DD298417A5 - Prozessregelungssystem fuer die herstellung von russ - Google Patents

Abstract

Ein Ruszherstellungsprozeszregelsystem miszt in bestimmten zeitlichen Abstaenden bei in Betrieb befindlichem Ruszreaktor Eingangsgroeszen wie den Beschickungsgutdurchsatz, die Beschickungsgutqualitaet, den Verbrennungsluftdurchsatz, die Luftfeuchtigkeit, die Lufttemperatur, den Brennstoffdurchsatz, die Brennstoffguete und/oder den Kaliumhilfsloesungsdurchsatz. Dann werden in bestimmten zeitlichen Abstaenden eine oder mehrere Ruszausgangsgroeszen wie die Iodzahl und/oder der Dibutylphthalat-Wert entsprechend einem auf den Werten der gemessenen Eingangsgroeszen basierenden Vorhersage-Algorithmus vorhergesagt. Dann werden die vorhergesagten Werte der Ausgangsgroeszen wie Iodzahl und/oder Dibutylphthalat-Wert in bestimmten zeitlichen Abstaenden gemittelt. Auf der Grundlage der Mittelwerte der vorhergesagten Ausgangsgroesze werden dann eine oder mehrere Eingangsgroeszen reguliert, um Zielwerte der vorhergesagten Ausgangsgroesze zu erhalten und so Rusz in einer im wesentlichen bestaendigen Qualitaet zu erhalten. Anhand von in bestimmten zeitlichen Abstaenden bei in Betrieb befindlichem Ruszreaktor entnommenen Proben des produzierten Ruszes erfolgt gleichfalls eine Labormessung der vorhergesagten Ausgangsgroeszen. Auf der Grundlage sowohl der vorhergesagten als auch der gemessenen Werte der Ausgangsgroeszen wird dann der Vorhersage-Algorithmus angepaszt, um die Genauigkeit der Vorhersage der Ausgangsgroesze zu verbessern und so Rusz in einer im wesentlichen bestaendigen Qualitaet herzustellen.

Description

In einsr weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird der zumindest eine Algorithmus während der Ruß-Probeentnahme unter Benutzung eines gewichteten Mittels der Fehlervarianz der vorhergesagten Werte der Ruß-Ausgangsgröße sowie unter Benutzung der Fehlervarianz des Meßwertes dieser Ausgangsgröße angepaßt. Dieser zumindest eine Algorithmus wird weiterhin durch Ver vendung zumindest eines zweiten Algorithmus zur Ermittlung eines optimalen Schätzwertes der Ausgangsgröße angepaßt. Der optimale Schätzwert der Ausgangsgröße basiert während des Probeantnahmezeitraumes auf dem gewichteten Mittel der Fehlervarianzen und der Differenz zwischen dem Meßwert der Ausgangsgröße und dem Mittelwert der vorhergesagten Ausgangsgröße.

Die vorliegende Erfindung dient gleichfalls der Schaffung einer Vorrichtung zur Steuerung der Ruß-Produktion in einem Ruß-Reaktor. Die Vorrichtung umfaßt eine Meßvorrichtung zur in bestimmten zeitlichen Abständen bei in Betrieb befindlichem Reaktor erfolgenden Messung von zumindest einer bei der Ruß-Produktion verwendeten Eingangsgröße. An die Meßvorrichtung wird eine Rechenvorrichtung angeschlossen, die der in bestimmten zeitlichen Abständen erfolgenden Vorhersage von zumindest einer Ruß-Ausgangsgröße dient, und zwar entsprechend zumindest einem Algorithmus, der die zumindest eine während des Zeitabschnitts gemessene Eingangsgröße verwendet. Die Rechenvorrichtung ermittelt weiterhin in Mittelungsintervallen einen Mittelwert dieser zumindest einen vorhergesagten Ausgangsgröße für diese Zeitabspanne. Die Vorrichtung umfaßt weiter eine an die Rechenvorrichtung angeschlossene Reguliervorrichtung zur in bestimmten zeitlichen Abständen gemäß einem Bereinigungs-Algorithmus erfolgenden Regulierung dieser zumindest einen Ruß-Eingangsgröße. Die Regulierung basiert auf der während des Mittelungsintervalls vorherrschenden Differenz zwischen dem Mittelwert der zumindest einen vorhergesagten Ausgangsgröße und einem Zielwen Jieser Ausgangsgröße, wobei das Ziel darin besteht, diesen Zielwert bei ir: Betrieb befindlichem Reaktor zu erreichen, um so Ruß in einer im wesentlichen beständigen Qualität zu erzeugen.

In einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung umfaßt die Vorrichtung weiter eine Probeentnahmevorrichtung zur in bestimmten zeitlichen Abständen bei in Betrieb befindlichem Reaktor erfolgenden Entnahme von Proben des produzierten Rußes, so daß eine Labormessung der zumindest einen Ausgangsgröße erfolgen kann. Zum Zwecke der Anpassung des zumindest einen Algorithmus unter Verwendung des Meßwertes der zumindest einen Ausgangsgröße mit dem Ziel, eine exaktere Vorhersage dieser Ausgangsgröße treffen zu können, spricht die Rechenvorrichtung auf den Meßwert dieser zumindest einen Ausgangsgröße an.

Aus diesem Grunde gleichen die Methode und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung Änderungen der Eingangsgrößen und weiterer physischer Parameter des Rußherstellungssystems bei in Betrieb befindlichem Reaktor aus, so daß Ruß in einer im wesentlichen beständigen Qualität produziert werden kann. Durch die in bestimmten zeitlichen Abständen erfolgende Messung zumindest einer Eingangsgröße, die in bestimmten zeitlichen Abständen getroffene Vorhersage zumindest einer Ausgangsgröße mit Hilfe eines Algorithmus unter Verwendung dieser zumindest einen Eingangsgröße, die in Mittelungsintervallen vorgenommene Mittelung der vorhergesagten Ausgangsgrößen und durch die sich anschließende, in bestimmten zeitlichen Abständen erfolgende Regulierung der zumindest einen Eingangsgröße unter Nutzung des mittleren vorhergesagten Wertes der Ausgangsgröße wird mit Hilfe des der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Verfahrens und mit Hilfe der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Vorrichtung Ruß in einer im wesentlichen beständigen Qualität produziert. Ähnlich ist es mit Hilfe des der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Verfahrens und mit Hilfe der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Vorrichtung durch die in bestimmten zeitlichen Abständen erfolgende Entnahme von Proben des produzierten Rußes, durch die anhand des entnommenen Rußes vorgenommene Messung der zumindest einen Ausgangsgröße und durch die unter Nutzung dieses Meßwertes vorgenommene Anpassung des zumindest einen Algorithmus möglich, eine exaktere Vorhersage der Ausgangsgröße zu treffen und so weiterhin Ruß in einer im wesentlichen beständigen Qualität zu produzieren.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden näheren Beschreibung und den entsprechenden Zeichnungen hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Fig. 1: zeigt das Schema einer Ausführung eines Reaktors zur Ruß-Erzeugung im Furnace-Verfahren, bei dem das

Prozeßregelsystem der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Fig. 2: zeigt da3 Schema der gerätetechnischen Bestandteile des der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden

Prozeßregelsystems

Fig. 3: ist ein Flußdiagramm, das den Grundgedanken der Arbeitsweise des der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden

Prozeßregelsystems zur Überwachung der lodzahl (IZ) und/oder des Dibutylphthalat-Wertes (DBP-Wertes) zeigt. Fig.4: ist ein Flußdiagramm, das erfindungsgemäß den Grundgedanken der Arbeitsweise des in Fig.2 dargestellten verteilten

Steuersystems bei der Vorhersage der IZ und des DBP-Wertes zeigt

Fig. 5: ist ein Flußdiagramm, das erfindungsgemäß den Grundgedanken der Arbeitsweise des in Fig. 2 dargestellten verteilten

Steuersystems zwecks Regulierung des Beschickungsg'ut-Durchsatzes und des Kaliumhilfslösungsdurchsatzeszur

Erreichung der Ziel-IZ bzw. des Ziel-DBP-Wertes zeigt

Fig. 6: ist ein Schema eines erfindungsgemäß mit dem Ziel der Erreichung der Ziel-IZ bzw. des Ziel-DBP-Wertes zur Regulierung

des neuen Beschickungsgut-Durchsatzes und des neuen Kaliumhilfslösungsdurchsatzes angewandten PID-Algorithmus. Fig.7: ist ein Flußdiagramm, das erfindungsgemäß den Grundgedanken der Arbeitsweise des in Fig. 2 dargestelltenSystemreglers zur Anpassung des IZ-Algorithmus und des DBP-A!gorithmus am Ende eines jeden Ruß-Probeentnahmezyklus zeigt.

Ausführliche Beschreibung

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Ruß-Prozeßregelsystem gleicht die in einem Ruß-Reaktor auftretenden Veränderungen der physikalischen Parameter durch die Regulierung einer oder mehrerer Eingangsgi ößen aus, so daß eine Steuerung einer oder mehrerer Ausgangsgrößen des Prozesses erfolgt und somit Ruß in einer im wesentlichen beständigen Qualität produziert wird. Die derart gesteuerten Ausgangsgrößen des Rußes sind beispielsweise die lodzahl (IZ) und/oder der Dibutylphthalat-Wert (DBP-Wert).

Fig. 1 zeigt das Schema einer Ausführung eines Reaktors zur Ruß-Erzeugung im Furnace-Verfahren, bei dem das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Prozeßregelsystem eingesetzt werden kann. Bei dem dargestellten Ruß -Reaktor handelt es sich um einen Dreistufenreaktor mit einer Brennerzone, einer Beschickungsgut-Einspeisezone und einer Reaktorzone. An dieser Stelle ist jedoch anzumerkon, daß das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Prozeßregelsystem bei jedem anderen Ruß-Reaktortyp oder -Prozeß, bei dem Kohlenwasserstoff-Boschickungsgut mit heißen Verbrennungsgasen zur Erzeugung von partikulären Ruß enthaltenden Verbrennungsprodukten pyrolysiert wird, angewandt werden kann. In der in Fig. 1 dargestellten Brennzone des Reaktors wird ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff mit einem geeigneten Oxydationsmittel -vorzugsweise Luft - zwecks Erzeugung heißer Verbrennungsgase zur Reaktion gebracht. Die entstehenden Verbrennungsgase werden am unteren Teil der Brunnzone freigesetzt und so geleitet, daß sie mit hoher Geschwindigkeit die Beschickungsgut-Einspeisezone durchströmen. Ein entweder in gasförmiger, dampfförmiger oder flüssiger Form vorliegendes Kohlenwasserstoff-Beschickungsgut, bei dem es sich um denselben oder um einen anderen Stoff wie den zur Erzeugung des Verbrennungsgasstromes eingesetzten Brennstoff handeln kann, wird in der Beschickungsgut-Einspeisezone in den Verbrennungsgasstrom eingespeist, wobei es zur Pyrolyse oder thermischen Zersetzung des Kohlenwasserstoff-Beschickungsgutes kommt. Das Reaktionsgemisch aus Beschickungsgut und Verbrennungsgasen wird dann in die Reaktorzone abgegeben, wo die Rußbildung abgeschlossen wird. Das Reaktionsgemisch wird dann mit einer geeigneten Flüssigkeitgewöhnlich Wasser- am Ende der Reaktorzone gelöscht, um die Rußpartikel bildende Reaktion abzubrechen. Das Reaktionsgemisch wird dann weiter abgekühlt, und die festen Rußpartikel werden entsprechend einer den auf diesem Gebiet tätigen Fachleuten bekannten Art und Weise gesammelt.

