JPS6247406B2 - - Google Patents
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- 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
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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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for controlling a distillation column equipped with a reboiler heated by a fuel gas containing two or more types of combustible gases.
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。 Energy-saving control in the field of chemical processes is also becoming increasingly popular due to the recent spread of digital control systems. At the same time, there is a growing interest in advances in sensors and actuators, which can be considered control methods, and their application in actual processes.
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。 An example of a conventional method for controlling a distillation column of this type will be explained with reference to FIG. 1. In the figure, 1 is a raw material tank, and the raw material is supplied to a distillation column 2.
Then, the raw material supplied into the distillation column 2 is separated into gas and liquid, and the liquid is sent to the bottom 3 of the column, and the gas is sent to the top 4 of the column. The top component from this column top 4 is condensed by a condenser 5, a part of which is refluxed to the distillation column 2 via a reflux tank 6, and the remainder is extracted to the outside.
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。 In this manner, the distillate is separated into a distillate from the top 4 and a bottom liquid from the bottom 3 in the distillation column 2 and extracted to the outside.
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。 The distillate from the column top 4 and a part of the bottom liquid from the column bottom 5 are each refluxed to the distillation column 2 for controlling the column temperature, and the bottom liquid is, for example, It is heated by a reboiler 7 in the form of a tube furnace. The heating source of this reboiler 7 is fuel gas 8, and the flow rate of this fuel gas 8 is measured and controlled by an orifice. Further, this fuel gas 8 is composed of a mixed gas containing two or more types of components.
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。 However, in this method of controlling a distillation column, since the temperature at the top 4 of the distillation column 2 and the reflux flow rate are controlled in a cascade, and the heating furnace fuel is kept constant, mutual interference between the top and bottom of the column occurs. This makes stability difficult.
燃料ガス組成が変動し、大きな外乱となる。 The fuel gas composition fluctuates, causing a large disturbance.
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。As a result, it was necessary to operate with excess reflux and excess fuel for stability and safety.
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。 In view of the above-mentioned points, the present invention provides a method for controlling a distillation column that is designed to solve the above-mentioned problems.The present invention aims to eliminate calorie changes due to fluctuations in the composition of fuel gas supplied to the reboiler and measurement errors of flowmeters. This is a method of controlling a distillation column by analyzing fuel gas.
The fuel gas is corrected to a normal state based on the correlation between fluctuations in gas components, calorie changes, and flow rate changes.
以下、図面に基づき本発明の実施例を詳細に説
明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings.
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。 First, before describing embodiments, the principle of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. Changes in the fuel gas composition cause changes in the amount of heat supplied to the distillation column due to the two processes of calorie change and density change of the fuel gas, resulting in a disturbance. Therefore, in the present invention, the gas composition is detected and the disturbance in the amount of heat supplied due to these two influences is corrected.
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。 First, the fuel gases supplied to the reboiler include hydrogen (H 2 ) and methane (CH 4 ), hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO), and hydrogen (H 2 ) and methane-based hydrocarbons (C o H 2o+2 ), mixed gases such as hydrogen (H 2 ) and ethylene hydrocarbons (C o H 2o ), or methane (CH 4 ) and ethane (C 2 H 6 ), methane (CH 4 ) and propane (C 3 An example of a fuel gas is methane (hereinafter referred to as CH 4 ) and hydrogen (H 2 ) as the main components, with a small amount of carbon monoxide (CO),
Examining laboratory data for mixed gases containing nitrogen (N 2 ), such as coke oven gas (COG), the calorific value H s per unit of fuel gas is an explanatory diagram showing the relationship between CH 4 concentration and heat input. As shown in Figure 2, it was found that it was a function of CH 4 concentration. Furthermore, when measuring flow rate using an orifice, measurement errors occur due to changes in density due to changes in composition.
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。 Here, fluctuations in composition often occur when byproduct gases such as coke oven gas (COG), converter gas (LDG), oil refinery exhaust gas, and petrochemical exhaust gas are used as fuel gas. Yes, this usually occurs in products with small buffer tank capacities. In such cases, it is possible to control the amount of heat supplied by measuring the total composition of the fuel gas and calculating the calorific value, or by conducting a calorific value test from time to time, but such measurements or tests are quite time-consuming. This poses a problem in that it is time-consuming and cannot handle fuel gas whose composition often changes.
