JPS6247406B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6247406B2 JPS6247406B2 JP11761681A JP11761681A JPS6247406B2 JP S6247406 B2 JPS6247406 B2 JP S6247406B2 JP 11761681 A JP11761681 A JP 11761681A JP 11761681 A JP11761681 A JP 11761681A JP S6247406 B2 JPS6247406 B2 JP S6247406B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flow rate
- fuel gas
- concentration
- reboiler
- measured
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は２種以上の可燃性ガスを含む燃料ガス
により加熱するリボイラーを備えた蒸留塔を制御
する方法に関するものである。
により加熱するリボイラーを備えた蒸留塔を制御
する方法に関するものである。
化学プロセスの分野における省エネルギー化制
御も、最近のデイジタル制御システムの普及によ
り増々一般化してきている。また、これと同時に
制御の手法とも言えるセンサー，アクチユエータ
の進歩、実プロセスでの応用にも関心が高まつて
きている。
御も、最近のデイジタル制御システムの普及によ
り増々一般化してきている。また、これと同時に
制御の手法とも言えるセンサー，アクチユエータ
の進歩、実プロセスでの応用にも関心が高まつて
きている。
従来のこの種の蒸留塔の制御方法の一例を、第
１図を参照して説明すると、図において、１は原
料タンクで、その原料は蒸留塔２に供給される。
そして、蒸留塔２内に供給された原料は気液分離
され、液体は塔底部３へ送出され、また、気体は
塔頂部４へと送出される。この塔頂部４からの塔
頂成分はコンデンサ５により凝縮され、還流タン
ク６を経由して、一部は蒸留塔２に還流され、残
りは外部に抜き出される。
１図を参照して説明すると、図において、１は原
料タンクで、その原料は蒸留塔２に供給される。
そして、蒸留塔２内に供給された原料は気液分離
され、液体は塔底部３へ送出され、また、気体は
塔頂部４へと送出される。この塔頂部４からの塔
頂成分はコンデンサ５により凝縮され、還流タン
ク６を経由して、一部は蒸留塔２に還流され、残
りは外部に抜き出される。
このように、蒸留塔２にて塔頂部４からの留出
液および塔底部３からの塔底液とにそれぞれ分離
され、外部に抜き出される。
液および塔底部３からの塔底液とにそれぞれ分離
され、外部に抜き出される。
そして、この塔頂部４からの留出液および塔底
部５からの塔底液の一部は塔温度の制御のためそ
れぞれ蒸留塔２に還流されるように構成され、塔
底液は、例えば、管炉形式のリボイラー７によつ
て加熱される。このリボイラー７の加熱源は燃料
ガス８であり、この燃料ガス８は絞り（オリフイ
ス）により流量が測定され、かつその流量は制御
されるように構成されている。また、この燃料ガ
ス８は２種以上の成分を含む混合ガスからなつて
いる。
部５からの塔底液の一部は塔温度の制御のためそ
れぞれ蒸留塔２に還流されるように構成され、塔
底液は、例えば、管炉形式のリボイラー７によつ
て加熱される。このリボイラー７の加熱源は燃料
ガス８であり、この燃料ガス８は絞り（オリフイ
ス）により流量が測定され、かつその流量は制御
されるように構成されている。また、この燃料ガ
ス８は２種以上の成分を含む混合ガスからなつて
いる。
しかしながら、このような蒸留塔の制御方法に
おいては、蒸留塔２の塔頂部４の温度／還流流量
のカスケード制御，加熱炉燃料一定の一般的なも
のであるため、 塔頂部，塔底部の相互干渉により安定度が難
しい。
おいては、蒸留塔２の塔頂部４の温度／還流流量
のカスケード制御，加熱炉燃料一定の一般的なも
のであるため、 塔頂部，塔底部の相互干渉により安定度が難
しい。
燃料ガス組成が変動し、大きな外乱となる。
により、安定化と安全のため過剰還流，過剰燃料
による運転をせざるを得なかつた。
による運転をせざるを得なかつた。
本発明は以上の点に鑑み、このような問題を解
決すべくなされた蒸留塔の制御方法を提供するも
ので、リボイラーへ供給する燃料ガス組成の変動
に伴うカロリー変化および流量計の計測誤差を燃
料ガスを分析して蒸留塔を制御する方法であり、
ガス成分の変動とカロリー変化，流量変化との相
関に基いて燃料ガスをノーマル状態に補正するよ
うにしたものである。
決すべくなされた蒸留塔の制御方法を提供するも
ので、リボイラーへ供給する燃料ガス組成の変動
に伴うカロリー変化および流量計の計測誤差を燃
料ガスを分析して蒸留塔を制御する方法であり、
