專利名稱：綜合氣化控制的系統和方法
技術領域：
本發明涉及到氣化，具體涉及到綜合氣化控制的系統和方法。
氣化對于來自諸如煤，重油和石油焦等碳氫原料的發電，化學和工業氣體是一種最清潔和最有效的技術。簡而言之，氣化將碳氫原料轉換成主要由烴(H2)和一氧化碳(CO)構成的清潔的合成氣。在氣化工廠中將原料和氧氣(O2)混合后注入一個氣化器。也可以通過對原料和O2施加高溫和高壓來代替氣化器。結果將原料和O2分裂成合成氣。
除了H2和CO之外，合成氣還包含少量的其他氣體，諸如氨，甲烷，和硫化氫(H2S)。合成氣中99％以上的H2S都能夠回收并且轉換成硫元素形式并且用于肥料和化學工業。清除處于熔渣狀態的灰燼和金屬，并且清除合成氣中的顆粒。然后用清潔的合成氣發電并且生產工業化學品和氣體。
氣化能夠由精煉廠自身產生動力并且生產附屬產品。這樣的氣化具有更高的效率，節能，并且能清潔環境。例如設在EIDorado,Kansas的一個精煉廠中的氣化工廠將石油焦和精煉廠廢料轉換成電能和蒸汽，使精煉廠自身能夠完全滿足其所需要的能源，并且明顯降低廢料和焦炭處理成本。出于這些原因，氣化已經被各種精煉廠廣泛采用。當前在全世界已經有數百個氣化工廠在運行。
氣化工廠的運行需要由各種控制系統來控制氣化器和與其相連的其他設備。當前的氣化工廠采用獨立的控制器，例如是比例積分(PID)控制器來獨立控制氣化工廠中的各種程序。獨立控制器獨立地操作，彼此之間互不影響。因此，必須要單獨輸入各個控制器的理想給定值。遺憾地是，獨立控制器的響應往往很差，這樣會增加氣化器和其他相關設備的磨損。具體地說，低劣的控制器響應會損壞氣化器耐火容器(氣化器中用來保持氣化器內部熱量的一層磚)和用來測量氣化器內部溫度的熱偶溫度傳感器。低劣的控制器響應還會導致氣化器停車和不能滿足標準的合成氣“off-spec”。
出于上述理由，需要用一種綜合控制系統來控制氣化工廠中的各種關鍵部件。綜合控制系統應該通過減少氣化器停機和盡量延長運行時間來改善氣化工廠的可靠性。另外，綜合控制系統應該能夠減少氣化器和其他相關部件的磨損。
本發明涉及到氣化工廠的一種綜合控制系統(ICS)。ICS控制氣化工廠中的氣化器和其他關鍵部件的工作。本發明采用一種綜合控制器代替若干個獨立控制器來控制氣化器和其他關鍵部件的工作，從而提高氣化工廠的性能。
ICS是用來控制氣化工廠工作的一個更大的分布控制系統中的一個子系統。簡而言之，由ICS控制以下項目(ⅰ)氣化器中氧和碳的比例(O/C)；(ⅱ)需要的合成氣或是氣化器所需的輸出；(ⅲ)負荷限制；(ⅳ)流入氣化器的緩和劑；(ⅴ)空氣分離裝置(ASU)；(ⅵ)氧氣頭排氣閥；以及(ⅶ)合成氣頭壓力。
ICS通過控制O/C比而提供更加安全的操作并且提高氣化器和其他關鍵部件的設備壽命。通過控制O/C比能夠優化碳氫化合物的轉換。按照本發明是通過控制進入氣化器的氧和碳的流速來控制O/C比。
合成氣需求量是根據需求給定值和一個需求信號來確定的。需求信號是根據碳流速的宏觀轉換而產生的。
負荷限制是根據進料泵給定值，進料泵PV/SP,PV/SP是實際功率對理想功率的比值，氧氣閥位置，以及一個氧氣出口/再循環值來確定的。
進入氣化器的緩和劑(蒸汽)流是通過調節一或多個氧氣線路閥門和碳線路蒸汽閥門來控制的。如果將再循環污水也用做緩和劑，就通過調節污水泵的流速來控制污水流。
來自ASU的氧氣排放是通過調節氧氣壓縮機入口閥門來控制的。通過氧氣頭排氣閥排出的氧氣量是通過調節排氣閥的位置來控制的。合成氣頭壓力是通過三種方法控制的高壓控制；低壓控制；以及“低低”壓控制。
本發明提供了一種在氣化工廠中控制氧和碳(O/C)比例的方法。該方法包括以下步驟根據負荷限制來確定合成氣需求，用氣化器的理想輸出來代表合成氣需求；根據氧和碳(O/C)比例的給定值以及合成氣需求來確定氧和碳給定值，并且分別根據氧和碳給定值來調節氣化工廠中的氧和碳閥門。
本發明提供了一種在氣化工廠中確定氧給定值的方法。該方法包括以下步驟用碳流速乘以一個氧給定值，產生一個氧給定值高限；在一個低選擇器上根據合成氣需求和氧給定值高限確定受到碳流速限制的氧需求；用一個預定的系數乘以氧給定值高限，產生一個氧給定值低限，并且在一個高選擇器上根據氧給定值低限和受到碳流速限制的氧需求來確定一個氧給定值限制。
本發明提供了一種在氣化工廠中用來確定碳給定值的方法。該方法包括以下步驟在一個高選擇器上根據氧流速合成氣需求確定一個碳給定值低限；用一個預定的系數乘以氧，產生一個碳給定值高限；在一個低選擇器上根據碳給定值高限和碳給定值低限確定一個碳給定值限制；并且用碳給定值限制除以一個O/C比給定值，從中產生碳控制給定值。
本發明提供了一種在氣化工廠中控制氧流量的方法。該方法包括以下步驟根據一個流量比較器的氧流速和氧溫度計算一個補償的氧流量；在一個克分子轉換器上將補償的氧流量轉換成克分子氧流量；將克分子氧流量乘以一個氧純度值產生一個氧流速信號；由一個PID控制器接收氧流量信號和氧控制給定值，并且產生一個PID控制器輸出信號；用一個速度限制器限制PID控制器輸出信號的速度；并且用速度受限的PID控制器輸出信號來調節一個氧氣閥門。
