FR2993363A1 - Method for detecting risk of dysfunction in separation unit of chemical components of e.g. air, involves predicting future profiles of concentrations of chemical components along distillation column with assistance of model - Google Patents

Method for detecting risk of dysfunction in separation unit of chemical components of e.g. air, involves predicting future profiles of concentrations of chemical components along distillation column with assistance of model Download PDF

Info

Publication number
FR2993363A1
FR2993363A1 FR1256782A FR1256782A FR2993363A1 FR 2993363 A1 FR2993363 A1 FR 2993363A1 FR 1256782 A FR1256782 A FR 1256782A FR 1256782 A FR1256782 A FR 1256782A FR 2993363 A1 FR2993363 A1 FR 2993363A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
column
model
concentrations
concentration
parameter
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.)
Granted
Application number
FR1256782A
Other languages
French (fr)
Other versions
FR2993363B1 (en
Inventor
Fouad Ammouri
Stephane Dudret
Pierre Rouchon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Priority to FR1256782A priority Critical patent/FR2993363B1/en
Publication of FR2993363A1 publication Critical patent/FR2993363A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FR2993363B1 publication Critical patent/FR2993363B1/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/42Regulation; Control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04666Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system
    • F25J3/04672Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser
    • F25J3/04678Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser cooled by oxygen enriched liquid from high pressure column bottoms
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04721Producing pure argon, e.g. recovered from a crude argon column
    • F25J3/04727Producing pure argon, e.g. recovered from a crude argon column using an auxiliary pure argon column for nitrogen rejection
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04793Rectification, e.g. columns; Reboiler-condenser
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04793Rectification, e.g. columns; Reboiler-condenser
    • F25J3/048Argon recovery
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04848Control strategy, e.g. advanced process control or dynamic modeling
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0243Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults model based detection method, e.g. first-principles knowledge model
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/10Mathematical formulae, modeling, plot or curves; Design methods

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

The method involves implementing a model for estimating concentrations (201, 202, 204) of chemical components of a product along distillation columns of a separation unit, where the module exhibits an adjustment parameter for variations in an operation of the distillation column. Future profiles of the concentrations of the chemical components along the distillation column are predicted (200) with the assistance of the model. A profile of the concentrations of the whole or part of the chemical components along the distillation column is determined with the assistance of the model. Independent claims are also included for the following: (1) a device for detecting a risk of dysfunction in a separation unit of chemical components of a product (2) a computer program comprising a set of instructions to execute a method for detecting a risk of dysfunction in a separation unit of chemical components of a product (3) a recording medium comprising a set of instructions to execute a method for detecting a risk of dysfunction in a separation unit of chemical components of a product.

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détection d'un risque de dysfonctionnement dans une unité de séparation des composants chimiques d'un produit. Elle concerne aussi une unité de séparation d'air correspondante. Bien que l'invention puisse trouver ses applications dans la détection de nombreux types de dysfonctionnement, elle a plus particulièrement vocation à permettre la détection de bouffées d'azote dans une unité de séparation d'air. Pour une meilleure compréhension des choses, ce phénomène, aussi appelé « trip » selon le terme anglo-saxon associé, est illustré en relation avec les figures 1 à 3. La figure 1 montre de façon schématique une unité cryogénique 2 de séparation d'air. Cette unité permet d'obtenir de l'oxygène, de l'azote et de l'argon, à partir de l'air. De façon connue, ladite unité de séparation 2 comprend une première colonne de distillation 14, dite colonne haute pression, et une seconde colonne de distillation 26, située ici dans la continuité verticale de la colonne haute pression 14.The present invention relates to a method and a device for detecting a risk of malfunction in a unit for separating the chemical components of a product. It also relates to a corresponding air separation unit. Although the invention can find its applications in the detection of many types of dysfunction, it is more particularly intended to allow the detection of nitrogen flushes in an air separation unit. For a better understanding of things, this phenomenon, also called "trip" according to the Anglo-Saxon associated term, is illustrated in connection with Figures 1 to 3. Figure 1 schematically shows a cryogenic unit 2 of air separation . This unit makes it possible to obtain oxygen, nitrogen and argon from the air. In known manner, said separation unit 2 comprises a first distillation column 14, called a high-pressure column, and a second distillation column 26, located here in the vertical continuity of the high-pressure column 14.

Elle comprend encore une troisième colonne de distillation 34, dite colonne d'argon brut, et une quatrième colonne de distillation 36, dite colonne d'argon pur, lesdites premières, secondes, troisièmes et quatrièmes colonnes communiquant entre elles. La colonne haute pression 14 est alimentée en air en fond de colonne, comme illustré par les flèches associées à la mention AIR 1 et AIR 2. De l'azote liquide, quasiment pur, noté LIN sur la figure 1, est récupéré en haut de la colonne haute pression 14. De l'oxygène liquide, quasiment pur, noté LOX, est récupéré en fond 28 de la colonne basse pression 26. Du liquide riche en argon, noté LAR, est récupéré en bas de la colonne d'argon pur 36. Le phénomène appelé bouffées d'azote concerne la colonne d'argon brut 34.It further comprises a third distillation column 34, called crude argon column, and a fourth distillation column 36, said pure argon column, said first, second, third and fourth columns communicating with each other. The high pressure column 14 is supplied with air at the bottom of the column, as illustrated by the arrows associated with the mention AIR 1 and AIR 2. Liquid nitrogen, almost pure, noted LIN in FIG. 1, is recovered at the top of the column. the high pressure column 14. Almost pure liquid oxygen, noted LOX, is recovered at the bottom 28 of the low pressure column 26. Argon-rich liquid, noted LAR, is recovered at the bottom of the pure argon column 36. The phenomenon known as nitrogen puffs concerns the crude argon column 34.

Les figures 2 et 3 représentent l'évolution de la concentration d'azote, d'oxygène et d'argon le long de l'axe longitudinal de la colonne 34 d'argon brut. Le long de l'axe des abscisses, le point T d'origine correspond au sommet de la colonne et le point B au niveau duquel les courbes s'arrêtent correspond au fond de la colonne.Figures 2 and 3 show the evolution of the concentration of nitrogen, oxygen and argon along the longitudinal axis of the crude argon column 34. Along the abscissa, the original point T corresponds to the top of the column and the point B at which the curves stop corresponds to the bottom of the column.

Par « concentrations », on entend plus précisément ici et dans la suite du texte, « fractions molaires ». Le terme de « concentrations » est conservé dans un objectif de simplification. La figure 2 correspond à des conditions de fonctionnement nominales. A cette figure, on constate que la concentration 400 en oxygène est quasiment nulle en sommet de colonne pour finir proche de 1 en fond de colonne tandis que la concentration 402 en argon est proche de 1 en sommet de colonne alors qu'elle s'approche de zéro en fond de colonne. La concentration 404 en azote au fond de la colonne est très basse alors que ce composant a tendance à s'accumuler en tête de colonne jusqu'à environ 30 fois sa concentration en fond colonne. En condition de fonction nominale, la concentration en azote est d'environ 0,1% en fond colonne ce qui permet de limiter à environ 3% sa concentration en tête de colonne. La figure 3 correspond à l'émission d'une bouffée d'azote, l'amplitude des différences de concentrations avec la figure 2 ayant été exagérée pour rendre les choses plus visibles. A cette figure, on constate que la concentration en azote en fond de colonne a un peu augmenté; entraînant une augmentation beaucoup plus importante en tête de colonne, au détriment de l'argon. Outre les inconvénients liés à l'obtention d'argon qui en découlent, une telle situation risque de désamorcer le phénomène de condensation intervenant en haut de la colonne d'argon brut et, par répercussion, peut perturber le fonctionnement de l'ensemble de l'unité. Il existe de la sorte un besoin d'éviter les bouffées d'azote. Une solution connue dans ce but est de définir des situations à risques, c'est-à-dire, des situations connues comme pouvant conduire à des bouffées d'azote et de paramétrer les systèmes de pilotage utilisés pour contrôler les unités de séparation d'air afin qu'ils les maintiennent éloignées desdites situations à risques. Il est en outre connu d'employer à cette fin des modèles prédictifs permettant d'estimer la concentration future des composants. Cependant, ces modèles ne tiennent pas compte de façon satisfaisante des phénomènes non-linéaires ayant lieu dans les colonnes et la pertinence de leur estimation est discutable, en particulier lors des régimes transitoires. En outre, les concentrations futures sont évaluées seulement en certains points de la colonne, ce qui limite également la pertinence des prévisions réalisées. Elles peuvent ainsi amener à conclure à un risque de bouffées d'oxygène alors que ce risque n'est pas réel ou ne pas détecter un risque pourtant réel. Dans le premier cas, les systèmes de contrôle sur-réagissent ce qui perturbe le fonctionnement de l'unité. Dans le second cas, une bouffée d'azote peut intervenir, sans avoir été anticipée. On comprend que l'exploitation des unités de séparation d'air nécessite une connaissance précise des concentrations à l'intérieur des colonnes de distillation.By "concentrations" is meant more precisely here and in the rest of the text, "molar fractions". The term "concentrations" is kept for the purpose of simplification. Figure 2 corresponds to nominal operating conditions. In this figure, it can be seen that the concentration 400 of oxygen is almost zero at the top of the column to close close to 1 at the bottom of the column whereas the concentration 402 in argon is close to 1 at the top of the column as it approaches from zero to the bottom of the column. The nitrogen concentration 404 at the bottom of the column is very low whereas this component tends to accumulate at the top of the column up to about 30 times its concentration in the bottom column. Under nominal operating conditions, the nitrogen concentration is about 0.1% at the bottom of the column, which makes it possible to limit its concentration at the top of the column to about 3%. Figure 3 corresponds to the emission of a puff of nitrogen, the amplitude of the concentration differences with Figure 2 having been exaggerated to make things more visible. In this figure, it can be seen that the concentration of nitrogen at the bottom of the column has slightly increased; resulting in a much larger increase at the head of the column, to the detriment of argon. In addition to the inconveniences associated with the production of argon, such a situation risks defusing the condensation phenomenon occurring at the top of the crude argon column and, consequently, can disrupt the operation of the whole of the reactor. 'unit. In this way, there is a need to avoid nitrogen flushes. A known solution for this purpose is to define risk situations, that is to say, situations known to be able to lead to nitrogen flushes and to parameterize the control systems used to control the separation units. to keep them away from such risky situations. It is further known to employ for this purpose predictive models for estimating the future concentration of components. However, these models do not satisfactorily account for the nonlinear phenomena occurring in the columns, and the relevance of their estimation is debatable, especially during transient regimes. In addition, future concentrations are evaluated only at certain points in the column, which also limits the relevance of the predictions made. They can thus lead to the conclusion of a risk of flushing with oxygen when this risk is not real or does not detect a real risk. In the first case, the control systems over-react which disturbs the operation of the unit. In the second case, a puff of nitrogen can intervene, without having been anticipated. It is understood that the operation of the air separation units requires precise knowledge of the concentrations inside the distillation columns.

Il existe sur le marché des capteurs, dits analyseurs de concentrations, qui permettent de mesurer les concentrations des composants chimiques en un endroit déterminé d'une colonne de distillation. Cependant, outre leur coût prohibitif, l'utilisation de ces analyseurs nécessite de prévoir des tuyaux supplémentaires pour prélever des échantillons dans les colonnes.There are sensors on the market, known as concentration analyzers, which measure the concentrations of chemical components at a specific point in a distillation column. However, in addition to their prohibitive cost, the use of these analyzers requires the provision of additional pipes to take samples in the columns.

