JP2000180049A - 空気液化分離装置およびその制御方法 - Google Patents

空気液化分離装置およびその制御方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製品の品質を低下させることなく生産量を短
時間で増減させることができる空気液化分離装置および
その制御方法を提供する。 【解決手段】 原料空気101の流量の変動に対応して、 （１）下部塔４底部より導出され上部塔９に導入される
液体空気111の流量変化に位相進みの動的補償を行う液
体空気フィードフォワード制御器６１ （２）製品酸素ガス103の流量変化に位相進みの動的補
償を行う製品酸素ガスフィードフォワード制御器６２ （３）上部塔９還流液用液体窒素112の流量変化に位相
遅れの動的補償を行う液体窒素フィードフォワード制御
器６３のうち少なくとも１つを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気を原料として
酸素、窒素、アルゴン等を採取する空気液化分離装置お
よびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸素、窒素、アルゴンなどは、通常、空
気を原料として、蒸留塔を備えた空気液化分離装置を用
いて製造されている。これら酸素、窒素、アルゴンなど
の製品の多消費ユーザである製鉄所、化学工場などにお
いては、製品需要量の大幅な変動が繰り返されることが
多く、この需要量の変動に対応するため、上記製品の製
造設備である空気液化分離装置には、生産量の大幅な増
減に迅速に対応する機能が求められている。しかしなが
ら、従来の空気液化分離装置では、生産量を需要に応じ
て急激に増減させると、製品の品質が低下しやすい問題
があった。すなわち、製品の生産量を急激に増減させる
ために、原料空気の供給量を短時間のうちに大幅に増減
させた場合には、蒸留塔内で一時的に下降液量と上昇ガ
ス量のバランスが崩れ、このため、塔内において気液間
の物質移動のバランスが変動し、その結果、製品の純度
が低下する問題が生じていた。
【０００３】このため、製品を一時的に貯留するガスホ
ルダや液化ガス貯槽等のバックアップ設備を空気液化分
離装置に付設し、需要量が低いときに製品をバックアッ
プ設備に一時貯留し、需要量増加時にこのバックアップ
設備から製品を取り出して使用することによって製品の
供給量調節を行うことが検討されている。しかしなが
ら、バックアップ設備の設置には多大なコストが必要と
なる問題があった。特にガスホルダ方式の設備を設ける
場合には、製品ガスの供給圧力を確保するため、貯留製
品ガスの吐出圧力を製品ガス送出に必要な圧力よりも遥
かに高く設定する必要があり運転コストが嵩んでいた。
また液化製品ガス貯槽を設ける場合にも、製品ガスを液
化する際に多大な動力を要する問題があった。
【０００４】このため、上記バックアップ設備を設け
ず、生産量を増減させる際には蒸留塔内に供給する下降
液量、上昇ガス量の増減のタイミングを調節することに
より塔内の下降液量と上昇ガス量のバランスを保ち、こ
れによって製品純度の維持を図ることが検討されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記空
気液化分離装置では、塔内の下降液量と上昇ガス量のバ
ランスを一定に維持するのが難しく、特に生産量の増減
速度や増減幅を大きくする場合において、製品純度を十
分維持しつつ需要変動対応運転を行うことは困難であっ
た。本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、製品
の品質を低下させることなく生産量を短時間で増減させ
ることができる空気液化分離装置およびその制御方法を
提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の空気液化分離装
置は、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機、原料空気中
の含有不純物を精製する前処理装置、精製圧縮原料空気
を冷却する主熱交換器、精製原料空気を精留分離する上
部塔および下部塔等よりなり、酸素、窒素等を製品とし
て採取する空気液化分離装置において、原料空気流量の
変動に対応して、 （１）下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量変化に位相進みの動的補償を行う液体空気フィ
ードフォワード制御器 （２）製品酸素ガス流量変化に位相進みの動的補償を行
う製品酸素ガスフィードフォワード制御器 （３）上部塔還流液用液体窒素流量変化に位相遅れの動
的補償を行う液体窒素フィードフォワード制御器のうち
少なくともいずれか１つのフィードフォワード制御器に
より制御を行う制御系を備えたことを特徴とする。ま
た、本発明の空気液化分離装置は、原料空気を圧縮する
原料空気圧縮機、原料空気中の含有不純物を精製する前
処理装置、精製圧縮原料空気を冷却する主熱交換器、精
製原料空気を精留分離する上部塔、下部塔、アルゴン塔
等よりなり、酸素、窒素、アルゴン等を製品として採取
する空気液化分離装置において、原料空気流量の変動に
対応して、 （１）下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量変化に位相進みの動的補償を行う液体空気フィ
ードフォワード制御器 （２）製品酸素流量変化に位相進みの動的補償を行う製
品酸素ガスフィードフォワード制御器 （３）アルゴン塔の凝縮器用液体空気流量の変化に位相
遅れの動的補償を行うアルゴン凝縮器用液体空気フィー
ドフォワード制御器 （４）上部塔還流液用液体窒素流量変化に位相遅れの動
的補償を行う液体窒素フィードフォワード制御器のうち
少なくともいずれか１つのフィードフォワード制御器に
より制御を行う制御系を備えたことを特徴とする。ま
た、本発明の空気液化分離装置は、原料空気を圧縮する
原料空気圧縮機、原料空気中の含有不純物を精製する前
処理装置、精製圧縮原料空気を冷却する主熱交換器、精
製原料空気を精留分離する上部塔、下部塔、粗アルゴン
塔、脱酸塔等よりなり、酸素、窒素、アルゴン等を製品
として採取する空気液化分離装置において、原料空気流
量の変動に対応して、 （１）下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量変化に位相進みの動的補償を行う液体空気フィ
ードフォワード制御器 （２）製品酸素流量変化に位相進みの動的補償を行う製
品酸素ガスフィードフォワード制御器 （３）脱酸塔の凝縮器用液体空気流量の変化に位相遅れ
の動的補償を行う脱酸塔凝縮器用液体空気フィードフォ
ワード制御器 （４）上部塔還流液用液体窒素流量変化に位相遅れの動
的補償を行う液体窒素フィードフォワード制御器のうち
少なくともいずれか１つのフィードフォワード制御器に
より制御を行う制御系を備えたことを特徴とする。ま
た、本発明の空気液化分離装置は、窒素タービンを備え
た装置またはラッハマンタービンを備えた装置のいずれ
にも適用することができる。また、本発明の空気液化分
離装置は、前記アルゴン塔に、該アルゴン塔への還流液
を貯留する液溜が設けられ、該液溜に、該アルゴン塔の
還流液を液溜に導く還流液導入管路と、該液溜に貯留さ
れた還流液をアルゴン塔に供給する還流液供給管路が接
続され、原料空気流量の変動に対応して該管路を流れる
還流液の流量変化に位相進みの動的補償を行う液体粗ア
ルゴンフィードフォワード制御器が設けられていること
を特徴とする。また、本発明の空気液化分離装置は、前
記脱酸塔に、該脱酸塔への還流液を貯留する液溜が設け
られ、該液溜に、該脱酸塔の還流液を液溜に導く還流液
導入管路と、該液溜に貯留された還流液を脱酸塔に供給
する還流液供給管路が接続され、原料空気流量の変動に
対応して該管路を流れる還流液の流量変化に位相進みの
動的補償を行う脱酸液体アルゴンフィードフォワード制
御器が設けられていることを特徴とする。また、本発明
の空気液化分離装置の制御方法は、空気液化分離装置を
用いて原料空気を圧縮し、原料空気中含有不純物を精製
し、冷却し、精留分離して、酸素、窒素等を製品として
採取するに際し、原料空気流量の変動に対応して、 （１）下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化に対し位相進みの特性を付与する動的な
前置補償制御 （２）製品酸素ガス流量の変化に対し位相進みの特性を
付与する動的な前置補償制御 （３）上部塔還流液用液体窒素流量の変化に対し位相遅
れの特性を付与する動的な前置補償制御の少なくともい
ずれか一つを行う動的補償制御系により制御を行うこと
を特徴とする空気液化分離装置の制御方法。また、本発
明の空気液化分離装置の制御方法は、空気液化分離装置
を用いて原料空気を圧縮し、原料空気中含有不純物を精
製し、冷却し、精留分離して、酸素、窒素、アルゴン等
を製品として採取するに際し、原料空気流量の変動に対
応して、 （１）下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化に対し位相進みの特性を付与する動的な
前置補償制御 （２）製品酸素ガス流量の変化に対し位相進みの特性を
付与する動的な前置補償制御 （３）アルゴン凝縮器用液体空気流量の変化に対し位相
遅れの特性を付与する動的な前置補償制御の少なくとも
いずれか一つを行う動的補償制御系により制御を行うこ
とを特徴とする空気液化分離装置の制御方法。また、本
発明の空気液化分離装置の制御方法は、空気液化分離装
置を用いて原料空気を圧縮し、原料空気中含有不純物を
精製し、冷却し、精留分離して、酸素、窒素、アルゴン
等を製品として採取するに際し、原料空気流量の変動に
対応して、 （１）下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化に対し位相進みの特性を付与する動的な
前置補償制御 （２）製品酸素ガス流量の変化に対し位相進みの特性を
付与する動的な前置補償制御 （３）脱酸塔凝縮器用液体空気流量の変化に対し位相遅
れの特性を付与する動的な前置補償制御 （４）上部塔還流液用液体窒素流量の変化に対し位相遅
れの特性を付与する動的な前置補償制御の少なくともい
ずれか一つを行う動的補償制御系により制御を行うこと
を特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の空気液化分離装
置の第１の実施形態を示すもので、ここに示す空気液化
分離装置は、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機５７
と、原料空気中の水、二酸化炭素などの不純物を除去す
る前処理装置５８と、原料空気を冷却する主熱交換器３
と、冷却した原料空気を精留分離する複精留塔４１と、
アルゴン塔３６と、次に示す４つの制御器からなる制御
系とを備えて構成されている。 （１）原料空気101の流量の変動に対応して、下部塔４
から管路４２、１５を通して上部塔９に導入される液体
空気111の流量変化に位相進みの動的補償を行う液体空
気フィードフォワード制御器６１ （２）原料空気101の流量の変動に対応して、上部塔９
の下部から管路３１を通して導出される製品酸素ガス10
