CN114471088A - 一种低温甲醇洗过程co2浓度的控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低温甲醇洗过程CO₂浓度的控制方法和系统。其中控制方法包括：预设PID调节器对应的三个控制参数调整的N个作用控制区间，N为正整数；通过获取低温甲醇洗输出的净化气中第一CO₂浓度的变化情况，获取其变化处于的作用控制区间，获取该区间的实时第一CO₂浓度值、PID调节器对应的变系数函数，采用变系数增量式PID算法持续调整低温甲醇洗过程输入洗涤塔的贫甲醇溶液的输入流量，调节所述第一CO₂浓度趋近于预设合格输出CO₂浓度值。通过本申请提出的技术方案使得PID控制参数自适应调整，实现净化气中第一CO₂浓度值趋近于预设合格输出CO₂浓度值，保证下游合成反应器的安全平稳运行。

Description

一种低温甲醇洗过程CO2浓度的控制方法和系统

技术领域

本发明涉及低温甲醇洗过程控制技术领域，具体涉及一种低温甲醇洗过程CO₂浓度的控制方法和系统。

背景技术

低温甲醇洗是煤制甲醇工艺过程中很重要的一个环节，其原理是采用低温甲醇做溶剂，利用甲醇的高稳定性和对CO₂及H₂S、COS的良好溶解性来洗涤脱除工艺气中气体杂质，达到净化气体的目的。

在煤制甲醇工艺过程中，来自上游洗涤气负荷和组分的影响以及进低温甲醇洗的贫甲醇的流量和温度是影响净化气中CO₂浓度的主要因素，低温甲醇洗得到的净化气将直接进入后续产品合成工序，故保证净化气中CO₂浓度在合理范围内至关重要。影响CO₂浓度的因素主要来自两方面：一方面是上游洗涤气负荷和组分影响；另一方面是进低洗贫甲醇的流量和温度影响。洗涤气负荷主要受气化工序影响，洗涤期组分主要受气化工序和变换工序影响。气化工段的水煤气在变换工序分成两路：一路是变换气，一路是未变换气。变换气进入变换炉，在变换炉中CO与水蒸气在耐硫变换催化剂作用下发生变换反应生成CO₂和H₂。出变换炉后和未变换气进行混合，混合比例的变换直接影响混合气中CO₂浓度的变化。

低温甲醇洗流程：其原理是利用低温贫甲醇对变换工序的混合气中的CO₂进行物理吸收，物理吸收过程遵循亨利定律：P＝kX，式中P为气体分压，k为亨利常数；X为平衡时气体在溶液中的摩尔分数。而当溶质和溶剂一定时，在一定温度下k为定值。贫甲醇流量的多少直接影响CO₂浓度的变化。

在整个低温甲醇洗过程最重要也是最复杂的部分就是低温甲醇洗涤塔塔顶输出的净化气中CO2浓度的控制，对于CO₂浓度控制存在以下难点：

1、为保证进低洗的原料气CO浓度稳定，需要不断调整变换气与未变换气量，从而导致CO₂浓度发生较大变化，影响CO₂洗涤的效果。

2、前系统气量和组分也会发生变化，影响低洗的效果。

3、低温贫甲醇的温度也会发生变化，导致CO₂在贫甲醇中的溶解度发生变化，影响低洗的效果。

4、下游合成对CO₂浓度要求高，当负荷高时，CO₂浓度过高可能会引起合成反应器超温超压，当负荷低时，CO₂浓度过低又会造成贫甲醇用量过大造成浪费。

于现有技术中，通过常规PID(比例proportion积分integral-微分derivative)调节器贫甲醇的量进行CO₂输出浓度控制非常困难，而且具有控制滞后性无法有效消除系统及外界干扰带来的CO₂浓度波动影响。

于现有技术中，常见的主要从工艺设备改造入手，当CO₂浓度偏低时通过补加CO₂来提高CO₂浓度，当CO₂浓度偏高则提高低洗甲醇流量来降低CO₂浓度，实现低温甲醇洗工序的CO₂浓度指标达标。CN109852435A公开描述了一种优化低温甲醇洗净化工艺调节的新方法，该专利是在贫甲醇流量控制CO₂浓度基础回路之上，考虑将洗涤塔吸收CO₂的富甲醇解析闪蒸出的CO₂引出一路与洗涤塔出口净化气连接，通过协调该路CO₂与贫甲醇流量综合控制CO₂浓度，使得进入合成工序的净化气CO₂浓度达标。该专利通过工序下游进行考虑控制，并没有考虑实际工序上游对CO₂有直接影响的因素，属于一种被动控制调整，主要应对洗涤塔出口净化气CO₂浓度低的情况下，可以对净化气进行CO₂补偿，当净化气中CO₂浓度高时仅单纯增加贫甲醇流量，可能不能及时将CO₂浓度降至安全范围。此外，由于存在对工艺的改造，可能会引起解析塔顶压力波动，影响解析效果，进而影响到低温贫甲醇温度。

