JPH0130521B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は石油化学工業において多用されている
蒸留塔の制御方法に係り、特にその最適化制御方
法に関する。

〔従来の技術〕

一般に蒸留塔においては、製品の純度を規格値
内にすることと、塔底からの製品ロスを無くする
こととが重要である。このため従来は、製品純度
を確保するために、塔頂トレイ温度差（以下、単
に塔頂温度差という）を検出し、この塔頂温度差
が所定の値になるように塔頂製品のリフラツクス
流量（還流流量）を制御している。また、塔底か
らの製品ロスは塔底温度により判断されるため、
この塔底温度を検出し、この温度が所定の値にな
るようにリボイラ流量を手動で制御している。

ところで、蒸留塔への供給液流量が変化すると
塔の熱バランスが崩れ、塔頂製品純度、塔底組成
に影響が出る。このため作業員はリボイラ流量調
節計の設定値を手動で調整して熱バランスを保と
うとする。しかし、系の容量による時間遅れ等に
より、手動ではどうしても変動を避けることはで
きない。

この対策として、供給液流量の変化が生じない
ように前系のレシーバタンクを緩衝装置として用
い、供給液流量を一定に保つたり、蒸留塔が少々
の供給量の変動に対しては影響を受けないように
常時リボイラ量及びリフラツクス量を大目にかけ
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、従来の蒸留塔における運転は、高
い安全率、余裕を見込んだ運転、すなわち、余裕
を持つた製品純度、大目のリボイラ量、リフラツ
クス量による運転であるため、その分余分なエネ
ルギを消費しているという欠点がある。

また、リボイラ量を変化させると塔底液位が変
動し、塔底液面を一定に保とうとすると塔底液抜
出し量を変化させなければならず、これによると
後段の系に悪影響を及ぼすという問題も生じる。

本発明の目的は、塔頂からの製品純度を規格値
に保つとともに、塔底からの製品ロスを極少に
し、しかも、安定に、最小のエネルギで運転を行
え、また後段の系への悪影響を小さなものに抑え
られる蒸留塔の制御方法を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

このため本発明に係る蒸留塔の制御方法は、蒸
留塔の塔底温度を検出し、この検出温度と設定温
度とを比較し、その差に基づきリボイラ流量を一
定量だけ所定時間間隔をおいて増減させて塔底温
度を設定温度近傍に維持するとともに、このリボ
イラ流量の増減と塔頂で検出されるサンプルガス
とに関連させてリフラツクス流量を制御し、か
つ、塔底液面の変動に基づき塔底液の抜出し量を
制御するにあたり、塔底液面の所定範囲内の変動
に対しては塔底液の抜出し量を変化させない不感
帯域を設定して制御することを特徴とするもので
ある。

〔作用〕

リボイラ流量の増減により塔底温度は設定温度
近傍に保たれるように調整され、またリボイラ流
量の変化に伴つてリフラツクス流量が制御される
ため塔頂温度差も設定値近傍に維持され、リボイ
ラ流量、リフラツクス流量が適切量化されること
により省エネルギが図られるとともに、リボイラ
流量と関連してリフラツクス流量が調整されるた
め、もともと相互干渉系となつている蒸留塔内の
塔底温度と塔頂温度差とが適正に制御され、ま
た、リフラツクス流量は塔頂で検出されるサンプ
ルガスによつても制御されるため製品純度の管理
が一層確実に行われる。

また、以上のようにリボイラ流量を増減させ、
これにより塔底液位が変化しても、塔底液面の変
動が所定範囲内にあるときは塔底液抜出し量を変
化させず、このように塔底液の抜出しを不感帯域
を設定して行うため、塔底液抜出し量の変化によ
つて生じる後段の系への悪影響を小さなものに抑
えることができる。

〔実施例〕 以下、本発明の一実施例につき、図面を参照し
て説明する。

第１図には蒸留塔の全体の制御系統図が示され
ている。第１図において、エチレン精留塔等の蒸
留塔１には前系のレシーバタンク２から供給液が
供給されており、この供給液の流量は流量検出器
３で検出され、この流量検出器３からの出力信号
及び前記レシーバタンク２の液面検出器４からの
出力信号により流量調整弁５の開度が制御され、
蒸留塔１への供給液の流量が制御されている。

前記蒸留塔１の塔頂から抜出された製品はコン
プレツサ６により圧縮された後、一部は熱交換器
７及びリボイラ８内を経て製品受槽９に送られ、
また一部はコンプレツサ６の吸込側の圧力を検出
する圧力計１０により制御される弁１１を介して
抜出されるようになつている。