Fig. 1 zeigt gleichfalls ein Schema der Eingangsgrößen, die durch das der Erfindung zugrunde liegende Carbon-Black-Prozeßregelsystem analysiert werden. Jede der Eingangsgrößen wird vor Einspeisung in die Brennerzone oder in die Beschickungsgut-Einspeisezone gemessen. Zu den Eingangsgrößen gehören der Beschickungsgut-Durchsatz, der Brennstoffdurchsatz, die Luftströmungsgeschwindigkeit, die Luftvorwärmtemperatur, die Luftfeuchtigkeit, die Qualität des Gases oder die Güte des anderen, an Stelle von Gas eingesetzten Brennstoffs für die erste Stufe, die Beschickungsgut-Qualität und/oder der Kaliumhilfslösungsdurchsatz. Gewöhnlich können nur einige der Eingangsgrößen exakt gesteuert werden, um eine oder mehrere Ausgangsgrößen des Rußes wie die IZ und/oder den DBP-Wert zu beeinflussen. Zu den normalerweise gesteuerten Eingangsgrößen gehören der Beschickungsgut-Durchsatz, der Brennstoffdurchsatz, die Luftströmungsgeschwindigkeit und/oder der Kaliumhilfslösungsdurchsatz.

In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird durch das Prozeßregelsystem eine vorhergesagte lodzahl d2N0.pl in bestimmten Abständen, z. B. alle 1 bis 10s, berechnet. Die vorhergesagten lodzahlen werden durch einen Algorithmus berechnet, der teilweise auf empirischen Testergebnissen für eine gegebene Ruß-Reaktor-Geometrie, bei der das Prozeßregelsystem angewandt wird, beruht. Die vorhergesagten lodzahlen werden dann über bestimmte Zeitabstände hinweg, z. B. alle 2 min, gemittelt (Ι₂Νο._Ανο). Auf der Grundlage der mittleren vorhergesagten lodzahlen wird eine gesteuerte Eingangsgröße wie beispielsweise der Beschickungsgut-Durchsatz automatisch zwecks Erreichung der Ziel-Iodzahl (IiNo.qoal) angepaßt. Ungeachtet der Veränderungen der meßbaren Eingangsgrößen des Rußreaktors wie der Luftfeuchtigkeit und/oder der Veränderungen der berechneten Eingangsgrößen wie der Brennstoffgüte kann so Ruß von im wesentlichen beständiger Qualität erzeugt werden.

Entsprechend eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird das Prozeßregelsystem bei einem Dreistufenreaktor, so wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, angewandt. Bei dem im Beispiel benutzten Reaktor wird als Beschickungsgut kohlenwasserstoffhaltiges Öl und als Brennstoff Erdgas verwendet. Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Prozeßregelsystem kann genauso gut bei einem von seiner Geometrie her anderen Reaktortyp sowie bei einer anderen Art von Beschickungsgut und/oder Brennstoff angewandt werden. Die vorhergesagten lodzahlen (^No.p) können entsprechend dem nachstehenden IZ-Algorithmus berechnet werden:

IjNo.p = KCxOAC + KPxPC + KAxAIR + KTxCAT + KHxAH + KO. (I)

Die Algorithmus-Konstanten werden empirisch für gegebene Rußreaktor-Geometrien bestimmt. Beispielsweise können sich die Algorithmus-Konstanten für einen Dreistufenreaktor wertmäßig von den Algorithmus-Konstanten für einen Zweistufenreaktor (nicht dargestellt) unterscheiden. Die Algorithmus-Konstanten werden wie folgt definiert:

KC - Gesamtverbrennungskonstante KP - Primärverbrennungskonstante KA - Luftströmungsgeschwindigkeitskonstante KT - Luftvorwärmtemperaturkonstante KH - Luftfeuchtigkeitskonstante KO - Schnittpunktkonstante des Systems. Die aufgeschalteten Eingangsgrößen werden wie folgt definiert:

OAC - Gesamtverbrennung (%)

PC - Primärverbrennung (%)

AIR - Verbrennungsluftdurchsatz(KSCFH)

CAT - VerbrennungsluftvorwärmtemperaturfF)

AH - absolute Luftfeuchtigkeit (Ib Wasser/1000 Ig Trockenluft)

Die aufgeschalteten Eingangsgrößen werden mit Hilfe von Meßgeräten durch die bei laufendem Reaktor erfolgende Messung bestimmter Rußreaktor-Eingangsgrößen ermittelt. Unmittelbar bei Messung der entsprchenden Eingangsgrößen werden dip aufgeschalteten Eingangsgrößen auf der Grundlage der nachstehenden Gleichung ermittelt:

Hierbei bezeichnen:

AIR den Verbrennungsluftdurchsatz (KSCFH) (Standard-Kubikiuß pro h, in Tausend); GAS Gasdurchsatz (KSCFH); und

ATBG das Luft-Gas-Brennverhältnis (Standard-Kubikfuß (SCFl Luft/SCF Gas), das den stöchiometrischen Wert der zur vollständigen Verbrennung des entsprechenden Gasvolumens benötigten Luftmenge darstellt.

Wird im Rußreaktor ein nichtgasförmiger Brennstofftyp, beispielsweise ein flüssiger Kohlenwasserstoff-Brennstoff, eingesetzt, dann würde in Gleichung (II) und in den anderen unten beschriebenen, dieses Glied enthaltenden Gleichungen der Durchsatz dieses Brennstoffs an die Stelle des Gasdurchsatzes (GAS) treten. Ähnlich würde das Glied ATBG in denselben Gleichungen durch den stöchiometrischen Wert der zur vollständigen Verbrennung des entsprechenden Volumens des verwendeten Brennstofftyps benötigten Luftmenge ersetzt werden. Ebenso ist es, wenn im Rußreaktor nicht Luft, sondern ein anderes geeignetes Oxydationsmittel eingesetzt wird. In diesem Fall erscheint in Gleichung (II) und in den anderen unten beschriebenen, dieses Glied enthaltenden Gleichungen der Durchsatz dieses Oxydationsmittels an Stelle des Verbrennungsluftdurchsatzes (AIR).

^oac=*¹⁰⁰· ⁽³⁾

Hierbei bezeichnen:

AIR den Verbrennungsluftdurchsatz (KSCFH); GAS den Gasdurchsatz (KSCFH); ATBG das Luft-Gas-Brennverhältnis (SCF Luft/SCF Gas);

OIL den Beschickungsgut-Durchsatz des flüssigen Kohlenwasserstoff-Brennstoffs (Gallonen/h); und ATBO das Luft-Öl-Brennverhältnis (KSCF Luft/Öl [in Gallonen!), das den stöchiometrischen Wert der zur vollständigen Verbrennung der entsprechenden Ölmenge benötigten Luftmenge (wobei der Wert hier normalerweise bei ungefähr 1,54 K SCF/Gal. Öl liegt) darstellt.

Wird im Rußreaktor ein Beschickungsgut verwendet, bei dem es sich nicht um einen flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Stoff, sondern z. B. um ein gasförmiges kohlenwasserstoffhaltiges Beschickungsgut handelt, dann würde in der Gleichung und in den anderen unten beschriebenen, dieses Glied enthaltenden Gleichungen der Durchsatz dieses Beschickungsgutes an Stelle des Durchsatzes des Beschickungsgutes Öl (OIL) erscheinen. Ähnlich würde das Glied ATBO in denselben Gleichungen durch den stöchiometrischen Wert der zur vollständigen Verbrennung des entsprechenden Volumens des anderen verwendeten Beschickungsguttyps benötigten Luftmenge ersetzt werden.

Der Verbrennungsluftdurchsatz (AIR) und der Gasdurchsatz (GAS) werden vor der Einspeisung in die Brennerzone des Rußreaktors prozeßgekoppelt (online) mit Hilfe bekannter Meßgeräte gemessen. Bei den Luft- und Gasmeßgeräten handelt es sich vorzugsweise um mit Meßblenden ausgestattete Ausführungen, die Strömungsdruck- und Strömungstemperaturschwankungen bei der Erzeugung der Durchfiußstromsignale ausgleichen. Das ATBG wird vorzugsweise auf der Grundlage der chemischen Zusammensetzung des Eingangsgases, die durch einen Gaschromatograf (nicht dargestellt) gemessen wird, berech iet. Der Gaschromatograf kann so eingesetzt werden, daß er die Gaszusammensetzung in periodischen Abständen prozeßgekoppelt (online) oder prozeßparallel (offline) bestimmt. Basierend auf den aktuealisierten Daten der Gaszusammensetzung wird der ATBG-Wert entsprechend reguliert. Ähnlich erfolgt auch auf der Grundlage der vom Gaschromatograf angezeigten Gaszusammensetzung die entsprechende Regulierung der vom Gasmesser verwendeten relativen Dichte. Wenn der Gaschromatograf die Gaszusammensetzung online mißt, dann ist er gewöhnlich in der Lage, den ATBG-Wert innerhalb eines Bereiches von mindestens alle 2-10min zu aktualisieren. Der ATBO-Wert andererseits kann gewöhnlich nicht online gemessen und aktualisiert werden. Daher wird der ATBO-Wert vorzugsweise im Labor für jedes einzelne Beschickungsgut oder Beschickungsmischgut gemessen. Der ATBO-Wert könnte beispielsweise vor einem Produktionsablauf oder nur einmal alle paar Monate aktualisiert werden. Der Geschickungsgut-Durchsatz (OIL) wird vorzugsweise mit einem sich an die Coriolis-Ausführung anlehnenden Durchflußmesser, mit dem Messung der (gewöhnlich in Ib./h angegebene) Durchflußmenge des Beschickungsgutes vor dessen Einspeisung in die Beschickungsguteinspeisezone des Reaktors erfolgt, gemessen. Der Beschickungsgut-Durchsatz wird vorzugsweise in eine korrigierte volumetrische Durchflußmenge, angegeben in Gallonen pro Stunde (Gal./h), umgewandelt. Die Verbrennungsluftvorwärmtemperatur (CAT) wird unmittelbar vor Einspeisung in die Brennerzone des Reaktors mit einem Thermoelement gemessen. Die absolute Luftfeuchtigkeit (AH) wird mit einem zum Stand der Technik gehörenden Feuchterneßfühler gemessen; die Angabe erfolgt in Einheiten Wasser (in amerik. Pfund - Ib) zu Einheiten Trockenluft (in 1000 Ib). Messungen der absoluten Luftfeuchtigkeit werden vorzugsweise in Hinblick auf zwei Hauptziele vorgenommen. Ein Ziel besteht darin, eine aktualisierte Eingangsgröße (AH) mit Störgrößenaufschaltung für den IZ-Algorithmus bereitzustellen. Das andere Ziel besteht darin, den Verbrennungsluftdurchsatz (AIR) in Abhängigkeit von der gemessenen absoluten Luftfeuchtigkeit (AH) zu regulieren, um so zu gewährleisten, daß ein im wesentlichen konstanter