3の流量変化に位相進みの動的補償を行う製品酸素ガス
フィードフォワード制御器６２ （３）原料空気101の流量の変動に対応して、主凝縮器
７から管路８、１２を通して導出され、上部塔９に導入
される還流液体窒素112の流量変化に位相遅れの動的補
償を行う液体窒素フィードフォワード制御器６３ （４）原料空気101の流量の変動に対応して、下部塔４
から管路４２、１７を通してアルゴン凝縮器１９に導入
されるアルゴン凝縮器用液体空気113の流量変化に位相
遅れの動的補償を行うアルゴン凝縮器液体空気フィード
フォワード制御器６４
【０００８】また、図中符号１９はアルゴン塔３６から
導出されたガスを液化するアルゴン凝縮器、符号２１は
タービン熱交換器、符号２２はタービンブロア、符号２
３は冷却器、符号２４は膨張タービン、符号１３は過冷
器を示す。また、符号２、１１、１４、１６、１８、２
７、３０、３２、３４、４３は上記各機器に接続された
管路に設けられたバルブを示す。
【０００９】また、符号４５〜５１、５３、５５、５６
は、これらバルブを調節し管路内を流れる液またはガス
の流量を調節する調節器（ＦＣ）を示すものである。こ
れら調節器４５〜５１、５３、５５、５６は、それぞれ
原料空気流量調節器（４５）、粗アルゴンガス流量調節
器（４６）、製品酸素ガス流量調節器（４７）、製品窒
素ガス流量調節器（４８）、中圧製品窒素ガス流量調節
器（４９）、上部塔圧力調節器（５０）、還流液体窒素
流量調節器（５１）、液体空気流量調節器（５３）、ア
ルゴン凝縮器用液体空気流量調節器（５５）、液体酸素
流量調節器（５６）である。
【００１０】これら調節器は、上記バルブに出力信号
（ＭＶ）を出力することによってこれらバルブの開口度
を調節し、これらが設けられた管路内を流れる液または
ガスの流量を調節することができるようになっている。
また、符号５２、５４はそれぞれ下部塔４、上部塔９の
塔底部に集められた液の液面調節器（ＬＣ）を示す。
【００１１】複精留塔４１は、比較的高圧で運転される
下部塔４と、低圧で運転される上部塔９と、上部塔９内
の底部付近に設けられた主凝縮器７を有するものとされ
ている。
【００１２】図２に示すように、液体空気フィードフォ
ワード制御器６１（図中には単に制御器と記載）は、原
料空気101の流量変動値に基づいて液体空気の流量目標
値ｒ（ｒLAIR）を入力すると、下記の式（I）を満たす
流量調節器の設定値ＳＰ（ＳＰLAIR）が液体空気流量調
節器５３（図中には単に流量調節器と記載）に出力され
るようになっている。調節器５３は、このＳＰと、図示
せぬセンサを用いて測定された管路１５内の液体空気11
1の流量との差ｅ（ｅLAIR）に応じた出力信号ＭＶ（Ｍ
ＶLAIR）をバルブ１６に出力してバルブ１６を調節し、
管路１５を通して上部塔９内に導入される液体空気111
の流量を設定することができるようになっている。
【００１３】
【数１】
【００１４】上記Ｔ1、Ｔ2は、以下に示すように、空気
液化分離操作のシミュレーションを行い、これに基づい
て、原料空気101の流量変更操作の過程または操作後に
おいて、製品の純度変動を可能な限り小さく抑えること
ができるように設定される。
【００１５】図３は、一般的なフィードフォワード制御
の方法を示す流れ図である。以下、上記空気液化分離操
作のシミュレーションについて、制御量をアルゴン塔３
６の塔頂部から導出される粗アルゴンガス中の窒素濃
度、操作量を液体空気111の流量の設定値、外乱を原料
空気101の流量の設定値とした場合を例として詳しく説
明する。図３中各記号の意味は次の通りである。 Ｇｐ(ｓ)：制御対象（液体空気111の流量設定値から粗
アルゴンガス中の窒素濃度への伝達関数） Ｇｄ(ｓ)：外乱対象（原料空気101の流量設定値から粗
アルゴンガス中の窒素濃度への伝達関数） Ｇｆ(ｓ)：外乱抑制制御器６１の伝達関数 Ｇｓｔ(ｓ)：設定値トラッキング制御器、ただしＧｓｔ
(ｓ)＝１とする。 ｙ：制御量（粗アルゴンガス中の窒素濃度） ｙｄ：設定値（粗アルゴンガス中の窒素濃度の設定値） ｕ：操作量（液体空気111の流量設定値） ｄ：外乱（原料空気101の流量設定値）
【００１６】フィードフォワード制御を行わない場合に
は、出力ｙ(ｓ)は下記（i）式で表される。すなわち、
粗アルゴンガス中の窒素濃度ｙは液体空気111の流量ｕ
だけでなく、原料空気101の流量ｄの影響を受ける。
【００１７】
【数２】
【００１８】粗アルゴンガス中の窒素濃度は、常に設定
した濃度であること、すなわちｙ(ｓ)＝ｙｄ(ｓ)である
ことが望ましい。粗アルゴンガス中の窒素濃度の設定値
を時間によらず一定とした場合、操作量ｕは外乱ｄの影
響を打ち消すように変化させればよく、次に示す（ii）
式と（iii）式が成立すればよいことになる。
【００１９】
【数３】
【００２０】
【数４】
【００２１】プロセス制御工学では、一般に、制御対象
および外乱対象（伝達関数）を一次遅れ＋むだ時間で表
す。この場合、Ｇｐ(ｓ)、Ｇｄ(ｓ)は次の式で表され、
その結果、Ｇｆ(ｓ)も決定される。
【数５】
【００２２】
【数６】
【００２３】
【数７】
【００２４】簡単のため、液体空気111の流量の変化が
粗アルゴンガス中の窒素濃度に伝わるむだ時間Ｌ1と、
原料空気101流量の変化が粗アルゴンガス中の窒素濃度
に伝わるむだ時間Ｌ2が等しいとすると、Ｌ1＝Ｌ2とな
り、操作量ｕ(ｓ)は次式で表される。
【００２５】
【数８】
【００２６】このようにして求めたＫfは、制御対象と
しているプロセスの非線形性のため、対象プロセスとの
整合性が低くなる場合がある。そこで、原料空気101の
流量変化前後の定常状態における液体空気111流量の設
定値と原料空気101流量設定値の関係に基づいて下記式
（viii）〜式（x）を導き、液体空気111流量設定値ｕ
を、原料空気101流量設定値に比例して変化するとして
与えられる流量目標値ｒから決定する。
【００２７】
【数９】
【００２８】
【数１０】
【００２９】
【数１１】
【００３０】次に、ダイナミックシミュレータ等を用い
て、液体空気111流量のステップ応答の調査を行い、そ
の結果を用いて、制御対象Ｇｐ(ｓ)と外乱対象Ｇｄ(ｓ)
の伝達関数を同定し、これに基づいてＴ1、Ｔ2を設定す
る。この際、Ｔ1、Ｔ2は、Ｔ1＜Ｔ2となるように、すな
わち上記管路１５を通して上部塔９内に導入される液体
空気111の流量変化に、位相進みの動的補償を行うこと
ができるように設定される。
【００３１】制御器６２は、原料空気101の流量変動値
に基づいて製品酸素ガス103の流量目標値ｒ（ｒGO2）を
入力すると、下記の式（II）を満たす流量調節器の設定
値ＳＰ（ＳＰGO2）が製品酸素ガス流量調節器４７に出
力され、調節器４７は、このＳＰと、図示せぬセンサを
用いて測定された製品酸素ガス103の流量との差ｅ（ｅ
GO2）に応じてバルブ３２を調節し、管路３１を通して
上部塔９から導出される製品酸素ガス103の流量を設定
することができるようになっている。
【００３２】
【数１２】
【００３３】上記Ｔ3、Ｔ4は、上述の方法と同様にして
空気液化分離操作のシミュレーションを行い、これに基
づいて原料空気101の流量変更操作の過程または操作後
において、製品の純度変動を可能な限り小さく抑えるこ
とができるように設定される。この際、Ｔ3、Ｔ4は、Ｔ
3＜Ｔ4となるように、すなわち上記製品酸素ガス103の
流量変化に、位相進みの動的補償を行うことができるよ
うになっている。
【００３４】制御器６３は、原料空気101の流量変動値
に基づいて液体窒素の流量目標値ｒ（ｒLN2）を入力す
ると、下記の式（III）を満たす流量調節器の設定値Ｓ
Ｐ（ＳＰLN2）が還流液体窒素流量調節器５１に出力さ
れ、調節器５１は、このＳＰと、図示せぬセンサを用い
て測定された液体窒素の流量との差ｅ（ｅLN2）に応じ
てバルブ１４を調節し、管路１２を通して上部塔９に導
入される還流液体窒素112の流量を設定することができ
るようになっている。
【００３５】
【数１３】
【００３６】上記Ｔ5、Ｔ6は、上述の方法と同様にして
空気液化分離操作のシミュレーションを行い、これに基
づいて原料空気101の流量変更操作の過程または操作後
において、製品の純度変動を可能な限り小さく抑えるこ
とができるように設定される。この際、Ｔ5、Ｔ6は、Ｔ
5＞Ｔ6となるように、すなわち上記還流液体窒素112の
流量変化に、位相遅れの動的補償を行うことができるよ
うに設定される。
【００３７】制御器６４は、原料空気101の流量変動値
に基づいて液体空気の流量目標値ｒ（ｒLRAr）を入力す
ると、下記の式（IV）を満たす流量調節器の設定値ＳＰ
（ＳＰLRAr）がアルゴン凝縮器用液体空気流量調節器５
５に出力され、調節器５５は、このＳＰと、図示せぬセ
ンサを用いて測定された液体空気の流量との差ｅ（ｅ
LRAr）に応じてバルブ１８を調節し、管路１７を通して
アルゴン凝縮器１９に導入されるアルゴン凝縮器用液体
空気113の流量を設定することができるようになってい
る。
【００３８】
【数１４】
【００３９】上記Ｔ7、Ｔ8は、上述の方法と同様にして
空気液化分離操作のシミュレーションを行い、これに基
づいて原料空気101の流量変更操作の過程または操作後
において、製品の純度変動を可能な限り小さく抑えるこ
とができるように設定される。この際、Ｔ7、Ｔ8は、Ｔ
7＞Ｔ8となるように、すなわち上記アルゴン凝縮器用液
体空気113の流量変化に位相遅れの動的補償を行うこと
ができるように設定される。
【００４０】次に、本実施形態の空気液化分離装置を使
用した場合を例として、本発明の空気液化分離装置の制
御方法の一実施形態を説明する。以下に説明する実施形
態の方法において、制御器６１、６２、６３、６４は、
管路１５を通して上部塔９内に導入される液体空気111
の流量、管路３１を通して上部塔９から導出される製品
酸素ガス103の流量、管路１２を通して上部塔９に導入
される還流液体窒素112の流量、および管路１７を通し
てアルゴン凝縮器１９に導入されるアルゴン凝縮器用液
体空気113の流量が、それぞれの設定値ＳＰとの差ｅが
ゼロとなるように制御される。
【００４１】以下、上記装置を用いて原料空気101を液
化精留分離し、その成分である酸素、窒素、アルゴンを
採取する方法を詳しく説明する。原料空気101を、原料
空気圧縮機５７を用いて圧力を高めた後、前処理装置５
８に導入し、ここで水、二酸化炭素などの不純物を除去
し、管路１を通して主熱交換器３に導き、ここで冷却し
た後、複精留塔４１の下部塔４の下部に供給する。下部
塔４内に供給された原料空気は下部塔４内を上昇しつつ
蒸留され、塔頂部の窒素ガスと塔底部の酸素富化液体空
気とに分離される。
【００４２】下部塔４の塔頂部に分離された窒素ガス
は、管路５を通して下部塔４から抜き出され、その一部
は、管路６を通して上部塔９の塔底部に設けられた主凝
縮器７内に導入され、ここで冷却され液化した後、管路
８を通して主凝縮器７から導出される。管路８を通して
主凝縮器７から導出された液体窒素の一部は、管路１２
を通って過冷器１３に導入され、さらに、バルブ１４を
経て上部塔９の塔頂部に上部塔９内還流液体窒素112と
して供給され、上部塔９内を下降する下降液となる。主
凝縮器７から導出された液体窒素の他部は、下部塔４の
塔頂部に下部塔４内還流液として戻され、下部塔４内の
下降液となる。
【００４３】下部塔４の塔頂から管路５を通して抜き出
