CN117965214A - 一种天然气脱二氧化碳制合成气的方法和系统 - Google Patents
一种天然气脱二氧化碳制合成气的方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本申请涉及智能控制技术领域，其具体地公开了一种天然气脱二氧化碳制合成气的方法和系统，其使用常温贫胺液通过喷淋以吸收掉原料天然气中的二氧化碳部分，并采用基于深度学习的人工智能技术对二氧化碳分离过程中的原料天然气的流速和常温贫胺液的喷淋压力分别进行时序关联特征提取，挖掘出原料天然气的流速和贫胺液的喷淋压力之间的协同关联关系，进而基于这种协同关联关系实现对喷淋压力的智能控制优化。这样，能够提高二氧化碳的分离效率，降低能耗，并提升整个天然气脱二氧化碳制合成气过程的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及智能控制技术领域，且更为具体地，涉及一种天然气脱二氧化碳制合成气的方法和系统。
背景技术
天然气是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，主要蕴藏在地下多孔隙岩层中，包括油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气等。天然气是一种优质的燃料和化工原料，随着全球能源结构的转型和对环境保护的日益关注，天然气在全球能源消费结构中的占比逐年上升。在天然气的利用过程中，二氧化碳的脱除是一个重要的环节。二氧化碳过高会降低天然气热值，腐蚀冻堵后续工段的管道及设备。为了长距离输送和后续工段对天然气的利用，天然气中的二氧化碳都需要进行脱除。
目前，天然气脱二氧化碳制合成气主要采用化学吸附方法。然而，传统的化学吸附过程主要依赖于人工经验进行调控，这种人工调控的方式不仅操作复杂，而且容易受到操作人员的技能和水平的影响，可能存在一定的误差和滞后性，难以实现精准调控和高效生产。因此，期待一种优化的天然气脱二氧化碳制合成气的方法和系统。
发明内容
为了解决上述技术问题，提出了本申请。本申请的实施例提供了一种天然气脱二氧化碳制合成气的方法和系统，其使用常温贫胺液通过喷淋以吸收掉原料天然气中的二氧化碳部分，并采用基于深度学习的人工智能技术对二氧化碳分离过程中的原料天然气的流速和常温贫胺液的喷淋压力分别进行时序关联特征提取，挖掘出原料天然气的流速和贫胺液的喷淋压力之间的协同关联关系，进而基于这种协同关联关系实现对喷淋压力的智能控制优化。这样，能够提高二氧化碳的分离效率，降低能耗，并提升整个天然气脱二氧化碳制合成气过程的稳定性和可靠性。
相应地，根据本申请的一个方面，提供了一种天然气脱二氧化碳制合成气的方法，其包括：将原料天然气输入旋喷吸收塔以吸收掉所述原料天然气中的二氧化碳部分以得到旋喷处理后天然气；将所述旋喷处理后天然气经净化天然气冷却器降温至常温后，再进入净化天然气分离器以得到净化天然气。
在上述天然气脱二氧化碳制合成气的方法中，将原料天然气输入旋喷吸收塔以吸收掉所述原料天然气中的二氧化碳部分以得到旋喷处理后天然气，包括：经常温贫胺液喷淋吸收掉所述原料天然气中的二氧化碳部分，且得到富胺液。
在上述天然气脱二氧化碳制合成气的方法中，还包括：从所述富胺液提取二氧化碳气体；将所述二氧化碳气体和所述净化天然气输入干重整反应器，以在催化剂的作用下进行反应以得到合成气。
在上述天然气脱二氧化碳制合成气的方法中，所述合成气包括一氧化碳和氢气。
在上述天然气脱二氧化碳制合成气的方法中，经常温贫胺液喷淋吸收掉所述原料天然气中的二氧化碳部分，且得到富胺液，包括：获取由传感器组采集的原料天然气的流速值的时间序列和所述常温贫胺液的喷淋压力的时间序列；将所述原料天然气的流速值的时间序列和所述常温贫胺液的喷淋压力的时间序列分别按照时间维度进行数据规整以得到天然气流速时序输入向量和贫胺液喷淋压力时序输入向量；将所述天然气流速时序输入向量和所述贫胺液喷淋压力时序输入向量输入基于一维扩展卷积网络的时序模式特征提取器以得到天然气流速时序关联特征向量和贫胺液喷淋压力时序关联特征向量；对所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行特征嵌入交互融合处理以得到流速-喷淋压力时序交互关联特征向量；基于所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量，确定喷淋压力控制指令。
在上述天然气脱二氧化碳制合成气的方法中，将所述天然气流速时序输入向量和所述贫胺液喷淋压力时序输入向量输入基于一维扩展卷积网络的时序模式特征提取器以得到天然气流速时序关联特征向量和贫胺液喷淋压力时序关联特征向量，包括：以如下一维扩展卷积公式对所述天然气流速时序输入向量进行处理以得到所述天然气流速时序关联特征向量；其中，所述一维扩展卷积公式为：