因此亟需一种针对低温甲醇洗过程CO₂控制的改进方法，在无需改造整个低温甲醇洗工艺流程的前提下，能够根据净化气中CO₂浓度变化趋势和变化量动态调整贫甲醇的流量，同时能够消除低温甲醇洗过程CO₂浓度波动带来的干扰。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种低温甲醇洗过程CO₂浓度的控制方法和系统。通过以下技术方案实现：

本申请第一方面提供了一种低温甲醇洗过程CO₂浓度的控制方法，包括：

获取原料气经低温甲醇洗后输出的净化气中的CO₂浓度，记录为第一CO₂气体浓度；

根据第一CO₂气体浓度的变化情况获取对应的作用控制区间；

根据对应的作用控制区间，采用变系数增量式PID算法持续调整第一贫甲醇溶液的输入流量，调节第一CO₂浓度趋近于预设合格输出CO₂浓度值；

其中，第一贫甲醇溶液为低温甲醇洗过程输入洗涤塔的贫甲醇溶液。

进一步地，每个作用控制区间对应的CO₂浓度范围的区间值均相等，间隔为预设基准CO₂浓度区间值。

较佳地，预设PID调节器的N个作用控制区间中的每个作用控制区间长度等间隔划分，每一间隔的长度值为α；

其中，α为预设基准CO₂浓度区间值。

进一步地，获取对应的作用控制区间包括：获取单位周期的第一CO₂气体浓度与预设合格输出CO₂浓度值的差值的绝对值；

根据该差值与作用控制区间的各个端点数值的比较结果调用对应的作用控制区间。

进一步地，变系数增量式PID算法基于增量式PID算法，将增量式PID算法中的Kp常量系数、Ki常量系数和Kd常量系数对应设置为Kp(t)变量系数、Ki(t)变量系数和Kd(t)变量系数，进行PID计算；

其中，Kp(t)为控制器的比例变量系数，Ki(t)为控制器的积分变量系数，Kd(t)为控制器的微分变量系数，Kp为控制器的比例系数，Ki为控制器的积分系数，Kd为控制器的微分系数；Kp、Ki、Kd为常数。

进一步地，变系数增量式PID算法，包括：

在输入Kp(t)、Ki(t)和Kd(t)变量函数时，将比例偏差[p(t)-p(t-1)]的数值作为增量式PID算法的比例系数因子，将积分偏差[p(t)-s(t)]的数值作为增量式PID算法的积分系数因子，将微分偏差[p(t)-2×p(t-1)+p(t-2)]的数值作为增量式PID算法的微分系数因子，进行PID运算；

其中，p(t)、s(t)为控制器的输入；p为第一CO₂浓度实际测量值，s为预设合格输出CO₂浓度值。

具体地，输入Kp(t)、Ki(t)和Kd(t)变量函数包括：

在e≤α即不超过一个作用控制区间间隔范围的情况下，

设置Kp(t)＝Kp，Ki(t)＝0，Kd(t)＝0；

在α＜e≤2α即不超过两个作用控制区间间隔范围的情况下，

设置Kp(t)＝(1+α)²Kp，Ki(t)＝Ki；Kd(t)＝0；

在2α＜e≤3α即不超过三个作用控制区间间隔范围的情况下，

设置Kp(t)＝(1+2α)²Kp，Ki(t)＝(1+α)²Ki；Kd(t)＝Kd；

在3α＜e即超过三个作用控制区间间隔范围的情况下，

设置Kp(t)＝(1+(N-1)α)²Kp，Ki(t)＝(1+(N-2)α)²Ki；Kd(t)＝1+(N-3)α)²Kd

其中，e为单位周期的第一CO₂气体浓度与预设合格输出CO₂浓度值的差值的绝对值，α为预设基准CO₂浓度区间值，N为预设作用控制区间数量，N为正整数。

进一步地，获取单位周期内溶解于低温甲醇洗洗涤塔内的第二贫甲醇溶液的CO₂浓度，记录为第二CO₂浓度，获取第二CO₂浓度生成所需的贫甲醇流量ΔF_贫甲醇作为PID调节器的前馈补偿；

