CN100390204C - 使用非线性动力学控制气相聚乙烯反应器可操作性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了通过非线性动力学确定聚合反应器的反应器连续性的一种方法。具体来说，本发明涉及分析系统变量的一种方法，以便实时指示气相反应器连续性，并控制反应器连续性以保持可操作性。

Description

使用非线性动力学控制气相聚乙烯反应器可操作性的方法
技术领域
本发明涉及通过检查信号复杂性控制流化床气相反应器的连续性的一种方法。具体来说，本发明涉及采用非线性动力学估计信号复杂性并确定反应器连续性，而检测反应器中页状剥离的一种方法。本发明还涉及通过确定页状剥离前体状态控制反应器的连续性，并允许采用对策防止页状剥离发生。
背景技术
再循环流化床反应器，由于它们均匀的组成和温度，易于采样及充分混合，是特别先进的。理想的反应器连续性需要稳定和高的生产率，没有页状剥离发生(参见U.S.Patent Nos.5,436,304及5,405,922，其在此结合以资对比)，并因而有不变的生产率。在页状剥离的事件中，流化床反应器的维护牵扯到完全停工，这直接转换为丧失的生产时间。不幸的是，现在还不知道防止这种灾难事件的方法。
反应器可操作性是插入部分的三结合：催化剂与工艺化学，表面和物理化学，以及反应工程。或者包括催化剂提供系统，颗粒生长，热产生和去除，颗粒形态学，流化行为，凝聚态效应，及工艺控制。这些因素中，在反应器操作期间产生的热有效而超过热产生速率的去除，是理解和维护反应器连续性的症结。
假设反应环境是配置适当的，则在宏观尺度(整个系统)，微观尺度(颗粒内)及中尺度(颗粒之间)的操作等级，热传递可有效提供可接受宽广的热稳定性窗口。为了完全控制热传递，必须理解基本原理。众所周知，热传递是传导或对流机制的结果。这是通过热传导和对流热传递系数描述的。这些变量用来推导Nusselt数(Nu)，该数已同单个蒸发液滴相关联。一般假设，相同的相关性用于多相气固流，然而颗粒-颗粒相互作用的角色被忽略(中间尺度等级)。忽略该作用意味着相关性只是对于高度稀释的系统有效。近来，关于基于实验的多相热传递过程的几个报告与理论原理已经出现。
尽管对Nusselt数的兴趣在增加，近来计算流体动力学(CFD)研究指向气相聚乙烯聚合中的颗粒-颗粒相互作用的重要性。这些研究的结果指出，大的温度差存在于小的与较大的颗粒之间，并且颗粒间的效应比颗粒内的梯度更有影响。这意味着，如果两个几乎相同大小的颗粒形成物理接触，则在它们之间形成热点。此外，如果对气流屏蔽了小的高活性颗粒而没有任何接触，则发生该颗粒快速过热。如果反应是以不变的聚合速率进行的，则预期孤立的颗粒是热稳定的。还报告，小的热颗粒与大的相对冷的颗粒之间的物理接触有助于避免过热。这一效应归结于颗粒之间热传导与对流热传递的次要角色。
反应器壁颗粒表面是被不断更新的，这主要由颗粒的驻留时间决定。如果颗粒在壁的驻留时间短，则动能高且观察到绝热的温度上升。这样，热通量测量指出颗粒混合的程度或在反应器壁处的驻留时间。值得注意的是，对于个颗粒的温度状态条件是快速的，且发生在0.1秒或更少时间内。短的驻留时间在壁处产生高的热传导系数和较低的温度。作为形成聚合物页片的颗粒附着层，热传递系数降低。因而，超过的温度结果是颗粒的溶和和融化，从而产生聚合物页。于是，流化模式中的中断一般是明显的，诸如催化剂供给中断，产品释放系统的插入，及产品中页片(溶和成块)的出现。
维持反应器中不变和持续的流化对于高产出是至关重要的。流化块(fluidized bulk)密度测量指示床底高程振荡，气泡和条块。条块还由于气泡的合并形成，特别是在有高气体/固体比之处。在压力降低时，现有的气体膨胀并形成气泡。气体的气泡大小增加，并然后合并形成把固体乳状液相分开为条块的气体栓塞。条块流的出现导致质量流率很大的变化，并降低反应器中的压力。大振幅的波以小于混合物速度的速度运动。
U.S.Patent 5,148,405，其在此结合以资对比，描述了使用声发射测量多相流管路中条块流。在管路中，流的中断是由于重力的结果，从而引起分层不稳定波在气体/液体界面生长，最终桥接管路并形成条块。
许多优点是由声发射测量提供的，就是说实时信息与定量和质量过程控制。声发射是一种非侵入技术，其涉及或主动或被动检测以测量振动波形式的能。一般来说，声学涉及能够通过气体，液体和固体的能的产生，传送和接收。
反应器中的压力常常通过检测床流振动被监视，以间接指示作为一个整体的系统中流化的状态。通常使用测压孔测量压差。压差提供了反应器可操作性的质量度量，并这样不会有或允许防止重大连续性的扰动。尚未描述过以实时识别页状剥离状态前兆的方式在线工作的一种分析技术。