；其中，一维扩展卷积核/>的尺寸为/> ，/>为原始卷积核的长度，/>为扩展率，/>表示以所述天然气流速时序输入向量中第/>个位置的特征值为首的长度为/>的时间窗口，是偏置项，且/>，/>是非线性激活函数，/>是第/>个天然气流速局部卷积编码特征向量，/>为所述天然气流速时序输入向量的维度，/>是所述天然气流速时序关联特征向量，/>表示级联。
在上述天然气脱二氧化碳制合成气的方法中，对所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行特征嵌入交互融合处理以得到流速-喷淋压力时序交互关联特征向量，包括：将所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量输入基于全连接层的公共空间映射器以得到映射后天然气流速时序关联特征向量和映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量；将所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量输入基于特征嵌入交互融合网络的响应关联分析器以得到流速-喷淋压力时序交互关联特征向量。
在上述天然气脱二氧化碳制合成气的方法中，将所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量输入基于特征嵌入交互融合网络的响应关联分析器以得到流速-喷淋压力时序交互关联特征向量，包括：以如下特征嵌入交互融合公式对所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行响应关联分析以得到所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量；其中，所述特征嵌入交互融合公式为：
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在上述天然气脱二氧化碳制合成气的方法中，基于所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量，确定喷淋压力控制指令，包括：对所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行优化融合以得到校正特征向量；融合所述校正特征向量和所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量以得到校正后流速-喷淋压力时序交互关联特征向量；将所述校正后流速-喷淋压力时序交互关联特征向量通过基于分类器的喷淋压力控制器以得到所述喷淋压力控制指令，所述喷淋压力控制指令，用于表示当前时间点的喷淋压力应增大、应减小或应保持不变。
根据本申请的另一个方面，提供了一种天然气脱二氧化碳制合成气系统，其包括：二氧化碳分离监控模块，用于获取由传感器组采集的原料天然气的流速值的时间序列和常温贫胺液的喷淋压力的时间序列；数据规整模块，用于将所述原料天然气的流速值的时间序列和所述常温贫胺液的喷淋压力的时间序列分别按照时间维度进行数据规整以得到天然气流速时序输入向量和贫胺液喷淋压力时序输入向量；时序模式特征提取模块，用于将所述天然气流速时序输入向量和所述贫胺液喷淋压力时序输入向量输入基于一维扩展卷积网络的时序模式特征提取器以得到天然气流速时序关联特征向量和贫胺液喷淋压力时序关联特征向量；响应关联分析模块，用于对所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行特征嵌入交互融合处理以得到流速-喷淋压力时序交互关联特征向量；喷淋压力控制指令生成模块，用于基于所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量，确定喷淋压力控制指令。
与现有技术相比，本申请提供的天然气脱二氧化碳制合成气的方法和系统，其使用常温贫胺液通过喷淋以吸收掉原料天然气中的二氧化碳部分，并采用基于深度学习的人工智能技术对二氧化碳分离过程中的原料天然气的流速和常温贫胺液的喷淋压力分别进行时序关联特征提取，挖掘出原料天然气的流速和贫胺液的喷淋压力之间的协同关联关系，进而基于这种协同关联关系实现对喷淋压力的智能控制优化。这样，能够提高二氧化碳的分离效率，降低能耗，并提升整个天然气脱二氧化碳制合成气过程的稳定性和可靠性。
附图说明
通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
图1为根据本申请实施例的天然气脱二氧化碳制合成气的方法中经常温贫胺液喷淋吸收掉所述原料天然气中的二氧化碳部分的流程图。
图2为根据本申请实施例的天然气脱二氧化碳制合成气的方法中经常温贫胺液喷淋吸收掉所述原料天然气中的二氧化碳部分的架构示意图。
图3为根据本申请实施例的天然气脱二氧化碳制合成气的方法中对所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行特征嵌入交互融合处理以得到流速-喷淋压力时序交互关联特征向量的流程图。