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。 Therefore, the present invention focuses on one combustible gas that accounts for more than half of the calorific value, and attempts to control it by measuring this. The component of interest is one whose calorific value accounts for the majority of the calorific value of the fuel gas, and preferably has a significantly high unit calorific value and has a high density. The concentration of this component of interest is measured directly or indirectly, and the density of the fuel gas is calculated from this. There are two ways to measure this component of interest: direct and indirect. Direct measurement is performed using infrared rays (IR), gas chromatography (GC), etc.; indirect measurement is In the case of a two-component system, other components may be measured, or if it is possible to measure only nonflammable gas, it is sufficient. For example, when the gas is composed of N 2 , CH 4 , and H 2 and the CH 4 /H 2 ratio is constant.
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。 Now, if a fluid with a density γ' is detected as a measured flow rate V in an orifice with a designed density γ, the corrected flow rate V' can be expressed as V'=V√' (1). Note that in this case, the temperature and pressure of the fuel gas supplied to the reboiler can be considered to be constant, and no correction for this is necessary.
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。 In this way, CH 4 of the fuel gas for reboiler heating
The concentration is measured, and the measured flow rate is corrected by the change in the density of the reboiler heating fuel gas that accompanies the change in the CH 4 concentration using the above equation (1).
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。 The calorific value H s per unit volume of the above fuel gas is
This is a function of the CH 4 concentration, and when measuring the flow rate using an orifice, measurement errors occur due to changes in density due to changes in the composition. Therefore, changes in the gas composition are a function of the control system's calorific value H s → H
s ′, density γ → γ′, the amount of heat supplied to the distillation column Q′ can be estimated as Q′=ηH s ′V′=ηH s ′V√′ ……(2). However, η is the efficiency of the heating furnace.
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。 Then, from the concentration of the component of interest measured in the process of directly or indirectly measuring the concentration of the component of interest described above and calculating the density of the fuel gas to be supplied to the reboiler, Calculate the calorific value H s ' from the following equation.
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。 H s ′=f×[C′]/[C]×H s ……(3) However, [C] is the standard (design) concentration of the component of interest, [C′] is the measured concentration of the component of interest, H s is the calorific value when [C] is present, and f is a constant. When the changes in the calorific value H s and the density γ due to changes in the gas composition are plotted with respect to the CH 4 concentration and H s ′/√, a good linearity is obtained as shown in Figure 2. You can get sex. In addition, in this figure 2, the mark ・ is CH 4
It shows the calorific value H s with respect to the volume concentration (horizontal axis) of CH 4 , and the Γ mark shows H s ′/√′ with respect to the volume concentration of CH 4 (horizontal axis).
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。 Therefore, H s ′/√′=α[CH 4 ]...(4) where α is a proportionality constant and [CH 4 ] is the CH 4 concentration.
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。Then, the fuel flow rate Vd converted to the standard composition is V d = [CH 4 ] / [CH 4 ] d V ... (5) where, V is the red correction flow rate, [CH 4 ] d is the standard CH 4
It is concentration.
にて表わされる。It is expressed as
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。 In this way, the calorific value per unit volume of the fuel gas for heating the reboiler as the CH 4 concentration changes, and therefore the amount of heat supplied to the distillation column changes based on the result of the correction using equation (1) above. In order to eliminate changes in the amount of heat supplied due to changes in CH 4 concentration, the flow rate of the reboiler fluid is controlled according to equation (5) above so that it is the same as when a specified flow rate is given at a certain standard CH 4 concentration. It is composed of
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。 In addition, the relationship between CH 4 concentration and gas density in the fuel gas actually supplied to the reboiler has an inverse characteristic, CH 4
Since the relationship between concentration and calorific value is a positive characteristic, as shown in Figure 3, which is an explanatory diagram showing the error in heat input due to composition variation, two errors, area A of concentration change and area B of calorie change, are added. This may result in a large disturbance.
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。 The control method of the present invention takes into account the fact that the above-mentioned calorific value H s per unit volume of fuel gas is a function of the CH 4 concentration, and that measurement errors occur due to density changes due to composition fluctuations in flow rate measurement using an orifice. Two corrections are made above using CH 4 concentration (5)
Taking advantage of the fact that it has a simple form such as the formula,
The value V of the fuel gas flow rate is V d =β [CH 4 ]V (6) where β is a proportionality constant.
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。 After correcting (V d ), the flow rate is controlled (≒ heat supply amount control).