L'ajout de tuyaux et le perçage ne sont pas souhaités car ils détériorent l'isolation des colonnes. Par conséquent, le nombre d'analyseurs de concentration et de sondes de température pouvant être utilisé dans une colonne est limité, rendant ainsi impossible la mesure de concentrations partout le long de la colonne. Dans l'état de la technique, trois familles principales de solutions ont été 15 proposées pour estimer des concentrations de composants chimiques dans une colonne de distillation à garnissages, sur la base de capteurs existants. La première famille de solutions consiste à établir un modèle, dit boîte noire (« Black-box »), dans lequel la concentration à estimer est considérée comme une fonction des mesures réalisées par les capteurs. Cette fonction peut être linéaire, 20 polynomiale, structurée par un réseau de neurones, etc. Le paramétrage de ce modèle consiste à ajuster tous ses coefficients sur la base de données expérimentales. Le temps d'établissement du modèle est très long, pouvant prendre plusieurs semaines pour une unité de séparation d'air. En outre, le modèle de boîte noire ne reflète pas les phénomènes physiques 25 ayant lieu dans la colonne et il ne tient généralement pas compte des non-linéarités dans la colonne. Or, les colonnes de distillation présentent un comportement très fortement non-linéaire d'autant plus lorsqu'elles fonctionnent à haute pureté, pour obtenir par exemple de l'oxygène de très haute pureté à partir d'une séparation de l'air. Cela rend le modèle de boîte noire pertinent uniquement pour les conditions de 30 fonctionnement de la colonne proche de celles utilisées pour son paramétrage. Des approches ont donc été proposées pour développer des modèles non-linéaires. Ainsi, la deuxième famille de solutions consiste à établir un modèle, dit à plateaux, dans lequel une colonne à garnissages est modélisée comme une colonne à plateaux constituée de plusieurs étages théoriques. Ce modèle est assez satisfaisant pour une simulation intensive classique de la colonne, par exemple lors de sa conception, mais il est insuffisant pour une simulation dynamique en temps-réel. En outre, ce modèle est complexe en termes de calcul car il requiert plusieurs ensembles d'équations, chaque ensemble correspondant à un étage théorique de la colonne. De plus, ce modèle nécessite le paramétrage d'un grand nombre de paramètres et sa stabilité n'est pas toujours garantie. La troisième famille de solutions consiste à établir un modèle, dit modèle d'onde, exprimant la distribution des concentrations le long de la colonne. Selon ce modèle, les colonnes de distillation sont considérées comme des lits continus le long desquels les profils de concentration se déplacent comme des ondes se propageant selon les flux de gaz et de liquide. Il en résulte des profils de concentration présentant une allure générale en S le long de la colonne. Le modèle d'onde est paramétré avec un paramètre, dit facteur de forme, qui ajuste la forme de l'onde, notamment l'aplanissement de son allure. Généralement, le facteur de forme est considéré comme constant dans les modèles d'onde existants. Ainsi, avec ce modèle, l'onde glisse dans la colonne tandis que sa forme reste constante. Or, cette hypothèse est fausse lorsque les conditions de fonctionnement changent, particulièrement à une pureté élevée. Bien qu'intéressant car délivrant un profil de concentration tout le long de la colonne, ce modèle reste donc insuffisant. Pour améliorer la pertinence du modèle d'onde, il a été développé des approches correctives liant le facteur de forme aux conditions de fonctionnement en utilisant des modèles inférentiels ou une estimation en ligne qui permettent d'adapter l'allure de la courbe. Bien qu'associé à une autre approche, il a par ailleurs été développé par la demanderesse un procédé utilisant un modèle d'estimation des concentrations le long des colonnes de distillation, exploitant également un paramètre de réglage permettant de prendre en compte des variations de fonctionnement de la colonne.The addition of pipes and drilling are not desirable because they deteriorate the insulation of the columns. As a result, the number of concentration analyzers and temperature probes that can be used in a column is limited, making it impossible to measure concentrations anywhere along the column. In the state of the art, three major families of solutions have been proposed for estimating concentrations of chemical components in a packed distillation column, based on existing sensors. The first family of solutions is to establish a model, called a black box, in which the concentration to be estimated is considered as a function of the measurements made by the sensors. This function can be linear, polynomial, structured by a neural network, etc. The parameterization of this model consists in adjusting all its coefficients on the basis of experimental data. The setup time of the model is very long, which can take several weeks for an air separation unit. In addition, the black box model does not reflect the physical phenomena occurring in the column and it does not generally account for nonlinearities in the column. However, the distillation columns exhibit a very strongly non-linear behavior all the more when they operate at high purity, for example to obtain oxygen of very high purity from a separation of air. This makes the black box model relevant only to the operating conditions of the column close to those used for its parameterization. Approaches have therefore been proposed to develop nonlinear models. Thus, the second family of solutions consists in establishing a so-called plate model in which a packed column is modeled as a plate column consisting of several theoretical stages. This model is quite satisfactory for a classical intensive simulation of the column, for example during its design, but it is insufficient for a dynamic simulation in real time. In addition, this model is complex in terms of calculation because it requires several sets of equations, each set corresponding to a theoretical stage of the column. In addition, this model requires the parameterization of a large number of parameters and its stability is not always guaranteed. The third family of solutions consists in establishing a model, called wave model, expressing the distribution of concentrations along the column. According to this model, the distillation columns are considered as continuous beds along which the concentration profiles move as waves propagating according to the flow of gas and liquid. This results in concentration profiles with a general S-shape along the column. The wave model is parameterized with a parameter, called form factor, which adjusts the shape of the wave, including the smoothing of its pace. Generally, the form factor is considered constant in existing wave models. Thus, with this model, the wave slides in the column while its shape remains constant. However, this assumption is false when operating conditions change, particularly at high purity. Although interesting because delivering a profile of concentration all along the column, this model remains insufficient. To improve the relevance of the wave model, corrective approaches have been developed linking the form factor to the operating conditions by using inferential models or online estimation to adapt the shape of the curve. Although associated with another approach, it has also been developed by the applicant a method using a model for estimating concentrations along the distillation columns, also using a setting parameter to take into account operating variations. of the column.

La présente invention vise à améliorer la détection d'un risque de dysfonctionnement dans une unité de séparation des composants chimiques d'un produit en s'appuyant sur ce type de modèles. L'invention concerne ainsi un procédé de détection d'un risque de dysfonctionnement dans une unité de séparation des composants chimiques d'un produit, notamment de l'air, comprenant une colonne de distillation dudit produit, notamment à garnissages, ledit procédé mettant en oeuvre un modèle permettant d'estimer la concentration des composants le long de la colonne, notamment à partir de mesures de concentration effectuées par un ou plusieurs capteurs, ledit modèle exploitant un paramètre de réglage permettant de prendre en compte des variations de fonctionnement de la colonne, ledit procédé comprenant une étape de prédiction d'au moins un profil futur des concentrations desdits composants le long de la colonne à l'aide dudit modèle. En utilisant un tel type de modèle, on dispose d'une estimation complète des concentrations futures, c'est-à-dire, tout le long de la colonne, et fiabilisée, car prenant en compte de façon efficace les dynamiques non-linéaires de la colonne. On peut de la sorte effectuer une prévision plus pertinente des dysfonctionnements. Disposer d'un profil estimé tout le long de la colonne permet en particulier de pouvoir suivre un point d'intérêt de ce profil qui n'est pas forcément directement accessible par des mesures. Selon différents modes de réalisation, qui pourront être pris ensemble ou séparément : - ledit procédé comprend une étape de détermination d'un profil des concentrations de tout ou partie desdits composants le long de ladite colonne à l'aide dudit modèle, à l'instant présent, les concentrations à l'instant présent servant de premières données d'entrée du modèle pour effectuer ladite étape de prédiction, lors d'une première itération, - l'étape de prédiction utilise comme premières données d'entrée pour obtenir le profil de concentrations lors d'une itération n la valeur de l'une ou plusieurs des concentrations obtenues lors d'une itération précédente n-1, - ladite étape de prédiction est effectuée en utilisant un ou plusieurs autres paramètres physiques de l'unité comme données d'entrée supplémentaires du modèle, - selon une première variante, ledit paramètre physique présente des valeurs futures connues et l'on utilise lesdites valeurs futures connues comme données d'entrées supplémentaires pour effectuer ladite étape de prédiction, à chaque itération, - selon une seconde variante, ladite donnée d'entrée supplémentaire est issue d'une étape de détermination dans laquelle on fait varier, notamment linéairement, ledit paramètre physique à partir d'une valeur présente, ou passé, dudit paramètre physique et l'on utilise lesdites valeurs futures ainsi déterminées, à chaque itération, - on détermine une orientation, soit croissante, soit décroissante, dudit paramètre physique à l'instant présent, ou à un instant passé, et on effectue ladite étape de détermination d'une donnée d'entrée supplémentaire en maintenant ladite orientation, - selon une troisième variante, ladite donnée d'entrée supplémentaire est issue d'une étape de détermination dans laquelle on maintient fixe ledit paramètre physique, notamment à sa valeur à l'instant présent ou passé, et l'on utilise lesdites valeurs futures ainsi déterminées, à chaque itération, - ladite étape de prédiction est effectuée en maintenant fixe le paramètre de réglage, en particulier à sa valeur à l'instant présent, - on actualise ladite prédiction de façon périodique, - ledit procédé comprend une étape de comparaison de la concentration de l'un au moins desdits composants, en au moins un point de ladite colonne, provenant de l'un desdits profils futurs, avec une ou des concentrations de référence dudit composant et/ou la concentration du même composant, au même point de la colonne, provenant d'un autre desdits profils futurs, ledit procédé comprend une étape de comparaison de l'un des profils futurs de l'un au moins desdits composants avec un profil de référence et/ou avec un autre des profils futurs dudit composant, au moins pour certaines portions longitudinales de la colonne, - ledit procédé comprend une étape de traitement de résultats de ladite 25 étape de comparaison, - ladite étape de traitement est réalisée en attribuant une pondération différente aux résultats correspondant à un ou des points particuliers de la colonne pour décider de l'émission d'une alerte, - le ou l'un desdits points particuliers est un point de soutirage. 30 Cela étant, selon un aspect de l'invention, le modèle employé est du type permettant d'estimer la concentration des composants en fonction du temps et de la position le long de l'axe longitudinal de la colonne, prévue à garnissages. Plus précisément, il pourra s'agir d'un modèle exploitant un terme de propagation en relation avec une convection desdits composants le long de la colonne et un terme de diffusion axiale en relation avec une diffusion desdits composants dans la colonne, le paramètre de réglage permettant de pondérer les effets de la diffusion par rapport aux effets de la propagation. Plus précisément, le paramètre de réglage, de valeur très faible, notamment très inférieure à 1, permet de pondérer le terme de diffusion. Le terme de diffusion du modèle de l'invention résulte des échanges entre les phases liquide et gazeuse. En effet, dans une colonne de distillation à garnissages, les flux de gaz, ou vapeur, montants sont en contact avec les flux de liquide descendants. Cela est modélisé simplement par un unique flux de vapeur en contact avec un unique flux de liquide, à travers une interface de contact unique. A l'interface, le liquide et le gaz sont concomitants et satisfont à chaque instant à l'équilibre thermodynamique, ce qui impose les concentrations des composants en phase liquide et en phase gazeuse. Plus on est loin de l'interface, moins les fluides sont couplés thermodynamiquement. Par conséquent, loin de l'interface, les concentrations sont différentes des concentrations à l'interface. Dans chaque phase, des flux de diffusion vers l'interface tendent à rehomogéniser les concentrations. Grâce à la prise en compte, non seulement du phénomène de convection des composants le long de la colonne, mais également de leur diffusion, le procédé de l'invention fournit une estimation pertinente des concentrations.The present invention aims to improve the detection of a risk of malfunction in a unit for separating the chemical components of a product based on this type of model. The invention thus relates to a method for detecting a risk of malfunction in a unit for separating the chemical components of a product, in particular air, comprising a distillation column of said product, in particular with packings, said process involving a model is used to estimate the concentration of the components along the column, in particular from concentration measurements made by one or more sensors, said model using a setting parameter making it possible to take into account variations in the operation of the column said method comprising a step of predicting at least one future profile of the concentrations of said components along the column using said template. Using this type of model, we have a complete estimate of future concentrations, that is to say, all along the column, and reliable, because taking into account effectively the nonlinear dynamics of the column. In this way, a more accurate forecast of malfunctions can be made. Having an estimated profile all along the column makes it possible in particular to be able to follow a point of interest of this profile which is not necessarily directly accessible by measurements. According to various embodiments, which may be taken together or separately: said method comprises a step of determining a profile of the concentrations of all or part of said components along said column using said model, at the moment present, the concentrations at the present time serving as the first input data of the model to perform said prediction step, at a first iteration, the prediction step uses as first input data to obtain the profile of concentrations during an iteration n the value of one or more of the concentrations obtained during a previous iteration n-1, - said prediction step is performed using one or more other physical parameters of the unit as data of additional input of the model, - according to a first variant, said physical parameter has known future values and these future values are used are known as additional input data for performing said prediction step, at each iteration, - according to a second variant, said additional input data is derived from a determination step in which said parameter is varied, in particular linearly, from a present value, or past, of said physical parameter and using said future values thus determined, at each iteration, - an increasing or decreasing orientation of said physical parameter is determined at the present instant. , or at a past instant, and said step of determining an additional input data while maintaining said orientation, - according to a third variant, said additional input data is derived from a determination step in which one maintains fixed said physical parameter, in particular at its value at the present moment or past, and one uses said values was ures thus determined, at each iteration, - said prediction step is performed by maintaining fixed the setting parameter, in particular its value at the present moment, - it updates said prediction periodically, - said method comprises a step of comparing the concentration of at least one of said components, at at least one point of said column, originating from one of said future profiles, with one or more reference concentrations of said component and / or the concentration of the same component, at same point of the column, coming from another of said future profiles, said method comprises a step of comparing one of the future profiles of at least one of said components with a reference profile and / or with another of the profiles of said component, at least for certain longitudinal portions of the column, - said method comprises a step of processing results of said comparison step, - said step processing is performed by assigning a different weighting to the results corresponding to one or more points of the column to decide the issuance of an alert, - or one of said particular points is a drawpoint. That being so, according to one aspect of the invention, the model employed is of the type for estimating the concentration of the components as a function of time and position along the longitudinal axis of the column, provided for packings. More specifically, it may be a model exploiting a propagation term in relation to a convection of said components along the column and an axial diffusion term in relation to a diffusion of said components in the column, the setting parameter to weight the effects of diffusion in relation to the effects of propagation. More precisely, the setting parameter, of very low value, in particular much less than 1, makes it possible to weight the diffusion term. The diffusion term of the model of the invention results from exchanges between the liquid and gaseous phases. Indeed, in a packed distillation column, the gas flows, or steam, amounts are in contact with the descending liquid flow. This is modeled simply by a single stream of vapor in contact with a single stream of liquid, through a single contact interface. At the interface, the liquid and the gas are concomitant and satisfy at each instant the thermodynamic equilibrium, which imposes the concentrations of the components in the liquid phase and in the gas phase. The further one is from the interface, the less the fluids are coupled thermodynamically. Therefore, far from the interface, the concentrations are different from the concentrations at the interface. In each phase, diffusion flows towards the interface tend to rehomogenize the concentrations. By taking into account, not only the phenomenon of convection of the components along the column, but also their diffusion, the method of the invention provides a relevant estimate of the concentrations.

