(57)【要約】【課題】より確実に目的とする純度補償を可能とする。【解決手段】精製ガス供給装置は、空気分離装置１と、空気分離装置１が製造したガスが通過する低純度ガス系の管路４１と、空気分離装置１が製造するガス濃度よりも高純度の高純度ガスを供給可能な高純度ガス供給設備３と、空気分離装置１が製造したガスの純度を検出する純度計４と、純度計４が検出したガスの純度が設定純度未満と判定すると高純度ガス供給設備３からの高純度ガスを低純度ガス系の管路４１に混入することでガスの純度を補償する純度補償部８と、を備える。純度補償部８は、純度計４の検出に基づく高純度ガスの混入に加えて、上記空気分離装置１に供給される処理空気量の変更を検出すると、予め設定した設定流量の上記高純度ガスを更に上記低純度ガス系の管路４１に混入する。【選択図】図１
2014214901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を冷却分離して目的とするガスを精製する空気分離装置と、
上記空気分離装置が製造したガスが通過する精製ガス供給路と、
上記空気分離装置が製造するガス濃度よりも高純度の高純度ガスを供給可能な高純度ガス供給設備と、
上記空気分離装置が製造したガスの純度を検出する純度計と、
上記純度計が検出したガスの純度が設定純度未満と判定すると、上記高純度ガス供給設備からの高純度ガスを上記精製ガス供給路に混入することで、提供するガスの純度を補償する純度補償部と、を備え、
上記純度補償部は、上記純度計の検出に基づく高純度ガスの混入に加えて、上記空気分離装置に供給される処理空気量の変更を検出すると、予め設定した設定流量の上記高純度ガスを更に上記精製ガス供給路に混入することを特徴とする精製ガス供給装置。
【請求項２】
上記純度補償部は、上記純度計が検出したガスの純度が設定純度未満となったことを検出した後に、上記純度計が検出したガスの純度が設定純度以上となったことを検出すると上記設定流量分の高純度ガスの混入を終了することを特徴とする請求項１に記載した精製ガス供給装置。
【請求項３】
空気分離装置に供給される処理空気量の変更を検出すると、空気分離装置が製造した精製ガスに対し、上記空気分離装置が製造するガス濃度よりも高純度の高純度ガスを予め設定した固定流量で混入することを特徴とする製造ガスの純度補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気分離装置が製造した酸素、窒素、アルゴン等の精製ガスの純度を補償する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気分離装置が製造した酸素などの精製ガス（工業ガス）は、供給配管を通じて転炉などのガス供給場所に送られたり、液化してローリー出荷する等のために精製ガスを液化して貯蔵タンクに貯蔵されたりする。
また、ガス供給先の使用量変化などによって空気分離装置での精製ガスの発生量（製造量）と使用量とに格差が生じた場合に備え、貯蔵タンクの液を気化して供給できるように気化装置も有している。なお、貯蔵タンク内の液は、液化の過程で濃縮されるため、一般的に液を気化したガスは空気分離装置から得られるガスより純度が高くなる。
【０００３】
ここで、空気分離装置で処理する空気量（空気分離装置に取り込まれる空気量）が変化しない場合、空気分離装置で製造されるガスの純度は常に自動で適正な値に制御される。しかし、処理空気量の変更（操業変更）が行われた場合には、空気分離装置に対する自動制御のパラメータ変更が瞬時に対応できないため、空気分離装置で得られる精製ガスの純度が一時的に低下するという課題がある。
【０００４】