された窒素ガスの他部は、管路１０内に導かれた後、２
つに分けられ、一方は管路２０を通して主熱交換器３に
導かれ、ここで加熱された後、タービン熱交換器２１に
導かれ、ここでさらに加熱される。続いて、この窒素ガ
スはタービンブロア２２において加圧された後、冷却器
２３、タービン熱交換器２１で冷却され、膨張タービン
２４に導入され、ここで膨張し低温となり、さらに管路
２５、２９、主熱交換器３を経て廃窒素ガス106として
系外に排出される。
【００４４】管路１０を通して導かれた窒素ガスの他方
は、管路４４を通して中圧製品窒素ガス105として系外
に導出される。
【００４５】下部塔４の塔底部に分離された酸素富化液
体空気は、管路４２を通して下部塔４から導出され、過
冷器１３を経て２つに分けられ、一方は管路１５を通し
てバルブ１６を経て上部塔９の中間部分に還流液として
供給され（液体空気111）、他部は管路１７を通してバ
ルブ１８、アルゴン凝縮器１９に導入される（アルゴン
凝縮器用液体空気113）。この液体空気113は、アルゴン
凝縮器１９において加熱され一部が気化して上部塔９の
中間部に供給される。
【００４６】管路１２、１５、１７を通して上部塔９内
に供給された液体窒素、酸素富化液体空気は上部塔９内
で蒸留され、塔底部付近に酸素ガスと液体酸素が分離さ
れるとともに、塔頂部に窒素ガスが分離される。
【００４７】上部塔９の塔頂部に分離された窒素ガス
は、管路２６を通して低圧製品窒素ガス104として系外
に導出される。また上部塔９の塔底部に分離された液体
酸素は、管路３３を通して過冷器１３を経て製品液体酸
素107として系外に導出され、上部塔９の塔底部に分離
された酸素ガスは、管路３１を通して製品酸素ガス103
として系外に導出される。
【００４８】上記管路１５、１７が上部塔９に接続した
位置よりやや下方の位置における上部塔９内のガスは、
管路３５を通してフィードアルゴン117としてアルゴン
塔３６の下部に供給される。（ここで、図１に示したア
ルゴン塔３６は、従来、通常用いられている段数の場合
は粗アルゴン塔と称するのが適切であるが、本発明で
は、従来用いられている粗アルゴン塔の段数以上の段数
に設定して含有酸素量を極微量まで除去する場合を含む
ので、アルゴン塔と称する。）アルゴン塔３６内に供給
されたガスはアルゴン塔３６内で蒸留され、粗アルゴン
ガス（本実施形態では、通常の粗アルゴン濃度の場合と
して粗アルゴンガスと称す。）が塔頂部に分離される。
この粗アルゴンガスは、管路３８を通してアルゴン塔３
６の塔頂部から導出され、一部は管路３９を通してアル
ゴン凝縮器１９に導入され液化した後、還流液としてア
ルゴン塔３６上部に戻される。管路３８を通して導出さ
れた粗アルゴンガスの他部は、管路４０を通して系外に
導出される（粗アルゴンガス102）。アルゴン塔３６の
塔底部に分離された液は、管路３７を通して上部塔９に
戻される。
【００４９】上部塔９の上部のガスは、管路２８、過冷
器１３を経て管路２９を通して廃窒素ガス106として排
出される。上部塔９の内圧は１．２〜１．６ｂａｒ、下
部塔４の内圧は４．５〜６ｂａｒに設定するのが好まし
い。
【００５０】次に、需要量の増減により、製品の生産速
度を増減させる際の上記空気液化分離装置の動作につい
て説明する。まず、原料空気101の流量を、目的とする
速度で増減させる。この際、液体空気フィードフォワー
ド制御器６１によって、管路１５を通して上部塔９内に
導入される液体空気111の流量は、原料空気101の流量変
動に基づいて上記式（I）中のΔＳＰLAIRに一致するよ
うにされる。
【００５１】例えば、原料空気101の流量を当初の流量
に対し３％／ｍｉｎの速度で減少させる際には、液体空
気フィードフォワード制御器６１において、上記式
（I）のΔｒLAIRを３％／ｍｉｎとしてΔＳＰLAIRを算
出し、図示せぬセンサを用いて測定された液体空気111
の流量との差ｅに応じて液体空気流量調節器５３によっ
てバルブ１６を調節し、管路１５を通して上部塔９内に
導入される液体空気111の流量をΔＳＰLAIRに一致させ
る。なお上記％とは容量％を指す。
【００５２】この際、式（I）中のＴ1、Ｔ2は、Ｔ1＜Ｔ
2となるように設定されているため、ΔＳＰLAIRは原料
空気供給量の増減速度であるΔｒLAIRに比べ大きくな
る。このため、管路１５を通して上部塔９内に導入され
る液体空気111の流量変化には、原料空気供給量の増減
に対し位相進みの動的補償制御（前置補償制御）がなさ
れることになる。
【００５３】上記制御器６１を用いて液体空気111の流
量に動的補償を行った場合の液体空気111の流量変化の
シミュレーション結果の例を図４（図中記号●）に示
す。ここに示す例では、試験開始後０．５時間の時点で
原料空気101の流量を試験開始当初の流量に対し７５％
となるまで減少させた場合を想定した。なお、図中記号
○で示したのは、制御器を用いない場合の液体空気111
の流量変化である。この図に示すように、制御器６１を
用いて液体空気111の流量に動的補償を行った場合、液
体空気111の供給量は、原料空気101の供給量減少直後
に、一旦、試験開始時の供給量に対し約５９％まで低下
し、その後徐々に増加し７５％にまで上昇する。
【００５４】このように、液体空気111の流量変化に、
原料空気101供給量の増減に対し位相進みの動的補償を
おこなうことによって、原料空気101の流量変更時にお
いて、上部塔９への液体空気（下降液）供給量が適正化
され、下降液量と上昇ガス量のバランスが適性範囲に保
たれる。このため、上部塔９内においてＬ／Ｖが一時的
に大きく変動するのを防ぐことができる。
【００５５】また同時に、管路３１を通して導出される
製品酸素ガス103の流量は、製品酸素ガスフィードフォ
ワード制御器６２によって、原料空気101の流量変動に
基づいて上記式（II）中のΔＳＰGO2に一致するように
される。この際、式（II）中のＴ3、Ｔ4は、Ｔ3＜Ｔ4と
なるように設定されているため、ΔＳＰGO2は原料空気
供給量の増減速度であるΔｒGO2に比べ大きくなる。こ
のため、上記製品酸素ガス103の流量変化は、原料空気
供給量の増減に対し位相進みの動的補償制御（前置補償
制御）がなされることになる。
【００５６】上記製品酸素ガス103の流量変化に位相進
みの動的補償をおこなうことによって、原料空気101の
流量変更時において、上部塔９からの酸素ガスの引抜量
を適正化し、上部塔９内の下降液量に対する上昇ガス量
の急激な増減を防ぎ、下降液量と上昇ガス量のバランス
を適性範囲に保つことができる。このため、上部塔９内
においてＬ／Ｖが一時的に大きく変動するのを防ぐこと
ができる。
【００５７】このように、上部塔９内におけるＬ／Ｖの
乱れを防ぐことによって、上部塔９内の気液間物質移動
のバランスを維持し、製品、例えば上部塔９から導出さ
れる製品酸素ガス103の純度低下を防ぐことができる。
また上部塔９からアルゴン塔３６へ送られるフィードア
ルゴン117中の窒素濃度の一時的な上昇を防ぎ、フィー
ドアルゴン117を原料として得られる粗アルゴンガス102
の純度低下を防ぐことができる。
【００５８】またこの際、管路１２を通して上部塔９に
導入される還流液体窒素112の流量は、液体窒素フィー
ドフォワード制御器６３によって、原料空気101の流量
変動に基づいて上記式（III）中のΔＳＰLN2に一致する
ようにされる。式（III）中のＴ5、Ｔ6は、Ｔ5＞Ｔ6と
なるように設定されているため、ΔＳＰLN2は原料空気
供給量の増減速度であるΔｒLN2に比べ小さくなる。こ
のため、上記還流液体窒素112の流量変化は、原料空気
供給量の増減に対し位相遅れの動的補償制御（前置補償
制御）がなされることになる。
【００５９】上記還流液体窒素112の流量変化に位相遅
れの動的補償をおこなうことによって、上部塔９内への
窒素供給量が過大または過小となるのを防ぎ、原料空気
101の流量変更時において、上部塔９内におけるＬ／Ｖ
の変動を防ぎ、上部塔９内における窒素濃度の一時的な
変動を防ぐことができる。
【００６０】またこの際、管路１７を通してアルゴン凝
縮器１９に導入されるアルゴン凝縮器用液体空気113の
流量は、アルゴン凝縮器液体空気フィードフォワード制
御器６４によって、原料空気101の流量変動に基づいて
上記式（IV）中のΔＳＰLRArに一致するようにされる。
この際、式（IV）中のＴ7、Ｔ8は、Ｔ7＞Ｔ8となるよう
に設定されているため、ΔＳＰLRArは原料空気供給量の
増減速度であるΔｒLRArに比べ大きくなる。このため、
上記アルゴン凝縮器用液体空気113の流量変化は、原料
空気供給量の増減に対し位相遅れの動的補償制御（前置
補償制御）がなされることになる。
【００６１】上記アルゴン凝縮器用液体空気113の流量
変化に位相遅れの動的補償をおこなうことによって、ア
ルゴン凝縮器１９における粗アルゴンガスの凝縮量、即
ちアルゴン塔３６内の下降液量を適正化し、原料空気10
1の流量変更時において、アルゴン塔３６内における下
降液量と上昇ガス量のバランスを保つことができる。
【００６２】従って、本実施形態の空気液化分離装置に
あっては、原料空気101の流量変更操作を行うにあた
り、原料空気流量の増減速度を高く設定した場合でも、
上部塔９およびアルゴン塔３６内における気液間の物質
移動のバランスを一定に維持し、製品の品質を低下させ
ることなく生産量を短時間で増減させることが可能とな
る。
【００６３】次に、本発明の空気液化分離装置の第２の
実施形態について説明する。図５は、本発明の空気液化
分離装置の第２の実施形態を示すもので、ここに示す空
気液化分離装置は、次に示す点において図１に示す第１
の実施形態の空気液化分離装置と異なる。 （１）アルゴン塔３６の後段に、アルゴン塔３６から導
出された粗アルゴンガスに更なる精留分離を施す脱酸塔
６６が設けられている点 （２）アルゴン凝縮器１９に代えて、脱酸塔６６に接続
された脱酸塔凝縮器６９が設けられている点 （３）アルゴン凝縮器用液体空気フィードフォワード制
御器６４が設けられておらず、これに代えて、原料空気
101の流量の変動に対応して、下部塔４から管路４２、
１７を通して脱酸塔凝縮器６９に導入される脱酸塔凝縮
器用液体空気114の流量変化に動的補償を行う脱酸塔凝
縮器用液体空気フィードフォワード制御器６５が設けら
れている点
【００６４】制御器６５は、原料空気101の流量変動値
に基づいて液体空気の流量目標値ｒ（ｒLDAr）を入力す
ると、下記式（V）を満たす流量調節器の設定値ＳＰ
（ＳＰL DAr）が脱酸塔用液体空気流量調節器５５’に出
力され、調節器５５’は、このＳＰと、図示せぬセンサ
を用いて測定された液体空気の流量との差ｅ（ｅLDAr）
に応じてバルブ１８’を調節し、管路１７を通して脱酸
塔凝縮器６９に導入される脱酸塔凝縮器用液体空気114
の流量を設定することができるようになっている。
【００６５】
【数１５】
【００６６】上記Ｔ9、Ｔ10は、上述の方法と同様にし
て空気液化分離操作のシミュレーションを行い、これに
基づいて原料空気101の流量変更時において、製品の純
度変動を可能な限り小さく抑えることができるように設
定される。この際、Ｔ9、Ｔ10は、Ｔ9＞Ｔ10となるよう
に、すなわち上記脱酸塔凝縮器用液体空気の流量変化に
位相遅れの動的補償を行うことができるように設定され
る。
【００６７】本実施形態の空気液化分離装置では、アル