因为反应器系统中许多变量效应是非线性响应，在业内认识到使用导致这种非线性效应的非线性模型控制化学工艺。例如，U.S.Patent6,263,355，其在此结合以资对比，描述了一种快速噪声滤波器，其使通过去除传感器或控制器输出信号中的噪声使伪控制事件最少。U.S.Patent 6,122,557，其在此结合以资对比，阐述了使用响应多变量输入计算参数平衡前馈子程序，用于控制化学反应器最好是压力的一种方法，其利用了快速噪声滤波子程序。
本发明采用从连续反应器推导的非线性分析模型，确定页状剥离发作和存在。这样，本发明提供了成本效率好且有效的一种方法，评估流化床反应器中反应器操作，以便控制反应器中重大的连续性的扰动，特别是页状剥离事件。这里所要研究的正是反应器连续性的评估，分析与控制这些方面。
发明内容
本发明提供了一种确定乙烯气相反应器连续性的方法，包括以下步骤：测量一个时间周期期间内反应器的至少一个系统变量以产生数据，所述变量从包括声发射、差压、床压降、流化块密度、静态电压及反应器壁温度的组中选择；滤波所述数据集以解调时间序列；通过从所述滤波后的数据计算信号，以及比较所述反应器的所述信号与控制反应器的信号，采用非线性动力学估计信号的复杂性并确定反应器的连续性，其中所述计算的信号包括熵、循环时间或平均偏差。
通过比较对反应器计算的信号与控制反应器的信号确定反应器的连续性，并如果必要，通过施加对策进行控制，且通过施加对策的这种确定和/或控制能够使用公知的有效的通信和连接技术在本地或远程进行。
从以下详细的说明本发明的其他的目的，特点和优点将显而易见。然而应当理解，详细的说明和特定的例子，虽然指示了本发明的优选实施例，但只是以示例的方式给出，因为从这些详细说明对于业内专业人员明显的是在本发明的精神与范围内可有各种变化和修改。
附图说明
以下的附图形成本说明书的一部分，其包含是为了进一步展示本发明一定的方式。通过参照一个或多个这些附图结合这里出现的特定实施例的详细说明可更好地理解本发明：
图1是表示关于流化块密度测量数据放电尖峰效应的时间序列。
图2示意描绘了滤波表皮热电偶测量。
图3示出延迟坐标嵌入与交叉区间与相空间轨道的关系。
图4表示从指示页状剥离范围的热电偶测量计算的循环时间。
图5表示平均偏差与不稳定反应器的循环时间。
图6表示平均偏差与中间反应器的循环时间。
图7表示平均偏差与稳定反应器的循环时间。
图8表示平均偏差，平均循环时间与不同等级液状剥离之间的关系。
图9表示基于符号化不稳定反应器的申农熵。
图10表示从流化块密度测量计算的科儿莫格罗夫熵信号。
图11床振动与气泡通过到流化块密度测量信号的关系。
图12表示在反应器壁处或附近颗粒混合对表皮热电偶的效应。
图13是使用从多个滤波信号推导的特征值的3维表示。
图14是产生按基本成分分析的滤波信号的不同催化剂的图示。
具体实施方式
按这里说明书所使用，“a”与“an”可以指一个或多个。按这里权利要求所使用，当与字“包括”结合使用时，字“a”与“an”可以指一个或大于一个。“本地”按这里涉及反应器连续性确定和以对策控制所使用，是指以包括反应器与补充反应器工艺系统的聚合工厂的边界。“远程”按这里涉及反应器连续性确定和以对策控制所使用，是指包括反应器与补充反应器工艺系统的聚合工厂的边界之外，包括较大距离，诸如对于位于南半球的聚合工厂中心化确定与控制位于美国。
优化的反应器连续性是最好的，并是指气相流化床反应器稳定而有效率的操作。连续性是从系统变量累积效应得到的结果，诸如流化块密度，反应器壁温度，静电压，床体积和床压力。反应器连续性中的扰动逆向影响生产。例如主要的扰动特征在于页状剥离，这是指聚合物页片在反应器壁或圆盖上形成或结块(参见U.S.Patent Nos.5,436,304 and 5,405,922)。一般来说，重大的页状剥离事件要求反应器停车以便校正。本发明涉及在反应启动、聚合物初步生长，及聚合终止期间监视，检测，分析及控制反应器的连续性。
在一个实施例中，本发明提供了确定反应器连续性的一种方法，包括以下步骤，测量产生数据时间周期期间反应器的至少一个系统变量，对数据滤波以便解调一个时间序列，从滤波的数据计算一信号并通过比较计算的信号与控制反应器的信号确定反应器连续性。
在一特定实施例中，时间周期包括收集至少一个以上的点所需的时间。在一特定实施例中，系统变量包括声发射，差的床压力，床总重量、体积，流化块密度，静电压及反应器壁温度。
