專利名稱：工業(yè)裝置乙烯氧氯化過程中乙烯燃燒率的軟測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及エ業(yè)裝置聚氯こ烯(PVC)的単體氯こ烯(VCM)生產(chǎn)過程中こ烯氧氯化単元流化床反應器內(nèi)副反應こ烯燃燒率的在線軟測量方法，屬于化工生產(chǎn)過程關(guān)鍵物耗在線軟測量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
化工生產(chǎn)過程關(guān)鍵物耗在線計算是進行エ藝調(diào)整和生產(chǎn)操作參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)。其主要任務是通過考察化工生產(chǎn)過程的特性，定量了解主要相關(guān)操作參數(shù)對生產(chǎn)過程關(guān)鍵物 耗的影響，認識其規(guī)律與機理，建立關(guān)聯(lián)模型，從而為生產(chǎn)操作參數(shù)的優(yōu)化、及生產(chǎn)エ藝的改造等提供依據(jù)和手段，因此建立能準確描述化工生產(chǎn)過程關(guān)鍵物耗模型意義十分重大。氯こ烯是合成聚氯こ烯(PVC)的重要原料，并且大多數(shù)的氯こ烯都用來合成聚氯こ烯。最早由德國法本公司在1931年首先實現(xiàn)エ業(yè)化生產(chǎn)，早期的生產(chǎn)エ藝主要為電石こ炔法，該エ藝耗能大，并且催化劑會對環(huán)境造成污染。到了 20世紀60年代，こ烯平衡氧氯化法的出現(xiàn)極大地促進了聚氯こ烯行業(yè)的迅速發(fā)展，該エ藝降低了生成成本，并且對環(huán)境污染較小，相比較電石こ炔法有著諸多優(yōu)勢，因此，こ烯氧氯化法迅速取代電石こ炔法成為氯こ烯的主要生產(chǎn)方法。目前我國氯こ烯行業(yè)氯こ烯生產(chǎn)エ藝主要有電石こ炔法和こ烯氧氯化法兩種。電石法エ藝生產(chǎn)PVC高能耗、高污染。催化劑由于升華或中毒等原因活性逐漸下降，失活后必須更換，由于失活的廢汞催化劑不能回收利用，對環(huán)境造成污染。從長期發(fā)展來看，電石法由于生產(chǎn)成本、環(huán)保等因素將在市場競爭中處于劣勢，同時隨著こ烯法エ藝的不斷改進，乙烯法的發(fā)展前景會更好。こ烯氧氯化工藝在我國的エ業(yè)化生產(chǎn)已有三十多年，但目前在該領(lǐng)域我國仍未形成系統(tǒng)的自主研發(fā)技術(shù)，跟國外公司仍存在著較大差距。こ烯氧氯化制ニ氯こ烷是こ烯氧氯化工藝的關(guān)鍵技木，目前該技術(shù)僅為幾家大型公司所有，比如日本三井東壓公司、德國伍德赫斯特公司、歐洲こ烯公司等等。因此，本專利こ烯氧氯化過程中こ烯燃燒率在線計算方法是針對三井東壓エ藝氧氯化単元建立。在三井東壓氧氯化單元中，物料循環(huán)系統(tǒng)如圖I所示。界區(qū)外送來的純凈C2H4原料氣先與循環(huán)氣體混合后，預熱，再與裂解單元來的HCl氣體混合，然后與加熱后的HC1、02混合，一起進入氧氯化反應器底部。反應器頂部出來的熱物料送往ニ氯こ烷急冷塔冷卻，冷卻介質(zhì)為ニ氯こ烷/水循環(huán)液。急冷塔的作用是除去物料中的少量氯化氫，同時冷卻物料。急冷塔底部物料中的少量ニ氯こ烷被分離出來，其余的不凝氣體送入堿洗塔。直接氯化單元來的尾氣也送入堿洗塔。堿洗塔的作用是用循環(huán)堿液吸收混合氣體中的C02。堿洗塔底部物料送往ニ氯こ烷混合氣中和酸性的ニ氯こ烷，其中不凝氣體經(jīng)冷凝器后送入氣液分離器，最終作為循環(huán)氣體通過壓縮機壓縮后與新鮮C2H4原料氣混合進入氧氯化反應器。由冷凝器和氣液分離器得到的ニ氯こ烷，送往ニ氯こ烷混合器，再送往傾析器，經(jīng)純水洗滌、分離后，送往ニ氯こ烷貯罐，貯罐中的ニ氯こ烷送往精制單元。