本發明提供了一種在氣化工廠中控制碳流速的方法。該方法包括以下步驟根據一個裝料泵速度計算一個碳流速；由一個信號選擇器根據推斷的碳流速和測量的碳流速選擇一個實際碳流速；在一個克分子轉換器上將碳流速轉換成克分子碳流速；根據克分子碳流速，一個速度受限的泥漿濃度和一個速度受限的碳含量產生一個碳流量信號；用一個PID控制器使用碳流量信號和碳控制給定值產生一個碳泵速度信號；并且用碳泵速度信號來調節碳泵的速度。
本發明提供了一種在氣化工廠中控制緩和劑的方法。該方法包括以下步驟在第一流量補償器上根據氧線路蒸汽流速，蒸汽溫度和蒸汽壓力產生一個補償的氧線路蒸汽流量信號；在第二流量補償器上根據碳線路蒸汽流速，蒸汽壓力和蒸汽溫度產生一個補償的碳線路蒸汽流量信號；在第一加法器上將補償的氧線路蒸汽流量信號和補償的碳線路蒸汽流量信號相加，產生一個總蒸汽流量信號；根據總流量信號和再循環污水流量確定一個總緩和劑流量；在第一除法器上用總緩和劑流量除以碳流量，確定一個緩和劑/碳比例；在一個比例控制器上根據緩和劑/碳比例信號和一個緩和劑/碳給定值來確定一個理想氧線路蒸汽流速；根據理想氧線路蒸汽流速和氧線路蒸汽流量信號確定一個氧線路蒸汽閥信號；用氧線路蒸汽閥信號調節氧線路蒸汽閥；根據補償的碳線路蒸汽流量信號和碳線路蒸汽流量給定值來確定一個碳線路蒸汽閥信號；并且用碳線路蒸汽閥信號調節碳線路蒸汽閥。
本發明提供了一種為氣化工廠提供氧氣的吹氣分離裝置(ASU)的控制方法。該方法包括以下步驟在一個高選擇器上比較同時操作的多個氣化器的氧閥門位置，輸出一個值x；計算F(x)=0.002x+0.08，其中的F(x)＞0.99，而x是高選擇器的輸出；并且計算F(y)=0.002y+0.81，其中的F(y)＞1.0，而y是選定的一個氣化器的氧閥門位置。
本發明提供了一種在氣化工廠中控制高壓合成氣頭的方法。該方法包括以下步驟用一個流量補償器接收合成氣頭流速，合成氣頭溫度和一個合成氣頭壓力信號，并且計算出一個補償的合成氣頭流量；并且根據補償的合成氣頭流量，合成氣頭溫度，以及合成氣頭閥門的最大允許流量計算出合成氣頭火炬出口閥偏壓。
本發明提供了一種可供機器讀取的程序存儲裝置，明確地表達一種能夠由機器執行的指令程序，用來執行在氣化工廠中控制氧/碳(O/C)比例的方法步驟，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的成合成氣，該方法步驟包括根據負荷限制來確定合成氣需求，用氣化器的理想輸出來代表這一合成氣需求；根據氧/碳(O/C)比例給定值和合成氣需求來確定氧和碳給定值，并且分別根據氧和碳給定值調節氣化工廠中的氧和碳閥門。
本發明提供了一種可供機器讀取的程序存儲裝置，明確地表達一種能夠由機器執行的指令程序，用來執行在氣化工廠中確定氧給定值的方法步驟，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的成合成氣，該方法步驟包括將一個氧給定值乘以碳流速，產生一個氧給定值高限；在一個低選擇器上根據合成氣需求和氧給定值高限確定一個受到碳流速限制的氧需求；將氧給定值高限乘以一個預定的系數，產生一個氧給定值低限，并且在高選擇器上根據氧給定值低限和受到碳流速限制的氧需求確定一個有限的氧氣給定值。
本發明提供了一種可供機器讀取的程序存儲裝置，明確地表達一種能夠由機器執行的指令程序，用來執行在氣化工廠中確定碳給定值的方法步驟，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的成合成氣，該方法步驟包括在一個高選擇器上根據氧流速和合成氣需求來確定一個碳給定值低限；將氧流速乘以一個預定的系數，產生一個碳給定值高限；在一個低選擇器上根據碳給定值高限和碳給定值低限確定一個有限的碳給定值；以及將這一有限的碳給定值除以O/C比例給定值，從而產生碳控制給定值。
本發明提供了一種可供機器讀取的程序存儲裝置，明確地表達一種能夠由機器執行的指令程序，用來執行在氣化工廠中控制氧流量的方法步驟，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的成合成氣，該方法步驟包括在一個流量補償器上根據氧流速和氧溫度計算出一個補償的氧流量；在一個克分子轉換器上將補償的氧流量轉換成克分子氧流量；將克分子氧流量乘以一個氧純度值產生一個氧流量信號；由一個PID控制器接收氧流量信號和氧控制給定值，并且產生一個PID控制器輸出信號；用一個速度限制器限制PID控制器輸出信號的速度；并且用速度受限的PID控制器輸出信號來調節一個氧閥門。
本發明提供了一種可供機器讀取的程序存儲裝置，明確地表達一種能夠由機器執行的指令程序，用來執行在氣化工廠中控制碳流量的方法步驟，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的成合成氣，該方法步驟包括根據一個裝料泵速度計算一個碳流速；由一個信號選擇器根據推斷的碳流速和測量的碳流速選擇一個實際碳流速；在一個克分子轉換器上將碳流速轉換成克分子碳流速；根據克分子碳流速，一個速度受限的泥漿濃度和一個速度受限的碳含量產生一個碳流量信號；用一個PID控制器使用碳流量信號和碳控制給定值產生一個碳泵速度信號；并且用碳泵速度信號來調節碳泵的速度。