ガス成分の変動とカロリー変化，流量変化との相
関に基いて燃料ガスをノーマル状態に補正するよ
うにしたものである。
以下、図面に基づき本発明の実施例を詳細に説
明する。
明する。
まず、実施例を説明する前に、本発明の理解を
容易にするため、本発明の原理について説明す
る。燃料ガス組成の変化は燃料ガスのカロリー変
化と密度変化の２つの過程により蒸留塔への給熱
量の変化をもたらし外乱となる。そこで、本発明
においては、ガス組成を検出し、この２つの影響
による給熱量の乱れを補正するようにしたもので
ある。
容易にするため、本発明の原理について説明す
る。燃料ガス組成の変化は燃料ガスのカロリー変
化と密度変化の２つの過程により蒸留塔への給熱
量の変化をもたらし外乱となる。そこで、本発明
においては、ガス組成を検出し、この２つの影響
による給熱量の乱れを補正するようにしたもので
ある。
まず、リボイラーへ供給する燃料ガスとして
は、水素（H2）とメタン（CH4），水素（H2）と一
酸化炭素（CO），水素（H2）とメタン系炭火水素
（ＣoＨ2o+2），水素（H2）とエチレン系炭化水素
（ＣoＨ2o）等の混合ガスまたはメタン（CH4）と
エタン（C2H6），メタン（CH4）とプロパン
（C3H3）等との混合ガスがあるが、燃料ガスの一
例としてメタン（以下、CH4と呼称する）と水素
（H2）を主成分とし、少量の一酸化炭素（CO），
窒素（N2）などを含む混合ガス、例えばコークス
炉ガス（COG）について、ラボ・データを調べ
ると、燃料ガス単位当りの発熱量ＨsはCH4濃度
と熱入力の関係を示す説明図である第２図に示す
ように、CH4濃度の関数となつていることが判明
した。また、オリフイスによる流量測定では組成
変動による密度変化により計測誤差が生ずる。
は、水素（H2）とメタン（CH4），水素（H2）と一
酸化炭素（CO），水素（H2）とメタン系炭火水素
（ＣoＨ2o+2），水素（H2）とエチレン系炭化水素
（ＣoＨ2o）等の混合ガスまたはメタン（CH4）と
エタン（C2H6），メタン（CH4）とプロパン
（C3H3）等との混合ガスがあるが、燃料ガスの一
例としてメタン（以下、CH4と呼称する）と水素
（H2）を主成分とし、少量の一酸化炭素（CO），
窒素（N2）などを含む混合ガス、例えばコークス
炉ガス（COG）について、ラボ・データを調べ
ると、燃料ガス単位当りの発熱量ＨsはCH4濃度
と熱入力の関係を示す説明図である第２図に示す
ように、CH4濃度の関数となつていることが判明
した。また、オリフイスによる流量測定では組成
変動による密度変化により計測誤差が生ずる。
ここで、組成が変動するというのは、コークス
炉ガス（COG），転炉ガス（LDG）および石油精
製排ガス，石油化学の排ガスなどの副生ガスを燃
料ガスとして使用する際、しばしば生ずるもので
あり、バツフアータンクの容量が小さいものにお
いては通常起ることである。このような際、燃料
ガスの全組成を測定して発熱量を計算するか、あ
るいは発熱量試験を随時行えば、供給熱量を制御
することは可能であるが、このような測定または
試験はかなり手間を要し、組成がしばしば変動す
る燃料ガスについては対応しきれないという問題
を生ずる。
炉ガス（COG），転炉ガス（LDG）および石油精
製排ガス，石油化学の排ガスなどの副生ガスを燃
料ガスとして使用する際、しばしば生ずるもので
あり、バツフアータンクの容量が小さいものにお
いては通常起ることである。このような際、燃料
ガスの全組成を測定して発熱量を計算するか、あ
るいは発熱量試験を随時行えば、供給熱量を制御
することは可能であるが、このような測定または
試験はかなり手間を要し、組成がしばしば変動す
る燃料ガスについては対応しきれないという問題
を生ずる。
そこで、本発明にあつては、発熱量が過半以上
を占める１つの可燃性ガスに着目し、これを測定
することによつて、制御しようとするものであ
る。この着目成分としては発熱量が燃料ガスの発
熱量の過半を占めるものであり、好ましくは単位
発熱量が著しく高いものであり、かつ密度の高い
ものである。この着目成分の濃度を直接または間
接的に測定し、これにより燃料ガスの密度を算出
する。そして、この着目成分の測定には直接的と
間接的の２通りあり、直接的に行う場合には赤外
線（IR），ガスクロマトグラフイ（GC）などに
よつて行なわれ、間接的に行う場合には、２成分
系の場合は他の成分を測つてもよいし、また、不
燃ガスを測るだけで、測定できれば、それでもよ
い。例えば、N2、CH4、H2からなるガスであつ
て、CH4／H2比が一定のときなどである。
を占める１つの可燃性ガスに着目し、これを測定
することによつて、制御しようとするものであ
る。この着目成分としては発熱量が燃料ガスの発
熱量の過半を占めるものであり、好ましくは単位
発熱量が著しく高いものであり、かつ密度の高い
ものである。この着目成分の濃度を直接または間