Trockenluftstrom in die Brennerzone des Reaktors gelangt. Ein zum Stand der Technik gehörender Proportional-Integral· Differential-Algorithmus (PID-Algorithmus) wird vorzugsweise angewandt, um den Verbrennungsluftdurchsatz in Abhängigkeit von den akualisierten Meßergebnissen der absoluten Luftfeuchtigkeit zu regulieren, um so den Feuchtigkeitsgehalt der Luft auszugleichen und einen im wesentlichen konstanten Trockenluftstrom zu gewährleisten. Die Algorithmus-Konstanten des IZ-Algorithmus (Gleichung (D) werden entsprechend einem bekannten Prozeßidentifizierungsverfahren unter Anwendung der Regressionsanalyse für die einzelnen Arten von Rußreaktor-Geometrien ermittelt. Daher kann man wohl davon ausgehen, daß sich die Werte der Konstanten für wesentlich voneinander abweichende Roaktor-Geometrien unterscheiden. Für die Durchführung der Regressionsanalyse wird vorzugsweise ein bekanntes, die Bestandteile »RS/1", „RS/Explore" und „RS/Discover" enthaltendes und von der Firma BBN Software Products Corporation, Cambridge, Massachusetts, vertriebenes Programmpaket verwendet. Die BBN-Software kann auf einem VAX-Kleinrechner, hergestellt von Digital Equipment Corporation, Maynard, Massachusetts, benutzt werden. Die BBN-Software erleichtert die Durchführung experimenteller Konstruktionsverfahren, die den auf diesem Gebiet tätigen Fachleuten bekannt sind, sowie die Durchführung von ebenfalls lauf diesem Gebidt tätigen Fachleuten bekannten Regressionsanalyse-Verfahren. Diese Software ist nicht notwendig, stellt aber schlechthin ein geeignetes Mittel zur Durchführung derartiger Verfahren dar. Bei der Durchführung des Regressionsanalyse-Verfahrens werden die Eingangs- und Ausgangsgrößen des Rußproduktionsprozesses identifiziert. Die mit der IZ in Zusammenhang stehenden Eingangsgrößen sind z. B. die in Fig. 1 dargestellten Größen, zu denen dor Beschickungsgut-Durchsatz, der Verbrennungsluftdurchsatz, der Brennstoffdurchsatz, die Luftvorwärmtemperatur und die Luftfeuchtigkeit, die Brennstoffgüte (ATBG) und die Beschickungsgut-Qualität (ATBO) gehören. Die Ausgangsgröße ist die lodzahl (IZ) (I₂No.). Auf der Grundlage der identifizierten Eingangsgrößen und der identifizierten Ausgangsgröße wird eine Versuchsreihe entwickelt, um die Parameter des Algorithmus durch die vorzugsweise Verwendung der BBN-Software in einem VAX-Kleinrechner zu bestimmen. Danach wird die Versuchsreihe auf einem Reaktor, der jenen Reaktor Geometrie-Typ aufweist, bei dem der Algorithmus zum Einsatz kommen soll, durchgeführt. Aus diesem Grund liefert das Regressionsanalyse-Verfahren aller Voraussicht nach Konstanten, die unterschiedliche Werte für die verschiedenen Arten von Reaktor-Geometrien aufweisen. In verschiedenen Phasen während der Versuche werden die Eingangsgrößen in der von den entwickelten Versuchen vorgeschriebenen Art und Weise verändert. Auf der Grundlage der Versuche wird eine Menge Eingangsdaten mit der dazugehörigen Menge Ausgangsdaten gesammelt. Das Regressionsanalyse-Verfahren wird dann zu dieser Datenmenge durchgeführt, um die empirisch ermittelten Konstanten des lodzahl-Algorithmus (Gleichung (D) zu identifizieren.

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurden die nachstehenden Konstanten entsprechend dem oben beschriebenen Regressionsanalyse-Verfahren für eine Dreistufonreaktor-Geometrio, die der in Fig. 1 schematisch dargestellten ähnelt, empirisch ermittelt:

KC =	12,5	KT	= 0,094
KP =	-0,123	KH	= 0,238
KA =	-0,184	KO	= -201 (Näherungswert).

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die zur Bestimmung der aufgeschaltete Störgrößen aufweisenden Eingangsgrößen des lodzahl-Algorithmus (Gleichung (D) benötigten Eingangsgrößen ungefähr einmal pro Sekunde gemessen. Auf der Grundlage dieser Messungen wird dann der IZ-Algorithmus ungefähr einmal pro Sekunde zur Bildung einer neuen vorhergesagten lodzahl (I₂No._p). gelöst. Die über diesen Zeitraum vorausberechneten lodzahlen werden dann in bestimmten zeitlichen Abständen, beispielsweise alle 2 min, gemittelt (^No.avg)· Die geregelten Eingangsgrößen wie beispielsweise der Beschickungsgut-Durchsatz (OIL) werden dann am Ende eines jeden Mittelungsintervalls in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der mittleren vorhergesagten lodzahl (l₂No._AVG) und dem lodzahl-Sollwert oder der Ziel-Iodzahl (IjNo.goal) automatisch angepaßt, um die Ziel-Iodzahl zu erhalten. Es muß jedoch angemerkt werden, daß eine oder mehrere andere Eingangsgrößen -wie AIR und/oder GAS - an Stelle des Beschickungsgut-Durchsatzes (OIL) reguliert werden kann, um die Ziel-Iodzahl (I₂No._GOal) zu erreichen.

Die Beziehung zwischen der lodzahl (IZ) und der Gesamtverbrennung (OAC) ist die wesentliche Beziehung in Hinblick auf die Regulierung. Im Gegensatz zu einer gemessenen Steuervariablen handelt es sich bei der OAC um eine berechnete Steuervariable. Wie weiter unten beschrieben, enthält die die OAC dar?' eilende Gleichung AIR, GAS und OIL als Glieder. Auf der Grundlage der Beziehung zwischen der IZ und der OAC können die en sprechenden Veränderungen der hauptsächlich gemessenen Steuervariablen OIL daher zum Erreichen der Ziel-IZ (I₂No._GOal) abgeleitet werden. Der Beschickungsgut-Durchsatz (OIL) ist die hauptsächlich zu regelnde Eingangsgröße, da sie u.a. nur in einem Glied des IZ-Algorithmus auftritt und das Regulierungsverfahren aus diesem Grund relativ einfach und unkompliziert sein kann.

Der neue, zur Erreichung der Ziel-IZ (I₂No.goal) erforderliche Beschickungsgut-Durchsatz (0IL_NEW) wird auf der Grundlage der nachstehenden Beziehung zwischen IZ und OAC geschätzt:

AI₂No. = KC x AOAC. (4)

Hierbei bezeichnen:

AI₂No. die Ziel-IZ (I₂No.goal) minus das 2-min-Mittel (oder was sonst als Zeitspanne festgelegt wurde) der I₂No._p (I₂No._Avg); AOAC die neue, zum Erreichen des I₂No._GOal erforderliche OAC (0AC_NEW) minus das 2-min-Mittel des gemessenen OAC (OACavg);

und KC die Gesamtverbrennungskonstante des IZ-Algorithmus.

Gleichung (4) wird anhand der partiellen Ableitung des IZ-Algorithmus (Gleichung (I)) in bezug auf die OAC angepaßt. Der neue Beschickungsgut-Durchsatz (OIL_NEW) wird dann auf der Grundlage der folgenden Gleichungen ermittelt:

OAC_NEW = ^2i +OACavo (5)

AIR

°^{ACnew =} GAS χ ATBG +^VOIL_new χ ATBO * ¹°°- ⁽⁶⁾

Gleichungen (5) und (6) werden dann nach OIL_NEW wie folgt aufgelöst:

mi [100 x AIRavqI _._ ATBG

°^ILneW " IATBO x ( Ι₂ΝοΛο+ OACavo» " ^GASaV° * ΑΪΒΟ ⁽⁷⁾

OIL_NEW kann dementsprechend alle zwei Minuten (oder einem anderen zeitlichen Abstand) unter Nutzung des im Laufe dieses Mittelungsintervalls berechneten Mittels der vorhergesagten lodzahlen (I₂No._Avg) berechnet werden, und der Beschickungsgut-Durchsatz (OIL) kann dann /w ;cks Erreichung des IZ-Zielwertes I₂No._Qoai automatisch reguliert werden. Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Prozeßregelsystem zur Rußherstellung weist ein weiteres Merkmal auf: ein prozeßunabhängiges (offline) Labormeßverfahren. In gewissen zeitlichen Abständen werden bei in Betrieb befindlichem Rußreaktor Proben des erzeugten Rußes entnommen, und die IZ einer jeden Probe (IjNo.lab) wird unter Nutzung bekannter Verfahren gemessen. Für den Zeitraum, in dem die Probe entnommen wurde, wird die gemessene IZ (IjNo.lab) und deren bekannte Standardabweichung (SDlab) neben der mittleren und der Standardabweichung (SDp) der vorhergesagten lodzahlen (I₂No.p) ermittelt. Dann wird die Schnittpunktkonstante (KO) des IZ-Algorithmus (Gleichung (1)) in Abhängigkeit von den Werten der gemessenen IZ (I₂No.^b), ihrer Versuchs-Standardabweichung (SD₁Ab) und der mittleren und der Standardabweichung (SD_P) der vorhergesagten lodzahien (I₂No._p) angepaßt, um eine exakter vorhergesagte IZ (I₂No._p), wie im folgenden näher beschrieben, zu errechnen.

Somit kann die Genauigkeit des IZ-Sieueralgorithmus (Gleichung (D) erfindungsgemäß ihrerseits systematisch gegenüber der im Labor gemessenen IZ (I₂No.lab) geprüft und bei in Betrieb befindlichem Rußreaktor verbessert warden. Die bei der vorliegenden Erfindung mögliche prozeßparallele (offline) Probeentnahme gleicht daher, wie oben beschrieben, im Gegensatz zu dea meßbaren Eingangsgrößen nichtgemtvssene Störungen des Rußreaktors, die nicht während des Prozesses gemessen werden oder die nicht gemessen werden können, aus.

Erfindungsgemäß wird ein Filter-Algorithmus, vorzugsweise ein Kaiman-Filter-Algorithmus, zur Veränderung der Schnittpunktkonstante (KO) des IZ-Algorithmus angewandt. Auf der Grundlage der gemessenen IZ (I₂No.lab) und der vorhergesagten, während des Zeitraumes der Hußprobeentnahme ermittelten IZ (I₂No._p) wird die Konstante (KO) verändert, so daß durch den IZ-Algorithmus die lodzahlen exakter vorausberechnet werden können. Die IZ der Rußprobe (I₂No-LAb' wird in einer den aus diesem Gebiet tätigen Fachleuten bekannten Art und Weise gemessen, beispielsweise volumetrisch durch das Titrieren der Probe mit einer lodlösung. Die lodzahlbestimmung wird vorzugsweise durch die unter der ASTM-Bezüichnung D1510-85 geführte lodadsorptionszahlbestimmung vorgenommen. Der Zeitraum für die Entnahme der Rußprobo liegt gewöhnlich zwischen 2 und 20 min.

Gemäß dem bei der vorliegenden Erfindung bestehenden Merkmal der Pobeentnahme werden die beste Schätzung der Fehlervarianz der aktuellen vorhergesagten lodzahlen (V_IP) und die Fehlervarianz der im Labor gemessenen lodzanl (V,_P) ermittelt. Die Fehlervarianz ist das Quadrat der Standardabweichung der lodzahl. Vi₁ ist demnach das Quadrat der Standardabweichung (SDlab) der für die Rußprobe im Labor gemessenen lodzahl (l₂No._Ua)· Da gewöhnlich nur eine im Labor gemessene lodzahl (I₂No.lab) während eines jeden Probeentnahmezeitraums verwendet wird, ist der Wert Vn. im wesentlichen eino Konstante, die von einer ihrer Art nach zum Stand der Technik gehörenden gesonderten Wiederholungsgenauigkeits- oder Reproduzierbarkeitsstudie der im Labor gemessenen lodzahl bestimmt wird. Aus diesem Grund wird VV gewöhnlich in periodischen Abständen, beispielsweise einmal alle paar Monate oder bei einer Änderung der Verfahrens zur Bestimmung der im Labor gemessenen lodzahl (I₂No.ub) aktualisiert. V,_P ist, wie weiter unten näher beschrieben, die beste Schätzung der Fehlervarianz der aktuellen vorhergesagten lodzahl (I₂No._p). V,_P und V₁₁ sind somit jeweils Anzeichen für die in den betreffenden IZ-Bestimmungen selbst bestehenden Unsicherheiten.

Auf der Grundlage der Fehlervarianzen V|_P und V|_L wird eine IZ-Kalman-Filter-Verstärkung (K|), die dann, wie unten beschrieben, zur Aktualisierung der Schnittpunktkonstanten (KO) des IZ-Algorithmus benutzt wird, wie folgt bestimmt:

Somit ist die Kaiman-Filter-Verstärkung (K₁) im wesentlichen ein gewichtetes Mittel der Fehlervarianzen (V,_P und V,_L), von denen eine jede den Grad der Abweichung bei zwei normal verrauschten Messungen (l₂No._p und I₂No.la_B) widerspiegelt. l₂No._p und I^No.lab unterscheiden sich gewöhnlich voneinander. Daher ist die Kaiman-Filter-Verstärkung (K,) effektiv ein auf statistischen Informationen zur Zuverlässigkeit der beiden unterschiedlichen Messungen (l₂No._p und I₂No.lab) beruhender Wägungskoeffizient, der angibt, welche Messung genauer ist. Wenn beispielsweise K₁ = 1 ist, dann besteht bei I₂No.ub eine vernachlässigbare Fehlervsrianz, und wenn K, = O ist, dann besteht bei I₂No._p eine vernachlässigbare Fehlervarianz. Auf der Grundlage der Kaiman-Filter-Verstärkung (K|) wird ein Kaiman-Filter-Algorithmus benutzt, um einen neuen, optimalen lodzahlschätzwert !I₂No.filter) wie folgt zu bestimmen:

I2N0.FILTER = I2N0.AVG + K₁ x Ü2N0.LAB - IjNo.avg). (9) Hierbei bezeichnet:

l₂No._AvQ das Mittel der vorhergesagtt η lodzahlen (I₂No._p) während der Zeit der Probeentnahme.

