JP3807788B2 - Gas balance control device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギ供給システムにおけるガスのバランス制御装置に関し、詳しくは、純度の異なる複数のガスをバランスよく配合してガス消費装置に供給するためのガスバランス制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
製油所では、接触改質装置(PL)と水素製造装置(HY)において水素を発生し、主に重質油脱硫装置(RH)と灯軽油脱硫装置(2DH)において水素を消費する。この場合、接触改質装置では、低オクタン価の直留ガソリンを高オクタン価ガソリン材とする際の副産物として水素が発生するので、この接触改質装置から発生する安価な水素を主として用い、必要総水素量に対して不足する分を水素製造装置にて発生させる。
【0003】
ここで、接触改質装置で発生する水素(以下、PL水素と称す場合もある)は、水素製造装置で発生する水素(以下、HY水素と称す場合もある)より純度が低く(60〜80%)、PL水素単独では重質油脱硫装置や灯軽油脱硫装置等の水素消費装置を運転することができない。一方、HY水素は、純度は高いものの(99%以上)ブタンやナフサに対し熱を多量に加え、触媒を通して発生させるためPL水素に比べコスト高である。
そこで、水素消費装置の運転が可能な水素純度を維持できる範囲内でPL水素を最大限利用できるようにすることが望まれる。
【0004】
しかしながら、PL水素の純度や発生量は接触改質装置の運転モードや接触改質装置の原料により異なり、また、重質油脱硫装置や灯軽油脱硫装置で処理する原料の硫黄の含量により必要とする水素量が変化する。
【0005】
一方、重質油脱硫装置や灯軽油脱硫装置の運転においては、接触改質装置の上記のような状況にも拘らず装置内水素純度を一定以上に維持する必要がある。
さらに、PL水素の送り込み量の変化に対し、重質油脱硫装置や灯軽油脱硫装置等の各装置内水素の純度の変化は時間遅れが極めて大きく、応答も非線形である。
そのため、従来の既存の制御方法ではPL水素の送り込み量を自動化できず、手動調整していた。そして、この手動調整の期間は、安全性を考慮してHY水素を多めに送り込んでいた。
その結果、PL水素が余剰となり余剰となったPL水素は安価な燃料ガスの代替物として用いられ、有効利用が図られていなかった。
【0006】
このような状況下において、いくらかでも制御を自動化するため従来は水素消費装置の圧力制御を行なっていた。
すなわち、たとえば灯軽油脱硫装置においては経済的な水素純度として80%を維持する必要があるが、PL水素だけを灯軽油脱硫装置に送り込んだのでは、流量不足により装置の基準内圧である50kg/cm2 を保つことができない。そのため、主としてPL水素を送り込みながら、HY水素をも送り込んで装置の内圧が50kg/cm2 より低下しないようにしているが、この場合は水素純度が80%以上となり経済的でない。
【0007】
このように、従来は、灯軽油脱硫装置の内圧を観測し、その内圧が50kg/cm2 より低いときには水素製造装置からのHY水素の供給量を増やし、50kg/cm2 より高いときにはHY水素の供給量を減らすことによって間接的に水素のバランス制御を行なっていた。
なお、この圧力制御は、従来用いられているDCS(分散計装計算機)制御システムによって行なっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この圧力制御による方法では、圧力制御が主目的であるため水素純度についての正確な制御を行なうことができないことから、安全性を考慮しHY水素を多めに供給することとなり、依然としてPL水素が余剰となっていた。
【0009】
なお、時間遅れが大きい系(操作に対し効果が現れるのに時間がかかる系)に有効な制御方法として多変数予測制御がある。しかし、この手法は、線形な応答を示す系には有効であるが、水素バランス制御のように非線形な系には不向きである。
【0010】
また、系全体を数式モデル化して、数理計画法により最適なPL水素送り込み量を算出する数理計画法を利用する方法が考えられる。しかし、この方法は、時間遅れがある系に対しては、系の状態が変化するごとに将来を予測しながら最適化計算をする必要があり、実用的でない。
【0011】
さらに、統計モデルをファジィ推論で補正する制御方法を利用することも考えられる。この制御方法として、例えば、柳下、伊藤、菅野『ファジィ理論の浄水場薬品注入制御への応用』、システムと制御、vol.28,No.10,pp.597−604(1984)などで紹介されている。