图4为根据本申请实施例的天然气脱二氧化碳制合成气的方法中基于所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量确定喷淋压力控制指令的流程图。
图5为根据本申请实施例的天然气脱二氧化碳制合成气系统的框图。
图6为根据本申请实施例的天然气脱二氧化碳制合成气的装置的结构示意图。
具体实施方式
为便于对本发明实施例的理解，下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本申请提供了一种天然气脱二氧化碳制合成气的方法，其具体步骤，包括：将原料天然气输入旋喷吸收塔以吸收掉所述原料天然气中的二氧化碳部分以得到旋喷处理后天然气；将所述旋喷处理后天然气经净化天然气冷却器降温至常温后，再进入净化天然气分离器以得到净化天然气。
具体地，将原料天然气输入旋喷吸收塔，经过常温贫胺液的喷淋处理以吸收掉所述原料天然气中的二氧化碳部分，从而得到所述旋喷处理后天然气和含有二氧化碳的富胺液。其中，贫胺溶液与含有二氧化碳的天然气接触时会发生吸收反应，从而吸收掉所述原料天然气中的二氧化碳部分。更进一步地，在本申请的实际应用中，从所述富胺液提取出二氧化碳气体，将所述二氧化碳气体和所述净化天然气输入干重整反应器，以在催化剂的作用下进行反应以得到合成气。其中，所述合成气包括一氧化碳和氢气。
其中，在使用常温贫胺液吸收二氧化碳的过程中，贫胺液的喷淋压力越高，贫胺液的雾化程度越高，雾滴速度越快，使得气液接触面积增大，雾滴与天然气的相对运动速度增大，从而增加了传质速率，使原料天然气中的二氧化碳更容易与贫胺液进行反应，进而提高二氧化碳吸收效率。然而，如果贫胺液的喷淋压力过高，胺溶液雾滴在吸收塔中的停留时间会过短，可能导致二氧化碳分子没有足够的时间与胺溶液反应，并且过高的喷淋压力可能会导致胺溶液雾滴破碎成过小的液滴，导致雾滴被天然气带走，从而降低吸收效率。同样地，天然气流速越高，气液接触面积和传质速率越高，有利于二氧化碳从天然气中转移到胺溶液中。然而天然气的流速越高其停留时间越短，不利于二氧化碳分子与胺溶液充分反应。
也就是说，原料天然气的流速和常温贫胺液的喷淋压力是影响二氧化碳分离效果的两个重要因素。为了优化二氧化碳的吸收效率，需要在天然气和贫胺液之间的气液接触面积、传质速率、停留时间和雾滴破碎之间取得平衡，选择合适的贫胺液喷淋压力。然而，传统的二氧化碳分离过程主要依赖于人工经验进行喷淋压力调控，这种人工调控方式容易受到操作人员的技能和水平的影响，可能存在一定的误差和滞后性，难以实现精准调控和高效生产。
针对上述技术问题，本申请的技术构思为采用基于深度学习的人工智能技术对二氧化碳分离过程中的原料天然气的流速和常温贫胺液的喷淋压力分别进行时序关联特征提取，挖掘出原料天然气的流速和贫胺液的喷淋压力之间的协同关联关系，进而基于这种协同关联关系实现对喷淋压力的智能控制优化。这样，能够提高二氧化碳的分离效率，降低能耗，并提升整个天然气脱二氧化碳制合成气过程的稳定性和可靠性。
图1为根据本申请实施例的天然气脱二氧化碳制合成气的方法中经常温贫胺液喷淋吸收掉所述原料天然气中的二氧化碳部分的流程图。图2为根据本申请实施例的天然气脱二氧化碳制合成气的方法中经常温贫胺液喷淋吸收掉所述原料天然气中的二氧化碳部分的架构示意图。如图1和图2所示，根据本申请实施例的天然气脱二氧化碳制合成气的方法，包括步骤：S110，获取由传感器组采集的原料天然气的流速值的时间序列和所述常温贫胺液的喷淋压力的时间序列；S120，将所述原料天然气的流速值的时间序列和所述常温贫胺液的喷淋压力的时间序列分别按照时间维度进行数据规整以得到天然气流速时序输入向量和贫胺液喷淋压力时序输入向量；S130，将所述天然气流速时序输入向量和所述贫胺液喷淋压力时序输入向量输入基于一维扩展卷积网络的时序模式特征提取器以得到天然气流速时序关联特征向量和贫胺液喷淋压力时序关联特征向量；S140，对所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行特征嵌入交互融合处理以得到流速-喷淋压力时序交互关联特征向量；S150，基于所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量，确定喷淋压力控制指令。
在上述天然气脱二氧化碳制合成气的方法中，所述步骤S110，获取由传感器组采集的原料天然气的流速值的时间序列和所述常温贫胺液的喷淋压力的时间序列。应可以理解，通过监测和记录天然气流速和贫胺液喷淋压力的变化，可以提供关于所述旋喷吸收塔的运行状态的实时信息，反映出二氧化碳的吸收效果。进而，利用人工智能技术对天然气流速和贫胺液喷淋压力进行响应关联分析，以提取出二者之间的时序交互关联特征，揭示二者之间的动态交互关系，从而自适应地调整贫胺液的喷淋压力，使其与当前时间点的天然气流速达到最优匹配，以优化贫胺液的喷淋吸收过程，提高二氧化碳的吸收效率。
