償を行うこと
ができるように設定される。
用した場合を例として、本発明の空気液化分離装置の制
御方法の一実施形態を説明する。以下に説明する実施形
態の方法において、制御器61、62、63、64は、
管路15を通して上部塔9内に導入される液体空気111
の流量、管路31を通して上部塔9から導出される製品
酸素ガス103の流量、管路12を通して上部塔9に導入
される還流液体窒素112の流量、および管路17を通し
てアルゴン凝縮器19に導入されるアルゴン凝縮器用液
体空気113の流量が、それぞれの設定値SPとの差eが
ゼロとなるように制御される。
化精留分離し、その成分である酸素、窒素、アルゴンを
採取する方法を詳しく説明する。原料空気101を、原料
空気圧縮機57を用いて圧力を高めた後、前処理装置5
8に導入し、ここで水、二酸化炭素などの不純物を除去
し、管路1を通して主熱交換器3に導き、ここで冷却し
た後、複精留塔41の下部塔4の下部に供給する。下部
塔4内に供給された原料空気は下部塔4内を上昇しつつ
蒸留され、塔頂部の窒素ガスと塔底部の酸素富化液体空
気とに分離される。
は、管路5を通して下部塔4から抜き出され、その一部
は、管路6を通して上部塔9の塔底部に設けられた主凝
縮器7内に導入され、ここで冷却され液化した後、管路
8を通して主凝縮器7から導出される。管路8を通して
主凝縮器7から導出された液体窒素の一部は、管路12
を通って過冷器13に導入され、さらに、バルブ14を
経て上部塔9の塔頂部に上部塔9内還流液体窒素112と
して供給され、上部塔9内を下降する下降液となる。主
凝縮器7から導出された液体窒素の他部は、下部塔4の
塔頂部に下部塔4内還流液として戻され、下部塔4内の
下降液となる。
された窒素ガスの他部は、管路10内に導かれた後、2
つに分けられ、一方は管路20を通して主熱交換器3に
導かれ、ここで加熱された後、タービン熱交換器21に
導かれ、ここでさらに加熱される。続いて、この窒素ガ
スはタービンブロア22において加圧された後、冷却器
23、タービン熱交換器21で冷却され、膨張タービン
24に導入され、ここで膨張し低温となり、さらに管路
25、29、主熱交換器3を経て廃窒素ガス106として
系外に排出される。
は、管路44を通して中圧製品窒素ガス105として系外
に導出される。
体空気は、管路42を通して下部塔4から導出され、過
冷器13を経て2つに分けられ、一方は管路15を通し
てバルブ16を経て上部塔9の中間部分に還流液として
供給され(液体空気111)、他部は管路17を通してバ
ルブ18、アルゴン凝縮器19に導入される(アルゴン
凝縮器用液体空気113)。この液体空気113は、アルゴン
凝縮器19において加熱され一部が気化して上部塔9の
中間部に供給される。
に供給された液体窒素、酸素富化液体空気は上部塔9内
で蒸留され、塔底部付近に酸素ガスと液体酸素が分離さ
れるとともに、塔頂部に窒素ガスが分離される。
は、管路26を通して低圧製品窒素ガス104として系外
に導出される。また上部塔9の塔底部に分離された液体
酸素は、管路33を通して過冷器13を経て製品液体酸
素107として系外に導出され、上部塔9の塔底部に分離
された酸素ガスは、管路31を通して製品酸素ガス103
として系外に導出される。
位置よりやや下方の位置における上部塔9内のガスは、
管路35を通してフィードアルゴン117としてアルゴン
塔36の下部に供給される。(ここで、図1に示したア
ルゴン塔36は、従来、通常用いられている段数の場合
は粗アルゴン塔と称するのが適切であるが、本発明で
は、従来用いられている粗アルゴン塔の段数以上の段数
に設定して含有酸素量を極微量まで除去する場合を含む
ので、アルゴン塔と称する。) アルゴン塔36内に供給されたガスはアルゴン塔36内
で蒸留され、粗アルゴンガス(本実施形態では、通常の
粗アルゴン濃度の場合として粗アルゴンガスと称す。)
が塔頂部に分離される。この粗アルゴンガスは、管路3
8を通してアルゴン塔36の塔頂部から導出され、一部
は管路39を通してアルゴン凝縮器19に導入され液化
した後、還流液としてアルゴン塔36上部に戻される。
管路38を通して導出された粗アルゴンガスの他部は、
管路40を通して系外に導出される(粗アルゴンガス10
2)。アルゴン塔36の塔底部に分離された液は、管路
37を通して上部塔9に戻される。
器13を経て管路29を通して廃窒素ガス106として排
出される。上部塔9の内圧は1.2〜1.6bar、下
部塔4の内圧は4.5〜6barに設定するのが好まし
い。
度を増減させる際の上記空気液化分離装置の動作につい
て説明する。まず、原料空気101の流量を、目的とする
速度で増減させる。この際、液体空気フィードフォワー
ド制御器61によって、管路15を通して上部塔9内に
導入される液体空気111の流量は、原料空気101の流量変
動に基づいて上記式(I)中のΔSPLAIRに一致するよ
うにされる。
に対し3%/minの速度で減少させる際には、液体空
気フィードフォワード制御器61において、上記式
(I)のΔrLAIRを3%/minとしてΔSPLAIRを算
出し、図示せぬセンサを用いて測定された液体空気111
の流量との差eに応じて液体空気流量調節器53によっ
てバルブ16を調節し、管路15を通して上部塔9内に
導入される液体空気111の流量をΔSPLAIRに一致させ