この課題に対して、空気分離装置が製造した精製ガスに対し、当該空気分離装置から得られるガスをさらに精製装置で濃縮した高純度のガスを混入する方法がある（特許文献１を参照）。なお、特許文献１では、低純度のガス系統に対し高純度のガスを混入することでガス純度を使用先の要求に応じた純度に制御することを目的としているが、要求の純度を維持する過程で操業変更による純度低下も補償することが予想される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６４２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術では、純度計によって、空気分離装置で製造されたガスの純度の悪化を検出してから高純度の混入を開始して純度補償する構成となっている。このため、空気分離装置で製造される純度低下の速度が速い場合や、純度計から高純度ガスの混入位置までの距離を十分に確保できない場合には、補償開始から補償効果が発現するまでの間で管理値を下回った純度のガスが供給先に供給されるおそれがある。
本発明は、上記のような課題に着目してなされたもので、より確実に目的とする純度補償を可能とすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一態様である精製ガス供給装置は、空気を冷却分離して目的とするガスを精製する空気分離装置と、上記空気分離装置が製造したガスが通過する精製ガス供給路と、上記空気分離装置が製造するガス濃度よりも高純度の高純度ガスを供給可能な高純度ガス供給設備と、上記空気分離装置が製造したガスの純度を検出する純度計と、上記純度計が検出したガスの純度が設定純度未満と判定すると、上記高純度ガス供給設備からの高純度ガスを上記精製ガス供給路に混入することで、提供するガスの純度を補償する純度補償部と、を備え、上記純度補償部は、上記純度計の検出に基づく高純度ガスの混入に加えて、上記空気分離装置に供給される処理空気量の変更を検出すると、予め設定した設定流量の上記高純度ガスを更に上記精製ガス供給路に混入することを特徴とする。
【０００８】
このとき、上記純度補償部は、上記純度計が検出したガスの純度が設定純度未満となったことを検出した後に、上記純度計が検出したガスの純度が設定純度以上となったことを検出すると上記設定流量分の高純度ガスの混入を終了するようにしても良い。
また本発明の一態様である製造ガスの純度補償方法は、空気分離装置に供給される処理空気量の変更を検出すると、空気分離装置が製造した精製ガスに対し、上記空気分離装置が製造するガス濃度よりも高純度の高純度ガスを予め設定した固定流量で混入することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、空気分離装置が処理する空気量が変更された時点で、一定量の高純度ガスによる補償が行えることで、従来よりも早期に純度補償が開示することで、より確実な純度補償が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る純度補償を説明する図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係る空気分離装置の例を説明する図である。
【図３】純度補償部の処理例を説明する図である。
【図４】比較例の純度補償の状態を示す模式図である。
【図５】本実施形態での純度補償の状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る設備構成を説明する模式図である。図２は、空気分離装置の一例を示す模式図である。
本実施形態の精製ガス供給装置は、図１に示すように、空気分離装置１と純度補償装置２とを備える。
【００１２】
「空気分離装置１の構成例」
本実施形態の空気分離装置１は、模式図である図２に示すように、深冷分離方式によって原料空気から少なくとも酸素を分離する空気分離装置１である。空気分離装置１は、エアフィルタ１０、原料空気圧縮機１１、水洗冷却塔１２、ＭＳ吸着ユニット１３、熱交換器１４、及び精留塔１５を備える。
【００１３】
原料空気圧縮機１１は、エアフィルタ１０を介して原料空気である大気を吸引して圧縮する。なお、エアフィルタ１０は、吸引した大気中の粉塵を除去する。圧縮した空気は例えば６０℃程度になっている。
水洗冷却塔１２は、原料空気圧縮機１１が圧縮した空気を入力し、その空気に対し冷却水を塔上部から散水して水洗及び冷却を実施する。この水洗冷却塔１２での冷却によって、空気は例えば１０℃程度まで冷却される。