Dann wird auf der Grundlage des neuen, optimalen lodzahlschätzwertes (I2N0.filter) eine neue Systemschnittpunktkonstante (KOnew) für den IZ-A'gorithmus wie folgt berechnet:

KC₁,;., = KO₀ID + ijNo.poER ~ I2N0.AVQ. (10)

Anzumerken ist, daß eine um einen Punkt erfolgende Veränderung, beispielsweise der Konstanten (KO), einer Veränderung der lodzahl um einen Punkt entspricht und die Zahlen daher direkt in Gleichung (10) ausgetauscht werden können, um die Gleichung nach KOnew zu lösen. Aus diesem Grund wird die Konstante (KO) jedesmal, wenn die im Labor gemessene lodzahl (l2N0.ua) vorliegt, angepaßt, um so zu erreichen, daß der iZ-Algorithmus (Gleichung (1)) einen präziseren Wert aufweist. In bezugauf die Fehlervarianzen ist zu sagen, daß der beste Schätzwert des wahren Wertes der aktuellen Fehlervarianz der vorhergesagten lodzahl (V,_P(k + 1)) zum Zeitintervall (k + 1), der, wie unten beschrieben, zur Bestimmung der Kaiman-Filter-Verstärkung (K|) verwendet wird, wie folgt ermittelt wird:

V,p(k+1) = Vi_E(k) + V_IM(k + 1). (11) Hierbei bezeichnen: V|p(k + 1) den besten Schätzwert des wahren Wertes der aktuellen Fehlervarianz der aktuellen vorhergesagten lodzahl (^No.p)

zum Zeitintervall (k + 1);

VeIk) die Fehlervarianz des vorherigen optimalen Schätzwertes der lodzahl (I₂No._Filter) zum Zeitintervall (k); V|_M(k + 1) die Fehlervarianz der vorhergesagten lodzahlen (l₂No.„) zum Zeitintervall (k + 1), gemessen während des letzten Probeentnahmezeitraums. Die neue Kaiman-Filter-Verstärkung (K,(k +1)) wird dann anhand der Fehlervarianzen der aktuellen vorhergesagten lodzahlen

(I₂No._p) und der aktuellen im Labor gemessenen lodzahlen (IjNo.lab) wie folgt ermittelt:

^{K(k + 1) (12)}

V|_L(k + 1) ist die Fehlervarianz der aktuellen im Labor gemessenen lodzahl (IjNo._Lab) und wird wie folgt dargestellt: V|_L(k + 1) = IPSDlab/100]² χ l₂No._G0Ai.. (13)

PSDlab ist die prozentuale Standardabweichung der IZ-Bestimmung, wie sie durch eine zum Stand der Technik gehörende Genauigkeits- oder Reproduzierbarkeitsstudie vorgenommen wurde. Somit wird die neue, optimale Kaiman-Filter-Verstärkung (K|(k + 1) in die oben aufgeführte Gleichung (9) eingesetzt), um die Gleichung nach der neuen optimalen vorhergesagten IZ Ü2N0.filter) zu lösen. I2N0.filter wird dann in die oben aufgeführte Gleichung (10) zur Auflösung nach der neuen Systemkonstanten (KOnew) eingesetzt, damit die IZ durch den IZ-Algorithmus exakter vorhergesagt werden kann. Die Fehlervarianz des neuen, optimalen IZ-Schätzwertes (Vie(k + 1)), der bei der Bestimmung von Vip(k + 1) am Ende erfolgenden Probeentnahmezeitraums (Vg(k) in Gleichung (9) oben) benutzt werden soll, wird dann wie folgt ermittelt:

V₁JkI 1) -.-.

IV₁PJk ₊ D

Entsprechend einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird das Prozoßregelsystem zur Regelung der Struktur des Rußes eingesetz. Die Struktur des Rußes wird gewöhnlich im Labor durch den Dibutylphthalat-Absorptionswert (DBP), angegeben unter der ASTM-Bezeichnung D2414-86, gemessen. Somit ist der DBPein Hinweis auf die Struktur des Rußes. Es gibt jedoch noch andere geeignete Maße für die Rußstruktur, die gleichermaßen durch das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Prozeßregelsystem gesteuert werden können. Eine Möglichkeit zur Steuerung des DBP besteht in der zum Stand der Technik gehörenden Einspritzung einer Kaliumhilfslösung (K⁺S); dabei wird die Lösung vorzugsweise vor der Einspeisung des Beschickungsgutes in die Beschickungsgut-Einspeisezone des Reaktors dem Beschickungsgut beigegeben. Die Kaliumhilfslösung (K⁺S) wird dann im Reaktionsgemisch in der Reaktorzone dispergiert und führt dadurch zu einer lonenladung der gebildeten Rußpartikel. Wenn eine höhere Konzentration der Kaüumhilfslösung (K⁺S) in das Beschickungsgut eingebracht wird, kommt es daher gewöhnlich zu einer geringeren Aggregation der gebildeten Rußpartikel. Erfindungsgemäß werden die vorhergesagten DBP-Werte (DBP_P) in bestimmten zeitlichen Abständen, z.B. alle 1 bis 10s, errechnet. Die vorhergesagten DBP-Wete (DBP_P) werden mittels eines DBP-Algorithmus berechnet, der teilweise auf empirischen Testergebnissen für die jeweilige Rußreaktorgeometrie, bei der das Prozeßregelsystem angewandt wird, beruht. Die vorhergesagten DBP-Werte werden dann über gewisse zeitliche Abstände hinweg, beispielsweise 2 min, gemittelt (DBP_Avo)· Auf der Grundlage der mittleren vorhergesagten DBP-Werte (DBPavg) wird eine proießgeregelte Eingangsgröße, beispielsweise der Kaliumhilfslösungsdurchsatz (K⁺S), automatisch reguliert, um den DBP-Zielwert zu erreichen (DBPgoal)· Die vorhergesagten DBP-Werte (DBP_P) können entsprechend dem folgenden DBP-Algorithmus berechnet werden:

DBPp = (164,9 - 17,3 x X) x F bei 0 S X S 1 (15) DBP_P = (147,6 - 17,3 x In(X)) x F boi X > 1. (16) Hierbei bezeichnen: X die Kaliumionenkonzentration (K⁺) im Beschickungsgut (gm K⁺/100Gal. Öl); und

F einen Skalenfaktor der zur Einstellung des Algorithmus auf nichtgemessene Störungen des Rußreaktors oder auf Unterschiede zwischen den Reaktoren berechnet wird. (F liegt gewöhnlich im Bereich zwischen 0,7 und 1,2).

Die Konstanten im DBP-Algorithmus werden entsprechend einem bekannten Prozeßidentifizierungsverfahren unter Benutzung der Regressionsanalyse für die jeweils konkrete Rußreaktorgeometrie empi.'isch ermittelt, und zwar in der für die Ermittlung dor Algorithmus-Konstanten für den lodzahi-Algorithmus oben beschriebenen Art und Weise. Daher werden sich die Werte der Konstanten für die verschiedenen Arten von Reaktorgeometrien aller Voraussicht nach unterscheiden. Die in bezug auf den DBP-Wert gemessenen Eingangsgrößen sind vorzugsweise der Kaliumhilfslösungsdurchsatz und der Beschickungsgutdurchsatz. Die Ausgangsgröße ist der DBP-Wert oder ein anderes geeignetes Maß für die Ruß-Struktur. Analog dem oben tor den I2-Algorithmus beschriebenen Verfahren wird dann eine Versuchsreihe auf einem Rußreaktor abgearbeitet, dessen Geometrie jener Art entspricht, für die der Algorithmus angewandt werden soll. Auf der Grundlage der Versuche wird eine Menge von Eingangs- und dazugehörigen Ausgangsdaten gesammtelt. Zu der Datenmenge wird dann ein Regressionsanalyseverfahren durchgeführt, um die Konstanten des DBP-Algorithmus zu bestimmen. Die in den Gleichungen (15; und (16) definierten DBP-Algorithmus-Konstanten wurden empirisch ermittelt, und zwar entsprechend dem oben beschriebenen Regressionsanalysevei fahren für die Geometrie eines Dreistufenreaktors, die der in Fig. 1 schematisch dargestellten ähnelt.

Der DBP-Algorithmus (Gleichungen (15) und (16)) wird angewandt, um die DBP-Werte (DBP_P) in gewissen zeitlichen Abständen, z.B. einmal pro Sekunde, vorherzusagen. Dann werden die vorhergesagten DBP-Werte über gewisse ZeitabstSnde hinweg, beispielsweise alle 2 min, gemittelt (DBP_AVQ). Jeder mittlere DBP-Wert (DBPavq) wird dann zur Berechnung eines neuen Soll-Werts des Kaliumhilfslösungsdurchsatzes (K*Snew) unter Verwendung eines wie iolgt definierten und eingestellten DBP-Algorithmus herangezogen:

K⁺S_NEW[lb/h) = VERHMTNISZAHl(IbK⁺S/Gal./öl] x OIL_NEW[Gal./h], (17)

wobei die

ist. (1b = Pound)

Nnew wird von der partiellen Ableitung des DBP-Algorithmus (Gleichungen (15) und (16)) in bezug auf die Kaliumionenkonzentration im Beschickungsgut (X) gewonnen und wird wie folgt dargestellt:

ν (DBPgoai - DBPavg) + Xavo

^Xnew= itJTf

ν (DBPgoai. ~ DBPavo) χ Xavo + Xavg

^Xnew= TT^ITf

bei Xavo > 1 und

Xavg =7^ ^{x 100}·

«mix ist die Mischungskonzentration der Kaliumhilfslösung, die die Grammzahl von Kaliumionen (K⁺) pro Pound Kaliumhilfslösung (K⁺S) angibt. X_NEW ist die neue Kaliumionenkonzentration (⁺K) des Beschickurigsgutes, die zur Erreichung des DBP-Zielwertes erforderlich ist. K⁺S_Avg ist der mittlere Kaliumhilfslösungsdurchsatz während des 2-Minuten-lntervalls, und OILavo ist der mittlere Beschickungsgutdurchsatz während des 2-Minuten-lntervalls. OIL_NEV> ist der aktuelle Durchsatz-Soll-Wert für das Beschickungsgut, der vorzugsweise entsprechend dem IZ-Algorithmus wie oben beschrieben eingestellt wird. Durch die während des 2-Minuten-lntervalls erfolgende Verwendung der mittleren vorhergesagten DBP-Werte (DBPavo) kann daher der neue Kaliumhilfslösungsdurchsatz (K⁺S_NEw) entsprechend Gleichung (17) ermittelt werden, um den DBP-Zielwert zu erhalten (DBPooAi)·

Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Prozeßregelsystem weist ein prozeßparalleles (offline) DBP-Labormeßverfahren als zusätzliches Merkmal auf. In gewissen zeitlichen Abständen werden bei in Betrieb befindlichem Rußreaktor Proben des erzeugten Rußes entnommen, und der DBP-Wert jeder Probe wird in einer den auf diesem Gebiet tätigen Fachleuten bekannten Art und Weise gemessen (DBP₁Ab)- Der Zeitraum, in dem die Rußprobe entnommen wird, liegt gewöhnlich zwischen 2 und 30min. Der DBPuB-Wert wird vorzugsweise entsprechend ASTM D2414-86 gemessen.