在上述天然气脱二氧化碳制合成气的方法中，所述步骤S120，将所述原料天然气的流速值的时间序列和所述常温贫胺液的喷淋压力的时间序列分别按照时间维度进行数据规整以得到天然气流速时序输入向量和贫胺液喷淋压力时序输入向量。应可以理解，考虑到天然气的流速和贫胺液的喷淋压力都是随着时间动态变化的数据。因此，为了确保天然气的流速数据和贫胺液的喷淋压力数据在时间维度上相对应，以便于提取出天然气流速和贫胺液喷淋压力的时序特征表示，进而建立两者之间的时序关联关系，进一步将所述原料天然气的流速值的时间序列和所述常温贫胺液的喷淋压力的时间序列分别按照时间维度进行数据规整，以将不同时间点采集的测量值对齐到一个统一的时间参考框架中，确保输入数据在时间上对齐，从而更好地学习到天然气流速和贫胺液喷淋压力之间的时序关联，做出更准确的控制决策。
在上述天然气脱二氧化碳制合成气的方法中，所述步骤S130，将所述天然气流速时序输入向量和所述贫胺液喷淋压力时序输入向量输入基于一维扩展卷积网络的时序模式特征提取器以得到天然气流速时序关联特征向量和贫胺液喷淋压力时序关联特征向量。应可以理解，一维扩展卷积网络（Extended Convolutional Network, ECN）是一种用于处理一维数据的卷积神经网络，其通过在卷积层引入扩展机制，使得卷积核在时间维度上具有更大的感受野，能够捕捉更长时间范围内的时序依赖关系。在本申请的技术方案中，采用基于一维扩展卷积网络的时序模式特征提取器对所述天然气流速时序输入向量和所述贫胺液喷淋压力时序输入向量分别进行处理，所述时序模式特征提取器通过卷积操作可以捕捉到输入向量中的局部依赖关系，而通过扩展操作能够扩大感受野，允许模型考虑更长范围的时序上下文关联信息，从而分别提取出天然气流速和贫胺液喷淋压力时序数据的深层特征，有效地捕捉到天然气流速和贫胺液喷淋压力的时序动态特性和潜在变化模式，为后续的喷淋压力调控奠定基础。
在本申请的一个具体示例中，所述步骤S130，包括：以如下一维扩展卷积公式对所述天然气流速时序输入向量进行处理以得到所述天然气流速时序关联特征向量；其中，所述一维扩展卷积公式为：
；其中，一维扩展卷积核/>的尺寸为/> ，/>为原始卷积核的长度，/>为扩展率，/>表示以所述天然气流速时序输入向量中第/>个位置的特征值为首的长度为/>的时间窗口，是偏置项，且/>，/>是非线性激活函数，/>是第/>个天然气流速局部卷积编码特征向量，/>为所述天然气流速时序输入向量的维度，/>是所述天然气流速时序关联特征向量，/>表示级联。
在上述天然气脱二氧化碳制合成气的方法中，所述步骤S140，对所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行特征嵌入交互融合处理以得到流速-喷淋压力时序交互关联特征向量。具体地，图3为根据本申请实施例的天然气脱二氧化碳制合成气的方法中对所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行特征嵌入交互融合处理以得到流速-喷淋压力时序交互关联特征向量的流程图。如图3所示，所述步骤S140，包括：S141，将所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量输入基于全连接层的公共空间映射器以得到映射后天然气流速时序关联特征向量和映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量；S142，将所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量输入基于特征嵌入交互融合网络的响应关联分析器以得到流速-喷淋压力时序交互关联特征向量。
具体地，所述步骤S141，将所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量输入基于全连接层的公共空间映射器以得到映射后天然气流速时序关联特征向量和映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量。应可以理解，考虑到所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量来自不同的数据源，并且二者可能具有不同的特征维度和量纲，因此，在对所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行进一步的关联分析之前，需要将二者映射到一个统一的公共空间，以确保二者之间可以进行有效的特征交互和关联。基于此，在本申请的技术方案中，采用基于全连接层的公共空间映射器通过非线性变换将所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量映射到相同的特征空间，消除特征间的尺度差异，并且保持数据的内在结构和关系，从而便于后续的流速和喷淋压力之间的时序交互关联分析处理，为后续的喷淋压力智能控制优化提供有力的数据支持。