しかし、この場合はモデルは固定されており、モデルと現実の状態との差異をすべてファジィ推論で補正するため、ファジィ推論で種々の場合を想定しなければならず非常に複雑となり、実用的でない。
【0012】
本発明は上記事情にかんがみてなされたもので、時間遅れが大きく、非線形な制御系を形成する水素のバランス(純度)制御をも自動化することによって、低純度で安価な水素と高純度で高価な水素の配合率を水素消費装置の条件に応じて最適化する制御装置の提供を目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の請求項1に係るガスバランス制御装置は、複数のガスを配合してガス消費装置に供給するエネルギ供給システムにおいて、前記ガス消費装置内のガス純度が所定の純度となるよう制御する純度制御部と、前記ガス消費装置内のガス圧力が所定の圧力となるよう制御する圧力制御部とを備えるガスバランス制御装置であって、前記純度制御部が、定常状態のガス消費予測量を求めるとともに、この予測したガス消費量と実際のガス消費量の差を補い、かつ、供給ガスの純度の変化をファジイ制御によって制御する構成としてある。
【0014】
また、請求項2に係るガスバランス制御装置は、前記ファジイ制御を、あらかじめ求めてある過渡状態のデータをもとに作成した過渡状態ガス消費予測モデルの特性にもとづいて作成したファジイ制御規則にしたがって行なう構成としてある。
【0015】
また、請求項3に係るガスバランス制御装置は、前記複数のガスとして純度の異なる高純度ガスと低純度ガスを用いるとともに、前記純度制御部が、前記ガス消費装置内のガス純度が所定の純度となるように前記低純度ガスを制御しつつ供給し、前記圧力制御部が、前記水素消費装置内の圧力が所定の圧力となるように前記高純度ガスを制御しつつ供給する構成としてある。
【0016】
また、請求項4に係るガスバランス制御装置は、ガス消費装置が複数ある場合に、ガスを供給するガス消費装置の優先順位を決定し、この優先順位にもとづいてガスの分配制御を行なう管理制御部を備える構成としてある。
【0017】
また、請求項5に係るガスバランス制御装置は、前記ガスが水素ガスであり、高純度ガスが水素製造装置から発生する水素ガスであって、低純度ガスが接触改質装置から発生する水素ガスである構成としてある。
【0018】
【本発明の実施の形態】
以下、本発明のガスバランス制御装置の一実施形態について説明する。
まず、本発明の制御装置を適用する水素バランス制御システムについて説明する。
図1は、水素バランス制御システムの全体を示すブロック図である。
【0019】
同図において、1は接触改質装置(PL)であり、高オクタン価のガソリン材を製造する際に副産物として純度の低い低コストの水素を発生する。2は水素製造装置であり、ブタンやナフサに熱を多量に加え触媒を通して純度の高い高コストの水素を発生する。
3及び4は水素消費装置としての重油脱硫装置(RH)と灯軽油脱硫装置(2DH)である。
【0020】
ここで、PL水素の発生量や純度は、接触改質装置の運転モードや接触改質装置の原料により異なる。一方、重質油脱硫装置や灯軽油脱硫装置で消費される水素量は、処理する原料中の硫黄分の率によって変化する。
なお、PL水素は、いくら純度が高くても、PL水素だけで水素消費装置における純度を80%に維持することはできない。そこで、高純度のHY水素を加えて水素消費装置における純度を80%となるようにする。
【0021】
本実施形態の制御装置は、上記のようなプロセスにおける水素のバランス制御を行うものであり、接触改質装置1と重質油脱硫装置3及び灯軽油脱硫装置4からなる水素消費装置の間に配置した純度制御部10によってPL水素の供給量を制御して重質油脱硫装置3と灯軽油脱硫装置4における水素の純度制御を行ない、また、水素製造装置2と重質油脱硫装置3及び灯軽油脱硫装置4の間に配置した圧力制御部20によってHY水素の供給量を制御して重質油脱硫装置3と灯軽油脱硫装置4における圧力制御を行なう。
【0022】
ここで、純度制御と圧力制御はそれぞれ独立して行なわれ、純度制御は後述する純度制御部によって、また圧力制御は前述したDCSを用いた圧力制御部でそれぞれ行なわれる。
純度制御と圧力制御は独立して行なわれるものの、制御対象が同一であるので両者は干渉するが、本発明では応答性の速い圧力制御を純度制御に追従させているので、実施上問題とはならない。