采用包括前馈补偿的变系数增量式PID算法进一步控制PID调节器实现第一CO₂浓度趋近于预设合格输出CO₂浓度值。

在本申请的一种可能实现方式中，获取形成第二CO₂浓度所需的贫甲醇流量ΔF_贫甲醇包括：根据低温甲醇洗过程碳浓度的物料平衡关系获取贫甲醇流量，得到单位周期所需的贫甲醇流量为：

ΔF_贫甲醇＝K₁*(ΔF_原料气*ΔC_CO2原料气-ΔF_净化气*ΔC_CO2净化气)/ΔP_T+K₂；

其中，ΔF_原料气为单位周期的原料气流量变化量、ΔC_CO2原料气为单位周期原料气的原始CO₂浓度变化值、ΔF_净化气为单位周期净化气的流量变化量、ΔC_CO2净化气为单位周期净化气的第一CO₂浓度变化值、ΔP_T为一个单位周期内的CO₂溶解度变化量，K₁为第一前馈校正系数，K₂为第二前馈校正系数；K₁、K₂为常量。

本申请另外一方面提供了一种低温甲醇洗过程CO₂浓度的控制系统，包括：

控制参数预设单元，预设有多个作用控制区间，每个作用控制区间对应预设基准CO₂浓度区间值；

记录单元，用于获取原料气经低温甲醇洗后输出的净化气中的CO₂浓度，记录为第一CO₂气体浓度；

查询调用单元，用于根据第一CO₂气体浓度的变化情况调用作用控制区间；

调整单元，用于作用控制区间采用变系数增量式PID算法持续调整第一贫甲醇溶液的输入流量，实现第一CO₂浓度趋近于预设合格输出CO₂浓度值；

其中，第一贫甲醇溶液为低温甲醇洗过程输入洗涤塔的贫甲醇溶液。

进一步地，调整单元还包括前馈补偿子单元，用于获取单位周期内溶解于低温甲醇洗洗涤塔内的第二贫甲醇溶液的CO₂浓度，记录为第二CO₂浓度，获取第二CO₂浓度生成所需的贫甲醇流量ΔF_贫甲醇作为PID调节器的前馈补偿；

采用包括前馈补偿的变系数增量式PID算法进一步控制PID调节器实现第一CO₂浓度趋近于预设合格输出CO₂浓度值；

具体用于根据低温甲醇洗过程碳浓度的物料平衡关系获取贫甲醇流量，得到单位周期所需的贫甲醇流量为：

ΔF_贫甲醇＝K₁*(ΔF_原料气*ΔC_{COH2原料气}-ΔF_有*ΔC_{COH2净化气})/ΔP_T+K₂；

其中，ΔF_原料气为单位周期的原料气流量变化量、ΔC_{COH2原料气}为单位周期原料气的原始CO₂浓度变化值、ΔF_净化气为单位周期净化气的流量变化量、ΔC_{COH2净化气}为单位周期净化气的第一CO₂浓度变化值、ΔP_T为一个单位周期一个单位周期内的溶解度变化量，K₁为第一前馈校正系数，K₂为第二前馈校正系数；K₁、K₂为常量。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1.基于变系数增量式PID算法，PID控制参数可以根据净化气中CO₂浓度变化趋势和/或变化量做出相应自适应调整，从而有效降低超调量，实现净化气中第一CO₂浓度浓度值趋近于预设合格输出CO₂浓度值，保证下游合成反应器的安全平稳运行。

2.基于影响低温甲醇洗过程CO₂含量出现波动的核心影响因素考虑，建立机理模型，并将该模型与变系数增量式PID算法相结合，组成具有前馈补偿的自适应PID调节器，可以消除程CO₂含量出现波动出现的干扰，具有超前控制效果。

3.本申请对对整个低温甲醇洗工艺流程无需进行改造，投资成本小，安全系数高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1根据本发明的实施例示出了一种煤制甲醇的净化气输出工艺流程示意图；

图2根据本发明的实施例示出了一种低温甲醇洗过程控制CO₂浓度的控制方法流程图；

图3根据本发明的实施例示出了一种低温甲醇洗过程控制CO₂浓度的控制系统示意图；

图4根据本发明的实施例示出了一种低温甲醇洗过程控制CO₂浓度的控制原理示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