具体地，所述步骤S142，将所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量输入基于特征嵌入交互融合网络的响应关联分析器以得到流速-喷淋压力时序交互关联特征向量。应可以理解，考虑到原料天然气流速和常温贫胺液喷淋压力之间存在着关联关系。一般来说，当天然气的流速增加时，胺溶液雾滴在吸收塔中的停留时间减少，此时，为了确保二氧化碳有足够的时间与胺溶液反应，需要增加喷淋压力以增加气液接触面积和传质速率来维持稳定的二氧化碳吸收效率。然而，喷淋压力也不能过高，否则会导致雾滴破碎和胺溶液被天然气带走，从而降低吸收效率。也就是说，为了优化二氧化碳的吸收效率，需要在天然气流速和喷淋压力之间取得平衡。基于此，在本申请的技术方案中，采用基于特征嵌入交互融合网络的响应关联分析器对所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行特征交互关联分析，以揭示二者之间的动态交互特性，捕捉二者之间复杂的时序响应关联关系，进而基于这种时序响应关联关系精确调整贫胺液的喷淋压力，确保其与天然气的流速达到最佳匹配。
在本申请的一个具体示例中，所述步骤S142，包括：以如下特征嵌入交互融合公式对所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行响应关联分析以得到所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量；其中，所述特征嵌入交互融合公式为：
；其中，/>是所述映射后天然气流速时序关联特征向量，/>是所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量，/>表示特征向量的转置，/>表示特征向量的L2范数的平方，表示元素对位相减求差处理，/>表示元素对位相加求和处理，/>表示所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量。
在上述天然气脱二氧化碳制合成气的方法中，所述步骤S150，基于所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量，确定喷淋压力控制指令。具体地，图4为根据本申请实施例的天然气脱二氧化碳制合成气的方法中基于所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量确定喷淋压力控制指令的流程图。如图4所示，所述步骤S150，包括：S151，对所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行优化融合以得到校正特征向量；S152，融合所述校正特征向量和所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量以得到校正后流速-喷淋压力时序交互关联特征向量；S153，将所述校正后流速-喷淋压力时序交互关联特征向量通过基于分类器的喷淋压力控制器以得到所述喷淋压力控制指令，所述喷淋压力控制指令，用于表示当前时间点的喷淋压力应增大、应减小或应保持不变。
具体地，所述步骤S151和所述步骤S152，对所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行优化融合以得到校正特征向量，再融合所述校正特征向量和所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量以得到校正后流速-喷淋压力时序交互关联特征向量。应可以理解，在本申请的技术方案中，所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量分别表达所述原料天然气的流速值和所述常温贫胺液的喷淋压力的局部时序关联特征，这样，将所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量输入基于全连接层的公共空间映射器，并将所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量输入基于特征嵌入交互融合网络的响应关联分析器时，考虑到所述原料天然气的流速值和所述常温贫胺液的喷淋压力的源时序分布差异导致的所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量的时序特征分布差异，期望提升所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量各自到融合后的特征分布域的映射效果。因此，在本申请的技术方案中，进一步对所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行优化融合以得到校正特征向量，再将所述校正特征向量与所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量进行融合，以提升所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量的特征交互融合表达效果。