【0023】
すなわち、純度制御部は、後述するように、水素の純度を制御するため水素消費装置へのPL水素の供給量をゆっくりと調整しているが、たとえば、このとき種々の要因で水素純度が低くなると純度制御部によってPL水素の供給量を減らし、適切な水素純度まで上げようとするため一時的に圧力が低下する。
そこで、応答速度の速い圧力制御によって圧力を上げることにより水素圧力が常に基準圧力となるようにしている。
【0024】
次に、純度制御部について説明する。
図2は、純度制御部の一実施形態を示すブロック図である。
純度制御部10は、重質油脱硫装置3及び灯軽油脱硫装置4の状態を観測しながら、接触改質装置1からPL水素を最大限送り込むためのものであり、水素消費予測モデル部11とファジィ制御部12とからなっている。
ここで、水素消費予測モデル部11は、水素消費予測モデルにもとづいて標準的な水素消費量を予測するとともに、この予測した定常状態水素消費予測量と実際の水素消費量との差を補うようになっている。
また、ファジィ制御部12は、PL水素純度及び水素消費装置の水素純度の変化などをキャッチして標準的な水素消費量を適切に制御する。
【0025】
具体的には、水素消費予測モデル部11は、定常状態水素消費予測モデル部11aと補正部11bを有しており、定常状態水素消費予測モデル部11aでは統計手法やファジィ推論を用いて標準的な水素消費量を算出する。また、補正部11bは、水素消費予測モデル部11aで算出した予測消費量と重質油脱硫装置3,灯軽油脱硫装置4で実際に消費している量との誤差を常に監視して、予測が実際の消費量に近づくように補正する。この結果、現在から近傍の時刻では、正確な水素消費予測ができる。
【0026】
ファジィ制御部12は、供給する水素の純度が変化した場合などの状況の変化を把握し、その変化に直ちに対応するために、装置に送る水素の量をフィードフォワード的に変更する。
【0027】
上記純度制御部によって行なうPL水素の制御方法は、次のようになる。
まず、定常状態水素消費予測モデル部11aにおいて、図3に示す定常状態の運転データを統計処理して予測モデルを作成する。
具体的には、運転データを複数の区間に分解するとともに、分解した区間は線形モデルで表現する。そして、全体(特に、線形モデル間)はファジィ推論で補完する。
例えば、水素消費装置が灯軽油脱硫装置4の場合、出口部分における水素濃度を測定し、線形モデルにもとづいて水素の供給量を求めるとともに、次のファジィ推論により補完を行なう。
IF 2DHの処理量が高い THEN
水素消費=a1 ×処理量+a2 ×脱硫率+・・・
IF 2DHの処理量が中位 THEN
水素消費=b1 ×処理量+b2 ×脱硫率+・・・
IF 2DHの処理量が低い THEN
水素消費=c1 ×処理量+c2 ×脱硫率+・・・
ここで、a1 ,a2 …,b1 ,b2 …,c1 ,c2 …は定数である。
以下、このような水素消費量を予測するモデルをファジイモデルという。
【0028】
このようにして予測した水素の消費量は、測定した実際の水素消費量との間で差を生じる。このため、補正部11bにおいて、予測が実際の消費量に近づくように補正する。
すなわち、補正部11bは、次のようなステップを繰り返し行なう(指数平均法である)。
第n回目の水素消費予測量yi (バー)は yi (バー)=ファジイモデル+ei (バー) で求める。
このときの測定した水素消費量をyi としたとき、誤差ei は ei =yi −yi (バー)で求め、第n+1回目の補正ei+1 はei+1 (バー)=ei (バー)+aei とする。
ただし、aは0<a≦1なる実数である。
この誤差ei (バー)を導入することにより、近未来では予測が実測の水素消費量と一致する。
【0029】
例えば、灯軽油脱硫装置の処理量や原料の性状が変化した場合、水素消費予測モデル部は灯軽油脱硫装置が必要とする全水素消費量を予測し、さらにPL水素供給量(標準的PL水素供給量)を予測する。
このPL水素供給量(標準的PL水素供給量)を供給しても、PL水素の純度が変化するなどの理由から、装置内の水素純度を80%に保てないことがある。そこで、標準的PL水素供給量に対して、純度を80%に保つための補正量(加算あるいは減算すべきPL水素供給量)をファジイ推論を使用して算出する。そのファジイ制御規則を図4に示す。
【0030】
このファジイ制御規則の作成において、PL水素供給量の変更による装置純度への効果の時間の遅れや非線形性を考慮する必要がある。そこで、過渡状態でのデータをもとに、ニューラルネットワークを使用して過渡状態水素消費モデルを作成し、このモデルの特性に基づいてファジイ制御規則を作成する。
