[发明专利]PTA工艺流程中氧化工段生产运行状态空间监测方法

说明书

本发明公开了PTA工艺流程中氧化工段生产运行状态空间监测方法，以工艺流程中的全局变量作为输入变量，建立工作状态监测模型，以识别当前时刻工业过程的工作状态；所述全局变量是对生产过程中的副产物4‑CBA含量的状态空间检测以反映当前工艺流程的工作状态；所述建立工作状态监测模型是构建深度神经网络状态监测模型以提取数据中的高阶抽象特征信息；利用深度自编码器SAE以提取数据中的高阶数值特征信息和变量间的高阶相互关系特征，利用深度置信网络DBN以提取数据中的高阶分布特征信息；将多个尺度的特征进行融合以丰富对数据多些方面表达。将数据的各方面特征进行整合，利用Softmax分类器进行状态监测与识别。

技术领域

本发明属于石油化工反应工程与过程控制交叉领域，涉及精对苯二甲酸(以下简称PTA，即Purified Terephthalic Acid)工艺过程中氧化工段生产运行状态空间监测方法。

背景技术

精对苯二甲酸(PTA)是重要的大宗有机原料之一，主要用于生产聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯以及聚对苯二甲酸丁二醇酯，也用作染料中间体，是制造聚酯纤维、薄膜、绝缘漆的重要材料。广泛用于与化学纤维、轻工、电子、建筑等国民经济的各个方面，与人民生活水平、居住环境、社会可持续发展密切相关。

PTA生产工艺过程共有两个组成部分：一是二甲苯(PX)氧化工艺；另一则是粗对苯二甲酸(crude terephthalic，CTA)精制工艺。PX氧化工艺流程为：以对PX为原料，醋酸为溶剂，在醋酸钴，醋酸锰催化剂的作用下，以四溴乙烷为促进剂与空气中的氧气反应，生成CTA。反应中放出的大量反应热通过溶剂的蒸发带走，并通过副产蒸汽回收这部分热量。氧化反应液经串联的结晶器降温降压，再经过滤，干燥，得到中间产品CTA。在此过程中会产生的副产物的主要成分为4-CBA。CTA精致工艺流程为：将CTA用脱离子水配成一定浓度的浆料，加热至要求溶解温度后送至加氢反应器。通过催化加氢反应，使4-CBA还原成PTA。由于对甲基苯甲酸易溶于水中，因此于再结晶，分离和干燥时，可将对甲基苯甲酸分离，而可得到高纯度的纯对苯二甲酸(PTA)。

在PTA的整条生产工艺流程中，主要的反应副产物的是中间物4-CBA，通常4-CBA不但会在结晶时与TA形成共晶而污染TA，还会在下游产品生产中影响TA的聚合反应。4-CBA含量高低是PTA质量的重要指标，而加氢精制过程的主要任务就是降低CTA中的4-CBA含量得到精制的对苯二甲酸。CTA用脱离子水配成一定浓度的浆料，加热至要求溶解温度后送至加氢反应器。通过催化加氢反应，使粗对苯二甲酸中所含4-CBA转化为水溶性物质。加氢反应液在串联的结晶器中逐级降温降压后送去离心机分离，得到的滤饼再用脱离子水打浆，然后经过滤和干燥，制得纤维级精对苯二甲酸，PTA生产工艺流程如图1所示。其中，副产物4-CBA在整个生产过程中处于极其重要的地位，它的产出含量直接反映了生产过程的工作状态：过氧化、适度氧化和欠氧化，基于它可以准确地判断当前的工作状态进而合理地分配资源，提高PTA的产品质量。因此，建立PTA生产过程中以4-CBA为指标的状态监测模型，对于工业过程优化有着非常重要的作用。

近年来，随着生产工艺流程朝着复杂化和智能化的方向发展，以及传感器技术和分布式控制系统(Distributed Control System,DCS)在工业过程中的广泛应用，基于数据的过程状态监控和识别技术被广泛应用该领域中。基于数据驱动的方法无需考虑复杂工业流程内部的机理知识，仅需要基于数据特征构建监控识别模型，具有很强的通用性和便捷性，因此受到了学术界和工业界的广泛关注，更加适合现代复杂的石油化工生产过程。其中，常用的方法有主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)、偏最小二乘(Partial Least Squares,PLS)、典型关联分析(Canonical Correlation Analysis,CCA)，支持向量机(Support Vector Machine,SVM)等以及它们的变种。