本發明提供了一種可供機器讀取的程序存儲裝置，明確地表達一種能夠由機器執行的指令程序，用來執行在氣化工廠中控制緩和劑的方法步驟，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的成合成氣，該方法步驟包括在第一流量補償器上根據氧線路蒸汽流速，蒸汽溫度和蒸汽壓力產生一個補償的氧線路蒸汽流量信號；在第二流量補償器上根據碳線路蒸汽流速，蒸汽壓力和蒸汽溫度產生一個補償的碳線路蒸汽流量信號；在第一加法器上將補償的氧線路蒸汽流量信號和補償的碳線路蒸汽流量信號相加，產生一個總蒸汽流量信號；根據總流量信號和再循環污水流量確定一個總緩和劑流量；在第一除法器上用總緩和劑流量除以碳流量，確定一個緩和劑/碳比例；在一個比例控制器上根據緩和劑/碳比例信號和一個緩和劑/碳給定值來確定一個理想氧線路蒸汽流速；根據理想氧線路蒸汽流速和氧線路蒸汽流量信號確定一個氧線路蒸汽閥信號；用氧線路蒸汽閥信號調節氧線路蒸汽閥；根據補償的碳線路蒸汽流量信號和碳線路蒸汽流量給定值來確定一個碳線路蒸汽閥信號；并且用碳線路蒸汽閥信號調節碳線路蒸汽閥。
本發明提供了一種可供機器讀取的程序存儲裝置，明確地表達一種能夠由機器執行的指令程序，用來執行為氣化工廠提供氧氣的吹氣分離裝置(ASU)的控制方法步驟，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的成合成氣，該方法步驟包括在一個高選擇器上比較同時操作的多個氣化器的氧閥門位置，輸出一個值x；計算F(x)=0.002x+0.08，其中的F(x)＞0.99，而x是高選擇器的輸出；并且計算F(y)=0.002y+0.81，其中的F(y)＞1.0，而y是選定的一個氣化器的氧閥門位置。
本發明提供了一種可供機器讀取的程序存儲裝置，明確地表達一種能夠由機器執行的指令程序，用來執行在氣化工廠中控制高壓合成氣頭的方法步驟，用合成氣頭輸送來自一個氣化器的合成氣，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的成合成氣，該方法步驟包括用一個流量補償器接收合成氣頭流速，合成氣頭溫度和一個合成氣頭壓力信號，并且計算出一個補償的合成氣頭流量；并且根據補償的合成氣頭流量，合成氣頭溫度，以及合成氣頭閥門的最大允許流量計算出合成氣頭火炬出口閥偏壓。
以下參照附圖具體說明本發明進一步的特征和優點以及本發明的結構和工作原理。
在附圖中，相同的標號代表相同的，功能上相似的，以及/或是結構上相似的部件。在附圖中第一次出現的部件用標號中左端的數字來表示。
以下要參照附圖解釋本發明，在附圖中

圖1表示按照本發明一個實施例的一種氣化系統；圖2是按照本發明一個實施例的一種分布式控制系統的方框圖3是按照本發明一個實施例的一種綜合控制系統(ICS)的高級方框圖；圖4是按照本發明的一個實施例用來控制氧對碳(O/C)比例的一種方法的流程圖；圖5是按照本發明的一個實施例用來計算合成氣需求的一種方法的流程圖；圖6是按照本發明的一個實施例用來確定負荷限制的一種方法的流程圖；圖7是按照本發明的一個實施例用來確定O/C給定值的一種方法的流程圖；圖8是用來計算一個氧給定值的方法的流程圖；圖9是用來確定一個碳給定值的方法的流程圖；圖10是一種氧流量控制方法的流程圖；圖11是一種碳流量控制方法的流程圖；圖12是一種進料注射器控制方法的流程圖；圖13A和13B表示在氣化系統中用來控制緩和劑的一個流程圖；圖14A和14B表示按照本發明的一個實施例用于吹氣分離裝置(ASU)的控制流程圖；圖15A和15B表示用來控制氧氣頭出口閥門的流程圖；圖16是合成氣頭的正常壓力控制方法的流程圖；圖17A和17B表示合成氣頭的高壓控制方法的流程圖；圖18是合成氣頭的低壓控制方法的流程圖；圖19是一種氣化壓力控制方法的流程圖；圖20是一種自動需求確定方法的流程圖；以及圖21表示一種能夠執行本發明的功能的計算機系統。
圖1表示按照本發明一個實施例的一種氣化系統100。氣化系統100包括氧氣裝置104，進料裝置108，氣化器112和一個除硫器116。
氧氣裝置104可以是一個吹氣分離裝置(ASU)，從大氣中接收空氣并且產生氧氣。諸如Praxair和Air Products等許多廠商都出售ASU。氧氣裝置104通常是通過一或多條氧氣線路120連接到氣化器112。
氣化系統100還可以有多個氣化器112。按照這樣的布局，多個氣化器可以通過一個氧氣頭(主線路)連接到一個ASU。通過氧氣頭為各個氣化器分配氧氣。
氧氣線路120終止于氣化器112中的一或多個氧氣噴射器。氧氣噴射器將氧氣注入氣化器112。氧氣線路120還包括一或多個氧氣閥門124。調節氧氣閥門124來控制流向氣化器112的氧氣。
進料裝置108通過一或多條進料線路128連接到氣化器112。原料通過進料線路128提供給氣化器112。進料線路128終止于氣化器112中的一或多個原料噴射器，原料噴射器將原料注入氣化器112。進料線路120還包括一或多個進料閥門132。如果使用氣體原料，就調節進料閥門132來控制流入氣化器112的氣體原料。反之，如果使用固體或液體原料，就由一個可變速度裝料泵的速度來控制原料流量。
氣化系統100可以設計成用來加工固體(例如煤，石油焦，塑料，橡膠)，液體(例如重油，orimulsion，精煉廠副產品)，或是氣體(例如氮氣，精煉廠排放氣體)。氣體原料被直接送入氣化器112與氧氣混合。液體原料一般都是用泵送入氣化器112。