基于对低温甲醇洗CO₂浓度控制方法的认识，以下将对应用低温甲醇洗实现净化气中CO₂浓度控制方法进行说明。

具体地如图1，根据本申请的实施例示出了一种煤制甲醇的净化气输出工艺流程示意图，气化工段产生的水煤气主要成分为CO、H₂ O和COS，产生的水煤气分两部分，其中一部分进入变换炉进行变换反应，变换后的主要气体成分为CO₂、H₂、H₂S并与另外一部分未变换气体进行混合调配，得到CO含量、氢碳比达标的原料气进入低温甲醇洗过程，利用低温的贫甲醇一步脱除酸性气体组分，主要是CO₂、H₂S/COS气体组分。在原料气进入低温甲醇洗之前为满足氢碳比达标，会实时调配变换气和未变换气流量，使得原料气流量发生变化，使得进入低温甲醇洗的原料气中CO₂浓度变化，进而使得低温甲醇洗出口的净化气中CO₂浓度造成产生变化，通常通过调整进入低温甲醇洗洗涤塔内的贫甲醇流量控制出口净化气中CO₂浓度值。

在本实施例中，为了维持净化气中CO₂浓度值需要实时调整进入低温甲醇洗洗涤塔内的贫甲醇流量内的贫甲醇流量，进一步地，可以采用变系数增量式PID控制算法实现。

具体地，如图2，根据本申请的实施例示出了一种低温甲醇洗过程控制CO₂浓度的控制方法流程图，包括：

步骤10：预设有多个作用控制区间，每个所述作用控制区间对应预设基准CO₂浓度区间值。可以理解的是，预设PID调节器存在对应的三个控制参数调整的N个作用控制区间，N为正整数。

具体地，每个所述作用控制区间对应的所述CO₂浓度范围的区间值均相等，间隔为所述预设基准CO₂浓度区间值，预设PID调节器的N个作用控制区间中的每个作用控制区间长度等间隔划分，每一间隔的长度值为α；其中，α为预设基准CO₂浓度区间值。

步骤20：获取原料气经低温甲醇洗后输出的净化气中的CO₂浓度，记录为第一CO₂气体浓度。

具体地，第一CO₂气体浓度的值受输入的原料气的流量、组分、低温甲醇洗洗涤塔中温度变化等因素影响，在整个低温甲醇洗过程中动态变化。

步骤30：根据所述第一CO₂气体浓度的变化情况获取对应的所述作用控制区间。

进一步地，获取对应的作用控制区间包括获取单位周期的第一CO₂浓度与预设合格输出CO₂浓度值的差值的绝对值e，根据e与作用控制区间的各个端点数值的比较结果获取对应的作用控制区间。

具体地，预设PID调节器的N个作用控制区间的等间隔设置，每一个间隔均为α，在查找绝对值e的数值应该可以与α的任意倍数nα进行比较，每一个处于nα与(n+1)α的间隔距离，都可以作为可变参数的变化依据，且n值越大代表第一浓度值与预设合格输出CO₂浓度值的偏差越大，此时PID调节器的调节能力越强。

步骤40：根据对应的作用控制区间，采用变系数增量式PID算法持续调整第一贫甲醇溶液的输入流量，调节第一CO₂浓度趋近于预设合格输出CO₂浓度值；其中，第一贫甲醇溶液为低温甲醇洗过程输入洗涤塔的贫甲醇溶液。

进一步地，变系数增量式PID算法基于增量式PID算法，将增量式PID算法中的Kp常量系数、Ki常量系数和Kd常量系数对应设置为Kp(t)变量系数、Ki(t)变量系数和Kd(t)变量系数，进行PID计算；

其中，Kp(t)为控制器的比例变量系数，Ki(t)为控制器的积分变量系数，Kd(t)为控制器的微分变量系数，Kp为控制器的比例系数，Ki为控制器的积分系数，Kd为控制器的微分系数；Kp、Ki、Kd为常数。

进一步地，变系数增量式PID算法，包括：

在输入Kp(t)、Ki(t)和Kd(t)变量函数时，将比例偏差[p(t)-p(t-1)]的数值作为增量式PID算法的比例系数因子，将积分偏差[p(t)-s(t)]的数值作为增量式PID算法的积分系数因子，将微分偏差[p(t)-2×p(t-1)+p(t-2)]的数值作为增量式PID算法的微分系数因子，进行PID运算；