Der gemessene DBP-Wert (DBPlab) und seine bekannte Standardabweichung (SDub) werden zusammen mit der mittleren und der Standardabweichung (SD_P) der vorhergesagten DBP-Werte (DBP_P) für den Probeentnahmezeitraum ermittelt. Dann werden in Abhängigkeit vom gemessenen DBP-Wert (DBP_WB) seine Standardabweichung (SD_LA3) und die mittlere und die Standardabweichung der vorhergesagten DBP-Werte (DBP₂) sowie der Skalenfaktor (F) des DBP-Algorithmus (Gleichungen (15) und (16)) eingestellt, um die DBP-Werte exakter berechnen zu können. Die Genauigkeit des DBP-Algorithmus selbst kann somit erfindungsgemäß systematisch gegenüber dem im Labor gemessenen DBP-Wert (DGP₁Ab) bei in Betrieb befindlichem Rußreaktor geprüft und verbessert werden.

Entsprechend dem Probeentnahmemerkmal der vorliegenden Erfindung werden der beste Schätzwert der Fehlervarianz der vorhergesagten DBP-Werte (V_Dp) und die Fehlervarianz des im Labor gemessenen DBP-Wertes (V_DL) ermittelt. V_DL ist das Quadrat

der Standardabweichung des im Labor gemessenen DBP-Wortes (DBPlab)· Da während jedes Piobeontnahmezeitraums vorzugsweise nur ein im Labor gemessener DBP-Wert verwendet wird, ist V₀L im wesentlichen eine Konstante, die durch eine zum Stand der Technik gehörende gesonderte Genauigkeits- oder Reproduzierbarkeitsstudie im Rahmen des DBPiAB-Meßverfahrens ermittelt wird. Daher wird Voi gewöhnlich in periodischen Abständen, beispielsweise einmal alle paar Monate oder immer dann, wenn es zu einer Veränderung des Verfahrens zur Ermittlung des DBP^B-Wertes kommt, aktualisiert. Vop ist, wie unten näher beschrieben, der beste Schätzwert der Fehler varianz des aktuellen vorhergesagten DBP-Wertes (DBP_P). Auf der Grundlage der Fehlervarianzen V_Dp und V₀L wird ein Filteralgorithmus, vorzugsweise ein Kalman-Filter-Algorithmus, zur Bestimmung des besten Schätzwertes des wahren DBP-Wertes während des Probeentnahmezeitraums angewendet (DBPfiuEflK Der DBPfiLTER-Wert wird als gewichtetes Mittel zwischen dem DBPLAB-Wert und dem Mittelwert des vorhergesagten DBP-Wertes während des Probeentnahmezeitraums erzeugt. Der DBP-Kalman-Filter-Algorithmus für den DBP_fi_LTER-Wert wird wie folgt definiert:

DBP_f|_LTER = DBPavq + K₀ χ (DBPu₃ - DBP_AVG) (22)

Ko ist die DBP-Kalman-Filter-Verstärkung, die im wesentlichen ein gewichtetes Mittel der Fehlervarianzen V_DP und V₀L ist, und sie wird wie folgt bestimmt:

Auf der Grundlage des DBP_f|_L7(;R-Wertes wird dann der Skalonfaktor (F) des DBP-Algorithmus (Gleichungen (Ϊ5) und (16)) eingestellt, um den DBP-Wert durch den DBP-Algorithmus wie folgt dargestellt, exakter vorhersagen zu können:

ρ PBPfilter <24)

^NEW

164,9-17,3 x (Xavo) beiO<X<1 und

ρ DBPfilteb .»-ι

^NEW 147,6-17,3 x Ιη(Χ_Αν0)

beiX>1.

Xavg ist entsprechend der Dai stellung in Gleichung (21) die mittlere Konzentration der Kaliumhilfslösung (K⁺S) in dem Beschickungsgut während des Probeentnahmezeitraumes. Der neue Skalenfaktor (F_NEW) wird dann in den DBP-Algorithmus (Gleichungen (15) und (16)) eingesetzt, ersetzt so den früheren Skaleafaktor (F) und stellt den Algorithmus so ein, daß der DBP-Wert exakter vorhergesagt werden kann.

Der beste Schätzwert der wahren aktuellen Fehlervarianz des vorhergesagten DBP-Werts (V_Op(k + 1)) zum Zeitintervall (k + 1), die in Gleichung (23) zur Bestimmung der aktuellen DBP-Kalman-Filter-Verstärkung (Ko) benutzt wird, wird wie folgt bestimmt:

V_Op(k + 1) = V_0E(k) + V_0M(k + 1). (26)

Hierbei bezeichnen:

Vop(k + 1) den besten Schätzwert der wahren aktuellen Fehlervarianz des aktuellen vorhergesagten DBP-Werts zum Zeitintervall

V_DE die Fehlervarianz des vorherigen optimalen DBP-Schätzwertes (DBP_FILTEn) zum Zeitintervall (k); und V_0M(k + 1) die Fehlervarianz der vorhergesagten DBP-Werte (DBP_P) zum Zeitintervall (k + 1), gemessen während des leWen Probeentnahmezeitraums.

Die neue DBP-Kalman-Filter-Verstärkung (K_D(k + D) wird dann als gewicht ites Mittel der Fehlervarianzen der aktuellen vorhergesagten DBP-Werte (DBP_P) und des aktuellen i π Labor gemessenen DBP-Wertes (DBPlab) wie folgt ermittelt:

Voi(k + 1) ist die Fehlervarianz des aktuellen im Labor gemessenen DBP-Wertes (DBP₁Ab) und wird wie folgt bestimmt: V_0L(k + 1) = [PSDub/100]² χ DBP₀₀Ai. (28)

Hier bezeichnet PSDlab die vorhandene Standardabweichung des im Labor gemessenen DBP-Wertes, die durch eine zum Stand der Technik gehörende Genauigkeits- oder Reproduzierbarkeitsstudie ermittelt wird. Deshalb wird die neue DBP-Kalman-Filter-Verstärkung (K₀Ik + 1)) in Gleichung (22) eingesetzt, um die Gleichung nach dem neuen optimalen Schätzwert von DBP (DBPfilter) aufzulösen. Der DBP_F|_lTER-Wert wird dann in Gleichung (24) oder (25) zwecks Auflösung nach dem neuen Skalenfaktor (F_NEW) eingesetzt., so daß der DBP-Wert mit Hilfe des DBP-Algorithmus (Gleichungen (25) und (26)) exakt or vorhergesagt werden kann.

Die Fehlervarianz des neuen optimalen DBP-Schätzwertes (V_0E(k + 1)), die zur Bestimmung von V_Op(k + Dam Ende des nächsten Probeentnahmezeitraums (V_DE(k)) in Gleichung (26) benutzt wird, wird dann wie folgt ermittelt:

Entsprechend einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung umfaßt das Prozeßregelsystem weiterhin eine CUSUM-Prozedur (kumulative Summen) zur Überwachung der Werte der prozeßgeregelten Ausgangsgrößen wie der lodzahl und/oder dem DBP-Wert. Das CUSUM-Verfahren kompensiert IZ- oder DBP-Trends, die im Frgebnis nichtgeniessener Rußreaktorstörungen, die durch den IZ-Algorithmus, den DBP-Algorithmus oder die entsprechenden Kalman-Filter-Algorithmen nicht vollständig ausgeglichen wurden, auftreten. Jedesmal, wenn eine Ausgangsgröße gemessen wird, wird daher durch eine kumulative Summe (CUMUS) der Wert I₂No,lab und der Wert DBP₁A₈ überwacht, um festzustellen, ob sich das Mittel der beiden Werte so verschoben hat, daß eine weitere Regulierung des Prozesses erforderlich ist.

Bei jeder CUSUM-Pr izedur werden zwei kumulative Summen (CUSUMs), eine maximale Nebensumme (Shiu), zur Prüfung von I2N0.1AB bzw. DBPua eingesetzt, um zu bestimmen, ob ein unerwünschter Trend vorliegt. Wenn die CUSUMs zurückgestellt werden, wird jede kumulative Summe (Sho und S_Ui)) gleich 0 gesetzt. Die beiden Summen werden wie folgt ermittelt:

Sho) = Max [O₁Sh(I - 11 + Yi - (GOAL + Ic)); (30)

S_L„, = Min [O,S_L(i -11 + Y₁ - (GOAL - k)]. (31)

Hierbei bezeichnen:

Shü _ ti eine Summation sämtlicher früherer maximaler Nebensummen seit der letzten CUSUM-Rückstellung; St.« - D die Summation sämtlicher früherer minimaler Nebensummen seit der letzten CUSUM-Rückstellung; Yi den aktuellen im Labor gemessenen Wert der prozeßgeregelten Ausgangsgröße, und somit kann es sich entsprechend den früheren Ausführungen um I2N0.1A8 oder DBPlab handeln;

GOAL den Zielwert der prozeßgeregelten Ausgangsgrößen, und somit kann es sich entsprechend den früheren Ausführungen um I2N0.G0A1 oder DBPqoal handeln; und

k die zulässige Abweichung bei der prozeßgeregelten Ausgangsgröße, die gewöhnlich in der Größenordnung von einer Standardabweichung liegt oder in deren Beroich ungefähr 68% der im Labor gemessenen Werte der entsprechenden prozeßgeregelten Ausgangsgröße (wie IjNo.lab oder DBPlab) fallen.

Für jede prozeßgeregelte Ausgangsgröße wird eine Entscheidungszeitspanne (-h, h) festgesetzt, deren exakter Wert auf der Grundlage der mit dem konkreten Rußreaktorty · » gemachten Erfahrungen ausgewählt wird, sich jedoch gewöhnlich in der Nähe der für diese Ausgangsgröße festgelegten Toleranzgrenzen bewegt. Ein typischer h-Wert für die IZ oder den DBP-Gehalt könnte beispielsweise 5 sein. Daher würde die Entscheidungszeitspanne h beiderseits des Wertes von ^No.qoal oder DBPqoal 5IZ- bzw. DBP-Einheiten betragen.

Nach der Entnahme der einzelnen Rußproben und nach der Bestimmung der im Labor gemessenen IZ- (I₂No._LAb) und/oder DBP-Werte (DBP₁Ab) werden diese Werte jeweils in die Gleichungen (30) und (31) für (Y,) eingesetzt. Die beiden kumulativen Summen Sum und S_Ui) werden dann sowohl für I2N0.1AB als auch für DBPlab berechnet. Wenn dann entweder für die IZ oder den DBP-Wert Shid 2 h oder S_L(n £ -h, so wird für die betreffende Ausgangsgröße ein Alarmsignal erzeugt. Das Alarmsignal zeigt dem Anlagenfahrer an, daß er die Probeentnahmefrequenz des produzierten Rußes erhöhen muß, gewöhnlich mindestens um den Faktor 2. Wird ein Alarmsignal für die IZ und/oder den DBP-Wert erzeugt, dann werden die Kaiman-Filter-Verstärkung (K|) für den IZ-Algorithmus und/oder die DBP-Kalman-Filter-Verstärkung (K₀) für den DBP-Algorithmus jeweils gleich 1 gesetzt. Wenn I₂No. _WB oder DBP_Ub nach der nächsten Probeentnahme innerhalb des Bereiches ±k von I2N0.QOAL bzw. DBPgoai fällt, wird die CUSUM-Prozedur zurückgestellt, indem die kumulativen Summen S_H(i - » und S_L(i - D für die betreffende Größe auf 0 gestellt werden. Wird jedoch weiterhin ein Alarmsignal erzeugt, dann wird die Kaiman-Filter-Verstärkung (K| bzw. K₀) für die betreffende Ausgangsgröße so lange gleich 1 gesetzt, bis der im Labor gemessene Wert im ±k-Bereich des für diese Größe geltenden Zielwertes liegt.

Fig. 2 zeigt ein Schema der gerätetechnischen Bestandteile des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Prozeßregelsystems. Das Prozeßregelsystem umfaßt einen im allgemeinen mit 10 bezeichneten Zentralregler. Bei dem Zentralregler 10 handelt es sich um eine den auf diesem Gebiet tätigen Fachleuten bekannte Ausführung, vorzugsweise um einen Kleinrechner wie der oben beschriebene VAX-Kleinrechner.