ゴン塔３６内で蒸留され、塔頂部に分離された粗アルゴ
ンガスの全量が管路６８を通して脱酸塔６６の下部に導
入される。粗アルゴンガスは脱酸塔６６内でさらに精留
分離され、高純度の脱酸アルゴンガスが塔頂部に分離す
る。この脱酸アルゴンガスは管路７０を通して脱酸塔６
６から導出され、一部は管路７１を通して主熱交換器３
を経て脱酸アルゴンガス108として系外に導出され、他
部は脱酸塔凝縮器６９に導入され液化した後、管路７２
を通して還流液として脱酸塔６６内に戻される。脱酸塔
凝縮器６９において液化した脱酸アルゴンガスの一部
は、管路７４を通して脱酸液体アルゴン109として系外
に導出される。脱酸塔６６の塔底部に分離された液の一
部は、管路７３を通してアルゴン塔３６に戻され、他部
は管路７５を通して脱酸塔蒸化器７６に導入され気化し
た後、脱酸塔６６内に戻され、上昇ガスとなる。
【００６８】製品の生産速度を増減させるため、原料空
気101の流量を増減させる際には、液体窒素フィードフ
ォワード制御器６３によって、管路１２を通して上部塔
９に導入される還流液体窒素112の流量変化に、原料空
気供給量の増減に対し位相遅れの動的補償を行うととも
に、脱酸塔凝縮器用液体空気フィードフォワード制御器
６５によって、管路１７を通して脱酸塔凝縮器６９に導
入される脱酸塔凝縮器用液体空気114の流量を、原料空
気101の流量変動に基づいて上記式（V）中のΔＳＰLDAr
に一致させ、これにより上記液体空気114の流量変化
に、原料空気供給量の増減に対し位相遅れの動的補償制
御（前置補償制御）を行う。
【００６９】上記脱酸塔凝縮器用液体空気の流量変化に
位相遅れの動的補償をおこなうことによって、脱酸塔凝
縮器６９におけるアルゴンガスの凝縮量、即ち脱酸塔６
６内の下降液量を適正化し、原料空気101の流量変更時
において、脱酸塔６６内における下降液と上昇ガス量の
バランスを一定に保つことができる。
【００７０】従って、本実施形態の空気液化分離装置に
あっては、第１の実施形態の空気液化分離装置と同様
に、原料空気101の流量変更操作を行うにあたり、原料
空気流量の増減速度を高く設定した場合でも、製品の品
質を低下させることなく生産量を短時間で増減させるこ
とが可能となる。
【００７１】図６は、本発明の空気液化分離装置の第３
の実施形態を示すもので、ここに示す空気液化分離装置
は、ラッハマンタービン８４が用いられている点で上記
第１の実施形態の空気液化分離装置と異なる。ラッハマ
ンタービン８４は、管路１を通して主熱交換器３に向か
う原料空気101のうち一部が、管路８１を通してタービ
ンブロア２２に導入され、ここで加圧された原料空気
が、管路８２を通して冷却器２３、主熱交換器３を経て
膨張タービン２４によって減圧された後、管路８３を通
して上部塔９の中間部に導入されるようになっている。
また、本実施形態の空気液化分離装置においては、管路
５を通して下部塔４から抜き出された窒素ガスのうち主
凝縮器７内に導入されない部分が、管路８０を通してそ
のまま系外に導出されるようになっている。
【００７２】本実施形態の空気液化分離装置にあって
は、第１および第２の実施形態の空気液化分離装置と同
様に、製品の品質を低下させることなく生産量を短時間
で増減させることが可能となる。
【００７３】次に、本発明の空気液化分離装置の第４の
実施形態について説明する。図７は、本発明の空気液化
分離装置の第４の実施形態を示すもので、ここに示す空
気液化分離装置は、以下の点で図１に示す第１の実施形
態の空気液化分離装置と異なる。 （１）アルゴン塔３６の塔頂部に分離された粗アルゴン
ガスがアルゴン凝縮器１９において液化した液体粗アル
ゴン（還流液）を一時貯留する液溜９１が設けられてい
る点 （２）原料空気101の流量の変動に対応して、液溜９１
からアルゴン塔３６に導入される液体粗アルゴンの流量
変化に動的補償を行う液体粗アルゴンフィードフォワー
ド制御器８５が設けられている点 （３）アルゴン塔３６の塔頂部から導出された粗アルゴ
ンガスの一部を系外に導出する管路４０に代えて、液溜
９１内の液体粗アルゴンが気化した粗アルゴンガスを系
外に導出する管路４０'が設けられている点
【００７４】液溜９１には、液体粗アルゴン（還流液）
を液溜９１内に導く還流液導入管路３９'と、液溜９１
内の液体粗アルゴンをアルゴン塔３６に導く還流液供給
管路９３が接続されている。
【００７５】制御器８５は、原料空気101の流量変動値
に基づいて液体空気の流量目標値ｒ（ｒLRAr'）を入力
すると、下記式（VI）を満たす流量調節器の設定値ＳＰ
（ＳＰLRAr'）が、液溜９１内の液体粗アルゴンをアル
ゴン塔３６に戻す管路９３に設けられた液体粗アルゴン
流量調節器５９に出力され、調節器５９は、このＳＰ
と、図示せぬセンサを用いて測定された液体粗アルゴン
の流量との差ｅ（ｅLRAr '）に応じてバルブ９２を調節
し、管路９３を通してアルゴン塔３６に導入される液体
粗アルゴン115の流量を設定することができるようにな
っている。
【００７６】
【数１６】
【００７７】上記Ｔ11、Ｔ12は、上述の方法と同様にし
て空気液化分離操作のシミュレーションを行い、これに
基づいて原料空気101の流量変更時において、製品の純
度変動を可能な限り小さく抑えることができるように設
定される。この際、Ｔ11、Ｔ12は、Ｔ11＜Ｔ12となるよ
うに、すなわち上記液体粗アルゴンの流量変化に位相進
みの動的補償を行うことができるように設定される。
【００７８】本実施形態の空気液化分離装置では、アル
ゴン塔３６の塔頂部に分離された粗アルゴンガスの全量
が、アルゴン凝縮器１９に導入され、ここで液体粗アル
ゴンとなり管路３９'を通して液溜９１に導入され、こ
こで一時貯留された後、管路９３を通してアルゴン塔３
６内に還流液として導入される。液溜９１内の液体粗ア
ルゴンの一部は気化し管路４０'を通して粗アルゴンガ
ス102として系外に導出される。
【００７９】製品の生産速度を増減させるため、原料空
気101の流量を増減させる際には、液体粗アルゴンフィ
ードフォワード制御器８５によって、管路９３を通して
アルゴン塔３６に導入される液体粗アルゴン115の流量
を、原料空気101の流量変動に基づいて上記式（VI）中
のΔＳＰLRAr'に一致させ、これにより上記液体粗アル
ゴン115の流量変化に、原料空気供給量の増減に対し位
相進みの動的補償制御（前置補償制御）を行う。
【００８０】上記液体粗アルゴン115の流量変化に位相
進みの動的補償をおこなうことによって、アルゴン塔３
６内の下降液量を適正化し、原料空気101の流量変更時
において、アルゴン塔３６内における下降液と上昇ガス
量のバランスを一定に保つことができる。
【００８１】本実施形態の空気液化分離装置にあって
は、第１ないし第３の実施形態の空気液化分離装置と同
様に、製品の品質を低下させることなく生産量を短時間
で増減させることが可能となる。特に、アルゴン塔３６
内の下降液量を適正化し、粗アルゴンガス102の純度低
下を確実に防ぐことができる。
【００８２】次に、本発明の空気液化分離装置の第５の
実施形態について説明する。図８は、本発明の空気液化
分離装置の第５の実施形態を示すもので、ここに示す空
気液化分離装置は、以下の点で図５に示す第２の実施形
態の空気液化分離装置と異なる。 （１）脱酸塔６６の塔頂部に分離された脱酸アルゴンガ
スが脱酸塔凝縮器６９において液化した脱酸液体アルゴ
ン（還流液）を、一時貯留する液溜９５が設けられてい
る点 （２）原料空気101の流量の変動に対応して、液溜９５
から脱酸塔６６に導入される脱酸液体アルゴンの流量変
化に動的補償を行う脱酸液体アルゴンフィードフォワー
ド制御器８６が設けられている点 （３）脱酸塔６６の塔頂部から導出された脱酸アルゴン
ガスの一部を系外に導出する管路７１に代えて、液溜９
５内の脱酸液体アルゴンが気化した脱酸アルゴンガスを
系外に導出する管路７１'が設けられている点
【００８３】液溜９５には、脱酸液体アルゴン（還流
液）を液溜９５内に導く還流液導入管路７２'と、液溜
９５内の脱酸液体アルゴンを脱酸塔６６に導く還流液供
給管路９７が接続されている。
【００８４】制御器８６は、原料空気101の流量変動値
に基づいて液体空気の流量目標値ｒ（ｒLDAr'）を入力
すると、下記式（VII）を満たす流量調節器の設定値Ｓ
Ｐ（ＳＰLDAr'）が、液溜９５内の脱酸液体アルゴンを
脱酸塔６６に戻す管路９７に設けられた脱酸液体アルゴ
ン流量調節器６０に出力され、調節器６０は、このＳＰ
と、図示せぬセンサを用いて測定された液体粗アルゴン
の流量との差ｅ（ｅLDAr '）に応じてバルブ９６を調節
し、管路９７を通して脱酸塔６６に導入される脱酸液体
アルゴン116の流量を設定することができるようになっ
ている。
【００８５】
【数１７】
【００８６】上記Ｔ13、Ｔ14は、上述の方法と同様にし
て空気液化分離操作のシミュレーションを行い、これに
基づいて原料空気101の流量変更時において、製品の純
度変動を可能な限り小さく抑えることができるように設
定される。この際、Ｔ13、Ｔ14は、Ｔ13＜Ｔ14となるよ
うに、すなわち上記脱酸液体アルゴンの流量変化に位相
進みの動的補償を行うことができるように設定される。
【００８７】本実施形態の空気液化分離装置では、脱酸
塔６６の塔頂部に分離された脱酸アルゴンガスの全量
が、脱酸塔凝縮器６９に導入され、ここで脱酸液体アル
ゴンとなり管路７２'を通して液溜９５に導入され、こ
こで一時貯留された後、一部が管路９７を通して脱酸塔
６６内に還流液として導入される。また液溜９５内の脱
酸液体アルゴンの他の一部は管路９８を通して脱酸液体
アルゴン109として系外に導出される。液溜９５内の脱
酸液体アルゴンの一部は気化し管路７１'を通して脱酸
アルゴンガス108として系外に導出される。
【００８８】製品の生産速度を増減させるため、原料空
気101の流量を増減させる際には、脱酸液体アルゴンフ
ィードフォワード制御器８６によって、管路９７を通し
て脱酸塔６６に導入される脱酸液体アルゴン116の流量
を、原料空気101の流量変動に基づいて上記式（VII）中
のΔＳＰLDAr'に一致させ、これにより上記脱酸液体ア
ルゴン116の流量変化に、原料空気供給量の増減に対し
位相進みの動的補償制御（前置補償制御）を行う。
【００８９】上記脱酸液体アルゴン116の流量変化に位
相進みの動的補償をおこなうことによって、脱酸塔６６
内の下降液量を適正化し、原料空気101の流量変更時に
おいて、脱酸塔６６内における下降液と上昇ガス量のバ
ランスを一定に保つことができる。
【００９０】本実施形態の空気液化分離装置にあって
は、第１ないし第４の実施形態の空気液化分離装置と同
様に、製品の品質を低下させることなく生産量を短時間
で増減させることが可能となる。特に、脱酸塔６６内の
下降液量を適正化し、脱酸アルゴンガス108、脱酸液体
アルゴン109の純度低下を確実に防ぐことができる。
【００９１】なお、第１ないし第５実施形態の空気液化
分離装置は、４つまたは５つの制御器を備えた制御系を
有するものとしたが、これに限らず、これら制御器のう
ち少なくとも１つを備えた制御系を有するものとするこ
ともできる。
【００９２】
【実施例】（実施例１）図１に示す空気液化分離装置を
用いて、原料空気から酸素、窒素、アルゴンを採取する
作業のコンピュータシミュレーションを行った。本実施
