(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標生産速度で二酸化塩素を発生させるための連続方法であって、それが
減圧下、反応媒体の沸点で、メタノールもしくは過酸化水素である還元剤、および硫酸を用いて、反応区域内の水性酸反応媒体中の塩素酸ナトリウムもしくは塩素酸またはこれらの混合物を還元すること、
反応媒体から、水蒸気および二酸化塩素を含むガス状混合物を取り出すこと、
吸収区域で、前記ガス状混合物を冷水に吸収して二酸化塩素の製品水溶液を形成すること、
使用済み反応媒体および副生結晶性硫酸塩のスラリーを反応区域から取り出すこと、
使用済み反応媒体から結晶性硫酸塩を副生物として分離すること、
補給量の塩素酸イオン、還元剤、および硫酸を使用済み反応媒体に加えて、補給原料を形成すること、
リボイラに供給した蒸気を用いて、すべての供給源からプロセスに投入された水を蒸発させること、および
補給原料を反応区域にリサイクルすること
を含む連続方法であって、
こうしたコンピュータ制御を行うコンピュータプログラムへの、オペレータからの唯一の入力としての所望の目標二酸化塩素生産速度に基づいて、前記プロセスをコンピュータ制御することを特徴とし、かつ、
前記コンピュータ制御操作が、
二酸化塩素水溶液の目標生産速度の変化を連続的に監視すること、
塩素酸ナトリウム、還元剤、硫酸、リボイラ蒸気および冷水の、プロセスへの流量を連続的に監視すること、および
変化した目標生産速度に従って、すべての前記流量の初期設定値を修正すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記コンピュータ制御操作が、
二酸化塩素水溶液の生産速度の、目標生産速度からの偏差を連続的に監視すること、および
還元剤の流量を修正して、生産速度をその目標に維持すること
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コンピュータ制御操作が、
すべての供給原料の規格値を連続的に監視すること、および
反応区域への前記供給原料の適当な流量設定値を、目標生産速度に基づいて、原料規格値の変化に応じて修正すること
をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記コンピュータ制御操作が、
塩素酸ナトリウム溶液の温度および密度を連続的に監視すること、および、これに基づいて、
塩素酸ナトリウム溶液の体積濃度を測定する、塩素酸塩溶液オンライン仮想アナライザを作ること
をさらに含むことを特徴とする、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記塩素酸塩溶液オンライン仮想アナライザが、４５０から７５０ｇ／Ｌの塩素酸ナトリウム濃度範囲で、±０．３％の精度を可能にすることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記コンピュータ制御操作が、
反応媒体への塩素酸ナトリウムの投入質量を連続的に監視すること、
プロセスによる塩素酸ナトリウムの消費質量を連続的に監視すること、および
反応媒体中の塩素酸ナトリウム濃度を実質的に一定に維持するように、塩素酸ナトリウムの消費質量に応じて、反応媒体への塩素酸ナトリウムの流量を修正すること
をさらに含むことを特徴とする、請求項２から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記コンピュータ制御操作が、
予想される反応媒体組成に基づいて、反応媒体の沸点設定値を確定すること、
水性酸反応媒体の温度を連続的に監視すること、
反応媒体の一定の酸規定度を維持するために、反応媒体の温度を連続的に制御すること、および
水溶液の温度および塩素酸塩モル濃度から、水性酸反応媒体の酸規定度を連続的に予測すること
をさらに含むことを特徴とする、請求項２から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記コンピュータ制御操作が、
水性反応媒体の温度が温度設定値と異なるかどうかを、連続的に判定すること、および
こうした偏差を、水性反応媒体への酸流量の適当な修正によって補正することをさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記コンピュータ制御操作が、
連続的に求めた、系のマス・バランスおよび適応収率の追跡に基づいて、水性反応媒体中の塩素酸ナトリウムのモル濃度を連続的に制御すること
をさらに含むことを特徴とする、請求項２から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記コンピュータ制御操作が、
反応媒体中の塩素酸ナトリウム濃度を定期的に検査室試験し、こうした検査室試験結果の、反応媒体中の塩素酸ナトリウム濃度変化の傾向を監視すること、
反応媒体中の塩素酸ナトリウム濃度が、所定数の前記定期的検査室試験で同じ方向に変化したか否かを判定すること、
こうした変化が起こり、オペレータが「適応収率（ＡＤＡＰＴＩＶＥ  ＹＩＥＬＤ）」関数スイッチを選択した場合には、一連の検査室試験を用いて収率計算を開始して、適用できる適応収率を求めること
をさらに含むことを特徴とする、請求項２から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記コンピュータ制御操作が、
反応媒体中の塩素酸ナトリウム濃度を定期的に検査室試験すること、
反応媒体中の塩素酸ナトリウム濃度が、目標値から変化したか否かを判定すること、および
こうした変化が起こり、オペレータが「検査室試験（ＬＡＢ  ＴＥＳＴ）」関数スイッチを選択した場合には、反応媒体への塩素酸ナトリウムの流量に１回限りのバイアスを所定時間加えて、反応媒体中の塩素酸ナトリウム濃度を目標値に調整すること
をさらに含むことを特徴とする、請求項２から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記コンピュータ制御操作が、
プロセスへ流入する水の体積と反応媒体から蒸発する水の体積とを連続的にバランスさせることによって、反応区域内の反応媒体のレベルを実質的に一定に維持すること
をさらに含むことを特徴とする、請求項２から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記コンピュータ制御操作が、
反応媒体の酸規定度を連続的に測定し表示すること、および／または
反応媒体中の塩素酸ナトリウムの濃度を連続的に測定し表示すること
をさらに含むことを特徴とする、請求項２から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
最高許容二酸化塩素製品溶液強度および最高許容温度を報告することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記還元剤がメタノールであり、
前記コンピュータ制御操作が、
二酸化塩素水溶液の生産速度を連続的に監視すること、および
初期メタノール流量設定値に基づく所定範囲内の変動に応じて、反応媒体へのメタノールの供給速度を修正すること
をさらに含むことを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記塩素酸イオンが塩素酸ナトリウムによって供給され、前記還元剤がメタノールであり、前記副生物が硫酸ナトリウムであることを特徴とし、かつこうしたコンピュータ制御を行うコンピュータプログラムへの唯一の入力としての所望の二酸化塩素生産速度に基づいて、前記プロセスをコンピュータ制御して、最適の化学原料使用量で反応物から二酸化塩素を製造することを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記コンピュータプログラムが、
−二酸化塩素水溶液生産速度
−反応区域の圧力
−反応媒体の温度、液レベルおよび塩素酸ナトリウム濃度
−二酸化塩素吸収ステップへの冷水の流量
−反応媒体への塩素酸ナトリウム水溶液、硫酸および水性メタノールの流量
−リボイラへの蒸気の流量
−プロセスへの補給水の流量
−供給水性塩素酸ナトリウムの密度および温度
−供給水性メタノールの密度
を含めたプロセスのパラメータを監視し、かつ
前記コンピュータプログラムが、
−二酸化塩素吸収ステップへの冷水
−反応媒体への水性塩素酸ナトリウム、硫酸および水性メタノール
−リボイラへの蒸気
の流量を制御する流量制御装置に修正をさらに生じさせること
を特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記コンピュータプログラムが、二酸化塩素水溶液の生産速度を連続的に監視し、プロセスの変動に起因する偏差が検出されるまで、監視した生産速度を目標生産速度と比較し、それからコンピュータプログラムが、生産速度を目標値へ戻すためにメタノール流量の変化を起動することを特徴とする、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