接的に測定し、これにより燃料ガスの密度を算出
する。そして、この着目成分の測定には直接的と
間接的の２通りあり、直接的に行う場合には赤外
線（IR），ガスクロマトグラフイ（GC）などに
よつて行なわれ、間接的に行う場合には、２成分
系の場合は他の成分を測つてもよいし、また、不
燃ガスを測るだけで、測定できれば、それでもよ
い。例えば、N2、CH4、H2からなるガスであつ
て、CH4／H2比が一定のときなどである。
いま、設計密度γのオリフイスにおいて、密度
γ′の流体が測定流量Ｖとして検出されたとする
と、補正流量V′は V′＝Ｖ√′ ……(1) と表わせる。なお、この場合、リボイラーへ供給
する燃料ガスの温度および圧力は一定と見てよ
く、この分の補正は不要である。
γ′の流体が測定流量Ｖとして検出されたとする
と、補正流量V′は V′＝Ｖ√′ ……(1) と表わせる。なお、この場合、リボイラーへ供給
する燃料ガスの温度および圧力は一定と見てよ
く、この分の補正は不要である。
このように、リボイラー加熱用燃料ガスのCH4
濃度を測定し、このCH4濃度の変化に伴うリボイ
ラー加熱用燃料ガスの密度変化による測定流量の
補正を上記(1)式によつて行う。
濃度を測定し、このCH4濃度の変化に伴うリボイ
ラー加熱用燃料ガスの密度変化による測定流量の
補正を上記(1)式によつて行う。
以上の燃料ガス単位体積当りの発熱量Ｈsは
CH4濃度の関数となつていることと、オリフイス
による流量測定では組成変動による密度変化によ
り計測誤差が生ずるという２つより、ガス組成が
変動したことは制御系にとつて発熱量Ｈs→Ｈ
s′，密度γ→γ′に変化したと考えればよいた
め、蒸留塔への給熱量Q′は Q′＝ηＨs′V′＝ηＨs′Ｖ√′ ……(2) で推定できる。ただし、ηは加熱炉の効率であ
る。
CH4濃度の関数となつていることと、オリフイス
による流量測定では組成変動による密度変化によ
り計測誤差が生ずるという２つより、ガス組成が
変動したことは制御系にとつて発熱量Ｈs→Ｈ
s′，密度γ→γ′に変化したと考えればよいた
め、蒸留塔への給熱量Q′は Q′＝ηＨs′V′＝ηＨs′Ｖ√′ ……(2) で推定できる。ただし、ηは加熱炉の効率であ
る。
そして、前述の着目成分の濃度を直接または間
接的に測定し、これによりリボイラーへ供給する
燃料ガスの密度を算出するという工程で測定した
着目成分の濃度からリボイラーへ供給する燃料ガ
スの単位容積当りの発熱量Ｈs′を次式より算出す
る。
接的に測定し、これによりリボイラーへ供給する
燃料ガスの密度を算出するという工程で測定した
着目成分の濃度からリボイラーへ供給する燃料ガ
スの単位容積当りの発熱量Ｈs′を次式より算出す
る。
Ｈs′＝ｆ×〔Ｃ′〕／〔Ｃ〕×Ｈs ……(3)
ただし、〔Ｃ〕は着目成分の基準（設計）濃
度，〔C′〕は着目成分の測定濃度，Ｈsは〔Ｃ〕の
ときの発熱量，ｆは定数 このガス組成変動に伴う発熱量Ｈsと密度γの
変化をCH4濃度とＨs′／√についてプロツトす
ると第２図に示すように良い線形性を得ることが
できる。なお、この第２図において、・印はCH4
の体積濃度（横軸）に対する発熱量Ｈsを示した
ものであり、Γ印はCH4の体積濃度（横軸）に対
するＨs′／√′を示したものである。
度，〔C′〕は着目成分の測定濃度，Ｈsは〔Ｃ〕の
ときの発熱量，ｆは定数 このガス組成変動に伴う発熱量Ｈsと密度γの
変化をCH4濃度とＨs′／√についてプロツトす
ると第２図に示すように良い線形性を得ることが
できる。なお、この第２図において、・印はCH4
の体積濃度（横軸）に対する発熱量Ｈsを示した
ものであり、Γ印はCH4の体積濃度（横軸）に対
するＨs′／√′を示したものである。
したがつて、
Ｈs′／√′＝α〔CH4〕 ……(4)
ただし、αは比例定数、〔CH4〕はCH4濃度であ
る。
る。
と置き、基準組成に換算した燃料流量Vdは
Ｖd＝〔ＣＨ４〕／〔ＣＨ４〕ｄＶ ……(5)
ただし、Ｖは赤補正流量、〔CH4〕dは基準CH4
濃度である。
濃度である。
にて表わされる。
このように、CH4濃度変化に伴うリボイラー加
熱用燃料ガスの単位体積当りの発熱量、したがつ
て、上記(1)式による補正の結果とから蒸留塔への
給熱量は変わる。このCH4濃度の変化による給熱
量の変化をなくすようリボイラー流体の流量はあ
る基準のCH4濃度において規定流量を与えたとき
と同じになるよう上記(5)式にしたがいその流量を
制御するように構成されている。
熱用燃料ガスの単位体積当りの発熱量、したがつ
て、上記(1)式による補正の結果とから蒸留塔への
給熱量は変わる。このCH4濃度の変化による給熱
量の変化をなくすようリボイラー流体の流量はあ
る基準のCH4濃度において規定流量を与えたとき
と同じになるよう上記(5)式にしたがいその流量を
制御するように構成されている。
また、実際のリボイラーへ供給する燃料ガスに
おけるCH4濃度とガス密度の関係は逆特性，CH4