反之，固體原料在送入氣化器112之前要搗碎成精細的顆粒并且與水或廢油混合形成泥漿。然后用泥漿泵將泥漿泵入氣化器112并且由原料噴射器送入氣化器112。流入氣化器112的泥漿也可以通過調節泥漿泵的速度來控制。
在氣化之前將諸如蒸汽和再循環污水等等緩和劑添加到原料和氧氣中。添加緩和劑能夠提高氣化器112的效率。蒸汽是通過蒸汽線路來提供。污水是從氣化器底部收集的水，并且用泵送回氣化器作為緩和劑。
參見圖1，然后通過原料噴射器將原料和氧氣送入氣化器112。氣化器112是一個連接著精煉廠的容器，其設計標準能夠耐受高溫和高壓。氣化器112沒有運動部件或任何大氣釋放點。在氣化器112中，原料和氧氣混合物或是“混合原料”要承受大約2500度F的溫度和高達1200psi的壓力。在這種極端的條件下，混合原料分解成具有兩種主要成分H2和CO的氣體混合物。這種主要為H2和CO的氣體混合物被稱作合成氣體或是“合成氣”。
可以讓合成氣通過一個合成氣洗滌器對合成氣進行漂洗。含有熱量的合成氣可以用來產生蒸汽。
氣體混合物還包括少量的硫化氫(H2S)，氨，甲烷和混合原料的其他副產品。然后讓氣體混合物通過一個除硫器116從氣體中除去H2S。
用一個合成氣頭136從除硫器116上輸送合成氣。合成氣可以作為燃料燃燒發電。或者是用合成氣生產肥料，塑料和其他化學品。
如上所述，本發明涉及到用于氣化工廠100的一種綜合控制系統。用綜合控制系統來控制氣化器112和諸如ASU，氧氣頭，合成氣頭和緩和劑等等其他有關部件。
在一個實施例中，臨界控制系統是用來控制氣化系統100工作的一個分布式控制系統中的一部分。圖2是用來控制氣化系統100工作的一種分布式控制系統200的方框圖。
參見圖2，由分布式控制網絡204構成分布式控制系統200的骨干。一或多個陰極射線管(CRT)站208連接到網絡204上。CRT站208顯示氣化系統100的實時狀態。工作人員通過CRT站208來監視氣化器112和其他部件的工作。
一個工作站212連接到網絡204上。工作人員通過工作站212運行監控程序，例如是監視報警，監視泵等等。
綜合控制系統(ICS)216連接到網絡204上。在一個實施例中，ICS216包括一個計算機微處理器和一或多個隨機存儲器(RAM)。由ICS216控制氣化系統100中的氣化器112和其他關鍵部件的操作。RAM存儲一或多個供ICS216專用的程序。計算機微處理器執行存儲在RAM中的程序。在ICS216上連接著一或多個輸入/輸出(I/O)卡。由I/O卡提供微處理器與各種傳感器，閥門以及泵電機速度控制器之間的接口。
一或多個非臨界控制系統220也連接到網絡204上。非臨界控制系統220控制氣化系統100中的非關鍵性部件。一個通信途徑224連接到網絡204上。途徑224使得網絡204能夠與第三方系統例如是一個安全儀器系統或是緊急關機系統通信。
圖3是按照本發明一個實施例的ICS216的高級方框圖。概括地說，ICS216包括一個氧對碳(O/C)比例控制系統304，一個ASU控制系統308，一個緩和劑控制系統312，和一個合成氣頭控制系統316。以下要分別解釋這些控制系統。
1．O/C比例控制簡而言之，在氣化過程中控制O/C比例能夠優化碳氫轉換。必須要連續監視和自動控制這一O/C比例。如果沒有連續的O/C控制，O/C比例就可能過高或過低。如果O/C比例過高，氣化器112內部的溫度就會變化很大，如果O/C比例過低，碳氫轉換就會下降，導致氣化器112的效率降低。低O/C比例還會增加氣化器112中產生的固體數量，如果不能快速清除這種固體，就會造成氣化器停車。
本發明所提供的O/C比例控制能夠改善氣化器112的性能。另外，本發明通過盡量減少氣化器112內部的溫度變化來提供安全操作，并且延長氣化系統100的部件壽命。如果將一個ASU集成在氣化系統100中，O/C控制系統必須連接到ASU中的O2壓縮機控制，用來穩定氣化器112和O2壓縮機的操作。
簡而言之，按照本發明，O/C比例是通過計算氧和碳流量信號來確定的。圖4是按照本發明的一個實施例用來控制O/C比例的一種方法的流程圖。在步404中根據負荷限制來確定合成氣需求。合成氣需求是氣化器112的理想輸出。圖5中詳細地解釋了合成氣需求的實際計算方法。負荷限制是混合原料的限制因素，氣化器112的性能受其限制。在圖6中詳細解釋了負荷限制計算。
在步408中根據一個O/C設定值和合成氣需求計算出氧給定值。O/C給定值的計算在下文中進一步解釋。在步412中根據O/C給定值和合成氣需求計算出碳給定值。在步416中通過調節氧氣閥門來控制氧流量。按照氧給定值來調節氧氣閥門。在步420中按照碳給定值來調節碳流量。
(a)合成氣需求控制圖5表示步404(計算合成氣需求)的具體細節。在步504按照宏觀單位轉換將碳流速轉換成一個需求控制信號。或者是用一個集成的ASU按照宏觀單位轉換將氧流速轉換成需求控制信號以減少ASU的波動。需求控制信號是以噸/日為單位用純碳質量流量來表示的。按照以下公式來計算純碳質量流量m=(F)*(12.011)*(24/2000)，其中的m=以噸/日為單位的純碳質量流量，而F=以1b-mol/小時為單位的元素泥漿流量。