Der Zentralregler 10 ist durch eine Sammelschiene 12 an ein verteiltes Steuersystem 14 gekoppelt. Bei dem verteilten Steuersystem handelt es sich ebenfalls um eine den auf diesem Gebiet tätigen Fachleuten bekannte Ausführung, beispielsweise ein PRoVOX-Gerätesystem von Fisher, hergestellt von Fisher Controls International, Inc. mit Sitz in Marshalltown, Iowa. Das verteilte Steuersystem 14 wird seinerseits durch einen PID-Algorithmus (PIO) an einen Öldurchflußmesser 16 und an ein automatisch regulierbares Durchflußventil 18 gekoppelt. Wie oben beschrieben, handelt es sich bei dem Öldurchflußmesser 16 vorzugsweise um einen Durchflußmesser in Coriolis-Ausführung. Das Öldurchflußventil ist oberhalb oder unterhalb des Öldurchmessers 16 in einer Beschickungsgut-Speiseleitung 20 des Rußreaktors angebracht. Das verteilte Steuersystem 14 steuert so, wie unten näher beschrieben, den Betrieb des Ventils 18 zwecks automatischer Regulierung des Beschickungsgut-Durchsatzes (OTL), um die Ziel-IZ {I2N0.G0A1.) zu erreichen. Durch einen PID-Algorithmus (PID) ist das verteilte Steuersystem 14 gleichfalls an einen Kaliumhilfslösungsdurchflußmesser 22 und an ein automatisch regulierbares Durchflußventil 24 gekoppelt. Bei dem Durchflußmesser 22 handelt es sich wie bei dem Öldurchflußmesser 16 vorzugsweise um einen Durchflußmesser in Coriolis-Ausführung. Das Durchflußventil 24 ist oberhalb oder unterhalb des Durchflußmessers 22 in einer Kaliumhilfslösung-Speiseleitung 26 des Rußreaktors angebracht. Das verteilte Steuersystem 14 steuert so gleichfalls, wie unten näher beschrieben, den Betrieb des Ventils 22 zur automatischen Regulierung des Kaliumhilfslösungs-Durchsatzes (K⁺S), um den Ziel-DBP-Wert (DBPgoal) zu erreichen.

Fig. 3 stellt ein Flußdiagramm dar, das den Grundgedanken der Arbeitsweise des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Prozeßregelsystems für die Rußherstellung zeigt. Die Kennzeichnungen S₍ bis S₁₂ bezeichnen die Schritte 1 bis 12. Wenn, wie bei S| gezeigt, das Prozeßregetsystem arbeitet, erzeugt das verteilte Steuersystem 14 entsprechend dem IZ-Algorithmus bzw. entsprechend dem DBP-Algorithmus gemäß der oben gegebenen Beschreibung eine vorhergesagte lodzahl (l]No._p) bzw. einen vorhergesagten Dibutylphthalat-Wert (DBP_P), sowie dies bei S₂ gezeigt ist. Der IZ-Algorithmus und somit die Gleichungen für die Störgrößenaufschaltung aufweisende Eingangsgrößen sind in dem verteilten Steuersystem 14 vorzugsweise als Unterprogramme ausgeführt. Ähnlich werden auch die Gleichungen des DBP-Algorithmus durch das verteilte Steuersystem 14 vorzugsweise in Unterprogrammen abgearbeitet. Nachdem die vorhergesagte IZ-Zahl (l₂No._p) und der vorhergesagte DBP-Wert (DBPp) berechnet sind, werden diese Größen jede für sich im Computer-Speicher des Zentralreglers 10 gespeichert. Wie bei Sa geneigt, berechnet das verteilte Steuersystem 14 auf der Grundlage der aktuellen Eingangsgrößenmeßdaten sowohl die vorhergesagte Iz (I₂No._p) als auch den vorhergesagten DBP-Wert (DBP_P) ungefähr einmal pro Sekunde. Jeder aktualiisiet io l₂No._p- und DBPp-Wert wird dann im Zentralregler abgespeichert. Wie bei S₄ gezeigt, werden dann die während eines jeden 2-min-lntervalls im Computer-Speicher gespeicherten l₂No._p- und DBP_P-Werte durch das verteilte Steuersystem 14 gemittelt (I₂No.av3 und DBPavq) und im Computer-Speicher gespeichert.

Wie bei S₆ gezeigt, wird dann auf der Grundlage des während des 2-min-lntervalls vorliegenden gemittelten IZ-Wertes (I₂No._Avg) der neue Beschickungsgut-Durchsatz (UIL_NEw) durch das verteilte Stauersystem 14 ermittelt. In ähnlicher Weise wird auf der Grundlage des während des 2-min-lntervalls vorliegenden gemittelten DBP-Wertes (DBPavq) der neue Kaliumhilfslösungsdurchsatz (K⁺S_AVG) ermittelt. Gleichungen (5) bis (7) und Gleichungen (17) bis (21) sind in der oben beschriebenen Form in dem verteilten Steuersystem 14 vorzugsweise als Unterprogramme zur Bestimmung des neuen Beschickungsgut-Durchsatzes (OILn_EW) bzw. des neuen Kaliumhilfslösungsdurchsatzes (K⁺S,_JEW) ausgeführt. Wie unten näher beschrieben, ermittelt das verteilte Steuersystem 14 dann auf der Grundlage des neuen Beschickungsgut-Durchsatzes (OIL_NEW) und des neuen Kaliumhilfslösungsdurchsatzes (K⁺Snew) unter Anwendung von PID-Algorithmen, inwieweit das Durchflußventil 18 und das Uurchflußventil 24 nachgestellt (reguliert) werden müssen. Der neue Beschickungsgut-Durchsatz (OILnew) und der neue Kaliumhilfslösungsdurchsatz (K⁺S_NEw) werden dann jeweils alle 2min aktualisiert. Wie bei S₇ gezeigt, werden die Ventile 18 und 24 dann ihrerseits alle 2 min auf der Grundlage des neuen I₂No.avg- bzw. DBP_AvG-Wertes reguliert, um die neuen Durchsatzraten zu erreichen.

Bei S₈ liegt der erste Schritt der prozeßparallelen, bei der vorliegenden Erfindung angewandten Labormessungs-Vorgehensweise. Hier wird gezeigt, daß der Zentralregler 10 den Mittelwert und die Standardabweichung des jede Sekunde (oder sonstigen zeitlichen Abstandes) während des Zeitraums des Ruß-Probeentnahme berechneten I₂No._p- und DBP_P-Wertes errechnet. Der produzierte Ruß wird probeweise in bestimmten zeitlichen Abständen, üblicherweise einmal alle 1 bis 4h, entnommen, und die lodzahl und der DBP-Wert der Probe werden, wie bei Sg bezeichnet, in einem Labor gemessen (I₂No._LAb und

Wie oben erwähnt, beträgt der Ruß-Probeentnahmezeitraum 2 bis 20 min. Dann wird, wie bei S₁₀ bezeichnet, die neue Schnittpunktkonstante (KO) für den lodzahl-Algorithmus durch den Zentralregler 10 auf der Grundlage der während des Probeentnahmezeitraums berechneten I₂NClAr- und l₂No.Ava-Werte aktualisiert.

Wie oben beschrieben, sind die Gleichungen (8) bis (14) im Zentralregler 10 vorzugsweise als Unterprogramme enthalten. Ähnlich wird während des Probeentnahmezeitraums der Skalenfaktor (F) auf der Grundlage von DBPlab und DBP_Avg bereinigt. Gleichfalls werden die Gleichungen (22) bis (29), wie oben beschrieben, vorzugsweise als Unterprogramme im verteilten Steuersystem 14 realisiert. Wie bei S]₁ gezeigt, wird die neue Systemschnittpunktkonstante (KO_NEW) dann zur Aktualisierung des IZ-Algorithmus mit dem Ziel benutzt, die vorhergesagten lodzahlen (I₂No._p) bis zur nächsten Ruß-Probeentnahme exakter bestimmen zu können. Ähnlich wird, wie bei Sn ebenfalls bezeichnet, der neue Skalenfaktor (F_NEW) zur Aktualisierung des DBP-Algorithmus benutzt, um bis zur nächsten Ruß-Probeentnahme exaktere DBP-Werte bestimmen zu können. Wie bei S_1? angedeutet, werden der IZ-Algorithmus und der DBP-Algorithmus jeweils dann stets aktualisiert, wenn eine Rußprobe entnommen wird, d.h. alle 1 bis 4h.

In Fig.4 ist ein Flußdiagramm dargestellt, das entsprechend der obigen Beschreibung den Grundgedanken der Arbeitsweise des verteilten Steuersystems 14 sowohl bei der Vorhersage der lodzahl I₂No._p entsprechend dem IZ-Algorithmus als auch bei der Vorhersage des DBP_P-Wertes entsprechend dem DBP-Algorithmus zeigt. Wie bei S₁ gezeigt, liest das verteilte Steuersystem 14 zunächst die zur Berechnung der Störgrößenaufschaltung aufweisende Eingangsgrößen für den IZ-Algorithmus benötigten Eingangsdaten sowie die Eingangsgröße für den DBP-Algorithrnus. Die Eingangsgrößen für den IZ-Algorithmus umfassen den Beschickungsgutdurchsatz, den Gasdurchsatz, den Verbrennungsluftdurchsatz, die Luftvorwärmtemperatur und die Luftfeuchtigkeit. Wie oben beschrieben, ist das ATBG (Brennstoffgüte) eine errechnete Steuergröße, und das ATBO {Reschickungsgutqualität) ist im wesentlichen eine konstante Steuergröße. Der Kaliumhilfslösungsdurchsatz und der Beschickungsgutdurchsatz sind die Eingangsgrößen für den DBP-Algorithmus.

Wie bei S₂ gezeigt, vergleicht das verteilte Steuersystem nach dem Lesen der Eingangsdaten die Eingangsdaten mit einem zulässigen Wertbereich für jede Größe. Wenn ein Wert außerhalb dieses zulässigen Wertbereichs liegt (BAD), dann wird, wie bei S3 gezeigt, eine BAD-Data-Marke gesetzt. Hierbei handelt er. sich um ein digitales Signal. Wenn die BAD-Data-Marke gesetzt ist, werden die vorhergesagte IZ (l₂No._p) und/oder der vorhergesagte DBP-Wert (DBP_P) nicht auf der Grundlage dieser Daten berechnet. Wenn sämtliche Daten in den zulässigen Bereich fallen, dann werden, wie bei S₄ gezeigt, sowohl die vorhergesagte IZ (l₂No._p) als auch der vorhergesagte DBP-Wert (DBP_P) auf der Grundlage dieser Eingangsdaten unter Anwendung des IZ- bzw. DBP-Algorithmus berechnet. Dann werden, wie bet S₆ gezeigt, sowohl l₂No.„ als auch DBP_P jeweils mit einem realistischen Bereich, in den jede Ausgangsgröße fallen sollte, verglichen. Wenn entwoder I₂No.„ oder DBP_P nicht in dem zulässigen Bereich liegt, wird die BAD-Data-Marke gesetzt, und die aktuellen l₂No._p und/oder DBP_P-Werte werden in Abhängigkeit davon, ob einer oder beide der Werte außerhalb ihres jeweils zulässigen Bereichs liegen, nicht benutzt. Wenn I₂No._p oder DBP_P innerhalb des zulässigen Bereiches liegt, werden ihre Werte im Computerspeicher des Zentralreglers 10, wie bei S₆ gezeigt, gespeichert, und später (am Ende des festgelegten Zeitintervalls) jeweils dafür genutzt, den Beschickungsgutdurchsatz bzw. den Kaliumhilfslösungsdurchsatz zu aktualisieren.

Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm, das den Grundgedanken der Arbeitsweise des verteilten Steuersystems 14 zur Regulierung sowohl dos Beschickungsgutdurchsatzes als auch des Kaliumhilfslösungsdurchsatzes beschreibt. Wenn, wie bei S₁ gezeigt, die BAD-Data-Marke während der IZ- und/oder DBP-Vorhersageverfahren gesetzt wurde (BAD), wie hei S₃ in Fig.4 dargestellt, wird die BAD-Data-Marke gelöscht, und die entsprechend Fig. 5 dargestellten Regulierungsverfahren werden ungeachtet dessen, welcher Algorithmus übe' die unzureichenden Eingangsdaten verfügte, nicht für diesen Zeitabschnitt realisiert. Wenn die BAD-Data-Marke während des 2-mln-lntervalls jedoch nicht gesetzt wurde, liest das verteilte Steuersystem 14 die Eingangsdaten für die Bestimmung des neuen Beschickungsgut-Sollwertes (OIL_NEW) und/oder des neuen Kaliumhilfslösungs-Sollwertes (K⁺Snew) wie bei S₂ gekennzeichnet. Zu den Eingangsdaten für OIL_NEW gehören, wie in Gleichung (7) definiert, AIRavq, GASavq, ATBG, ATBO und OACavg- Zu den Eingangsdaten für K⁺Snew gehören, wie in Gleichungen (27) bis (21) definiert, K⁺S_Avo. OILavg. DBPavo und X_AVQ.

Wie bei S₃ gezeigt, werden die Eingangsdaten dann für jedes Glied mit einem zulässigen Wertbereich verglichen. Liegt einer der Werte nicht innerhalb des jeweils zulässigen Wertebereichs, wird die BAD-Data-Marke (BAD) gesetzt. Folglich werden der Beschickungsgutdurchsatz-Sollwert (OILnew) und der Kaliumhilfslösungsdurchsatz-Sollwert (K⁺S_NEW) für den betreffenden Zeitabschnitt nicht reguliert, wenn die Eingangsdaten für eine und/oder beide dieser Größen unzureichend sind. Wenn sämtliche Werte im zulässigen Bereich liegen, werden, wie bei S₄ gezeigt, OILnew und K⁺S_New entsprechend der obigen Beschreibung jeweils aktualisiert. Wie bei S₆ gezeigt, werden sowohl OILnew als auch K⁺Snew jeweils mit einem zulässigen Wertebereich verglichen. Liegt entweder OIL_NEW oder K⁺S_NEW nicht innerhalb des entsprechenden zulässigen Wertobereiches (BAD), werden die Verfahren für das entsprechende Glied eingestellt, und der entsprechende Durchsatz wird nicht reguliert. Liegen OIL_NEW und K⁺S_NEW innerhalb des zulässigen Wertebereiches, werden, wie bei S₆ gezeigt, die Werte für OIL_NEW und K⁺S_NEW jeweils durch einen PID-Algorithmus zur Aktualisierung des Beschickungsgutdurchsatzes bzw. des Kaliumhilfslösungsdurchsatzes verarbeitet.

Fig. 6 zeigt ein Schema eines typischen PID-Algorithmus, der vorzugsweise zur Regulierung des neuen Beschickungsgutdurchsatzes (OILnew) oder zur Regulierung des neuen Kaliumhilfslösungsdurchsatzes (K⁺S_NEW) angewandt wird. Der Durchflußmesser für das Beschickungsgut 16 bzw. der Durchflußmesser für die Kaliumhilfslösung 22 werden jeweils an einen Durchflußgeber (FT) angeschlossen. Jeder Durchflußgeber (FT) wird seinerseits an das verteilte Steuersystem 14 angeschlossen und überträgt entsprechend dem gemessenen Durchfluß, so wie er von dem betreffenden Durchflußmesser ermittelt wurde, ein Signal (F_n,). Die Signale für die neuen Beschickungsgut- und Kaliumhilfslösungsdurchflußsollwerte (F,_p) werden dann jeweils mit ihren entsprechenden gemessenen Durchflußsignalen (F_m), so wie sie von den Durchflußmessern erzeugt wurden, verglichen. Auf der Grundlage der entsprechenden Vergleiche wird ein Fehlersignal (e[t|) für jeden entsprechenden Durchfluß erzeugt, wobei (e[t))-(^F,_p) (das entsprechende Durchflußsollwert-Signal)- (F_n,) (das entsprechende, den gemessenen Durchfluß bezeichnende Signal) ist. Auf der Grundlage der entsprechenden Fehlersignale (e(t|) erzeugt dann ein entsprechender, den auf diesem Gebiet tätigen Fachleuten bekannter PID-Algorithmus ein Ausgangssignal (c[t)), das der an den entsprechenden Durchflußventilen 18 oder 24 zur Erreichung der Durchflußsollwerte vorzunehmenden Regulierung entspricht. Die einzelnen Ausgangssignale werden dann an einen entsprechenden Strom-Druck-Wandler (l/P) übertragen. Die Strom-Druck-Wandler (l/P) werden jeweils an das Öldurchflußventil 18 bzw. an das Kaliumhilfslösungsdurchflußventil 24 zwecks Regulierung der entsprechenden Ventile angeschlossen. Die Strom-Druck-Wandler (l/P) erzeugen somit jeweils ein dem betreffenden PID-Ausgangssignal (c[tj) entsprechendes Druckausgangssignal, das seinerseits sein entsprechendes Ventil zwecks Erreichung des Durchflußsollwertes reguliert. Somit erzeugt jeder PID-Algorithmus solange Veränderungen des Ausgangssignals (c(tj), bis kein Fehlersignal (e[tj) mehr vorliegt, die Durchflußsollwerte also erreicht sind. Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm, das den Grundgedanken der Arbeitsweise des Zentralreglers 10 zur am Ende jedes Rußprobenentnahmezeitraumes erfolgenden Aktualisierung der Schnittpunktkonstante (KO) des IZ-Algorithmus und/oder des Skalenfaktors (F) des DBP-Algorithmus beschreibt. Wie bei S₁ gezeigt, ruft der Zentralregler die während des Probeentnahmezeitraums berechneten und gespeicherten l₂No._p- und DBP_P-Werte vom Speicher ab. Kann der Zentralregler die Daten nicht ordnungsgemäß abrufen (Unsuccessful), dann werden die Algorithmen nicht angepaßt. Der Zentralregler 10 liest dann die Werte für die aktuelle IZ (I₂No.ub) und den aktuellen DBP-Wert (CBPlab) und vergleicht sie mit einem zulässigen Wertebereich. Liegt einer der Werte nicht in dem Bereich, dann wird der dazugehörige Algorithmus nicht angepaßt. Der Zentralregler 10 wendet dann, wie bei S₃ gezeigt, das CUSUM-Verfahren an, mit dessen Hilfe die aktuellen Summen (S_m und/oder S_l(i)) für die aktuellen I₃Nc₁Ab- und DBP_WB-Werte ermittelt werden. Wenn für eine gemessene Ausgangsgröße (I₂No._LAB und DBP₁Ab) entweder S_H(i) a h oder S_L<i) £ -h ist, erzeugt der Zentralregler ein Alarmsignal. Wird ein Alarmsignal erzeugt, dann werden - in Abhängigkeit davon, ob ein Alarmsignal für eine oder beide Ausgangsgrößen erzeugt wurde - die Kaiman-Filter-Verstärkung (K|) für den IZ-Algorithmus und/oder die DBP-Kalman-Filter-Verstärkung (Kd) für den DBP-Algorithmus gleich 1 gesetzt. Somit basieren die neue Schnittpunktkonstante (KOnew) für den IZ-Algorithmus und/oder der neue Skalenfaktor (F_NEW) für den DBP-Algorithmus beide ausschließlich auf den im Labor für I₂No.las bzw. DBP₁Ae gemessenen Werten. Wenn jedoch kein Alarmsignal erzeugt wird, dann ermittelt der Zentralregler, wie bei S₄ gezeigt, die neuen gefilterten analytischen Eigenschaften (l₂No._FiLTER und DBPhlter) und bereinigt se'nerseits die Schnittpunktkonstante (KO) und den Skalenfaktor (F), so daß der IZ-Algorithmus bzw. der DBP-Algorithmus aktualisiert werden. Dann werden, wie bei Se bezeichnet, die Werte für die neue Systemschnittpunktkonstante (KOnew) und den neuen Skalenfaktor (Fnew) mit einem zulässigen Wertebereich verglichen. Wenn ein Wert nicht in diesem Bereich liegt, dann wird er nicht zur Aktualisierung seines dazugehörigen Algorithmus verwendet. Liegen die Werte für K0_NEW und F_NEW jeweils innerhalb ihres Bereiches, dann wird jeder dieser Werte, wie bei S₆ gezeigt, im Speicher gespeichert. Bei Speicherung der Werte im Speicher löscht der Zentralregler dann, wie bei S₇ gezeigt, bis zum Ende des nächsten Probeentnahmezeitraums, die Dateneingabemarke.

Claims (13)

1. Verfahren zur Steuerung der Rußherstellung in einem Rußreaktor, wobei dieses Verfahren die nachfolgenden Schritte umfaßt:

bei in Betrieb befindlichem Rußreaktor in bestimmten zeitlichen Abständen erfolgende Messung von zumindest einer bei der Herstellung von Ruß verwendeten Eingangsgröße; Anwendung zumindest eines Algorithmus zur in bestimmten Vorhersageintervallen erfolgenden Vorhersage zumindest einer Rußausgangsgröße auf der Grundlage der zumindest einen, während des bestimmten zeitlichen Abstands gemessenen Eingangsgröße; in bestimmten Mittelungsintervallen erfolgende Bestimmung eines Mittelwertes der zumindest einen vorhergesagten Ausgangsgröße während des Mittelungsintervalls; und in bestimmten zeitlichen Abständen in Betrieb befindlichem Reaktor gernäß einem Anspassungsalgorithmus erfolgende Anpassung zumindest einer der Eingangsgrößen unter Verwendung der Differenz zwischen dem Mittelwert der zumindest einen vorhergesagten Ausgangsgröße und einem Zielwert der zumindest einen Ausgangsgröße zur Erreichung des Zielwertes dieser Ausgangsgröße mit dem Ziel, Ruß in einer im wesentlichen beständigen Qualität zu erhalten.

2. Verfahren zur Steuerung der Rußherstellung nach Anspruch 1, wobei dieses Verfahren weiterhin die nachfolgenden Schritte umfaßt:

in bestimmten Probeentnahmezeiträumen bei in Betrieb befindlichem Rußreaktor erfolgende Entnahme von Proben des produzierten Rußes;

anhand der Rußprobe'in Betrieb befindlichem Rußreaktor erfolgende Messung der zumindest einen durch den Algorithmus vorhergesagten Ausgangsgröße; und auf der Grundlage des gemessenen Wertes der zumindest einen Ausgangsgröße erfolgende Anpassung des zumindest einen Algorithmus, um die zumindest eine Ausgangsgröße exakter vorhersagen zu können.

3. Verfahren zur Steuerung der Rußherstellung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine vorhergesagte Ausgangsgröße aus einer die lodzahl und den DBP-Wert umfassenden Gruppe ausgewählt wird;

die zumindest eine regulierte Eingangsgröße aus einer den Beschickungsgutdurchsatz und den Kaliumhilfslösungsdurchsatz umfassenden Gruppe ausgewählt wird; und die in bestimmten zeitlichen Abständen gemessenen Eingangsgrößen aus einer den Oxydationsmitteldurchsatz, den Beschickungsgutdurchsatz, den Brennstoffdurchsatz der ersten Stufe, die Oxydationsmittelvorwärmtemperatur und den Kaliumhilfslösungsdurchsatz umfassenden Gruppe ausgewählt werden.

4. Verfahren zur Steuerung der Rußherstellung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschickungsgutdurchsatz durch die Nutzung der Beziehung zwischen der Ziel-Iodzahl minus dem während des für bestimmte zeitliche Abstände festgelegten Mittelungsintervalls geltenden Mittelwert der vorhergesagten lodzahl und der sich aus der neuen, zur Erreichung der Ziel-Iodzahl erforderlichen Gesamtverbrennung minus dem während des für bestimmte zeitliche Abstände festgelegten Mittelungsintervalls geltenden Mittelwert ergebenden Differenz reguliert wird; und der Kaliumhilfslösungsdurchsatz unter Nutzung der Differenz zwischen dem während des für bestimmte zeitliche Abstände festgelegten Mittelungsintervalls geltenden Mittelwert und dem DBP-Zielwert reguliert wird.