酸流量設定値が、
−現在の硫酸消費量、硫酸濃度および二酸化塩素目標生産速度を求めること
−新しい酸流量設定値を計算すること
によって決定されることを特徴とする、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
メタノール希釈水設定値が、
−現在のメタノール消費量、メタノール密度および二酸化塩素目標生産速度を求めること
−新しいメタノール流量設定値を計算すること
−新しいメタノール希釈水流量設定値（ＳＰ４０）を計算すること
によって決定されることを特徴とする、請求項１６から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
二酸化塩素吸収ステップへの冷水設定値が、
−現在の二酸化塩素溶液強度設定値、リボイラ蒸気流量、二酸化塩素貯蔵タンクベントスクラッバへの冷水流量および二酸化塩素目標生産速度を求めること
−二酸化塩素目標生産速度での水の総必要流量を計算すること
−前記ガス状混合物の間接接触冷却器から吸収塔への凝縮液流量を計算すること
−吸収塔への冷水流量の新しい設定値（ＳＰ７０）を計算すること
−吸収塔への冷水流量の最少必要量（ＳＰＭＮ）を計算すること
−ＳＰ７０＞ＳＰＭＮかどうかを判定すること
−ＳＰ７０がＳＰＭＮを超えていない場合は、冷水流量の新しい設定値（ＳＰ７０）をＳＰＭＮとすること
−ＳＰ７０がＳＰＭＮを超えている場合は、冷水流量の新しい設定値（ＳＰ７０）をＳＰ７０とすること
によって決定されることを特徴とする、請求項１６から２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記コンピュータ制御操作が、
−二酸化塩素強度またはスクラッバ流量設定値が変化したかどうかを判定すること
−変化していない場合は、二酸化塩素溶液強度制御を行うこと
をさらに含むことを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
反応媒体への塩素酸ナトリウム水溶液供給制御が、
−現在の塩素酸ナトリウム溶液流量、密度および温度、貯蔵への二酸化塩素流量、ならびに二酸化塩素溶液強度を求めること
−二酸化塩素平均生産速度を計算すること
−二酸化塩素の実生産速度および収率に基づいて塩素酸ナトリウム使用量を計算すること
−塩素酸ナトリウム供給溶液中の塩素酸ナトリウム濃度を計算すること
−塩素酸ナトリウム溶液の必要流量を計算すること
−塩素酸ナトリウムの現在のモル濃度および固形分パーセントの目標、反応媒体レベル、ならびに反応媒体中の塩素酸ナトリウムのモル濃度および固形分パーセントに関する検査室試験データを求めること
−検査室試験データが変化したかどうか判定すること
−検査室試験データが変化した場合には、適応収率モードまたは検査室試験モードのいずれを選択するか決めること、
（Ａ）−検査室試験モードが選択された場合は、実運転条件での反応媒体の体積を計算すること
−実運転条件での反応媒体中の水性塩素酸ナトリウムの滞留質量（mass inventory）を計算すること
−基準条件（reference conditions）での反応媒体の基準（reference）液体体積を計算すること
−基準条件での水性塩素酸ナトリウムの基準（reference）滞留質量を計算すること
−前記塩素酸ナトリウム滞留質量間の差異を計算すること
−塩素酸ナトリウム水溶液流量の調整バイアスを計算すること、および計算された水性塩素酸ナトリウム流量にバイアスを所定時間加えること
−バイアスを所定時間取入れて、塩素酸ナトリウム水溶液流量設定値を計算すること
（Ｂ）−適応収率モードが選択された場合で、いくつかの検査室試験評価基準が満たされた場合は、前記いくつかの検査室試験の最初の有効検査室試験からの二酸化塩素生産高質量を計算すること
−最初の有効検査室試験からの塩素酸ナトリウム投入質量の合計を計算すること
−反応媒体中の塩素酸ナトリウム予測濃度に対して、前記いくつかの検査室試験の最後の有効検査室試験を用いて塩素酸ナトリウム補正消費量を計算すること
−塩素酸ナトリウム適応収率補正係数を計算すること
−適応収率補正係数を取入れて、水性塩素酸ナトリウム流量設定値を計算すること
によって決定されることを特徴とする、請求項１６から２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
水性反応媒体の酸性度制御が、
−現在の硫酸流量、水性反応媒体温度、反応媒体の目標酸規定度および塩素酸ナトリウムモル濃度、ならびに反応区域圧力を求めること
−後者（the latter）の情報から、硫酸流量の新しい設定値（ＳＰ２０）および前記流量制御装置の設定値限界を計算すること
−反応媒体温度制御装置の設定値（Ｔ２０）を計算すること
−反応媒体温度の設定値からの偏差を計算すること
−偏差が所定値を超える場合は、偏差を監視すること、および、反応媒体温度が設定値に接近するときには、現在の酸流量設定値を以前計算した値（ＳＰ２０）に再設定すること
によって行われることを特徴とする、請求項１６から２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
二酸化塩素生産速度フィードバック制御が、
−二酸化塩素生産速度の目標からの偏差（ＤＥＶ）を求めること
−偏差が所定値を超える場合は、偏差（ＤＥＶ）およびメタノール希釈初期設定値（ＳＰ４０）からメタノール希釈水調整設定値（ＳＰ４）を計算すること
−（ＳＰ４−ＳＰ４０）／ＳＰ４が所定値未満であるかどうかを判定し、所定値未満である場合は、メタノール希釈水調整設定値（ＳＰ４）を用い、所定値未満でない場合は、メタノール希釈水設定値（ＳＰ４）の増大を、メタノール希釈水流量の初期設定値（ＳＰ４０）の所定百分率に限定すること
によって行われることを特徴とする、請求項１６から２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
リボイラ蒸気流量設定値の決定が、
−二酸化塩素目標生産量、メタノール流量、メタノール消費量、および硫酸密度を求めること
−塩素酸ナトリウム、硫酸、およびメタノール希釈水から水負荷を計算すること
−使用済み反応媒体からの結晶性硫酸ナトリウムの分離を実施するのに用いられた塩ケークフィルタから、水負荷を計算すること
−化学反応で発生した水負荷を計算すること
−ポンプパージおよびシールからの水負荷を加えること
−すべての供給源からの総水負荷に対するリボイラ蒸気流量設定値を計算すること（ＳＰ５０）
−最小リボイラ蒸気流量（ＦＭＩＮ）を計算すること
−ＳＰ５０＜ＦＭＩＮかどうかを判定し、その場合にはＳＰ５０＝ＦＭＩＮとすること
−ＳＰ５０がＦＭＩＮ以上の場合は、リボイラ蒸気流量設定値偏差を計算し、偏差が所定値を超える場合は、ＳＰ５０＝ＳＰ５０とすること
によって行われることを特徴とする、請求項１６から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
反応媒体液レベル制御が、
−現在の反応媒体液レベル、メタノール流量、メタノール消費量、補給水バルブ位置、および位置設定値を求めること
−二酸化塩素予測生産速度を計算すること
−リボイラ蒸気流量の最小値（ＦＭＩＮ）および最大値（ＦＭＡＸ）を計算すること
−補給水バルブが開かどうかを判定すること
−バルブが閉の場合は、反応媒体液レベル偏差に基づいて蒸気バイアスを計算すること
−バルブが開の場合は、補給水バルブ位置が補給水バルブ位置の所定設定値を超えているかどうかを判定し、その場合は、補給水バルブ位置偏差に基づいて蒸気バイアスを計算すること
−バイアス調整を取入れてリボイラ蒸気設定値（ＳＰ５）を計算すること
−バイアスの変化を計算すること
−バイアスの変化の平均値（ＡＶＤ）を計算すること
−ＡＶＤが所定値未満かどうかを判定し、その場合は、リボイラ蒸気流量バイアスの平均値を計算すること
−平均蒸気流量バイアスを取入れて新しい蒸気設定値（ＳＰ５０）を計算すること
−ＳＰ５＞ＦＭＩＮかどうかを判定し、そうでない場合は、ＳＰ５＝ＦＭＩＮとすること
−ＳＰ５＞ＦＭＩＮの場合は、ＳＰ５＜ＦＭＡＸかどうかを判定し、その場合は、ＳＰ５＝ＳＰ５とし、そうでない場合は、ＳＰ５＝ＦＭＡＸとすること
によって実施されることを特徴とする、請求項１６から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
最高許容二酸化塩素溶液強度および温度インターロックが、
−現在の反応区域圧力、二酸化塩素溶液温度、二酸化塩素溶液強度設定値、プロセス空気バルブ位置指示、および貯蔵設計（ＭＳ）による最高許容二酸化塩素溶液強度を求めること