る。なお上記%とは容量%を指す。
2となるように設定されているため、ΔSPLAIRは原料
空気供給量の増減速度に比例して定まる量ΔrLAIRに比
べ大きくなる。このため、管路15を通して上部塔9内
に導入される液体空気111の流量変化には、原料空気供
給量の増減に対し位相進みの動的補償制御(前置補償制
御)がなされることになる。
量に前置動的補償を行った場合の液体空気111の流量変
化のシミュレーション結果の例を図4(図中記号●)に
示す。ここに示す例では、試験開始後0.5時間の時点
で原料空気101の流量を試験開始当初の流量に対し75
%となるまで減少させた場合を想定した。なお、図中記
号○で示したのは、上記制御器61を用いない場合の液
体空気111の流量変化である。この図に示すように、制
御器61を用いて液体空気111の流量に前置動的補償を
行った場合、液体空気111の供給量は、原料空気101の供
給量減少直後に、一旦、試験開始時の供給量に対し約5
9%まで低下し、その後徐々に増加し75%にまで上昇
する。
原料空気101供給量の増減に対し位相進みの動的補償を
おこなうことによって、原料空気101の流量変更時にお
いて、上部塔9への液体空気(下降液)供給量が適正化
され、下降液量と上昇ガス量のバランスが適性範囲に保
たれる。このため、上部塔9内においてL/Vが一時的
に大きく変動するのを防ぐことができる。
製品酸素ガス103の流量は、製品酸素ガスフィードフォ
ワード制御器62によって、原料空気101の流量変動に
基づいて上記式(II)中のΔSPGO2に一致するように
される。この際、式(II)中のT3、T4は、T3<T4と
なるように設定されているため、ΔSPGO2は原料空気
供給量の増減速度に比例して定まる量ΔrGO2に比べ大
きくなる。このため、上記製品酸素ガス103の流量変化
は、原料空気供給量の増減に対し位相進みの動的補償制
御(前置補償制御)がなされることになる。
みの動的補償をおこなうことによって、原料空気101の
流量変更時において、上部塔9からの酸素ガスの引抜量
を適正化し、上部塔9内の下降液量に対する上昇ガス量
の急激な増減を防ぎ、下降液量と上昇ガス量のバランス
を適性範囲に保つことができる。このため、上部塔9内
においてL/Vが一時的に大きく変動するのを防ぐこと
ができる。
乱れを防ぐことによって、上部塔9内の気液間物質移動
のバランスを維持し、製品、例えば上部塔9から導出さ
れる製品酸素ガス103の純度低下を防ぐことができる。
また上部塔9からアルゴン塔36へ送られるフィードア
ルゴン117中の窒素濃度の一時的な上昇を防ぎ、フィー
ドアルゴン117を原料として得られる粗アルゴンガス102
の純度低下を防ぐことができる。
導入される還流液体窒素112の流量は、液体窒素フィー
ドフォワード制御器63によって、原料空気101の流量
変動に基づいて上記式(III)中のΔSPLN2に一致する
ようにされる。式(III)中のT5、T6は、T5>T6と
なるように設定されているため、ΔSPLN2は原料空気
供給量の増減速度に比例して定まる量ΔrLN2に比べ小
さくなる。このため、上記還流液体窒素112の流量変化
は、原料空気供給量の増減に対し位相遅れの動的補償制
御(前置補償制御)がなされることになる。
れの動的補償をおこなうことによって、上部塔9内への
窒素供給量が過大または過小となるのを防ぎ、原料空気
101の流量変更時において、上部塔9内におけるL/V
の変動を防ぎ、上部塔9内における窒素濃度の一時的な
変動を防ぐことができる。
縮器19に導入されるアルゴン凝縮器用液体空気113の
流量は、アルゴン凝縮器液体空気フィードフォワード制
御器64によって、原料空気101の流量変動に基づいて
上記式(IV)中のΔSPLRArに一致するようにされる。
この際、式(IV)中のT7、T8は、T7>T8となるよう
に設定されているため、ΔSPLRArは原料空気供給量の
増減速度に比例して定まる量ΔrLRArに比べ大きくな
る。このため、上記アルゴン凝縮器用液体空気113の流
量変化は、原料空気供給量の増減に対し位相遅れの動的
補償制御(前置補償制御)がなされることになる。
変化に位相遅れの動的補償をおこなうことによって、ア
ルゴン凝縮器19における粗アルゴンガスの凝縮量、即
ちアルゴン塔36内の下降液量を適正化し、原料空気10
1の流量変更時において、アルゴン塔36内における下
降液量と上昇ガス量のバランスを保つことができる。
あっては、原料空気101の流量変更操作を行うにあた
り、原料空気流量の増減速度を高く設定した場合でも、
上部塔9およびアルゴン塔36内における気液間の物質
移動のバランスを一定に維持し、製品の品質を低下させ
ることなく生産量を短時間で増減させることが可能とな
る。
実施形態について説明する。図5は、本発明の空気液化
分離装置の第2の実施形態を示すもので、ここに示す空
気液化分離装置は、次に示す点において図1に示す第1
の実施形態の空気液化分離装置と異なる。 (1)アルゴン塔36に代えて、アルゴンを予備精留す
る粗アルゴン塔36’と、該粗アルゴン塔36’から導
出された粗アルゴンガスに更なる精留分離を施す脱酸塔
66が設けられている点 (2)アルゴン凝縮器19に代えて、脱酸塔66に接続
された脱酸塔凝縮器69が設けられている点 (3)アルゴン凝縮器用液体空気フィードフォワード制
御器64が設けられておらず、これに代えて、原料空気