【0031】
この制御規則で、列の中央線は、灯軽油脱硫装置の水素純度であり、目標値としている純度の80%である。したがって、もし灯軽油脱硫装置の水素純度が80%より低ければPL水素の供給量は減らすことになる。
すなわち、中央より右に行くと、中央の値よりPL水素の供給量は減らすようになっている。この制御規則で、行の中心線は、PL水素の水素純度が変化しないことを意味している。
【0032】
したがって、もし灯軽油脱硫装置のPL水素の水素純度が良くなってきているなら、PL水素の供給量は増やすことになる。例えば、灯軽油脱硫装置の水素純度の余裕があり(灯軽油脱硫装置の水素純度が80%を越えている)、かつPL水素純度に変化がない場合は、PL水素の供給を、現状に比べて少し増やすことになる。
このようにして、ファジィ制御規則にもとづいて、PL水素の純度が変化したときのPL水素の送り込み量をフィードフォワード的に制御する。
このような水素純度制御を行なっている間、応答性の速い圧力制御は、HY水素の供給量を変化させ、装置圧力を常に50kg/cm2 に保持する。
【0033】
重質油脱硫装置3に対する水素の純度制御も上記と同様の純度制御部10によって行なう。
【0034】
灯軽油脱硫装置での純度制御が要求するPL水素と、重質油脱硫装置での純度制御が要求するPL水素との和が実際に発生しているPL水素の量を超える場合や、それぞれの純度制御どおりのPL水素を使用するとHY水素の消費量が極端に減り、水素発生装置の装置制約の発生下限を割る場合がある。そこで、PL水素を使用する水素消費装置の優先順位を決定し、かつPL水素の使用上限と下限を指示する管理制御部15が設けてある。
【0035】
例えば、重質油脱硫装置3に対するPL水素の供給量を優先させるとすると、管理制御部15は、重質油脱硫装置の純度制御が要求するPL水素量を重質油脱硫装置の上限として重質油脱硫装置側の純度制御装置に指示し、灯軽油脱硫装置の純度制御装置の上限には、(実際に発生しているPL水素量)−(重質油脱硫装置の純度制御が要求するPL水素量)を指示する。
そして、各純度制御部10,10は、PL水素の供給をその範囲内で行なうよう制御する。
【0036】
上記実施形態では、ガスとして水素ガスを用いる場合について説明したが、本発明は水素ガス以外のガス、たとえばプラント内で発生したオフガスと燃料油,燃料ガスとのバランス制御にも適用できることは勿論のことである。
【0037】
【発明の効果】
以上のような構成からなる請求項1,2に係るガスバランス制御装置によれば、ガスの純度制御を自動的に、しかもより正確に行なうことができる。
また、請求項3に係るガスバランス制御装置によれば、低純度で安価なガスと高純度で高価なガスの配分を、消費装置の条件に応じて最適化することができる。
また、請求項4係るガスバランス制御装置によれば、消費装置が複数ある場合でも、燃料消費装置の条件に応じて適切な制御を行なうことができる。
また、請求項5に係るガスバランス制御装置によれば、接触改質装置から発生する安価な低純度水素ガスを適切に配分かつ供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る水素ガスのバランス制御を実施するためのシステムのブロック図を示す。
【図2】図1における純度制御部の詳細なブロック図を示す。
【図3】純度制御部の定常状態水素消費予測モデルにおけるモデル作成例の説明図である。
【図4】純度制御部のファジィ制御部におけるファジィ制御規則の例を示す表である。
【符号の説明】
1 接触改質装置(PL)
2 水素製造装置(HY)
3 重質油脱硫装置(RH)
4 灯軽油脱硫装置(2DH)
10 純度制御部
11 水素消費予測モデル部
11a 定常状態水素消費予測モデル部
11b 補正部
12 ファジィ制御部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas balance control device in an energy supply system, and more particularly to a gas balance control device for blending a plurality of gases having different purity in a balanced manner and supplying the gas to a gas consuming device.