−プロセス空気バルブが開かどうかを判定し、その場合は、最高二酸化塩素溶液強度および温度インターロック設定値をこれらの所定値とすること
−プロセス空気バルブが閉の場合は、二酸化塩素溶液温度をケルビンに変換すること
−二酸化塩素溶液上の水蒸気圧を計算すること
−溶液上の二酸化塩素分圧を計算し、空気漏れを補正すること
−溶液運転温度での二酸化塩素のヘンリー定数を計算すること
−その分圧および温度での、新しい最高二酸化塩素溶液強度（ＳＰＭ）を計算すること
−ＳＰＭ＜ＭＳかどうかを判定し、そうでない場合は、ＳＰＭ＝ＭＳとし、そうである場合は、新しい最高許容二酸化塩素溶液強度インターロック設定値およびＳＰＭ＝ＳＰＭを表示し入力すること
−強度設定値および二酸化塩素分圧から、二酸化塩素溶液のヘンリー定数を計算すること
−二酸化塩素溶液温度をケルビンから変換すること
−最高許容溶液温度インターロック設定値（ＰＴＭ）を表示し入力すること
によって決定されることを特徴とする、請求項１６から２７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、特にパルプ漂白用の二酸化塩素の発生に関し、具体的にはこうしたプロセスの制御に関する。
【０００２】
（背景技術）
二酸化塩素は、パルプ用漂白剤として使用するためにパルプ工場現場で商業的に生産される。各種の方法が先行技術に記述されており、商業的に用いられてきた。一般に、このプロセスは下式に従って進行する。
ＣｌＯ3-＋Ｃｌ-＋２Ｈ+ →  ＣｌＯ2＋1／2Ｃｌ2＋Ｈ2Ｏ
一つの一般的方法は、いわゆる単一容器プロセス（ＳＶＰ）を使用するものであり、この場合、二酸化塩素は、減圧（ｓｕｂａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）下に反応区域内で沸点に維持された水性酸反応媒体または発生器液から形成される。二酸化塩素は、水蒸気とのガス状混合物として発生器から取り出され、吸収塔で冷水に吸収される。一方、このプロセスからの副生塩が発生器で沈殿しそこから除去される。補給塩素酸塩および酸は、発生器液に連続的に加えられて定常状態条件を維持する。蒸気が供給されたリボイラをリサイクルループで使用し、その沸点で発生器液を維持する。
【０００３】
この方法では、プロセスで共生成する塩素と反応すると考えられる、メタノールおよび過酸化水素などの還元剤を用いることによって、塩化物イオンをｉｎ  ｓｉｔｕで生成することができる。この場合、二酸化塩素は、実質的に塩素なしで得られる。別法としては、還元剤として塩化物イオンを添加してもよいが、この場合は、二酸化塩素はかなりの割合の塩素との混合物として得られる。
【０００４】
二酸化塩素の製造における２つの重要な制御変数は、発生器液の酸の規定度と塩素酸塩のモル濃度である。残念ながら、これらの重要な制御変数を測定する実用的なオンライン計器は市販されておらず、したがって現在オペレータは、二酸化塩素の生産を所望のレベルに維持するための操作量（すなわち、酸および塩素酸塩の供給量）の調整を行う際のガイドとして、通常２時間間隔で行われる手作業の検査室試験結果を頼りにしなければならない。検査室の試験と試験のあいだに発生器液種が濃縮または希釈されてしまう、発生器液レベルの変動によって制御はさらに複雑になり、したがって従来の制御方策を用いてこれらの変数を制御することは困難である。
【０００５】
ほとんどの二酸化塩素プラントに見られる現代の制御システムは、複雑な多変数アルゴリズムを素早く計算するマイクロプロセッサを装備している。このコンピュータ使用技術の進歩により、先端制御方策の実行によって化学プロセスを最適化する機会が提供された。唯一の入力を二酸化塩素目標生産速度として、二酸化塩素プラントの運転を厳密に管理することを意図した、一連の先端制御方策の提供が長く望まれていた。この概念は、以下詳細に記述する本発明によって実現される。プラント運転の全体を、先端制御方策によって操作することができ、マイクロプロセッサによってこれを実現することができる。プラント特有の化学原料の消費量比率を決めるために、初めに検査室試験が必要であるが、一旦こうした初期試験が完了すれば、検査室試験の頻度は大幅に減少する。
【０００６】
二酸化塩素プロセスを制御する従来の方法は、下記の米国特許に記載されている。
米国特許番号                特許権所有者
第４，２５１，５０３号      Ｃｏｗｌｅｙ他
第４，２５１，２２４号      Ｓｗｉｎｄｅｌｌｓ他
本願の譲受人に譲渡されたいずれの引用特許も、塩化物イオンを還元剤として用いて塩素と二酸化塩素のガス状混合物を製造する、二酸化塩素発生プロセスの機械制御に関する。いずれの特許も、ガス分析（すなわち、二酸化塩素と塩素の比を比較する）から求めた効率の関数として操作パラメータを調整する方法を開示している。しかし、本発明は、高純度の二酸化塩素を発生させ（例えば、還元剤として、Ｒ８（登録商標）、ＳＶＰ−ＭｅＯＨ（登録商標）、ＳＶＰ−Ｌｉｔｅ（登録商標）などのメタノールを用いて）、製品中に痕跡量の塩素しか存在しない、現代の、環境に優しいプロセスを制御する新規な概念を有する先端制御方策を対象とする。したがって、従来技術と本発明の制御方策は、異なる化学的方法を用いた二酸化塩素プロセスに関するものである。
【０００７】
（発明の開示）
上記のように、本発明は、高純度の二酸化塩素を製造する単一容器タイプの二酸化塩素発生プロセスを制御するための先端制御方策、および適当にプログラムされたマイクロプロセッサを用いたこうした制御方策の実行に関する。本願で提供する制御方策では、すべての重要なプロセス変数は動的に操縦され、調整は直ちに行われる。
【０００８】
本発明の目標を以下に挙げる。
−目標とする二酸化塩素生産速度の達成および維持、
−最適操作条件での定常安定運転、
−コンピュータによる運転の監視および制御、
−オペレータ介入および手動検査室試験頻度の減少、
−プラント性能の最適化および化学原料節減の実現。
【０００９】
本発明の一態様では、所定の生産速度で二酸化塩素を発生させる連続方法が提供される。この方法は、減圧下、反応媒体の沸点で還元剤および硫酸を用いて、反応区域内の水性酸反応媒体中の、一般に塩素酸ナトリウム、塩素酸、または混合物によって提供される塩素酸イオンを還元すること；反応媒体から、水蒸気および二酸化塩素を含むガス状混合物を取り出すこと；吸収区域で、前記ガス状混合物を冷水に吸収して二酸化塩素の製品水溶液を形成すること；使用済み反応媒体および副生結晶性硫酸ナトリウムのスラリーを反応区域から取り出すこと；使用済み反応媒体から結晶性硫酸ナトリウムを副生物として分離すること；補給量の塩素酸ナトリウム、還元剤、および硫酸を使用済み反応媒体に加えて、補給原料を形成すること；リボイラに供給した蒸気を用いて、すべての供給源からプロセスに投入された水を蒸発すること；補給原料を反応区域にリサイクルすること；および、そのようなコンピュータ制御を行うコンピュータプログラムへのオペレータからの唯一の入力としての所望の二酸化塩素生産速度に基づいて、前記プロセスをコンピュータ制御することを含む。
【００１０】
コンピュータ制御操作は、二酸化塩素水溶液の目標生産速度の変化を連続的に監視すること、塩素酸ナトリウム、還元剤、硫酸、リボイラ蒸気および冷水のプロセスへの流量を連続的に監視すること、および変化した目標生産速度に従って、すべての前記流量の初期設定値を修正することを含む。
【００１１】
コンピュータ制御操作は、二酸化塩素水溶液の生産速度の目標生産速度からの偏差を連続的に監視すること、および還元剤の流量を修正して、生産速度をその目標に維持することも含むことができる。
【００１２】
本発明の一特徴として、二酸化塩素製品溶液の最高許容強度および最高許容温度を決めてオペレータに教える。
【００１３】
コンピュータ制御操作は、すべての供給原料の規格値を連続的に監視すること、および反応区域への供給原料の適当な流量設定値を、目標生産速度に基づいて、原料規格値の変化に応じて修正することをさらに含むことができる。
【００１４】
コンピュータ制御操作は、塩素酸ナトリウム溶液の温度および密度を連続的に監視すること、およびこれに基づいて、塩素酸ナトリウム溶液の体積濃度を測定する、塩素酸塩溶液オンライン仮想アナライザを作ることをさらに含むことができる。
【００１５】
塩素酸塩溶液オンライン仮想アナライザは、約４５０から約７５０ｇ／Ｌの塩素酸ナトリウム濃度範囲で、約±０．３％の精度を可能にする。
【００１６】
コンピュータ制御操作は、反応媒体への塩素酸ナトリウムの投入質量を連続的に監視すること、プロセスによる塩素酸ナトリウムの消費質量を連続的に監視すること、および反応媒体中の塩素酸ナトリウム濃度を実質的に一定に維持するように、塩素酸ナトリウムの消費質量に応じて、反応媒体への塩素酸ナトリウムの流量を修正することをさらに含むことができる。