101の流量の変化速度に対して、下部塔4から管路4
2、17を通して脱酸塔凝縮器69に導入される脱酸塔
凝縮器用液体空気114の流量変化に前置動的補償を行う
脱酸塔凝縮器用液体空気フィードフォワード制御器65
が設けられている点
に基づいて液体空気の流量目標値r(rLDAr)を入力す
ると、下記式(V)を満たす流量調節器の設定値SP
(SPL DAr)が脱酸塔用液体空気流量調節器55’に出
力され、調節器55’は、このSPと、図示せぬセンサ
を用いて測定された液体空気の流量との差e(eLDAr)
に応じてバルブ18’を調節し、管路17を通して脱酸
塔凝縮器69に導入される脱酸塔凝縮器用液体空気114
の流量を設定することができるようになっている。
て空気液化分離操作のシミュレーションを行い、これに
基づいて原料空気101の流量変更時において、製品の純
度変動を可能な限り小さく抑えることができるように設
定される。この際、T9、T10は、T9>T10となるよう
に、すなわち上記脱酸塔凝縮器用液体空気の流量変化に
位相遅れの動的補償を行うことができるように設定され
る。
ルゴン塔36’内で蒸留され、塔頂部に分離された粗ア
ルゴンガスの全量が管路68を通して脱酸塔66の下部
に導入される。粗アルゴンガスは脱酸塔66内でさらに
精留分離され、高純度の脱酸アルゴンガスが塔頂部に分
離する。この脱酸アルゴンガスは管路70を通して脱酸
塔66から導出され、一部は管路71を通して主熱交換
器3を経て脱酸アルゴンガス108として系外に導出さ
れ、他部は脱酸塔凝縮器69に導入され液化した後、管
路72を通して還流液として脱酸塔66内に戻される。
脱酸塔凝縮器69において液化した脱酸アルゴンガスの
一部は、管路74を通して脱酸液体アルゴン109として
系外に導出される。脱酸塔66の塔底部に分離された液
の一部は、管路73を通して粗アルゴン塔36’に戻さ
れ、他部は管路75を通して脱酸塔蒸化器76に導入さ
れ気化した後、脱酸塔66内に戻される。
気101の流量を増減させる際には、液体窒素フィードフ
ォワード制御器63によって、管路12を通して上部塔
9に導入される還流液体窒素112の流量変化に、原料空
気供給量の増減に対し位相遅れの動的補償を行うととも
に、脱酸塔凝縮器用液体空気フィードフォワード制御器
65によって、管路17を通して脱酸塔凝縮器69に導
入される脱酸塔凝縮器用液体空気114の流量を、原料空
気101の流量変動に基づいて上記式(V)中のΔSPLDAr
に一致させ、これにより上記液体空気114の流量変化
に、原料空気供給量の増減に対し位相遅れの動的補償制
御(前置補償制御)を行う。
位相遅れの前置動的補償をおこなうことによって、脱酸
塔凝縮器69における脱酸アルゴンガスの凝縮量、即ち
脱酸塔66内の下降液量を適正化し、原料空気101の流
量変更時において、脱酸塔66内における下降液と上昇
ガス量のバランスを一定に保つことができる。
あっては、第1の実施形態の空気液化分離装置と同様
に、原料空気101の流量変更操作を行うにあたり、原料
空気流量の増減速度を高く設定した場合でも、製品の品
質を低下させることなく生産量を短時間で増減させるこ
とが可能となる。
の実施形態を示すもので、ここに示す空気液化分離装置
は、ラッハマンタービン84が用いられている点で上記
第1の実施形態の空気液化分離装置と異なる。ラッハマ
ンタービン84は、管路1を通して主熱交換器3に向か
う原料空気101のうち一部が、管路81を通してタービ
ンブロア22に導入され、ここで加圧された原料空気
が、管路82を通して冷却器23、主熱交換器3を経て
膨張タービン24によって減圧された後、管路83を通
して上部塔9の中間部に導入されるようになっている。
また、本実施形態の空気液化分離装置においては、管路
5を通して下部塔4から抜き出された窒素ガスのうち主
凝縮器7内に導入されない部分が、管路80を通してそ
のまま系外に導出されるようになっている。
は、第1および第2の実施形態の空気液化分離装置と同
様に、製品の品質を低下させることなく生産量を短時間
で増減させることが可能となる。
実施形態について説明する。図7は、本発明の空気液化
分離装置の第4の実施形態を示すもので、ここに示す空
気液化分離装置は、以下の点で図1に示す第1の実施形
態の空気液化分離装置と異なる。 (1)アルゴン塔36の塔頂部に分離された粗アルゴン
ガスがアルゴン凝縮器19において液化した液体粗アル
ゴン(還流液)を一時貯留する液溜91が設けられてい
る点 (2)原料空気101の流量の変化速度に対して、液溜9
1からアルゴン塔36に導入される液体粗アルゴンの流
量変化に前置動的補償を行う液体粗アルゴンフィードフ
ォワード制御器85が設けられている点 (3)アルゴン塔36の塔頂部から導出された粗アルゴ
ンガスの一部を系外に導出する管路40に代えて、アル
ゴン凝縮器19で液化しなかった粗アルゴンガスを液溜
91を介して系外に導出する管路40'が設けられてい
る点
を液溜91内に導く還流液導入管路39'と、液溜91
内の液体粗アルゴンをアルゴン塔36に導く還流液供給
管路93が接続されている。
に基づいて液体空気の流量目標値r(rLRAr')を入力
すると、下記式(VI)を満たす流量調節器の設定値SP
(SPLRAr')が、液溜91内の液体粗アルゴンをアル
ゴン塔36に戻す管路93に設けられた液体粗アルゴン
