RU2795982C2 - Reactor wireless monitoring system using rfid tags equipped with passive sensor - Google Patents
Reactor wireless monitoring system using rfid tags equipped with passive sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2795982C2 RU2795982C2 RU2020122865A RU2020122865A RU2795982C2 RU 2795982 C2 RU2795982 C2 RU 2795982C2 RU 2020122865 A RU2020122865 A RU 2020122865A RU 2020122865 A RU2020122865 A RU 2020122865A RU 2795982 C2 RU2795982 C2 RU 2795982C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rfid
- reactor
- antenna
- signal
- reaction zone
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
По данной заявке испрашивается приоритет согласно рассматриваемой предварительной заявки на патент США № 62/616,166, поданной 11 января 2018 года, содержание которой включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки.This application claims priority under pending U.S. Provisional Application No. 62/616,166, filed January 11, 2018, the contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к системе и способу беспроводного мониторинга параметров внутри технологического корпуса, такого как реактор.The invention relates to a system and method for wireless monitoring of parameters inside a process building such as a reactor.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
Для нефтеперерабатывающих и химических заводов общепринятыми являются корпуса реакторов, содержащие катализатор. При эксплуатации таких реакторов требуется определять или контролировать параметры технологического процесса внутри корпуса, поскольку такая информация может способствовать управлению условиями протекания химической реакции внутри корпуса реактора. Современные методы определения параметров внутри корпуса реактора требуют наличия физического соединения, в том числе электрического или пневматического соединения, с датчиком, передающим полученные датчиком данные для их внешнего отображения. Одним из примеров таких измерительных устройств является применение термопар для определения температуры. Для применения термопары при определении температуры в местоположении внутри корпуса реактора требуется защитный карман термопары. Защитный карман термопары проходит сквозь стенку корпуса и достигает местоположения, в котором выполняют определение температуры внутри корпуса. For refineries and chemical plants, reactor vessels containing a catalyst are common. In the operation of such reactors, it is necessary to determine or control the process parameters inside the vessel, since such information can help control the conditions for the chemical reaction to occur inside the reactor vessel. Current methods for determining parameters inside the reactor vessel require a physical connection, including an electrical or pneumatic connection, to a sensor that transmits the data received by the sensor for external display. One example of such measuring devices is the use of thermocouples to determine temperature. The use of a thermocouple in determining the temperature at a location within the reactor pressure vessel requires a thermocouple protective pocket. The thermocouple protective pocket extends through the housing wall and reaches a location where a temperature determination is made within the housing.
Необходимым условием является возможность определения и наблюдения за параметрами технологического процесса в местоположениях внутри корпуса реактора и передачи данных по каналу беспроводной связи для выполнения их сбора в другом местоположении. Для этого предлагается возможное применение оснащенных датчиком меток радиочастотной (RF) идентификации для определения различных параметров рабочей среды в объеме реактора и передачи измеряемых данных по каналу беспроводной связи для их дистанционного сбора. В данной области техники раскрыты различные системы, содержащие устройства с метками радиочастотной идентификации, соединенные определенным образом с сенсорным устройством, которые применяются для определения соответствующих параметров рабочей среды и передачи таких данных по каналу беспроводной связи. A prerequisite is the ability to determine and monitor process parameters at locations within the reactor vessel and transmit data wirelessly to be collected at another location. For this, a possible use of radio frequency (RF) identification tags equipped with a sensor is proposed for determining various parameters of the working environment in the reactor volume and transmitting the measured data via a wireless communication channel for their remote collection. Various systems are disclosed in the art, comprising devices with RFID tags, connected in a certain way to a sensor device, which are used to determine the appropriate parameters of the working environment and transmit such data over a wireless communication channel.
Пример такого устройства описан в документе US 6,720,866. В данном патенте раскрывается система, содержащая устройство с меткой радиочастотной идентификации (RFID, radio frequency identification), получающее входной сигнал датчика, приводящий в логических цепях устройства с меткой RFID к изменению сигнала, передаваемого устройством с меткой RFID. Устройство с меткой RFID является пассивным в том смысле, что оно не содержит внутренний источник электропитания. Вместо этого оно использует мощность радиочастотной волны, генерируемой устройством считывания радиочастотных меток (устройством считывания/опроса), которое активирует устройство с меткой RFID. Устройство с меткой RFID выполнено с возможностью приема входного сигнала от датчика. В данном датчике предусматривается определение таких параметров, как напряжение, сила электрического тока, сопротивление, частота, давление, температура, ускорение, механические колебания, степень влажности, процентное содержание газа, плотность, скорость потока, интенсивность светового потока, звуковая сила, проникающее излучение, магнитный поток, pH, или других величин. В датчике также предусматривается генерация аналогового входного сигнала для устройства с меткой RFID, которое генерирует сигнал, содержащий данные, имеющие отношение к входному сигналу датчика. Устройство считывания меток RFID или устройство считывания/опроса выполняет считывание такого входного сигнала датчика.An example of such a device is described in US 6,720,866. This patent discloses a system comprising a radio frequency identification (RFID) tagged device receiving a sensor input that causes the RFID tagged device logic circuits to change the signal transmitted by the RFID tagged device. An RFID tagged device is passive in the sense that it does not contain an internal power supply. Instead, it uses the power of the RF wave generated by the RFID reader (reader/interrogator) that activates the device with the RFID tag. The device with the RFID tag is configured to receive input from the sensor. This sensor provides for the determination of such parameters as voltage, electric current, resistance, frequency, pressure, temperature, acceleration, mechanical vibrations, degree of humidity, percentage of gas, density, flow velocity, light flux intensity, sound force, penetrating radiation, magnetic flux, pH, or other values. The sensor also provides for the generation of an analog input signal for an RFID tagged device, which generates a signal containing data related to the sensor's input signal. An RFID tag reader or reader/interrogator reads such a sensor input.