En outre, en ramenant l'expression du phénomène de diffusion le long du même axe que celui le long duquel les concentrations varient en raison du terme de propagation, à savoir l'axe longitudinal de la colonne, le poids des calculs à effectuer est réduit et la simulation peut être mise en oeuvre en temps réel. On peut noter qu'un tel modèle provient d'une analyse microscopique, en particulier d'une mise en équation de certains des phénomènes impliquant la concentration des composants dans une section infinitésimale de la colonne. Le terme de diffusion du modèle résulte de la sorte, notamment, des échanges microscopiques entre les phases liquide et gazeuse. De façon la plus courante, les colonnes étant orientées verticalement, la position selon l'axe longitudinal de la colonne représentera la position verticale le long de la colonne. L'invention trouvera cependant aussi ses applications dans des colonnes présentant une autre orientation, notamment horizontale. A titre d'exemple, le modèle conforme à l'invention délivre la valeur des concentrations selon un axe dont l'origine est placée à l'extrémité de la colonne au niveau de laquelle la concentration du composé le moins volatile est minimale et orienté dans le sens croissant de la concentration dudit composé le moins volatile. Autrement dit, pour des colonnes de distillation d'air, présentant une orientation verticale, le composé le moins volatile est l'oxygène et l'origine est le sommet de la colonne, l'axe étant orienté en suivant la concentration croissante en oxygène, c'est- à-dire, du haut en bas. Il est à noter que, par colonne de distillation à garnissages, on comprend des colonnes de distillation comprenant des éléments se présentant sous forme de tôles métalliques définissant un réseau de canaux de circulation du liquide et du gaz parcourant la colonne, lesdites tôles étant configurées afin que lesdits canaux soient fortement imbriqués de manière à favoriser une mise en contact des phases liquides et des phases gazeuses circulant dans lesdits canaux. Cela étant, l'invention s'applique plus largement à toute technologie de colonnes de distillation comprenant des éléments définissant un tel réseau de canaux de circulation de fluide.In addition, by reducing the expression of the diffusion phenomenon along the same axis along which the concentrations vary due to the propagation term, namely the longitudinal axis of the column, the weight of the calculations to be performed is reduced. and the simulation can be implemented in real time. It may be noted that such a model comes from a microscopic analysis, in particular from an equation of some of the phenomena involving the concentration of the components in an infinitesimal section of the column. The diffusion term of the model results in this way, in particular, microscopic exchanges between the liquid and gaseous phases. Most commonly, the columns being oriented vertically, the position along the longitudinal axis of the column will represent the vertical position along the column. The invention will however also find its applications in columns having a different orientation, including horizontal. By way of example, the model in accordance with the invention delivers the value of the concentrations along an axis whose origin is placed at the end of the column at which the concentration of the least volatile compound is minimal and oriented in the increasing direction of the concentration of said least volatile compound. In other words, for air distillation columns, having a vertical orientation, the least volatile compound is oxygen and the origin is the top of the column, the axis being oriented according to the increasing concentration of oxygen, that is, from top to bottom. It should be noted that, by packed distillation column, distilling columns comprising elements in the form of metal sheets defining a network of liquid circulation channels and gas flowing through the column, said sheets being configured to said channels are strongly interlocked so as to promote contacting of the liquid phases and the gaseous phases circulating in said channels. However, the invention applies more broadly to any distillation column technology comprising elements defining such a network of fluid circulation channels.

Avantageusement, le modèle utilise deux échelles de temps différentes pour tenir compte à la fois de la circulation longitudinale et de la circulation selon une direction normale à l'interface des composants dans la section infinitésimale considérée, c'est-à-dire, selon une direction transversale à l'axe longitudinal de la colonne, ladite circulation selon une direction normale à l'interface étant plus rapide que la circulation longitudinale. Grâce à l'utilisation de ces deux échelles, l'ensemble des phénomènes physiques se produisant dans la colonne est pris en compte dans le modèle tout en permettant des simplifications diminuant le poids des calculs à effectuer. Selon cet aspect de l'invention, ledit modèle exploite, par exemple, une équation aux dérivées partielles de convection-diffusion liant une dérivée première selon le temps, une dérivée première et une dérivée seconde selon la position longitudinale dans la colonne d'une valeur en relation avec la concentration desdites composants dans la colonne, ledit paramètre de réglage étant associé à ladite dérivée seconde.Advantageously, the model uses two different time scales to take account of both the longitudinal circulation and the circulation in a direction normal to the interface of the components in the infinitesimal section considered, that is to say, according to a direction transverse to the longitudinal axis of the column, said circulation in a direction normal to the interface being faster than the longitudinal flow. Thanks to the use of these two scales, all the physical phenomena occurring in the column are taken into account in the model while allowing simplifications decreasing the weight of the calculations to be performed. According to this aspect of the invention, said model exploits, for example, a partial derivative differential-convection-diffusion equation linking a first derivative according to time, a first derivative and a second derivative according to the longitudinal position in the column of a value. in relation to the concentration of said components in the column, said setting parameter being associated with said second derivative.

Ledit modèle exploite en outre, par exemple, une expression approchée de la concentration desdits composants en fonction d'une valeur intermédiaire issue de la résolution de ladite équation.Said model also exploits, for example, an approximate expression of the concentration of said components as a function of an intermediate value resulting from the resolution of said equation.

Ladite expression approchée est, notamment, un développement limité par rapport au paramètre de réglage, ledit développement limité comportant un terme d'ordre 0, exprimant les phénomènes lents, et un terme d'ordre 1, perturbatif. On tire de ladite équation aux dérivées partielles un profil, selon le temps et la position longitudinale dans ladite colonne, de ladite valeur intermédiaire et on détermine un profil, selon le temps et la position longitudinale dans ladite colonne, de la concentration des composants dans la colonne, en reportant ladite valeur intermédiaire dans ladite expression approchée. A titre d'exemple, l'équation aux dérivées partielles a la forme suivante : f X + Vk(X)] dans laquelle : - t représente le temps ; - z représente la position le long de l'axe de la colonne orienté du haut vers le bas ; - L et V représentent les débits respectifs de liquide et de gaz dans la colonne ; - X est un vecteur représentant ladite valeur intermédiaire à l'instant t, à la position z ; - k est une matrice de fonctions, avantageusement non-linéaires, de X exprimant l'équilibre thermodynamique entre les phases liquide et gazeuse des composants ; - f et G sont des matrices de fonctions de X ; et - c est le paramètre de réglage. Par matrices de fonctions, on entend des applications de l'ensemble [0 ;1]A des vecteurs à valeurs, réelles, dans l'intervalle [0 ;1], de dimension A, où A est la taille du vecteur X, dans l'ensemble M(R)AXN des matrices à valeur dans l'ensemble des réels R, à A lignes et N colonnes, N valant 1 ou A. Selon une réalisation préférée, lorsque le mélange contient M composants, la taille du vecteur X est égale à M-1, étant donné que la somme des concentrations 30 des composants est égale à 1. A titre d'exemple, dans une unité de séparation d'air, si les composants intéressants sont l'oxygène, l'azote et l'argon, la taille du vecteur X est égale à 2.Said approximate expression is, in particular, a development limited with respect to the adjustment parameter, said limited development comprising a term of order 0, expressing the slow phenomena, and a term of order 1, perturbative. From said partial differential equation is derived a profile, according to the time and the longitudinal position in said column, of said intermediate value and a profile is determined, according to the time and the longitudinal position in said column, of the concentration of the components in the column, reporting said intermediate value in said approximate expression. By way of example, the partial differential equation has the following form: f X + Vk (X)] in which: t represents the time; z represents the position along the axis of the column oriented from top to bottom; - L and V represent the respective flow rates of liquid and gas in the column; X is a vector representing said intermediate value at time t, at position z; k is a matrix of functions, advantageously non-linear, of X expressing the thermodynamic equilibrium between the liquid and gaseous phases of the components; f and G are function matrices of X; and - this is the setting parameter. Function matrices are applications of the set [0; 1] A to real valued vectors in the interval [0; 1], of dimension A, where A is the size of the vector X, in the set M (R) AXN of the matrices with value in the set of real R, with A rows and N columns, N being 1 or A. According to a preferred embodiment, when the mixture contains M components, the size of the vector X is equal to M-1, since the sum of the concentrations of the components is equal to 1. For example, in an air separation unit, if the components of interest are oxygen, nitrogen and Argon, the size of the vector X is equal to 2.

Dans le cas d'un mélange binaire simplifié, par exemple un mélange d'oxygène et d'azote, le vecteur X est de taille 1 et l'équation aux dérivées partielles est alors purement scalaire. Ledit terme de diffusion est, par exemple, fonction du débit de liquide et de gaz dans la colonne. Autrement dit, dans l'équation donnée plus haut, la matrice de fonctions G est paramétrée par L et V. Les fonctions f et G pourront dépendre d'un vecteur de paramètres a représentant les retenues de liquide et de gaz. Selon une réalisation, a et/ou L et/ou V dépendent du temps t et/ou de la position z. De préférence, le procédé comprend une étape de résolution numérique de l'équation aux dérivées partielles. A titre d'exemple, cette résolution numérique utilise une technique de différences finies en temps et en espace pour assurer un calcul rapide et une faible complexité de calcul. Selon une réalisation, le pas temporel utilisé pour la résolution numérique est compris entre une valeur de l'ordre de la seconde à une valeur de l'ordre de la minute, environ, et le pas spatial est fixé à 10 centimètres environ. Le schéma numérique utilisé pour traiter l'équation peut être écrit sous forme implicite ou explicite. Pour disposer de concentrations calculées qui ne soient ni négatives ni supérieures à 1, on pourra préférer l'utilisation d'une méthode de forme implicite, même si elle nécessite plus de calculs. Selon un mode de réalisation, la colonne comporte des points d'alimentation et/ou de tirage du produit et/ou de tout ou partie des composants du produit. Ledit modèle divise ladite colonne en plusieurs sections, dites sections homogènes, chacune prévue entre deux points d'alimentation et/ou de tirage voisins selon la hauteur de la colonne. Ledit terme de convection et/ou ledit terme de diffusion sont adaptés à chaque section homogène. On pourra en particulier adapter le vecteur de paramètres a. Adapter les jeux de paramètres utilisés à chaque section homogène permet d'améliorer la précision du modèle.In the case of a simplified binary mixture, for example a mixture of oxygen and nitrogen, the vector X is of size 1 and the partial differential equation is then purely scalar. Said diffusion term is, for example, a function of the flow of liquid and gas in the column. In other words, in the equation given above, the function matrix G is parameterized by L and V. The functions f and G may depend on a vector of parameters a representing the liquid and gas reservoirs. According to one embodiment, a and / or L and / or V depend on the time t and / or on the position z. Preferably, the method comprises a step of numerical resolution of the partial differential equation. For example, this digital resolution uses a technique of finite differences in time and space to ensure a fast calculation and low computational complexity. In one embodiment, the time step used for the digital resolution is between a value of the order of one second to a value of about one minute, and the spatial pitch is fixed at about 10 centimeters. The numerical scheme used to process the equation can be written implicitly or explicitly. To have calculated concentrations that are neither negative nor superior to 1, we may prefer the use of an implicit form method, even if it requires more calculations. According to one embodiment, the column comprises feed points and / or pulling the product and / or all or part of the product components. Said model divides said column into several sections, called homogeneous sections, each provided between two feed points and / or neighboring draw depending on the height of the column. Said convection term and / or said diffusion term are adapted to each homogeneous section. In particular, the vector of parameters a may be adapted. Adapting the sets of parameters used to each homogeneous section improves the accuracy of the model.