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。 That is, the flow rate of the fuel gas supplied to the reboiler is corrected by the above-mentioned equations (1) and (3) to keep the amount of heat supplied constant.
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。 To explain this in detail, first, the density of the fuel gas supplied to the reboiler changes as the composition changes.
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。 On the other hand, when measuring the flow rate using an orifice, the measured value will change if the density of the fluid to be measured changes even if the flow rate of the fluid to be measured does not change. This is the measurement error.
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。 Therefore, in an orifice with a design density γ, when a fluid with a density γ' is detected as a flow rate V, the corrected flow rate V' must be used as the true flow value. Then, this corrected flow rate V' is calculated from the above (1)
It is given by Eq.
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。 Next, if the composition changes, the calorific value H s per unit volume also changes. Therefore, when the composition changes, the amount of heat Q supplied to the distillation column changes.
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。 Now, let Q s be the amount of heat supplied when the design density is γ and the fuel flow rate is V d , then Q s = ηH s V d Here, H s is the calorific value per unit volume at the design density γ. be.
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。On the other hand, if the density becomes γ', the amount of heat Q' supplied to the distillation column becomes Q'=ηH s 'V d .
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。 However, in the case of an orifice with a design density γ, the measured value of the flow rate is not detected as the fuel flow rate V d for the density γ' but as the uncorrected flow rate V. For this reason,
The measured value must be corrected and used to calculate the amount of heat supply. The corrected flow rate is is given by
となる。 becomes.
一方、実測によれば、Hs′/√′はCH4の濃
度(Vol%)に比例する。 On the other hand, according to actual measurements, H s ′/√′ is proportional to the concentration of CH 4 (Vol%).
すなわち、前述の(4)式のように、Hs′/√′
=α〔CH4〕で表わされる。 In other words, as in equation (4) above, H s ′/√′
= α [CH 4 ].
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。 Therefore, when the reference composition = reference concentration [CH 4 ] d (density at this time = γ), H s /√=α [CH 4 ] d , so, From this, H s ′ is determined and the amount of heat supplied Q′ is determined as Q′=η·H s ·[CH 4 ]/[CH 4 ] d ·V.
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。 From this, in order to maintain the amount of heat supplied to the same amount as when Q s = ηH s V d regardless of the concentration change, ηH s・[CH 4 ]/[CH 4 ] d V=η・The flow rate may be controlled according to H s ·V d .
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。 And the above-mentioned equation (5) is derived from this.
In addition, the above equation (6) is the standard CH 4 concentration [CH 4 ] d of equation (5).
Since is a constant value, it is expressed by a proportionality constant β.
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。 In short, the measured value V by the flowmeter is [CH 4 ] d / [CH 4 ]・V d = V d /β [CH 4
] The flow rate is controlled so that
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。 Next, an example of a concrete implementation method of the present invention will be explained with reference to FIG. In the embodiment shown in FIG. 4, the above-mentioned heat supply amount is given at a constant value due to changes in the feed amount (raw material supply amount), and the bottom temperature changes, so such disturbances are avoided. This shows an example in which temperature changes are also controlled by controlling the fuel gas supplied to the reboiler.
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。 In FIG. 4, which shows a configuration example of a composition compensation controller, solid lines indicate calculation blocks of hard wiring, and dotted lines indicate soft wiring. 9 is a flow rate transmitter, 10 is a concentration meter,
The flow rate transmitter 9 sends an air pressure signal X corresponding to the flow rate, and the concentration meter 10 sends its output signal Y to the calculation block of slot "1".
This calculation block calculates K 1 √Y+K, and sends the fuel gas flow rate PV as an output to the calculation block of slot "2". On the other hand, the temperature information from the bottom temperature detection section 11 is sent to a control circuit that keeps the temperature of the calculation block in slot "3" constant, and is compared with the set value SP to perform bias control and set the required set value SP. The data is sent to the slot "2" calculation block as a result.
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。 The calculation block of this slot “2” calculates the required
PID operation (proportional, integral, differential operation) is performed, and the flow control valve 12 is used as a control signal for the fuel gas valve.
and control it. In addition, in FIG. 4, 13 (FIC) indicates a flow rate indicator controller, and 14 (TIC) indicates a temperature indicator controller.
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。 FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of the present invention in which a cross controller is introduced to reduce mutual interference between the top and bottom of the tower.