В документе US 8,106,778 описывается другой вариант применения радиочастотной идентификации (RFID). В данном патенте раскрывается способ и система для отслеживания переменных параметров, таких как местоположение, температура, влажность, давление, время, дата и выполнения инерциальных измерений (например, скорости и ускорения). Система RFID, раскрытая в патенте ‘778, содержит датчик RFID, выполненный с возможностью определения параметра на датчике RFID. Переменные данные, полученные от датчика, затем сохраняются в памяти процессора метки RFID датчика RFID, который затем передает на устройство считывания меток RFID ответный сигнал, содержащий переменные данные, отображающие параметр.US 8,106,778 describes another application for radio frequency identification (RFID). This patent discloses a method and system for tracking variables such as location, temperature, humidity, pressure, time, date, and making inertial measurements (eg, velocity and acceleration). The RFID system disclosed in the '778 patent includes an RFID sensor configured to determine a parameter on the RFID sensor. The variable data received from the sensor is then stored in the memory of the RFID tag processor of the RFID sensor, which then transmits to the RFID tag reader a response signal containing the variable data representing the parameter.
В данных патентах отсутствует раскрытие или предложение применения оснащенных датчиком меток RFID для определения параметров технологического процесса или рабочей среды внутри корпуса реактора или передачи по каналу беспроводной связи данных, имеющих отношение к определяемым параметрам внутри корпуса реактора, для их дальнейшего приема, обработки и использования. В действительности специалисты в данной области техники не предусматривают возможности передачи радиочастотных сигналов через корпус, который содержит объем, заполненный частицами катализатора или углеводородами, без значительного искажения или ослабления радиочастотного сигнала, или одновременно без того и другого. Это связано с тем, что, как считалось ранее, частицы катализатора, содержащие значительные количества каталитических металлов, будут вызывать искажение или сильное ослабление радиочастотных волн, передаваемых метками RFID и радиочастотными устройствами считывания/опроса, при их прохождении через частицы катализатора.These patents do not disclose or suggest the use of sensor-equipped RFID tags to determine the parameters of the technological process or the working environment inside the reactor pressure vessel or wirelessly transmit data related to the determined parameters inside the reactor pressure vessel for further reception, processing and use. In fact, those skilled in the art do not foresee the possibility of transmitting RF signals through a housing that contains a volume filled with catalyst particles or hydrocarbons without significantly distorting or attenuating the RF signal, or both. This is because it was previously thought that catalyst particles containing significant amounts of catalytic metals would distort or severely attenuate RF waves transmitted by RFID tags and RF readers/interrogators as they passed through the catalyst particles.
В то же время в данном изобретении предлагается система и способ, в которых предусматривается локальное определение параметров рабочей среды или технологического процесса в местоположении внутри реактора и передача по каналу беспроводной связи от реактора к приемнику радиочастотных волн, содержащих данные, отображающие определяемый параметр внутри реактора. At the same time, the present invention proposes a system and method that provides for the local determination of the parameters of the working environment or the technological process at a location inside the reactor and the transmission via a wireless communication channel from the reactor to the receiver of radio frequency waves containing data representing the determined parameter inside the reactor.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
В связи с этим предлагается система мониторинга по каналу беспроводной связи параметров технологического процесса внутри корпуса реактора. Система содержит корпус реактора, который определяет реакционную зону. Внутри реакционной зоны находится слой катализатора, содержащий частицы катализатора, и при этом внутри слоя катализатора находится датчик RFID, выполненный с возможностью определения параметра реактора в реакционной зоне, приема сигнала опроса и, при поступлении сигнала опроса, передачи сигнала радиочастотной метки RFID, который содержит данные, отображающие параметр реактора. Система содержит антенну устройства считывания RFID, которая по каналу беспроводной связи соединена с датчиком RFID и выполнена с возможностью передачи сигнала опроса и приема сигнала радиочастотной метки RFID, получаемого в ответ на сигнал опроса.In this regard, a system is proposed for monitoring the parameters of the technological process inside the reactor vessel via a wireless communication channel. The system contains a reactor vessel which defines the reaction zone. Inside the reaction zone is a catalyst bed containing catalyst particles, and inside the catalyst layer is an RFID sensor configured to determine the parameter of the reactor in the reaction zone, receive a polling signal and, when a polling signal arrives, transmit an RFID RFID signal that contains data , representing the reactor parameter. The system comprises an RFID reader antenna that is wirelessly connected to the RFID sensor and configured to transmit a polling signal and receive an RFID RFID tag signal received in response to the polling signal.
Также предлагается способ мониторинга параметров технологического процесса внутри корпуса реактора, который определяет реакционную зону, внутри которой находится слой катализатора, содержащий частицы катализатора. В слое катализатора находится датчик RFID, который по каналу беспроводной связи соединен с антенной устройства считывания RFID. Антенна устройства считывания RFID передает сигнал опроса, который принимается датчиком RFID. При получении сигнала опроса датчик RFID передает сигнал радиочастотной метки RFID, который содержит данные, отображающие параметр реактора в реакционной зоне, и который принимается антенной устройства считывания RFID.Also provided is a method for monitoring process parameters inside a reactor vessel that defines a reaction zone containing a catalyst bed containing catalyst particles. The catalyst bed contains an RFID sensor that is wirelessly connected to the antenna of the RFID reader. The antenna of the RFID reader transmits a polling signal, which is received by the RFID sensor. Upon receipt of the interrogation signal, the RFID sensor transmits an RFID tag signal, which contains data indicative of a parameter of the reactor in the reaction zone, and which is received by the antenna of the RFID reader.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF GRAPHICS
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение варианта реализации системы мониторинга по данному изобретению по каналу беспроводной связи параметров технологического процесса внутри корпуса реактора.Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of the monitoring system of the present invention over a wireless communication channel of process parameters inside a reactor vessel.
Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение системы RFID, содержащей внутри рабочей среды оснащенную датчиком метку RFID и устройство считывания/опроса RFID, которое по каналу беспроводной связи соединено с оснащенной датчиком меткой RFID и соединено с компьютером для обработки данных, содержащихся в радиочастотном сигнале.Fig. 2 is a schematic of an RFID system comprising, within a work environment, an RFID sensor-equipped tag and an RFID reader/interrogator that is wirelessly connected to the RFID sensor-equipped tag and connected to a computer to process the data contained in the RF signal.
Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение экспериментального оборудования, используемого для проведения испытаний по ослаблению радиочастотных сигналов, проходящих через слой катализатора и жидкие углеводороды, относительно воздушной среды.Fig. 3 is a schematic representation of the experimental equipment used to test the attenuation of RF signals passing through the catalyst bed and liquid hydrocarbons relative to air.
Фиг. 4 представляет собой диаграмму зависимости мощности радиочастотного сигнала от его частоты в диапазоне от 500 МГц до 2,5 ГГц при прохождении радиочастотного сигнала через 4 фута воздуха, один фут катализатора и дизельного масла, и 7 футов катализатора и дизельного масла.Fig. 4 is a plot of RF signal strength versus frequency from 500 MHz to 2.5 GHz when the RF signal travels through 4 feet of air, one foot of catalyst and diesel oil, and 7 feet of catalyst and diesel oil.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
К вариантам реализации изобретения относится как система, так и способ мониторинга по каналу беспроводной связи соответствующих параметров внутри корпуса реактора. К таким параметрам могут относиться параметры технологического процесса или рабочей среды, в том числе давление или температура в различных местоположениях внутри корпуса реактора, также к параметрам могут относиться такие величины, как процентное содержание пара и жидкости, скорости потока и химический состав текучих сред, содержащихся внутри или проходящих через корпус реактора. Embodiments of the invention include both a system and a method for wireless monitoring of relevant parameters within a reactor vessel. Such parameters may include process or fluid parameters, including pressure or temperature at various locations within the reactor pressure vessel, and may also include quantities such as vapor and liquid percentages, flow rates, and chemical composition of the fluids contained within. or passing through the reactor vessel.
Одновременно с данной заявкой на патент поданы три связанные предварительные заявки на патент, озаглавленные «SP2118 - Беспроводной мониторинг и составление профилей параметров реактора с помощью совокупности оснащенных датчиком меток RFID, имеющих известные местоположения», «SP2119 - Беспроводной мониторинг и cоставление профилей параметров реактора с помощью массивов оснащенных датчиком меток RFID, размещенных на известных уровнях высоты реактора», и «SP2102 - Беспроводной мониторинг и составление профилей параметров реактора с помощью совокупности оснащенных датчиком меток RFID и различных трансиверов»; имеющие серийные номера 62/616,148; 62/616,185 и 62/616,155 соответственно.Three related provisional patent applications have been filed concurrently with this patent application, entitled " SP2118 - Wireless monitoring and profiling of reactor parameters using a collection of sensor-equipped RFID tags with known locations ", " SP2119 - Wireless monitoring and profiling of reactor parameters using arrays of sensor-equipped RFID tags placed at known reactor heights ”, and “ SP2102 - Wireless monitoring and profiling of reactor parameters using a combination of sensor-equipped RFID tags and various transceivers ”; having
Изобретение требует применения датчиков радиочастотной идентификации (RFID) для определения или восприятия одного или нескольких параметров технологического процесса внутри реакционной зоны корпуса реактора с последующей передачей полученных данных на антенну устройства считывания RFID посредством сигнала радиочастотной метки RFID, который содержит данные, отображающие полученную информацию. The invention requires the use of radio frequency identification (RFID) sensors for determining or sensing one or more process parameters inside the reaction zone of a reactor vessel, and then transmitting the received data to the antenna of the RFID reader via an RFID RFID tag signal, which contains data representing the received information.
В данном описании термин «датчик RFID» означает устройство, которое содержит датчик, скомпонованный или интегрированный с пассивной меткой RFID или функционально с ней связанный. Датчик образует собой средство для определения параметра или характеристики технологического процесса внутри корпуса реактора и средство для подачи на метку RFID входного сигнала, содержащего данные, отображающие значение отдельного определяемого параметра технологического процесса. Известные в данной области техники пассивные метки RFID содержат интегральную схему, сопряженную с приемопередающей антенной радиочастотной метки для приема сигнала опроса от антенны устройства считывания RFID и для передачи сигнала радиочастотной метки.As used herein, the term "RFID sensor" means a device that includes a sensor configured or integrated with or operatively associated with a passive RFID tag. The sensor forms a means for determining a parameter or characteristic of the process within the reactor vessel and a means for applying to the RFID tag an input signal containing data representing the value of a particular process parameter being determined. Passive RFID tags known in the art comprise an integrated circuit coupled to the RFID tag's transceiver antenna for receiving a polling signal from the RFID reader's antenna and for transmitting the RFID signal.
При получении сигнала опроса от устройства считывания RFID датчик RFID передает на антенну устройства считывания RFID ответный сигнал радиочастотной метки RFID, который содержит полученные от датчика данные, отображающие определяемый параметр технологического процесса. Компьютер обрабатывает данные, содержащиеся в принятом сигнале радиочастотной метки RFID, и выдает выходные данные, относящиеся к определяемому или воспринимаемому параметру технологического процесса. Upon receiving a polling signal from the RFID reader, the RFID sensor sends an RFID tag response signal to the antenna of the RFID reader, which contains data received from the sensor representing the process variable being detected. The computer processes the data contained in the received RFID tag signal and provides output data related to the determined or sensed process variable.