Ledit modèle pourra encore exploiter des conditions limites décrivant le principe de conservation de la masse entre deux sections de la colonne, notamment entre deux sections homogènes, et aux extrémités de ladite colonne. Les conditions limites complètent ainsi le modèle aux extrémités d'une section homogène de la colonne à garnissages. Deux cas se présentent. Le premier cas est celui dans lequel la section est située à une extrémité de la colonne. Dans ce cas, la condition limite traduit un recyclage partiel ou total du flux quittant la colonne pour obtenir de la vapeur à l'extrémité haute de la colonne et du liquide à l'extrémité basse de la colonne. Le deuxième cas est celui dans lequel la section est connectée à une autre section. Dans ce cas, la condition limite traduit un prélèvement ou une injection de liquide et/ou de gaz entre les deux sections adjacentes. Cela étant, ledit procédé pourra en outre comprendre, pour l'instant présent, les étapes de : - mesure de la concentration d'au moins un desdits composants en au moins un endroit de la colonne; et - réglage du modèle à l'aide du paramètre de réglage déterminé à partir de la concentration mesurée. Plus précisément, selon ledit procédé, on pourra, notamment de façon itérative : - estimer la concentration dudit composant au niveau dudit endroit de la colonne où la mesure a lieu à l'aide dudit modèle avec une première valeur dudit paramètre de réglage, - établir une erreur entre la valeur estimée et la valeur mesurée de la concentration, établir une seconde valeur du paramètre de réglage en fonction de ladite erreur, - remplacer la première valeur du paramètre de réglage par la seconde valeur dans ledit modèle. Ainsi, la comparaison des concentrations mesurées à des endroits déterminés de la colonne, par exemple avec un analyseur de concentrations, et des concentrations déterminées aux mêmes endroits en utilisant le modèle de l'invention fournit des erreurs d'estimation qui sont alors utilisées pour régler le modèle. La concentration mesurée pourra en particulier être une concentration en tête et/ou fond de colonne, lieu de haute pureté de l'un des composants du mélange.Said model can still exploit boundary conditions describing the principle of conservation of mass between two sections of the column, in particular between two homogeneous sections, and at the ends of said column. The boundary conditions thus complete the model at the ends of a homogeneous section of the packed column. Two cases arise. The first case is where the section is at one end of the column. In this case, the limiting condition translates a partial or total recycling of the flow leaving the column to obtain steam at the high end of the column and the liquid at the lower end of the column. The second case is where the section is connected to another section. In this case, the limit condition reflects a sampling or injection of liquid and / or gas between the two adjacent sections. However, said method may further comprise, for the time being, the steps of: measuring the concentration of at least one of said components in at least one point of the column; and - setting the model using the setting parameter determined from the measured concentration. More precisely, according to said method, it will be possible, in particular iteratively: - to estimate the concentration of said component at said location of the column where the measurement takes place using said model with a first value of said adjustment parameter, - to establish an error between the estimated value and the measured value of the concentration, establishing a second value of the setting parameter as a function of said error, - replacing the first value of the setting parameter with the second value in said model. Thus, comparison of the concentrations measured at particular locations in the column, for example with a concentration analyzer, and concentrations determined at the same locations using the model of the invention provides estimation errors which are then used to adjust the model. The measured concentration may in particular be a concentration at the top and / or bottom of the column, a place of high purity of one of the components of the mixture.

L'invention concerne également un dispositif de détection d'un risque de dysfonctionnement dans une unité de séparation des composants chimiques d'un produit, notamment de l'air, comprenant une colonne de distillation, notamment à garnissages, ledit dispositif comprenant des moyens de mise en oeuvre d'un modèle permettant d'estimer la concentration des composants le long de la colonne, notamment à partir de mesures de concentration effectuées par un ou plusieurs capteurs, ledit modèle exploitant un paramètre de réglage permettant de prendre en compte des variations de fonctionnement de la colonne, ledit dispositif comprenant en outre des moyens de prédiction d'au moins un profil futur des concentrations desdits composants le long de la colonne à l'aide dudit modèle. Ledit dispositif est en particulier configuré pour la mise en oeuvre du procédé décrit plus haut. L'invention concerne aussi une unité de séparation d'air comprenant au moins une colonne de distillation d'air et un dispositif, tel que décrit plus haut, de détection d'un risque de dysfonctionnement, en particulier bouffées d'azote, dans la ou l'une desdites colonnes. L'invention concerne encore un programme d'ordinateur comportant des instructions pour la mise en oeuvre du procédé évoqué plus haut, lorsque le programme est exécuté par un processeur. L'invention concerne aussi un support d'enregistrement dans lequel est stocké ledit programme. On va maintenant décrire des exemples de réalisation de l'invention de façon plus précise, mais non limitative, en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, déjà évoquée, est un schéma synoptique illustrant la structure et le fonctionnement d'une unité de séparation d'air selon un mode de réalisation de l'invention ; - les figures 2 et 3, déjà commentées, illustrent la concentration d'azote, d'oxygène et d'argon le long de l'axe longitudinal de la colonne d'argon brut de l'unité de la figure 1, respectivement, dans des conditions de fonctionnement nominal et en cas de bouffées d'azote ; - la figure 4 est un schéma illustrant une section infinitésimale d'une colonne de l'unité de séparation de la figure 1 ; - la figure 5 est un schéma illustrant les phénomènes en jeux dans la section infinitésimale de la figure 4 ; - la figure 6 est un schéma illustrant la mise à jour du paramètre de réglage selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 7 illustre un exemple de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, par le biais d'une représentation de la valeur de paramètres physiques servant de données d'entrée, du paramètre de réglage du modèle utilisé et de concentrations futures prédites, ceci en fonction du temps et pour une première valeur de l'instant présent, - la figure 8 reprend la figure 7 pour une valeur postérieure de l'instant présent ; - la figure 9 illustre un profil de concentration futur obtenu lors de la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Comme illustré à la figure 1, l'invention trouvera ses applications, par exemple, dans une unité 2 de séparation d'air, en particulier une unité cryogénique. De telles installations sont aussi appelées ASU (« Air Separation Units » ou « appareils de séparation d'air »), selon l'acronyme anglais habituellement utilisé. Pour reprendre et compléter la description déjà effectuée plus haut, ladite unité de séparation 2 comprend une ou des colonnes de distillation, notamment à garnissages. Elle est avantageusement configurée pour obtenir de l'oxygène, de l'azote et de l'argon, pratiquement pur, à partir de l'air, que ce soit sous forme liquide ou gazeuse. Elle comprend ici une première colonne de distillation 14, dite colonne haute pression, et une seconde colonne de distillation 26, située ici dans la continuité verticale de la colonne haute pression 14. Elle comprend encore une troisième colonne de distillation 34 à garnissages, dite colonne d'argon brut, et une quatrième colonne de distillation 36 à garnissages, dite colonne d'argon pur.The invention also relates to a device for detecting a risk of malfunction in a unit for separating the chemical components of a product, in particular air, comprising a distillation column, in particular a packed column, said device comprising means for implementation of a model making it possible to estimate the concentration of the components along the column, in particular from concentration measurements made by one or more sensors, said model using an adjustment parameter making it possible to take into account variations of operation of the column, said device further comprising means for predicting at least one future profile of the concentrations of said components along the column using said model. Said device is in particular configured for implementing the method described above. The invention also relates to an air separation unit comprising at least one air distillation column and a device, as described above, for detecting a risk of malfunction, in particular nitrogen puffs, in the air separation unit. or one of said columns. The invention also relates to a computer program comprising instructions for implementing the method mentioned above, when the program is executed by a processor. The invention also relates to a recording medium in which said program is stored. Exemplary embodiments of the invention will now be described more precisely, but not limitatively, with reference to the appended drawings in which: FIG. 1, already mentioned, is a block diagram illustrating the structure and operation of a air separation unit according to one embodiment of the invention; FIGS. 2 and 3, already discussed, illustrate the concentration of nitrogen, oxygen and argon along the longitudinal axis of the crude argon column of the unit of FIG. 1, respectively, in FIG. nominal operating conditions and in the event of nitrogen flushes; FIG. 4 is a diagram illustrating an infinitesimal section of a column of the separation unit of FIG. 1; FIG. 5 is a diagram illustrating the phenomena involved in the infinitesimal section of FIG. 4; FIG. 6 is a diagram illustrating the updating of the adjustment parameter according to one embodiment of the invention; FIG. 7 illustrates an example of implementation of the method according to the invention, by means of a representation of the value of physical parameters serving as input data, of the adjustment parameter of the model used and of future concentrations. predicted, this as a function of time and for a first value of the present moment, - Figure 8 shows Figure 7 for a posterior value of the present moment; FIG. 9 illustrates a future concentration profile obtained during the implementation of the process according to the invention. As illustrated in FIG. 1, the invention will find its applications, for example, in an air separation unit 2, in particular a cryogenic unit. Such installations are also called ASU ("Air Separation Units" or "air separation devices"), according to the acronym usually used. To resume and complete the description already made above, said separation unit 2 comprises one or more distillation columns, including packed. It is advantageously configured to obtain substantially pure oxygen, nitrogen and argon from air, whether in liquid or gaseous form. It comprises here a first distillation column 14, said high pressure column, and a second distillation column 26, located here in the vertical continuity of the high pressure column 14. It further comprises a third distillation column 34 packed, called column crude argon, and a fourth packed distillation column 36, said pure argon column.

La colonne haute pression 14 comprend plusieurs sections homogènes 16, 18, 20, ici trois. La colonne basse pression 26 comprend également plusieurs sections homogènes, ici cinq. La colonne d'argon brut comprend ici une seule section homogène. La colonne d'argon pur comprend plusieurs sections homogènes, ici deux.The high pressure column 14 comprises several homogeneous sections 16, 18, 20, here three. The low pressure column 26 also comprises several homogeneous sections, here five. The crude argon column here comprises a single homogeneous section. The pure argon column comprises several homogeneous sections, here two.

A chaque extrémité d'une section homogène de l'une des colonnes a lieu soit une introduction d'air ou une introduction d'un ou de composants, issus de la distillation dans l'une des autres colonnes, soit un tirage d'un ou de composants issus de la distillation dans la colonne en cause, ceci en phase liquide et/ou en phase gazeuse. On assure de la sorte une distillation du type connu sous le nom de distillation à reflux. Ici, la colonne haute pression 14 est alimentée en air en phase liquide, comme illustré par la flèche associée à la mention AIR 1, et en phase gazeuse, comme illustré par la flèche associée à la mention AIR 2. L'alimentation en air en phase gazeuse est effectuée en fond de colonne et l'alimentation en air sous forme liquide est effectuée au dessus de la section homogène 16 se trouvant juste au dessus du fond 24 de la colonne haute pression 14. De l'azote liquide, quasiment pur, noté LIN sur la figure 1, est récupéré en haut de la colonne haute pression 14. De l'oxygène liquide, quasiment pur, noté LOX, est récupéré en fond 28 de la colonne basse pression 26. Du liquide riche en argon, noté LAR, est récupéré en bas de la colonne d'argon pur 36. L'unité de séparation 2 pourra en outre comprendre un échangeur de chaleur 30 au niveau duquel certains des flux introduits et/ou tirés des colonnes haute et/ou basse pression 14, 26 échangent de la chaleur. Lesdites colonnes haute et basse pression pourront par ailleurs être configurées pour autoriser un échange de chaleur entre le haut de ladite colonne haute pression 14 et le fond de la dite colonne basse pression 26 afin de respectivement permettre une liquéfaction et une vaporisation des composants se trouvant à ce niveau. De manière avantageuse, trois analyseurs de la concentration d'oxygène 41, 42, 43 sont placés à des endroits déterminés de la colonne basse pression 26 et deux analyseurs 44, 45 sont placés à des endroits déterminés de la colonne haute pression 14. Par ailleurs, l'unité de séparation 2 comprend un dispositif de détermination 50 des concentrations des composants chimiques de l'air à tout endroit des colonnes haute pression 14 et basse pression 26. Ce dispositif 50 comprend notamment un processeur permettant l'exploitation d'un modèle décrivant la variation des concentrations des composants en fonction du temps et de la position le long de chacune de ces colonnes 14, 26. Ledit modèle utilise les mesures effectuées par les analyseurs 41, 42, 43, 44, 25 45, ceci en exploitant un paramètre de réglage permettant de prendre en compte des variations de fonctionnement de la colonne. Le fonctionnement de ce dispositif 50 est détaillé dans la suite de la description, en relation avec mode de réalisation dudit modèle exploitant un terme de propagation en relation avec une convection desdits composants le long de la 30 colonne et un terme de diffusion axiale en relation avec une diffusion desdits composants dans la colonne, le paramètre de réglage permettant de pondérer les effets de la diffusion par rapport aux effets de la propagation. Dans cette description, le terme colonne sans autre précision désignera l'une des colonnes 14, 26 de la figure 1.At each end of a homogeneous section of one of the columns takes place either an introduction of air or an introduction of one or components, resulting from the distillation in one of the other columns, or a draw of one or components derived from distillation in the column in question, this in the liquid phase and / or in the gas phase. In this way, distillation of the type known as reflux distillation is provided. Here, the high pressure column 14 is supplied with air in the liquid phase, as illustrated by the arrow associated with the mention AIR 1, and in the gas phase, as illustrated by the arrow associated with the mention AIR 2. The air supply in The gas phase is carried out at the bottom of the column and the air supply in liquid form is carried out above the homogeneous section 16 located just above the bottom 24 of the high pressure column 14. Liquid nitrogen, almost pure, noted LIN in Figure 1, is recovered at the top of the high pressure column 14. Liquid oxygen, almost pure, noted LOX, is recovered in the bottom 28 of the low pressure column 26. Argon-rich liquid, noted LAR is recovered at the bottom of the pure argon column 36. The separation unit 2 may further comprise a heat exchanger 30 at which some of the flows introduced and / or drawn from the high and / or low pressure columns 14, 26 exchange heat. Said high and low pressure columns may also be configured to allow a heat exchange between the top of said high pressure column 14 and the bottom of said low pressure column 26 to respectively allow liquefaction and vaporization of the components at this level. Advantageously, three oxygen concentration analyzers 41, 42, 43 are placed at specific locations in the low pressure column 26 and two analyzers 44, 45 are placed at predetermined locations in the high pressure column 14. , the separation unit 2 comprises a device 50 for determining the concentrations of the chemical components of the air at any point in the high-pressure 14 and low-pressure columns 26. This device 50 comprises in particular a processor making it possible to operate a model describing the variation in the concentrations of the components as a function of time and position along each of these columns 14, 26. This model uses the measurements made by the analyzers 41, 42, 43, 44, 45, this by exploiting a setting parameter to take into account changes in the operation of the column. The operation of this device 50 is detailed in the following description, in relation with embodiment of said model using a propagation term in relation to a convection of said components along the column and an axial diffusion term in relation to a diffusion of said components in the column, the setting parameter for weighting the effects of diffusion with respect to the effects of propagation. In this description, the term column without further specification will designate one of the columns 14, 26 of Figure 1.