【００１４】
ＭＳ吸着ユニット１３は、空気から水分や二酸化炭素を除去する。なお、このＭＳ吸着ユニット１３は、通常２筒式であって、１筒で水分・二酸化炭素を吸着しているときに、もう１筒で吸着した水分・二酸化炭素を大気に放出する。
熱交換器１４は、供給される空気と低温の製品ガスとの間で熱交換させることで、当該空気を低温に冷却する。熱交換器１４は、空気を例えば−２００℃近くまで冷却する。
【００１５】
精留塔１５は、各ガスの沸点の差を利用して、空気中の酸素、窒素、及びアルゴンガスを分離する。なお、上記熱交換器１４及び精留塔１５が空気液化分離器を構成する。上記空気液化分離器を構成する熱交換器１４及び精留塔１５は、コールドボックスＣＢ内に配置されている。
上記精留塔１５で分離された酸素、窒素、アルゴンガスは、それぞれ個別の供給路によって製品酸素、製品窒素、製品アルゴンとして取り出される。各供給路は、上記熱交換器１４を介してそれぞれの供給先に向けて延在している。すなわち、精留塔１５で分離された酸素、窒素、アルゴンガスは、熱交換された低温の製品ガスとなる。
【００１６】
上記精留塔１５における精留塔下部１５ａには液酸が貯留している。精留塔下部１５ａに貯留する液酸は、適宜、過冷却器１６及び低温吸着器１７を介して精留塔上部１５ｂに供給される。符号１８は粗アルゴン塔、符号１９は主凝縮器、符号２０は副凝縮器である。副凝縮器２０を通じて液酸が適宜取り出される。
なお、上記精留塔１５で分離されて取り出された製品酸素は、図２では不図示の酸素供給路を通じて酸素使用設備に供給可能となっている。製鉄設備であれば、酸素使用設備として高炉、転炉、連続鋳造設備などが例示出来る。
【００１７】
また、上記空気分離装置１若しくは他の空気分離装置１で分離した液酸を貯蔵する液酸タンク３０を備える。上記液酸タンク３０は、液酸供給用配管３１を通じて精留塔下部１５ａに接続し、液酸タンク３０内の液酸を精留塔１５内部に注入可能となっている。上記液酸供給用配管３１には、液酸ポンプ３２及び開閉弁３３が設けられている。
また、上記精留塔下部１５ａの底部には、液酸取出用の酸液採取用配管３４が接続されている。その酸液採取用配管３４に介挿する開閉弁３５を開くことで、精留塔下部１５ａに貯留している液酸から液酸のサンプルを採取可能となっている。
【００１８】
図２中、符号４０は、ガス製造制御部である。ガス製造制御部４０は、供給先のガス要求量を取得し、取得したガス要求量に応じて処理空気量を変更する必要があると判定すると、原料空気圧縮機１１で圧縮する空気量を変更すると共に、空気分離装置１を構成する各部のパラメータ設定を変更する。
符号３６は流量計である。その流量計３６は、原料空気圧縮機１１で圧縮されて出力される空気量（処理空気量）を計測する。
【００１９】
「純度補償装置について」
次に、空気分離装置１で製造された精製ガスの供給及びガスの純度補償の処理について、図１を参照して説明する。
ここで、精製ガスとしては、上述の通り酸素、窒素、アルゴンが代表的なガスである。これらの製品ガス毎に次のような純度補償を行えばよい。例えば精製ガスはアルゴンガスである。
【００２０】
空気分離装置１で製造された精製ガスは、低純度ガス系統の管路４１を介して供給先に供給される。低純度ガス系統の管路４１は精製ガス供給路を構成する。
符号２は、純度補償装置である。純度補償装置２は、空気分離装置１から低純度ガス系統の管路４１を介して供給される精製ガスの純度を、管理純度以上に補償するための装置である。
【００２１】
純度補償装置２は、図１に示すように、高純度ガス供給設備３、純度補償部８を備える。
本実施形態の高純度ガス供給設備３は、例えば、精製ガスを液化して貯蔵した液化貯蔵タンクである。高純度ガス供給設備３は、空気分離装置１で製造された精製ガスを精製して更に高純度なガスを得る精製装置であっても良い。
【００２２】