Одним из отличительных признаков изобретения является то, что оно позволяет определять параметры технологического процесса и рабочей среды внутри корпуса реактора с помощью сенсорного устройства и передавать по каналу беспроводной связи радиочастотные сигналы, содержащие определяемые данные, из корпуса реактора на антенну устройства считывания RFID, соединенную с устройством считывания, которое выполняет обработку данных, содержащихся в радиочастотных сигналах. Эта возможность предусмотрена в изобретении даже в случае прохождения передаваемых радиочастотных сигналов через слой частиц катализатора или корпус, заполненный углеводородами, или через сочетание того и другого. Радиочастотные сигналы из устройства считывания/опроса и сигналы радиочастотной метки проходят через слой катализатора и углеводороды, содержащиеся внутри корпуса реактора, с небольшим искажением или ослаблением, препятствующим проведению беспроводного мониторинга параметров технологического процесса внутри реактора.One of the distinguishing features of the invention is that it allows determining the parameters of the technological process and the working environment inside the reactor vessel using a sensor device and transmitting radio frequency signals containing the determined data via a wireless communication channel from the reactor vessel to the antenna of the RFID reader connected to the device. a readout that performs processing on the data contained in the RF signals. This possibility is envisaged by the invention even if the transmitted RF signals pass through a layer of catalyst particles or a housing filled with hydrocarbons, or through a combination of both. RF signals from the reader/interrogator and RFID tag signals pass through the catalyst bed and hydrocarbons contained within the reactor vessel with little distortion or attenuation preventing wireless monitoring of process parameters within the reactor.
Для определения параметров внутри корпуса реактора датчик RFID размещают в местоположении внутри реакционной зоны, образованной в корпусе реактора. Реакционная зона представляет собой пространство, которое может быть незаполненным или содержать газ или жидкость, выбранные из любого типа текучей среды, включая воду, углеводороды и другие химические вещества. К примерам углеводородов относится лигроин, керосин, дизельное топливо, газойль и тяжелое дизельное топливо, в том числе мазут. Как правило, реакционная зона содержит слой частиц катализатора и, кроме того, наряду с частицами катализатора может содержать любую из вышеупомянутых текучих сред, предпочтительно углеводородную текучую среду. To determine the parameters inside the reactor vessel, an RFID sensor is placed at a location inside the reaction zone formed in the reactor vessel. The reaction zone is a space that may be empty or contain a gas or liquid selected from any type of fluid, including water, hydrocarbons and other chemicals. Examples of hydrocarbons include naphtha, kerosene, diesel fuel, gas oil, and heavy diesel fuel, including heating oil. Typically, the reaction zone contains a layer of catalyst particles and, in addition, along with catalyst particles may contain any of the above fluids, preferably a hydrocarbon fluid.
Частицы катализатора в реакционной зоне могут иметь любой размер и форму, обычно используемые в промышленности, включая экструдаты любой формы (например, цилиндрической, двудольной, трехдольной и четырехдольной), сферы, шары, сложнопрофильные агрегаты, гранулы и порошки. Размер частиц катализатора может находиться в пределах от 0,1 мм до 200 мм, но преимущественно размер частиц катализатора находится в пределах от 0,5 мм до 100 мм или от 1 мм до 20 мм, и они могут иметь любую композицию. The catalyst particles in the reaction zone can be of any size and shape commonly used in the industry, including extrudates of any shape (eg, cylindrical, bipartite, trilobular, and quadripartite), spheres, spheres, composite aggregates, granules, and powders. The catalyst particle size may range from 0.1 mm to 200 mm, but preferably the catalyst particle size ranges from 0.5 mm to 100 mm, or from 1 mm to 20 mm, and may be of any composition.
Характерные композиции катализатора содержат неорганический оксидный компонент, например диоксид кремния, оксид алюминия, алюмосиликат и диоксид титана. Кроме того, композиция катализатора может содержать компонент на основе каталитического металла, в том числе любого из переходных металлов, включая хром, молибден, вольфрам, рений, железо, кобальт, никель, палладий, платину, золото, серебро и медь. Концентрация металлических компонентов в частицах катализатора может составлять до 60% масс. в расчете на количество металла независимо от его фактического состояния, и концентрация металла, как правило, находится в пределах от 0,1% масс. до 30% масс. в расчете на количество металла независимо от его фактического состояния.Representative catalyst compositions contain an inorganic oxide component, such as silica, alumina, aluminosilicate, and titanium dioxide. In addition, the catalyst composition may contain a catalyst metal component, including any of the transition metals, including chromium, molybdenum, tungsten, rhenium, iron, cobalt, nickel, palladium, platinum, gold, silver, and copper. The concentration of metal components in the catalyst particles can be up to 60 wt%. based on the amount of metal, regardless of its actual state, and the concentration of the metal, as a rule, is in the range of 0.1% of the mass. up to 30% wt. based on the amount of metal, regardless of its actual state.
До предлагаемого изобретения ученые и инженеры считали, что радиочастотные сигналы не могут проходить через слой частиц катализатора без значительного ослабления или искажения вследствие сосредоточения металла на частицах катализатора и вследствие толщины слоя катализатора. Такое ослабление будет предотвращать прохождение радиочастотных волн к трансиверу и от него и, следовательно, будет приводить к невозможности их считывания. В то же время отличительным признаком данного изобретения является то, что в нем предусматривается размещение датчика RFID в слое катализатора реакционной зоны, так что частицы катализатора окружают датчик RFID. Частицы катализатора содержат неорганический оксидный компонент или металлический компонент, или оба компонента, как описано выше. Prior to the present invention, scientists and engineers believed that RF signals could not pass through a layer of catalyst particles without being significantly attenuated or distorted due to metal concentration on the catalyst particles and due to the thickness of the catalyst layer. This attenuation will prevent RF waves from traveling to and from the transceiver and will therefore render them unreadable. At the same time, it is a feature of the present invention that the RFID sensor is placed in the catalyst bed of the reaction zone so that the catalyst particles surround the RFID sensor. The catalyst particles contain an inorganic oxide component or a metal component, or both, as described above.