Le modèle utilisé par le dispositif 50 comprend l'équation aux dérivées partielles (1) suivante : X + Vk(X)}+ G dans laquelle : - t représente le temps ; - z représente la position le long de l'axe de la colonne orienté du haut vers le bas ; - L et V représentent les débits respectifs de liquide et de gaz dans la colonne ; - X est un vecteur représentant une valeur intermédiaire liée à la concentration des composants à l'instant t, à la position z ; - k est une matrice de fonctions exprimant l'équilibre thermodynamique entre les phases liquide et gazeuse des composants ; - f et G sont des matrices de fonctions de X ; et - c est le paramètre de réglage. La fonction k pourra être non-linéaire. A titre d'exemple, elle s'exprime de la façon suivante : k dans laquelle a est la volatilité relative du composant en cause par rapport au 20 composé de rang M dont la concentration n'est pas calculée mais déduite de la concentration calculée des autres composés, comme expliqué plus haut. Le premier terme de l'équation (1) représente le terme de propagation. Le deuxième terme de l'équation (1) représente le terme de diffusion axiale. Il provient de la prise en compte d'un phénomène microscopique rapide, à savoir la diffusion 25 microscopique transversale, ceci après simplification. Les origines microscopiques de l'équation (1) vont maintenant être détaillées en référence aux figures 4 et 5. Pour la clarté de la description, le mélange est considéré comme binaire oxygène/azote, de sorte que l'équation (1) est scalaire, x et y correspondant à la concentration d'oxygène, respectivement en phase liquide et en 30 phase gazeuse. (1) La figure 4 représente une section infinitésimale S de hauteur dz de la colonne 14, 26 dans laquelle sont étudiés les phénomènes de convection et de diffusion. Dans la colonne de distillation à garnissages 14, 26, les flux de gaz montants sont en contact avec les flux de liquide descendants. En référence à la figure 5, ce phénomène physique peut être modélisé simplement comme un seul flux de gaz 80 en contact avec un seul flux de liquide 82 à travers une seule interface de contact 84. Les flèches 86, 88 montrent le déplacement vertical de bas en haut du flux de gaz 80 et les flèches 90, 92 montrent le déplacement vertical de haut en bas du flux de liquide 82, l'axe des abscisses représentant la distance à l'interface liquide/gaz et les axes des ordonnées X et Y représentant les concentrations en liquide et en gaz respectivement. Au niveau de l'interface 84, le liquide et le gaz sont concomitants et à l'équilibre thermodynamique à tout instant, ce qui impose les concentrations au niveau de l'interface selon la relation (2): (2) dans laquelle l'astérisque "*" indique qu'il s'agit d'une variable évaluée à l'interface 84.The model used by the device 50 comprises the following partial differential equation (1): X + Vk (X)} + G in which: t represents the time; z represents the position along the axis of the column oriented from top to bottom; - L and V represent the respective flow rates of liquid and gas in the column; X is a vector representing an intermediate value related to the concentration of the components at time t, at the z position; k is a matrix of functions expressing the thermodynamic equilibrium between the liquid and gaseous phases of the components; f and G are function matrices of X; and - this is the setting parameter. The function k can be non-linear. By way of example, it is expressed as follows: where a is the relative volatility of the component in question relative to the compound of rank M whose concentration is not calculated but deduced from the calculated concentration of other compounds, as explained above. The first term of equation (1) represents the term of propagation. The second term of equation (1) represents the term of axial diffusion. It comes from the taking into account of a rapid microscopic phenomenon, namely transverse microscopic diffusion, this after simplification. The microscopic origins of equation (1) will now be detailed with reference to FIGS. 4 and 5. For the sake of clarity, the mixture is considered as binary oxygen / nitrogen, so that equation (1) is scalar , x and y corresponding to the oxygen concentration, respectively in the liquid phase and in the gas phase. (1) Figure 4 represents an infinitesimal section S of height dz of the column 14, 26 in which the phenomena of convection and diffusion are studied. In the packed distillation column 14, 26, the rising gas streams are in contact with the downward liquid streams. With reference to FIG. 5, this physical phenomenon can be modeled simply as a single gas flow 80 in contact with a single flow of liquid 82 through a single contact interface 84. The arrows 86, 88 show the vertical displacement of low at the top of the gas flow 80 and the arrows 90, 92 show the vertical displacement from top to bottom of the flow of liquid 82, the abscissa axis representing the distance at the liquid / gas interface and the X and Y ordinate axes representing the concentrations of liquid and gas respectively. At the interface 84, the liquid and the gas are concomitant and thermodynamic equilibrium at all times, which imposes the concentrations at the interface according to the relation (2): (2) in which the asterisk "*" indicates that it is a variable evaluated at interface 84.

Loin de l'interface, les fluides ne sont plus thermodynamiquement couplés de sorte que les concentrations sont différentes des concentrations à l'interface. Le déplacement descendant de liquide représenté par les flèches 90, 92 est décrit par la relation (3) : a(Lx) AL a t OZ + (3) dans laquelle al_ représente la retenue en phase liquide du composant en cause et ÀL représente un coefficient de diffusion en phase liquide. De la même manière, le déplacement ascendant de gaz représenté par les flèches 86, 88 est décrit par la relation (4) : Dy O(Vy) c)t az (4) dans laquelle o-v représente la retenue en phase vapeur du composant en cause et Àv représente un coefficient de diffusion en phase vapeur. k(x De manière remarquable, ledit modèle ne se contente pas de se placer dans une échelle de temps lente, dans laquelle le phénomène de diffusion radiale permettant un échange de masse entre les phases liquide et gazeuse est négligé car il est trop rapide.Far from the interface, the fluids are no longer thermodynamically coupled so that the concentrations are different from the concentrations at the interface. The downward movement of liquid represented by the arrows 90, 92 is described by the relation (3): a (Lx) AL has t OZ + (3) in which a represents the liquid phase retention of the component in question and AT represents a diffusion coefficient in the liquid phase. Similarly, the upward movement of gas represented by the arrows 86, 88 is described by the relation (4): Dy O (Vy) c) t az (4) wherein ov represents the vapor phase retention of the component cause and Δv represents a vapor diffusion coefficient. k (x Remarkably, the model is not satisfied with being placed in a slow time scale, in which the phenomenon of radial diffusion allowing a mass exchange between the liquid and gaseous phases is neglected because it is too fast.

Au contraire, le modèle de l'invention utilise également une échelle rapide pour décrire ce phénomène de circulation représenté par les flèches 94, 96, 98. Dans chaque phase, des flux de diffusion 94, 98 tendent à rehomogénéiser les concentrations. La diffusion finit alors par affecter l'interface 84 qui ne peut pas accumuler ou créer de la matière. Ainsi, un flux d'échange de masse 96 doit traverser l'interface 84 et permet ainsi de coupler les flux de diffusion de chaque phase. Cet échange de masse entre les 2 phases est exprimé par la relation (5) : E (17* -17)-F -1 - X)= 0 (5) Le paramètre de réglage c est très faible, notamment très inférieur à 1. Le terme Àv/c est assimilable au coefficient de diffusion associé aux flux de diffusion dans la phase gazeuse, et le terme Mc est assimilable au coefficient de diffusion associé aux flux de diffusion dans la phase liquide. L'hypothèse selon laquelle les coefficients de diffusion sont très grands est raisonnable lorsque le garnissage des colonnes est efficace. Avec cette hypothèse, le système d'équations (2) à (5) peut être simplifié.On the contrary, the model of the invention also uses a fast scale to describe this circulation phenomenon represented by the arrows 94, 96, 98. In each phase, diffusion streams 94, 98 tend to rehomogenize the concentrations. The diffusion then ends up affecting the interface 84 which can not accumulate or create matter. Thus, a mass exchange flux 96 must pass through the interface 84 and thus makes it possible to couple the diffusion flows of each phase. This mass exchange between the two phases is expressed by the relation (5): E (17 * -17) -F -1 -X) = 0 (5) The setting parameter c is very small, in particular much less than 1 The term Δv / c is comparable to the diffusion coefficient associated with the diffusion fluxes in the gas phase, and the term Mc is comparable to the diffusion coefficient associated with the diffusion fluxes in the liquid phase. The assumption that diffusion coefficients are very large is reasonable when column packing is effective. With this assumption, the system of equations (2) to (5) can be simplified.

Pour réaliser cette simplification, une technique dite variété invariante (« invariant manifold ») est utilisée ici, notamment une technique dite variété centre (« centre manifold »). Cette technique permet de préserver un bilan massique global. Il permet en outre de ne pas rendre une phase prépondérante par rapport à l'autre dans la structure du modèle, notamment du point de vue des rétentions liquide/vapeur et du point de vue de l'équilibre thermodynamique. La réduction aboutit alors à l'équation (1), dans laquelle la fonction G permet de relier les conditions de fonctionnement de la colonne aux effets de la diffusion. La fonction G pourra s'exprimer de la façon suivante : k'(X)2 , (X) G(X) = AL 1- Av L± v 1-avici(X)y- (6) dans laquelle k' est la fonction dérivée de la fonction k. Elle permet de mettre en évidence les effets locaux de L et V sur la diffusion.To achieve this simplification, a so-called invariant manifold technique is used here, in particular a so-called center manifold technique. This technique makes it possible to preserve an overall mass balance. It also makes it possible not to make a phase predominant with respect to the other in the structure of the model, in particular from the point of view of the liquid / vapor retentions and from the point of view of the thermodynamic equilibrium. The reduction then leads to equation (1), in which function G makes it possible to relate the operating conditions of the column to the effects of diffusion. The function G can be expressed in the following way: k '(X) 2, (X) G (X) = AL 1- Av L ± v 1-avici (X) y- (6) in which k' is the function derived from the function k. It makes it possible to highlight the local effects of L and V on the diffusion.

La fonction f pourra s'exprimer de la façon suivante : f (X) = crL + (X) (7) Il est à noter que les paramètres a, L et V pourront dépendre du temps t et de la position z.The function f can be expressed in the following way: f (X) = crL + (X) (7) It should be noted that the parameters a, L and V may depend on the time t and on the position z.

Le modèle permet également de décrire les concentrations dans chaque phase. Plus précisément, on utilise pour cela une expression approchée de la concentration desdits composants en fonction de la valeur intermédiaire issue de la résolution de l'équation (1). Ladite expression approchée est, par exemple, un développement limité par rapport au paramètre de réglage, ledit développement limité comportant un terme d'ordre 0, exprimant les phénomènes lents, et un terme d'ordre 1, perturbatif. On entend par là que le terme d'ordre 0 exprime un fonctionnement du système dans lequel les phénomènes rapides sont considérés comme instantanés et le terme d'ordre 1, perturbatif, prend en compte au moins partiellement la non instantanéité desdits phénomènes rapides. La concentration x en phase liquide pourra s'exprimer, par exemple, de la façon suivante : (8) La concentration y en phase gazeuse pourra s'exprimer, par exemple, de la façon suivante : G (X) OX Y(Z, k X + EUL vL + o-LV (9) Ainsi, pour estimer les concentrations en phase liquide et en phase gazeuse d'un composant, on pourra tirer de l'équation (1) un profil, selon le temps et la position verticale dans la colonne, de ladite valeur intermédiaire X puis déterminer un profil, selon le temps et la position verticale dans ladite colonne, de la concentration x en phase liquide et y en phase gazeuse des composants dans la colonne, en reportant ladite valeur intermédiaire X dans ladite expression approchée (8) et/ou (9). C'est cette approche qui est ici mise en oeuvre dans le dispositif 50. Outre l'équation (1), le modèle comprend des conditions limites décrivant ici le 30 principe de conservation de la masse entre deux sections, notamment entre deux sections homogènes, de la colonne et aux extrémités de ladite colonne. Plus X - Eav 0_ L + o-LV X G(X) particulièrement, les effets de la diffusion dans l'équation (1) doivent être préservés à ces endroits limites. La figure 6 illustre le fonctionnement du dispositif de détermination 50 du profil de concentration en oxygène dans l'unité de séparation d'air 2.The model also describes the concentrations in each phase. More precisely, an approximate expression of the concentration of said components as a function of the intermediate value resulting from the resolution of equation (1) is used for this purpose. Said approximate expression is, for example, a development limited with respect to the setting parameter, said limited development comprising a term of order 0, expressing slow phenomena, and a term of order 1, which is perturbative. By this we mean that the term of order 0 expresses an operation of the system in which the fast phenomena are considered as instantaneous and the term of order 1, which is perturbative, takes into account at least partially the non instantaneousness of said fast phenomena. The concentration x in the liquid phase can be expressed, for example, as follows: (8) The concentration y in the gas phase can be expressed, for example, as follows: G (X) OX Y (Z, k X + EUL vL + o-LV (9) Thus, to estimate the liquid phase and gas phase concentrations of a component, we can derive from equation (1) a profile, depending on the time and the vertical position in the column, of said intermediate value X and then determining a profile, according to the time and the vertical position in said column, of the concentration x in the liquid phase and y in the gaseous phase of the components in the column, by reporting said intermediate value X in said approximate expression (8) and / or (9) This is the approach that is implemented here in the device 50. In addition to equation (1), the model includes boundary conditions describing here the principle of conservation. of the mass between two sections, in particular between two homogeneous sections, of the column e and at the ends of said column. More X - Eav 0_ L + o-LV X G (X) especially, the effects of diffusion in equation (1) must be preserved at these boundary locations. FIG. 6 illustrates the operation of the device 50 for determining the oxygen concentration profile in the air separation unit 2.