流量調節器59に出力され、調節器59は、このSP
と、図示せぬセンサを用いて測定された液体粗アルゴン
の流量との差e(eLRAr ')に応じてバルブ92を調節
し、管路93を通してアルゴン塔36に導入される液体
粗アルゴン115の流量を設定することができるようにな
っている。
て空気液化分離操作のシミュレーションを行い、これに
基づいて原料空気101の流量変更時において、製品の純
度変動を可能な限り小さく抑えることができるように設
定される。この際、T11、T12は、T11<T12となるよ
うに、すなわち上記液体粗アルゴンの流量変化に位相進
みの動的補償を行うことができるように設定される。
ゴン塔36の塔頂部に分離された粗アルゴンガスの全量
が、アルゴン凝縮器19に導入され、その一部が液化し
管路39'を通して液溜91に導入され、気液分離され
る。分離された液体粗アルゴンは、ここで一時貯留され
た後、管路93を通してアルゴン塔36内に還流液とし
て導入される。また、分離されたガスは、管路40'を
通して粗アルゴンガス102として系外に導出される。
気101の流量を増減させる際には、液体粗アルゴンフィ
ードフォワード制御器85によって、管路93を通して
アルゴン塔36に導入される液体粗アルゴン115の流量
を、原料空気101の流量変動に基づいて上記式(VI)中
のΔSPLRAr'に一致させ、これにより上記液体粗アル
ゴン115の流量変化に、原料空気供給量の増減に対し位
相進みの動的補償制御(前置補償制御)を行う。
進みの動的補償をおこなうことによって、アルゴン塔3
6内の下降液量を適正化し、原料空気101の流量変更時
において、アルゴン塔36内における下降液と上昇ガス
量のバランスを一定に保つことができる。
は、第1ないし第3の実施形態の空気液化分離装置と同
様に、製品の品質を低下させることなく生産量を短時間
で増減させることが可能となる。特に、アルゴン塔36
内の下降液量を適正化し、粗アルゴンガス102の純度低
下を確実に防ぐことができる。
実施形態について説明する。図8は、本発明の空気液化
分離装置の第5の実施形態を示すもので、ここに示す空
気液化分離装置は、以下の点で図5に示す第2の実施形
態の空気液化分離装置と異なる。 (1)脱酸塔66の塔頂部に分離された脱酸アルゴンガ
スが脱酸塔凝縮器69において液化した脱酸液体アルゴ
ン(還流液)を、一時貯留する液溜95が設けられてい
る点 (2)原料空気101の流量の変化速度に対して、液溜9
5から脱酸塔66に導入される脱酸液体アルゴンの流量
変化に前置動的補償を行う脱酸液体アルゴンフィードフ
ォワード制御器86が設けられている点 (3)脱酸塔66の塔頂部から導出された脱酸アルゴン
ガスの一部を系外に導出する管路71に代えて、脱酸塔
凝縮器69で液化しなかった脱酸アルゴンガスを、液溜
95を介して系外に導出する管路71'が設けられてい
る点
液)を液溜95内に導く還流液導入管路72'と、液溜
95内の脱酸液体アルゴンを脱酸塔66に導く還流液供
給管路97が接続されている。
に基づいて液体空気の流量目標値r(rLDAr')を入力
すると、下記式(VII)を満たす流量調節器の設定値S
P(SPLDAr')が、液溜95内の脱酸液体アルゴンを
脱酸塔66に戻す管路97に設けられた脱酸液体アルゴ
ン流量調節器60に出力され、調節器60は、このSP
と、図示せぬセンサを用いて測定された液体粗アルゴン
の流量との差e(eLDAr ')に応じてバルブ96を調節
し、管路97を通して脱酸塔66に導入される脱酸液体
アルゴン116の流量を設定することができるようになっ
ている。
て空気液化分離操作のシミュレーションを行い、これに
基づいて原料空気101の流量変更時において、製品の純
度変動を可能な限り小さく抑えることができるように設
定される。この際、T13、T14は、T13<T14となるよ
うに、すなわち上記脱酸液体アルゴンの流量変化に位相
進みの動的補償を行うことができるように設定される。
塔66の塔頂部に分離された脱酸アルゴンガスの全量
が、脱酸塔凝縮器69に導入され、その一部が液化し、
管路72'を通して液溜95に導入され、気液分離され
る。分離された脱酸液体アルゴンは、ここで一時貯留さ
れた後、一部が管路97を通して脱酸塔66内に還流液
として導入される。また液溜95内の脱酸液体アルゴン
の他の一部は管路98を通して脱酸液体アルゴン109と
して系外に導出される。また、分離されたガスは管路7
1'を通して脱酸アルゴンガス108として系外に導出され
る。
気101の流量を増減させる際には、脱酸液体アルゴンフ
ィードフォワード制御器86によって、管路97を通し
て脱酸塔66に導入される脱酸液体アルゴン116の流量
を、原料空気101の流量変動に基づいて上記式(VII)中
のΔSPLDAr'に一致させ、これにより上記脱酸液体ア
ルゴン116の流量変化に、原料空気供給量の増減に対し
位相進みの動的補償制御(前置補償制御)を行う。
相進みの動的補償をおこなうことによって、脱酸塔66
内の下降液量を適正化し、原料空気101の流量変更時に
おいて、脱酸塔66内における下降液と上昇ガス量のバ
ランスを一定に保つことができる。
は、第1ないし第4の実施形態の空気液化分離装置と同
様に、製品の品質を低下させることなく生産量を短時間
で増減させることが可能となる。特に、脱酸塔66内の