Корпус реактора по настоящему изобретению может представлять собой любой пригодный корпус, изготовленный из любого пригодного материала, известного специалистам в данной области техники. Во многих вариантах применения в корпусе реактора, как правило, образовано пространство, в котором содержится катализатор и в которое вводятся реагенты или исходное сырье. В одном варианте реализации изобретения в корпусе реактора образована реакционная зона, в которой находится слой катализатора. Корпус реактора оборудован впускным отверстием, которое предусматривает передачу текучей среды в реакционную зону и которое является средством для подачи в реакционную зону сырьевого потока, в том числе углеводородов, как описано выше. Корпус реактора также оборудован выпускным отверстием, которое предусматривает передачу текучей среды из реакционной зоны и является средством для вывода из реакционной зоны потока эффлюента, в том числе продуктов реакции.The reactor vessel of the present invention may be any suitable vessel made from any suitable material known to those skilled in the art. In many applications, the reactor vessel typically forms a space in which the catalyst is contained and into which the reactants or feedstock are introduced. In one embodiment of the invention, a reaction zone is formed in the reactor vessel, in which the catalyst bed is located. The reactor vessel is equipped with an inlet which provides for the transfer of fluid to the reaction zone and which is a means for introducing a feed stream, including hydrocarbons, into the reaction zone, as described above. The reactor vessel is also equipped with an outlet that provides for the transfer of fluid from the reaction zone and is a means for removing the effluent stream, including reaction products, from the reaction zone.
Оснащенная датчиком метка RFID, также именуемая в данном документе датчиком RFID, размещена в требуемом местоположении в реакционной зоне для определения локального параметра технологического процесса. Данное требуемое местоположение является точкой, в которой выполняется определение отдельного параметра технологического процесса, и из которой по каналу беспроводной связи происходит передача на антенну устройства считывания RFID сигнала радиочастотной метки RFID, содержащего или переносящего данные, отображающие определяемый параметр реактора. A sensor-equipped RFID tag, also referred to herein as an RFID sensor, is placed at a desired location in the reaction zone to determine a local process variable. This desired location is the point at which a particular process variable is determined and from which an RFID RFID tag signal containing or carrying data indicative of the reactor variable being determined is transmitted wirelessly to the RFID reader antenna.
В варианте реализации изобретения датчика RFID размещен в слое катализатора реакционной зоны, так что частицы катализатора окружают датчик RFID. Для типичного реактора слой катализатора характеризуется геометрическими величинами толщины и ширины. Для реакторов, которые можно охарактеризовать толщиной и шириной, типичная толщина слоя катализатора находится в пределах от 0,5 метра до 20 метров и типичная эффективная ширина слоя катализатора находится в пределах от 0,5 метра до 20 метров. В результате этого датчик RFID может быть окружен слоем или оболочкой из частиц катализатора, имеющими толщину до 20 метров, что требует прохождения сигналов опроса и радиочастотной метки через толщину слоя частиц катализатора от около 0,5 метра до около 20 метров.In an embodiment, the RFID sensor is placed in the catalyst bed of the reaction zone such that the catalyst particles surround the RFID sensor. For a typical reactor, the catalyst bed is characterized by the geometric dimensions of thickness and width. For reactors that can be characterized by thickness and width, a typical catalyst bed thickness ranges from 0.5 meters to 20 meters and a typical effective catalyst bed width ranges from 0.5 meters to 20 meters. As a result, the RFID sensor can be surrounded by a layer or shell of catalyst particles having a thickness of up to 20 meters, which requires the interrogation signals and the RFID tag to pass through a layer of catalyst particles from about 0.5 meters to about 20 meters thick.
Поскольку оснащенная датчиком метка RFID является пассивной, сигнал радиочастотной метки RFID передается при поступлении сигнала опроса, передаваемого антенной устройства считывателя RFID. Как отмечено выше, датчик интегрирован с меткой RFID и выполнен с возможностью восприятия одного или нескольких параметров внутри реакционной зоны. Сенсорный компонент датчика RFID может быть выбран из датчиков температуры, датчиков давления, химических датчиков, датчиков влажности и любого сочетания вышеуказанного. Датчик интегрирован с меткой RFID для получения средства восприятия параметра реактора, приема сигнала опроса и, при поступлении сигнала опроса, передачи сигнала радиочастотной метки RFID, который содержит данные, отображающие параметр реактора. В опубликованных патентах US 2013/0057390, US 9,563,833, US 9,412,061, US 9,035,766 и WO 03/098175 представлены примеры оснащенных датчиком меток RFID. Данные опубликованные патенты включены в настоящий документ посредством ссылки. Since the RFID tag equipped with a sensor is passive, the RFID tag signal is transmitted when a polling signal is received from the antenna of the RFID reader. As noted above, the sensor is integrated with the RFID tag and configured to sense one or more parameters within the reaction zone. The sensor component of the RFID sensor may be selected from temperature sensors, pressure sensors, chemical sensors, humidity sensors, and any combination of the above. The sensor is integrated with the RFID tag to provide a means of sensing the reactor parameter, receiving an interrogation signal, and upon receipt of an interrogation signal, transmitting an RFID tag signal that contains data indicative of the reactor parameter. US Published Patents 2013/0057390, US 9,563,833, US 9,412,061, US 9,035,766 and WO 03/098175 provide examples of sensor-equipped RFID tags. These published patents are incorporated herein by reference.