こ烯燃燒生成ニ氧化碳是在氧氯化流化床反應器中進行，由于反應器出ロ沒有流量和組分濃度的測量儀表，使得こ烯燃燒率需要通過測量氧氯化循環(huán)系統(tǒng)中幾個指標來計算。這里主要有兩部分的計算(I)反應生成的ニ氧化碳量。ニ氧化碳離開反應器后，在經(jīng)過堿洗塔時大部分被吸收，其余部分通過排空維持循環(huán)系統(tǒng)中二氧化碳濃度。(2)反應消耗的こ烯量。涉及反應器進ロ新鮮こ烯量，從直接氯化單元送來的尾氣中こ烯量和排空氣體中包含的こ烯量。上述方法計算得到離線的こ烯燃燒率，其作為在線軟測量的訓練樣本。通過將得到的離線こ烯燃燒率與生產(chǎn)負荷、流化床反應器進料比C2H4/HC1、02/HC1和反應器內(nèi)平均溫度進行關(guān)聯(lián)，得到在線こ烯燃燒率軟測量模型。軟測量結(jié)果對エ業(yè)生產(chǎn)實際的控制具有重要的作用，并要求及時將結(jié)果反饋到生產(chǎn)控制中去。因此，進行こ烯氧氯化過程中こ烯燃燒率的在線軟測量，實時根據(jù)可測操作參數(shù)在線計算氧氯化単元こ烯燃燒率是進行生產(chǎn)操作參數(shù)調(diào)整，操作參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供ー種在線計算エ業(yè)裝置VCM生產(chǎn)過程中こ烯氧氯化単元中こ烯燃燒率的軟測量方法。采用神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)建立生產(chǎn)負荷、反應器進料比C2H4/HC1、02/HC1和反應器內(nèi)平均溫度與離線得到的こ烯燃燒率的關(guān)聯(lián)模型；本發(fā)明的目的還在于根據(jù)可測的生產(chǎn)負荷、反應器進料比C2H4/HC1、02/HC1和反應器內(nèi)平均溫度，實時計算こ烯燃燒率，從而為生產(chǎn)エ藝的調(diào)整和操作參數(shù)的優(yōu)化提供指導。本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案利用こ烯氧氯化反應過程中流化床反應器進ロ流股流量計及濃度分析儀、直接氯化單元送至氧氯化單元的流量計及濃度分析儀計及濃度分析儀、反應器內(nèi)測溫表、循環(huán)氣流量計、排空氣量流量計和現(xiàn)有VCM生產(chǎn)裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(包括DCS與實時數(shù)據(jù)庫等)的基礎(chǔ)上，采用神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行計算，通過對上述模型輸入變量的實時、連續(xù)采集，將訓練好的權(quán)值及閾值代入并進行計算，得到こ烯燃燒率的預測值。所述神經(jīng)網(wǎng)絡模型是典型的BP模型。首先，需要建立こ烯燃燒率的預測模型。在こ烯氧氯化反應過程中，影響こ烯燃燒率的因素主要有以下四個生產(chǎn)負荷、反應器進料比C2H4/HC1、02/HC1和反應器內(nèi)平均溫度。(I)生產(chǎn)負荷由反應器進料的氯化氫流量決定，100%負荷時氯化氫流量為9123Nm3/hr。生產(chǎn)負荷的范圍為O I。(2)反應器進料比C2H4/HC1中的こ烯流量包括兩部分，新鮮こ烯進料和直接氯化單元送來的こ烯量。(3)反應器進料比02/HC1中的氧氣即新鮮氧氣進料。(4)反應器內(nèi)平均溫度，由于三井東壓流化床反應器內(nèi)部共有33塊水平擋板，共7個測溫點，エ業(yè)生產(chǎn)中以平均溫度為操作依據(jù)。以上各エ藝操作參數(shù)對こ烯燃燒率的影響較為復雜，各エ藝參數(shù)之間存在交互作用，與こ烯燃燒率關(guān)系呈高度非線性特征，因此這里采用活化函數(shù)為SIGMOID函數(shù)，建立三層神經(jīng)網(wǎng)絡模型，并采用誤差反饋算法對網(wǎng)絡進行訓練。通過采集歷史數(shù)據(jù)信息，采用神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)提取こ烯燃燒率變化的信息，建立起氧氯化過程中主要操作參數(shù)與こ烯燃燒率YC2H4的神經(jīng)網(wǎng)絡模型。該神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸入變量是生產(chǎn)負荷(xl)、反應器進料比C2H4/HC1 (x2)、02/HCl (x3)和反應器內(nèi)平均溫度(x4，で)，并利用式(I)進行歸一化處理%=チ今り=1，2，3，4(I)式中，xi是第i個操作參數(shù)(即自變量)的實際測量值，sxi表示第i個操作參數(shù)歸一化后作為神經(jīng)網(wǎng)絡輸入的值，[Χ“，表示采集到第i個操作參數(shù)的變化范圍，歸ー化后輸入自變量的變化范圍為