具体地，所述步骤S151，包括：以如下优化融合公式对所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行优化融合以得到所述校正特征向量，其中，所述优化融合公式为：
；其中，/>是所述映射后天然气流速时序关联特征向量，/>是所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量，特征向量/>和/>具有相同长度，/>和/>分别为特征向量/>对应的特征集合的均值和标准差，/>和/>分别为特征向量/>对应的特征集合的均值和标准差，/>表示特征向量的按位置点乘，/>表示特征向量的逐位置开方，且/>为以2为底的对数，/>表示向量的按位置相加，/>是所述校正特征向量。
这里，为了提升所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量在特征融合场景下到融合特征分布域的映射效果，在传统的加权融合方式对于推断基于特征叠加的语义空间演变扩散模式存在局限性的基础上，通过采用结合空间的低阶叠加融合模式和高阶叠加融合模式的方式，并通过所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量的统计特征交互关系来模拟演变中心和演变轨迹，以在不同演变扩散速度场的作用下来基于非同步演变重构融合场景下的语义空间演变扩散，有效地提升了到同一高维特征空间内的投射效果，从而提升了所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量的融合效果。这样，再以用于优化融合的校正特征向量与所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量融合，就提升了所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量的特征交互融合表达效果，从而提升了所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量通过分类器得到的分类结果的准确性。
具体地，所述步骤S153，将所述校正后流速-喷淋压力时序交互关联特征向量通过基于分类器的喷淋压力控制器以得到所述喷淋压力控制指令，所述喷淋压力控制指令，用于表示当前时间点的喷淋压力应增大、应减小或应保持不变。应可以理解，所述基于分类器的喷淋压力控制器能够利用分类器的分类映射能力来学习所述校正后流速-喷淋压力时序交互关联特征向量中的特征模式，并将所述校正后流速-喷淋压力时序交互关联特征向量分类为三个类别之一：喷淋压力应增大、喷淋压力应减小或喷淋压力应保持不变，以生成喷淋压力控制指令。这样，根据天然气的流速和贫胺液的喷淋压力之间的动态关系来精确控制喷淋压力，以确保贫胺液的喷淋压力与天然气流速相匹配，从而实现了二氧化碳的高效分离，并提高了二氧化碳分离过程的稳定性和可靠性。
综上，根据本申请实施例的天然气脱二氧化碳制合成气的方法被阐明，其使用常温贫胺液通过喷淋以吸收掉原料天然气中的二氧化碳部分，并采用基于深度学习的人工智能技术对二氧化碳分离过程中的原料天然气的流速和常温贫胺液的喷淋压力分别进行时序关联特征提取，挖掘出原料天然气的流速和贫胺液的喷淋压力之间的协同关联关系，进而基于这种协同关联关系实现对喷淋压力的智能控制优化。这样，能够提高二氧化碳的分离效率，降低能耗，并提升整个天然气脱二氧化碳制合成气过程的稳定性和可靠性。
图5为根据本申请实施例的天然气脱二氧化碳制合成气系统的框图。如图5所示，根据本申请实施例的天然气脱二氧化碳制合成气系统100，包括：二氧化碳分离监控模块110，用于获取由传感器组采集的原料天然气的流速值的时间序列和常温贫胺液的喷淋压力的时间序列；数据规整模块120，用于将所述原料天然气的流速值的时间序列和所述常温贫胺液的喷淋压力的时间序列分别按照时间维度进行数据规整以得到天然气流速时序输入向量和贫胺液喷淋压力时序输入向量；时序模式特征提取模块130，用于将所述天然气流速时序输入向量和所述贫胺液喷淋压力时序输入向量输入基于一维扩展卷积网络的时序模式特征提取器以得到天然气流速时序关联特征向量和贫胺液喷淋压力时序关联特征向量；响应关联分析模块140，用于对所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行特征嵌入交互融合处理以得到流速-喷淋压力时序交互关联特征向量；喷淋压力控制指令生成模块150，用于基于所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量，确定喷淋压力控制指令。