前記リボイラ８を通過してから製品受槽９に至
る管路の途中にはリボイラ加熱流量検出器１２及
び流量調整弁１３が設けられている。この流量調
整弁１３は、前記供給流量検出器３及び塔底温度
検出器１４からの出力信号に基づき実験等により
求められた第１のフイードフオワードモデルに対
応した出力を出す制御器１５からの出力により所
定のリボイラ加熱流量となるように制御され、こ
れによりリボイラ８を経て蒸留塔１に戻るリボイ
ラ流量が適正となるようにされている。

前記製品受槽９内の製品の一部は蒸留塔１の頂
部に還流され、この還流管路の途中にはリフラツ
クス流量検出器１６および流量調整弁１７が設け
られている。この流量調整弁１７は、前記リボイ
ラ加熱流量検出器１２からの出力に基づき実験等
により求められた第２のフイードフオワードモデ
ルに対応した信号を出す制御器１８からの出力及
び塔頂温度差検出調節器１９からの出力により所
定のリフラツクス流量となるように制御されてい
る。また、塔頂部にはプロセスガスクロマトグラ
フイ等からなるサンプルガス検出器２０が設けら
れ、この検出器２０からの出力はアナライザ制御
器２１に入力され、この制御器２１からの出力に
より塔頂温度差検出調節器１９の設定値が適正な
値に変更されるようになつている。

前記蒸留塔１の塔底液抜出し管路の途中には抜
出し流量検出器２２及び流量調整弁２３が設けら
れている。この流量調整弁２３は、塔底液面検出
器２４からの出力信号により所定の不感帯域を有
する不感帯制御器２５を介して制御されるように
なつている。

第２図にはリボイラ流量及びリフラツクス流量
を制御して塔底温度及び塔頂温度差を制御するフ
ロー図が示されている。この図において、フロー
１０１に示される供給液流量変化及びフロー１０
２に示される塔底温度変化があると、制御器１５
によりフロー１０３に示される第１のフイードフ
オワードモデルに従いフロー１０４に示されるリ
ボイラ流量が制御され、フロー１０５に示される
塔底温度が設定値近傍に保たれるようにされてい
る。また、リボイラ流量の変化はフロー１０６に
示される第２のフイードフオワードモデルに従い
リフラツクス流量調整弁１７側に伝達され、フロ
ー１０７に示されるリフラツクス流量が制御され
る。この際、フロー１０７にはフロー１０８に示
される塔頂温度差変化も入力され、これによつて
もリフラツクス流量が制御され、フロー１０９に
示される塔頂温度差が所定の値に制御され、製品
純度が維持される。

ところで、前記塔底温度に基づきリボイラ流量
を制御しようとする場合、従来のようにリボイラ
流量の制御を塔頂温度差制御と別個に、かつ、同
時に制御しようとすれば、蒸留塔１内は相互干渉
系であるため、かえつて系の乱れを招くこととな
る。このため、本発明の実施例では、両者を干渉
することなく制御するため、前述のように制御系
を構成して非干渉制御を可能にしたものである。
これをさらに詳述すれば、塔底温度を検出し、第
３図Ａ，Ｂに示される判定条件のもとで、流量調
整弁１３の開度を制御してリボイラ流量を一定量
だけ、ある時間間隔をおいて増減させて塔底温度
を目的の温度付近に維持し、さらに、このリボイ
ラ流量の制御に関連してリフラツクス流量に第２
のフイードフオワードモデルに従つて制御をか
け、これにより安定化を図つたものである。ここ
において、第３図Ａ，Ｂ中の記号SPは塔底温度
の設定値を表し、PVは実際の値を表しており、
変化とは塔底温度の変化の方向を示している。ま
た、第３図ＡはSP＜PV、すなわち、設定値より
実際の値が高い場合の制御状態を示し、第３図Ｂ
はSP＞PV、すなわち、設定値より実際の値が低
い場合の制御状態を示している。

第３図Ａにおいて、実際の値の方が高い状態
で、塔底温度が上昇傾向を示すか、同じ状態を保
持している場合はリボイラ流量を減少させて塔底
温度が下降するように制御し、一方、塔底温度が
下降傾向にあればリボイラ流量を変えることなく
維持し、塔底温度が下降して設定値に近づくのを
待つこととなる。また、第３図Ｂにおいて、実際
の値の方が低い状態で、塔底温度が上昇傾向にあ
ればリボイラ流量を変えることなく維持し、塔底
温度が上昇して設定値に近づくのを待ち、一方、
塔底温度が同じ状態を保持しているか、下降傾向
にあれば、リボイラ流量を増加させて塔底温度が
上昇するように制御することとなる。なお、塔底
温度制御におけるリボイラ流量の増減量の最適値
及び所定時間間隔（演算時間間隔）は、実験によ
り当該プラントに最適な値を決定しておくものと
する。