Антенна устройства считывания RFID размещена в любом местоположении, которое является удаленным от датчика RFID; при условии, что она связана по каналу беспроводной связи с датчиком RFID таким образом, что для нее существует возможность обмена данными с датчиком RFID посредством передачи сигнала опроса на датчик RFID и приема ответного сигнала радиочастотной метки от датчика RFID. The RFID reader antenna is placed at any location that is remote from the RFID sensor; provided that it is wirelessly coupled to the RFID sensor such that it can communicate with the RFID sensor by transmitting a polling signal to the RFID sensor and receiving an RFID tag response signal from the RFID sensor.
Предпочтительной является установка антенны устройства считывания RFID в реакционной зоне, поскольку при этом исчезает необходимость прохождения сигнала опроса и сигнала радиочастотной метки через стенку корпуса реактора. В то же время в другом варианте реализации системы по данному изобретению антенна RFID установлена или размещена во внешнем местоположении по отношению к корпусу реактора. Антенна устройства считывания RFID соединена с устройством считывания, которое подает сигнал опроса на антенну устройства считывания RFID и предусматривает прием сигнала радиочастотной метки RFID. Компьютер обрабатывает данные, содержащиеся в сигнале радиочастотной метки RFID, предоставляемом устройством считывания, и отображает или же предоставляет выходные данные, относящиеся к параметрам внутри реакционной зоны.It is preferable to install the antenna of the RFID reader in the reaction zone, since this eliminates the need for the interrogation signal and the RFID signal to pass through the wall of the reactor vessel. At the same time, in another embodiment of the system according to this invention, the RFID antenna is installed or placed at an external location with respect to the reactor vessel. The antenna of the RFID reader is connected to the reader, which provides a polling signal to the antenna of the RFID reader and receives the signal of the RFID tag. The computer processes the data contained in the RFID tag signal provided by the reader and displays or otherwise provides output related to the parameters within the reaction zone.
Рассмотрим фиг. 1, которая представляет собой схематическое изображение варианта реализации по данному изобретению системы 10 мониторинга по каналу беспроводной связи параметров технологического процесса внутри корпуса 12 реактора. В корпусе 12 реактора образована реакционная зона 14, в которой находится слой 16 катализатора, содержащий частицы 18 катализатора. Корпус 12 реактора оборудован впускным штуцером 22, который функционально соединен с трубопроводом 24. Впускной штуцер 22 образует собой средство для передачи текучей среды через трубопровод 24 и средство для ввода исходного продукта в реакционную зону 14. Корпус 12 реактора также оборудован выпускным штуцером 26, который функционально соединен с трубопроводом 28. Выпускной штуцер 26 образует собой средство для передачи текучей среды через трубопровод 28 и средство для вывода эффлюента из реакционной зоны 14.Consider Fig. 1, which is a schematic representation of an embodiment of the present invention of a
На фиг. 1 показан один вариант реализации системы 10 по данному изобретению, которая содержит антенну 30 устройства считывания RFID, установленную в реакционной зоне 14. Несмотря на то, что на фигуре показана антенна 30 устройства считывания RFID, расположенная над поверхностью 32 слоя 16 катализатора, предполагается, что антенна 30 устройства считывания RFID может быть размещена в любом местоположении внутри реакционной зоны 14, в том числе в пределах границ расположения и в окружении частиц катализатора слоя 16 катализатора. В то же время важным условием является установка антенны 30 устройства считывания RFID таким образом, чтобы она была связана по каналу беспроводной связи и имела возможность обмена данными с датчиком 36 RFID посредством передачи сигнала 38 опроса и приема сигнала 40 радиочастотной метки.In FIG. 1 shows one embodiment of the
В альтернативном варианте реализации системы 10 по данному изобретению антенна 30 устройства считывания RFID установлена в местоположении, внешнем по отношению к реакционной зоне 14 и корпусу 12 реактора. Аналогично случаю с внутренним размещением антенны устройства считывания RFID важным условием является установка антенны 30 устройства считывания RFID таким образом, чтобы она была связана по каналу беспроводной связи и имела возможность обмена данными с датчиком 36 RFID, хотя при этом она может быть размещена в любом допускающем это местоположении, внешнем по отношению к корпусу 12 реактора.In an alternative embodiment of the
Размещение датчика 36 RFID в требуемом местоположении внутри реакционной зоны 14 дает возможность определять параметр технологического процесса вблизи или внутри оболочки вокруг датчика 36 RFID. На фиг.1 изображен датчик 36 RFID, расположенный внутри слоя 16 катализатора и, вследствие этого, окруженный объемом или слоем частиц 18 катализатора. В результате этого для обмена данными с антенной 30 устройства считывания RFID сигнал 38 опроса и сигнал 40 радиочастотной метки должны проходить через толщину уплотненных частиц катализатора до 20 и более метров в зависимости от расположения датчика 36 RFID в слое 16 катализатора.Placing the
Антенна 30 устройства считывания RFID функционально соединена кабелем 42 с устройством 44 считывания. Устройство 44 считывания образует собой средство для выдачи сигнала 38 опроса на антенну 30 устройства считывания RFID и средство для приема сигнала 40 радиочастотной метки от антенны 30 устройства считывания RFID. Компьютер 46 и устройство 44 считывания сопряжены между собой с помощью кабеля 48, который образует собой средство для обмена данными между устройством 44 считывания и компьютером 46. Компьютер 46 образует собой средство для обработки сигнала 40 радиочастотной метки от антенны 30 устройства считывания RFID и для предоставления выходных данных 50, имеющих отношение к определяемым параметрам реактора, для их отображения или сохранения в запоминающем устройстве.The
На фиг. 2 представлено схематическое изображение с увеличенными элементами датчика 36 RFID в его взаимосвязи с некоторыми другими элементами системы 10 RFID. Датчик 36 RFID содержит пассивную метку 54 RFID, которая содержит интегральную схему 56, предоставляющую возможность хранения и обработки входных данных, принятых от датчика 58 через соединение 60. In FIG. 2 is an enlarged schematic of the elements of the
Интегральная схема 56 функционально соединена с антенной 62 метки RFID, образуя собой средство для передачи сигнала 40 радиочастотной метки RFID, который переносит данные, отображающие параметр реактора внутри прилегающего пространства или оболочки 64, или вблизи, или рядом с датчиком 36 RFID. Антенна 62 метки RFID также выполнена с возможностью принятия сигнала 38 опроса, который передается антенной 30 устройства считывания RFID. Антенна 30 устройства считывания RFID функционально соединена кабелем 42 с устройством 44 считывания.The
Метка 54 RFID скомпонована или интегрирована с датчиком 58 таким образом, что датчик 58 выполнен с возможностью подачи входного сигнала датчика на интегральную схему 56 метки 54 RFID через соединение 60. Датчик 58 выполнен с возможностью восприятия или определения параметра технологического процесса или рабочей среды внутри прилегающего пространства 64 с помощью элемента 66 или любого другого пригодного сенсорного средства, выполненного с возможностью подачи через процессор 68 в интегральную схему 56 аналогового или цифрового входного сигнала, отображающего определяемый параметр технологического процесса или рабочей среды. В интегральной схеме 56 предусматривается изменение сигнала 40 радиочастотной метки RFID при поступлении входного сигнала датчика, подаваемого через соединение 60, таким образом, чтобы он содержал или переносил данные, отображающие определяемый параметр рабочей среды внутри прилегающего пространства 64. Внутри прилегающего пространства 64 содержатся частицы 18 катализатора.