濃度と発熱量の関係は正特性なため、組成変動に
よる熱入力の誤差を示す説明図である第３図に示
すように、濃度変化の領域イとカロリー変化の領
域ロの２つの誤差が加算されて大きな外乱となつ
てしまうことがある。
おけるCH4濃度とガス密度の関係は逆特性，CH4
濃度と発熱量の関係は正特性なため、組成変動に
よる熱入力の誤差を示す説明図である第３図に示
すように、濃度変化の領域イとカロリー変化の領
域ロの２つの誤差が加算されて大きな外乱となつ
てしまうことがある。
この発明の制御方法は、前述の燃料ガス単位体
積当りの発熱量ＨsはCH4濃度の関数となつてい
ることと、オリフイスによる流量測定では組成変
動による密度変化により計測誤差が生ずるとい
う、これら２つの補正がCH4濃度を用いて上記(5)
式になるような簡単な形になることを利用して、
燃料ガス流量の値Ｖを Ｖd＝β〔CH4〕Ｖ ……(6) ただし、βは比例定数である。
積当りの発熱量ＨsはCH4濃度の関数となつてい
ることと、オリフイスによる流量測定では組成変
動による密度変化により計測誤差が生ずるとい
う、これら２つの補正がCH4濃度を用いて上記(5)
式になるような簡単な形になることを利用して、
燃料ガス流量の値Ｖを Ｖd＝β〔CH4〕Ｖ ……(6) ただし、βは比例定数である。
にて補正した後（Ｖd）、流量制御（≒給熱量制
御）するよう構成したものである。
御）するよう構成したものである。
すなわち、リボイラーへ供給する燃料ガスの流
量を前述の(1)式と(3)式によつて得られた補正を加
えて供給熱量を一定とするように構成されてい
る。
量を前述の(1)式と(3)式によつて得られた補正を加
えて供給熱量を一定とするように構成されてい
る。
これについて詳記すれば、まず、リボイラーへ
供給する燃料ガスの密度は組成が変動すれば、そ
れに伴い変化する。
供給する燃料ガスの密度は組成が変動すれば、そ
れに伴い変化する。
一方、オリフイスによる流量の計測は被測定流
体の流量が変らなくてもその密度が変わると計測
値は変わる。これが計測誤差である。
体の流量が変らなくてもその密度が変わると計測
値は変わる。これが計測誤差である。
このため、設計密度γのオリフイスでは、密度
γ′の流体が流量Ｖとして検出されたとき、真の
流量値としては補正後の流量V′を用いなければ
ならない。そして、この補正流量V′は前述の(1)
式で与えられる。
γ′の流体が流量Ｖとして検出されたとき、真の
流量値としては補正後の流量V′を用いなければ
ならない。そして、この補正流量V′は前述の(1)
式で与えられる。
つぎに、組成が変動すれば、単位体積当りの発
熱量Ｈsも変わる。したがつて、組成が変動する
と蒸留塔への給熱量Ｑは変わる。
熱量Ｈsも変わる。したがつて、組成が変動する
と蒸留塔への給熱量Ｑは変わる。
いま、設計密度がγで、燃料流量がＶdである
ときの給熱量をＱsとおくと、 Ｑs＝ηＨsＶd ここで、Ｈsは設計密度γにおける単位体積当
りの発熱量である。
ときの給熱量をＱsとおくと、 Ｑs＝ηＨsＶd ここで、Ｈsは設計密度γにおける単位体積当
りの発熱量である。
となり、一方、密度がγ′になつたとすると、蒸
留塔への給熱量Q′は Q′＝ηＨs′Ｖd となる。
留塔への給熱量Q′は Q′＝ηＨs′Ｖd となる。
しかるに、流量の計測値は設計密度γのオリフ
イスでは密度γ′に対しては燃料流量Ｖdではなく
て、未補正流量Ｖとして検出される。このため、
計測値を補正して、給熱量の演算に供しなければ
ならない。その補正流量は で与えられる。
イスでは密度γ′に対しては燃料流量Ｖdではなく
て、未補正流量Ｖとして検出される。このため、
計測値を補正して、給熱量の演算に供しなければ
ならない。その補正流量は で与えられる。
となる。
一方、実測によれば、Ｈs′／√′はCH4の濃
度（Vol％）に比例する。
度（Vol％）に比例する。
すなわち、前述の(4)式のように、Ｈs′／√′
＝α〔CH4〕で表わされる。
＝α〔CH4〕で表わされる。
したがつて、基準組成＝基準濃度〔CH4〕d（こ
のときの密度＝γ）においては、 Ｈs／√＝α〔CH4〕d ゆえ、 から、Ｈs′を求め、給熱量Q′を求めると Q′＝η・Ｈs・〔ＣＨ４〕／〔ＣＨ４〕ｄ・Ｖ となる。
のときの密度＝γ）においては、 Ｈs／√＝α〔CH4〕d ゆえ、 から、Ｈs′を求め、給熱量Q′を求めると Q′＝η・Ｈs・〔ＣＨ４〕／〔ＣＨ４〕ｄ・Ｖ となる。
このことから、濃度の変化にかかわらず給熱量
をＱs＝ηＨsＶdのときと同量に保つよう制御す
るためには ηＨs・〔ＣＨ４〕／〔ＣＨ４〕ｄＶ＝η・Ｈs・Ｖd にしたがつて、その流量を制御すればよい。
をＱs＝ηＨsＶdのときと同量に保つよう制御す
るためには ηＨs・〔ＣＨ４〕／〔ＣＨ４〕ｄＶ＝η・Ｈs・Ｖd にしたがつて、その流量を制御すればよい。
そして、前述の(5)式はこれから出てきている。