这里，本领域技术人员可以理解，上述天然气脱二氧化碳制合成气系统中的各个模块的具体操作已经在上面参考图1到图4的天然气脱二氧化碳制合成气的方法的描述中得到了详细介绍，并因此，将省略其重复描述。
在本申请的另一个实施例中，还提供有一种天然气脱二氧化碳制合成气的装置。具体地，图6为根据本申请实施例的天然气脱二氧化碳制合成气的装置的结构示意图，如图6所示，其包括：1-富液泵；2-富液降压阀；3-旋喷吸收塔；4-贫液泵；5-贫液冷却器；6-贫富液换热器；7-净化天然气冷却器；8-净化天然气分离器；9-旋喷再生塔；10-再沸器；11-再沸换热器；12-酸气冷却器；13-酸气分离器；14-二氧化碳离心风机；15-原料加热器；16-干重整反应器；17-合成气冷却器；18-合成气增压机；19-胺液储罐；20-胺液补充泵；21-净化天然气增压机。
具体地，界外富含二氧化碳的原料天然气进入旋喷吸收塔，经贫胺液喷淋吸收掉原料天然气中的二氧化碳组分，自身脱除二氧化碳后经净化天然气冷却器降温至常温，再进入净化天然气分离器分离出液态烃、水及胺液等杂质，净化天然气输送至界外使用。在旋喷吸收塔中吸收二氧化碳后形成的富胺液从塔底出来经富液降压阀降压后（或富液泵增压后）进入贫富液换热器预热，预热后的富胺液输送至旋喷再生塔上部进料。再生塔底部的再沸换热器和再沸器（外供热源，可以是电加热、也可以是蒸汽加热或有机载热油加热等方式）为胺液供热，让塔底升温至90~120℃。从塔底分离出脱除二氧化碳后的贫胺液先经贫富液换热器给自身降温的同时为富胺液提供一部分回收热量，再进入贫液冷却器进一步降至常温，经贫液泵输送至旋喷吸收塔循环吸收二氧化碳。旋喷再生塔顶分离出来的酸气经酸气冷却器降至常温，再经酸气分离器分离出水和胺液回收至旋喷再生塔底，分离器顶部出来的二氧化碳气体经离心风机输送至原料加热器，与定量补充的净化天然气混合升温后输送至干重整反应器在催化剂作用下进行反应，反应温度为700~800℃，反应生成合成气（主要成分为一氧化碳和氢气），合成气经合成气冷却器降温至常温后经压缩机增压外输使用。合成气是一种重要的化工原料，一般用来做很多化工反应的原料气。
这样，实现了对天然气中二氧化碳的脱除及二氧化碳转化为合成气，生产出了后端满足使用需求的合格净化天然气，同时利用二氧化碳和部分净化天然气产出重要的化工原料合成气，提升了原料天然气的综合利用效率，增加了原料天然气的经济效益。
以上结合具体实施例描述了本发明的基本原理，但是，需要指出的是，在本发明中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本发明的各个实施例必须具备的。另外，上述实施例的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本发明为必须采用上述具体的细节来实现。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附关联图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元也可以由一个单元通过软件或者硬件来实现。
最后应说明的是，为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种天然气脱二氧化碳制合成气的方法，其特征在于，包括：将原料天然气输入旋喷吸收塔以吸收掉所述原料天然气中的二氧化碳部分以得到旋喷处理后天然气；将所述旋喷处理后天然气经净化天然气冷却器降温至常温后，再进入净化天然气分离器以得到净化天然气；其中，将原料天然气输入旋喷吸收塔以吸收掉所述原料天然气中的二氧化碳部分以得到旋喷处理后天然气，包括：经常温贫胺液喷淋吸收掉所述原料天然气中的二氧化碳部分，且得到富胺液；其中，经常温贫胺液喷淋吸收掉所述原料天然气中的二氧化碳部分，且得到富胺液，包括：获取由传感器组采集的原料天然气的流速值的时间序列和所述常温贫胺液的喷淋压力的时间序列；将所述原料天然气的流速值的时间序列和所述常温贫胺液的喷淋压力的时间序列分别按照时间维度进行数据规整以得到天然气流速时序输入向量和贫胺液喷淋压力时序输入向量；将所述天然气流速时序输入向量和所述贫胺液喷淋压力时序输入向量输入基于一维扩展卷积网络的时序模式特征提取器以得到天然气流速时序关联特征向量和贫胺液喷淋压力时序关联特征向量；对所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行特征嵌入交互融合处理以得到流速-喷淋压力时序交互关联特征向量；基于所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量，确定喷淋压力控制指令。
2.根据权利要求1所述的天然气脱二氧化碳制合成气的方法，其特征在于，还包括：从所述富胺液提取二氧化碳气体；将所述二氧化碳气体和所述净化天然气输入干重整反应器，以在催化剂的作用下进行反应以得到合成气。
3.根据权利要求2所述的天然气脱二氧化碳制合成气的方法，其特征在于，所述合成气包括一氧化碳和氢气。
