基于天然氣脫碳工藝的溶液循環(huán)量組合預測模型

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。文章首先對脫碳工藝參數(shù)進行分析，采用Shapley值法對單預測模型進行分配權重，構建組合預測模型。實驗對比表明，基于Shapley值的組合預測模型可以有效提高預測模型的穩(wěn)定性，在優(yōu)化脫碳工藝參數(shù)中具有一定的參考價值。

關鍵詞： 天然氣脫碳;Shapley值;組合預測

【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)嚴重影響天然氣的品質(zhì)，甚至帶來安全隱患，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。實際生產(chǎn)過程中要根據(jù)原料氣壓力、酸性氣體濃度、凈化氣氣質(zhì)要求等條件進行分析，確定并優(yōu)化工藝流程，由于大型實驗裝置成本高、設計復雜、調(diào)整工況耗時長、對操作人員技術要求高等特點，導致現(xiàn)如今國內(nèi)外關于此方面的研究不多，相關的研究結論較少且多屬于公司專有技術[3]。

時下，組合預測模型在脫碳工藝的應用研究較少，現(xiàn)階段將機器學習相關算法應用于工業(yè)生產(chǎn)，可有效提高工業(yè)生產(chǎn)效益。

組合預測[4-5]的思想最早是由Bates和Granger（1969）提出來的。對于同一個問題，可以采用不同的預測方法進行預測，不同的預測方法其預測精度往往不同，一般來說，沒有一種預測技術可以做到零誤差，組合預測模型在一定程度上可以充分利用單預測模型來提高預測精度。

針對醇胺法脫碳工藝存在的實際問題，本項目在PZ活化MDEA脫碳工藝實驗數(shù)據(jù)的基礎上結合組合預測理論，為天然氣脫碳工藝提供理論指導。

1 天然氣脫碳工藝參數(shù)分析

在天然氣工業(yè)中應用最廣泛的是醇胺法脫碳工藝，這是一個典型的伴有化學反應的氣液吸收（傳質(zhì)）過程[6]。針對低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中的溶解度進行分析，通過脫碳后溶液循環(huán)量的大小來判斷脫碳效果。溶液循環(huán)量計算步驟可分述如下。

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

（2）考慮不完全相平衡，取平衡溶解度的70%，計算吸收塔底富液中實際酸氣負荷。

（3）根據(jù)貧液中殘余酸氣負荷 ，計算溶液的凈酸氣負荷。

（4）由脫碳裝置日處理量、原料氣二氧化碳含量，計算單位時間脫除的酸氣量。

（5）計算溶液摩爾流量，溶液體積流量、即溶液循環(huán)量。

將表3和表4進行對比可知，基于Shapley值的組合預測的結果更具有穩(wěn)定性。

預測算法的預測結果與真實值的擬合如圖4所示。預測模型與真實值的絕對誤差值情況如圖5所示，觀察可知組合預測模型在保證預測精度的同時提高了模型的穩(wěn)定性。

4 結束語

運用組合預測模型對天然氣脫碳工藝參數(shù)預測分析可知，相較于單預測模型，基于Shapley值的組合預測算法可以提高預測模型的穩(wěn)定性，針對脫碳工藝過程中各參數(shù)之間的非線性關系具有一定的參考價值。

參考文獻

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