例では、原料空気供給量を所定時間一定とし定常状態と
した後、原料空気供給量を、試験開始時の供給量を１０
０％として７０％まで減少させた。この際の減少速度は
３％／ｍｉｎに設定した。この際、制御器６１〜６４を
用いて上記各液またはガスの流量変化に対し原料空気流
量の増減に対する位相進みまたは位相遅れの動的補償を
行った。各液またはガスの流量変更の開始または終了時
刻（試験開始からの時刻）を表１に示す。原料空気供給
量を減少させる操作時における原料空気流量、製品酸素
流量、濃度、粗アルゴンガス中の酸素および廃窒素濃度
の変化を図９〜図１４に示す。
【００９３】なお、表１において、還流液体窒素流量と
は、管路１２を通して上部塔９に導入される液体窒素11
2の流量を指す。液体空気流量とは、管路１５を通して
上部塔９に導入される液体空気111の流量を指す。アル
ゴン凝縮器用液体空気の流量とは、管路１７を通してア
ルゴン凝縮器１９に導入される液体空気113の流量を指
す。中圧製品窒素流量とは、管路４４を通して系外に導
出される窒素105の流量を指す。低圧製品窒素流量と
は、管路２６を通して系外に導出される窒素104の流量
を指す。製品酸素流量とは、管路３１を通して上部塔９
から系外に導出される製品酸素ガス103の流量を指す。
粗アルゴンガス流量とは、管路４０を通して系外に導出
される粗アルゴンガス102の流量を指す。
【００９４】
【表１】
【００９５】図９〜図１４に示す結果より、実施例１の
方法では、原料空気流量変更操作において減少速度を３
％／ｍｉｎと高くした場合でも、製品酸素の純度は９
９．６％以上と高い値に維持された。また、粗アルゴン
ガス中の酸素濃度、窒素濃度は、それぞれ１．３％以
下、０．７％以下に維持された。以上より、実施例１の
方法によれば、原料空気101の流量減少速度を高く設定
した場合でも、流量変更操作時に得られる製品酸素、粗
アルゴンガスが十分な純度となることがわかった。
【００９６】（実施例２）上記実施例１の操作によって
当初の値に対し７０％となった原料空気供給量を、１０
０％となるまで増加させた。原料空気供給量の増加速度
は３％／ｍｉｎに設定した。各液またはガスの流量変更
の開始または終了時刻は表１に示したものと同様とし
た。
【００９７】試験の結果、原料空気の流量変更操作時に
おいて、製品酸素の純度は９９．７％以上に維持され
た。また、粗アルゴンガス中の酸素濃度、窒素濃度は、
それぞれ１．５％以下、０．７％以下に維持された。こ
のように、実施例２の方法では、原料空気の流量変更操
作を行う際の原料空気流量の増加速度を３％／ｍｉｎと
高く設定した場合でも、流量変更操作時に得られる製品
酸素、粗アルゴンガスは十分な純度となることがわかっ
た。
【００９８】（従来例１）制御器６１〜６４を備えてい
ないこと以外は図１に示す空気液化分離装置と同様の空
気液化分離装置を用いて、原料空気から酸素、窒素、ア
ルゴンを採取する作業のシミュレーションを行った。原
料空気供給量を、試験開始時の供給量を１００％として
７０％まで減少させた。この際の減少速度は１％／ｍｉ
ｎに設定した。この際、各管路に設けられたバルブを適
宜調節することによって、下記の液またはガスの流量変
更の開始または終了時刻を、表２に示す時刻に設定し
た。原料空気供給量を減少させる操作時における原料空
気流量、製品酸素流量、濃度、粗アルゴンガス中の酸素
および窒素濃度の変化を図１５〜図２０に示す。
【００９９】
【表２】
【０１００】図１５〜図２０に示す結果より、従来装置
を用いた場合でも、原料空気の流量を変更する操作を行
う際に減少速度を１％／ｍｉｎと低く設定した場合に
は、流量変更操作時に得られる製品酸素、粗アルゴンガ
スは十分な純度となることがわかった。
【０１０１】（従来例２）原料空気供給量を、減少速度
を３％／ｍｉｎに設定して試験開始時の供給量に対し７
０％となるまで減少させた。この際、各管路に設けられ
たバルブを適宜調節することによって、下記の液または
ガスの流量変更の開始または終了時刻を、表３に示す時
刻に設定した。原料空気供給量を減少させる操作時にお
ける原料空気流量、製品酸素流量、濃度、粗アルゴンガ
ス中の酸素および窒素濃度の変化を図９〜図１４に併せ
て示す。
【０１０２】
【表３】
【０１０３】図９〜図１４に示す結果より、従来装置を
用いた場合には、原料空気の流量を変更する操作を行う
際に減少速度を３％／ｍｉｎとした場合、特に粗アルゴ
ンガス中の窒素濃度が最大約１４％と非常に高くなり、
製品の純度が不十分となることがわかった。また、図１
４より、原料空気101の流量変化終了と前後して廃窒素
ガス106中の酸素濃度が非常に高くなり、上部塔９内に
おいて気液間物質移動のバランスの乱れが生じているこ
とがわかる。
【０１０４】（従来例３）上記従来例２の操作によっ
て、当初の供給量に対し７０％となった原料空気供給量
を、１００％となるまで増加させた。原料空気供給量の
増加速度は３％／ｍｉｎに設定した。各液またはガスの
流量変更の開始または終了時刻は表３に示したものと同
様とした。
【０１０５】試験の結果、従来例３の方法を用い、原料
空気の流量を変更する操作を行う際に増加速度を３％／
ｍｉｎとした場合は、製品酸素濃度、粗アルゴンガス中
の酸素濃度、窒素濃度共、規定値内で推移し、制御でき
ることがわかった。
【０１０６】上記実施例１、２および従来例１〜３の結
果より、制御器６１〜６４を用いない従来装置を用いた
場合でも、原料空気の流量を変更する操作を行う際に増
減速度を１％／ｍｉｎと低く設定した場合には、流量変
更操作時に得られる製品の純度が高く維持されるが、減
量速度を３％／ｍｉｎと高く設定した場合には、製品の
純度が不十分となることがわかる。これに対し、制御器
６１〜６４を用いる実施例１、２の空気液化分離装置を
用いた場合には、原料空気流量の増減速度を３％／ｍｉ
ｎと高く設定した場合でも、製品の純度を高く維持する
ことができることがわかる。
【０１０７】（実施例３）図６に示す空気液化分離装置
（液溜９１を備えたもの）を用いて、実施例１と同様に
して原料空気から酸素、窒素、アルゴンを採取する作業
のコンピュータシミュレーションを行った。この際、制
御器６１〜６４、８５を用いて上記各液またはガスの流
量変化に対し原料空気流量の増減に対する位相進みまた
は位相遅れの動的補償を行った。原料空気供給量を減少
させる操作時における液体粗アルゴン115の流量、およ
び粗アルゴンガス102中の酸素濃度の変化を図２１およ
び図２２に示す。
【０１０８】（実施例４）液溜９１を備えていないこと
以外は図６に示すものと同様の空気液化分離装置を用い
て、実施例１と同様にして原料空気から酸素、窒素、ア
ルゴンを採取する作業のシミュレーションを行った。原
料空気供給量を減少させる操作時における液体粗アルゴ
ン115の流量、および粗アルゴンガス102中の酸素濃度の
変化を図２１および図２２に併せて示す。
【０１０９】図２１および図２２に示す結果より、液溜
９１を設けた装置を用いることによって、粗アルゴンガ
ス102中の酸素濃度を低く保つことができることがわか
る。
【０１１０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
原料空気の流量変更操作を行うにあたり、原料空気流量
の増減速度を高く設定した場合でも、製品の品質を低下
させることなく生産量を短時間で増減させることが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の空気液化分離装置の第１の実施形態
を示す概略構成図である。
【図２】 本発明の空気液化分離装置の制御方法の一実
施形態を説明する説明図である。
【図３】 本発明の空気液化分離装置の制御方法の一実
施形態を説明する説明図である。
【図４】 本発明の空気液化分離装置の制御方法の一実
施形態による液体空気流量の経時変化の例を示すグラフ
である。
【図５】 本発明の空気液化分離装置の第２の実施形態
を示す概略構成図である。
【図６】 本発明の空気液化分離装置の第３の実施形態
を示す概略構成図である。
【図７】 本発明の空気液化分離装置の第４の実施形態
を示す概略構成図である。
【図８】 本発明の空気液化分離装置の第５の実施形態
を示す概略構成図である。
【図９】 図１に示す空気液化分離装置を用いた空気液
化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
【図１０】 図１に示す空気液化分離装置を用いた空気
液化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
【図１１】 図１に示す空気液化分離装置を用いた空気
液化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
【図１２】 図１に示す空気液化分離装置を用いた空気
液化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
【図１３】 図１に示す空気液化分離装置を用いた空気
液化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
【図１４】 図１に示す空気液化分離装置を用いた空気
液化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
【図１５】 従来の空気液化分離装置を用いた空気液化
分離操作のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１６】 従来の空気液化分離装置を用いた空気液化
分離操作のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１７】 従来の空気液化分離装置を用いた空気液化
分離操作のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１８】 従来の空気液化分離装置を用いた空気液化
分離操作のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１９】 従来の空気液化分離装置を用いた空気液化
分離操作のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図２０】 従来の空気液化分離装置を用いた空気液化
分離操作のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図２１】 図７に示す空気液化分離装置を用いた空気
液化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
【図２２】 図７に示す空気液化分離装置を用いた空気
液化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
３・・・主熱交換器、４・・・下部塔、９・・・上部塔、１９・・・
アルゴン凝縮器 ３６・・・アルゴン塔、５５・・・アルゴン凝縮器用液体空気
流量調節器、５５'・・・脱酸塔凝縮器用液体空気流量調節
器 ５７・・・原料空気圧縮機、５８・・・前処理装置 ６１・・・液体空気フィードフォワード制御器 ６２・・・製品酸素ガスフィードフォワード制御器 ６３・・・液体窒素フィードフォワード制御器 ６４・・・アルゴン凝縮器用液体空気フィードフォワード