4.根据权利要求3所述的天然气脱二氧化碳制合成气的方法，其特征在于，将所述天然气流速时序输入向量和所述贫胺液喷淋压力时序输入向量输入基于一维扩展卷积网络的时序模式特征提取器以得到天然气流速时序关联特征向量和贫胺液喷淋压力时序关联特征向量，包括：以如下一维扩展卷积公式对所述天然气流速时序输入向量进行处理以得到所述天然气流速时序关联特征向量；其中，所述一维扩展卷积公式为：
；其中，一维扩展卷积核/>的尺寸为/> ，/>为原始卷积核的长度，/>为扩展率，/>表示以所述天然气流速时序输入向量中第/>个位置的特征值为首的长度为/>的时间窗口，/>是偏置项，且/>，/>是非线性激活函数，/>是第/>个天然气流速局部卷积编码特征向量，/>为所述天然气流速时序输入向量的维度，/>是所述天然气流速时序关联特征向量，/>表示级联。
5.根据权利要求4所述的天然气脱二氧化碳制合成气的方法，其特征在于，对所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行特征嵌入交互融合处理以得到流速-喷淋压力时序交互关联特征向量，包括：将所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量输入基于全连接层的公共空间映射器以得到映射后天然气流速时序关联特征向量和映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量；将所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量输入基于特征嵌入交互融合网络的响应关联分析器以得到流速-喷淋压力时序交互关联特征向量。
6.根据权利要求5所述的天然气脱二氧化碳制合成气的方法，其特征在于，将所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量输入基于特征嵌入交互融合网络的响应关联分析器以得到流速-喷淋压力时序交互关联特征向量，包括：以如下特征嵌入交互融合公式对所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行响应关联分析以得到所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量；其中，所述特征嵌入交互融合公式为：
；其中，/>是所述映射后天然气流速时序关联特征向量，/>是所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量，/>表示特征向量的转置，/>表示特征向量的L2范数的平方，表示元素对位相减求差处理，/>表示元素对位相加求和处理，/>表示所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量。
7.根据权利要求6所述的天然气脱二氧化碳制合成气的方法，其特征在于，基于所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量，确定喷淋压力控制指令，包括：对所述映射后天然气流速时序关联特征向量和所述映射后贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行优化融合以得到校正特征向量；融合所述校正特征向量和所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量以得到校正后流速-喷淋压力时序交互关联特征向量；将所述校正后流速-喷淋压力时序交互关联特征向量通过基于分类器的喷淋压力控制器以得到所述喷淋压力控制指令，所述喷淋压力控制指令，用于表示当前时间点的喷淋压力应增大、应减小或应保持不变。
8.一种天然气脱二氧化碳制合成气系统，其特征在于，包括：二氧化碳分离监控模块，用于获取由传感器组采集的原料天然气的流速值的时间序列和常温贫胺液的喷淋压力的时间序列；数据规整模块，用于将所述原料天然气的流速值的时间序列和所述常温贫胺液的喷淋压力的时间序列分别按照时间维度进行数据规整以得到天然气流速时序输入向量和贫胺液喷淋压力时序输入向量；时序模式特征提取模块，用于将所述天然气流速时序输入向量和所述贫胺液喷淋压力时序输入向量输入基于一维扩展卷积网络的时序模式特征提取器以得到天然气流速时序关联特征向量和贫胺液喷淋压力时序关联特征向量；响应关联分析模块，用于对所述天然气流速时序关联特征向量和所述贫胺液喷淋压力时序关联特征向量进行特征嵌入交互融合处理以得到流速-喷淋压力时序交互关联特征向量；喷淋压力控制指令生成模块，用于基于所述流速-喷淋压力时序交互关联特征向量，确定喷淋压力控制指令。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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