化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置及方法制造方法及图纸

本申请公开了一种化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置及方法，其配置控制系统来对所述冷凝器的冷空气流速与固定床释放的水蒸气流速进行协同控制以优化氧气纯度制备。具体的，其挖掘冷凝器的冷空气流速与固定床释放的水蒸气流速之间的协同关联模式，通过深度学习和神经网络技术构建化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置的控制系统，将预定时间段内多个预定时间点的固定床的水蒸气流量控制阀的第一阀门开度值以及所述多个预定时间点的冷凝器的空气流量控制阀的第二阀门开度值输入该控制系统，以得到用于表示当前时间点的水蒸气流量控制阀的开度值应增大或应减小的分类结果。通过这样的方式，优化氧气纯度制备，提高氧气的制备纯度。氧气的制备纯度。氧气的制备纯度。

【技术实现步骤摘要】
化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置及方法


[0001]本申请涉及智能控制
，且更为具体地，涉及一种化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置及方法。
[0002]
技术介绍

[0003]氧气是世界上最重要的化学原料之一，广泛应用于化工、冶金、国防、环境保护、医疗等领域。空气分离是目前最主要的氧气制备技术包括：低温精馏、变压吸附以及膜分离。
[0004]但是，不管是低温精馏、变压吸附以及膜分离都或多或少存在一定的缺陷，因此，期待一种更为优化的生产氧气纯度高的制氧技术成为亟待解决的问题。
[0005]中国公开专利CN 103043616A揭露了一种化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置及方法，所述装置包括流化床、旋风分离器、固定床、余热锅炉、冷凝器、布袋除尘器和储气柜，通过此设备可提高氧气制备的纯度，且能耗更低、操作更加简单。
[0006]具体的，采用化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置进行氧气制备，包括以下步骤：步骤1、根据流化床工作温度选择金属氧化物和惰性载体制备载氧体，并选出粒度在100μm～500μm范围内的载氧体，通过固定床装料口将载氧体放置于固定床内；步骤2、开启固定床加热保温装置，直至固定床内的温度达到载氧体脱氧反应的反应温度；步骤3、开启固定床的水蒸气流量控制阀，余热锅炉所产生水蒸气通过固定床水蒸气入口进入固定床内，固定床中载氧体发生氧脱氧反应，生成氧气；步骤4、当固定床中载氧体完全脱氧后，开启固定床卸料口流量阀，脱氧后的载氧体进入流化床内；步骤5、开启冷凝器的空气流量控制阀，冷空气进入冷凝器中并与固定床释放的氧气和水蒸气进行热交换，水蒸气冷凝成水流入余热锅炉，氧气通过布袋除尘器进入储气柜中储存；步骤6、换热后的空气通过流化床空气进口进入流化床内，并与脱氧后的载氧体发生氧化反应，生成贫氧空气和再生载氧体；步骤7、开启旋风分离器，分离流化床释放的贫氧空气和再生载氧体颗粒，再生载氧体颗粒通过旋风分离器料腿返回固定床，即返回执行步骤2；装置运行平稳后，根据化学反应所需量，调节卸料口流量阀、水蒸气流量控制阀和空气流量控制阀；若达到氧气需求量，则停止装置，通过放料口清空流化床和固定床，并将多余的水蒸气排入蒸气管网或带动汽轮机发电。
[0007]在利用上述化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置进行氧气制备的过程中，发现在过程中冷凝器的冷空气流速与固定床释放的水蒸气流速之间的协同是优化氧气纯度的关键控制参数。但是，现有的装置没有配置专门的控制模块来对上述参数进行优化控制。
[0008]因此，期待一种更为优化的化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置。
[0009]
技术实现思路