数据最好包括收集速率大于1Hz的高速数据。这包括以每秒至少10个数据点记录达1-60分钟持续时间的测量。数据的获取过程是从分钟到小时的区间收集速率的范围迭代的。这一高速数据与大约40和Hz的截止频率被低通滤波，这样40Hz以上的频率内容，或任何短于25毫秒持续的事件被衰减。以大约每秒1个数据点整个连续测试跨度被记录的数据被认为是低速数据。专业人员认识到，数据收集速率是随实验条件而变化的，且所采用的速率对于检测反应器连续性是足够的。专业人员知道，用来获得数据的适当的仪器(即使用测压孔测量床压力)在业内是周知的。
在一优选的特定实施例中，高速数据包括滤波的流化块密度，床总压力降落，静电压，声发射及表皮热电偶测量。专业人员知道，用来获得数据的适当的仪器是有市场有售的。
在一特定实施例中，计算的信号包括表示移动最好是降低的熵，其在计算的信号中是作为反应器连续性的扰动的结果。
在另一特定实施例中，计算的信号包括一循环时间，这表示重要的变化，在计算的信号中最好是作为连续性扰动结果增加。短语“循环时间”的意思是颗粒在反应器壁的平均驻留时间，并且是气泡产生与流化特性的函数。循环时间从测量至少一个指示反应器连续性的系统变量，诸如流化块密度与反应器壁温度，获得的数据推导出。
在另一特定实施例中，信号包括平均偏差。术语“平均(mean)偏差”，“平均(average)绝对偏差”与“平均(mean)绝对偏差”交换使用。平均偏差(MD)用作为由以下方程式(EQU.1)确定的信号波动的量值的度量
MD＝<|xi-x|>，   (1)
在这情形下，MD如同标准偏差或变化，其中xi是在指数i的处测量，x是数据平均，这里，|·|表示绝对值，而<·>表示预期值(当运算|xi-x|是对整个时间序列求平均时)。
在另一特定实施例中，通过本发明的方法确定的反应器连续性包括页状剥离的前兆状态，流化的变化，以及流化过渡状态。
另一实施例还包括通过对反应器比较循环时间与同一反应器的平均偏差确定反应器的连续性，其中循环时间的增加以及伴随的平均偏差的降低指示反应器连续性的降低，并特别是存在页状剥离。
另一特定实施例提供了对数据滤波，包括低通滤波器，包含有小波二值滤波器，Clapp-Hively滤波器及均方根。滤波器最好解调时间序列以便产生反应器连续性明显的指示。
在另一实施例中，本发明提供了确定反应器连续性的一种方法，包括以下步骤，向反应器壁施加声发射传感器，测量声传送以产生数据，对该数据滤波以便解调一时间序列，对时间序列计算一信号，并通过比较计算的信号与控制反应器的信号确定反应器的连续性。业内专业人员认识到，从第一时间序列计算的信号是一适于控制反应器用于比较来自同一反应器第二时间序列计算的信号。在这一例子中，第二时间序列计算的信号的与第一时间序列计算的信号比较的改变，指示更改的反应器连续性。
在一特定的实施例中，声发射在大约100kHz到400kHz范围并最好是190kHz测量。在一进一步的实施例中，声发射是以被动声发射检测器测量的，虽然也可考虑主动声发射检测器。
在另一实施例中，数据被滤波，包括一低通滤波器，诸如Clapp-Hively滤波器，小波滤波器，或通过抽取一均方根。
在另一实施例中，计算的信号包含一熵，一循环时间，一平均偏差，一相关尺度，功率谱，以及一特征值谱。后者例如是通过施加主成分分析产生的。
在一特定实施例中，确定反应器连续性包括确定页状剥离的前兆状态，流化和/或流化过渡状态的改变。
在另一实施例中是控制气相液体床反应器中的反应器连续性的一种方法，包括以下步骤，测量反应器在产生数据时间周期期间的至少一个系统变量，对数据进行滤波以解调一时间序列，从滤波的数据计算信号，通过比较对反应器计算的信号与控制反应器的计算信号，确定反应器的连续性，并施加对策以控制反应器。
在一特定实施例中，系统变量包括声发射，差压力，床总重量/体积，流化块密度，静电压及反应器壁温度。在进一步的实施例中，以被动声发射检测器测量声发射。
在一优选的特定实施例中，施加集包括高速数据，其包括滤波的块密度，床总压力降落，静电压，声发射与表皮热电偶测量。
在本发明的另一特定实施例中，计算的信号包括信号熵，循环时间与平均偏差。在计算信号中，循环时间最好但不限于不稳定的数据(即流化块密度)。熵是信号复杂性的度量，诸如熵降低表示混合的降低，反应器连续性的降低，及在反应器壁上和/或附近过多的聚合物形成。
在一特定实施例中，对策包括向反应器注入毒剂，例如这包括一氧化碳，二氧化碳，氧和水。在另一特定实施例中，对策包括添加反静态和超静态剂(参见U.S.Patent Nos.4,803,251及5,391,657，将在此结合以资对比)。