制御器 ６５・・・脱酸塔凝縮器用液体空気フィードフォワード制
御器 ６６・・・脱酸塔、６９・・・脱酸塔凝縮器、８４・・・ラッハ
マンタービン ８５・・・液体粗アルゴンフィードフォワード制御器 ８６・・・脱酸液体アルゴンフィードフォワード制御器 ３９'、７２'・・・還流液導入管路、９３、９７・・・還流液
供給管路 ９１、９５・・・液溜
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１１月８日（１９９９．１１．
８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の空気液化分離装
置は、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機、原料空気中
の含有不純物を精製する前処理装置、精製圧縮原料空気
を冷却する主熱交換器、精製原料空気を精留分離する上
部塔および下部塔等よりなり、酸素、窒素等を製品とし
て採取するとともに需要変動に対応する空気液化分離装
置において、製品ガスの純度の変動を抑える為に、原料
空気流量の変化速度に対して、 （１）下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化速度をより速くするようにした位相進み
の前置動的補償を行う液体空気フィードフォワード制御
器 （２）製品酸素ガス流量の変化速度をより速くするよう
にした位相進みの前置動的補償を行う製品酸素ガスフィ
ードフォワード制御器 （３）上部塔還流液用液体窒素流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの前置動的補償を行う液体窒
素フィードフォワード制御器のうち少なくともいずれか
１つのフィードフォワード制御器により制御を行う制御
系を備えたことを特徴とする。また本発明の空気液化分
離装置は、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機、原料空
気中の含有不純物を精製する前処理装置、精製圧縮原料
空気を冷却する主熱交換器、精製原料空気を精留分離す
る上部塔、下部塔、アルゴン塔等よりなり、酸素、窒
素、アルゴン等を製品として採取するとともに需要変動
に対応する空気液化分離装置において、製品ガスの純度
の変動を抑える為に、原料空気流量の変化速度に対し
て、 （１）下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化速度をより速くするようにした位相進み
の前置動的補償を行う液体空気フィードフォワード制御
器 （２）製品酸素流量の変化速度をより速くするようにし
た位相進みの前置動的補償を行う製品酸素ガスフィード
フォワード制御器 （３）アルゴン塔の凝縮器用液体空気流量の変化速度を
より遅くするようにした位相遅れの前置動的補償を行う
アルゴン凝縮器用液体空気フィードフォワード制御器 （４）上部塔還流液用液体窒素流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの前置動的補償を行う液体窒
素フィードフォワード制御器のうち少なくともいずれか
１つのフィードフォワード制御器により制御を行う制御
系を備えたことを特徴とする。また本発明の空気液化分
離装置は、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機、原料空
気中の含有不純物を精製する前処理装置、精製圧縮原料
空気を冷却する主熱交換器、精製原料空気を精留分離す
る上部塔、下部塔、粗アルゴン塔、脱酸塔等よりなり、
酸素、窒素、アルゴン等を製品として採取するとともに
需要変動に対応する空気液化分離装置において、製品ガ
スの純度の変動を抑える為に、原料空気流量の変化速度
に対して、 （１）下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化速度をより速くするようにした位相進み
の前置動的補償を行う液体空気フィードフォワード制御
器 （２）製品酸素流量の変化速度をより速くするようにし
た位相進みの前置動的補償を行う製品酸素ガスフィード
フォワード制御器 （３）脱酸塔の凝縮器用液体空気流量の変化速度をより
遅くするようにした位相遅れの前置動的補償を行う脱酸
塔凝縮器用液体空気フィードフォワード制御器 （４）上部塔還流液用液体窒素流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの前置動的補償を行う液体窒
素フィードフォワード制御器のうち少なくともいずれか
１つのフィードフォワード制御器により制御を行う制御
系を備えたことを特徴とする。また本発明装置は、前記
アルゴン塔に、該アルゴン塔への還流液を貯留する液溜
が設けられ、該液溜に、該アルゴン塔の還流液を液溜に
導く還流液導入管路と、該液溜に貯留された還流液をア
ルゴン塔に供給する還流液供給管路が接続され、原料空
気流量の変化速度に対して該管路を流れる還流液の流量
の変化速度をより速くするようにした位相進みの前置動
的補償を行う液体粗アルゴンフィードフォワード制御器
が設けられている。また前記脱酸塔に、該脱酸塔への還
流液を貯留する液溜が設けられ、該液溜に、該脱酸塔の
還流液を液溜に導く還流液導入管路と、該液溜に貯留さ
れた還流液を脱酸塔に供給する還流液供給管路が接続さ
れ、原料空気流量の変化速度に対して該管路を流れる還
流液の流量の変化速度をより速くするようにした位相進
みの前置動的補償を行う脱酸液体アルゴンフィードフォ
ワード制御器が設けられている構成とすることもでき
る。また本発明の空気液化分離装置の制御方法は、上部
塔および下部塔を備えた空気液化分離装置を用いて原料
空気を圧縮し、原料空気中含有不純物を精製し、冷却
し、精留分離して、酸素、窒素等を製品として採取する
とともに需要変動に対応するに際し、製品ガスの純度の
変動を抑える為に、原料空気流量の変化速度に対して、 （１）下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化速度をより速くするようにした位相進み
の特性を付与する動的な前置補償制御 （２）製品酸素ガス流量の変化速度をより速くするよう
にした位相進みの特性を付与する動的な前置補償制御 （３）上部塔還流液用液体窒素流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの特性を付与する動的な前置
補償制御の少なくともいずれか一つを行う動的補償制御
系により制御を行うことを特徴とする。また本発明の空
気液化分離装置の制御方法は、上部および下部塔を有す
る複精留塔と凝縮器を有するアルゴン塔とを備えた空気
液化分離装置を用いて原料空気を圧縮し、原料空気中含
有不純物を精製し、冷却し、精留分離して、酸素、窒
素、アルゴン等を製品として採取するとともに需要変動
に対応するに際し、製品ガスの純度の変動を抑える為
に、原料空気流量の変化速度に対して、 （１）下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化速度をより速くするようにした位相進み
の特性を付与する動的な前置補償制御、 （２）製品酸素ガス流量の変化速度をより速くするよう
にした位相進みの特性を付与する動的な前置補償制御 （３）アルゴン凝縮器用液体空気流量の変化速度をより
遅くするようにした位相遅れの特性を付与する動的な前
置補償制御（４）上部塔還流液用液体窒素流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの特性を付与する動的な前置
補償制御 の少なくともいずれか一つを行う動的補償制御
系により制御を行うことを特徴とする。また本発明の空
気液化分離装置の制御方法は、上部および下部塔を有す
る複精留塔と、粗アルゴン塔と、凝縮器を有する脱酸塔
とを備えた空気液化分離装置を用いて原料空気を圧縮
し、原料空気中含有不純物を精製し、冷却し、精留分離
して、酸素、窒素、アルゴン等を製品として採取すると
ともに需要変動に対応するに際し、製品ガスの純度の変
動を抑える為に、原料空気流量の変化速度に対して、 （１）下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
空気流量の変化速度をより速くするようにした位相進み
の特性を付与する動的な前置補償制御、 （２）製品酸素ガス流量の変化速度をより速くするよう
にした位相進みの特性を付与する動的な前置補償制御 （３）脱酸塔凝縮器用液体空気流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの特性を付与する動的な前置
補償制御 （４）上部塔還流液用液体窒素流量の変化速度をより遅
くするようにした位相遅れの特性を付与する動的な前置
補償制御の少なくともいずれか一つを行う動的補償制御
系により制御を行うことを特徴とする。また本発明の空
気液化分離装置の制御方法は、空気液化分離装置の操業
変更に対して製品の純度変動を抑えるようにする空気液
化分離装置の制御方法において、原料空気流量の変化速
度に対応して、制御対象流体の流量目標値Δｒを演算
し、設定し、原料空気流量の変化速度より制御対象流体
流量の目標値の変化速度（位相の変化）を速くするかま
たは遅くする制御をさせるように流量調節器への設定値
ΔＳＰを決定し、該ΔＳＰと制御対象流体の現状の流量
との差ｅに応じて出力信号ＭＶを出力し、該出力信号Ｍ
Ｖに応じて調節弁を調節するように組合せたフィードフ
ォワード制御を制御対象流体の少なくとも一つで行うこ
とも可能である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の空気液化分離装
置の第１の実施形態を示すもので、ここに示す空気液化
分離装置は、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機５７
と、原料空気中の水、二酸化炭素などの不純物を除去す
る前処理装置５８と、原料空気を冷却する主熱交換器３
と、冷却した原料空気を精留分離する複精留塔４１と、
アルゴン塔３６と、次に示す４つの制御器からなる制御
系とを備えて構成されている。 （１）原料空気101の流量の変化速度に対して、下部塔
４から管路４２、１５を通して上部塔９に導入される液
体空気111の流量変化に位相進みの前置動的補償を行う
液体空気フィードフォワード制御器６１ （２）原料空気101の流量の変化速度に対して、上部塔
９の下部から管路３１を通して導出される製品酸素ガス
103の流量変化に位相進みの前置動的補償を行う製品酸
素ガスフィードフォワード制御器６２ （３）原料空気101の流量の変化速度に対して、主凝縮
器７から管路８、１２を通して導出され、上部塔９に導
入される還流液体窒素112の流量変化に位相遅れの前置
動的補償を行う液体窒素フィードフォワード制御器６３ （４）原料空気101の流量の変化速度に対して、下部塔
４から管路４２、１７を通してアルゴン凝縮器１９に導
入されるアルゴン凝縮器用液体空気113の流量変化に位
相遅れの前置動的補償を行うアルゴン凝縮器液体空気フ
ィードフォワード制御器６４
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３２】