Des données connues 100 sont fournies au dispositif de détermination 50. Il s'agit notamment de températures et/ou pressions et/ou débits de liquide et/ou de gaz à des endroits déterminés de l'unité de séparation 2. En outre, les analyseurs de concentration 41, 42, 43, 44, 45 fournissent au dispositif de détermination 50 des mesures de concentration discrètes 102 en oxygène dans des endroits déterminés des colonnes 14, 26. On établit ainsi une version initiale du modèle. En variante, on pourra également choisir des valeurs de départ arbitraires. A partir de ces données, le dispositif de détermination 50 muni du modèle représenté par l'équation (1) estime de manière itérative le profil de concentration en oxygène dans les colonnes 14, 26. Lors de la première itération, le paramètre de réglage c est fixé à une certaine valeur. Le dispositif de détermination 50 estime un profil de concentration en oxygène 104 à l'aide du modèle qui lui est incorporé avec cette valeur du paramètre de réglage.Known data 100 are provided to the determination device 50. These include temperatures and / or pressures and / or flow rates of liquid and / or gas at particular locations in the separation unit 2. In addition, Concentration analyzers 41, 42, 43, 44, 45 provide the determination device 50 with discrete oxygen concentration measurements 102 in specific locations of the columns 14, 26. An initial version of the model is thus established. Alternatively, one can also choose arbitrary starting values. From these data, the determination device 50 provided with the model represented by the equation (1) iteratively estimates the oxygen concentration profile in the columns 14, 26. During the first iteration, the adjustment parameter c is set to a certain value. The determining device 50 estimates an oxygen concentration profile 104 using the model incorporated therein with this value of the setting parameter.

Ensuite, le dispositif de détermination 50 compare les concentrations estimées aux endroits déterminés avec les mesures discrètes et en déduit des erreurs d'estimation (bloc 106 sur la figure 4) qu'il utilise pour adapter le paramètre de réglage c (bloc 108 sur la figure 4). Ainsi, au départ, lors des toutes premières itérations, le profil de concentration peut être très imprécis. Au bout d'un certain temps, le paramètre c est correctement réglé. Le dispositif de détermination 50 fournit alors un profil de concentration précis. De préférence, chaque colonne 14, 26 a son propre paramètre de réglage E. Lors de l'estimation du profil de concentrations, le dispositif de détermination 50 résout de manière numérique l'équation aux dérivées partielles (1).Then, the determination device 50 compares the estimated concentrations at the determined locations with the discrete measurements and deduces from them estimation errors (block 106 in FIG. 4) which it uses to adapt the adjustment parameter c (block 108 on the Figure 4). Thus, initially, during the first few iterations, the concentration profile can be very imprecise. After a while, the c parameter is set correctly. The determination device 50 then provides a precise concentration profile. Preferably, each column 14, 26 has its own setting parameter E. When estimating the concentration profile, the determining device 50 digitally resolves the partial derivative equation (1).

Il utilise pour cela une technique de différences finies en temps et en espace pour assurer un calcul rapide de faible complexité. Le pas temporel choisi pour la résolution numérique est fixé ici à une seconde environ et le pas spatial est fixé à 10 centimètres environ.It uses a technique of finite differences in time and space to ensure a fast calculation of low complexity. The time step chosen for the digital resolution is set here to about one second and the spatial pitch is fixed at about 10 centimeters.

Le schéma numérique utilisé pour traiter l'équation est écrit de façon à ce que les concentrations calculées ne soient ni négatives ni supérieures à 1, par exemple à l'aide d'un schéma implicite. Selon une réalisation préférée, le principe d'adaptation 108 du paramètre de réglage est le suivant : - si le paramètre de réglage c a une valeur correcte, alors le modèle mathématique de l'équation (1) est réaliste. Dans ce cas, les erreurs d'estimation sont nulles ; - si les erreurs d'estimation ne sont pas nulles, alors le modèle mathématique n'est pas correct. Par conséquent, il est nécessaire de changer la valeur du paramètre de réglage E. Ici, le dispositif de détermination 50 utilise une équation supplémentaire (10) : dt M (10) dans laquelle M est fonction des erreurs d'estimation et éventuellement d'autres 15 paramètres. L'équation (10) permet de modifier le paramètre de réglage c de manière continue afin de maintenir les erreurs d'estimation aussi faibles que possible. La fonction M peut, par exemple, utiliser directement une ou plusieurs erreurs d'estimation et peut prendre en compte d'autres paramètres tels que les débits de 20 liquide et/ou de gaz, les pressions, etc. Une fonction linéaire M simple dépendant uniquement d'une seule erreur d'estimation peut être utilisée. Il est également possible d'utiliser une structure plus complexe pour la fonction M afin d'accélérer la baisse des erreurs d'estimation. Cela étant, comme illustré à la figure 7, l'invention concerne un procédé de 25 détection d'un risque de dysfonctionnement dans une unité de séparation des composants chimiques d'un produit, ici de l'air, telle que celle décrite plus haut. Ledit procédé met en oeuvre un modèle permettant d'estimer la concentration des composants le long l'une ou plusieurs des colonnes de ladite unité, comme celui évoqué dans les paragraphes précédents. Autrement dit, ledit modèle exploite un 30 paramètre de réglage, tel que le paramètre c, permettant de prendre en compte des variations de fonctionnement de la ou desdites colonnes. En outre, ledit procédé comprend une étape 200 de prédiction d'au moins un profil futur des concentrations desdits composants le long de la colonne à l'aide dudit modèle.The numerical scheme used to process the equation is written so that the calculated concentrations are neither negative nor greater than 1, for example using an implicit scheme. According to a preferred embodiment, the adaptation principle 108 of the adjustment parameter is as follows: if the adjustment parameter c has a correct value, then the mathematical model of the equation (1) is realistic. In this case, the estimation errors are zero; - if the estimation errors are not zero, then the mathematical model is not correct. Therefore, it is necessary to change the value of the adjustment parameter E. Here, the determining device 50 uses an additional equation (10): dt M (10) in which M is a function of the estimation errors and possibly of other 15 parameters. Equation (10) allows the setting parameter c to be changed continuously in order to keep the estimation errors as low as possible. The function M may, for example, directly use one or more estimation errors and may take into account other parameters such as liquid and / or gas flow rates, pressures, etc. A simple linear function M solely dependent on a single estimation error can be used. It is also possible to use a more complex structure for the M function in order to accelerate the decline in estimation errors. However, as illustrated in FIG. 7, the invention relates to a method for detecting a risk of malfunction in a unit for separating the chemical components of a product, in this case air, such as that described above. . The method employs a model for estimating the concentration of components along one or more of the columns of the unit, as discussed in the preceding paragraphs. In other words, said model exploits an adjustment parameter, such as the parameter c, making it possible to take into account variations in the operation of the at least one column. In addition, said method comprises a step 200 of predicting at least one future profile of the concentrations of said components along the column using said model.

Ainsi, selon le procédé conforme à l'invention, on établit, composant par composant, les concentrations 202, 204, ... le long de la colonne, en un ou plusieurs instants futurs t1, t2, tN pour disposer d'un profil des concentrations desdits composants en chacun du ou desdits instants, ceci pour tout ou partie des composants. On dispose de la sorte d'informations sur l'évolution de l'unité sur laquelle on peut travailler pour détecter des risques de dysfonctionnement de ladite unité. La figure 7 montre que, selon un mode de réalisation de l'invention, on pourra aussi se servir du profil de concentration établi pour l'instant présent t. Plus précisément, des concentrations 201 déterminées à l'instant présent, notamment grâce audit modèle, pourront servir de premières données d'entrée 207 du modèle pour effectuer ladite étape de prédiction 200, notamment la ou les concentrations relevés au niveau du ou des capteurs de mesure. De même, de façon itérative, l'étape de prédiction pourra utiliser la valeur de l'une ou plusieurs des concentrations obtenues à l'itération n-1, c'est-à-dire, à l'instant tn_i, comme première donnée d'entrée 207 pour obtenir le profil de concentrations à l'instant suivant tn. On utilisera avantageusement à chaque itération le ou les mêmes points de la colonne comme concentrations servant de premières données d'entrée 207.Thus, according to the method in accordance with the invention, the components 202, 204, ... along the column are established, component by component, at one or more future times t1, t2, tN in order to have a profile. concentrations of said components at each or of said instants, this for all or part of the components. This kind of information is available on the evolution of the unit on which one can work to detect risks of malfunction of said unit. FIG. 7 shows that, according to one embodiment of the invention, it will also be possible to use the concentration profile established for the present moment t. More precisely, concentrations 201 determined at the present moment, notably by virtue of said model, may serve as the first input data 207 of the model for performing said prediction step 200, in particular the concentration (s) found at the level of the at least one sensor. measured. Similarly, iteratively, the prediction step may use the value of one or more of the concentrations obtained at iteration n-1, that is, at time tn_i, as first data. input 207 to obtain the concentration profile at the instant following tn. It will be advantageous to use at each iteration the one or more points of the column as concentrations serving as first input data 207.

A ce sujet, il est à noter que la figure 7 montre le principe de fonctionnement du procédé conforme à l'invention en un point donné de la colonne auquel correspondent les concentrations 201, 202, 204, respectivement associées aux instants t, t1 et t2. Cependant, grâce audit procédé, ce qui est obtenu est un profil complet des concentrations le long de la colonne, du type de celui illustré à la figure 6. On bénéficie ainsi d'informations particulièrement riches et fiables. Le pas choisi entre les instants t, t1, t2, ...tN pour la prédiction est, par exemple, supérieur au pas utilisé pour la résolution des équations évoquées plus haut. Il est, notamment, de 1 à 10 minutes. Il pourra être constant. La plage temporelle illustrée par la flèche repérée 250 correspond à l'horizon de prédiction utilisé, horizon de prédiction divisé en autant d'instants futurs t1, t2, tN que désirés, par exemple de l'ordre de la dizaine. Comme plus particulièrement illustré sur le graphe supérieur de la figure 7, ladite étape de prédiction est effectuée en réalisant une étape de détermination d'une seconde donnée d'entrée 208 du modèle à partir d'un paramètre physique 212 de ladite unité, dit paramètre variable, étape de détermination dans laquelle on fait varier, ici linéairement, ledit paramètre variable 212 à partir d'une valeur présente 252 dudit paramètre variable 212. On pourra déterminer une orientation, soit croissante, soit décroissante, dudit paramètre variable 212 à l'instant présent t et on effectue ladite étape de détermination de la seconde donnée d'entrée 208 en maintenant ladite orientation. On constate qu'ici ledit paramètre variable 212 est croissant à l'instant présent t, avec un coefficient directeur 3, et les secondes données d'entrée 208 provenant dudit paramètre variable 212 seront situées sur la droite 214 partant de la valeur 252 et de coefficient directeur 3. Ladite étape de prédiction 200 pourra encore être effectuée en réalisant une étape de détermination d'une troisième donnée d'entrée 210 du modèle à partir d'un autre paramètre physique 216 de ladite unité, dit paramètre fixe, étape de détermination dans laquelle on maintient fixe ledit paramètre fixe 216, notamment à sa valeur à l'instant présent t. On constate qu'ici ledit paramètre fixe 216 qui sert à déterminer les troisièmes données d'entrée 210 est stabilisée selon une droite 218 se trouvant au niveau d'un point 209 correspondant à la valeur dudit paramètre fixe à l'instant présent et lesdites troisièmes données d'entrée seront situées sur cette droite 218.In this regard, it should be noted that FIG. 7 shows the principle of operation of the method according to the invention at a given point of the column to which the concentrations 201, 202, 204 respectively correspond to the moments t, t1 and t2. . However, thanks to this process, what is obtained is a complete profile of the concentrations along the column, of the type illustrated in FIG. 6. This gives particularly rich and reliable information. The pitch chosen between the instants t, t1, t2, ... tN for the prediction is, for example, greater than the pitch used for solving the equations mentioned above. It is, in particular, 1 to 10 minutes. It can be constant. The time range illustrated by the arrow marked 250 corresponds to the prediction horizon used, prediction horizon divided into as many future times t1, t2, tN as desired, for example of the order of ten. As more particularly illustrated in the upper graph of FIG. 7, said prediction step is performed by performing a step of determining a second input data item 208 of the model from a physical parameter 212 of said unit, called parameter variable, determination step in which said variable parameter 212 is linearly varied from a present value 252 of said variable parameter 212. An increasing or decreasing orientation of said variable parameter 212 may be determined. present instant t and performing said step of determining the second input data 208 while maintaining said orientation. Here it can be seen that said variable parameter 212 is increasing at the instant t, with a steering coefficient 3, and the second input data 208 coming from said variable parameter 212 will be located on the line 214 starting from the value 252 and 3. This said prediction step 200 may also be performed by performing a step of determining a third input data 210 of the model from another physical parameter 216 of said unit, said fixed parameter, determining step wherein said fixed parameter 216 is held fixed, in particular at its value at the instant t. Here it is found that said fixed parameter 216 which serves to determine the third input data 210 is stabilized along a line 218 located at a point 209 corresponding to the value of said fixed parameter at the present moment and said thirds input data will be located on this line 218.