在另一特定实施例中，对策包括调节反应器温度，调节介质的速度，添加反应器表面改良剂，诸如铝distearate，并添加气体脉冲。在添加气体脉冲作为对策的一实施例中，气体脉冲最好是迭代并被添加，直到达到所需的反应器连续性和/或可操作性。
在进一步的实施例中，对策包括调节单体局部压力，反应器床水平，催化剂供给率，及乙烯供给率。
在另一实施例中，该方法还包括通过对于反应器比较循环时间与反应器平均偏差确定反应器连续性。
反应器壁温度是易于以表皮热电偶测量的系统变量。这些信号经历局部平均的长时间尺度漂移，大约与反应器动力学中的“冷细胞”有关。虽然这些漂移包含某些有关的信息，但它们造成某些数值算法的问题。为了降低漂移。采用Clapp-Hively滤波器，小波滤波器或数据的均方根。Clapp-Hively滤波器是零限移、二阶多项式拟和，并把信号解调为低和高通带。例如，第一数据点表示滤波的数据中抛物线顶点。这是使用包括两个数据点的最小二乘法计算的，使第一数据点在前且两个数据点随第一数据点之后。滤波器的效应是要把时间序列分解为低和高通带。滤波器窗口宽度(多项式拟和中使用的前和后点的数目)确定滤波器的拐点频率。因为窗口是对称的，滤波器具有零相移。
图2中示出在表皮热电偶测量中滤波器如何工作的示例。非滤波信号是顶部信号。叠加在非滤波信号上的是与非滤波信号一致的低通带时间序列，及作为底信号的高通时间序列。低通带包含有害的信号，信号平均缓慢的漂移，且高通带包含选择的有关的动力学。
平均循环时间是信号重构相空间轨迹通过一轨道的平均持续时间。具体来说，使用基于定义的阈值相继定向交叉的庞卡勒分区的形式估计这一值。图3描绘了延迟座标嵌入的过程及与相空间轨道交叉区间的关系。时间序列是通过取几个(这里是三个)相继的测量，每一通过嵌入延迟T分开被嵌入的。通过把这些(三个)点对于滑动的临时下标i划分，获得轨迹。
通过选择阈值(通过在时间序列周边灰色圆圈点定义的段)，并通过测量相继阈值交叉(时间序列中的开圆圈点与实圆圈点)之间的区间计算循环时间。相空间轨道是作为以灰色圆圈点开始和结束的轨迹区上的线段表示的。延迟座标嵌入进而由Schouten J.C.，Takens F.，及van den Bleek C.M.在“Mximum-likelihood estimation of the entrophyof an attractor”，Physical Review E 49，pp.126-129(1994)讨论，其公开在此结合以资对比。
采用Kolmogorov-Sinai熵的Delft最大似然估计器的Daw适配作为循环复杂性的度量(参见Schouten J.C.，Takens F.，van den BleekC.M.“Mximum-likelihood estimation of the entrophy of an attractor”，Physical Review E 49，pp.126-129(1994)与Schouten J.C.，van denBleek C.M.，“Monitoring the quality of fluidization using theshort-rate(？)preditability of pressure fluctuations”，AIChE Jounal44：48-60(1998)，其在此结合以资对比)。简而言之，估计器KML通过测量附近轨迹段发散的时间，量化在吸引子中产生熵的速率。该方法涉及时间尺度参数，线段尺度，及长度尺度参数；截止长度。基于这些参数，对于每一测量时间序列获得一单个的数，且这一数在床操作条件的范围被比较，以便使信号复杂性与页状剥离倾向相关联。
基于数据符号化的信号复杂性的另一度量是自Shannon熵的修改而来。符号化使时间序列粗颗粒，并当一符号序列被嵌入并编码时，易于对动态模式的频率分类。符号序列直方图是一种这样的分类，且其记分受到三个参数的影响：符号集合的大小，序列的长度，以及符号间的间隔。Shannon熵是符号序列直方图组装化的程度的度量；实际上，这是给定观察的选择的长度和时间尺度，时间序列如何随机行为的度量。使用并给出Shannon熵的修改形式(HSM)，其中Nseq是以非零频率观察的序列数，且p是序列i观察的概率。对于“随机”数据，HSM＝1，对于非随机数据，0＜HSM＜1(Finney C.E.A.，Green J.B.Jr.，Daw C.S.，“Symbolic time-series analysis of engine combustionmearurements”，SAE Paper No.980624(1998)and Tang X.Z.，TracyE.R.，“Data compression and information retrieval viasymbolization”，chaos 8.pp.688-696(1998))，这些公开在此结合以资对比。