下降液量を適正化し、脱酸アルゴンガス108、脱酸液体
アルゴン109の純度低下を確実に防ぐことができる。
分離装置は、4つまたは5つの制御器を備えた制御系を
有するものとしたが、これに限らず、これら制御器のう
ち少なくとも1つを備えた制御系を有するものとするこ
ともできる。
用いて、原料空気から酸素、窒素、アルゴンを採取する
作業のコンピュータシミュレーションを行った。本実施
例では、原料空気供給量を所定時間一定とし定常状態と
した後、原料空気供給量を、試験開始時の供給量を10
0%として70%まで減少させた。この際の減少速度は
3%/minに設定した。この際、制御器61〜64を
用いて上記各液またはガスの流量変化に対し原料空気流
量の増減に対する位相進みまたは位相遅れの動的補償を
行った。各液またはガスの流量変更の開始または終了時
刻(試験開始からの時刻)を表1に示す。原料空気供給
量を減少させる操作時における原料空気流量、製品酸素
流量、濃度、粗アルゴンガス中の酸素および廃窒素濃度
の変化を図9〜図14に示す。
は、管路12を通して上部塔9に導入される液体窒素11
2の流量を指す。液体空気流量とは、管路15を通して
上部塔9に導入される液体空気111の流量を指す。アル
ゴン凝縮器用液体空気の流量とは、管路17を通してア
ルゴン凝縮器19に導入される液体空気113の流量を指
す。中圧製品窒素流量とは、管路44を通して系外に導
出される窒素105の流量を指す。低圧製品窒素流量と
は、管路26を通して系外に導出される窒素104の流量
を指す。製品酸素流量とは、管路31を通して上部塔9
から系外に導出される製品酸素ガス103の流量を指す。
粗アルゴンガス流量とは、管路40を通して系外に導出
される粗アルゴンガス102の流量を指す。
方法では、原料空気流量変更操作において減少速度を3
%/minと高くした場合でも、製品酸素の純度は9
9.6%以上と高い値に維持された。また、粗アルゴン
ガス中の酸素濃度、窒素濃度は、それぞれ1.3%以
下、0.7%以下に維持された。以上より、実施例1の
方法によれば、原料空気101の流量減少速度を高く設定
した場合でも、流量変更操作時に得られる製品酸素、粗
アルゴンガスが十分な純度となることがわかった。
当初の値に対し70%となった原料空気供給量を、10
0%となるまで増加させた。原料空気供給量の増加速度
は3%/minに設定した。各液またはガスの流量変更
の開始または終了時刻は表1に示したものと同様とし
た。
おいて、製品酸素の純度は99.7%以上に維持され
た。また、粗アルゴンガス中の酸素濃度、窒素濃度は、
それぞれ1.5%以下、0.7%以下に維持された。こ
のように、実施例2の方法では、原料空気の流量変更操
作を行う際の原料空気流量の増加速度を3%/minと
高く設定した場合でも、流量変更操作時に得られる製品
酸素、粗アルゴンガスは十分な純度となることがわかっ
た。
ないこと以外は図1に示す空気液化分離装置と同様の空
気液化分離装置を用いて、原料空気から酸素、窒素、ア
ルゴンを採取する作業のシミュレーションを行った。原
料空気供給量を、試験開始時の供給量を100%として
70%まで減少させた。この際の減少速度は1%/mi
nに設定した。この際、各管路に設けられたバルブを適
宜調節することによって、下記の液またはガスの流量変
更の開始または終了時刻を、表2に示す時刻に設定し
た。原料空気供給量を減少させる操作時における原料空
気流量、製品酸素流量、濃度、粗アルゴンガス中の酸素
および窒素濃度の変化を図15〜図20に示す。
を用いた場合でも、原料空気の流量を変更する操作を行
う際に減少速度を1%/minと低く設定した場合に
は、流量変更操作時に得られる製品酸素、粗アルゴンガ
スは十分な純度となることがわかった。
を3%/minに設定して試験開始時の供給量に対し7
0%となるまで減少させた。この際、各管路に設けられ
たバルブを適宜調節することによって、下記の液または
ガスの流量変更の開始または終了時刻を、表3に示す時
刻に設定した。原料空気供給量を減少させる操作時にお
ける原料空気流量、製品酸素流量、濃度、粗アルゴンガ
ス中の酸素および窒素濃度の変化を図9〜図14に併せ
て示す。
用いた場合には、原料空気の流量を変更する操作を行う
際に減少速度を3%/minとした場合、特に粗アルゴ
ンガス中の窒素濃度が最大約14%と非常に高くなり、
製品の純度が不十分となることがわかった。また、図1
4より、原料空気101の流量変化終了と前後して廃窒素
ガス106中の酸素濃度が非常に高くなり、上部塔9内に
おいて気液間物質移動のバランスの乱れが生じているこ
とがわかる。
て、当初の供給量に対し70%となった原料空気供給量
を、100%となるまで増加させた。原料空気供給量の
増加速度は3%/minに設定した。各液またはガスの
流量変更の開始または終了時刻は表3に示したものと同
様とした。
空気の流量を変更する操作を行う際に増加速度を3%/
minとした場合は、製品酸素濃度、粗アルゴンガス中
の酸素濃度、窒素濃度共、規定値内で推移し、制御でき
ることがわかった。
果より、制御器61〜64を用いない従来装置を用いた
場合でも、原料空気の流量を変更する操作を行う際に増
減速度を1%/minと低く設定した場合には、流量変
更操作時に得られる製品の純度が高く維持されるが、減
量速度を3%/minと高く設定した場合には、製品の