【数１２】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３５】
【数１３】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３８】
【数１４】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５２】この際、式（I）中のＴ1、Ｔ2は、Ｔ1＜Ｔ
2となるように設定されているため、ΔＳＰLAIRは原料
空気供給量の増減速度に比例して定まる量ΔｒLAIRに比
べ大きくなる。このため、管路１５を通して上部塔９内
に導入される液体空気111の流量変化には、原料空気供
給量の増減に対し位相進みの動的補償制御（前置補償制
御）がなされることになる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５３】上記制御器６１を用いて液体空気111の流
量に前置動的補償を行った場合の液体空気111の流量変
化のシミュレーション結果の例を図４（図中記号●）に
示す。ここに示す例では、試験開始後０．５時間の時点
で原料空気101の流量を試験開始当初の流量に対し７５
％となるまで減少させた場合を想定した。なお、図中記
号○で示したのは、上記制御器６１を用いない場合の液
体空気111の流量変化である。この図に示すように、制
御器６１を用いて液体空気111の流量に前置動的補償を
行った場合、液体空気111の供給量は、原料空気101の供
給量減少直後に、一旦、試験開始時の供給量に対し約５
９％まで低下し、その後徐々に増加し７５％にまで上昇
する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５５】また同時に、管路３１を通して導出される
製品酸素ガス103の流量は、製品酸素ガスフィードフォ
ワード制御器６２によって、原料空気101の流量変動に
基づいて上記式（II）中のΔＳＰGO2に一致するように
される。この際、式（II）中のＴ3、Ｔ4は、Ｔ3＜Ｔ4と
なるように設定されているため、ΔＳＰGO2は原料空気
供給量の増減速度に比例して定まる量ΔｒGO2に比べ大
きくなる。このため、上記製品酸素ガス103の流量変化
は、原料空気供給量の増減に対し位相進みの動的補償制
御（前置補償制御）がなされることになる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５８】またこの際、管路１２を通して上部塔９に
導入される還流液体窒素112の流量は、液体窒素フィー
ドフォワード制御器６３によって、原料空気101の流量
変動に基づいて上記式（III）中のΔＳＰLN2に一致する
ようにされる。式（III）中のＴ5、Ｔ6は、Ｔ5＞Ｔ6と
なるように設定されているため、ΔＳＰLN2は原料空気
供給量の増減速度に比例して定まる量ΔｒLN2に比べ小
さくなる。このため、上記還流液体窒素112の流量変化
は、原料空気供給量の増減に対し位相遅れの動的補償制
御（前置補償制御）がなされることになる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６０】またこの際、管路１７を通してアルゴン凝
縮器１９に導入されるアルゴン凝縮器用液体空気113の
流量は、アルゴン凝縮器液体空気フィードフォワード制
御器６４によって、原料空気101の流量変動に基づいて
上記式（IV）中のΔＳＰLRArに一致するようにされる。
この際、式（IV）中のＴ7、Ｔ8は、Ｔ7＞Ｔ8となるよう
に設定されているため、ΔＳＰLRArは原料空気供給量の
増減速度に比例して定まる量ΔｒLRArに比べ大きくな
る。このため、上記アルゴン凝縮器用液体空気113の流
量変化は、原料空気供給量の増減に対し位相遅れの動的
補償制御（前置補償制御）がなされることになる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６３】次に、本発明の空気液化分離装置の第２の
実施形態について説明する。図５は、本発明の空気液化
分離装置の第２の実施形態を示すもので、ここに示す空
気液化分離装置は、次に示す点において図１に示す第１
の実施形態の空気液化分離装置と異なる。 （１）アルゴン塔３６に代えて、アルゴンを予備精留す
る粗アルゴン塔３６’と、該粗アルゴン塔３６’から導
出された粗アルゴンガスに更なる精留分離を施す脱酸塔
６６が設けられている点 （２）アルゴン凝縮器１９に代えて、脱酸塔６６に接続
された脱酸塔凝縮器６９が設けられている点 （３）アルゴン凝縮器用液体空気フィードフォワード制
御器６４が設けられておらず、これに代えて、原料空気
101の流量の変化速度に対して、下部塔４から管路４
２、１７を通して脱酸塔凝縮器６９に導入される脱酸塔
凝縮器用液体空気114の流量変化に前置動的補償を行う
脱酸塔凝縮器用液体空気フィードフォワード制御器６５
が設けられている点
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６５】
【数１５】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６７】本実施形態の空気液化分離装置では、粗ア
ルゴン塔３６’内で蒸留され、塔頂部に分離された粗ア
ルゴンガスの全量が管路６８を通して脱酸塔６６の下部
に導入される。粗アルゴンガスは脱酸塔６６内でさらに
精留分離され、高純度の脱酸アルゴンガスが塔頂部に分
離する。この脱酸アルゴンガスは管路７０を通して脱酸
塔６６から導出され、一部は管路７１を通して主熱交換
器３を経て脱酸アルゴンガス108として系外に導出さ
れ、他部は脱酸塔凝縮器６９に導入され液化した後、管
路７２を通して還流液として脱酸塔６６内に戻される。
脱酸塔凝縮器６９において液化した脱酸アルゴンガスの
一部は、管路７４を通して脱酸液体アルゴン109として
系外に導出される。脱酸塔６６の塔底部に分離された液
の一部は、管路７３を通して粗アルゴン塔３６’に戻さ
れ、他部は管路７５を通して脱酸塔蒸化器７６に導入さ
れ気化した後、脱酸塔６６内に戻される。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６９】上記脱酸塔凝縮器用液体空気の流量変化に
位相遅れの前置動的補償をおこなうことによって、脱酸
塔凝縮器６９における脱酸アルゴンガスの凝縮量、即ち
脱酸塔６６内の下降液量を適正化し、原料空気101の流
量変更時において、脱酸塔６６内における下降液と上昇
ガス量のバランスを一定に保つことができる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７３】次に、本発明の空気液化分離装置の第４の
実施形態について説明する。図７は、本発明の空気液化
分離装置の第４の実施形態を示すもので、ここに示す空
気液化分離装置は、以下の点で図１に示す第１の実施形
態の空気液化分離装置と異なる。 （１）アルゴン塔３６の塔頂部に分離された粗アルゴン
ガスがアルゴン凝縮器１９において液化した液体粗アル
ゴン（還流液）を一時貯留する液溜９１が設けられてい
る点 （２）原料空気101の流量の変化速度に対して、液溜９
１からアルゴン塔３６に導入される液体粗アルゴンの流
量変化に前置動的補償を行う液体粗アルゴンフィードフ
ォワード制御器８５が設けられている点 （３）アルゴン塔３６の塔頂部から導出された粗アルゴ
ンガスの一部を系外に導出する管路４０に代えて、アル
ゴン凝縮器１９で液化しなかった粗アルゴンガスを液溜
９１を介して系外に導出する管路４０'が設けられてい
る点
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７６】
【数１６】
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７８】本実施形態の空気液化分離装置では、アル
ゴン塔３６の塔頂部に分離された粗アルゴンガスの全量
が、アルゴン凝縮器１９に導入され、その一部が液化し
管路３９'を通して液溜９１に導入され、気液分離され
る。分離された液体粗アルゴンは、ここで一時貯留され
た後、管路９３を通してアルゴン塔３６内に還流液とし
て導入される。また、分離されたガスは、管路４０'を
通して粗アルゴンガス102として系外に導出される。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００８２】次に、本発明の空気液化分離装置の第５の
実施形態について説明する。図８は、本発明の空気液化
分離装置の第５の実施形態を示すもので、ここに示す空
気液化分離装置は、以下の点で図５に示す第２の実施形
態の空気液化分離装置と異なる。 （１）脱酸塔６６の塔頂部に分離された脱酸アルゴンガ
スが脱酸塔凝縮器６９において液化した脱酸液体アルゴ
ン（還流液）を、一時貯留する液溜９５が設けられてい
る点 （２）原料空気101の流量の変化速度に対して、液溜９
５から脱酸塔６６に導入される脱酸液体アルゴンの流量
変化に前置動的補償を行う脱酸液体アルゴンフィードフ
ォワード制御器８６が設けられている点 （３）脱酸塔６６の塔頂部から導出された脱酸アルゴン
ガスの一部を系外に導出する管路７１に代えて、脱酸塔
凝縮器６９で液化しなかった脱酸アルゴンガスを、液溜
９５を介して系外に導出する管路７１'が設けられてい
る点
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００８５】
【数１７】
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００８７】本実施形態の空気液化分離装置では、脱酸
塔６６の塔頂部に分離された脱酸アルゴンガスの全量
が、脱酸塔凝縮器６９に導入され、その一部が液化し、
管路７２'を通して液溜９５に導入され、気液分離され
る。分離された脱酸液体アルゴンは、ここで一時貯留さ
れた後、一部が管路９７を通して脱酸塔６６内に還流液
として導入される。また液溜９５内の脱酸液体アルゴン
の他の一部は管路９８を通して脱酸液体アルゴン109と
して系外に導出される。また、分離されたガスは管路７
１'を通して脱酸アルゴンガス108として系外に導出され
る。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１０７】（実施例３）図７に示す空気液化分離装置
（液溜９１を備えたもの）を用いて、実施例１と同様に
して原料空気から酸素、窒素、アルゴンを採取する作業
のコンピュータシミュレーションを行った。この際、制
御器６１〜６４、８５を用いて上記各液またはガスの流
量変化に対し原料空気流量の増減に対する位相進みまた
は位相遅れの前置動的補償を行った。原料空気供給量を
減少させる操作時における液体粗アルゴン115の流量、
および粗アルゴンガス102中の酸素濃度の変化を図２１
および図２２に示す。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の空気液化分離装置の第１の実施形態
を示す概略構成図である。
【図２】 本発明の空気液化分離装置の制御方法の一実
施形態を説明する説明図である。
【図３】 一般的な空気液化分離装置の制御方法の一例
を説明する説明図である。
【図４】 本発明の空気液化分離装置の制御方法の一実