【００１７】
コンピュータ制御操作は、予想される反応媒体組成に基づいて反応媒体の沸点設定値を決めること、水性酸反応媒体の温度を連続的に監視すること、反応媒体中の一定の酸規定度を維持するために、反応媒体の温度を連続的に制御すること、および水溶液の温度から、水性酸反応媒体の酸規定度を連続的に決めることをさらに含むことができる。
【００１８】
後者の方法において、コンピュータ制御操作は、水性反応媒体の温度が温度設定値と異なるかどうかを連続的に判定すること、およびこうした偏差を、水性反応媒体への酸流量の適当な修正によって補正することをさらに含むことができる。
【００１９】
コンピュータ制御操作は、連続的に求めた系のマスバランスおよび適応収率（ａｄａｐｔｉｖｅ  ｙｉｅｌｄ）の追跡に基づいて、水性反応媒体中の塩素酸ナトリウムのモル濃度を連続的に制御することをさらに含むことができる。
【００２０】
コンピュータ制御操作は、反応媒体中の塩素酸ナトリウム濃度を定期的に検査室試験し、こうした検査室試験結果の、反応媒体中の塩素酸ナトリウム濃度の変化の傾向を監視すること、反応媒体中の塩素酸ナトリウム濃度が、所定数の前記定期的検査室試験で同じ方向に変化したか否かを判定すること、こうした変化が起こり、オペレータが「適応収率（ＡＤＡＰＴＩＶＥ  ＹＩＥＬＤ）」関数スイッチを選択した場合には、一連の検査室試験を用いて収率計算を開始して、適用できる適応収率を求めることをさらに含むことができる。
【００２１】
コンピュータ制御操作は、反応媒体中の塩素酸ナトリウム濃度を定期的に検査室試験すること、反応媒体中の塩素酸ナトリウム濃度が、目標値から変化したか否かを判定すること、およびこうした変化が起こり、オペレータが「検査室試験（ＬＡＢ  ＴＥＳＴ）」関数スイッチを選択した場合には、反応媒体への塩素酸ナトリウムの流量に１回限りのバイアスを所定時間加えて、反応媒体中の塩素酸ナトリウム濃度を目標値に調整することをさらに含むことができる。
【００２２】
コンピュータ制御操作は、プロセスへ流入する水の体積と反応媒体から蒸発する水の体積とを連続的にバランスさせることによって、反応区域内の反応媒体のレベルを実質的に一定に維持することをさらに含むことができる。
【００２３】
コンピュータ制御操作では、反応媒体の酸規定度および反応媒体中の塩素酸ナトリウム濃度を、連続的に測定し表示することができる。
【００２４】
二酸化塩素発生プロセスに用いられる還元剤は、商業的な二酸化塩素発生用の運転で一般に用いられるものでよく、過酸化水素およびメタノールなど、著しい量の塩素を生成しない還元剤が好ましい。本願の具体的な説明は、還元剤としてメタノールの使用を対象とする。
【００２５】
メタノールが還元剤である場合は、コンピュータ制御システムは、二酸化塩素水溶液の生産速度を連続的に監視すること、および初期メタノール流量設定値に基づく所定範囲内の変動に応じて、反応媒体へのメタノールの供給速度を修正することをさらに含むことができる。
【００２６】
本発明で例証される先端制御方策（図３の概略図を参照）には、
（ａ）生産速度初期設定
（ｂ）供給速度設定値の動的決定
（ｃ）塩素酸塩供給制御
（ｄ）発生器液酸性度制御
（ｅ）生産速度フィードバック制御
（ｆ）リボイラ水蒸気設定値決定
（ｇ）発生器レベル制御
（ｈ）二酸化塩素溶液強度制御
（ｉ）最高二酸化塩素溶液強度および溶液温度インターロック設定
が含まれる。
【００２７】
（発明の全般的説明）
本発明では、二酸化塩素発生プラントの運転の全範囲を、様々な監視および計算を実施するコンピュータプログラム化されたソフトウエアによって自動的に監視および制御することができる。二酸化塩素生産速度は、プラントオペレータがシステムに与えることが必要な唯一の入力変数である。時折、様々な理由で、化学原料の所与の流量から期待される量の二酸化塩素を、プラントが生産しないことがある。本願で提供される制御システムは、迅速に生産速度の偏差の程度を求め、所望の生産速度を維持するために必要なメタノール供給量設定値の調整を行う。制御システムは、二酸化塩素発生プラントの定常状態運転を最適化するだけでなく、所望の生産速度間の移行も安定運転を続けながら最適化する。定常状態での安定な発生器レベル制御、例えば±１％が、水蒸気と補給水の相乗的使用によって達成される。水の量および水蒸気使用量が最少になる。
【００２８】
本発明は、目標生産速度での最適化学原料使用量に向かって化学原料の流量を制御する。発生器液中の塩素酸塩濃度は、下記のように適応収率補償を用いて、目標生産速度で、狭い変動範囲、例えば±０．２Ｍ（分析誤差を含む）内に維持される。発生器液の酸性度は、液温度を、目標発生器液濃度から誘導されたその設定値に維持することによって、目標生産速度で、狭い変動範囲、例えば±０．２Ｎ（分析誤差を含む）内に制御される。
【００２９】
塩素酸塩供給濃度は、約４５０から約７５０ｇ／Ｌの塩素酸ナトリウム濃度範囲で、物理的性質関連アルゴリズムに基づいて、良好な精度、例えば±０．３％内で計算される。
【００３０】
本発明では、リアルタイムの塩素酸ナトリウムおよび酸性度の予測変数を提供することが可能になる。これは、参考用に、プラントにおける分散制御システム（ＤＣＳ）に表示することができる。本発明によって、計測誤差を検出することができ、ほとんどの場合補償することができる。
【００３１】
本発明によってもたらされる、製品二酸化塩素水溶液強度の精度向上により、プラント生産速度変更時の「規格外」の二酸化塩素溶液の生産が最少化され、その結果、パルプ工場の漂白の改良をもたらした。二酸化塩素発生器の運転条件を監視することによって、二酸化塩素吸収塔の回収効率が最適化される。既存運転条件下での二酸化塩素溶液の最高許容強度の助言に基づいて生産することができる二酸化塩素溶液の最高可能強度を超えることはできない。したがって、製品の損失、環境放出、および安全上の事件の発生を避けることができる。二酸化塩素溶液の最高可能強度での生産によって、存在する貯蔵能力は最大となり、冷水消費量は最少となる。吸収塔への冷水流量は、生産速度が変化した後、二酸化塩素溶液強度をその設定値に保つために精密に計算される。運転条件を目標生産速度に厳密に制御することによって、最高で持続的な反応効率が達成され、塩素酸塩供給原料ベースの二酸化塩素水溶液の収率はさらに高くなる。
【００３２】
本発明は、化学原料、特に塩素酸塩のコスト低減；生産変動、スタートアップ時の外乱による化学原料損失の低減；混乱、ホワイトアウト、液のキャリーオーバー、および環境エクスカーションの低減；発生器レベル、液濃度、二酸化塩素強度、生産速度など、目標パラメータと運転パラメータ間の相違の低減；検査室試験の頻度の低減；およびメタノール消費量の低減による生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）負荷の低減を支援する。
【００３３】
本発明は、製品二酸化塩素溶液中の安定した二酸化塩素濃度で得られるパルプ白色度制御の改善による、漂白パルプ製品品質の改善；二酸化塩素発生プラント運転の安定性の改善；およびトラブルシューティング能力の改善を支援する。
【００３４】
本願の一実施形態で考察する、二酸化塩素発生プラント運転の遠隔制御を使用することにより、遠隔ソフトウエアのアップグレード、メンテナンスおよびタイムリーな向上した技術サービス、ならびに費用のかかる現場訪問を必要としないサポートを含めて、従来のローカルな監視制御にはないメリットが提供される。中央制御センターと遠隔で制御されるプラントの間にどんな通信不良があっても、制御装置が現在と同じローカルなオペレータ制御に戻ることになるだけなので、この運転方式に何らリスクはない。
【００３５】
本願で提供される制御方策は、二酸化塩素発生プロセスの運転上の安定性を実質的に高める。これが原料使用量に影響を与える主な要因である。さらに、均一な運転条件が維持されることにより、プロセスは、二酸化塩素を最適に発生させ続けることができる。最も高価な材料である塩素酸ナトリウムの消費量は、本願記載の制御システムによって著しく節減される。
【００３６】
メタノール消費量は、発生器液濃度に強く依存する。本願で提供される制御システムの運転を用いて、発生器液濃度は一定かつ最適に保持され、その結果二酸化塩素発生プロセスでメタノールは効率的に使用される。したがって、メタノールについて化学原料の節減がなされ、プロセスのＢＯＤ負荷の低減がもたらされる。
【００３７】
さらに、先端制御方策では、発生器液レベル制御での補給水の使用が最少になった結果、ユーティリティ、特にリボイラ水蒸気の節減がもたらされる。化学原料の節減は、二酸化塩素溶液を使用する漂白プラントで実現される。このプラントは、二酸化塩素製品の高く安定した強度の恩恵を受けている。
【００３８】
（発明を実施するための最良の形態）
図を参照すると、図１は、メタノール系二酸化塩素発生プラント１０の概略図である。このプラントでは、減圧および沸騰反応条件が用いられ、塩素酸ナトリウム、硫酸およびメタノールから二酸化塩素が製造される。