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。 In FIG. 5 showing a configuration example of an improved distillation column control system, the same reference numerals as in FIGS. 1 and 4 indicate corresponding parts, and 15 indicates the signal As shown in the calculation block of slot “ 1 ” in Fig. 4, the signal Y of
This is a multiplier that performs multiplication by +K, and these correspond to the calculation block of slot "1" in FIG. The temperature indicator controller 14a, which receives temperature information from the bottom temperature detection section 11 at the bottom 3 of the distillation column 2, corresponds to the calculation block of slot "3" in FIG. Also, the fuel gas flow rate PV from the multiplier 15 and the temperature indicator controller 14
The flow rate indicator controller 13a which receives the set value SP from a and controls the flow rate regulating valve 12 by its output corresponds to the calculation block of slot "2" in FIG.
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。 Reference numeral 16 denotes a level indicator controller, which is configured to control a flow rate regulating valve 17 that adjusts the flow rate of the bottom liquid extracted from the bottom part 3 of the column according to its output. Reference numeral 18 denotes a level controller; 19 adds the output of a temperature indicator 14b which inputs temperature information from the tower top temperature detection section 20 in the tower top section 4, the output of the multiplier 15, and the output via the cross controller 21; The adder is configured such that its output is sent to the flow indicator controller 13b.
Note that 22 is a gas analyzer.
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。 Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 5 will be explained. First, in this embodiment, the column top 4 of the distillation column 2 that controls the distillate is mainly considered, and the change in fuel gas flow rate is dynamically compensated for and then added to the set value of the reflux flow rate. The cross controller 21 is of a first-order delay/progression type from the viewpoint of practical effect and ease of adjustment.
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。 In the case of an actual process, complete non-interference is unlikely, so in order to avoid unnecessary changes in the fuel flow rate,
To control the tower bottom temperature, an algorithm is used to sample the tower bottom temperature at regular intervals, make a judgment based on the value and the rate of change, and finely adjust the flow rate of the fuel gas supplied to the reboiler 7.
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。 Next, to explain this control method, first, to detect fuel gas composition fluctuations, as mentioned above, the compositions whose compositions fluctuate are coke oven gas (COG), converter gas (LDG), and petroleum refinery exhaust gas. The main components are secondary gases such as petrochemical exhaust gas, and the components of interest are those with a high calorific value,
Preferably, the calorific value is determined by this concentration,
That is, the method is focused on those that have a large amount of heat, a significantly high calorific value, and a high density difference.
There are two ways to measure this component of interest: direct and indirect. Direct measurement is performed using infrared rays (IR), gas chromatography (GC), etc.; indirect measurement is In the case of a two-component system, other components may be measured, or if it can be measured only by measuring a nonflammable gas, for example, a gas consisting of N 2 , CH 4 , H 2 ,
For example, when the CH 4 /H 2 ratio is constant.
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。 As shown in Figure 4 above, the control loop consists of three calculation blocks (referred to as slots).
The connection/separation between each slot is determined by the control mode of each slot (cascade,
It can be easily carried out by switching between automatic and manual.
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。 The gas composition fluctuation correction was configured as shown in Fig. 4 above, but in terms of operation, a Normal time slot "1" (multiplication): Cascade, pre-correction flow rate V and CH 4 concentration display, correction value ( correction flow rate)
Output Vd .
スロツト“2”(PID):カスケード,Vd表
示,流量制御。 Slot “2” (PID): Cascade, Vd display, flow rate control.
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。b When the infrared analyzer is stopped (when the byproduct gas generation plant is stopped, during analyzer maintenance, etc.) Slot “1”: Auto, set to standard CH 4 concentration [CH 4 ] d .
スロツト“2”:aと同じ。 Slot “2”: Same as a.
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。Since correction can be easily executed/stopped simply by switching the control mode of the correction calculation slot, the operator can accept the advanced control without any discomfort. Furthermore, non-interference control can be added/disconnected in a similar manner depending on the start-up, shutdown, etc. of the plant. Additionally, each slot is equipped with alarms, output limiters, and other functions to ensure safety when testing new control methods.
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。 6a to 6g are waveform diagrams shown in comparison with the conventional method to clarify the effects of the present invention, and show the results of implementing advanced control for energy saving as explained above. The left side (case 1) is the conventional control method, and the right side (case 2) is the control method according to the present invention.
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。 First, a and b show the CH 4 concentration and fuel gas flow rate, case 1 (conventional) on the left and case 1 on the right.