采用声发射比较反应器干扰模式或流化模式的变化，以便最好通过确定页状剥离的存在或预测其发作估计反应器的连续性。声发射换能器用来向反应器壁在容易发生页状剥离或不易发生页状剥离之处施加超声频率。超声模式的检测，也成为声发射，通过主动或被动声纳检测器测量。专业人员知道，超声频率范围是指从大约20kHz到1MHz的频率，虽然认为没有严格定义的上限。在这里的情形下，使用190kHz，但业内专业人员能够设想其它超声频率产生指示反应器连续性的声音模式。具体来说，在液体床中，测量来自反应器壁或其附近颗粒冲击的声发射，并包含但不限于颗粒-壁的相互作用及颗粒-颗粒相互作用。
在液体床的情形下，来自在反应器壁或其附近颗粒冲击的发射通过“听”颗粒-壁与颗粒-颗粒接触测量。通过只检测那些在超声频率范围的频率，测量的发射基本上由通过反应器壁传送的发射组成。这样将通过空气传送的背景噪声不会在超声频率检测到，因而增加了信号-噪声比。
声发射(AE)是作为传送被测量，这是指能量以通常通过固体、液体或气体介质的机械振动的形式的能量传送。专业人员知道，声传送依赖于各个分子的位移。声能脉冲串的施加根据位移的频率模式影响振动。声音换能器把各个分子自然随机运动中的这些振动或扰动转换为电脉冲。在当前情形下，使用以下方程式(EQU.2)AC信号通过一RMS转换被转换为DC：
AE的RMS＝A2＝G0mρfνn 3    (2)
这里n表示采样周期中的样本数，而xi是在时间i的数据点值。如果需要，使用前置放大器放大模拟电信号。这提供了能够驱动信号通过长距离的输出。换能器可适当地放置而直接与外部反应器壁接触。为了保证换能器与金属表面良好的声音偶合，可使用硅胶或气体适当的材料。在气泡体通过时观察到一稳定的，但这背景高的水平，并然后信号随气泡后部最终降低到背景水平。这种特征追踪与气泡的不同部分紊流能量相关。由局部气体或液体流率变化组成的任何事件可作为信号电平的变化被检测。例如作为信号电平的交替可观察到这种事件。
按这里所述，非线性分析，也称为混沌分析，允许检测聚乙烯反应器中的流化变化，检测页状剥离，以及识别页状剥离前兆。模型关系用来建立页状剥离与工艺测量之间的物理概念。在本发明的范围内是一种使用非线性分析以确定反应器连续性的诊断方法，并且具体来说，页状剥离的发作和/或存在，因而降低页状剥离对反应器可操作性的负面影响。
例子
包含以下的例予以便展示本发明的优选实施例。业内专业人员应当理解，以下例子中所公开的技术表示由本发明人公开的技术，在本发明的实施中其功能良好，并这样可考虑构成其实施的优选方式。然而，业内专业人员应当就本发明的公开看到，在所公开的特定实施例中可以不脱离本发明的概念、精神和范围作出许多变化，并仍可获得相同或类似的结果。更具体来说，明显的是化学上或物理上相关的一定的药剂，可替代这里所述的药剂，而同时实现相同或类似的结果。所有这些替代和修改对于业内专业人员是明显的，并认定在由所附权利要求定义的本发明的精神、范围与概念之内。
例子1：数据集定义
高速数据由滤波的流化块密度，床总压力降落，静电压，表皮热电偶与声发射组成。高速数据测量一般以每秒200个样本每小时一次持续五分钟被记录；1999-11数据在更频繁的区间被记录。在采样和记录之前，对于块密度，总床重量，静态和声发射的换能器信号被以截止频率40Hz模拟低通滤波，使得40Hz以上的频率内容，或任何持续时间短于25毫秒的事件被衰减。表皮热电偶数据按因子10抽取并声音简单的截止频率5Hz的RC滤波器低通滤波。
低速数据由表皮热电偶，反应器静态和床压力及温度组成。低速测量按每秒5样本贯穿测试跨度连续记录。
使用加有频率190kHz的市售换能器(工艺分析&自动化)获取声发射数据。换能器位于外部反应器壁的几处：分配器板，反应区，拱顶过渡侧，及循环管路。
例子2：对于非线性分析数据的选择
这一工艺涉及估计数据记录的完整性，特别是关于已知的页状剥离事件，并通过分析装置估计事件的整体性。只有大量的页状剥离事件发生且记录器需要停车，数据才被排除。不适于进一步分析的测量信号中的小故障包括可见的非稳定性(中间的慢漂移)，尖峰振幅变化，及信号饱和或过于离散化。此外，在登录过程瞬态期间取得的数据从分析中排除。其它的工艺人为现象，特别是产品释放期间尖峰压力变化，被识别以从分析中排除这些异常。在数据序列后者部分中，FBD测量包含与产品释放相关的强烈的尖峰，而在稍早的序列中这种尖峰几乎不可见，甚至完全不可见。这些差别的原因是未知的。图1示出对于FBD测量数据释放尖峰的效应。