また、前述の(6)式は(5)式の基準CH4濃度〔CH4〕d
が一定値なることから比例定数βで表わしたもの
である。
また、前述の(6)式は(5)式の基準CH4濃度〔CH4〕d
が一定値なることから比例定数βで表わしたもの
である。
要するに、流量計による計測値Ｖが
〔ＣＨ４〕ｄ／〔ＣＨ４〕・Ｖd＝Ｖｄ／β〔ＣＨ４
〕 になるようにその流量が制御される。
〕 になるようにその流量が制御される。
つぎに、この本発明の具体的な実施方法の一例
を第４図によつて説明する。なお、この第４図に
示す実施例においては、フイード量（原料供給
量）の変化などによつて上述した給熱量を一定値
で与えておくものにおいては、塔底温度が変わる
ので、かかる外乱により温度変化をも併せてリボ
イラーに供給する燃料ガスの制御により制御して
いる例を示すものである。
を第４図によつて説明する。なお、この第４図に
示す実施例においては、フイード量（原料供給
量）の変化などによつて上述した給熱量を一定値
で与えておくものにおいては、塔底温度が変わる
ので、かかる外乱により温度変化をも併せてリボ
イラーに供給する燃料ガスの制御により制御して
いる例を示すものである。
組成補償用制御器の構成例を示す第４図におい
て、実線はハード配線の演算ブロツクを示したも
のであり、点線はソフト配線を示したものであ
る。そして、９は流量発信器、１０は濃度計で、
この流量発信器９からは流量に応じた空気圧の信
号Ｘが、濃度計１０からはその出力信号Ｙがそれ
ぞれスロツト“１”の演算ブロツクに送出され、
この演算ブロツクにおいてK1√Ｙ＋Ｋの演算
を行い、出力として燃料ガス流量PVをスロツト
“２”の演算ブロツクに送出する。一方、塔底温
度検出部１１からの温度情報はスロツト“３”の
演算ブロツクの温度を一定に保つ制御回路に送出
され、設定値SPと比較してバイアス制御が行な
われ、所要の設定値SPとして上記スロツト
“２”演算ブロツクに送出される。
て、実線はハード配線の演算ブロツクを示したも
のであり、点線はソフト配線を示したものであ
る。そして、９は流量発信器、１０は濃度計で、
この流量発信器９からは流量に応じた空気圧の信
号Ｘが、濃度計１０からはその出力信号Ｙがそれ
ぞれスロツト“１”の演算ブロツクに送出され、
この演算ブロツクにおいてK1√Ｙ＋Ｋの演算
を行い、出力として燃料ガス流量PVをスロツト
“２”の演算ブロツクに送出する。一方、塔底温
度検出部１１からの温度情報はスロツト“３”の
演算ブロツクの温度を一定に保つ制御回路に送出
され、設定値SPと比較してバイアス制御が行な
われ、所要の設定値SPとして上記スロツト
“２”演算ブロツクに送出される。
このスロツト“２”の演算ブロツクにて所要の
PID動作（比例・積分・微分動作）が行われ、燃
料ガスのバルブの制御信号として流量調節弁１２
に送られ、これを制御する。なお、第４図におい
て、１３（FIC）は流量インジケータコントロー
ラを示し、また、１４（TIC）は温度インジケー
タコントローラを示す。
PID動作（比例・積分・微分動作）が行われ、燃
料ガスのバルブの制御信号として流量調節弁１２
に送られ、これを制御する。なお、第４図におい
て、１３（FIC）は流量インジケータコントロー
ラを示し、また、１４（TIC）は温度インジケー
タコントローラを示す。
第５図は塔頂部と塔底部の相互干渉を軽減する
ためにクロスコントローラを導入した本発明の実
施例を示すブロツク図である。
ためにクロスコントローラを導入した本発明の実
施例を示すブロツク図である。
改良された蒸留塔制御系の構成例を示す第５図
において、第１図および第４図と同一符号のもの
は相当部分を示し、１５は流量発信器９からの信
号Ｘと濃度計１０からの信号Ｙを第４図のスロツ
ト“１”の演算ブロツクに示すようにK1√Ｙ
＋Ｋの掛算を行う乗算器で、これらは第４図のス
ロツト“１”の演算ブロツクに対応する。蒸留塔
２の塔底部３における塔底温度検出部１１からの
温度情報を入力とする温度インジケータコントロ
ーラ１４ａは第４図のスロツト“３”の演算ブロ
ツクに対応する。また、乗算器１５からの燃料ガ
ス流量PVと温度インジケータコントローラ１４
ａよりの設定値SPを入力とし、その出力によつ
て流量調節弁１２を制御する流量インジケータコ
ントローラ１３ａは第４図のスロツト“２”の演
算ブロツクに対応する。
において、第１図および第４図と同一符号のもの
は相当部分を示し、１５は流量発信器９からの信
号Ｘと濃度計１０からの信号Ｙを第４図のスロツ
ト“１”の演算ブロツクに示すようにK1√Ｙ
＋Ｋの掛算を行う乗算器で、これらは第４図のス
ロツト“１”の演算ブロツクに対応する。蒸留塔
２の塔底部３における塔底温度検出部１１からの
温度情報を入力とする温度インジケータコントロ
ーラ１４ａは第４図のスロツト“３”の演算ブロ
ツクに対応する。また、乗算器１５からの燃料ガ
ス流量PVと温度インジケータコントローラ１４