[0002]
[Prior art]
In a refinery, hydrogen is generated in a catalytic reformer (PL) and a hydrogen production device (HY), and is mainly consumed in a heavy oil desulfurization device (RH) and a kerosene oil desulfurization device (2DH). In this case, in the catalytic reformer, hydrogen is generated as a by-product when low-octane straight-run gasoline is made into a high-octane gasoline material. Therefore, cheap hydrogen generated from this catalytic reformer is mainly used, and the required total hydrogen A shortage with respect to the amount is generated in the hydrogen production apparatus.
[0003]
Here, hydrogen generated in the catalytic reformer (hereinafter also referred to as PL hydrogen) has a lower purity than hydrogen generated in the hydrogen production apparatus (hereinafter also referred to as HY hydrogen) (60 to 80). %) PL hydrogen alone cannot operate hydrogen consuming equipment such as heavy oil desulfurization equipment and kerosene oil desulfurization equipment. On the other hand, although HY hydrogen has a high purity (99% or more), HY hydrogen is generated through a catalyst by adding a large amount of heat to butane or naphtha, and thus is more expensive than PL hydrogen.
Therefore, it is desired to make maximum use of PL hydrogen within a range in which hydrogen purity capable of operating the hydrogen consuming apparatus can be maintained.
[0004]
However, the purity and generation amount of PL hydrogen differs depending on the operation mode of the catalytic reformer and the raw material of the catalytic reformer, and it is necessary depending on the sulfur content of the raw material processed in the heavy oil desulfurizer and kerosene oil desulfurizer. The amount of hydrogen to be changed changes.
[0005]
On the other hand, in the operation of the heavy oil desulfurization apparatus and the kerosene oil desulfurization apparatus, it is necessary to maintain the hydrogen purity in the apparatus above a certain level regardless of the above-described situation of the catalytic reforming apparatus.
Furthermore, the change in the purity of hydrogen in each apparatus such as a heavy oil desulfurization apparatus and a kerosene oil desulfurization apparatus has a very large time delay and a non-linear response to changes in the amount of PL hydrogen fed.
For this reason, the conventional existing control method cannot automate the amount of PL hydrogen fed and manually adjusts it. During this manual adjustment period, a large amount of HY hydrogen was fed in consideration of safety.
As a result, PL hydrogen became surplus, and surplus PL hydrogen was used as an alternative to inexpensive fuel gas and was not effectively used.
[0006]
Under such circumstances, the pressure control of the hydrogen consuming apparatus has been conventionally performed in order to automate some control.
That is, for example, in kerosene oil desulfurization equipment, it is necessary to maintain an economical hydrogen purity of 80%. However, if only PL hydrogen is fed into the kerosene oil desulfurization equipment, the standard internal pressure of the equipment is 50 kg / It can not be maintained cm 2. For this reason, while mainly supplying PL hydrogen, HY hydrogen is also supplied so that the internal pressure of the apparatus does not drop below 50 kg / cm 2. In this case, the hydrogen purity is 80% or more, which is not economical.
[0007]
As described above, conventionally, the internal pressure of the kerosene oil desulfurization apparatus is observed. When the internal pressure is lower than 50 kg / cm 2 , the supply amount of HY hydrogen from the hydrogen production apparatus is increased, and when the internal pressure is higher than 50 kg / cm 2 , The balance of hydrogen was indirectly controlled by reducing the supply amount.
This pressure control is performed by a conventionally used DCS (distributed instrumentation computer) control system.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this pressure control method, since pressure control is the main purpose, accurate control of the hydrogen purity cannot be performed. Therefore, in consideration of safety, HY hydrogen is supplied in excess, and PL hydrogen still remains. Was surplus.