分析的数据结合了范围广泛的操作条件，包括标记页状剥离事件的存在。这些事件和它们的标签为“SAMPLE 1”(“非稳定”)，SAMPLE2”(“过渡”或“中间”)，以及“SAMPLE 1”(“稳定”)，其中稳定性标签涉及页状剥离的倾向。
低速表皮热电偶测量一般包括很长时间尺度的平均移动(“冷细胞”的困难证据，因为降低的反应速率的较低温度的局部区域)，以及某种离散化程度。因为它们在指示页状剥离事件中的值，不拒绝任何热电偶信号，但在分析之前所有被detrend以便去除长期漂移。因为许多时间序列分析测试假设是平稳的，在识别适用于进一步分析的数据中平稳性检验是下一步骤。
平稳性是指时间序列一定的统计度量对时间不变。采用Kennel相空间平稳性测试以测试平稳性(参见Kennel M.B.“Statistical test fordynamical nonstationarity in observed time-series data”，PhysicalReview E 56，pp.316-321(1997)，其公开在此结合以资对比)。这一测试估计类似的时间序列模式是否在时间上均匀地分布，或这些模式在时间序列中是否向一定的位置偏移。在以前使用PE-床压力数据的工作中已大量采用Kennel测试(参见参见Kennel M.B.“Statistical test fordynamical nonstationarity in observed time-series data”，PhysicalReview E 56，pp.316-321(1997)，其公开在此结合以资对比)。
例子3：循环时间分析
使用Daubechies二阶小波滤波的循环时间数据指示，在5-12分钟内以平均7.5分钟警告预期有页状剥离。循环时间是每一催化剂类型的特性，并指示在反应器壁表皮驻留时间。基于此，2-5分钟的停滞的驻留时间其结果可能是页状剥离。页状剥离驻留时间与热逃逸的计算一致。施加一对策，诸如H2短的，迭代脉冲，改变截止的速度，注入毒剂注入CO2，CO，氧或水，抗静态或助静态剂，调节反应器的温度，改变单体颗粒压力，反应器床水平，催化剂供给率，及乙烯供给率当前可行机制，以便控制反应器连续性。
例子4：流化块密度(FBD)测量
因为FBD测量序列往往倾向于强烈的非平稳，复杂性测量最好避开平均循环时间，该时间预期较少受到非平稳性的影响。
在三个数据序列“SAMPLE 4”部分3，6和7中，FBD时间序列的平均循环时间在指示页状剥离之前或附近剧烈地平移，这如同在表皮热电偶测量中所见。图4示出平均循环时间(以0符号绘制)，按小时间隔记录；横坐标是时间按小时计，纵坐标是以5毫秒时间步的时间(200＝1秒)。从热电偶循环中大的尖峰偏移识别出的页状剥离事件，或绘制为红色条(对于非常短暂的尖峰)，或绘制为红色三角形(对于拖长的偏移)。在部分3和8，在表皮热电偶事件之前20到60分钟可能有循环时间明显的降低。该数据暗示过程到页状剥离前兆状态并被量化。
FBD数据的第二集合基于运行，以使用“SAMPLE 2”催化剂产生几个非常低密度(VLDPE)的样本。几个过程变化发生在12:30之前，且观察到在13:00某种下床TI活动。在13:23和18:00之间的区间，如图10中所见FBD信号复杂性通过Kolmogrov熵量化，稳定地增加。在数据间隙开始的一个小时内，可见一温度尖峰(使用传感器T16204)。Kolmogrov熵稳定上升是通过循环时间稳定降低匹配的。在这后者FBD数据观察的趋势与在先前分析的FBD数据中观察的趋势是一致的。
例子5：熵，平均偏差和循环时间
观察到平均偏差与平均循环时间及一致剥离的倾向之间的重要关系。对于“不稳定”的情形(图5)，在页状剥离之前平均偏差降低且循环时间增加。如由指示线所示，作为一般的趋势在大量页状剥离之前，平均偏差稳定地降低，而循环时间增加直到页状剥离事件。在温度漂移之后，温度波动持续时间变长，这暗示在反应器壁处混合物的破坏。
对于“中间”情形观察到某些上述趋势。在大约指标5000处，有过程改变，其结果是与在反应器从冷凝模式操作移动的点相关的原始数据的下降。在大约指标6700处，循环时间增加，对应于在原始和滤波的数据中所看见的骤燃涌现。尽管循环时间增加与“非稳定”情形一致，但平均偏差至少以易于看见的方式不是类似的。