Similar changes in CH 4 concentration are observed in case 2 (invention). And the fuel gas flow rate shown in b is case1
It can be seen that in case 2, it is constantly corrected according to the CH 4 concentration (≒ gas composition).
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。 Next, c and d indicate the heating furnace temperature and the exhaust gas O 2 concentration, and compared to the conventional case 1, the variation width in case 2 is about 1/1 for both the heating furnace tube wall temperature and O 2 concentration. 3, making it possible to operate at low O 2 %.
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。 Next, e, f, and g indicate the reflux flow rate and the temperature at the bottom/top of the column, and the operation of the distillation column is stabilized and controlled by heat supply in the heating furnace, stabilization of combustion, and non-interference control. sex has improved. This means that the variation in the reflux flow rate shown in e is about 1/6 in case 2, which shows the method of the present invention, compared to case 1, which shows the conventional method, and
This is clear from the fact that the temperature fluctuations at the top and bottom of the column shown in g and f are about 1/3.
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。 Although the present invention has been described above using an example in which the flow rate of fuel gas supplied to the reboiler is measured using an orifice, other flow rate measurement methods may be used.
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。 As explained above, the present invention has the following many advantageous features compared to conventional control methods of this type.
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。 First, the control characteristics have been significantly improved by introducing new sensors and control systems. Second, the relationship between product specifications, motion costs, and controllability in the distillation column is such that improved controllability leads to energy saving effects and improved yields. Thirdly,
It has various advantages, such as improving the efficiency of the distillation column (η in equation (2)) due to the stability of the combustion system and achieving energy-saving effects.
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。 As described above, the method of the present invention has greater effects than conventional methods and is unique as a method for controlling a distillation column.
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。
Figure 1 is a block diagram to explain an example of a conventional distillation column control method, Figure 2 is an explanatory diagram showing the relationship between methane concentration and heat input, and Figure 3 shows errors in heat input due to composition changes. 4 is a block diagram for explaining an embodiment of the method for controlling a distillation column according to the present invention, FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a block diagram showing the effects of the present invention. It is a waveform chart shown in comparison with a conventional method for clarity. 1... Raw material tank, 2... Distillation column, 13, 13a,
13b...Flow rate indicator controller, 14,
14a, 14b...temperature indicator controller, 15...multiplier, 19...adder.
Claims (1)
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。[Claims] 1. Measure the flow rate of fuel gas supplied to the reboiler of a distillation column equipped with a reboiler that heats with fuel gas containing two or more types of combustible gases, and based on the measured flow rate of fuel gas. In the method of controlling the amount of heat supplied to the reboiler, the focus is on the combustible gas in the fuel gas that accounts for more than half of the calorific value, and the concentration of this component of interest is directly or indirectly measured. When there is a difference between the first step of calculating the density of fuel gas and the density γ′ calculated in this first step and the design density γ when measuring the flow rate of fuel gas, V′=V√′ ( (where V is the measured flow rate and V' is the corrected flow rate); and a second step in which the measured flow rate is corrected using the formula; and a unit of fuel gas to be supplied to the reboiler from the concentration of the component of interest measured in the first step. Calorific value H s ′ per volume is calculated as H s ′=f×[C′]/[C]×H s (where, [C] is the standard (design) concentration of the component of interest, and [C′] is the concentration of the component of interest. The measured concentration, H s is the calorific value at [C], and f is a constant). A method for controlling a distillation column comprising adding a fourth step of making the amount of heat supplied constant by adding the correction obtained by the method to the flow rate control of fuel gas. 2. The method for controlling a distillation column according to claim 1, wherein the fuel gas supplied to the reboiler contains hydrogen and methane as main components, and the component of interest is methane. 3. A method for controlling a distillation column according to claim 1 or 2, wherein the flow rate of fuel gas supplied to the reboiler is measured using an orifice.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11761681A JPS5820201A (en) | 1981-07-29 | 1981-07-29 | Method for controlling distillation tower |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11761681A JPS5820201A (en) | 1981-07-29 | 1981-07-29 | Method for controlling distillation tower |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5820201A JPS5820201A (en) | 1983-02-05 |
| JPS6247406B2 true JPS6247406B2 (en) | 1987-10-07 |
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ID=14716161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11761681A Granted JPS5820201A (en) | 1981-07-29 | 1981-07-29 | Method for controlling distillation tower |
Country Status (1)
| Country | Link |
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-
1981
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| JPS5820201A (en) | 1983-02-05 |
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