Cela étant, le ou les paramètres physiques employés comme données d'entrée supplémentaires pourront présenter des valeurs futures connues et l'on utilisera alors à chaque itération les valeurs connues desdits paramètres physiques. Cela est le cas, par exemple, d'un débit de production qui peut avoir été planifié. Selon un mode de réalisation avantageux, en ce qui concerne le ou les 25 paramètres physiques employés comme données d'entrée supplémentaires pour lesquels on ignore la valeur future, on pourra employer l'une des méthodes, exposées plus haut, de détermination de la valeur future tandis que pour le ou les paramètres physiques présentant des valeurs futures connues, l'on utilisera lesdites valeurs connues. 30 Comme plus particulièrement illustré sur le graphe inférieur de la figure 7, ladite étape de prédiction 200 est effectuée en maintenant fixe le paramètre de réglage, en particulier à sa valeur à l'instant présent t. Comme il ressort de ce qui précède, celui-ci sert bien sûr aussi comme données d'entrée 220 du modèle pour déterminer les profils de concentration futurs.However, the physical parameter (s) used as additional input data may have known future values, and the known values of said physical parameters will be used at each iteration. This is the case, for example, of a production flow that may have been planned. According to an advantageous embodiment, with respect to the physical parameter (s) employed as additional input data for which the future value is unknown, one of the above-mentioned methods for determining the value can be used. future, while for the physical parameter (s) presenting known future values, said known values will be used. As more particularly illustrated in the lower graph of FIG. 7, said prediction step 200 is performed by holding the setting parameter fixed, in particular at its value at the instant t. As can be seen from the foregoing, it is of course also used as input data 220 of the model to determine future concentration profiles.

A la première itération t+1, un premier profil, comprenant ladite concentration 202, est obtenu grâce à ladite étape 200 de prédiction qui exploite ici ledit modèle avec les données d'entrée provenant de la concentration 201 à l'instant présent t, les valeurs présentes 252, 209 du paramètre variable 212 et du paramètre fixe 216 et le paramètre de réglage 220. A la seconde itération t+2, un second profil, comprenant ladite concentration 204, est obtenu grâce à ladite étape 200 de prédiction qui, à nouveau, exploite ledit modèle, cette fois avec les données d'entrée provenant de la concentration 202 à l'instant t1, les valeurs futures 208, 210 du paramètre variable 212 et du paramètre fixe 216 et le paramètre de réglage 220. Et ladite étape de prédiction se poursuit de façon itérative jusqu'à la dernière itération N, seule les deux premières itérations ayant été ici illustrées. Comme représenté à la figure 8, on pourra actualiser ladite prédiction de façon périodique. On retrouve ainsi, dans une version actualisée, les concentrations présentes 201 et futures 202, 204 ainsi que les autres données évoquées plus haut mais décalées dans le temps. On constate en particulier que la valeur du second paramètre fixe 216 est actualisée et la nouvelle droite 218 est plus basse que l'ancienne. De même pour le paramètre de réglage pour lequel la valeur 220 est ici également plus basse. Ladite actualisation a lieu, par exemple, selon une fréquence allant de la minute à la dizaine de minutes. Dans un mode particulier de réalisation, l'actualisation a lieu lors de l'instant t1 de la précédente prédiction. Autrement dit, le nouvel instant présent t de référence est celui t1 de la précédente prédiction. Cela étant, selon une première variante, non-illustrée, ledit procédé comprend une étape de comparaison de la concentration de l'un au moins desdits composants, en au moins un point de ladite colonne, provenant de l'un desdits profils futurs, avec une ou des concentrations de référence dudit composant au même point de la colonne. Il pourra encore s'agir d'une comparaison avec la concentration du même composant, au même point de la colonne, provenant d'un autre desdits profils futurs. On parle alors d'une approche locale de la détermination de l'existence ou non d'un dysfonctionnement. On conclut à l'existence d'un dysfonctionnement, par exemple, si les concentrations prédites sont trop loin de concentrations nominales ou trop proches de concentrations limites et/ou restent éloignées ou proches desdites concentrations pendant un temps trop long. Il pourra en être de même si les concentrations prédites s'écartent trop vite desdites concentrations nominales ou se rapproche trop vite desdites concentrations limites. Selon une autre variante, illustrée à la figure 9, ledit procédé comprend une étape de comparaison de l'un des profils futurs 300 de l'un au moins desdits composants avec un profil de référence 302, 304 et/ou avec un autre des profils futurs dudit composant, au moins pour certaines portions longitudinales de la colonne, ici tout le long de la colonne. On parle alors d'approche globale. On peut dans ce cas travailler sur une intégration de l'erreur entre le ou les profils futurs 300 et le ou les profils de référence, l'un d'eux 302 correspondant, par exemple, à un profil nominal et/ou l'autre 304 à un profil associé à l'existence d'un dysfonctionnement, ici une bouffée d'azote. On pourra également fonctionner par corrélation, notamment en étudiant l'emplacement du pic de corrélation. On pourra aussi utiliser ledit modèle pour établir un bilan matière d'une ou plusieurs sections de la colonne; un bilan trop négatif ou trop positif indiquant potentiellement une situation déstabilisée. La figure 9 correspond à un profil de concentration d'argon dans une colonne basse pression. Il s'agit d'un profil en cloche présentant un lobe central défini, par exemple, comme la partie dudit profil en cloche située entre deux points d'inflexion dudit profil. Dans un tel cas, on pourra effectuer ladite étape de comparaison en travailler, notamment, avec des mesures du recouvrement du lobe d'un profil de référence par le lobe estimé. On pourra également quantifier le centrage, la symétrie ou l'aplanissement du lobe estimé, ou encore sa distorsion par rapport à un lobe de référence, par le biais des mêmes grandeurs, entre autres. On pourra aussi effectuer ladite étape de comparaison en travaillant sur des profils en S, en particulier en se servant de leur point d'inflexion, notamment pour ce qui est du profil d'oxygène dans la colonne d'argon brut. Le point d'inflexion est en effet avantageux en ceci qu'il est fortement lié à la position du front d'onde de concentration, onde dont le mouvement résume une bonne part de la dynamique du procédé.At the first iteration t + 1, a first profile, comprising the said concentration 202, is obtained by virtue of the said prediction step 200, which here exploits the said model with the input data coming from the concentration 201 at the instant t, the present values 252, 209 of the variable parameter 212 and the fixed parameter 216 and the setting parameter 220. At the second iteration t + 2, a second profile, comprising said concentration 204, is obtained by said prediction step 200 which, at Again, this model is used, this time with the input data from the concentration 202 at time t1, the future values 208, 210 of the variable parameter 212 and the fixed parameter 216 and the setting parameter 220. And said step prediction continues iteratively until the last iteration N, only the first two iterations have been illustrated here. As represented in FIG. 8, it will be possible to update said prediction periodically. Thus, in an updated version, the present and future concentrations 202, 204 and the other data mentioned above, but shifted in time, are found again. It is found in particular that the value of the second fixed parameter 216 is updated and the new line 218 is lower than the old one. Similarly for the setting parameter for which the value 220 is here also lower. Said updating takes place, for example, according to a frequency ranging from one minute to ten minutes. In a particular embodiment, the update takes place at time t1 of the previous prediction. In other words, the new instant present t reference is the t1 of the previous prediction. That being so, according to a first variant, not illustrated, said method comprises a step of comparing the concentration of at least one of said components, in at least one point of said column, coming from one of said future profiles, with one or more reference concentrations of said component at the same point of the column. It may also be a comparison with the concentration of the same component, at the same point of the column, from another of said future profiles. This is called a local approach to determining whether a malfunction exists or not. It is concluded that a malfunction exists, for example, if the predicted concentrations are too far from nominal concentrations or too close to limit concentrations and / or remain distant or close to said concentrations for too long a time. The same may be true if the predicted concentrations deviate too quickly from said nominal concentrations or come too close to said limit concentrations. According to another variant, illustrated in FIG. 9, said method comprises a step of comparing one of the future profiles 300 of at least one of said components with a reference profile 302, 304 and / or with another of the profiles. said component, at least for certain longitudinal portions of the column, here all along the column. We are talking about a global approach. In this case, it is possible to work on integrating the error between the future profile or profiles 300 and the reference profile or profiles, one of them 302 corresponding, for example, to a nominal profile and / or the other. 304 to a profile associated with the existence of a dysfunction, here a puff of nitrogen. It will also be possible to work by correlation, in particular by studying the location of the correlation peak. It may also be used to establish a material balance of one or more sections of the column; a negative or positive balance sheet potentially indicating a destabilized situation. Figure 9 corresponds to a concentration profile of argon in a low pressure column. This is a bell-shaped profile having a central lobe defined, for example, as the portion of said bell-shaped profile located between two points of inflection of said profile. In such a case, it will be possible to carry out said comparison step by working, in particular, with measurements of the recovery of the lobe of a reference profile by the estimated lobe. We can also quantify the centering, symmetry or flattening of the estimated lobe, or its distortion with respect to a reference lobe, through the same quantities, among others. It will also be possible to carry out said comparison step by working on S-shaped profiles, in particular by using their point of inflection, particularly with regard to the oxygen profile in the crude argon column. The point of inflection is indeed advantageous in that it is strongly related to the position of the wavefront concentration, wave whose movement summarizes much of the dynamics of the process.

Cela étant, ledit procédé conforme à l'invention pourra comprendre une étape de traitement de résultats de ladite étape de comparaison, ladite étape de traitement étant réalisée en attribuant une pondération différente aux résultats correspondant à un ou des points particuliers de la colonne pour décider de l'émission d'une alerte. Le ou l'un desdits points particuliers est, par exemple, un point de soutirage.However, said method according to the invention may comprise a step of processing results of said comparison step, said processing step being performed by assigning a different weight to the results corresponding to one or more particular points of the column to decide to issuing an alert. The one or one of said particular points is, for example, a withdrawal point.

Le dispositif de détermination des concentrations évoqué plus haut pourra bien sûr être configuré pour permettre de telles détections de risques de dysfonctionnement. Il comprend en ce sens des moyens de prédiction d'au moins un profil futur des concentrations desdits composants le long de la colonne à l'aide dudit modèle. Lesdits moyens pourront exploiter pour cela un programme d'ordinateur exécuté, par exemple, par le processeur du dispositif 50 de détermination des concentrations le long de la colonne. Ledit programme d'ordinateur est éventuellement stocké sur un support d'enregistrement.The device for determining the concentrations mentioned above may of course be configured to allow such detections of malfunction risks. It comprises in this sense means for predicting at least one future profile of the concentrations of said components along the column using said model. Said means may exploit for this purpose a computer program executed, for example, by the processor of the device 50 for determining the concentrations along the column. Said computer program is possibly stored on a recording medium.

On pourra noter que, selon un aspect de l'invention, la détection des risques de bouffées d'azote se fait par surveillance des profils de concentration d'une des unités haute ou basse pression alors que la bouffée d'azote est un phénomène intervenant dans la colonne d'argon brut. De manière générale, selon cet aspect de l'invention, on effectue des prédictions sur l'une des colonnes de l'unité pour surveiller un dysfonctionnement intervenant dans une autre des colonnes de ladite unité.It may be noted that, according to one aspect of the invention, the detection of the risks of nitrogen flushes is done by monitoring the concentration profiles of one of the high or low pressure units while the nitrogen puff is an intervening phenomenon. in the crude argon column. In general, according to this aspect of the invention, predictions are made on one of the columns of the unit to monitor a malfunction occurring in another of the columns of said unit.