ａよりの設定値SPを入力とし、その出力によつ
て流量調節弁１２を制御する流量インジケータコ
ントローラ１３ａは第４図のスロツト“２”の演
算ブロツクに対応する。
そして、１６はレベルインジケータコントロー
ラで、その出力によつて塔底部３から外部に抜き
出される塔底液流量を調節する流量調節弁１７を
制御するように構成れている。１８はレベルコン
トローラ、１９は塔頂部４における塔頂温度検出
部２０からの温度情報を入力とする温度インジケ
ータ１４ｂの出力と、乗算器１５の出力をクロ
ス・コントローラ２１を介した出力とを加算する
加算器で、その出力は流量インジケータコントロ
ーラ１３ｂに送出されるように構成されている。
なお、２２はガス・アナライザである。
ラで、その出力によつて塔底部３から外部に抜き
出される塔底液流量を調節する流量調節弁１７を
制御するように構成れている。１８はレベルコン
トローラ、１９は塔頂部４における塔頂温度検出
部２０からの温度情報を入力とする温度インジケ
ータ１４ｂの出力と、乗算器１５の出力をクロ
ス・コントローラ２１を介した出力とを加算する
加算器で、その出力は流量インジケータコントロ
ーラ１３ｂに送出されるように構成されている。
なお、２２はガス・アナライザである。
つぎにこの第５図に示す実施例の動作を説明す
る。まず、この実施例では留出液を制御する蒸留
塔２の塔頂部４を主体に考え、燃料ガス流量変化
を動的補償した後、還流流量の設定値に加算する
ように構成されている。そして、クロスコントロ
ーラ２１は実際上の効果と調整の容易さの点から
１次のおくれ／すすみの形としている。
る。まず、この実施例では留出液を制御する蒸留
塔２の塔頂部４を主体に考え、燃料ガス流量変化
を動的補償した後、還流流量の設定値に加算する
ように構成されている。そして、クロスコントロ
ーラ２１は実際上の効果と調整の容易さの点から
１次のおくれ／すすみの形としている。
実プロセスの場合、完全な非干渉化はあり得ら
いため燃料流量を不必要に変化させないために、
塔底温度制御には、一定周期毎に塔底温度をサン
プリングし、その値と変化率とにより判断し、リ
ボイラー７へ供給する燃料ガスの流量を微調する
アルゴリズムを済用している。
いため燃料流量を不必要に変化させないために、
塔底温度制御には、一定周期毎に塔底温度をサン
プリングし、その値と変化率とにより判断し、リ
ボイラー７へ供給する燃料ガスの流量を微調する
アルゴリズムを済用している。
つぎに、この制御方法について説明すると、ま
ず、燃料ガス組成変動の検出には、前述したよう
に、組成が変動するのはコークス炉ガス
（COG），転炉ガス（LDG）および石油精製排ガ
ス，石油化学の排ガスなどの副性ガスが主体であ
り、その着目成分としては、発熱量が高いもの、
好ましくはこの濃度により発熱量が決まるもの、
すなわち、量が多く、発熱量が著しく高いもので
あり、密度差の高いものに着目して行なわれる。
そして、この着目成分の測定には直接的と間接的
の２通りあり、直接的に行う場合には赤外線
（IR），ガスクロマトグラフイ（GC）などによつ
て行なわれ、間接的に行う場合には、２成分系の
場合は他の成分を測つてもよいし、または、不燃
ガスを測るだけで測定できればそれでもよく、例
えば、N2、CH4、H2からなるガスであつて、
CH4／H2比が一定のときなどである。
ず、燃料ガス組成変動の検出には、前述したよう
に、組成が変動するのはコークス炉ガス
（COG），転炉ガス（LDG）および石油精製排ガ
ス，石油化学の排ガスなどの副性ガスが主体であ
り、その着目成分としては、発熱量が高いもの、
好ましくはこの濃度により発熱量が決まるもの、
すなわち、量が多く、発熱量が著しく高いもので
あり、密度差の高いものに着目して行なわれる。
そして、この着目成分の測定には直接的と間接的
の２通りあり、直接的に行う場合には赤外線
（IR），ガスクロマトグラフイ（GC）などによつ
て行なわれ、間接的に行う場合には、２成分系の
場合は他の成分を測つてもよいし、または、不燃
ガスを測るだけで測定できればそれでもよく、例
えば、N2、CH4、H2からなるガスであつて、
CH4／H2比が一定のときなどである。
そして、制御ループは前述の第４図に示すよう
に、３つの演算ブロツク（スロツトと呼称する）
に割り当てており、各スロツト間の結合／分離は
各々のスロツトの持つ制御モード（カスケード，
オート，マニユアル）の切換えにより簡単に実施
することができる。
に、３つの演算ブロツク（スロツトと呼称する）
に割り当てており、各スロツト間の結合／分離は
各々のスロツトの持つ制御モード（カスケード，
オート，マニユアル）の切換えにより簡単に実施
することができる。
そして、ガス組成変動補正は前述の第４図に示
すように構成したが、操作の上では ａ ノーマル時 スロツト“１”（乗算）：カスケード，補正前
流量ＶとCH4濃度表示，補正値（補正流量）
Ｖdを出力し。