5. Verfahren zur Steuerung der Rußherstellung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Algorithmus durch Anwendung eines gewichteten Mittels des besten Schätzwertes der Fehlervarianz des aktuellen vorhergesagten Wertes der zumindest einen Rußausgangsgröße sowie der Fehlervarianz des gemessenen Wertes der zumindest einen Ausgangsgröße angepaßt wird.

6. Verfahren zur Steuerung der Rußherstellung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Algorithmus während des Probeentnahmezeitraums mit Hilfe zumindest eines zweiten Algorithmus zur Bestimmung eines neuen Schätzwertes der zumindest einen Ausgangsgröße unter Verwendung des gewichteten Mittels der Fehlervarianzen und dei Differenz zwischen dem gemessenen Wert der zumindest einen Ausgangsgröße und dem Mittelwert der

vorhergesagten Werte der zumindest einer Ausgangsgröße angepaßte j,"d und die neu geschätzte, durch den zumindest einen zweiten Algorithmus bestimmte Ausgangsgröße ihrerseits zur Anspassung des zumindest einen Algorithmus angewendet wird, um die zumindest eine Ausgangsgröße exakter vorhersagen zu können.

7. Verfahren zur Steuerung der Rußherstellung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Ausgangsgröße in bestimmten, im Bereich von 1 bis 20 Sekunden liegenden Vorhersageintervallen vorhergesagt wird;

der Mittelwert der zumindest einen vorhergesagten Ausgangsgröße in bestimmten, im Bereich von ein bis drei Minuten liegenden Mittelungsintervallen bestimmt wird; und die bestimmten Probeentnahmezeiträume für die Entnahme von Proben des produzierten Rußes im Bereich von ca. 0,5 bis 5 Stunden liegen.

8. Verfahren zur Steuerung der Rußherstellung nach Anspruch 2 bis 7, wobei dieses Verfahren weiterhin die nachfolgenden Schritte umfaßt: Überwachung der Meßwerte der zumindest einen Rußausgangsgröße zur Feststellung einer unerwünschten Verschiebung dos Mittelwertes der zumindest einen Ausgangsgröße.

9. Verfahren zur Steuerung der Rußherstellung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Werte der zumindest einen Ausgangsgröße durch die Summation der Differenz zwischen dem aktuellen gemessenen Wert der Ausgangsgröße und dem Zielwert der Ausgangsgröße plus oder minus einem vorbestimmten Schlupfwert überwacht werden und der Wert dieser Summation dann mit einem vorbestimmten Entscheidungsintervall verglichen wird und ein Alarmsignal erzeugt wird, wenn der Wert dieser Summation nicht innerhalb des Entscheidungsintervalls liegt.

10. Verfahren zur Steuerung der Rußherstellung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Schlupfwert so festgelegt ist, daß bei Addition zu bzw. Subtraktion von dem Zielwert der zumindest einen Ausgangsgröße die beiden resultierenden Werte einen ungefähr innerhalb einer Standardabweichung liegenden Bereich oder einen Bereich beschreiben, in dem mehr als 60% der gemessenen Werte dieser zumindest einen Ausgangsgröße liegen.

11. Vorrichtung zur Steuerung der Rußherstellung in einem Rußreaktor, wobei diese Vorrichtung umfaßt:

eine Meßvorrichtung zur in bestimmten zeitlichen Abständen bei in Betrieb befindlichem Reaktor erfolgenden Messung von zumindest einer bei der Rußherstellung verwendeten Ausgangsgröße; eine an diese Meßvorrichtung angeschlossene Rechenvorrichtung zur in bestimmten zeitlichen Abständen erfolgenden Vorhersage von zumindest einer Rußausgangsgröße entsprechend zumindest einem, die zumindest eine während des bestimmten zeitlichen Abschnitts gemessene Eingangsgröße verwendenden Algorithmus, wobei die Rechenvorrichtung weiterhin in bestimmten Mittelungsintervallen einen Mittelwert dieser zumindest einen Ausgangsgröße ermittelt; und

eine an die Rechenvorrichtung angeschlossene Reguliervorrichtung zur in bestimmten zeitlichen Abständen bei in Betrieb befindlichem Reaktor gemäß einem Anpassungsalgorithmus erfolgenden Regulierung dieser zumindest einen Rußeingangsgröße unter Verwendung der zwischen dem Mittelwert der zumindest einen vorhergesagten Ausgangsgröße und einem Zielwert dieser zumindest einen Ausgangsgröße bestehenden Differenz zur Erreichung des Zielwertes dieser Ausgangsgröße mit dem Ziel, Ruß in einer im wesentlichen beständigen Qualität zu erhalten.

12. Vorrichtung zur Steuerung der Rußherstellung in einem Rußreaktor nach Anspruch 11, wobei diese Vorrichtung weiterhin umfaßt:

eine Probeentnahmevorrichtung zur bei in Betrieb befindlichem Reaktor in bestimmten zeitlichen Abständen erfolgenden Entnahme von Proben des produzierten Rußes, so daß die zumindest eine Ausgangsgröße anhand der Rußprobe gemessen werden kann, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Rechenvorrichtung auf den gemessenen Wert der zumindest einen Ausgangsgröße anspricht, um den zumindest einen Algorithmus unter Verwendung des gemessenen Wertes der zumindest einen Ausgangsgröße mit dem Ziel anzupassen, die Ausgangsgröße exakter vorherzusagen.

13. Vorrichtung zur Steuerung dsr Rußherstellung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenvorrichtung den zumindest einen Algorithmus durch die Anwendung zumindest eines zweiten Algorithmus zur Ermittlung eines Schätzwertes der zumindest einen Ausgangsgröße anpaßt und zwar unter Anwendung eines gewichteten Mittels

des besten Schätzwertes der Fehlervarianz des aktuellen vorhergesagten Wertes der zumindest einen Ausgangsgröße und der Fehlervarianz des gemessenen Wertes der Ausgangsgröße, wobei die Rechenvorrichtung ihrerseits die geschätzte Ausgangsgröße zur Anpassung des zumindest einen Algrorithmus mit dem Ziel anwendet, die zumindest eine Ausgangsgröße exakter vorherzusagen.

Hierzu 6 Seiten Zeichnungen

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Prozeßregelung, insbesondere Verfahren zur Prozeßregelung bei der Herstellung von Ruß.

Allgemeiner Stand der Technik

Bei der Herstellung von Ruß wird angestrebt, Einfluß auf bestimmte Ausgangsgrößen des Rußes zu nehmen, um Ruß in einer im wesentlichen beständigen Qualität herzustellen. Derartige Ausgangsgrößen, auf die sich eine solche Einflußnahme häufig konzentriert, sind die lodzahl (IZ) und der Dibutylphthalat-Wert (DBP-Wert). Da sich die Eingangsgrößen und weitere physikalische Parameter der Ruß-Herstellungsverfahren während der Ruß-Produktion häufig verändern, hat es sich als schwierig erwiesen, Ruß von im wesentlichen beständiger Qualität herzustellen. Eingangsgrößen, die sich während des Ruß-Herstellungsverfahrens häufig ändern, sind beispielsweise die Luftfeuchtigkeit und die Brennstoffgüte. Veränderungen der Eingangsgrößen können einen signifikanten Einfluß auf die Ruß-Ausgangsgrößen wie die IZ und/oder den DBP-Wert nehmen. Ähnlich ändern sich auch andere nichtmeßbare physikalische Parameter häufig während des Ruß-Herstellungsverfahrens und beeinflussen gleichfalls die Ruß-Ausgangsgrößen wie die IZ und/odor den DBP-Wert.Bei einigen bekannten Ruß-Produktionsanlagen werden Proben des produzierten Rußes in bestimmten Abständen, beispielsweise einmal während einer bestimmten Zahl von Betriebsstunden, entnommen. Dann werden die Ausgangsgrößen wie die IZ und/oder dor DBP-Wert bei jeder Probe gemessen. Nachdem eine jede Probe geprüft wurde, nimmt der Anlagenfahrer eine Regulierung einer oder mehrerer Eingangsgrößen, z. B. des Beschickungsgut-Durchsatzes, vor. Die Regulierung durch den Anlagenfahrer beruht gewöhnlich auf dessen subjektiven Erfahrungen mit der betreffenden Ruß-Anlage, wobei das Ziel darin besteht, die Ausgangsgrößen wie die IZ und/oder den DBP-Gehalt wieder auf die angestrebten Zielwerte zurückzuführen. Ein mit solchen Verfahren der Ruß-Carbon-Black-Produktionssteuerung verbundenes Problem besteht darin, daß die Ruß-Ausgangsgrößen wie die IZ und/oder der DBP-Wert nicht in den zwischen den einzelnen Proben liegenden Zeiträumen gesteuert werden. Wenn daher Veränderungen der Eingangsgrößen oder sonstiger physikalischer Parameter der Ruß-Proauktionsanlage dazu führen, daß der Wert von Ausgangsgrößen wie der IZ und/oder des DBP-Gehalts sich außerhalb dos Rahmens des angestrebten Wertbereichs bewegt, dann wird diese Veränderung gewöhnlich erst bei Entnahme der nächsten Probe bemerkt. Die Folge davon kann sein, daß eine nicht unbedeutende Menge des produzierten Rußes nicht den Vorgaben des Kunden entspricht. Ein weiteres Problem bei solchen bekannten Verfahren der Ruß-Produktionssteuerung besteht schließlich darin, daß sich diese Verfahren auf die subjektive Bewertung seitens des Anlagenfahrers stützen, damit auf der Grundlage der Werte der im Labor gemessenen Ausgangsgrößen eine Regulierung einer oder mehrerer Eingangsgrößen vorgenommen wird. Folge davon ist, daß die Regulierung der Eingangsgrößen von Anlagenfahrer zu Anlagenfahrer häufig unterschiedlich sein kann und es aus diesem Grund zu einer unbeständigen Qualität des produzierten Rußes kommt. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bei bekannten Rußherstellungsanlagen bestehenden Probleme und Nachteile zu lösen bzw. zu überwinden.

Summarische Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung dient einem Verfahren zur Produktionssteuerung von Ruß in einem Ruß-Reaktor und umfaßt die folgenden Schritte: (a) Messung von mindestens einer im Rußherstellungsprozeß verwendeten Eingangsgröße in bestimmten zeitlichen Abständen bei in Betrieb befindlichem Reaktor; (b) Anwendung von zumindest einem Algorithmus zur in bestimmten zeitlichen Abständen erfolgenden Voraussage von zumindest einer Ausgangsgröße des Rußes, wobei auf die zumindest eine, in diesen zeitlichen Abständen gemessene Eingangsgröße zurückgegriffen wird; (c) Bestimmung eines Durchschnittswertes der mindestens einen vorausgesagten Ausgangsgröße, in bestimmten Mittelungsintervallen; und (d) in bestimmten zeitlichen Abständen bei in Betrieb befindlichem Reaktor Vornahme der Anpassung von zumindest einer der Ausgangsgrößen unter Heranziehung der Differenz zwischen dem Mittelwert der zumindest einr ι vorhergesagten Ruß-Ausgangsgröße mit dem Ziel, den Zielwert dieser Ausgangsgröße zu erreichen, um so Ruß in einer im wesentlichen beständigen Qualität zu erzeugen. Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Verfahren umfaßt weiterhin vorzugsweise die nachfolgenden Schritte: (a) in bestimmten zeitlichen Abständen bei in Betrieb befindlichem Reaktor erfolgende Entnahme von Proben des produzierten Rußes; (b) bei in Betrieb befindlichem Reaktor erfolgende Messung der zumindest einen Ausgangsgröße der entnommenen Ruß-Probe; und (c) Anpassung des zumindest einen zur Anwendung gekommenen Algorithmus auf der Grundlage des Meßwertes der zumindest einen Ausgangsgröße, um diese Ausgangsgröße exakter vorhersagen zu können. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist diese zumindest eine vorhergesagte Ausgangsgröße die lodzahl (IZ), und die in bestimmten Zeitabständen nachregulierte Eingangsgröße ist der Beschickungsgut-Durchsatz. In einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung ist diese zumindest eine vorhergesagte Ausgangsgröße der Dibutylphthalat-Wert (DBP-Wert), und die regulierte Eingangsgröße ist der Kaliumhilfslösungsdurchsatz.