【００３９】
この図から分かるように、プラント１０は、リボイラ１６を含むリサイクルループ１４を有する単一容器の発生器−蒸発器−結晶器１２を備えている。ガス状製品パイプ１８は、発生器１２から間接接触冷却器２０を経由して吸収塔２２へ通ずる。冷水は、管路２４を経由して吸収塔２２へ供給される。二酸化塩素溶液は、管路２６を経由して吸収塔２２から二酸化塩素溶液貯蔵タンク２８へ供給される。
【００４０】
発生器１２の下端でリサイクルループ１４に入る結晶性硫酸ナトリウム副生物および使用済み発生器液のスラリーは、管路３０を経由して塩ケークフィルタ３２へポンプで送られ、そこで副生硫酸ナトリウムが使用済み発生器液から分離される。使用済み発生器液は、管路３４を経由してリサイクルループ１４へ戻る。
【００４１】
塩素酸塩水溶液の供給管路３６はリボイラ１６の上流に設けられ、一方、それぞれ硫酸およびメタノール水溶液用の供給管路３８および４０は、リボイラ１６の下流に設けられている。蒸気は、管路４２を経由してリボイラ１６に供給され、発生器１２中の水性酸反応媒体を所望の反応温度に保ち、すべての供給源から投入された水を蒸発させる。
【００４２】
発生器１２内の水性酸反応媒体は、管路４６を経由して吸収塔２２に接続した水蒸気エゼクタ４４を用いて、発生器１２を減圧にすることによってその沸点に維持される。二酸化塩素貯蔵タンク２８は、ベントスクラッバ５４へのベント管路５２を装備している。ベントスクラッバ５４へは、管路５６を経由して冷水が供給されて、ベントガスの流れから二酸化塩素を洗い落とす。
【００４３】
本発明に従って、図１に示す二酸化塩素発生プラントの運転による二酸化塩素の生産は、所望の二酸化塩素生産速度を実現するように制御される。所定の制御システムが必要とする唯一の入力パラメータは、生産速度である。このパラメータに基づいて、プロセスの他のパラメータおよび運転条件は、目標生産速度を満足するように自動的に変更される。
【００４４】
二酸化塩素発生プロセスの運転パラメータは、制御システムによって、プロセスの各種パラメータの瞬間値入力を受取り、必要に応じて流量および条件を調整して、二酸化塩素の所定生産速度が得られる値に最適化することによって制御される。二酸化塩素の生産速度は、制御システムの運転に関する決定パラメータである。
【００４５】
図２から分かるように、生産速度は、制御システム５０への入力値である。制御システム５０の操作を、図３から１３に関連させながら以下に説明する。
【００４６】
他の入力には、二酸化塩素吸収塔温度、二酸化塩素発生器圧力、液体レベル、温度および塩素酸塩濃度が含まれる。上記のように、冷水は二酸化塩素吸収塔２２に供給され、一方、塩素酸ナトリウム、硫酸、メタノールおよびリボイラ蒸気は、二酸化塩素発生器に供給される。これらの供給液体および補給水（示さず）の各々には供給速度があり、これは制御システム５０によって監視および制御される。塩素酸ナトリウム溶液およびメタノールの密度も、制御システム５０によって監視される。
【００４７】
二酸化塩素発生プロセスの運転パラメータは、メタノール系二酸化塩素発生プロセスで一般に遭遇するものから選ばれ、それぞれの値に保たれる。
【００４８】
次に図３から１３に目を向けると、図３は、総合制御体系である。総合制御体系は、適当なマイクロプロセッサによって実行されるコンピュータプログラムの中に包含されている。上記のように、目標生産速度は、制御システムの運転を決定する入力である。この入力は、オペレータによって手動で導入される。生産速度の目標からの偏差が、現在の生産速度目標へプロセスを戻すための適当な調整を、システムに行わせる。
【００４９】
図４から分かるように、二酸化塩素の目標生産速度がＤＣＳから入力され、制御システムは生産速度に何らかの変化があるかどうかを検出する。生産速度に変化がある場合は、信号が開始（ＳＴＡＲＴ）２を起動して、下記のように供給量設定値の変更を開始する。
【００５０】
二酸化塩素発生プラントの従来の運転は、本発明とは異なり、二酸化塩素生産速度の初期設定を必要としない。従来システムでは、目標生産速度を達成するために、すべての化学原料供給量の設定値を手動入力する。本発明では、１つの二酸化塩素目標生産速度から次の目標へ滑らかに移行するために、目標生産速度をトリガとして用いて、論理シーケンスの下位の制御方策を起動する。
【００５１】
本願で提供される制御方策は、移行処理、例えば生産速度変更時の優れた能力を示した。生産速度の大きなジャンプを実験した。一般にプロセス変動に最も敏感なパラメータである二酸化塩素の強度は、新しい生産速度への移行期間通過中もほぼ設定値に維持された。
【００５２】
開始２は、酸の流量、メタノール希釈水および冷水の設定値決定を開始する。これにより、二酸化塩素の目標生産速度の変化に応じた新しい設定値が決定される。図５から分かるように、制御システムは、現在の硫酸消費量、硫酸濃度および二酸化塩素目標生産速度に関する情報を提供し、次いで新しい硫酸流量設定値（ＳＰ２０）を計算する。これは、ＤＣＳへ転送されて、硫酸流量の必要な調整が行われ、信号は開始４を起動する。
【００５３】
図６から分かるように、ＤＣＳは、メタノール消費量、メタノール溶液密度および二酸化塩素目標生産速度を提供し、次いで制御システムは、メタノール流量の新しい設定値およびメタノール希釈水流量の新しい設定値（ＳＰ３０）を計算する。これは、制御システムに送られて必要な調整が行われ、信号は開始５を起動する。
【００５４】
図７から分かるように、ＤＣＳは、二酸化塩素溶液強度設定値、リボイラ蒸気流量、ベントスクラッバへの冷水流量、および二酸化塩素の目標生産速度を提供し、次いで制御システムは、目標生産速度での吸収水の総必要流量を計算し、間接接触冷却器から吸収塔への凝縮液流量を計算し、吸収塔への冷水流量の新しい設定値（ＳＰ７０）を計算する。吸収塔への冷水の最少流量（ＳＰＭＮ）が計算され、冷水流量が最少ＳＰＭＮを決して下回ることのないことを保証するために、ＳＰ７０がＳＰＭＮより大きいかどうかを判定するための比較を行う。答えがいいえの場合は、計算されたＳＰＭＮの値をＳＰ７０値として設定し、この値がＤＣＳに送られて調整が行われる。答えがはいの場合は、計算されたＳＰ７０の値をＳＰ７０値として設定し、この値がＤＣＳに送られて調整が行われる。
【００５５】
加えるに、二酸化塩素強度またはスクラッバ流量設定値が変化したかどうかについての更なる質問が行われる。答えがいいえの場合は、信号は開始６を起動する。答えがはいの場合は、ループは戻り、ＣｌＯ2溶液強度および／またはベントスクラッバ塔流量の新しい値を採用して再計算を行う。
【００５６】
図５から７に略述した制御方策とは異なり、従来の運転ではオペレータのガイドラインとして「ハードコピー原料供給表」を用いて目標生産速度用のすべての流量を設定する。この表は、化学量論、ならびに一定のメタノール消費量および密度と、塩素酸塩強度、プラント収率を含めた、正しくないかもしれないがいくつかの仮定に基づいて作られる。本発明は、フィードフォワード設定値を動的なものにする。ここでは、酸、メタノール、蒸気および冷水の流量設定値は、所与の二酸化塩素生産目標、化学原料の規格および直接測定された運転条件に基づいて計算され、材料の規格が変化すると設定値は動的に変更される。この方策では、従来の固定的な原料供給チャートとは異なり、初期および進行中の流量設定値を可能な限り正確にすることができる。
【００５７】
図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃでは、塩素酸ナトリウム溶液供給量制御の手順が示されている。図３から分かるように、制御の初期設定で、第１の塩素酸塩流量設定値（ＳＰ１０）が割当てられ、信号は開始３を起動する。塩素酸ナトリウム溶液の流量、密度、温度、貯蔵への二酸化塩素流量および二酸化塩素溶液強度に関する情報がＤＣＳから提供され、次いで平均生産速度を計算する。これが、二酸化塩素生産速度フィードバック制御への信号（７）を発生する（図１０参照）。次いで二酸化塩素の実生産速度および収率での塩素酸ナトリウム使用量が計算され、その後供給溶液中の塩素酸塩濃度が計算される。この後者の計算が、リボイラ蒸気流量設定値を決定する信号（８）を発生する（図１１Ａ、１１Ｂ参照）。次いで、塩素酸塩の消費量に適合する塩素酸塩の必要流量が計算される。次いで、この値を入力６Ａまたは６Ｃ（下記参照）とともに用いて、下記のようにバイアスおよび収率調整を取込んで塩素酸塩流量設定値が計算され、得られた信号はＤＣＳへ転送される。この信号は開始７も起動し、内部でループされ（５）、かつ塩素酸塩供給流量をさらに制御するために用いられる（７）。
【００５８】
