JP3030662B2 - ガス添加装置及び方法 - Google Patents

ガス添加装置及び方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス添加装置及び方法
に関し、詳しくはガス精製装置において特定成分を反応
除去するための反応ガスを添加する場合または混合ガス
を製造供給する場合等のように、添加ガス量を正確に制
御することが望ましい機器装置に用いるのに好適なガス
添加装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、連続的に供給されるガス(以
下、原料ガスと称する)に、他のガス(以下、添加ガス
と称する)を添加する場合には、原料ガスの流量を測定
しながら、該流量に応じた添加ガス量を添加するように
している。
【0003】また、原料ガス中の不純物成分を除去する
ガス精製装置では、原料ガス中の不純物成分の量を連続
的に測定し、該不純物成分と反応するガスを、理論量よ
り僅かに多く加えて不純物成分と反応させ、反応生成物
を除去することにより原料ガスの精製を行っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ガス添加方法は、原料ガス供給管から供給される原料ガ
スの量や不純物成分の量などの必要なデータを測定し、
該測定値に基づいて添加量を算出しているが、この添加
量の算出は、例えば不純物成分を理論的に反応除去でき
る添加量に、所定の余剰分を加えるかたちで行われてい
る。そして、この余剰分の算出は、演算式中で適当な係
数を用いて計算を行っているが、用いる係数は、固定あ
るいは半固定式であり、自動的に係数変更を行うもので
もバッチ式である。
【0005】このため、ガス添加の制御用に使用される
各種検出計器や操作機器に定常的に存在する誤差、及び
これら計器や機器の負荷変動,環境変化または経年劣化
等による特性の変化により、プロセスの大幅かつ高速度
な変動に適確な追従が困難となり、制御精度が低下する
ことがあった。従って、例えばガス精製装置では、不純
物除去の信頼性を増す目的で、上記余剰分を算出する演
算係数に高めの安全率を組み込むこととなり、添加ガス
の無駄を生じることになる。
【0006】そこで本発明は、演算制御における演算係
数を、プロセスの目標に対して連続かつ適確に追従させ
て変更し、プロセスの無駄を無くすことができるガス添
加装置及び方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明のガス添加装置は、第1の構成は、ガス供
給管から供給される原料ガスに他のガスを添加するガス
添加装置において、前記ガス供給管の原料ガス量を測定
する流量計と、流量計の測定値に対応する添加ガス量を
算出して該添加ガス量に所定の余剰添加ガス量を加えた
値を算出する演算器と、該演算器の出力値に基づいて添
加ガスを原料ガスに添加するガス添加手段と、該ガス添
加手段導出後のガス中の前記添加ガスの濃度を測定する
分析計とを有し、前記演算器は、該分析計で得られた添
加ガスの濃度に応じて前記余剰添加ガス量を算出する演
算部を備えていることを特徴としている。
【0008】また、第2の構成は、原料ガス中に含まれ
る特定成分の量に応じてガス添加量を制御するもので、
前記原料ガス中の特定成分の濃度を測定する第1分析計
と、添加後の混合ガス中の添加ガスまたは特定成分の濃
度を測定する第2分析計とを備え、該第2分析計の測定
値に応じて添加ガス量を制御するようにしている。
【0009】さらに、第3の構成は、上記特定成分と反
応するガスを添加する場合であって、反応器導出後の添
加ガスまたは特定成分の濃度を測定する第2分析計を備
え、該第2分析計の測定値に応じて添加ガス量を制御す
るようにしている。
【0010】また、本発明のガス添加方法は、原料ガス
中の特定成分の量に応じてガスを添加する方法におい
て、前記原料ガス中の特定成分の量に対応する添加ガス
量に所定の余剰添加ガス量を加えた添加ガスを前記原料
ガスに添加するとともに、添加後のガス中の前記添加ガ
スの濃度を測定して、該濃度に応じて前記余剰添加ガス
量を算出することを特徴としている。
【0011】
【作 用】上記構成によれば、添加ガスを添加した後の
原料ガス中の余剰添加ガスの量に応じて余剰添加ガス量
を算出する演算係数を補正するので、過剰添加分を低減
することができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明を、図面に基づいて、さらに詳
細に説明する。
【0013】まず、図1は本発明の基本的な制御系統の
一例を示すもので、反応器または混合器1に導入される
原料ガスの供給管2には、原料ガスの流量を測定する流
量計F1T及び組成を検出する分析計Q1Tが設けられ
ており、原料ガスの流量信号 及び組成信号
演算器3に出力されている。演算器3では、この流量信
及び組成信号 から、例えば下記の式(1)
により添加ガス量信号Sv を算出して添加ガスの流量調
節系4に出力する。
【0014】 Sv =K・q1 ・f1 (1+α・β)・・・(1) (式中、K,α及びβは、添加ガス量を求めるための係
数である。) 即ち、式(1) においては、前半の[K・q1 ・f1 ]で
添加ガスの理論量が求められ、式後半の[α・β]で所
