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数字控制和改善波动能量过程

数字能力的应用如何推动能量和资源转换。

由Martina Walzer. 2021年9月29日,
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Carbon2Chem项目正在致力于使用二氧化碳排放作为化学工业的原料的解决方案。项目结果可以解决两个挑战 - 减少碳富含碳的气体,并将化石原料替代为碳源。为了实现这些目标,来自科学和工业的伙伴正在开发能源和原材料可持续管理的解决方案。

《京都议定书》明确指出,二氧化碳是严重影响全球变暖的温室气体。例如,这种无色无味的气体是在燃烧煤、石油或天然气等化石能源载体时产生的,它是人类加剧的温室效应(人为二氧化碳)的主要贡献者。各种估算都假设存在时间超过100年(即自然过程最终从大气中去除二氧化碳分子的时间)。因此,在未来几年降低排放是至关重要的。

碳回收碳以支持循环经济是Carbon2Chem项目的主题。来自科学和工业的合作伙伴正在合作开发解决方案,由德国教育和研究部资助。目的是使用可再生能量将含碳的气体从钢厂转化为化学原料,如甲醇。需要设计该过程,以便灵活地管理负载的变化。最后,来自熔炉的废气用作燃料,塑料或肥料的输入材料。

这些新工艺的挑战在于,废气的流动在体积和化学成分上都是不同的。更重要的是,可再生能源——以及它们所生产的氢——并非都能得到。然而,过程自动化系统必须提供对这些波动过程的安全、最优控制。

人工智能的可靠基础

“在该项目中,我们从多个温度测量和天然气分析仪中收集数据,并使用AI工具开发多变量控制系统。这导致更节能的方法,催化剂的较长使用寿命以及改善的选择性和产量,“Fraunhofer Umsicht的低碳技术部门负责人Andreas Menne博士说。“数据还有助于改善现有的过程 - 模拟和动力学模型。由于基于模型的预测控制,预测性维护或共模,可以影响整体过程的成本效益和可持续性,这使得预测性维护或共同仿真能够实现深远的优化。“

仪器仪表和控制系统正在有效地支持开发从气体流中合成甲醇的进展,这在数量和成分上是波动的。

准确的温度曲线

光纤方法用于确定反应堆内的温度分布。它可以同时捕获和评估许多温度测量值。在一个非常细的光纤测量矛上安装了多个传感器(光纤光栅(FBG))。

光纤光栅是一种通常只有几毫米长的微结构,它被嵌入到标准单模光纤的核心中。它作为波长选择性反射的共振结构:它是一个窄带滤波器。温度和压力的变化引起波长的变化。为了消除压力的影响,FBG作为温度传感器使用时不能承受应变。由于这个原因,单独的光纤,被称为矛,被安装在保护管(金属毛细管)。由于测量值传输(光的反射)在同一纤维中,不需要额外的电缆。这意味着用于测量设置的保护管的横截面可以大大减少。

发射器在1500到1600nm的范围内发光。基于各个FBG传感器的反射,系统计算温度曲线,并通过PROFIBUS接口提供值以进行控制系统。此信息构成了对过程控制的实施和优化的基础以及安装的资产管理。

可靠的信息对于实现创新过程至关重要,以便在不损害欧洲化学、钢铁或水泥行业等能源密集型行业竞争力的情况下实现巴黎气候协议的目标。在专用应用中精确的数据评估,并将结果应用到改进的控制算法中,从而实现经济和可持续的过程控制。数字化工厂因此能够推动工业应用,推动去石化和现代化,符合欧盟委员会的绿色协议。

本文最初出现在控制工程欧洲网站。由Chris Vavra,Web Content Manager编辑,控制工程、CFE媒体,cvavra@cfemedia.com.


玛蒂娜瓦尔尔兹
作者简介:Martina Walzer是西门子数字行业的经理技术概念。
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