[0009]
Note that multivariable predictive control is an effective control method for a system with a large time delay (a system that takes time for the operation to take effect). However, this method is effective for a system showing a linear response, but is not suitable for a nonlinear system such as hydrogen balance control.
[0010]
In addition, a method using mathematical programming, in which the entire system is converted into a mathematical model and the optimum PL hydrogen feed amount is calculated by mathematical programming, can be considered. However, this method is not practical for a system with a time delay because it requires an optimization calculation while predicting the future each time the system state changes.
[0011]
Furthermore, it is conceivable to use a control method for correcting the statistical model by fuzzy reasoning. As this control method, for example, Yanagishita, Ito, Kanno “Application of fuzzy theory to water plant chemical injection control”, system and control, vol. 28, no. 10, pp. 597-604 (1984).
However, in this case, the model is fixed, and all differences between the model and the actual state are corrected by fuzzy reasoning, so various cases must be assumed for fuzzy reasoning, which is very complicated and impractical. .
[0012]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a large time delay and automates the balance (purity) control of hydrogen that forms a nonlinear control system. An object of the present invention is to provide a control device that optimizes the mixing ratio of hydrogen according to the conditions of the hydrogen consuming device.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a gas balance control device according to
[0014]
In addition, the gas balance control device according to
[0015]
In addition, the gas balance control device according to
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, when there are a plurality of gas consuming devices , the gas balance control device determines the priority of the gas consuming devices that supply the gas, and performs the gas distribution control based on the priority. It is set as the structure provided with a part.
[0017]
In the gas balance control device according to claim 5, the gas is hydrogen gas, the high purity gas is hydrogen gas generated from a hydrogen production device, and the low purity gas is generated from a catalytic reforming device. The configuration is as follows.
[0018]
[Embodiments of the Invention]
Hereinafter, an embodiment of the gas balance control device of the present invention will be described.
First, a hydrogen balance control system to which the control device of the present invention is applied will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing the entire hydrogen balance control system.
[0019]
In the figure,
3 and 4 are a heavy oil desulfurization device (RH) and a kerosene oil desulfurization device (2DH) as hydrogen consumption devices.
[0020]
Here, the generation amount and purity of PL hydrogen vary depending on the operation mode of the catalytic reformer and the raw material of the catalytic reformer. On the other hand, the amount of hydrogen consumed in heavy oil desulfurization equipment and kerosene oil desulfurization equipment varies depending on the sulfur content in the raw material to be treated.
Note that no matter how high the purity of PL hydrogen, the purity in the hydrogen consuming apparatus cannot be maintained at 80% with only PL hydrogen. Therefore, high purity HY hydrogen is added so that the purity in the hydrogen consuming apparatus is 80%.
[0021]
The control device of the present embodiment performs the balance control of hydrogen in the process as described above, and is provided between the hydrogen consumption device including the catalytic reforming
[0022]
Here, the purity control and the pressure control are performed independently, respectively, the purity control is performed by a purity control unit described later, and the pressure control is performed by a pressure control unit using DCS described above.
Although the purity control and the pressure control are performed independently, they interfere with each other because the controlled object is the same, but in the present invention, the pressure control with a quick response is made to follow the purity control, so that there is a problem in practice. Don't be.
[0023]
That is, as will be described later, the purity control unit slowly adjusts the supply amount of PL hydrogen to the hydrogen consuming device in order to control the hydrogen purity. For example, the hydrogen purity is low due to various factors at this time. In this case, the purity control unit reduces the supply amount of PL hydrogen to increase the hydrogen purity to an appropriate level, and the pressure temporarily decreases.
Therefore, the hydrogen pressure is always set to the reference pressure by increasing the pressure by pressure control with a fast response speed.
[0024]
Next, the purity control unit will be described.
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the purity control unit.
The
Here, the hydrogen consumption
Further, the
[0025]
Specifically, the hydrogen consumption
[0026]
The
[0027]
The control method of PL hydrogen performed by the purity control unit is as follows.
First, in the steady state hydrogen consumption prediction model unit 11a, the prediction model is created by statistically processing the steady state operation data shown in FIG.