高純度ガス供給設備３は、高純度ガス系統の管路４２を介して上記低純度ガス系統の管路４１に接続している。高純度ガス系統の管路４２の途中には、流量計７と流量調節弁６が介装されている。流量計７は、高純度ガス系統の管路４２を流れる高純度ガスの流量を検出し、検出値を純度補償部８に出力する。流量調節弁６は、純度補償部８からの指令に応じて低純度ガス系統の管路４１に供給する高純度ガスの流量を調整する。流量調節弁６は、初期状態では閉状態に設定される。
【００２３】
また低純度ガス系統の管路４１における、上記高純度ガス系統の管路４２の接続位置よりも上流側（空気分離装置１側）には、純度計４及び流量計５が介装されている。純度計４は、空気分離装置１で製造された精製ガスの純度を計測し、計測した純度情報を純度補償部８に供給する。流量計５は、空気分離装置１から供給される精製ガスの流量を検出し、検出値を純度補償部８に出力する。
純度補償部８は、上記純度計４が検出したガスの純度が設定純度未満と判定すると、上記高純度ガス供給設備３からの高純度ガスを低純度ガス系統の管路４１に混入し、この高純度ガスの混入に加えて、上記空気分離装置１に供給される処理空気量の変更を検出すると、予め設定した設定流量の上記高純度ガスも混入する処理を行う。
【００２４】
次に、純度補償部８の処理例を、図３のフロー図を参照して説明する。
この純度補償部８の処理は、予め設定したサンプリング時間毎に実施される。
純度補償部８は、まずステップＳ１０にて、純度計４が計算した純度が設定純度未満か否かを判定する。設定純度未満の場合にはステップＳ２０に移行し、設定純度以上の場合にはステップＳ３０に移行する。
ステップＳ２０では、純度補償判定スイッチＳＷ１をＯＮに設定してステップＳ３０に移行する。
【００２５】
ステップＳ３０では、空気分離装置１の操業条件が変更されたか否かを判定する、操業条件が変更された場合には、ステップＳ４０に移行する。操業条件が変更されていない場合にはステップＳ５０に移行する。
空気分離装置１の操業条件が変更されたか否かは、ガス製造制御部４０からの操業変更命令を入力するか否かで判定する。空気分離装置１の流量計３６で検出した流量が、予め設定した変動幅量で変化した場合に、空気分離装置１の操業条件が変更されたと判定しても良い。流量計３６で検出した流量で空気分離装置１の操業条件の変更を検出する場合には、ガス供給先の需要変更以外の操業変更についても検出可能となる。
【００２６】
ステップＳ４０では、純度補償判定スイッチＳＷ２をＯＮに設定して、ステップＳ５０に移行する。
ステップＳ５０では、純度補償判定スイッチＳＷ１及びＳＷ２が共にＯＦＦという条件を満足しているか、予め設定した終了条件を満足したか否かを判定する。条件を満足していると判定した場合にはステップＳ６０に移行する。それ以外は、ステップＳ７０に移行する。
【００２７】
例えば、純度補償判定スイッチＳＷ１及びＳＷ２のいずれかがＯＮになってから、純度計４で計算した純度が設定純度未満となったから再度純度計４で計算した純度が設定純度以上となったときを、予め設定した終了条件とする。なお、純度補償判定スイッチＳＷ１及びＳＷ２をＯＦＦに再設定する条件は異なっていても良い。
ステップＳ６０では、純度補償判定スイッチＳＷ１及びＳＷ２をともにＯＦＦに設定してステップＳ７０に移行する。
【００２８】
ステップＳ７０では、純度補償判定スイッチＳＷ１がＯＮか否かを判定する。ＯＮの場合には、ステップＳ８０に移行する。ＯＮでない場合には、ステップＳ９０に移行して純度補償量ＢＳ−ＦＬＯＷに「０」を設定してステップＳ１００に移行する。
ステップＳ８０では、空気分離装置１が製造した精製ガスの純度低下分を補償するための純度補償量ＢＳ−ＦＬＯＷを算出する。純度計４が計算した純度と設定純度との差分と、流量計５が検出した空気分離装置１からの精製ガスの供給量と、高純度ガス供給設備３から供給可能な高純度ガスの純度とに基づき、供給先に供給される精製ガスが設定純度とするための上記高純度ガスの流量を、上記純度補償量ＢＳ−ＦＬＯＷとする。
【００２９】
ステップＳ１００では、純度補償判定スイッチＳＷ２がＯＮか否かを判定する。純度補償判定スイッチＳＷ２がＯＮの場合にはステップＳ１１０に移行する。そうでない場合にはステップＳ１２０に移行する。