純度が不十分となることがわかる。これに対し、制御器
61〜64を用いる実施例1、2の空気液化分離装置を
用いた場合には、原料空気流量の増減速度を3%/mi
nと高く設定した場合でも、製品の純度を高く維持する
ことができることがわかる。
を用いて、実施例1と同様にして原料空気から酸素、窒
素、アルゴンを採取する作業のコンピュータシミュレー
ションを行った。この際、制御器61〜64、85を用
いて上記各液またはガスの流量変化に対し原料空気流量
の増減に対する位相進みまたは位相遅れの前置動的補償
を行った。原料空気供給量を減少させる操作時における
液体粗アルゴン115の流量、および粗アルゴンガス102中
の酸素濃度の変化を図21および図22に示す。
以外は図6に示すものと同様の空気液化分離装置を用い
て、実施例1と同様にして原料空気から酸素、窒素、ア
ルゴンを採取する作業のシミュレーションを行った。原
料空気供給量を減少させる操作時における液体粗アルゴ
ン115の流量、および粗アルゴンガス102中の酸素濃度の
変化を図21および図22に併せて示す。
91を設けた装置を用いることによって、粗アルゴンガ
ス102中の酸素濃度を低く保つことができることがわか
る。
原料空気の流量変更操作を行うにあたり、原料空気流量
の増減速度を高く設定した場合でも、製品の品質を低下
させることなく生産量を短時間で増減させることが可能
となる。
を示す概略構成図である。
施形態を説明する説明図である。
を説明する説明図である。
施形態による液体空気流量の経時変化の例を示すグラフ
である。
を示す概略構成図である。
を示す概略構成図である。
を示す概略構成図である。
を示す概略構成図である。
化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
液化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
液化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
液化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
液化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
液化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
分離操作のシミュレーション結果を示すグラフである。
分離操作のシミュレーション結果を示すグラフである。
分離操作のシミュレーション結果を示すグラフである。
分離操作のシミュレーション結果を示すグラフである。
分離操作のシミュレーション結果を示すグラフである。
分離操作のシミュレーション結果を示すグラフである。
用いた空気液化分離操作のシミュレーション結果を示す
グラフである。
用いた空気液化分離操作のシミュレーション結果を示す
グラフである。
アルゴン凝縮器 36・・・アルゴン塔、36’ ・・・ 粗アルゴン塔、 55・・・アルゴン凝縮器用液体空気流量調節器、 55'・・・脱酸塔凝縮器用液体空気流量調節器 57・・・原料空気圧縮機、58・・・前処理装置 61・・・液体空気フィードフォワード制御器 62・・・製品酸素ガスフィードフォワード制御器 63・・・液体窒素フィードフォワード制御器 64・・・アルゴン凝縮器用液体空気フィードフォワード
制御器 65・・・脱酸塔凝縮器用液体空気フィードフォワード制
御器 66・・・脱酸塔、69・・・脱酸塔凝縮器、 84・・・ラッハマンタービン 85・・・液体粗アルゴンフィードフォワード制御器 86・・・脱酸液体アルゴンフィードフォワード制御器 37'、72'・・・還流液導入管路、93、97・・・還流液
供給管路 91、95・・・液溜
Claims (9)
- 【請求項1】 原料空気を圧縮する原料空気圧縮機、原
料空気中の含有不純物を精製する前処理装置、精製圧縮
原料空気を冷却する主熱交換器、精製原料空気を精留分
離する上部塔および下部塔等よりなり、酸素、窒素等を
製品として採取するとともに需要変動に対応する空気液
化分離装置において、製品ガスの純度の変動を抑える為
に、 原料空気流量の変化速度に対して、 (1)下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化速度をより速くするようにした位相進み
の前置動的補償を行う液体空気フィードフォワード制御
器 (2)製品酸素ガス流量の変化速度をより速くするよう
にした位相進みの前置動的補償を行う製品酸素ガスフィ
ードフォワード制御器 (3)上部塔還流液用液体窒素流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの前置動的補償を行う液体窒
素フィードフォワード制御器のうち少なくともいずれか
1つのフィードフォワード制御器により制御を行う制御
系を備えたことを特徴とする空気液化分離装置。 - 【請求項2】 原料空気を圧縮する原料空気圧縮機、原
料空気中の含有不純物を精製する前処理装置、精製圧縮
原料空気を冷却する主熱交換器、精製原料空気を精留分
離する上部塔、下部塔、アルゴン塔等よりなり、酸素、
窒素、アルゴン等を製品として採取するとともに需要変
動に対応する空気液化分離装置において、製品ガスの純