进一步地，可以Kp(t)、Ki(t)将按照其自身数值的一定比例进行调节，例如Kp(t)、Ki(t)分别设置输入对应数值的1/100，以实现更为精准的控制；

具体地，PID运算可以为：

其中，p(t)、s(t)为控制器的输入；p为第一CO₂浓度实际测量值，s为预设合格输出CO2浓度值。

具体地，输入Kp(t)、Ki(t)和Kd(t)变量函数包括：

在e≤α即不超过一个作用控制区间间隔范围的情况下，

设置Kp(t)＝Kp，Ki(t)＝0，Kd(t)＝0；此时PID调节器判断第一CO₂浓度在预设基准CO₂浓度区间值内，此时只需要针对CO₂浓度的变化趋势进行调节，因此只需要控制器输出一定的比例系数即可，此时Kp(t)＝Kp为常量无需进行自适应变化。

在α＜e≤2α即不超过两个作用控制区间间隔范围的情况下，

设置Kp(t)＝(1+α)²Kp，Ki(t)＝Ki；Kd(t)＝0；此时PID调节器判断第一CO₂浓度在偏离预设基准CO₂浓度区间值内，但偏离程度较小，此时需要增加积分作用来将第一CO₂浓度控制在预设基准CO₂浓度区间值，因此此时PID调节器需要同时输出比例和积分系数，此时Kp(t)将以(1+α)²Kp函数的形式，而Ki(t)＝Ki以常量的形式，共同作用控制第一CO₂浓度控制在预设基准CO₂浓度区间值内。

在2α＜e≤3α即不超过三个作用控制区间间隔范围的情况下，

设置Kp(t)＝(1+2α)²Kp，Ki(t)＝(1+α)²Ki；Kd(t)＝Kd；此时PID调节器判断第一CO₂浓度在加速偏离预设基准CO₂浓度区间值，此时不但需要比例和积分系数还需要增加积分系数来将第一CO₂浓度控制在预设基准CO₂浓度区间值，因此此时PID调节器需要同时输出比例积分微分系数，此时Kp(t)将以(1+2α)²Kp函数的形式，而Ki(t)＝(1+α)²Ki、Kd(t)＝Kd以常量的形式，共同作用控制第一CO₂浓度控制在预设基准CO2浓度区间值内。

在3α＜e即超过三个作用控制区间间隔范围的情况下，

设置Kp(t)＝(1+(N-1)α)²Kp，Ki(t)＝(1+(N-2)α)²Ki；Kd(t)＝1+(N-3)α)²Kd，此时PID调节器判断第一CO₂浓度在完全加速偏离预设基准CO₂浓度区间值，此时需要更强的比例和积分及积分系数来将第一CO₂浓度控制在预设基准CO₂浓度区间值，因此此时PID调节器需要同时输出比例积分微分系数，此时Kp(t)将以(1+(N-1)α)²Kp函数的形式，而Ki(t)＝(1+(N-2)α)²Ki、Kd(t)＝(1+(N-3)α)²Kd以常量的形式，共同作用控制第一CO₂浓度控制在预设基准CO₂浓度区间值内，各控控制器参数变化按照该规律不变实现控制第一CO₂浓度控制在预设基准CO₂浓度区间值内。

在本申请的一些实施例中，还提供了一种包括前馈补偿的变系数增量式PID算法进一步控制PID调节器的方法，获取单位周期内溶解于低温甲醇洗洗涤塔内的第二贫甲醇溶液的CO₂浓度，记录为第二CO₂浓度，获取第二CO₂浓度生成所需的贫甲醇流量ΔF_贫甲醇作为PID调节器的前馈补偿；

具体地，获取形成第二CO₂浓度所需的贫甲醇流量ΔF_贫甲醇包括：根据低温甲醇洗过程碳浓度的物料平衡关系获取贫甲醇流量，得到单位周期所需的贫甲醇流量为：

ΔF_贫甲醇＝K₁*(ΔF_原料气*ΔC_CO2原料气-ΔF_净化气*ΔC_CO2净化气)/ΔP_T+K₂；

其中，ΔF_原料气为单位周期的原料气流量变化量、ΔC_CO2原料气为单位周期原料气的原始CO₂浓度变化值、ΔF_净化气为单位周期净化气的流量变化量、ΔC_CO2净化气为单位周期净化气的第一CO₂浓度变化值、ΔP_T为单位周期的溶解度变化量，K₁为第一前馈校正系数，K₂为第二前馈校正系数；K₁、K₂为常量。