Claims (15)

REVENDICATIONS1. Procédé de détection d'un risque de dysfonctionnement dans une unité (2) de séparation des composants chimiques d'un produit, notamment de l'air, comprenant une colonne (14, 26) de distillation dudit produit, ledit procédé mettant en oeuvre un modèle permettant d'estimer la concentration des composants le long de la colonne (14, 26), ledit modèle exploitant un paramètre de réglage permettant de prendre en compte des variations de fonctionnement de la colonne, ledit procédé comprenant une étape (200) de prédiction d'au moins un profil futur des concentrations desdits composants le long de la colonne (14, 26) à l'aide dudit modèle.REVENDICATIONS1. A method for detecting a risk of malfunction in a unit (2) for separating the chemical components of a product, in particular air, comprising a column (14, 26) for the distillation of said product, said process using a model for estimating the concentration of the components along the column (14, 26), said model using a setting parameter for taking into account changes in the operation of the column, said method comprising a step (200) of prediction at least one future profile of the concentrations of said components along the column (14, 26) using said model. 2. Procédé selon la revendication 1 comprenant une étape de détermination d'un profil des concentrations de tout ou partie desdits composants le long de ladite colonne à l'aide dudit modèle, à l'instant présent, les concentrations à l'instant présent servant de premières données d'entrée (207) du modèle pour effectuer ladite étape de prédiction (200), lors d'une première itération.The method of claim 1 comprising a step of determining a profile of the concentrations of all or part of said components along said column using said model, at the present time, the concentrations at the present time serving first input data (207) of the model for performing said prediction step (200), during a first iteration. 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel ladite étape de prédiction (200) est effectuée en utilisant un ou plusieurs autres paramètres physiques (212, 216) de l'unité comme données d'entrée supplémentaires (208, 210) du modèle.The method of claim 2 wherein said predicting step (200) is performed using one or more other physical parameters (212, 216) of the unit as additional input data (208, 210) of the model. 4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel ledit paramètre physique présente des valeurs futures connues et l'on utilise lesdites valeurs futures comme données d'entrée supplémentaires pour effectuer ladite étape de prédiction.The method of claim 3 wherein said physical parameter has known future values and said future values are used as additional input data to perform said prediction step. 5. Procédé selon la revendication 3 dans lequel : - ladite donnée d'entrée supplémentaire (208) est issue d'une étape de détermination dans laquelle on fait varier linéairement ledit paramètre physique (212) à partir d'une valeur présente (252) dudit paramètre physique (212) et/ou, - laditedonnée d'entrée supplémentaire (210) est issue d'une étape de détermination dans laquelle on maintient fixe ledit paramètre physique (216).5. The method as claimed in claim 3, in which: said additional input data item (208) comes from a determination step in which said physical parameter (212) is linearly varied from a present value (252) said physical parameter (212) and / or, the additional input data (210) is derived from a determining step in which said physical parameter (216) is fixed. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 dans lequel ladite étape de prédiction (200) est effectuée en maintenant fixe le paramètre de réglage.The method of any one of claims 3 to 5 wherein said predicting step (200) is performed by holding the setting parameter fixed. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant une étape de traitement de résultats d'une étape de comparaison, ladite étape de traitement étant réalisée en attribuant une pondération différente aux résultats correspondant à un ou des points particuliers de la colonne (14, 26) pour décider de l'émission d'une alerte.A method according to any one of the preceding claims comprising a step of processing results of a comparison step, said processing step being performed by assigning a different weight to the results corresponding to one or more particular points of the column (14). , 26) to decide to issue an alert. 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel le ou l'un desdits points particuliers est un point de soutirage.8. The method of claim 7 wherein the or one of said particular points is a drawpoint. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre, pour l'instant présent, les étapes de : - mesure de la concentration d'au moins un desdits composants en au moins un endroit de la colonne (14, 26); et - réglage du modèle à l'aide du paramètre de réglage déterminé à partir de la concentration mesurée.The method according to any of the preceding claims, further comprising, for the time being, the steps of: - measuring the concentration of at least one of said components in at least one location in the column (14, 26) ); and - setting the model using the setting parameter determined from the measured concentration. 10. Procédé selon la revendication 9 dans lequel : - on estime la concentration dudit composant au niveau dudit endroit de la colonne (14, 26) où la mesure a lieu à l'aide dudit modèle avec une première valeur dudit paramètre de réglage, - on établit une erreur entre la valeur estimée et la valeur mesurée de la concentration, - on établit une seconde valeur du paramètre de réglage en fonction de ladite erreur, - on remplace la première valeur du paramètre de réglage par la seconde valeur dans ledit modèle.10. The method of claim 9 wherein: - the concentration of said component is estimated at said location of the column (14, 26) where the measurement takes place using said model with a first value of said adjustment parameter, - an error is established between the estimated value and the measured value of the concentration, - a second value of the adjustment parameter is established as a function of said error, - the first value of the adjustment parameter is replaced by the second value in said model. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ledit modèle exploite un terme de propagation en relation avec une convection desdits composants le long de la colonne (14, 26) et un terme de diffusion axiale en relation avec une diffusion desdits composants dans la colonne (14, 26), le paramètre de réglage permettant de pondérer les effets de la diffusion par rapport aux effets de la propagation.The method according to any one of the preceding claims wherein said model uses a propagation term in relation to a convection of said components along the column (14, 26) and an axial diffusion term in relation to a diffusion of said components. in the column (14, 26), the setting parameter for weighting the effects of diffusion with respect to the effects of propagation. 12. Dispositif de détection d'un risque de dysfonctionnement dans unité (2) de séparation des composants chimiques d'un produit, notamment de l'air, comprenant une colonne de distillation (14, 26), ledit dispositif comprenant des moyens de mise en oeuvre d'un modèle permettant d'estimer la concentration des composants le long de la colonne (14, 26), ledit modèle exploitant un paramètre de réglage permettant de prendre en compte des variations de fonctionnement de la colonne (14, 26), ledit dispositif comprenant en outre des moyens (50) de prédiction d'au moins un profil futur des concentrations desdits composants le long de la colonne à l'aide dudit modèle.12. Device for detecting a risk of malfunction in a unit (2) for separating the chemical components of a product, in particular air, comprising a distillation column (14, 26), said device comprising means for placing implementing a model for estimating the concentration of the components along the column (14, 26), said model using an adjustment parameter making it possible to take into account variations in the operation of the column (14, 26), said device further comprising means (50) for predicting at least one future profile of the concentrations of said components along the column using said model. 13. Unité de séparation d'air (2) comprenant au moins une colonne de distillation d'air (10, 14, 26) et un dispositif, selon la revendication 12, de détection d'un risque de dysfonctionnement, en particulier bouffées d'azote, dans la ou l'une desdites colonne de distillation.13. Air separation unit (2) comprising at least one air distillation column (10, 14, 26) and a device according to claim 12, for detecting a risk of malfunction, in particular puffs of air. nitrogen, in the one or one of said distillation column. 14. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, lorsque le 25 programme est exécuté par un processeur.14. Computer program comprising instructions for carrying out the method according to any one of claims 1 to 11, when the program is executed by a processor. 15. Support d'enregistrement dans lequel est stocké le programme selon la revendication 14.Recording medium in which the program according to claim 14 is stored.
FR1256782A 2012-07-13 2012-07-13 METHOD AND DEVICE FOR DETECTING A RISK OF DYSFUNCTION IN A SEPARATION UNIT OF THE CHEMICAL COMPONENTS OF A PRODUCT, IN PARTICULAR AIR Expired - Fee Related FR2993363B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1256782A FR2993363B1 (en) 2012-07-13 2012-07-13 METHOD AND DEVICE FOR DETECTING A RISK OF DYSFUNCTION IN A SEPARATION UNIT OF THE CHEMICAL COMPONENTS OF A PRODUCT, IN PARTICULAR AIR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1256782A FR2993363B1 (en) 2012-07-13 2012-07-13 METHOD AND DEVICE FOR DETECTING A RISK OF DYSFUNCTION IN A SEPARATION UNIT OF THE CHEMICAL COMPONENTS OF A PRODUCT, IN PARTICULAR AIR

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2993363A1 true FR2993363A1 (en) 2014-01-17
FR2993363B1 FR2993363B1 (en) 2015-01-23

Family

ID=47191882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1256782A Expired - Fee Related FR2993363B1 (en) 2012-07-13 2012-07-13 METHOD AND DEVICE FOR DETECTING A RISK OF DYSFUNCTION IN A SEPARATION UNIT OF THE CHEMICAL COMPONENTS OF A PRODUCT, IN PARTICULAR AIR

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR2993363B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013028588A3 (en) * 2011-08-25 2015-04-02 Praxair Technology, Inc. Air separation plant control

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5313800A (en) * 1993-02-01 1994-05-24 Praxair Technology, Inc. Process for maximizing the recovery of argon from an air separation system at high argon recovery rates
EP0701186A2 (en) * 1994-08-15 1996-03-13 Praxair Technology, Inc. Model predictive control method for an air-separation system
US6088630A (en) * 1997-11-19 2000-07-11 Olin Corporation Automatic control system for unit operation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5313800A (en) * 1993-02-01 1994-05-24 Praxair Technology, Inc. Process for maximizing the recovery of argon from an air separation system at high argon recovery rates
EP0701186A2 (en) * 1994-08-15 1996-03-13 Praxair Technology, Inc. Model predictive control method for an air-separation system
US6088630A (en) * 1997-11-19 2000-07-11 Olin Corporation Automatic control system for unit operation

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BIAN S ET AL: "Compartmental modeling of high purity air separation columns", COMPUTERS & CHEMICAL ENGINEERING, PERGAMON PRESS, OXFORD, GB, vol. 29, no. 10, 15 September 2005 (2005-09-15), pages 2096 - 2109, XP027759852, ISSN: 0098-1354, [retrieved on 20050915] *
SELIGER B ET AL: "Modelling and dynamics of an air separation rectification column as part of an IGCC power plant", SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOLOGY, ELSEVIER SCIENCE, AMSTERDAM, NL, vol. 49, no. 2, 15 April 2006 (2006-04-15), pages 136 - 148, XP028035316, ISSN: 1383-5866, [retrieved on 20060415], DOI: 10.1016/J.SEPPUR.2005.09.007 *
SHOUJUN BIAN ET AL: "Nonlinear State Estimation and Model Predictive Control of Nitrogen Purification Columns", INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH, vol. 44, no. 1, 1 January 2005 (2005-01-01), pages 153 - 167, XP055052349, ISSN: 0888-5885, DOI: 10.1021/ie034320d *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013028588A3 (en) * 2011-08-25 2015-04-02 Praxair Technology, Inc. Air separation plant control

Also Published As

Publication number Publication date
FR2993363B1 (en) 2015-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3036591B1 (en) Detection of faults when determining concentrations of chemical components in a distillation column
Sandoval et al. The phase envelope of multicomponent mixtures in the presence of a capillary pressure difference
EP1882173B1 (en) Method of measuring porosity by means of ellipsometry and device for implementing such method
FR2740215A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR MEASURING A PARAMETER OF A VARIABLE DENSITY FLUID
FR2720498A1 (en) Multiphasic flowmeter.
CN109937362A (en) For determining the method and apparatus of the property of gas containing hydrocarbon mixture
Gopalan et al. A new method for decomposition of high speed particle image velocimetry data
Varyan et al. Investigation on the suitability of virtual flow metering system as an alternative to the conventional physical flow meter
Pimpalgaonkar et al. Theory of gas hydrates: effect of the approximation of rigid water lattice
FR2993363A1 (en) Method for detecting risk of dysfunction in separation unit of chemical components of e.g. air, involves predicting future profiles of concentrations of chemical components along distillation column with assistance of model
Tabasinejad et al. Water/CO2 system at high pressure and temperature conditions: Measurement and modeling of density in equilibrium liquid and vapor phases
FR2991054A1 (en) Method for determining concentrations of e.g. oxygen, of air in distillation column of cryogenic air separation unit, involves estimating concentration of components according to time and position along longitudinal axis of column
FR3060796B1 (en) PROCESS FOR THE REAL-TIME CALCULATION OF THE METHANE MN INDEX OF A LIQUEFIED NATURAL GAS
EP3502753A1 (en) Method for modelling a sedimentary basin
Dindoruk Development of a Correlation for the Estimation of Condensate to Gas Ratio CGR and Other Key Gas Properties From Density/Molecular Weight
CA2745977C (en) Method for estimating a jet temperature in a jet engine
EP3463606B1 (en) System and method for online measurement of vapor pressure in hydrocarbon process streams
JP2017116424A (en) Analysis system abnormality detection device, analysis system abnormality detection method, and analysis system abnormality detection program
FR2873817A1 (en) METHOD FOR MEASURING THE VOLUME RATE OF GAS RATE AT THE VOLUMIC FLOW OF A MULTIPHASIC HYDROCARBON MIXTURE
Alomair et al. An accurate prediction of CO2 minimum miscibility pressure (MMP) using Alternating Conditional Expectation algorithm (ACE)
FR3075982A1 (en) METHOD FOR MODELING A SEDIMENT BASIN
Hoffmann et al. Application of Well Test Rate Conversion to Gas Condensate Reservoirs in the Nile Delta Complex
FR2970077A1 (en) ANALYSIS OF FLUID CIRCULATING IN A CONDUIT
Smith et al. Colorado E&P Storage Tank Emission Factor Development
FR2982014A1 (en) METHOD FOR CONTROLLING THE TEMPERATURE OF A COOLED ELEMENT BY A PERIODICALLY OPERATING CRYOREFRIGERATOR, ASSOCIATED IMPLEMENTATION DEVICE AND CRYOGENIC INSTALLATION COMPRISING THE DEVICE

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 6

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 7

ST Notification of lapse

Effective date: 20200306