在一個實施例中，用一個磁性儀表或是可變速裝料泵測量碳流速(元素泥漿流量)。在步508中由比例積分微分(PID)控制器接收需求控制器信號和需求控制器給定值。需求控制器給定值是一個由操作人員輸入的理想值。
PID控制器的操作是相關領域中的技術人員所公知的。PID控制器計算出一個代表信號與給定值(或是參考值)之差的誤差信號，并且將這一誤差信號乘以一個增益。PID控制器的輸出是0.0到1.0(0％到100％)之間的一個值。具體地說，PID控制器計算的誤差信號代表需求控制器信號與需求控制器給定值之間的差，并且將這一誤差信號乘以一個增益。
在步512，信號選擇器接收PID控制器的輸出和一個自動需求值。關于自動需求值的確定參見下文。根據氣化器112的工作模式，信號選擇器選擇PID控制器的輸出或是自動需求值之一作為選定的需求值。在人工模式下，信號選擇器選擇自動需求值。在過載模式下，信號選擇器選擇兩個輸入中較高的一個值。
在步516，低選擇器接收選定的需求值也就是信號選擇器的輸出和一個合成氣需求過載值。關于合成氣需求過載值的確定參見下文。低選擇器選擇選定的需求值和合成氣需求過載值二者中的低值作為負荷限制需求值。在步520將負荷限制需求值轉換成一個偏置信號。偏置信號的值介于滿標度的-2％和+2％之間，而滿標度處在0和一個最大允許元素流量之間，元素流量是以克分子為單位的流量(1克分子=6.02×1023分子量)，而不是體積流量。
最后，在步524中用偏置信號來偏置氧流速。偏置的氧流速就是合成氣需求信號。
(ⅰ)負荷限制圖6是按照本發明的一個實施例用來確定負荷限制或是“合成氣需求過載值”的一種方法的流程圖。在步604，高選擇器選擇以下值當中的最高值(1)進料泵給定值；(2)進料泵功率PV/SP,PV/SP是實際測量的功率對最大允許功率的比值；(3)氧氣壓縮機功率PV/SP；(4)氣化器氧氣閥位置值(僅僅在不使用集成ASU時才使用這個值)；(5)壓縮機出口閥門位置值或是氧氣泵再循環閥門位置值(僅僅在使用集成ASU時才使用這個值)；以及(6)氧氣壓縮機吸氣閥門位置值(僅僅在使用集成ASU時才使用這個值)。高選擇器輸出其中的最高值作為一個負荷限制控制器信號。
在步608，在一個乘法器上將限制控制器給定值乘以98％(或是0.98)。盡管0.98是優選的系數，也可以采用其他系數(例如0.95,0.90)。
限制控制器給定值是一個由操作人員輸入的理想值。在步612,PID控制器接收高選擇器的限制控制器信號和乘法器的輸出(限制控制器給定值的98％)。PID控制器的輸出是合成氣需求過載值。
2．O/C給定值控制圖7是按照本發明的一個實施例用來確定O/C給定值的一種方法的流程圖。在步704，在一個除法器上將氧流速除以碳流速獲得一個O/C比例值。
然而，如果使用固體或氣體原料，除了上述步704之外還需要執行以下步驟。在步708使用步704測得的O/C給定值推斷氣化器溫度。在一個實施例中使用線性內插法來推斷氣化器溫度。推斷的氣化器溫度是虛擬的溫度信號。
在步712，操作人員使用虛擬溫度信號選擇一個虛擬溫度給定值。在步716，用虛擬溫度給定值對O/C比例給定值執行內插運算。
3．氧給定值控制圖8是按照本發明的一個實施例用來計算氧給定值的方法的一個流程圖。在步804，在第一乘法器上將O/C給定值乘以碳流速。第一乘法器的輸出是基于氧(或者是氧給定值高限)的碳流速。在步808，一個低選擇器接收合成氣需求信號(來自圖5中步524的偏置的氧流速)和第一乘法器輸出。低選擇器輸出受到碳流速限制的一個氧需求。
在步812，由第二乘法器接收第一乘法器的輸出也就是氧給定值高限，將其再乘以一個系數0.98。第二乘法器的輸出是氧給定值低限。盡管此處將氧給定值低限設置為氧給定值高限的98％，也可以采用其他系數(例如95％,90％)來設定氧給定值高限。
在步816由一個高選擇器接收氧給定值低限和低選擇器的輸出也就是受到碳流速限制的氧需求。高選擇器輸出一個限制的氧給定值。從而將氧流速限制在碳流速的98％到100％之間。換句話說，碳流速領先于氧流速但是不超過2％。本領域的技術人員由此可以看出，氧流速也可以限制在碳流速的其他百分數值之間。換句話說，碳流速可以按其他百分數值領先于氧流速。
如果將一個ASU集成在氣化系統100中，還需要執行以下的附加步驟。在步820求解公式F(x)=0.002x+0.81，其中的F(x)＞1.0，而x代表氧閥門位置。F(x)是一個氧給定值修改值，用來驅動氧閥門完全打開，也就是說，在由ASU來控制氧氣時脫離控制。
氧閥門位置計算如下所述。在步824將F(x)乘以高選擇器的輸出也就是限制的氧給定值，從而獲得氧控制給定值。
4．碳給定值控制按照本發明，碳給定值是根據限制的碳給定值和O/C比例給定值來計算的。圖9是用來確定碳控制給定值的一種方法的流程圖。在步904，由一個高選擇器接收氧流速和合成氣需求。高選擇器輸出一個基于氧的碳給定值低限。在步908由一個乘法器將氧流速乘以1.02。乘法器的輸出是碳給定值高限。可以理解的是，也可以將氧流速乘以其他數值例如1.05或1.1來設置碳給定值高限。
在步912用一個低選擇器接收碳給定值高限和碳給定值低限。低選擇器輸出限制的碳給定值。最后，在步916將限制的碳給定值除以O/C比例給定值，從而獲得碳控制給定值。