定の余剰添加量が求められる。
【0015】添加ガスは、流量計F2T,流量調節器F
2C,流量調節弁4aから構成される流量調節系4で、
上記添加ガス量信号Sv に基づいて流量調整され、前記
反応器または混合器1に導入される。
【0016】反応器または混合器1から導出される精製
ガスあるいは混合ガスの導出管5には、精製ガスあるい
は混合ガスの組成を検出する分析計Q2Tと、精製ガス
あるいは混合ガスの品質目標値が設定されている調節計
Q2Cとが設けられており、調節計Q2Cは、分析計Q
2Tの測定値と品質目標値とからフィードバック制御演
算を行い、その出力を補正用信号Mv として前記演算器
3に出力する。
【0017】この補正用信号Mv を受けた演算器3は、
例えば下記の式(2) により添加ガス量信号Sv の補正を
行う。
【0018】 Sv =K・q1 ・f1 {1+α(β+Mv )}・・・(2) 即ち、式後半の余剰添加量を求める係数部分[α(β+
Mv )]の係数βに補正用信号Mv を加算することによ
り、先に算出して流量調節器F2Cに出力した添加ガス
量信号Sv を補正し、新たな添加ガス量信号Sv を出力
する。
【0019】さらに、添加ガス量信号Sv が変化したこ
とにより変化する導出管5内の組成を分析計Q2Tで測
定し、調節計Q2Cから出力される新たな補正用信号M
v を用いて連続的に新たな添加ガス量信号Sv を計算す
る。
【0020】このように、原料ガスの流量,組成に基づ
いて設定された添加ガス量を、添加後の組成に従って補
正するようにしたので、余剰添加分を低減して添加ガス
の無駄を防止できる。
【0021】次に、本発明を、空気液化分離装置におけ
るアルゴン精製設備に適用した一実施例を図2に基づい
て説明する。
【0022】アルゴン精製設備は、空気液化分離装置本
体部から得られる粗アルゴン中に数%含まれる酸素を除
去するものであって、粗アルゴンに水素を添加して酸素
と反応させ、生成した水分を除去するものである。尚、
前記図1と同一要素のものには同一符号を付して、その
詳細な説明は省略する。
【0023】原料ガスである粗アルゴンは、供給管2か
ら精製器10に供給され、該粗アルゴンの流量が流量計
F1Tで測定されるとともに、粗アルゴン中の酸素含有
量が分析計Q1Tで測定される。流量信号 及び酸
素含有量信号 は、演算器3に送られ、演算器3
は、前記式(1) に基づいて設定された下記の式(3) によ
り水素添加量信号Sv を算出する。
【0024】 Sv =2・q1 ・f1 {1+α(1+x)} ・・・(3) 上記式(3) において、[2]は酸素除去の反応が酸素1
モルに対して水素2モルで行われるための係数であり、
[2・q1 ・f1 ]で水素の理論量が算出される。
[1]は1%の余剰水素を加えるための設定値であり、
xは後述の補正値である。αは係数である。
【0025】例えば、流量が300Nm3 /h、酸素濃
度が5%とすると、[2・q1 ・f1 ]より理論水素量
が30Nm3 /hであり、補正値xが[0]の場合は、
[α(1+x)]から0.3Nm3 /hが得られ、水素
添加量信号Sv として、30.3Nm3 /hが算出され
る(この場合のαは[(2・q1 ・f1 )/100]で
ある)。
【0026】水素添加量信号Sv は、前記同様に流量調
節器F2Cに送られ、流量調節器F2Cが流量計F2T
の流量信号に従って水素流量調節弁4aの開度を調節し
て設定された量の水素を精製器10に導入する。
【0027】精製器10は、粗アルゴンと水素を混合す
る混合器,酸素と水素を反応させる触媒筒等の反応器,
反応により生成した水分を吸着などにより除去する乾燥
器等により構成されており、該精製器10からは、酸素
が除去され、余剰に添加された水素を含む精製アルゴン
が導出される。
【0028】精製アルゴンを導出する導出管5に設けら
れた分析計Q2Tでは、上記精製アルゴン中に含まれる
水素濃度qHが測定され、調節計Q2Cに出力される。
調節計Q2Cでは、設定された余剰水素量1%と水素濃
度qHとのフィードバック制御演算が行われ、制御用出
力信号Mv が出力される。この制御用出力信号Mv は、
水素濃度qHが低ければ小さな値が、水素濃度qHが高
ければ大きな値が出力される。
【0029】上記調節計Q2Cからの出力信号Mv は、
副演算器3aに送られ、該副演算器3aで前記演算器3
の式(3) における補正値xに変換されて演算器3に導入
される。この補正値xは、出力信号Mv の目標値と現在
の出力信号Mv とを比較演算した結果、両者が一致した
ときに[0]を出力し、出力信号Mv が大きければマイ
ナスの値を、出力信号Mv が小さければプラスの値を出
力するよう予め設定しておく。例えば、水素添加量が多
く、前記精製アルゴン中の水素濃度qHが1%より高い
場合は、出力信号Mv の大きな信号により補正値xが現
在より小さい値に設定され、その結果、式(3) からえら
れる水素添加量信号Sv が小さくなり、精製器10への
水素の導入量が減量される。
【0030】上記フィードバック操作は、設定値の1%
と水素濃度qHとが合致し、調節計Q2Cからの出力信
号Mv が出力信号Mv の目標値と一致するまで、即ち副
演算器3aから出力される補正値xが[0]になるまで
行われ、水素濃度qHを設定された1%にする。これに
