基于天然氣脫碳工藝的溶液循環(huán)量組合預(yù)測(cè)模型

官莉萍 爨瑩

摘 要：在天然氣脫碳工藝工業(yè)生產(chǎn)中，優(yōu)化脫碳工藝流程可以有效提高生產(chǎn)效益。文章首先對(duì)脫碳工藝參數(shù)進(jìn)行分析，采用Shapley值法對(duì)單預(yù)測(cè)模型進(jìn)行分配權(quán)重，構(gòu)建組合預(yù)測(cè)模型。實(shí)驗(yàn)對(duì)比表明，基于Shapley值的組合預(yù)測(cè)模型可以有效提高預(yù)測(cè)模型的穩(wěn)定性，在優(yōu)化脫碳工藝參數(shù)中具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 天然氣脫碳;Shapley值;組合預(yù)測(cè)

【Abstract】 In natural gas decarburization process industry production， optimization of decarburization process flow can effectively improve production efficiency. Firstly， the decarburization process parameters are analyzed， and the Shapley value method is used to assign weights to the single prediction model and build the combined prediction model. Experimental comparison shows that the combined prediction model based on Shapley value can effectively improve the stability of the prediction model， and has certain reference value in the optimization of decarburization process parameters.

【Key words】 ?natural gas decarburization， Shapley value; combination prediction

0 引 言

隨著低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，作為一種清潔能源，天然氣已經(jīng)成為非常普遍且廣泛消耗的清潔能源[1]。天然氣中含有的CO2雜質(zhì)嚴(yán)重影響天然氣的品質(zhì)，甚至帶來(lái)安全隱患，危害環(huán)境，威脅人體健康?？紤]到天然氣中CO2的危害，天然氣脫碳尤為重要。研究可知，醇胺法脫碳工藝[2]是目前最常用的天然氣脫碳方法。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中要根據(jù)原料氣壓力、酸性氣體濃度、凈化氣氣質(zhì)要求等條件進(jìn)行分析，確定并優(yōu)化工藝流程，由于大型實(shí)驗(yàn)裝置成本高、設(shè)計(jì)復(fù)雜、調(diào)整工況耗時(shí)長(zhǎng)、對(duì)操作人員技術(shù)要求高等特點(diǎn)，導(dǎo)致現(xiàn)如今國(guó)內(nèi)外關(guān)于此方面的研究不多，相關(guān)的研究結(jié)論較少且多屬于公司專(zhuān)有技術(shù)[3]。

時(shí)下，組合預(yù)測(cè)模型在脫碳工藝的應(yīng)用研究較少，現(xiàn)階段將機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)算法應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，可有效提高工業(yè)生產(chǎn)效益。

組合預(yù)測(cè)[4-5]的思想最早是由Bates和Granger（1969）提出來(lái)的。對(duì)于同一個(gè)問(wèn)題，可以采用不同的預(yù)測(cè)方法進(jìn)行預(yù)測(cè)，不同的預(yù)測(cè)方法其預(yù)測(cè)精度往往不同，一般來(lái)說(shuō)，沒(méi)有一種預(yù)測(cè)技術(shù)可以做到零誤差，組合預(yù)測(cè)模型在一定程度上可以充分利用單預(yù)測(cè)模型來(lái)提高預(yù)測(cè)精度。

針對(duì)醇胺法脫碳工藝存在的實(shí)際問(wèn)題，本項(xiàng)目在PZ活化MDEA脫碳工藝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上結(jié)合組合預(yù)測(cè)理論，為天然氣脫碳工藝提供理論指導(dǎo)。

1 天然氣脫碳工藝參數(shù)分析

在天然氣工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的是醇胺法脫碳工藝，這是一個(gè)典型的伴有化學(xué)反應(yīng)的氣液吸收（傳質(zhì)）過(guò)程[6]。針對(duì)低H2S含量的原料氣在不同分壓、不同溫度下，CO2在不同濃度的PZ活化MDEA中的溶解度進(jìn)行分析，通過(guò)脫碳后溶液循環(huán)量的大小來(lái)判斷脫碳效果。溶液循環(huán)量計(jì)算步驟可分述如下。

（1）在不同分壓、不同溫度下，對(duì)CO2在不同濃度的PZ活化MDEA中的溶解度進(jìn)行計(jì)算。

（2）考慮不完全相平衡，取平衡溶解度的70%，計(jì)算吸收塔底富液中實(shí)際酸氣負(fù)荷。

（3）根據(jù)貧液中殘余酸氣負(fù)荷 ，計(jì)算溶液的凈酸氣負(fù)荷。

（4）由脫碳裝置日處理量、原料氣二氧化碳含量，計(jì)算單位時(shí)間脫除的酸氣量。

（5）計(jì)算溶液摩爾流量，溶液體積流量、即溶液循環(huán)量。

將表3和表4進(jìn)行對(duì)比可知，基于Shapley值的組合預(yù)測(cè)的結(jié)果更具有穩(wěn)定性。

預(yù)測(cè)算法的預(yù)測(cè)結(jié)果與真實(shí)值的擬合如圖4所示。預(yù)測(cè)模型與真實(shí)值的絕對(duì)誤差值情況如圖5所示，觀察可知組合預(yù)測(cè)模型在保證預(yù)測(cè)精度的同時(shí)提高了模型的穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)用組合預(yù)測(cè)模型對(duì)天然氣脫碳工藝參數(shù)預(yù)測(cè)分析可知，相較于單預(yù)測(cè)模型，基于Shapley值的組合預(yù)測(cè)算法可以提高預(yù)測(cè)模型的穩(wěn)定性，針對(duì)脫碳工藝過(guò)程中各參數(shù)之間的非線(xiàn)性關(guān)系具有一定的參考價(jià)值。

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