図８Ａから８Ｃの上記説明から分かるように、オペレータは「適応収率」関数スイッチを用いた完全制御に頼る（図８Ａおよび８Ｃ）か、１回限りの流量バイアス調整用の「検査室試験」関数スイッチを選択する（図８Ａおよび８Ｂ）かの選択権を有する。
【００５９】
図８Ｂから分かるように、塩素酸塩流量信号５を、塩素酸塩モル濃度および固形分パーセント目標値、発生器レベル、ならびに塩素酸塩モル濃度および固形分パーセントの検査室試験結果に関する情報とともに入力する。その後、塩素酸塩の検査室試験情報が変化したかどうかを判定する。答えがいいえの場合は、閉じたループが設定される。答えがはいの場合は、下記のように適応収率モードを選択するかどうかを決める。適応収率を選択した場合は、信号（６Ｂ）を発生し、この信号から別の計算が行われる（図８Ｃ参照）。適応収率を選択しない場合は（すなわち、検査室試験モードを選択）、順番に、実運転条件での発生器液体体積が計算され、塩素酸塩の滞留量（inventory）が実運転条件で計算され、基準条件での基準液体体積、基準条件での基準塩素酸塩滞留量、および実条件と基準条件の間の塩素酸塩滞留量の偏差が計算される。次いで、塩素酸塩流量調整バイアスを計算し、信号（６Ａ）を塩素酸塩流量設定値の計算に所定時間適用する。
【００６０】
適応収率を選択した場合は、実施されたいくつかの検査室試験が基本的な評価基準を満たしているかどうか比較を行う。いいえの場合は、評価基準を満足する十分な数の検査室試験が実施されるまで、その後の計算はバイパスされる。はいの場合は、順番に、最初の有効検査室試験からの二酸化塩素生産高質量の合計を計算し、最初の有効検査室試験からの塩素酸塩投入質量の合計を計算し、液中の塩素酸塩予測濃度と比較して、最後の有効検査室試験を用いて塩素酸塩補正消費量を計算し、かつ塩素酸塩適応収率補正を計算し、その信号を塩素酸塩流量設定値の計算に用いる（図８Ａ）。
【００６１】
図８Ａから８Ｃに図示した水性塩素酸ナトリウム供給制御方策とは異なり、従来の二酸化塩素発生器の運転は、発生器液の塩素酸塩モル濃度の手動検査室試験結果に基づいて塩素酸塩供給流量を手動調整するものである。正しくないかもしれないが、二酸化塩素生産量、発生器体積、収率および供給塩素酸塩強度を一定であると仮定して調整を行う。
【００６２】
本発明では、溶液の物理的性質、温度および密度に基づいて、プロセスで使用されている塩素酸塩溶液の実体積濃度を報告する、オンライン仮想塩素酸塩溶液アナライザが提供される。オンライン塩素酸塩溶液アナライザを利用して、塩素酸塩のモル濃度が示す発生器液中の塩素酸塩の滞留量が一定になるように、塩素酸塩の投入質量を監視し、二酸化塩素生産量および所定の塩素酸塩収率から分かる消費量と一致させることが実現可能になる。これによって運転が安定する。
【００６３】
本発明は、従来の標準的関係に基づいて、塩素酸塩溶液密度−温度−濃度相関の経験的関係を開発した。この経験的関係は、約４５０から約７５０ｇ／Ｌの塩素酸塩水溶液濃度範囲で、相対誤差０．３％内で正確であることが立証されている。オンライン塩素酸塩溶液濃度信号は、連続マスバランス制御で用いられる。本制御方策は、二酸化塩素の平均生産速度およびこの関係で決まる塩素酸塩濃度を利用して、塩素酸塩流量の連続的調整を行う。したがって、発生器液中の塩素酸塩モル濃度は、システムのマスバランスおよび適応収率の追跡によって制御される。さらに、図８Ａおよび８Ｂに関して上述したように、各検査室試験結果を入力した後、塩素酸塩供給流量に自動バイアス調整を行うことができる。
【００６４】
別法として、塩素酸塩供給制御は、適応収率によって制御される。これによって、塩素酸塩の収率、すなわち塩素酸塩実使用量に対する二酸化塩素生産量のモル比が導き出され、一連の検査室試験から計算された発生器液中の塩素酸ナトリウム滞留量の変化に基づいて定期的に調整される。
【００６５】
図８Ａおよび８Ｃに関して上述したように、上記の適応収率モードでは、塩素酸塩モル濃度の検査室データを保存し、その傾向を監視する。発生器液中の塩素酸塩濃度の値が、同じ方向へ連続して３回動き、かつ目標を超えない場合には、検査室試験を用いた収率計算が開始されて、塩素酸塩滞留質量の変化を求める。次いで、滞留量の変化を用いて塩素酸塩の適応収率を調整する。二酸化塩素発生器液中の塩素酸塩滞留質量が上昇すると収率は低下させられ、一方二酸化塩素発生器液中の塩素酸塩滞留質量の減少は収率の上昇を示唆する。こうした決定を行うことによって、検査室試験データは、塩素酸塩供給への１回限りの投入バイアスの発生に用いられるだけでなく、所定収率を真の値に誘導することに用いられ、塩素酸塩投入量が二酸化塩素生産のための消費量と確実にバランスすることになる。
【００６６】
本願で用いた適応収率の概念では、プラントの計装は誤差を含むことがあること、ならびに計装誤差およびプロセス特性、反応効率および物的損失など、収率に影響を与えるシステム要因は時々変動することがあることを認識している。適応収率を用い、上記ステップを追従することによって、システムは、絶えず変化する環境でその安定性を維持することができる。
【００６７】
適応収率の概念は、単一の検査室試験を用いるのではなく傾向分析を利用している。したがって、試料分析に付随する誤差の効果を最少にすることができる。例えば、１点の傾向から外れたライン試験を無視することができ、こうした試験が引き起こしたであろう二酸化塩素発生プロセスへの外乱が回避される。
【００６８】
発生器の塩素酸塩モル濃度の予測変数を、上記のように、投入質量と生産高質量の比較に基づいて、二酸化塩素発生器プラントのＤＣＳ上に示すことができる。予測変数は、一つの状態から新しいバランスへの塩素酸塩モル濃度の移行を、プラントオペレータに示す役割を果たす。
【００６９】
図９は、発生器液酸性度制御で取られるステップを示す。硫酸流量、発生器液温、発生器液目標規定度およびモル濃度、ならびに発生器圧力に関する情報がＤＣＳから提供され、酸設定値信号１（ＳＰ２０）から酸流量設定値限界を計算し、得られた信号をＤＣＳに送る。次いで、発生器液温制御装置の設定値（Ｔ２０）を計算し、これもＤＣＳに送る。発生器液温の設定値からの偏差を計算し、偏差が許容値（Ａ’）より大きいかどうか判定を行う。答えがいいえの場合は、信号は計算の開始へループする。答えがはいの場合は、偏差が許容値（Ａ”）未満であるかどうか判定を行う。後者の判定への答えがいいえの場合は、信号は計算の開始へ戻ってループする。後者の判定への答えがはいの場合は、計算された新しい酸流量設定値（入力１、図５参照）とともに、現在の酸流量設定値は、以前計算された酸流量設定値へ再設定され、これはＤＣＳへ転送され、内部でループされる。長時間の応答遅延のため、単純な酸流量液温制御ループでは、特に混乱が起こった場合には、長く続く変動に遭遇することが経験されている。本願で行われる１回限りの酸流量補正は、液温を迅速にその設定値に戻すことを可能とし変動を治める。この後者の信号が開始７を起動させる。
【００７０】
発生器酸性度制御の従来の手順では、発生器液の酸規定度検査室試験に基づいて、酸供給流量に手動調整を行う。正しくないかもしれないが、二酸化塩素生産量、発生器体積および酸消費量を一定と仮定して調整を行う。本発明は、酸性度の検査室試験を必要とせず、代わりに酸供給流量を発生器液温（すなわち、沸点）だけの関数として処理する。初期の酸流量設定値は、開始時の設定値が酸の実要求量にできるだけ近くなるように、マスバランス計算によって与えられる。
【００７１】
本発明は、沸点と液組成の既知の関係に基づいて、所望の発生器液温制御設定値を決める経験的関係を開発した。コンピュータ指定の温度制御設定値は、所期の液組成、すなわち塩素酸塩モル濃度および酸規定度から誘導される。液温が設定値から著しく偏っている場合は、閾値が設定され、酸流量は、液温を素早く設定値に戻し、液温のサイクリングを防止することができる１回限りの酸流量補正を受ける。
【００７２】
発生器液組成とその沸点の関係は、
Ｔ２０＝ａ（Ａ＋ｂＣ）＋ｃＰ＋ｄ
と表すことができる。式中、Ｔ２０は発生器液温設定値、Ａは酸規定度、Ｃは塩素酸塩モル濃度、Ｐは発生器圧力、ならびにａ、ｂ、ｃおよびｄは係数である。
【００７３】
発生器液のパラメータに関して決定された情報に基づいて、酸規定度予測変数をオペレータ情報としてプラントのＤＣＳに示すことができる。検査室での化学原料試験を行わずに、予測変数は、現在の温度および塩素酸塩モル濃度に基づいて発生器液の酸規定度を知らせる。
【００７４】
この酸規定度制御方策では、上記の酸流量補正が温度変動を効果的に最少化する。システムが著しい液温の偏差を検出すると、システムは流量補正を開始し、温度は戻って設定値に接近する。
【００７５】
図１０は、二酸化塩素生産速度フィードバック制御に含まれるステップを示す。二酸化塩素目標生産速度およびメタノール希釈目標流量に関する情報をＤＣＳから受け取り、一方、二酸化塩素の計算された平均生産速度を信号７（図８Ａ）として受け取り、二酸化塩素生産速度偏差（ＤＥＶ）を計算する。偏差が所定百分率未満の場合は、信号は計算の開始へループし、一方、偏差が所定百分率より大きい場合は、計算された新しいメタノール希釈水流量設定値（（ＳＰ４０）、図６）とともに、この偏差から調整希釈水設定値（ＳＰ４）を計算し、計算された水流量設定値と信号はＤＣＳへ送られる。