В нижеследующем Примере проиллюстрированы некоторые признаки изобретения, но он никоим образом не предназначен для ограничения объема изобретения. The following Example illustrates some features of the invention, but is not intended to limit the scope of the invention in any way.
ПримерExample
Целью эксперимента, описанного в данном Примере, являлось определение способности передаваемых радиочастотных сигналов проходить через слой катализатора, состоящий из металлсодержащих частиц катализатора, и быть принятыми с наименьшим ослаблением или искажением.The purpose of the experiment described in this Example was to determine the ability of the transmitted RF signals to pass through a catalyst layer consisting of metal-containing catalyst particles and be received with the least attenuation or distortion.
В эксперименте использовали два экспериментальных корпуса. Сборку одного из корпусов осуществляли с помощью трубы из поливинилхлорида (PVC) с диаметром 12 дюймов и высотой 10 футов, а сборку второго корпуса осуществляли с помощью трубы из углеродистой стали с диаметром 12 дюймов и высотой 10 футов сортамента 40 (с толщиной стенки 0,406 дюйма). На дне корпуса размещали пластину (антенну) радиочастотного приемника. Пластину (антенна) радиочастотного передатчика размещали внутри корпуса совместно с подъемной направляющей, которая обеспечивала подъем и опускание антенны радиочастотного передатчика в заданные местоположения внутри корпуса. Это позволило разместить слои катализатора заданной толщины между антеннами передатчика и приемника. Для образования слоя катализатора корпус заполняли коммерчески доступными частицами экструдата катализатора гидроочистки с размером 1/8 дюйма, которые содержали никелевые и молибденовые металлические каталитические компоненты.Two experimental buildings were used in the experiment. One of the hulls was assembled with 12" diameter, 10' high polyvinyl chloride (PVC) pipe, and the second hull was assembled with
Последовательность испытаний выполняли с использованием незаполненного корпуса для получения базовых данных по прохождению радиочастотного сигнала через воздушное пространство, а затем получали данные по влиянию степени заполнения при прохождении радиочастотного сигнала через слой сухого катализатора и слой катализатора, заполненный жидким дизельным углеводородом. Измерения проводили при увеличении высоты слоя катализатора от одного фута до толщины слоя катализатора в 8 футов. Для передачи радиочастотных сигналов в диапазоне частот от 500 МГц до 5 ГГц использовали направленную антенну с высоким коэффициентом усиления и широкополосную антенну с низким коэффициентом усиления.The test sequence was performed using an unfilled casing to obtain baseline data on the passage of the RF signal through the airspace, and then received data on the effect of the degree of filling when the RF signal passed through the dry catalyst bed and the catalyst bed filled with liquid diesel hydrocarbon. Measurements were made by increasing the catalyst bed height from one foot to a catalyst bed thickness of 8 feet. To transmit RF signals in the frequency range from 500 MHz to 5 GHz, a high gain directional antenna and a low gain broadband antenna were used.
На фиг. 3 представлено схематическое изображение экспериментальной установки, использованной для проведения эксперимента. Представлена установка 310 для проведения испытаний. Установка 310 для проведения испытаний содержала трубу 312, которая определяла корпус 314, и его внутренний объем 316, внутри которого помещали слой катализатора 318, имеющий высоту 320 слоя. Слой катализатора 318 содержал слой частиц катализатора, содержащих экструдаты на основе оксида алюминия, в которых имелись включенные в них сосредоточения никелевых и молибденовых металлических каталитических компонентов. Во время проведения испытания высоту 320 слоя изменяли.In FIG. 3 is a schematic representation of the experimental setup used for the experiment. Presented
На дне корпуса 314 под слоем 318 катализатора размещали пластину или антенну 324 радиочастотного приемника. Антенна 324 принимала радиочастотные сигналы, передаваемые с помощью пластины или антенны 326 радиочастотного передатчика, которую размещали над или вблизи верхней поверхности 328 слоя 318 катализатора. Антенна 326 радиочастотного передатчика имела функциональное соединение с кабелем 330 передатчика и предусматривала возможность передачи радиочастотных сигналов различной частоты в диапазоне от 500 МГц до 5 ГГц. Такие радиочастотные сигналы проходили через слой 318 катализатора, и их получали или принимали с помощью антенны 324 радиочастотного приемника. Антенна радиочастотного приемника имела функциональное соединение с кабелем 332 приемника и предусматривала возможность приема радиочастотных сигналов, передаваемых с помощью антенны 326 радиочастотного передатчика и проходящих через слой 318 катализатора.At the bottom of the
На фиг. 4 представлена диаграмма сравнения величины ослабления радиочастотного сигнала после прохождения через 4 фута воздуха с интенсивностью радиочастотного сигнала после прохождения через слой катализатора толщиной в один фут, заполненный жидким дизельным углеводородом, и через слой катализатора толщиной в 7 футов, заполненный жидким дизельным углеводородом. In FIG. 4 is a graph comparing the amount of RF signal attenuation after passing through 4 feet of air with the intensity of the RF signal after passing through a one foot thick catalyst bed filled with liquid diesel hydrocarbon and through a 7 foot thick catalyst bed filled with liquid diesel hydrocarbon.