Specifically, the operation data is decomposed into a plurality of sections, and the decomposed sections are expressed by a linear model. And the whole (especially between linear models) is complemented by fuzzy reasoning.
For example, when the hydrogen consuming device is a kerosene oil desulfurization device 4, the hydrogen concentration at the outlet is measured, the amount of hydrogen supplied is determined based on a linear model, and complemented by the following fuzzy inference.
The throughput of IF 2DH is high
Hydrogen consumption = a 1 x treatment amount + a 2 x desulfurization rate + ...
IF 2DH throughput is medium THEN
Hydrogen consumption = b 1 × throughput + b 2 × desulfurization rate + ...
The throughput of IF 2DH is low
Hydrogen consumption = c 1 × treatment amount + c 2 × desulfurization rate +.
Here, a 1 , a 2 ..., B 1 , b 2 ..., C 1 , c 2 .
Hereinafter, such a model for predicting hydrogen consumption is referred to as a fuzzy model.
[0028]
The predicted hydrogen consumption in this way makes a difference with the measured actual hydrogen consumption. For this reason, in the correction |
That is, the
The n-th predicted hydrogen consumption amount y i (bar) is obtained by y i (bar) = fuzzy model + e i (bar).
When the measured hydrogen consumption at this time is y i , the error e i is obtained by e i = y i −y i (bar), and the (n + 1) th correction e i + 1 is e i + 1 (bar). = E i (bar) + ae i
However, a is a real number of 0 <a ≦ 1.
By introducing this error e i (bar), the prediction matches the actual hydrogen consumption in the near future.
[0029]
For example, when the processing amount of kerosene desulfurization equipment or the properties of raw materials change, the hydrogen consumption prediction model section predicts the total hydrogen consumption required by the kerosene desulfurization equipment, and further supplies the PL hydrogen supply (standard PL hydrogen Supply amount).
Even if this PL hydrogen supply amount (standard PL hydrogen supply amount) is supplied, the hydrogen purity in the apparatus may not be maintained at 80% because the purity of PL hydrogen changes. Therefore, a correction amount (PL hydrogen supply amount to be added or subtracted) for maintaining the purity at 80% with respect to the standard PL hydrogen supply amount is calculated using fuzzy inference. The fuzzy control rule is shown in FIG.
[0030]
In creating this fuzzy control rule, it is necessary to take into account the time delay and non-linearity of the effect on the equipment purity due to the change in the PL hydrogen supply amount. Therefore, based on the data in the transient state, a transient state hydrogen consumption model is created using a neural network, and a fuzzy control rule is created based on the characteristics of this model.
[0031]
In this control rule, the center line of the row is the hydrogen purity of the kerosene oil desulfurizer, which is 80% of the target purity. Therefore, if the hydrogen purity of the kerosene desulfurization unit is lower than 80%, the supply amount of PL hydrogen will be reduced.
That is, when going to the right from the center, the supply amount of PL hydrogen is reduced from the center value. In this control rule, the center line of the row means that the hydrogen purity of PL hydrogen does not change.
[0032]
Therefore, if the hydrogen purity of PL hydrogen in the kerosene desulfurization unit is improving, the supply amount of PL hydrogen will be increased. For example, if there is room for hydrogen purity in the kerosene oil desulfurization device (hydrogen purity in the kerosene oil desulfurization device exceeds 80%) and there is no change in the PL hydrogen purity, the PL hydrogen supply should be Will increase a little.
In this way, the feed amount of PL hydrogen when the purity of PL hydrogen changes is controlled in a feed-forward manner based on the fuzzy control rules.
While performing such hydrogen purity control, pressure control with quick response changes the supply amount of HY hydrogen and always maintains the apparatus pressure at 50 kg / cm 2 .
[0033]
The purity control of the hydrogen for the heavy
[0034]
When the sum of PL hydrogen required for purity control in kerosene desulfurization equipment and PL hydrogen required for purity control in heavy oil desulfurization equipment exceeds the amount of PL hydrogen actually generated, If PL hydrogen is used in accordance with purity control, the amount of HY hydrogen consumed is extremely reduced, which may break the lower limit of device restrictions of the hydrogen generator. Therefore, a
[0035]
For example, if priority is given to the supply amount of PL hydrogen to the heavy
And each
[0036]
Although the case where hydrogen gas is used as the gas has been described in the above embodiment, the present invention can be applied to balance control between gases other than hydrogen gas, for example, off-gas generated in a plant, fuel oil, and fuel gas. That is.