[0010]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化学链空气
分离技术制备高纯氧气的装置及方法，其配置控制系统来对所述冷凝器的冷空气流速与固定床释放的水蒸气流速进行协同控制以优化氧气纯度制备。具体的，其挖掘冷凝器的冷空气流速与固定床释放的水蒸气流速之间的协同关联模式，通过深度学习和神经网络技术构建化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置的控制系统，将预定时间段内多个预定时间点的固定床的水蒸气流量控制阀的第一阀门开度值以及所述多个预定时间点的冷凝器的空气流量控制阀的第二阀门开度值输入该控制系统，以得到用于表示当前时间点的水蒸气流量控制阀的开度值应增大或应减小的分类结果。通过这样的方式，优化氧气纯度制备，提高氧气的制备纯度。
[0011]根据本申请的一个方面，提供了一种化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置，其包括：阀门开度监控模块，用于获取预定时间段内多个预定时间点的固定床的水蒸气流量控制阀的第一阀门开度值以及所述多个预定时间点的冷凝器的空气流量控制阀的第二阀门开度值；阀门开度结构化模块，用于将所述多个预定时间点的固定床的水蒸气流量控制阀的第一阀门开度值和所述多个预定时间点的冷凝器的空气流量控制阀的第二阀门开度值分别按照时间维度排列为第一阀门开度输入向量和第二阀门开度输入向量；协同模块，用于计算所述第一阀门开度输入向量和所述第二阀门开度输入向量之间的全时序阀门开度关联矩阵；协同隐含特征提取模块，用于将所述全时序阀门开度关联矩阵通过卷积神经网络模型以得到全时序阀门开度关联特征矩阵；待控制阀门开度时序特征提取模块，用于将所述第一阀门开度输入向量通过多尺度邻域特征提取模块以得到第一阀门开度特征向量；校正模块，用于以所述第一阀门开度特征向量作为查询特征向量，计算所述第一阀门开度特征向量与所述全时序阀门开度关联特征矩阵之间的乘积以得到分类特征向量；优化模块，用于基于所述第一阀门开度特征向量，对所述分类特征向量进行特征分布优化以得到优化分类特征向量；以及控制结果生成模块，用于将所述优化分类特征向量通过分类器以得到分类结果，所述分类结果用于表示当前时间点的水蒸气流量控制阀的开度值应增大或应减小。
[0012]在上述的化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置中，所述协同模块，进一步用于：以如下公式计算所述第一阀门开度输入向量和所述第二阀门开度输入向量之间的所述全时序阀门开度关联矩阵；其中，所述公式为：，其中表示所述第一阀门开度输入向量，表示所述第一阀门开度输入向量的转置向量，表示所述第二阀门开度输入向量，表示所述全时序阀门开度关联矩阵，表示向量相乘。
[0013]在上述的化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置中，所述协同隐含特征提取模块，进一步用于：使用所述卷积神经网络模型的各层在层的正向传递中对输入数据分别进行卷积处理、沿通道维度的池化处理和非线性激活处理以由所述卷积神经网络模型的最后一层输出所述全时序阀门开度关联特征矩阵，其中，所述卷积神经网络模型的第一层的输入为所述全时序阀门开度关联矩阵。
[0014]在上述的化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置中，所述多尺度邻域特征提取模块，包括：并行的第一卷积层和第二卷积层，以及，与所述第一卷积层和所述第二卷积层连接的多尺度融合层，其中，所述第一卷积层和所述第二卷积层使用具有不同尺度的一维卷积核。
[0015]在上述的化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置中，所述待控制阀门开度时序特征提取模块，包括：第一尺度特征提取单元，用于使用所述多尺度邻域特征提取模块的第一卷积层对所述第一阀门开度输入向量进行一维卷积编码以得到第一尺度特征向量，其中，所述第一卷积层具有第一长度的第一一维卷积核；第二尺度特征提取单元，用于使用所述多尺度邻域特征提取模块的第二卷积层对所述第一阀门开度输入向量进行一维卷积编码以得到第二尺度特征向量，其中，所述第二卷积层具有第二长度的第二一维卷积核，所述第一长度不同于所述第二长度；以及多尺度融合单元，用于使用所述多尺度邻域特征提取模块的多尺度融合层对所述第一尺度特征向量和所述第二尺度特征向量进行级联以得到所述第一阀门开度特征向量。