具体地，单位周期的变化量可以通过相邻周期的差值获得，

ΔF_洗涤气＝F_(t)原料气-F_{(t-1)原料气}

ΔC_CO2原料气＝C_{(t)CO2原料气}-C_{(t-1)CO2原料气}

ΔF_有＝F’_(t)-F’_有

ΔC_CO2有＝C_{(t)CO2净化气}-C_{(t-1)CO2净化气}

ΔP_T＝P_(t)T-P_(t-1)T

具体地，表1示出了-40℃(233K)时各种气体在甲醇中的相对溶解度：

表1 -40℃(233K)时各种气体在甲醇中的相对溶解度

通过获取进低温甲醇洗洗涤塔贫甲醇温度，查表获得不同温度下CO₂在甲醇中的相对溶解度。

通过基于低温甲醇洗CO₂含量机理模型ΔF_贫甲醇包括计算进入洗涤塔的原料气流量变化量，原料气组分变化量，进洗涤塔内贫甲醇温度变化造成的CO₂溶解度变化形成的所需贫甲醇流量的变化。

具体地，采用包括前馈补偿的变系数增量式PID算法进一步控制PID调节器实现第一CO₂浓度趋近于预设合格输出CO₂浓度值。

在本申请另一实施例，图3示出了一种低温甲醇洗过程控制CO₂浓度的控制系统，应用于上述实施例中所涉及的CO₂浓度方法中，包括

控制参数预设单元1：预设有多个作用控制区间，每个所述作用控制区间对应预设基准CO₂浓度区间值。其中，预设PID调节器存在对应的三个控制参数调整的N个作用控制区间，N为正整数；

记录单元2：用于获取原料气经低温甲醇洗后输出的净化气中的CO₂浓度，记录为第一CO₂气体浓度；

获取单元3：用于根据第一CO₂气体浓度的变化情况获取对应的作用控制区间；

调整单元4：用于作用控制区间采用变系数增量式PID算法持续调整第一贫甲醇溶液的输入流量，实现第一CO₂浓度趋近于预设合格输出CO₂浓度值；

其中，第一贫甲醇溶液为低温甲醇洗过程输入洗涤塔的贫甲醇溶液。

进一步地，调整单元4还包括前馈补偿子单元41，用于获取单位周期内溶解于低温甲醇洗洗涤塔内的第二贫甲醇溶液的CO₂浓度，记录为第二CO₂浓度，获取第二CO₂浓度生成所需的贫甲醇流量ΔF_贫甲醇作为PID调节器的前馈补偿；

采用包括前馈补偿的变系数增量式PID算法进一步控制PID调节器实现第一CO₂浓度趋近于预设合格输出CO₂浓度值；

具体用于根据低温甲醇洗过程碳浓度的物料平衡关系获取贫甲醇流量，得到单位周期所需的贫甲醇流量为：

ΔF_贫甲醇＝K₁*(ΔF_原料气*ΔC_{COH2原料气}-ΔF_有*ΔC_{COH2净化气})/ΔP_T+K₂；

其中，ΔF_原料气为单位周期的原料气流量变化量、ΔC_{COH2原料气}为单位周期原料气的原始CO₂浓度变化值、ΔF_净化气为单位周期净化气的流量变化量、ΔC_{COH2净化气}为单位周期净化气的第一CO₂浓度变化值、ΔP_T为一个单位周期一个单位周期内的溶解度变化量，K₁为第一前馈校正系数，K₂为第二前馈校正系数；K₁、K₂为常量。

根据本申请的一些实施例，图4示出了一种低温甲醇洗过程控制CO₂浓度的控制原理示意图，经低温甲醇洗输出的净化气中C_CO2净化气的浓度由存在前馈补偿ΔF_{贫甲醇_机理}的变系数增量式PID调节器进行控制，具体控制方法如前述一种低温甲醇洗过程控制CO₂浓度的控制方法，其中前馈补偿由基于吸收机理模型所需贫甲醇的流量变化量ΔF_{贫甲醇_机理}构成；实现变系数增量式PID调节器参数自适应加上基于吸收机理所需贫甲醇量变化量作为前馈的基于机理建模的计算方法，动态调整第一CO₂，同时尽可能消除由于外界干扰因素。

于上述实施例中，变系数增量式PID调节器参数通过采用ΔF_{贫甲醇_机理}作为前馈补偿，尽可能消除由于外界干扰因素。其中，基于吸收机理所需贫甲醇的流量变化量ΔF_{贫甲醇_机理}可以包括例如低温甲醇洗过程贫甲醇溶液温度变化量ΔT得到对应溶解度变化量导致所需贫甲醇的流量变化量ΔF_{1贫甲醇_机理}、由于原料气流量变化量ΔF_原料气变化导致所需贫甲醇的流量变化量ΔF_{2贫甲醇_机理}以及由于原料气组分变化量ΔC_CO2原料气导致所需贫甲醇的流量变化量ΔF_{3贫甲醇_机理}。