对于“稳定”的情形(图7)，平均偏差和循环时间的改变只与工艺改变相关。在图7中，在大约指标5800处，工艺改变，结果是原始数据平均短暂降低。在对应的滤波数据中，在工艺改变之后平均偏差降低并其后保持不变。在工艺改变之后循环时间稍微降低。在这一数据集中不知道有页状剥离。
在平均偏差，平均循环时间及不同程度页状剥离倾向之间有一种相关性。在图8中描绘了这一相关。在计算平均偏差与平均循环时间中，跟随工艺改变并在页状剥离之前的数据压力保证每一程度的稳定行为被刻画。对于稳定程度的这两点对应于观察到的工艺改变之前和之后。展现最坏的页状剥离发生的反应器(“SAMPLE 1”)产生最长的循环时间和最低的平均偏差，这暗示这些特征与在反应器壁的混合物相关。
基于符号化的Shannon熵也有明显的导致页状剥离的趋势，如在图9所见对于“非稳定”情形。在稳定操作期间(大约指标500到3000)，熵相对不变。在大约指标300处，与平均偏差及循环时间趋势移动一致，熵明确地降低，指示信号复杂性降低。复杂性的这一降低显现出与反应器表附近的混合物相关。
例子6：估计反应器连续性
该数据指示趋势是明显的，以确定反应器的连续性，并特别是反应器中页状剥离的的发作和存在。在两者的流化块密度和表皮热电偶测量中，在被识别的页状剥离之前号或期间信号时间尺度明显移动。
在流化块密度测量中，因为流化模式移动推测信号复杂性的变化还表现为信号时间尺度的变化，或者是作为页状剥离的结果，或者作为导致页状剥离的预先状态。FBD测量的波动直接关系到两个过程：床水平振动及气泡通过，如图11示意所示。平均循环时间的降低或复杂性水平的增加可能指示反应器中小的气泡出现增加，或者来自凝聚质量的成核或后来导致凝聚的混合物模式。一般来说，不应期望复杂性度量和循环时间应当是互补的-两者以相等的重量使用，因为每一指示不同的信号特征。
猜测表皮热电偶或热通量测量的波动指示颗粒混合的程度或在反应器壁处驻留的时间。如果驻留时间很短，在壁处的传热系数高，且温度高。作为颗粒共生层，传热系数降低。在这些层被侵蚀掉时，系数再次上升，且测量的温度再次变高。这一过程在图12中图示描绘。热信号的循环时间指示床壁附近活动程度。通过该数据暗示，循环时间越短，页状剥离的倾向越小。颗粒驻留时间长指示床壁附近的混合物不足，且然后形成导致页状剥离的热点。
例子7：声发射与非线性动力学
声音是指产生，传送与接收振动波形式的能。流化床的声发射允许测量在壁处或其附近的颗粒-颗粒冲击，包括颗粒-壁冲击。壁振动能称为“白”噪声或声音“射击”噪声。声发射直接与颗粒温度T＊这一流化参数相关。其定义为平方波动速度，并在反应器壁测量向下的颗粒对流。在运行期间使用泥浆馈送催化剂测量反应器声发射，对于反应器连续性中的扰动在圆盖页状剥离驱逐并落入床之前产生特征信号。在干燥催化剂供给的情形下，观察到类似的预测数据。声发射振幅与表面气体速度的比较指出近线性关系。
与质点力学结合使用时间序列嵌入和单值分解计算差压力的Kolmogorov熵与表皮热电偶数据，指示流化变化依赖于诸因素，诸如抗-foulant(anti-foulant)水平及分配板状态。进而，对于圆盖页状剥离的前兆页状剥离状态，确定为在通过估计一个以上系统变量指示的提前多达8小时。对运行不同催化剂的反应器计算的平均绝对偏差或均偏差，在两种情形下指出反应器连续性与流化明显的变化。在计算同一数据集的循环时间与Kolmogrov熵时观察到类似的指示。
例子8：催化剂转变
使用特征值方程式量化可观察的实体并包括一操作器，或操作的机械顺序，作为系统的一个函数(特征函数)。计算的量值是特征值。通过采用10嵌入维标准化特征值为主成分的特征值，形成对于一序列描绘计算的特征值多维图(图13)。主成分(PC)是对于每一类有效分解工艺数据为多维包络计算的。图13中，主成分2、3、和4的特征值对于在两个不同的催化剂获得的数据，对于第一主成分标准化，显示区分从一个催化剂向另一催化剂的转变的能力。大的开放的符号标记序列的开始，大的封闭的符号标记序列的结束。通过第一主成分标准化的主成分2对于不同催化剂图示为数据点(样本ID)的一函数，并使用chi-平方(χ2)参数统计明显指示反应器连续性的变化(图14)。