5．氧流量控制氧流速是通過調節氧氣線路中的氧閥門位置來控制的。圖10是一種氧流量控制方法的流程圖。在步1004由一個流量補償器接收氧氣溫度，氧氣壓力和氧流速。氧氣溫度是用氧氣線路中的熱電偶測量的。氧氣壓力是由氧氣線路中的壓力變送器測量的。氧流速是由氧氣線路中的氧流量變送器測量的。流量補償器根據壓力和溫度變化來校正氧流量。
按照以下公式來計算補償的氧流量在公式中， q=氧流量P=氧氣壓力，磅/平方英寸P0=絕對壓力變換系數，最佳值為14.696磅/平方英寸，PR=絕對氧氣設計壓力，磅/平方英寸T=氧氣溫度，°F，T0=絕對溫度變換系數，最佳值為459.69°F，TR=絕對氧氣設計溫度，°R。
由流量補償器輸出補償的氧流量。在步1008將補償的氧流量轉換成克分子氧流量。
用以下公式將氧流量轉換成克分子氧流量
F=q*(2/379.5)在公式中，q=以標準立方英寸/小時(scsh)為單位的體積氧流量，以及F=以1b-mol/小時為單位的元素氧流量。
在步1012由一個乘法器將克分子氧流量乘以氧純度值。從一個氧純度分析儀獲得氧純度值(例如是96％)。乘法器輸出一個氧流量信號。
在步1016，由一個PID控制器接收氧流量信號和一個氧控制給定值。在步1020，用兩個速度限制器即一個加速限制器和一個減速限制器來接收PID控制器的輸出。PID控制器的輸出是受到這兩個速度限制器之一限制的速度，這取決于輸出的速度變化。如果PID控制器的輸出增大(也就是正速度變化)，這一速度就受到加速限制器的限制。另一方面，如果PID控制器的輸出減小(也就是負速度變化)，這一速度就受到減速限制器的限制。
在步1024用一個信號選擇器接收兩個速度限制器的輸出，信號選擇器根據信號的正、負速度變化來選擇其中一個信號。如果PID控制器的輸出增大，信號選擇器就選擇加速限制器。如果PID控制器的輸出減小，信號選擇器就選擇減速限制器。信號選擇器的輸出被用來調節氧閥門位置。
6．碳流量控制按照本發明，進入氣化器112的碳流速是由碳泵速度來控制的。簡而言之，碳泵速度是通過測得的碳流速和理想的碳控制給定值來控制的。用一個PID控制器來調節碳泵速度。
圖11是一種碳流量控制方法的流程圖。在步1104根據碳泵速度來確定碳流速。用以下公式計算碳流速q=qr*(S/Sr)在公式中，q=進料泵流量，gpm，qr=進料泵設計流量，
s=進料泵速度，rpm，以及sr=進料泵設計速度，rpm在步1108用一個信號選擇器接收推斷的碳流速和測量的碳流速。在一個實施例中，測量的碳流速是用一個磁性流量計獲得的。信號選擇器根據工作狀態來選擇一個信號。信號選擇器輸出實際的碳流速。
在步1112用一個克分子轉換器將碳流速轉換成克分子碳流速。對于固體原料，采用以下公式將碳流速轉換成克分子碳流速F=[{(q*8.021)}/{12.011*(0.017-0.000056*xslurry)}]*(.01xslurry)*(.01xcoke)，在公式中，F=以1b-mol/小時為單位的元素碳流量，q=泥漿流量(代表泥漿泵速度)，Xcoke=焦炭濃度，處在85％到92％之間，以及Xslurry=泥漿焦炭濃度，處在55％到65％之間。
如果使用液體原料，采用以下公式將碳流速轉換成克分子碳流速F=(q*Sg*8.021/12.011)*.01*xc在公式中，Q=以gal/min為單位的碳流量F=以1b-mol/小時為單位的元素碳流量Sg=碳的比重，以及Xc=液體中的碳含量在克分子轉換中考慮到速度受限的碳含量和速度受限的泥漿濃度。以下要解釋速度受限的碳含量和速度受限的泥漿濃度。
首先要根據原料也就是焦炭的來源確定碳含量。然后用速度限制器來限制碳含量的速度。例如，如果當前原料來源的碳含量和氣化器以往使用的原料的碳含量有明顯的不同，例如是相差20％，速度限制器就將速度變化限制在例如每分鐘.05％。換句話說，速度限制器告知碳流量控制的碳含量是僅僅以每分鐘.05％的速度變化，而不是20％的急劇變化。泥漿濃度是通過實驗室分析和類似的速度限制來確定的。
在步1116，在第一乘法器上將克分子碳流速乘以速度受限的泥漿濃度。在步1120，在第二乘法器上將第一乘法器輸出再乘以速度受限的碳含量。第二乘法器的輸出是碳流量信號。在步1124由一個PID控制器接收碳流量信號和碳控制給定值，并且輸出碳泵速度。為了保護碳泵，采用一個速度限制器來限制PID控制器輸出的速度。
7．進料注射器氧氣控制如上所述，氧氣是由ASU提供給氣化器的。在本發明的一個實施例中，氧氣線路在進入氣化器112之前被分離成兩條線路。兩條氧氣線路和一條碳線路(來自原料裝置)合并構成一個進料注射器的三條同心的管道。中心管道供應氧氣。圍繞中心管道的中間管道供應原料。圍繞中間管道的外層管道供應氧氣。用兩個閥門來控制氧氣。中心氧氣閥門位于分離之前也就是上游，而一個環路氧氣閥門位于管道的同心段中，也就是下游。
圖12是一種進料注射器控制方法的流程圖。在步1204確定一個環路氧分離值。環路氧分離值用F(x)=1-x表示，x是氧分離給定值。氧分離給定值是在中心線路中流動的總氧氣量的百分數(例如是30％)。如果x=30％，則F(x)=1-0.3=0.7。