このようにして塔底温度をリボイラ流量の増減
で制御すると、リボイラ流量が変化したとき塔底
液位が変化する。このため、塔底液面を従来のよ
うに一定に保とうとすると、塔底液抜出し量を変
えざるを得ず、塔底液抜出し量が変動することと
なる。しかし、塔底液抜出し量が変動すると、後
段の系、例えば燃料ガス系に悪影響を及ぼすこと
となる。

そこで、本発明の実施例では抜出し量の変動を
極力少なくするため、第４図に示されるように、
塔底液面の変動をある範囲内においては無視し、
抜出し量を変えないよう不感帯を設け、この不感
帯を越えて液面が変動した場合のみ抜出し量を増
減するように制御し、後段の系への影響を極めて
少なくした。この目的で設けられたのが第１図の
不感帯制御器２５である。

以上で蒸留塔プラントの最適化制御は一応満足
されるが、真の最適状態確保のためには、目的変
数を前述のように塔頂温度差ではなく、製品純度
とする必要がある。このため、本発明の実施例で
は塔頂温度差検出調節器１９の上位に製品純度調
節計としてのアナライザ制御器２１を設け、いわ
ゆるアナライザ制御を行なえるようにされてい
る。この制御器２１による制御演算は、サンプル
ガス検出器２０からのサンプリングに合わせ、純
度の変化により塔頂温度差検出調節器１９の設定
値を変更するようにされている。

上述のような本発明の実施例によれば、供給液
流量及び塔底温度の変化に基づき第１のフイード
フオワードモデルを介してリボイラ流量が制御さ
れ、塔底温度がほぼ設定値近傍に保つようにされ
るとともに、リフラツクス流量は、このリボイラ
流量の変動に基づき第２のフイードフオワードモ
デルを介した信号及び塔頂温度差変化の信号によ
り制御されるから、リボイラ流量及びリフラツク
ス流量は常に適正な値に保たれ、これらのかけす
ぎに起因する運転コストの増大分を削減でき、シ
ステムの運転コストを大幅に低減できる。また、
塔頂温度差検出調節器１９の設定値はアナライザ
制御器２１によりサンプルガスの純度に対応して
制御されるから、常に安定した純度の製品を得る
ことができる。さらに、塔底液の抜出し量は不感
帯制御器２５により制御されるから、後段の系へ
の悪影響を回避できる。

なお、実施にあたり、前系のレシーバタンク２
等の作用により供給液流量を安定させることがで
きれば、供給液流量に基づく制御はしなくてもよ
い。また、アナライザ制御器２１による自動制御
を手動制御にしてもよい。さらに、本発明はエチ
レン精留塔、脱プロパン塔、その他の蒸留塔に適
用できる。

〔発明の効果〕

上述のように本発明の方法によれば、製品純度
を規格値に保つことおよび製品ロスを削減するこ
とを達成しながら省エネルギを図ることができ、
従つて蒸留塔の運転コストを低減でき、また、塔
底液の抜出しは不感帯域を設定して行われるた
め、後段の系に及ぼす悪影響を小さなものに抑え
ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す制御系統図、
第２図はその要部の制御フロー図、第３図Ａ，Ｂ
は本発明のリボイラ制御に用いられる判定条件の
説明図、第４図は本発明中の不感帯制御を説明す
る線図である。 １……蒸留塔、３……流量検出器、８……リボ
イラ、１２……リボイラ加熱流量検出器、１３…
…流量調整弁、１４……塔底温度検出器、１６…
…リフラツクス流量検出器、１７……流量調整
弁、１９……塔頂温度差検出調節器、２０……サ
ンプルガス検出器、２１……アナライザ制御器、
２２……抜出し流量検出器、２３……流量調整
弁、２４……塔底液面検出器、２５……不感帯制
御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 蒸留塔の塔底温度を検出し、この検出温度と
   設定温度とを比較し、その差に基づきリボイラ流
   量を一定量だけ所定時間間隔をおいて増減させて
   塔底温度を設定温度近傍に維持するとともに、こ
   のリボイラ流量の増減と塔頂で検出されるサンプ
   ルガスとに関連させてリフラツクス流量を制御
   し、かつ、塔底液面の変動に基づき塔底液の抜出
   し量を制御するにあたり、塔底液面の所定範囲内
   の変動に対しては塔底液の抜出し量を変化させな
   い不感帯域を設定して制御することを特徴とする
   蒸留塔の制御方法。