以下文献对理解本发明提供了附加资料：U.S.PatentNo.5,436,304；U.S.Patent No.5,405,922；U.S.Patent No.4,803,251；U.S.Patent No.5,391,657；U.S.Patent No.6,263,355；U.S.Patent No.6,122,557；U.S.Patent No.5,857,978；U.S.Patent No.5,743,860；及U.S.Patent No.5,626,145，以及McKenna，Spitz，Cokliat AlChEJ，45(1999)；Finney C.E.A.，Green J.B.Jr.，Daw C.S.，“Symbolictime-series analysis of engine combustion mearurements”，SAE PaperNo.980624(1998)；Kennel M.B.“Statistical test for dynamicalnonstationarity in observed time-series data”，Physical Review E 56，pp.316-321(1997)；Packard N.，Crutchfield J.，Farmer J.D.，Shaw R.，“Geometry from a time series”，Physical Review Letters45，pp.712-716(1980)；Schouten J.C.，Takens F.，van den BleekC.M.“Mximum-likelihood estimation of the entrophy of an attractor”，Physical Review E 49，pp.126-129(1994)；Schouten J.C.，van den BleekC.M.，“Monitoring the quality of fluidization using theshort-rate(？)preditability of pressure fluctuations”，AIChE Jounal44：48-60(1998)；and Tang X.Z.，Tracy E.R.，“Data compression andinformation retrieval via symbolization”，chaos 8.pp.688-696(1998)，所有这些公开在此结合以资对比。

Claims (25)

1.一种确定反应器连续性的方法，包括以下步骤：
a.测量一个时间周期期间内反应器的系统变量以产生数据，所述变量包括声发射、差压、床总压降、流化块密度、静电压及表皮热电偶测量；
b.滤波所述数据以解调时间序列；
c.采用混沌非线性动力学，从所述滤波后的数据计算信号，其中所述信号包括熵、循环时间或平均偏差，以及
d.比较所述反应器的所述计算的信号与控制反应器的计算的信号，以检测反应器的连续性，包括反应器中的流化变化，检测页状剥离或识别页状剥离前兆；
其中所述反应器是乙烯气相聚合反应器。
2.权利要求1的方法，其中所述声发射使用被动声发射检测器测量。
3.权利要求1的方法，其中所述数据包括高速数据，所述高速数据以大于1Hz采集速率获得，并至少以每秒10个数据点持续1-60分钟被记录。
4.权利要求3的方法，其中所述高速数据是从包括流化块密度，床总压降，静电压，声发射和表皮热电偶测量的组选择的。
5.权利要求1的方法，其中所述信号包括熵。
6.权利要求1的方法，其中所述信号包括循环时间。
7.权利要求1的方法，其中所述信号包括平均偏差。
8.权利要求1的方法，其中所述滤波包括均方根滤波器。
9.权利要求1的方法，其中所述声发射以100kHz到400kHz被测量。
10.权利要求1的方法，其中所述滤波包括低通滤波器。
11.权利要求1的方法，还包括：
施加对策以控制反应器的连续性。
12.权利要求11的方法，其中所述对策包括向所述反应器注入毒剂。
13.权利要求11的方法，其中所述对策包括向所述反应器添加抗静态与助静态剂。
14.权利要求11的方法，其中所述对策包括调节所述反应器的温度。
15.权利要求11的方法，其中所述对策包括调节所述反应器中介质的速度。
16.权利要求11的方法，其中所述对策包括向所述反应器添加反应器表面改良剂。
17.权利要求11的方法，其中所述对策包括向所述反应器添加气体脉冲。
18.权利要求1的方法，其中确定在本地执行。
19.权利要求1的方法，其中确定远程执行。
20.权利要求11的方法，其中对策控制在本地执行。
21.权利要求11的方法，其中对策控制远程执行。
22.权利要求11的方法，其中确定在本地执行，对策控制在本地执行。
23.权利要求11的方法，其中确定在本地执行，对策控制在远程执行。
24.权利要求11的方法，其中确定远程执行，对策控制在本地执行。
25.权利要求11的方法，其中确定远程执行，对策控制远程执行。
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