在步1208，在第一乘法器上將氧分離給定值乘以補償的氧流量信號。第一乘法器輸出氧給定值。在步1212，在第二乘法器上將環路氧分離信號乘以補償的氧流量信號并且獲得一個環路氧給定值。在步1216從氧流量信號中減去氧分離信號獲得環路氧流量信號。氧流量信號是由氧氣線路中的變送器測量的。在步1220，由一個PID控制器接收環路氧流量信號和環路氧給定值。PID控制器輸出一個環路氧氣閥門位置。在步1224，由一個PID控制器接收氧流量信號和氧給定值，并且輸出一個中心氧氣閥門位置。
8．緩和劑控制如上所述，在氣化過程中，在氧氣和原料進入氣化器112之前要添加緩和劑。按照本發明是在氧氣和原料中添加蒸汽。可以在原料中添加再循環污水。污水是從氣化器底部收集的水，然后添加到碳中作為緩和劑。通常是用一個泵從氣化器上回收污水作為緩和劑。
在氧和碳中的緩和劑數量是通過調節氧氣線路蒸汽閥門和碳線路蒸汽閥門來控制的。如果將再循環污水用做緩和劑，可以通過調節再循環污水泵的速度來控制污水量。
圖13A和13B表示在氣化器112中用來控制緩和劑的一個流程圖。在步1304由第一流量補償器接收氧氣線路蒸汽流速，蒸汽溫度和蒸汽壓力。氧氣線路蒸汽流速是由氧氣線路中的流量計測量的。蒸汽溫度是用蒸汽線路中的一或多個熱電偶測量的。蒸汽壓力是用蒸汽線路中的一或多個壓力變送器測量的。
流量補償器輸出一個經過蒸汽壓力和蒸汽溫度補償的氧氣線路蒸汽流量信號。按照以下公式來計算補償的蒸汽流量信號q~=q•P+P0PR•TRT+T0,]]>在公式中， q=蒸汽流量P=蒸汽壓力，磅/平方英寸P0=絕對壓力變換系數，最佳值為14.696磅/平方英寸，PR=絕對蒸汽設計壓力，磅/平方英寸T=蒸汽溫度，°F，T0=絕對溫度變換系數，最佳值為459.69°F，以及TR=絕對蒸汽設計溫度，°R。
在步1308，由一個第二流量補償器接收碳線路蒸汽流速，蒸汽壓力和蒸汽溫度，并且由流量補償器輸出一個補償的碳線路蒸汽流量信號。在步1312，在第一加法器中將補償的氧氣線路蒸汽流量信號與補償的碳線路蒸汽流量信號相加產生一個總蒸汽流量信號。在步1316，將總蒸汽流量加上再循環污水流速，從中確定總緩和劑流速。在一個實施例中，污水流速是用碳線路中的磁性儀表測量的。
在步1320，在第一除法器上將總緩和劑流速除以碳流速，并且產生一個緩和劑/碳比例。在步1324由第一比例控制器接收緩和劑/碳比例，碳流速，和一個緩和劑/碳比例給定值。比例控制器將緩和劑/碳比例信號和緩和劑/碳比例給定值相比較，輸出一個理想氧氣線路蒸汽流速。比例控制器遵循一種理想的比例來改變比例中的一種成分，同時將比例中的另一種成分維持不變，直至獲得理想的比例。以下的例子可以說明比例控制器的工作方式。
假設理想比例是2/3或.666，而比例控制器接收到的比例是x/y。比例控制器就改變y，而x維持不變，直至達到x/y=.666。或者是比例控制器改變x，而y維持不變。
在步1328，可以用一個安全系統過載給定值的預定值代替理想氧氣線路蒸汽流速。在步1332由第一PID控制器接收氧氣線路蒸汽流量信號和安全系統過載給定值的輸出。第一PID控制器輸出氧氣線路蒸汽閥門信號，用它來調節氧氣線路蒸汽閥門。
在步1336由第二PID控制器接收補償的碳線路蒸汽流量信號和碳線路蒸汽流量給定值。這一PID控制器輸出輸出碳線路蒸汽閥門信號，用它來調節碳線路蒸汽閥門。
在步1340，在第二除法器上將碳流速除以再循環污水流速。在步1344，第二比例控制器根據除法器的輸出產生一個污水控制器給定值。在步1348，第三PID控制器接收再循環污水流速和污水控制器給定值也就是第二比例控制器的輸出。第三PID控制器輸出一個再循環污水泵速度信號，它被用來控制再循環污水泵的速度。
9．ASU/氧氣控制本發明提供了一種將ASU和氣化系統100集成在一起的ASU/氧氣控制。通過調節一個氧氣壓縮機入口閥門來控制從ASU排出的氧氣。
圖14A和14B表示按照本發明的一個實施例用于ASU/氧氣控制的流程圖。在步1404用一個高選擇器來比較氣化器112和同時工作的其他氣化器的氧氣閥門位置。在步1408求解以下的公式F(x)=0.002x+0.08，其中的F(x)＞0.99，而x是高選擇器的輸出。F(x)是用來限制ASU的氧氣的氧給定值修改值，使下游氣化器氧氣閥門打開到對ASU的氧氣解除控制的位置。
在步1412求解以下的公式F(y)=0.002y+0.81，其中的F(y)＞1.0，而y是選定氣化器112的氧閥門位置。F(y)是用來抵銷步820的氧給定值修改值F(x)的一個氧給定值修改值。
在步1416，在一個除法器上將實際氧給定值除以F(y)。由操作人員計算出實際氧給定值并且輸入給系統。在步1420用第一加法器將除法器的輸出和來自其他氣化器的同類輸出相加。在步1424，在一個乘法器上將第一加法器的輸出乘以步1408中獲得的F(x)。乘法器輸出一個排放控制器給定值。這一排放控制器給定值代表ASU排放的合成的總氧氣給定值。
在步1428，在第二加法器上將來自所有氣化器的氧氣流速相加，計算出一個總氧氣流速。在步1432用一個PID控制器接收排放控制器給定值和總氧氣給定值。PID控制器輸出一個排放控制器輸出信號。在步1436，用一個速度限制器限制PID控制器輸出的速度。在步1440用一個低選擇器接收速度受限的排放控制器輸出信號以及來自其他ASU控制器(例如壓縮機吸入流量控制器，ASU吸氣口控制器)和壓縮機保護控制器的輸出。低選擇器的輸出是氧氣壓縮機入口閥門信號。