[0016]在上述的化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置中，所述第一尺度特征提取单元，进一步用于：使用所述多尺度邻域特征提取模块的第一卷积层以如下公式对所述第一阀门开度输入向量进行一维卷积编码以得到所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置，其特征在于，包括：阀门开度监控模块，用于获取预定时间段内多个预定时间点的固定床的水蒸气流量控制阀的第一阀门开度值以及所述多个预定时间点的冷凝器的空气流量控制阀的第二阀门开度值；阀门开度结构化模块，用于将所述多个预定时间点的固定床的水蒸气流量控制阀的第一阀门开度值和所述多个预定时间点的冷凝器的空气流量控制阀的第二阀门开度值分别按照时间维度排列为第一阀门开度输入向量和第二阀门开度输入向量；协同模块，用于计算所述第一阀门开度输入向量和所述第二阀门开度输入向量之间的全时序阀门开度关联矩阵；协同隐含特征提取模块，用于将所述全时序阀门开度关联矩阵通过卷积神经网络模型以得到全时序阀门开度关联特征矩阵；待控制阀门开度时序特征提取模块，用于将所述第一阀门开度输入向量通过多尺度邻域特征提取模块以得到第一阀门开度特征向量；校正模块，用于以所述第一阀门开度特征向量作为查询特征向量，计算所述第一阀门开度特征向量与所述全时序阀门开度关联特征矩阵之间的乘积以得到分类特征向量；优化模块，用于基于所述第一阀门开度特征向量，对所述分类特征向量进行特征分布优化以得到优化分类特征向量；以及控制结果生成模块，用于将所述优化分类特征向量通过分类器以得到分类结果，所述分类结果用于表示当前时间点的水蒸气流量控制阀的开度值应增大或应减小。2.根据权利要求1所述的化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置，其特征在于，所述协同模块，进一步用于：以如下公式计算所述第一阀门开度输入向量和所述第二阀门开度输入向量之间的所述全时序阀门开度关联矩阵；其中，所述公式为：，其中表示所述第一阀门开度输入向量，表示所述第一阀门开度输入向量的转置向量，表示所述第二阀门开度输入向量，表示所述全时序阀门开度关联矩阵，表示向量相乘。3.根据权利要求2所述的化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置，其特征在于，所述协同隐含特征提取模块，进一步用于：使用所述卷积神经网络模型的各层在层的正向传递中对输入数据分别进行卷积处理、沿通道维度的池化处理和非线性激活处理以由所述卷积神经网络模型的最后一层输出所述全时序阀门开度关联特征矩阵，其中，所述卷积神经网络模型的第一层的输入为所述全时序阀门开度关联矩阵。4.根据权利要求3所述的化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置，其特征在于，所述多尺度邻域特征提取模块，包括：并行的第一卷积层和第二卷积层，以及，与所述第一卷积层和所述第二卷积层连接的多尺度融合层，其中，所述第一卷积层和所述第二卷积层使用具有不同尺度的一维卷积核。
5.根据权利要求4所述的化学链空气分离技术制备高纯氧气的装置，其特征在于，所述待控制阀门开度时序特征提取模块，包括：第一尺度特征提取单元，用于使用所述多尺度邻域特征提取模块的第一卷积层对所述第一阀门开度输入向量进行一维卷积编码以得到第一尺度特征向量，其中，所述第一卷积层具有第一长度的第一一维卷积核；第二尺度特征提取单元，用于使用所述多尺度邻域特征提取模块的第二卷积层对所述第一阀门开度输入向量进行一维卷积编码以得到第二尺度特征向量，其中，所述第二卷积层具有第二长度的第二一维卷积核，所述第一长度不同于所述第二长度；以及多尺度融合单元，用于使用所述多尺度邻域特征提取模块的多尺度融合层对所述第一尺度特征向量和所述第二尺度特征向量进行级联以得到所述第一阀门开度特征向量。6.根据权利要求5所述的化学链空气分离技术制备高纯...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志勇，郭思成，杨良军，
申请(专利权)人：深圳市华特鹏特种气体有限公司，
类型：发明
国别省市：