ステップＳ１１０では、純度補償量ＢＳ−ＦＬＯＷに予め設定した固定流量ΔＦを加算してステップＳ１２０に移行する。
ステップＳ１２０では、低純度ガス系統の管路４１に混入する高純度ガスが、算出した純度補償量ＢＳ−ＦＬＯＷとするための指令値を流量調節弁６に供給して、復帰する。
【００３０】
（動作）
空気分離装置１は、操業条件に変更が無い場合には、空気分離装置１から得られるガスの純度は常に同量の空気を処理する場合には自動で適正な値に制御される。これによって、管理純度以上である設定純度以上の精製ガスを、低純度ガス系統の管路４１を介して供給先に供給する。
【００３１】
一方、供給先での精製ガスの需要が変更されることに応じて、処理空気量の変更（操業変更）を行った場合には、自動制御のパラメータ変更が瞬時に対応できないため、空気分離装置１で製造させる精製ガスの純度が一時的に低下する。これは、処理空気量が増加する方向に変更された場合でも、処理空気量が減少する方向に変更された場合でも発生する。
【００３２】
この空気分離装置１から供給された実際の精製ガスの純度が設定純度未満に低下していることを検出すると、その純度低下分を補償する高純度ガスの純度補償量ＢＳ−ＦＬＯＷを算出し、流量調節弁の弁開度を、その純度補償量ＢＳ−ＦＬＯＷに応じた値に設定する。
更に本実施形態では、純度計４に基づき純度の低下を検出する前でも、空気分離装置１の操業条件の変更を検出すると、上記純度補償量ＢＳ−ＦＬＯＷに予め設定した固定流量ΔＦ分だけ上乗せする処理を行う。
【００３３】
このように、操業変更の命令が出た時点で高純度ガスの混入を開始するため、純度補償の応答性を向上することができる。これにより、補償効果の発現までの間においても管理基準の純度を維持した制御が可能となる。
これによって、より確実に管理純度以上の精製ガスを供給先に供給可能となる。
そして、固定流量ΔＦ分だけ固定で混入している高純度ガスは、純度計４で測定される純度が設定値を回復した時点で停止するものとする。
【００３４】
ここで、上記固定流量ΔＦ分の供給を行わない場合には、純度計４によって低純度系統の純度悪化を検出してから高純度の混入を開始するため、純度低下の速度が速い場合や純度計４から混入装置までの距離を十分に確保できない場合に補償開始から効果が発現するまでの間で管理値を下回った純度のガスが供給される。このため純度低下の速度によっては、図４に示すように、供給先に供給する精製ガスの純度が管理純度未満となるおそれがある。図４中の破線の補償無しは、高純度ガスを混入しなかった場合の精製ガスの純度予測値である。
【００３５】
これに対し、本実施形態では、更に上記固定流量ΔＦ分の供給を行うので、図４と同じ操業状態であっても図５に示すような純度の推移となり、供給先に供給する精製ガスの純度を管理純度以上に補償することが可能となる。
上記固定流量分ΔＦは、例えば、管理純度と設定純度との差分以上に設定する。
このように、本実施形態では、純度低下に応じて高純度ガスを混入する補償方法に加えて、純度低下の要因となる空気分離装置１の操業変更と判定すると固定流量ΔＦの高純度ガスを更に混入する。この結果、純度補償の応答性を向上することができ、これにより補償効果の発現までの間においても管理基準の純度を維持した制御が可能となる。また、固定流量ΔＦの大きさは演算していないので、その分だけ早期に補償開始が可能となる。
【符号の説明】
【００３６】
１     空気分離装置
２     純度補償装置
３     高純度ガス供給設備
４     純度計４
５     流量計
６     流量調節弁
７     流量計
８     純度補償部
４０   ガス製造制御部
４１   低純度ガス系統の管路
４２   高純度ガス系統の管路
ＢＳ−ＦＬＯＷ       純度補償量
ＳＷ１ 純度補償判定スイッチ
ＳＷ２ 純度補償判定スイッチ
ΔＦ   固定流量
【図１】
2014214901.tif 000003
【図２】
2014214901.tif 000004
【図３】
2014214901.tif 000005
【図４】
2014214901.tif 000006
【図５】
2014214901.tif 000007