综上所述，本发明至少具有如下的有益效果：

1.基于变系数增量式PID算法，PID控制参数可以根据净化气中CO₂浓度变化趋势和/或变化量做出相应自适应调整，从而有效降低超调量，实现净化气中CO₂浓度浓度值趋近于预设合格CO₂浓度值，保证下游合成反应器的安全平稳运行。

2.基于影响低温甲醇洗过程CO₂含量出现波动的核心影响因素考虑，建立机理模型，并将该模型与变系数增量式PID算法相结合，组成具有前馈补偿的自适应PID调节器，可以消除CO₂含量出现波动出现的干扰，具有超前控制效果。

3.本申请对对整个低温甲醇洗工艺流程无需进行改造，投资成本小，安全系数高。

根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

本申请涉及的计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理单元，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理单元执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种低温甲醇洗过程CO₂浓度的控制方法，其特征在于，预设有多个作用控制区间，每个所述作用控制区间对应预设基准CO₂浓度区间值；

所述的方法包括：

获取原料气经所述低温甲醇洗后输出的净化气中的CO₂浓度，记录为第一CO₂气体浓度；

根据所述第一CO₂气体浓度的变化情况获取对应的所述作用控制区间；

根据对应的所述作用控制区间，采用变系数增量式PID算法持续调整第一贫甲醇溶液的输入流量，调节所述第一CO₂浓度趋近于预设合格输出CO₂浓度值；

其中，所述第一贫甲醇溶液为低温甲醇洗过程输入洗涤塔的贫甲醇溶液。

2.根据权利要求1所述的一种低温甲醇洗过程CO₂浓度的控制方法，其特征在于，每个所述作用控制区间对应的所述CO₂浓度范围的区间值均相等，间隔为所述预设基准CO₂浓度区间值。

3.根据权利要求2所述的一种低温甲醇洗过程CO₂浓度的控制方法，其特征在于，获取对应的所述作用控制区间包括：

获取单位周期的所述第一CO₂气体浓度与预设合格输出CO₂浓度值的差值的绝对值；

根据获取的所述绝对值与所述作用控制区间的各个端点数值的比较结果调用对应的所述作用控制区间。

4.根据权利要求1所述的一种低温甲醇洗过程CO₂浓度的控制方法，其特征在于，所述变系数增量式PID算法基于增量式PID算法，将所述增量式PID算法中的Kp常量系数、Ki常量系数和Kd常量系数对应设置为Kp(t)变量系数、Ki(t)变量系数和Kd(t)变量系数，进行PID计算；

其中，Kp(t)为控制器的比例变量系数，Ki(t)为控制器的积分变量系数，Kd(t)为控制器的微分变量系数，Kp为控制器的比例系数，Ki为控制器的积分系数，Kd为控制器的微分系数；Kp、Ki、Kd为常数。

5.根据权利要求4所述的一种低温甲醇洗过程CO₂浓度的控制方法，其特征在于，所述变系数增量式PID算法，包括：

在输入Kp(t)、Ki(t)和Kd(t)变量函数时，将比例偏差[p(t)-p(t-1)]的数值作为所述增量式PID算法的比例系数因子，将积分偏差[p(t)-s(t)]的数值作为所述增量式PID算法的积分系数因子，将微分偏差[p(t)-2×p(t-1)+p(t-2)]的数值作为所述增量式PID算法的微分系数因子，进行PID运算；

其中，p(t)、s(t)为控制器的输入；p为所述第一CO₂浓度实际测量值，s为所述预设合格输出CO₂浓度值。

6.根据权利要求5所述的一种低温甲醇洗过程CO₂浓度的控制方法，其特征在于，输入Kp(t)、Ki(t)和Kd(t)变量函数包括：

在e≤α即不超过一个所述作用控制区间间隔范围的情况下，

设置所述Kp(t)＝Kp，Ki(t)＝0，Kd(t)＝0；

在α＜e≤2α即不超过两个所述作用控制区间间隔范围的情况下，

设置Kp(t)＝(1+α)²Kp，Ki(t)＝Ki；Kd(t)＝0；

在2α＜e≤3α即不超过三个所述作用控制区间间隔范围的情况下，

设置Kp(t)＝(1+2α)²Kp，Ki(t)＝(1+α)²Ki；Kd(t)＝Kd；

在3α＜e即超过三个所述作用控制区间间隔范围的情况下，

设置Kp(t)＝(1+(N-1)α)²Kp，Ki(t)＝(1+(N-2)α)²Ki；Kd(t)＝1+(N-3)α)²Kd其中，e为单位周期的所述第一CO₂气体浓度与预设合格输出CO₂浓度值的差值的绝对值；α为所述预设基准CO₂浓度区间值；N为预设作用控制区间数量，N为正整数。