度の変動を抑える為に、 原料空気流量の変化速度に対して、 (1)下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化速度をより速くするようにした位相進み
の前置動的補償を行う液体空気フィードフォワード制御
器 (2)製品酸素流量の変化速度をより速くするようにし
た位相進みの前置動的補償を行う製品酸素ガスフィード
フォワード制御器 (3)アルゴン塔の凝縮器用液体空気流量の変化速度を
より遅くするようにした位相遅れの前置動的補償を行う
アルゴン凝縮器用液体空気フィードフォワード制御器 (4)上部塔還流液用液体窒素流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの前置動的補償を行う液体窒
素フィードフォワード制御器のうち少なくともいずれか
1つのフィードフォワード制御器により制御を行う制御
系を備えたことを特徴とする空気液化分離装置。 - 【請求項3】 原料空気を圧縮する原料空気圧縮機、原
料空気中の含有不純物を精製する前処理装置、精製圧縮
原料空気を冷却する主熱交換器、精製原料空気を精留分
離する上部塔、下部塔、粗アルゴン塔、脱酸塔等よりな
り、酸素、窒素、アルゴン等を製品として採取するとと
もに需要変動に対応する空気液化分離装置において、製
品ガスの純度の変動を抑える為に、 原料空気流量の変化速度に対して、 (1)下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化速度をより速くするようにした位相進み
の前置動的補償を行う液体空気フィードフォワード制御
器 (2)製品酸素流量の変化速度をより速くするようにし
た位相進みの前置動的補償を行う製品酸素ガスフィード
フォワード制御器 (3)脱酸塔の凝縮器用液体空気流量の変化速度をより
遅くするようにした位相遅れの前置動的補償を行う脱酸
塔凝縮器用液体空気フィードフォワード制御器 (4)上部塔還流液用液体窒素流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの前置動的補償を行う液体窒
素フィードフォワード制御器のうち少なくともいずれか
1つのフィードフォワード制御器により制御を行う制御
系を備えたことを特徴とする空気液化分離装置。 - 【請求項4】 前記アルゴン塔に、該アルゴン塔への還
流液を貯留する液溜が設けられ、該液溜に、該アルゴン
塔の還流液を液溜に導く還流液導入管路と、該液溜に貯
留された還流液をアルゴン塔に供給する還流液供給管路
が接続され、 原料空気流量の変化速度に対して該管路を流れる還流液
の流量の変化速度をより速くするようにした位相進みの
前置動的補償を行う液体粗アルゴンフィードフォワード
制御器が設けられていることを特徴とする請求項2記載
の空気液化分離装置。 - 【請求項5】 前記脱酸塔に、該脱酸塔への還流液を貯
留する液溜が設けられ、該液溜に、該脱酸塔の還流液を
液溜に導く還流液導入管路と、該液溜に貯留された還流
液を脱酸塔に供給する還流液供給管路が接続され、原料
空気流量の変化速度に対して該管路を流れる還流液の流
量の変化速度をより速くするようにした位相進みの前置
動的補償を行う脱酸液体アルゴンフィードフォワード制
御器が設けられていることを特徴とする請求項3記載の
空気液化分離装置。 - 【請求項6】 上部塔および下部塔を備えた空気液化
分離装置を用いて原料空気を圧縮し、原料空気中含有不
純物を精製し、冷却し、精留分離して、酸素、窒素等を
製品として採取するとともに需要変動に対応するに際
し、製品ガスの純度の変動を抑える為に、 原料空気流量の変化速度に対して、 (1)下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化速度をより速くするようにした位相進み
の特性を付与する動的な前置補償制御 (2)製品酸素ガス流量の変化速度をより速くするよう
にした位相進みの特性を付与する動的な前置補償制御 (3)上部塔還流液用液体窒素流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの特性を付与する動的な前置
補償制御の少なくともいずれか一つを行う動的補償制御
系により制御を行うことを特徴とする空気液化分離装置
の制御方法。 - 【請求項7】 上部および下部塔を有する複精留塔と凝
縮器を有するアルゴン塔とを備えた空気液化分離装置を
用いて原料空気を圧縮し、原料空気中含有不純物を精製
し、冷却し、精留分離して、酸素、窒素、アルゴン等を
製品として採取するとともに需要変動に対応するに際
し、製品ガスの純度の変動を抑える為に、原料空気流量
の変化速度に対して、 (1)下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化速度をより速くするようにした位相進み
の特性を付与する動的な前置補償制御、 (2)製品酸素ガス流量の変化速度をより速くするよう
にした位相進みの特性を付与する動的な前置補償制御 (3)アルゴン凝縮器用液体空気流量の変化速度をより
遅くするようにした位相遅れの特性を付与する動的な前
置補償制御(4)上部塔還流液用液体窒素流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの特性を付与する動的な前置
補償制御 の少なくともいずれか一つを行う動的補償制御