。對采集到的nl組數(shù)據(jù)，其中每組數(shù)據(jù)包含[xl，x2, x3, x4, YC2H4]，經(jīng)歸ー化后為[sxl, sx2, sx3, sx4, YC2H4]，形成訓練樣本；對こ烯燃燒率的神經(jīng)網(wǎng)絡模型，以[sxl，sx2,sx3, sx4]作為網(wǎng)絡的輸入，對應的こ烯燃燒率作為目標值，訓練網(wǎng)絡。當達到一定精度要求吋，停止訓練，獲得こ烯燃燒率。所述神經(jīng)網(wǎng)絡模型中，以生產(chǎn)負荷、反應器進料比C2H4/HC1、02/HC1和反應器內(nèi)平均溫度為自變量，以こ烯燃燒率為輸出變量。輸入層的節(jié)點數(shù)為4，隱含層節(jié)點數(shù)為4，輸出層節(jié)點數(shù)為I.
本發(fā)明能夠解決在流化床反應器出口沒有分析儀的情況下對こ烯燃燒率的計算，同時由于建立了各操作參數(shù)對こ烯燃燒率的影響關(guān)系，從而可以進ー步進行エ藝操作參數(shù)的優(yōu)化，具有較強的エ業(yè)實用性。盡管本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行修改或者等同替換，但是，一切不脫離本發(fā)明精神和范圍的技術(shù)方案及其改進，均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。


圖I為三井東壓エ藝氧氯化反應過程的流程圖。圖2為氧氯化反應器內(nèi)副反應こ烯燃燒率的神經(jīng)網(wǎng)絡模型框圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖并通過實例對本發(fā)明作進ー步說明以三井東壓エ藝こ烯氧氯化反應過程為例，其流程見圖I所示。新鮮進料和循環(huán)氣體在氣體混合器中混合后，進入氧氯化反應器底部，氧氯化反應器在一定溫度范圍內(nèi)操作，氯化氫、こ烯、氧氣等反應生成ニ氯こ烷(簡稱EDC)，同時發(fā)生副反應こ烯燃燒生成ニ氧化碳。反應器出來的氣體經(jīng)急冷塔除去其中的HC1，再經(jīng)過堿洗塔主要除去其中的C02，從EDC傾析器出來的不凝氣體少量放空，大部分作為循環(huán)氣體重新進入反應器。圖2為反應器こ烯燃燒率的神經(jīng)網(wǎng)絡模型框圖，選取生產(chǎn)負荷(xl)、反應器進料比C2H4/HCl(x2)、02/HCl(x3)和反應器內(nèi)平均溫度(x4，°C )作為模型的自變量，各個自變量經(jīng)過歸一化后形成網(wǎng)絡的輸入自變量[sxl，sx2, sx3, sx4]，歸ー化后變量的范圍為
;網(wǎng)絡輸出為反應器內(nèi)こ烯燃燒率的計算值；神經(jīng)網(wǎng)絡模型中，輸入層的節(jié)點數(shù)為4，隱含層節(jié)點數(shù)為1(1 = 2 25)，輸出層節(jié)點數(shù)為I。采集1123組生產(chǎn)過程中反應器在不同的生產(chǎn)負荷(xl)、反應器進料比C2H4/HCl (x2)、02/HCl (x3)和反應器內(nèi)平均溫度(x4，V )下,對應こ烯燃燒率形成的樣本數(shù)據(jù)。利用(I)式，對上述各變量進行歸ー化處理xl的變化范圍[O. 401，O. 907]，x2的變化范圍[O. 467，O. 649]，x3 的變化范圍[O. 243，O. 317]，x4 的變化范圍[202. 3，234. 3]，
形成標準化樣本數(shù)據(jù)。其中各標準化計算式如下
權(quán)利要求