【００７６】
次に、関係式（ＳＰ４−ＳＰ４０）／ＳＰ４が所定百分率未満かどうかを判定する。はいの場合は、ＳＰ４＝ＳＰ４および相当信号をＤＣＳに送る。いいえの場合は、メタノール希釈水設定値（ＳＰ４）の変更は、初期流量設定値（ＳＰ４０）の百分率に限定され、この信号をＤＣＳへ送る。この信号はまた、計算の開始へもループされる。
【００７７】
二酸化塩素生産速度の従来の運転は、メタノール流量の単なるフィードフォワード制御である。これは、目標生産速度を満たすかもしれないし、満たさないかもしれない。メタノールの効率は変動し、かつ発生器の条件に影響されるからである。本発明は、目標生産速度からの実生産の偏差の関数として、メタノール流量に細かな調整を行う方策を用いる。メタノール供給速度は、実生産と目標とのオフセットによってある範囲内で変動させられる。メタノール流量の変化は、二酸化塩素強度制御への影響を最小限にするために複数のステップで行われる。
【００７８】
図１１Ａおよび１１Ｂは、リボイラ蒸気流量設定値の決定を示す。二酸化塩素目標生産速度、メタノール流量、メタノール消費量および酸密度をＤＣＳから受け取り、一方、計算された塩素酸ナトリウム供給溶液濃度を図８Ａ（信号８）の計算から受け取る。塩素酸塩、酸およびメタノール希釈水からの水負荷を計算し、塩ケークフィルタおよび酸性硫酸塩メタセシスプロセス（存在する場合）からの水負荷を計算し、化学反応で発生する水負荷を計算し、一定の水負荷、ポンプパージおよびシールに関する情報を追加する。すべての供給源からの二酸化塩素発生器への総水負荷（ＳＰ５０）、および水負荷を蒸発させるために必要なリボイラ蒸気最小流量（ＦＭＩＮ）を計算する。ＳＰ５０＜ＦＭＩＮの場合は、ＳＰ５０はＦＭＩＮであり、この信号はＤＣＳへ送られる。ＳＰ５０がＦＭＩＮ以上である場合は、リボイラ蒸気流量設定値偏差（ＤＥＶ）を計算する。ＤＥＶが所定の百分率より大きい場合は、ＳＰ５０はＳＰ５０の値であり、相当する信号をＤＣＳへ送る。ＤＥＶが所定の百分率以下である場合は、信号は計算の初めにループして戻る。
【００７９】
従来の運転では、運転条件の変動を無視して目標生産速度に従って蒸気流量を設定する。本発明では、発生器への絶えず変化する水の投入量を監視する。この制御方策は、すべての水供給源を定期的に定量して、水負荷とリボイラでの蒸発速度とのマスバランスを維持する。これが、必要な蒸気流量を決める。
【００８０】
図１２Ａおよび１２Ｂは、発生器レベル制御に必要なステップを示す。発生器レベル、メタノール流量およびメタノール消費量、ならびに補給水バルブ位置およびその位置設定値に関する情報をＤＣＳから受け取り、二酸化塩素予測生産速度を計算する。この予測生産速度に対する最小（ＦＭＩＮ）および最大（ＦＭＡＸ）リボイラ蒸気流量を計算する。次いで、補給水バルブが開かどうかについて判定を行う。いいえの場合は、発生器レベルの偏差に基づいて必要蒸気バイアスを計算する。はいの場合は、補給水バルブ位置がその設定値より大きいかどうかについて第２の判定を行う。いいえの場合は、信号は計算の初めにループして戻る。はいの場合は、補給水バルブ位置の偏差に基づいて必要な蒸気バイアスを計算する。次いで、バイアス調整を取入れてリボイラ蒸気設定値（ＳＰ５）を計算する。
【００８１】
次いで、バイアスの変化（図１２Ｂ）を計算し、バイアスの変化の平均値（ＡＶＤ）を計算する。ＡＶＤが所定の百分率未満かどうかの判定を行う。いいえの場合は、信号は計算の開始にループして戻る。はいの場合は、リボイラ蒸気バイアスの平均値を計算し、平均蒸気バイアスを取入れて新しい蒸気設定値（ＳＰ５０）を計算し、ＤＣＳへ転送する。信号はまた、計算の初めにループして戻る。
【００８２】
リボイラ蒸気設定値（ＳＰ５）を、生産速度予測からのリボイラ蒸気最小流量（ＦＭＩＮ）と比較する。ＳＰ５がＦＭＩＮ以下の場合は、ＳＰ５をＦＭＩＮの値に設定し、信号はＤＣＳに転送され、計算の開始にループして戻る。ＳＰ５がＦＭＩＮより大きい場合は、ＳＰ５＜ＦＭＡＸであるかどうかについて更なる判定を行う。いいえの場合は、ＳＰ５はＦＭＡＸの値に設定され、この値がＤＣＳに転送され、計算の開始にループして戻る。はいの場合は、ＳＰ５はＳＰ５の値に設定され、この値がＤＣＳに転送され、計算の開始にループして戻る。
【００８３】
従来の方法では、発生器液レベルは自動制御されないことが多い。このような場合、従来の運転では、目標生産速度および上記のハードコピー原料供給表に従って固定の蒸気流量を設定し、手動または自動で補給水を調整して発生器液レベルを制御するものである。こうした運転には欠陥がある。制御のためにある程度の補給水を連続的に受け入れるために、不要に高い蒸気使用量を絶えず必要とするからである。さらに、何らの制約も加えないと、補給水は二酸化塩素発生器への水負荷を著しく増大させる恐れがあり、蒸気使用量が増大して発生器液のキャリーオーバーをさらに上昇させてしまう。本発明は、粗いレベル制御としての蒸気流量調整と共に微細なレベル制御として補給水調整を取入れた制御方策を用いる。この概念は、補給水バルブ位置を常に特定の範囲内に保つことである。図１２Ａおよび１２Ｂに関して上述したように、補給水バルブ位置または発生器液レベル偏差に従って、リボイラ蒸気流量に階段状の変化を行わせる。蒸気および補給水流量両方の調整は、精密な発生器液レベル制御を保証するだけでなく、補給水使用量を最少化し、蒸気を節減することになる。
【００８４】
そこを越えると蒸気が削減されるプリセットされた補給水バルブ位置を設け、これにより余分の補給水負荷による過剰の蒸気使用を回避する。発生器レベル偏差の程度と比較してリボイラ蒸気流量を比例的階段状に変化させることにより、オーバーシュートなしに偏った発生器液レベルの素早い補正が促される。
【００８５】
リボイラ蒸気と補給水流量を組み合わせた制御によって、発生器液レベルをその設定値±１％に維持することができる。定常レベルを維持できるだけでなく、外乱に対処することもできる。例えば、何らかの理由で水が大量に投入されて発生器液レベルが急増した場合、リボイラ蒸気は直ちに反応し、補給水は完全に停止される。両アクションによって発生器液レベルは急速に低下し、発生器液レベルがその設定値に近づくにつれて、リボイラ蒸気は徐々に減少する。混乱は短時間で修正され、発生器レベルの変動は回避される。
【００８６】
図３から分かるように、総合方策は、二酸化塩素溶液強度の内部ループを含む。本発明は、基本的に従来の制御方策を採用し、付加拡張機能を加えたものである。吸収塔への必要冷水流量は、目標二酸化塩素強度、生産速度および塔へのすべての既存の水投入量から計算される。すべての関連運転条件を明らかにすることによって、二酸化塩素水溶液強度の振れは最少になる。
【００８７】
これら各種制御に加えて、二酸化塩素の最高強度および温度インターロックの最高設定値を計算して、オペレータが、製品溶液からの二酸化塩素の損失を回避しつつ、可能な最高強度の二酸化塩素溶液を生産することができるようにする。含まれるステップを、図１３Ａおよび１３Ｂに示す。二酸化塩素発生器圧力、二酸化塩素溶液温度、二酸化塩素強度設定値、プロセス空気バルブ位置指示、および貯蔵設計（ＭＳ）による二酸化塩素溶液の最高許容強度に関する情報をＤＣＳから入手し、次いでプロセス空気バルブが開かどうかを判定する。バルブが開の場合は、最高二酸化塩素溶液高温インターロック設定値（ＰＴＭ）および最高二酸化塩素溶液強度設定値（ＳＰＭ）は、それらの予め決められた値となる。これらの値はＤＣＳへ転送され、計算の開始へループされる。
【００８８】
プロセス空気バルブが閉の場合は、測定された二酸化塩素溶液温度をケルビンに変換し、溶液上の水蒸気を計算し、溶液上の二酸化塩素の分圧を計算し、空気の漏れを補正する。そして、運転溶液温度での二酸化塩素のヘンリーの定数を計算する。その分圧および温度での新しい最高二酸化塩素溶液強度（ＳＰＭ）を計算する。
【００８９】
次いで、ＳＰＭ＜ＭＳかどうかの判定を行う。いいえの場合は、ＳＰＭがＭＳの値であり、ＤＣＳへ転送される。はいの場合は、新しい最高許容二酸化塩素高強度インターロック設定値を計算し入力する。この場合は、ＳＰＭの値はＳＰＭであり、この信号をＤＣＳへ送る。
【００９０】
さらに、所与の二酸化塩素溶液強度設定値および二酸化塩素分圧でのヘンリーの定数を計算し、この二酸化塩素分圧での最高許容二酸化塩素溶液温度を計算し、二酸化塩素溶液温度をケルビンから変換し、新しい最高許容二酸化塩素溶液高温インターロック設定値（ＰＴＭ）を表示し、ＤＣＳへ入力し、計算の開始へループして戻る。
【００９１】