より、水素の余剰添加量を連続的に一定に保つことがで
き、プロセスの安定運転や製品の品質信頼性の向上が図
れるとともに、前述の安全率を極めて低く設定すること
が可能となるので、水素の使用量も低減することができ
る。
【0031】尚、上記実施例では、粗アルゴンの精製設
備に本発明を適用した例で説明したが、一般的なガス精
製プロセスやガス混合プロセスにも同様に適用すること
が可能であり、各種検出計器や操作機器に定常的に存在
する誤差、及びこれら計器や機器の負荷変動,環境変化
または経年劣化等による特性の変化、さらにはプロセス
の大幅かつ高速度な変動にも適確に追従することができ
る。また、演算における係数には、他の条件、例えば温
度等の環境的条件による補正係数を加えることもでき、
各ガスの流量や組成の変動幅等を考慮して適宜最適な係
数を設定して演算処理させるようにすることができる。
【0032】さらに、上記実施例では、添加ガス量を過
剰に加えた場合であるが、化学量論量よりも少量の添加
ガスを加える場合の制御も同様の制御方法で行うことが
可能である。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
常に最適なガス添加量を得ることができ、ガス精製装置
やガス混合装置等の精製純度または混合比の制御精度を
大幅に向上させることができ、余剰に添加するガスの節
減も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の基本的な制御系統の一例を示す系統
図である。
【図2】 本発明を空気液化分離装置におけるアルゴン
精製設備に適用した一実施例を示す系統図である。
【符号の説明】
1…反応器または混合器 2…供給管 3…演算器
3a…副演算器 4…流量調節系 4a…流量調節弁 5…導出管
10…精製器 F1T,F2T…流量計 Q1T,Q2T…分析計
F2C…流量調節器 Q2C…調節計 Mv …補正用信号 Sv …添
加ガス量信号 f流量信号組成信号

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス供給管から供給される原料ガスに他
    のガスを添加するガス添加装置において、前記ガス供給
    管の原料ガス量を測定する流量計と、流量計の測定値に
    対応する添加ガス量を算出して該添加ガス量に所定の余
    剰添加ガス量を加えた値を算出する演算器と、該演算器
    の出力値に基づいて添加ガスを原料ガスに添加するガス
    添加手段と、該ガス添加手段導出後のガス中の前記添加
    ガスの濃度を測定する分析計とを有し、前記演算器は、
    該分析計で得られた添加ガスの濃度に応じて前記余剰添
    加ガス量を算出する演算部を備えていることを特徴とす
    るガス添加装置。
  2. 【請求項2】 ガス供給管から供給される原料ガス中の
    特定成分の量に応じて他のガスを添加するガス添加装置
    において、前記ガス供給管の原料ガス量を測定する流量
    計と、該原料ガス中の特定成分の濃度を測定する第1分
    析計と、該流量計及び分析計の測定値から算出した特定
    成分の量に対応する添加ガス量を算出して該添加ガス量
    に所定の余剰添加ガス量を加えた値を算出する演算器
    と、該演算器の出力値に基づいて添加ガスを原料ガスに
    添加するガス添加手段と、該ガス添加手段導出後のガス
    中の前記添加ガスの濃度を測定する第2分析計とを有
    し、前記演算器は、該第2分析計で得られた添加ガスの
    濃度に応じて前記余剰添加ガス量を算出する演算部を備
    えていることを特徴とするガス添加装置。
  3. 【請求項3】 ガス供給管から供給される原料ガス中の
    特定成分の量に応じて該特定成分と反応する反応ガスを
    添加するガス添加装置において、前記ガス供給管の原料
    ガス量を測定する流量計と、該原料ガス中の特定成分の
    濃度を測定する第1分析計と、該流量計及び分析計の測
    定値から算出した特定成分の量に対応する添加反応ガス
    量を算出して該添加反応ガス量に所定の余剰添加反応ガ
    ス量を加えた値を算出する演算器と、該演算器の出力値
    に基づいて添加反応ガスを原料ガスに添加するガス添加
    手段と、該ガス添加手段導出後のガス中の前記特定成分
    と添加反応ガス添加とを反応させる反応器と、該反応器
    導出後の添加反応ガスまたは前記特定成分の濃度を測定
    する第2分析計とを有し、前記演算器は、該第2分析計
    で得られた添加反応ガスの濃度に応じて前記余剰反応添
    加ガス量を算出する演算部を備えていることを特徴とす
    るガス添加装置。
  4. 【請求項4】 原料ガス中の特定成分の量に応じてガス
    を添加する方法において、前記原料ガス中の特定成分の
    量に対応する添加ガス量に所定の余剰添加ガス量を加え
    た添加ガスを前記原料ガスに添加するとともに、添加後
    のガス中の前記添加ガスまたは前記特定成分の濃度を測
    定して、該濃度に応じて前記余剰添加ガス量を算出する
    ことを特徴とするガス添加方法。
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