すように構成したが、操作の上では ａ ノーマル時 スロツト“１”（乗算）：カスケード，補正前
流量ＶとCH4濃度表示，補正値（補正流量）
Ｖdを出力し。
スロツト“２”（PID）：カスケード，Ｖd表
示，流量制御。
示，流量制御。
ｂ 赤外線分析計休止時（副成ガス生成プラント
停止時，分析計メンテナンス時等） スロツト“１”：オート，基準CH4濃度
〔CH4〕dにセツトされる。
停止時，分析計メンテナンス時等） スロツト“１”：オート，基準CH4濃度
〔CH4〕dにセツトされる。
スロツト“２”：ａと同じ。
のように、補正演算スロツトの制御モードの切換
だけで簡単に補正の実行／停止ができるため、操
作者にも違和感なくアドバンスト制御が受け入れ
られる。また、非干渉化制御についてもプラント
のスタート・アツプ，シヤツト・ダウン時などに
応じて、同様な方法で付加／切離しができる。さ
らに、各スロツトはアラーム，出力リミツタなど
の機能を備えているため、新しい制御方式のテス
ト時にも安全である。
だけで簡単に補正の実行／停止ができるため、操
作者にも違和感なくアドバンスト制御が受け入れ
られる。また、非干渉化制御についてもプラント
のスタート・アツプ，シヤツト・ダウン時などに
応じて、同様な方法で付加／切離しができる。さ
らに、各スロツトはアラーム，出力リミツタなど
の機能を備えているため、新しい制御方式のテス
ト時にも安全である。
第６図ａ〜ｇは各々本発明の効果を明らかにす
るために従来方法と比較して示された波形図であ
つて、以上説明した省エネルギー化のためにアド
バンスト制御の実施結果を示したものであり、左
側（case1）が従来の制御方法、右側（case2）が
本発明による制御方法である。
るために従来方法と比較して示された波形図であ
つて、以上説明した省エネルギー化のためにアド
バンスト制御の実施結果を示したものであり、左
側（case1）が従来の制御方法、右側（case2）が
本発明による制御方法である。
まず、ａ，ｂはCH4濃度と燃料ガス流量を示し
たものであり、左側のcase1（従来），右側の
case2（本発明）とも同程度のCH4濃度変化が見
られる。そして、ｂに示す燃料ガス流量はcase1
で一定、case2ではCH4濃度（≒ガス組成）に応
じて刻々補正されているのがわかる。
たものであり、左側のcase1（従来），右側の
case2（本発明）とも同程度のCH4濃度変化が見
られる。そして、ｂに示す燃料ガス流量はcase1
で一定、case2ではCH4濃度（≒ガス組成）に応
じて刻々補正されているのがわかる。
つぎに、ｃ，ｄは加熱炉温度と排ガスO2濃度
を示したものであり、case1の従来に比して、加
熱炉管壁温度，O2濃度ともcase2の方が変動幅が
約1/3に減少し、低O2％運転が可能となつた。
を示したものであり、case1の従来に比して、加
熱炉管壁温度，O2濃度ともcase2の方が変動幅が
約1/3に減少し、低O2％運転が可能となつた。
つぎに、ｅ，ｆ，ｇは還流流量，塔底／塔頂部
温度を示したものであり、加熱炉での熱供給，燃
焼の安定化と非干渉制御により蒸留塔の運転が安
定し、制御性が向上した。これは、ｅに示す還流
流量の変動が従来方法を示すcase1に比し、本発
明方法を示すcase2の方が約1/6になり、また、
ｇ，ｆに示す塔頂部，塔底部の各温度の振れ幅が
約1/3になつていることを見ても明らかなことで
ある。
温度を示したものであり、加熱炉での熱供給，燃
焼の安定化と非干渉制御により蒸留塔の運転が安
定し、制御性が向上した。これは、ｅに示す還流
流量の変動が従来方法を示すcase1に比し、本発
明方法を示すcase2の方が約1/6になり、また、
ｇ，ｆに示す塔頂部，塔底部の各温度の振れ幅が
約1/3になつていることを見ても明らかなことで
ある。
以上本発明をリボイラーへ供給する燃料ガスの
流量ガスをオリフイスにより測定する場合を例に
とつて説明したが、その他の流量測定方法を使用
しても差し支えない。
流量ガスをオリフイスにより測定する場合を例に
とつて説明したが、その他の流量測定方法を使用
しても差し支えない。
以上説明したように、本発明によれば、従来の
この種の制御方法に比し、次のような多くの有効
な特長をもつものである。
この種の制御方法に比し、次のような多くの有効
な特長をもつものである。
すなわち、まず、第１に新しいセンサーと制御
システムの導入により制御特性が著しく改善され
た。第２に、蒸留塔における製品仕様，運動コス
トと制御性の関係は制御性の向上により、省エネ
ルギーの効果，歩留向上が達成される。第３に、
燃焼系の安定に伴い蒸留塔の効率（(2)式のη）が
向上し、省エネルギー効果が得られる等、種々の
特長を有する。
システムの導入により制御特性が著しく改善され
た。第２に、蒸留塔における製品仕様，運動コス
トと制御性の関係は制御性の向上により、省エネ
ルギーの効果，歩留向上が達成される。第３に、