従来の運転は、吸収塔ベースでの仮定された一定運転条件に基づいて、最高二酸化塩素強度および溶液温度に固定のインターロック設定値を用いている。こうした運転は、仮定の条件が現在の条件と異なる恐れがあることに欠点がある。そのために、製品の強度が不必要に低く抑えられるか、あるいは、溶液の強度が現在の運転条件の許容値を超えて高くなると、二酸化塩素が吸収塔から逃げてしまう。したがって、これは、安全を脅かす危険、経済損失および／または環境への好ましくない影響をもたらす恐れがある。本発明は、実際の運転条件に基づいて、二酸化塩素溶液の最高許容強度および温度を計算し、運転条件が変化するとこれが新しいインターロック設定値となる。したがって、安全を保証しつつ、溶液の強度を最適に設定することができる。
【００９２】
したがって、二酸化塩素溶液の最高許容強度は、主として溶液温度に基づいて決まる。この値は、吸収ステップでガス損失無しに製品を最高許容強度にすることができる情報をオペレータに提供する。二酸化塩素溶液の許容強度を運転中に決定することの利点には、冷水の節減およびその後の漂白プラントでの化学原料の節減が含まれる。溶液温度が上昇すると最高許容強度は低下し、吸収塔からの二酸化塩素ガスの予期しない損失の発生を防止することが出来る。
【００９３】
したがって、二酸化塩素溶液の最高許容温度は、二酸化塩素溶液の強度に基づいて決まる。製品の最高許容強度および最高許容温度の両方がインターロック設定値として指定されており、これらはプロセス条件の浮動項目となる。こうしたプラント操作のやり方は、プロセス安全を確保しつつ最高許容強度および最高の節減を実現する方法についての最善の知識をオペレータに授ける。
【００９４】
本発明は、高度な最先端技術を用いた、業界承認のデータ通信技術を利用して、世界中の二酸化塩素プラントが、遠隔制御場所から効果的に制御されることを可能にする。
【００９５】
本願で提供される制御システムは、監視制御ソフトウエア製品であり、これを、既存の二酸化塩素発生プラントＤＣＳに積重ねることができ、または新しい二酸化塩素発生プラント設備に組み込むことができる。上記のように、適当なマイクロプロセッサ上で制御システムを動作させるコンピュータプログラムによって発生させられる遠隔からの設定値は、プラントのオペレータがＤＣＳ制御装置にこの遠隔設定値を受け付ける許可を与えた場合しか、ＣｌＯ2プラントのＤＣＳ制御装置に転送されない。オペレータは、任意のまたはすべての制御装置についてローカル制御モードを選択することによって、監視制御を無能にすることができる。
【００９６】
ソフトウエアはカスタマイズでき、顧客ごとに調整することができ、遠隔場所の専用サーバーに保存することができる。選択されたプロセスデータは、ＯＰＣ（プロセス制御用ＯＬＥ）サーバー技術を用いて一定の間隔で二酸化塩素プラントＤＣＳから抽出され、ＶＰＮ（仮想プライベートネットワーク）通信技術を用いて制御場所へ伝送される。上記に詳述した方法で決まる制御装置の設定値は、同じようにしてＣｌＯ2プラントＤＣＳへ戻る。アーキテクチャの概略を図１４に示す。
【００９７】
このようにして、世界中の二酸化塩素発生プラントを遠隔場所から効率的に制御することができる。こうした遠隔監視システムでは、顧客が専門的なメンテナンスを常時利用することができ、これにより運転の信頼性がさらに改善される。
【００９８】
上記説明のように、かつ図から分かるように、二酸化塩素目標生産速度に基づき、コンピュータ支援計算を用いて、二酸化塩素発生プラント全体を操作し制御して、目標生産速度、運転安定性および最適効率を維持することができる。プラント特定の化学原料消費量を確定するための初期試験は別として、目標と合致していることを確かめるために、発生器液の塩素酸ナトリウム濃度および固形分の検査室試験を時々行うだけでよい。本願記載の制御方策を用いることにより、所与の二酸化塩素目標生産速度で用いられる供給化学原料、特に最も高価な化学原料である塩素酸ナトリウムの使用量を最適化することができる。この結果は、実験的商業規模運転で実証され、１日当たり３０トンを超える二酸化塩素の目標生産速度について、２％を超える塩素酸塩供給量の総合的節減が達成された。
【００９９】
所望により、本願記載の各種の先端制御方策と従来の方策を組み合わせて用いることも可能であるが、この選択は、すべての先端制御方策を用いることと比べて望ましくないと思われる。
【０１００】
さらに、上記の具体的な説明は、二酸化塩素発生プロセスの還元剤としてメタノールを用いることを仮定している。しかし、Ｒ１１（登録商標）プロセス、ＳＶＰ−ＨＰ（登録商標）プロセスなどに、過酸化水素などの他の還元剤を用いた場合にも、相当する方策を用いることができる。同様な方策は、Ｒ２、Ｍａｔｈｉｅｓｏｎ、Ｓｏｌｖａｙ、ＨＰ−Ａ、その他など、二酸化塩素発生の非ＳＶＰプロセスにも適用することができる。
【０１０１】
他の可能な改善には、好ましくは一定の二酸化塩素貯蔵レベルを維持することと連結して、塩素発生速度を、漂白プラントの二酸化塩素総必要量と結びつけることが含まれる。このような場合は、目標生産速度の手動入力はもはや必要ない。
【０１０２】
他の改善可能性には、発生器液密度および塩ケーキフィルタ運転パラメータの制御に基づいて、発生器固形分パーセントを制御することがある。
【０１０３】
さらに他の改善可能性には、例えば、本願の譲渡人に譲渡された米国特許第５，９４８，２３６号に記載されているタイプのオンライン塩素酸塩モル濃度アナライザの実施もあろう。
【０１０４】
（実施例）
本実施例は、二酸化塩素発生プラントへの本発明の適用を例証する。
【０１０５】
図１による商業的二酸化塩素発生プラントを、従来法と、本願記載の、図２から１３Ｂに図示した制御システム利用の両方で運転した。
【０１０６】
この１２ヶ月を超える期間にわたるプラント規模の研究で、本願記載の制御システムは従来の運転と比べて、塩素酸塩ベースの二酸化塩素の収率が２％を超えて上昇し、検査室試験の必要性が著しく減少した。
【０１０７】
さらに、下記の表に示すように、特定の二酸化塩素発生器プロセスパラメータのばらつきの低下が達成された。
【０１０８】
表
パラメータ ばらつき低下％
二酸化塩素生産目標からの偏差                          ８２％
二酸化塩素強度目標からの偏差                          ３７％
漂白プラントへの二酸化塩素溶液強度                    ３５％
発生器レベル                                          ３５％
発生器液の酸規定度                                      ８％
発生器液の塩素酸塩モル濃度                            １８％
（産業上の利用可能性）
本開示をまとめると、本発明は、最適の化学原料使用量を提供する一連の先端制御方策を用いることによって、二酸化塩素の目標生産速度に基づいて二酸化塩素発生プロセスを運転するための改善された制御を実現することができる。本発明の範囲内で、修正は可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願で提供される制御方策の一実施形態によって制御することができる、メタノール系二酸化塩素発生プラント（Ｒ８（登録商標））の概略図である。
【図２】  本願で提供される二酸化塩素発生プロセス制御方策のすべての入力および出力の概略図である。
【図３】  本願で提供される二酸化塩素発生プロセス制御方策の総合流れ図である。
【図４】  二酸化塩素生産速度の初期設定に含まれるステップを示す流れ図である。
【図５】  硫酸設定値の決定に含まれるステップを示す流れ図である。
【図６】  メタノール希釈水設定値の決定に含まれるステップを示す流れ図である。
【図７】  吸収塔への冷水流量の設定値決定に含まれるステップを示す流れ図である。
【図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ】  塩素酸ナトリウム溶液の供給流量制御に含まれるステップを示す流れ図である。
【図９】  二酸化塩素発生器酸性度制御に含まれるステップを示す流れ図である。
【図１０】  二酸化塩素生産速度フィードバック制御に含まれるステップを示す流れ図である。
【図１１Ａ、１１Ｂ】  リボイラ水蒸気流量設定値の決定に含まれるステップを示す流れ図である。
【図１２Ａ、１２Ｂ】  二酸化塩素発生器液レベル制御に含まれるステップを示す流れ図である。
【図１３Ａ、１３Ｂ】  最高二酸化塩素溶液強度および温度のインターロック設定に含まれるステップを示す流れ図である。
【図１４】  遠隔先端制御アーキテクチャの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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