Результаты, представленные на фиг. 4, неожиданно показывают, что радиочастотные сигналы могут быть переданы через слой катализатора и приняты антенной приемника без значительного ослабления или снижения их интенсивности по сравнению с такими значениями, полученными для воздушного пространства. Данные, представленные на фиг. 4, показывают, что уровень принимаемого радиочастотного сигнала тесно сопоставим с радиочастотным сигналом, передаваемым через воздушное пространство. Это неожиданный результат; поскольку ранее считали, что радиочастотные сигналы будут подвергаться негативному воздействию или искажению и ослаблению в слое катализатора, металлических компонентов частиц катализатора, а также в жидком углеводороде внутри корпуса. Это привело бы к предотвращению или значительному затруднению прохождения радиочастотных сигналов через слой катализатора и их приема с помощью антенны радиочастотного приемника.The results shown in FIG. 4 unexpectedly show that RF signals can be transmitted through the catalyst bed and received by the receiver antenna without significant attenuation or reduction in intensity compared to such values obtained for airspace. The data shown in FIG. 4 show that the level of the received RF signal is closely comparable to the RF signal transmitted through airspace. This is an unexpected result; because it was previously believed that RF signals would be adversely affected or distorted and attenuated in the catalyst bed, the metal components of the catalyst particles, and also in the liquid hydrocarbon inside the casing. This would result in preventing or significantly hindering the RF signals from passing through the catalyst bed and being received by the RF receiver antenna.
Claims (32)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201862616166P | 2018-01-11 | 2018-01-11 | |
US62/616,166 | 2018-01-11 | ||
PCT/US2019/012843 WO2019139946A1 (en) | 2018-01-11 | 2019-01-09 | Wireless reactor monitoring system using passive sensor enabled rfid tag |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020122865A RU2020122865A (en) | 2022-02-11 |
RU2795982C2 true RU2795982C2 (en) | 2023-05-16 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040233043A1 (en) * | 2003-05-23 | 2004-11-25 | Hitachi, Ltd. | Communication system |
US20090092522A1 (en) * | 2007-10-09 | 2009-04-09 | Honeywell International Inc. | Wireless temperature sensor for obtaining temperature profiles in a mixing vessel |
US20100230324A1 (en) * | 2006-11-07 | 2010-09-16 | Saudi Arabian Oil Company | Control of Fluid Catalytic Cracking Process for Minimizing Additive Usage in the Desulfurization of Petroleum Feedstocks |
CN103714371A (en) * | 2013-12-25 | 2014-04-09 | 中国科学院上海应用物理研究所 | Wireless detection system and method for measuring inner-state parameters of reactor core simulation device |
WO2014062066A1 (en) * | 2012-10-16 | 2014-04-24 | Sinvent As | Tracer particle for monitoring processes in at least one fluid phase and methods and uses thereof |
RU2543701C2 (en) * | 2008-10-22 | 2015-03-10 | Роузмаунт Инк. | Self-installing sensor/transmitter for process equipment |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040233043A1 (en) * | 2003-05-23 | 2004-11-25 | Hitachi, Ltd. | Communication system |
US20100230324A1 (en) * | 2006-11-07 | 2010-09-16 | Saudi Arabian Oil Company | Control of Fluid Catalytic Cracking Process for Minimizing Additive Usage in the Desulfurization of Petroleum Feedstocks |
US20090092522A1 (en) * | 2007-10-09 | 2009-04-09 | Honeywell International Inc. | Wireless temperature sensor for obtaining temperature profiles in a mixing vessel |
RU2543701C2 (en) * | 2008-10-22 | 2015-03-10 | Роузмаунт Инк. | Self-installing sensor/transmitter for process equipment |
WO2014062066A1 (en) * | 2012-10-16 | 2014-04-24 | Sinvent As | Tracer particle for monitoring processes in at least one fluid phase and methods and uses thereof |
CN103714371A (en) * | 2013-12-25 | 2014-04-09 | 中国科学院上海应用物理研究所 | Wireless detection system and method for measuring inner-state parameters of reactor core simulation device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2019206449B2 (en) | Wireless reactor monitoring system using passive sensor enabled RFID tag | |
CN111567061B (en) | Wireless monitoring and analysis of reactor conditions using multiple sensor-enabled RFID tags with known locations | |
CN111557008B (en) | Wireless detection and analysis of reactor conditions using multiple sensor-enabled RFID tags and multiple transceivers | |
CN111543064B (en) | System and method for wirelessly monitoring and profiling process conditions within a reactor vessel | |
RU2795982C2 (en) | Reactor wireless monitoring system using rfid tags equipped with passive sensor | |
RU2797720C2 (en) | Wireless monitoring and profiling of reactor parameters using a set of sensor rfid tags and various transceivers | |
RU2795107C2 (en) | Wireless monitoring and profiling of reactor parameters using multiple sensor-equipped rfid tags and multiple transceivers | |
RU2777970C2 (en) | Wireless monitoring and compilation of reactor parameter profiles, using arrays of sensor-equipped rfid tags placed at known levels of reactor height |