燃焼系の安定に伴い蒸留塔の効率（(2)式のη）が
向上し、省エネルギー効果が得られる等、種々の
特長を有する。
このように、本発明の方法によれば、従来の方
法に比べて多大の効果があり、蒸留塔の制御方法
としては独自のものである。
法に比べて多大の効果があり、蒸留塔の制御方法
としては独自のものである。
第１図は従来の蒸留塔の制御方法の一例を説明
するためのブロツク図、第２図はメタン濃度と熱
入力の関係を示す説明図、第３図は組成変化によ
る熱入力の誤差を示す説明図、第４図は本発明に
よる蒸留塔の制御方法の一実施例を説明するため
の構成図、第５図は本発明の実施例を示すブロツ
ク図、第６図は本発明の効果を明らかにするため
に従来方法と比較して示した波形図である。 １…原料タンク、２…蒸留塔、１３，１３ａ，
１３ｂ…流量インジケータコントローラ、１４，
１４ａ，１４ｂ…温度インジケータコントロー
ラ、１５…乗算器、１９…加算器。
するためのブロツク図、第２図はメタン濃度と熱
入力の関係を示す説明図、第３図は組成変化によ
る熱入力の誤差を示す説明図、第４図は本発明に
よる蒸留塔の制御方法の一実施例を説明するため
の構成図、第５図は本発明の実施例を示すブロツ
ク図、第６図は本発明の効果を明らかにするため
に従来方法と比較して示した波形図である。 １…原料タンク、２…蒸留塔、１３，１３ａ，
１３ｂ…流量インジケータコントローラ、１４，
１４ａ，１４ｂ…温度インジケータコントロー
ラ、１５…乗算器、１９…加算器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ２種以上の可燃性ガスを含む燃料ガスにより
加熱するリボイラーを備えた蒸留塔のリボイラー
へ供給する燃料ガスの流量を測定し、この測定し
た燃料ガスの流量に基いてリボイラー供給熱量を
制御する方法において、前記燃料ガス中の可燃性
ガスであつて発熱量が過半以上を占める可燃性ガ
スに着目し、この着目成分の濃度を直接または間
接的に測定し、これにより燃料ガスの密度を算出
する第１の工程と、この第１の工程で算出した密
度γ′が燃料ガスの流量測定を行う際の設計密度
γとに差があるとき V′＝Ｖ√′ （ただし、Ｖは測定流量，V′は補正流量） なる式により測定流量の補正を行う第２の工程
と、前記第１の工程で測定した着目成分の濃度か
ら前記リボイラーへ供給する燃料ガスの単位容積
当りの発熱量Ｈs′を Ｈs′＝ｆ×〔Ｃ′〕／〔Ｃ〕×Ｈs （ただし、〔Ｃ〕は着目成分の基準（設計）濃
度，〔C′〕は着目成分の測定濃度，Ｈsは〔Ｃ〕の
ときの発熱量，ｆは定数） なる式により算出する第３の工程と、前記リボイ
ラーに供給する燃料ガスの流量を前記第２の工程
および第３の工程によつて得られた補正を加え
て、供給熱量を一定とする第４の工程とを燃料ガ
スの流量制御に付加してなる蒸留塔の制御方法。 ２ リボイラーに供給する燃料ガスが水素，メタ
ンを主成分とするものであり、かつ着目成分がメ
タンである特許請求の範囲第１項記載の蒸留塔の
制御方法。 ３ リボイラーに供給する燃料ガスの流量の測定
をオリフイスによつて行なわれる特許請求の範囲
第１項または第２項記載の蒸留塔の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11761681A JPS5820201A (ja) | 1981-07-29 | 1981-07-29 | 蒸留塔の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11761681A JPS5820201A (ja) | 1981-07-29 | 1981-07-29 | 蒸留塔の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5820201A JPS5820201A (ja) | 1983-02-05 |
| JPS6247406B2 true JPS6247406B2 (ja) | 1987-10-07 |
Family
ID=14716161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11761681A Granted JPS5820201A (ja) | 1981-07-29 | 1981-07-29 | 蒸留塔の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5820201A (ja) |
-
1981
- 1981-07-29 JP JP11761681A patent/JPS5820201A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5820201A (ja) | 1983-02-05 |
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