7.根据权利要求1所述的一种低温甲醇洗CO₂浓度的控制方法，其特征在于，所述的方法还包括：

获取单位周期内溶解于所述低温甲醇洗洗涤塔内的第二贫甲醇溶液的CO₂浓度，记录为第二CO₂浓度，获取所述第二CO₂浓度生成所需的贫甲醇流量ΔF_贫甲醇作为所述PID调节器的前馈补偿；

采用包括所述前馈补偿的所述变系数增量式PID算法进一步控制所述PID调节器实现所述第一CO₂浓度趋近于所述预设合格输出CO₂浓度值。

8.根据权利要求7所述的一种低温甲醇洗CO₂浓度的控制方法，其特征在于，获取形成所述第二CO₂浓度所需的贫甲醇流量ΔF_贫甲醇包括：

根据所述低温甲醇洗过程碳浓度的物料平衡关系获取所述贫甲醇流量，得到单位周期所需的所述贫甲醇流量为：

ΔF_贫甲醇＝K₁*(ΔF_原料气*ΔC_CO2原料气-ΔF_净化气*ΔC_CO2净化气)/ΔP_T+K₂

其中，ΔF_原料气为单位周期的所述原料气流量变化量、ΔC_CO2原料气为单位周期所述原料气的原始CO₂浓度变化值、ΔF_净化气为单位周期所述净化气的流量变化量、ΔC_CO2净化气为单位周期所述净化气的所述第一CO₂浓度变化值、ΔP_T为一个单位周期一个单位周期内的溶解度变化量，K₁为第一前馈校正系数，K₂为第二前馈校正系数；K₁、K₂为常量。

9.一种低温甲醇洗过程CO₂浓度的控制系统，其特征在于，所述系统包括：

控制参数预设单元：预设有多个作用控制区间，每个所述作用控制区间对应预设基准CO₂浓度区间值；

记录单元：用于获取原料气经所述低温甲醇洗后输出的净化气中的CO₂浓度，记录为第一CO₂气体浓度；

查询调用单元：用于根据所述第一CO₂气体浓度的变化情况调用所述作用控制区间；

调整单元：用于所述作用控制区间采用变系数增量式PID算法持续调整第一贫甲醇溶液的输入流量，实现所述第一CO₂浓度趋近于预设合格输出CO₂浓度值；

其中，所述第一贫甲醇溶液为低温甲醇洗过程输入洗涤塔的贫甲醇溶液。

10.根据权利要求9所述的一种低温甲醇洗过程CO₂浓度的控制系统，其特征在于，所述调整单元还包括前馈补偿子单元，用于获取单位周期内溶解于所述低温甲醇洗洗涤塔内的第二贫甲醇溶液的CO₂浓度，记录为第二CO₂浓度，获取所述第二CO₂浓度生成所需的贫甲醇流量ΔF_贫甲醇作为所述PID调节器的前馈补偿；

采用包括所述前馈补偿的所述变系数增量式PID算法进一步控制所述PID调节器实现所述第一CO₂浓度趋近于所述预设合格输出CO₂浓度值；

具体用于根据所述低温甲醇洗过程碳浓度的物料平衡关系获取所述贫甲醇流量，得到单位周期所需的所述贫甲醇流量为：

ΔF_贫甲醇＝K₁*(ΔF_原料气*ΔC_CO2原料气-ΔF_有*ΔC_CO2净化气)/ΔP_T+K₂

其中，ΔF_原料气为单位周期的所述原料气流量变化量、ΔC_{COH2原料气}为单位周期所述原料气的原始CO₂浓度变化值、ΔF_净化气为单位周期所述净化气的流量变化量、ΔC_CO2净化气为单位周期所述净化气的所述第一CO₂浓度变化值、ΔP_T为一个单位周期一个单位周期内的溶解度变化量，K₁为第一前馈校正系数，K₂为第二前馈校正系数；K₁、K₂为常量。

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