1.一種工業(yè)乙烯氧氯化反應過程乙烯燃燒率的在線軟測量方法，包括以下幾個步驟 建立乙烯燃燒率與生產(chǎn)負荷、流化床反應器進料比C2H4/HC1、02/HC1和反應器內(nèi)平均溫度的人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型；在線計算反應器進口流股流量及濃度的實時數(shù)據(jù)；在線計算直接氯化單元送至氧氯化單元的流股流量及濃度的實時數(shù)據(jù)；在線計算反應器內(nèi)平均溫度；在線計算循環(huán)氣量和排空氣量的實時數(shù)據(jù)；離線測量堿洗塔底物料中水和二氯乙烷的體積比；離線計算乙烯燃燒率，不斷更新神經(jīng)網(wǎng)絡訓練樣本。在線計算乙烯燃燒率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工業(yè)乙烯氧氯化反應過程乙烯燃燒率的在線軟測量方法，其特征在于，離線的乙烯燃燒率可由附錄中的乙烯燃燒率計算方法得到，但此方法得到的乙烯燃燒率具有一定滯后性。利用離線得到的乙烯燃燒率，生產(chǎn)負荷、反應器進料比C2H4/HC1、 o2/hci和反應器內(nèi)平均溫度的關(guān)聯(lián)關(guān)系，用神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)建立模型。這些工藝操作參數(shù)與乙烯燃燒率的關(guān)系模型采用的活化函數(shù)為SIGMOID函數(shù)，建立三層神經(jīng)網(wǎng)絡，并采用誤差反饋算法對網(wǎng)絡進行訓練。得到神經(jīng)網(wǎng)絡模型為Yc2H4 — f (X1，X2 X3 X4)通過對上述模型輸入變量的實時、連續(xù)采集，將訓練好的權(quán)值及閾值代入并進行計算， 得到乙烯燃燒率的預測值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)乙烯氧氯化反應過程乙烯燃燒率的在線軟測量方法，其特征在于，所述神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸入變量為生產(chǎn)負荷、反應器進料比c2h4/hci、o2/hci和反應器內(nèi)平均溫度，將該神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行歸一化處理。燈xT j = l’2’3，4X —Xmax min其中，Xi是第i個操作參數(shù)的實際測量值，SXi表示第i個操作參數(shù)歸一化后作為神經(jīng)網(wǎng)絡輸入的值，[乂m，4ax]表示采集到第i個操作參數(shù)的變化范圍，歸一化后輸入自變量的變化范圍為
;對采集到的nl組數(shù)據(jù),其中每組數(shù)據(jù)包含[X1, X2, X3, X4, Yc2h4],經(jīng)歸一化后為[SX1, SX2, sx3, sx4, Yc2h4],形成訓練樣本；對乙烯燃燒率的神經(jīng)網(wǎng)絡模型，以[SX1, SX2, SX3, SX4]作為網(wǎng)絡的輸入，對應的乙烯燃燒率作為目標值，訓練網(wǎng)絡。
全文摘要
本發(fā)明提供一種工業(yè)乙烯氧氯化反應過程中乙烯燃燒率的軟測量方法，該方法能夠根據(jù)乙烯氧氯化流化床反應器進口流股流量及濃度、直接氯化單元送至氧氯化單元的流股流量及濃度、反應器內(nèi)平均溫度、以及循環(huán)氣量和排空氣量等實時數(shù)據(jù)，在線計算氧氯化過程中發(fā)生的副反應，即乙烯燃燒生成二氧化碳的燃燒率。從而實現(xiàn)乙烯氧氯化反應過程中乙烯燃燒率的在線軟測量，為生產(chǎn)操作參數(shù)的優(yōu)化提供指導。本發(fā)明可以實現(xiàn)在無尾氣分析設備條件下對乙烯氧氯化反應過程關(guān)鍵物耗的在線軟測量，具有很強的工業(yè)實用性。
文檔編號G01N31/12GK102621271SQ201210055380
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者孫偉振, 許志美, 趙玲, 陳淼 申請人:華東理工大學