[0037]
【The invention's effect】
According to the gas balance control device according to
Further, according to the gas balance control device of the third aspect , the distribution of the low-purity and inexpensive gas and the high-purity and expensive gas can be optimized according to the conditions of the consuming device.
According to the gas balance control device of the fourth aspect, even when there are a plurality of consumption devices, appropriate control can be performed according to the conditions of the fuel consumption device.
Moreover, according to the gas balance control apparatus which concerns on Claim 5 , the cheap low purity hydrogen gas which generate | occur | produces from a catalytic reformer can be distributed appropriately and supplied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a block diagram of a system for carrying out hydrogen gas balance control according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed block diagram of a purity control unit in FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a model creation example in a steady state hydrogen consumption prediction model of a purity control unit.
FIG. 4 is a table showing an example of a fuzzy control rule in a fuzzy control unit of a purity control unit.
[Explanation of symbols]
1 catalytic reformer (PL)
2 Hydrogen production equipment (HY)
3 Heavy oil desulfurization equipment (RH)
4 Kerosene oil desulfurization equipment (2DH)
10
Claims (5)
前記ガス消費装置内のガス純度が所定の純度となるように制御する純度制御部と、
前記ガス消費装置内のガス圧力が所定の圧力となるように制御する圧力制御部と
を備えるガスバランス制御装置であって、
前記純度制御部が、
定常状態のガス消費予測量を求めるとともに、この予測したガス消費量と実際のガス消費量の差を補い、かつ、供給ガスの純度の変化をファジイ制御によって制御することを特徴とするガスバランス制御装置。 In an energy supply system that mixes multiple gases and supplies them to a gas consuming device,
A purity control unit for controlling the gas purity in the gas consuming apparatus to be a predetermined purity;
A gas balance control device comprising: a pressure control unit that controls the gas pressure in the gas consuming device to be a predetermined pressure ,
The purity control unit is
A gas balance control characterized by obtaining a steady state gas consumption prediction amount, compensating for the difference between the predicted gas consumption amount and the actual gas consumption amount, and controlling the change in the purity of the supply gas by fuzzy control apparatus.
あらかじめ求めてある過渡状態のデータをもとに作成した過渡状態ガス消費予測モデルの特性にもとづいて作成したファジイ制御規則にしたがって行なうことを特徴とする請求項1記載のガスバランス制御装置。2. The gas balance control apparatus according to claim 1, wherein the control is performed according to a fuzzy control rule created based on characteristics of a transient gas consumption prediction model created based on data of a transient state obtained in advance.
前記純度制御部が、前記ガス消費装置内のガス純度が所定の純度となるように前記低純度ガスを制御しつつ供給し、The purity control unit supplies the low purity gas while controlling the gas purity so that the gas purity in the gas consuming apparatus becomes a predetermined purity,
前記圧力制御部が、前記水素消費装置内の圧力が所定の圧力となるように前記高純度ガスを制御しつつ供給することを特徴とする請求項1又は2記載のガスバランス制御装置。3. The gas balance control device according to claim 1, wherein the pressure control unit supplies the high-purity gas while controlling the pressure in the hydrogen consuming device to be a predetermined pressure.
ガスを供給するガス消費装置の優先順位を決定し、この優先順位にもとづいてガスの分配制御を行なう管理制御部を備えることを特徴とする請求項1,2又は3記載のガスバランス制御装置。4. The gas balance control device according to claim 1, further comprising a management control unit that determines a priority order of the gas consuming devices that supply the gas, and performs gas distribution control based on the priority order.
高純度ガスが水素製造装置から発生する水素ガスであって、低純度ガスが接触改質装置から発生する水素ガスであることを特徴とする請求項1,2,3又は4記載のガスバランス制御装置。5. The gas balance control according to claim 1, wherein the high purity gas is a hydrogen gas generated from a hydrogen production device, and the low purity gas is a hydrogen gas generated from a catalytic reforming device. apparatus.
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