施形態による液体空気流量の経時変化の例を示すグラフ
である。
【図５】 本発明の空気液化分離装置の第２の実施形態
を示す概略構成図である。
【図６】 本発明の空気液化分離装置の第３の実施形態
を示す概略構成図である。
【図７】 本発明の空気液化分離装置の第４の実施形態
を示す概略構成図である。
【図８】 本発明の空気液化分離装置の第５の実施形態
を示す概略構成図である。
【図９】 図１に示す空気液化分離装置を用いた空気液
化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
【図１０】 図１に示す空気液化分離装置を用いた空気
液化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
【図１１】 図１に示す空気液化分離装置を用いた空気
液化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
【図１２】 図１に示す空気液化分離装置を用いた空気
液化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
【図１３】 図１に示す空気液化分離装置を用いた空気
液化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
【図１４】 図１に示す空気液化分離装置を用いた空気
液化分離操作のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
【図１５】 従来の空気液化分離装置を用いた空気液化
分離操作のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１６】 従来の空気液化分離装置を用いた空気液化
分離操作のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１７】 従来の空気液化分離装置を用いた空気液化
分離操作のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１８】 従来の空気液化分離装置を用いた空気液化
分離操作のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１９】 従来の空気液化分離装置を用いた空気液化
分離操作のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図２０】 従来の空気液化分離装置を用いた空気液化
分離操作のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図２１】 図６および図７に示す空気液化分離装置を
用いた空気液化分離操作のシミュレーション結果を示す
グラフである。
【図２２】 図６および図７に示す空気液化分離装置を
用いた空気液化分離操作のシミュレーション結果を示す
グラフである。
【符号の説明】 ３・・・主熱交換器、４・・・下部塔、９・・・上部塔、１９・・・
アルゴン凝縮器 ３６・・・アルゴン塔、３６’・・・粗アルゴン塔、５５・・・
アルゴン凝縮器用液体空気流量調節器、５５'・・・脱酸塔
凝縮器用液体空気流量調節器 ５７・・・原料空気圧縮機、５８・・・前処理装置 ６１・・・液体空気フィードフォワード制御器 ６２・・・製品酸素ガスフィードフォワード制御器 ６３・・・液体窒素フィードフォワード制御器 ６４・・・アルゴン凝縮器用液体空気フィードフォワード
制御器 ６５・・・脱酸塔凝縮器用液体空気フィードフォワード制
御器 ６６・・・脱酸塔、６９・・・脱酸塔凝縮器、８４・・・ラッハ
マンタービン ８５・・・液体粗アルゴンフィードフォワード制御器 ８６・・・脱酸液体アルゴンフィードフォワード制御器 ３７'、７２'・・・還流液導入管路、９３、９７・・・還流液
供給管路 ９１、９５・・・液溜
【手続補正２４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
【手続補正２５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図８】

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 原料空気を圧縮する原料空気圧縮機、原
    料空気中の含有不純物を精製する前処理装置、精製圧縮
    原料空気を冷却する主熱交換器、精製原料空気を精留分
    離する上部塔および下部塔等よりなり、酸素、窒素等を
    製品として採取する空気液化分離装置において、 原料空気流量の変動に対応して、 （１）下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
    空気流量変化に位相進みの動的補償を行う液体空気フィ
    ードフォワード制御器 （２）製品酸素ガス流量変化に位相進みの動的補償を行
    う製品酸素ガスフィードフォワード制御器 （３）上部塔還流液用液体窒素流量変化に位相遅れの動
    的補償を行う液体窒素フィードフォワード制御器のうち
    少なくともいずれか１つのフィードフォワード制御器に
    より制御を行う制御系を備えたことを特徴とする空気液
    化分離装置。
  2. 【請求項２】 原料空気を圧縮する原料空気圧縮機、原
    料空気中の含有不純物を精製する前処理装置、精製圧縮
    原料空気を冷却する主熱交換器、精製原料空気を精留分
    離する上部塔、下部塔、アルゴン塔等よりなり、酸素、
    窒素、アルゴン等を製品として採取する空気液化分離装
    置において、 原料空気流量の変動に対応して、 （１）下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
    空気流量変化に位相進みの動的補償を行う液体空気フィ
    ードフォワード制御器 （２）製品酸素流量変化に位相進みの動的補償を行う製
    品酸素ガスフィードフォワード制御器 （３）アルゴン塔の凝縮器用液体空気流量の変化に位相
    遅れの動的補償を行うアルゴン凝縮器用液体空気フィー
    ドフォワード制御器 （４）上部塔還流液用液体窒素流量変化に位相遅れの動
    的補償を行う液体窒素フィードフォワード制御器のうち
    少なくともいずれか１つのフィードフォワード制御器に
    より制御を行う制御系を備えたことを特徴とする空気液
    化分離装置。
  3. 【請求項３】 原料空気を圧縮する原料空気圧縮機、原
    料空気中の含有不純物を精製する前処理装置、精製圧縮
    原料空気を冷却する主熱交換器、精製原料空気を精留分
    離する上部塔、下部塔、粗アルゴン塔、脱酸塔等よりな
    り、酸素、窒素、アルゴン等を製品として採取する空気
    液化分離装置において、 原料空気流量の変動に対応して、 （１）下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
    空気流量変化に位相進みの動的補償を行う液体空気フィ
    ードフォワード制御器 （２）製品酸素流量変化に位相進みの動的補償を行う製
    品酸素ガスフィードフォワード制御器 （３）脱酸塔の凝縮器用液体空気流量の変化に位相遅れ
    の動的補償を行う脱酸塔凝縮器用液体空気フィードフォ
    ワード制御器 （４）上部塔還流液用液体窒素流量変化に位相遅れの動
    的補償を行う液体窒素フィードフォワード制御器のうち
    少なくともいずれか１つのフィードフォワード制御器に
    より制御を行う制御系を備えたことを特徴とする空気液
    化分離装置。
  4. 【請求項４】 前記アルゴン塔に、該アルゴン塔への還
    流液を貯留する液溜が設けられ、該液溜に、該アルゴン
    塔の還流液を液溜に導く還流液導入管路と、該液溜に貯
    留された還流液をアルゴン塔に供給する還流液供給管路
    が接続され、 原料空気流量の変動に対応して該管路を流れる還流液の
    流量変化に位相進みの動的補償を行う液体粗アルゴンフ
    ィードフォワード制御器が設けられていることを特徴と
    する請求項２記載の空気液化分離装置。
  5. 【請求項５】 前記脱酸塔に、該脱酸塔への還流液を貯
    留する液溜が設けられ、該液溜に、該脱酸塔の還流液を
    液溜に導く還流液導入管路と、該液溜に貯留された還流
    液を脱酸塔に供給する還流液供給管路が接続され、 原料空気流量の変動に対応して該管路を流れる還流液の
    流量変化に位相進みの動的補償を行う脱酸液体アルゴン
    フィードフォワード制御器が設けられていることを特徴
    とする請求項３記載の空気液化分離装置。
  6. 【請求項６】 空気液化分離装置を用いて原料空気を圧
    縮し、原料空気中含有不純物を精製し、冷却し、精留分
    離して、酸素、窒素等を製品として採取するに際し、 原料空気流量の変動に対応して、 （１）下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
    空気流量の変化に対し位相進みの特性を付与する動的な
    前置補償制御 （２）製品酸素ガス流量の変化に対し位相進みの特性を
    付与する動的な前置補償制御 （３）上部塔還流液用液体窒素流量の変化に対し位相遅
    れの特性を付与する動的な前置補償制御の少なくともい
    ずれか一つを行う動的補償制御系により制御を行うこと
    を特徴とする空気液化分離装置の制御方法。
  7. 【請求項７】 空気液化分離装置を用いて原料空気を圧
    縮し、原料空気中含有不純物を精製し、冷却し、精留分
    離して、酸素、窒素、アルゴン等を製品として採取する
    に際し、 原料空気流量の変動に対応して、 （１）下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
    空気流量の変化に対し位相進みの特性を付与する動的な
    前置補償制御 （２）製品酸素ガス流量の変化に対し位相進みの特性を
    付与する動的な前置補償制御 （３）アルゴン凝縮器用液体空気流量の変化に対し位相
    遅れの特性を付与する動的な前置補償制御の少なくとも
    いずれか一つを行う動的補償制御系により制御を行うこ
    とを特徴とする空気液化分離装置の制御方法。
  8. 【請求項８】 空気液化分離装置を用いて原料空気を圧
    縮し、原料空気中含有不純物を精製し、冷却し、精留分
    離して、酸素、窒素、アルゴン等を製品として採取する
    に際し、 原料空気流量の変動に対応して、 （１）下部塔底部より導出され上部塔に導入される液体
    空気流量の変化に対し位相進みの特性を付与する動的な
    前置補償制御 （２）製品酸素ガス流量の変化に対し位相進みの特性を
    付与する動的な前置補償制御 （３）脱酸塔凝縮器用液体空気流量の変化に対し位相遅
    れの特性を付与する動的な前置補償制御 （４）上部塔還流液用液体窒素流量の変化に対し位相遅
    れの特性を付与する動的な前置補償制御の少なくともい
    ずれか一つを行う動的補償制御系により制御を行うこと
    を特徴とする空気液化分離装置の制御方法。
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