系により制御を行うことを特徴とする空気液化分離装置
の制御方法。 - 【請求項8】 上部および下部塔を有する複精留塔と、
粗アルゴン塔と、凝縮器を有する脱酸塔とを備えた空気
液化分離装置を用いて原料空気を圧縮し、原料空気中含
有不純物を精製し、冷却し、精留分離して、酸素、窒
素、アルゴン等を製品として採取するとともに需要変動
に対応するに際し、製品ガスの純度の変動を抑える為
に、 原料空気流量の変化速度に対して、 (1)下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化速度をより速くするようにした位相進み
の特性を付与する動的な前置補償制御、 (2)製品酸素ガス流量の変化速度をより速くするよう
にした位相進みの特性を付与する動的な前置補償制御 (3)脱酸塔凝縮器用液体空気流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの特性を付与する動的な前置
補償制御 (4)上部塔還流液用液体窒素流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの特性を付与する動的な前置
補償制御の少なくともいずれか一つを行う動的補償制御
系により制御を行うことを特徴とする空気液化分離装置
の制御方法。 - 【請求項9】 空気液化分離装置の操業変更に対して
製品の純度変動を抑えるようにする空気液化分離装置の
制御方法において、原料空気流量の変化速度に対応し
て、制御対象流体の流量目標値Δrを演算し、設定し、
原料空気流量の変化速度より制御対象流体流量の目標値
の変化速度(位相の変化)を速くするかまたは遅くする
制御をさせるように流量調節器への設定値ΔSPを決定
し、該ΔSPと制御対象流体の現状の流量との差eに応
じて出力信号MVを出力し、該出力信号MVに応じて調
節弁を調節するように組合せたフィードフォワード制御
を制 御対象流体の少なくとも一つで行うことを特徴とす
る空気液化分離装置の制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10351970A JP3027368B1 (ja) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | 空気液化分離装置およびその制御方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP10351970A JP3027368B1 (ja) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | 空気液化分離装置およびその制御方法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP3027368B1 true JP3027368B1 (ja) | 2000-04-04 |
JP2000180049A JP2000180049A (ja) | 2000-06-30 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10351970A Expired - Lifetime JP3027368B1 (ja) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | 空気液化分離装置およびその制御方法 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3027368B1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002340477A (ja) * | 2001-05-14 | 2002-11-27 | Nippon Sanso Corp | 空気液化分離装置の制御方法 |
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---|---|---|---|---|
JP5895896B2 (ja) * | 2013-04-23 | 2016-03-30 | Jfeスチール株式会社 | 精製ガス供給装置及び製造ガスの純度補償方法 |
US10060673B2 (en) * | 2014-07-02 | 2018-08-28 | Praxair Technology, Inc. | Argon condensation system and method |
FR3137747B1 (fr) | 2022-07-05 | 2024-07-12 | Air Liquide | Procédé de régulation d’un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique |
-
1998
- 1998-12-10 JP JP10351970A patent/JP3027368B1/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002340477A (ja) * | 2001-05-14 | 2002-11-27 | Nippon Sanso Corp | 空気液化分離装置の制御方法 |
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