10．氧氣頭出口閥門控制在氣化系統100中，用一條被稱為“氧氣頭”的公共線路為各個氣化器分配氧氣。在緊急狀態下，氧氣頭中的氧氣通過氧氣頭閥門排出。通過調節氧氣頭出口閥門來控制氧氣頭出口閥門排出的氧氣量。
圖15A和15B表示用來控制氧氣頭出口閥門的流程圖。在步1504，用一個乘法器將氧氣頭壓力信號乘以1.02。在步1508用一個速度限制器限制乘法器輸出的速度。速度限制器的輸出是氧氣頭控制給定值。
在步1512中根據氧氣壓力，氧氣溫度，氧氣閥門位置，氧氣線路蒸汽流速及合成氣洗滌器壓力計算出一個預期氧流量。用氧氣線路中的一或多個壓力變送器來測量氧氣壓力。用氧氣線路中的一或多個熱電偶測量氧氣溫度。按照上文所述計算出氧氣線路蒸汽流速。用合成氣洗滌器中的一個壓力變送器測量合成氣洗滌器壓力。
可以通過依次將氣化器氧氣閥門和氣化器進料注射器作為兩個限制條件來對待而計算出預期氧流量。受到限制的流量是上游和下游蒸汽壓力和限制范圍的函數。進料注射器的下游蒸汽壓力是合成氣洗滌器壓力。進料注射器的上游壓力可以直接測量。這樣就不用從進料注射器上游氧氣線路的蒸汽流量來推斷預期的氧流量。推斷的壓力還可作為氧氣閥門限制的下游壓力。其限制值隨著氧氣閥門的開、閉而改變。當氧氣閥門高于或是低于其設計的正常位置時，必須用多重迭代公式來確定氧氣閥門的效果。
在一個實施例中，預期氧流量是按照以下的公式來計算的。然而還應該認識到也可以用各種其他類型的公式來計算預期氧流量。本領域的技術人員為了計算預期氧流量可以對這些公式進行篩選。
P=Plow,(a)當Z≤Z-2,]]>得到P=Plow•2(-2•Z2Z2-)+Phigh(2•Z2Z2--1),]]>(b)當Z->Z>Z-2,]]>得到P=Phigh,(c)
當Z≥Z，其中Plow=Pscubber+ΔPFI‾•Z2Z2‾•(Poxygen+P0Poxygen0.3+0.7•Pscrubber+P0Pscrubber)2,]]>(d)并且Phigh=Poxygen-ΔPFV‾•Poxygen-PscrubberPoxygen‾-PscrubberZ3Z3‾,]]>(e)P=預期進料注射器入口壓力，磅/平方英寸Plow=低氧氣流量控制器輸出預期進料注射器入口壓力，磅/平方英寸Z=氧氣流量控制器輸出，％Z=氧氣流量控制器NOC輸出，％Phigh=高氧氣流量控制器輸出預期進料注射器入口壓力，磅/平方英寸Pscrubber=合成氣洗滌器壓力，磅/平方英寸 =進料注射器NOC壓差，磅/平方英寸Poxygen=氧氣壓力，磅/平方英寸 =絕對氧氣NOC壓力，磅/平方英寸 =絕對合成氣洗滌器NOC壓力，磅/平方英寸 =氧氣閥門NOC壓差，磅/平方英寸。
預期氧氣壓力的約束范圍是Poxygen-10＞P＞Pscrubber+10 (f)其中Poxygen=氧氣壓力，磅/平方英寸P=預期進料注射器入口壓力，磅/平方英寸Pscrubber=合成氣洗滌器壓力，磅/平方英寸。
預期氧流量計算如下q=(1-Z4Z4‾)•qFV+Z4Z4‾•qFI,]]>(g)當Z＜Z，得到q=qFl,(h)當Z≥Z，其中qFV=qFV‾•Z2Z2‾•Poxygen-PΔPFV‾•T‾T+T0•Poxygen+P0Poxygen‾,]]>(i)并且qFI=qFI‾P-PscrubberΔPFI‾•P+P0P‾•T‾T+T0-m•379.518.01•Tsteam‾T‾•18.0132,]]>(j)并且q=預期氧流量，標準立方英尺/小時，Z=氧氣流量控制器輸出，％，Z=氧氣流量控制器NOC輸出，％，qFV=預期氧閥門流量，標準立方英尺/小時， =預期氧代門NOC流量，標準立方英尺/小時，Poxygen=氧氣壓力，磅/平方英寸，P=預期進料注向在入口壓力，至少為0.3Poxygen，磅/平方英寸， =氧氣閥門NOC壓差，磅/平方英寸，T=絕對氧氣NOC溫度，°R，T=氧氣溫度，°F，T0=絕對溫度變換系數，通常為459.69°F， =絕對氧氣NOC壓力，磅/平方英寸，P0=絕對壓力變換系數，通常為14.69磅/平方英寸， =進料注射器NOC流量，標準立方英尺/小時，Pscrubber=合成氣洗滌器壓力，至少為0.3P，磅/平方英寸， =進料注射器NOC壓差，磅/平方英寸，P=絕對預期進料注射器入口NOC壓力，磅/平方英寸，m=補償的蒸汽質量流量，1b/b，以及 =絕對蒸汽NOC溫度，°R。
在步1516，用一個加法器將預期氧流量與來自其他氣化器機組的預期預流量相加。在步1520，從設計氧氣頭流量值中減去總的預期氧流量，獲得一個預期氧氣頭出口流量。設計氧氣頭流量值是一個常數，它代表為氧氣管道設計的氧氣輸送量。在步1524，根據預期氧氣頭出口流量和氧氣頭出口閥門極限流量計算出氧氣頭出口閥門偏置值。在Texaco Design Document中描述了關于氧氣頭出口閥門偏置的計算。氧氣頭出口閥門極限流量是通過出口閥門的最大允許流量。
在步1528由一個PID控制器接收氧氣頭控制給定值和氧氣頭壓力信號。PID控制器輸出沒有偏置的氧氣頭出口閥門信號。最后，在步1532，用氧氣頭出口閥門偏置值偏置PID控制器的輸出，并且獲得一個偏置的氧氣頭出口閥門信號。用這一氧氣頭出口閥門信號來調節氧氣頭出口閥門。
11．合成氣頭壓力控制如上所述，從氣化器上用一或多個合成氣頭輸送合成氣。一般由操作人員輸入一個正常壓力控制給定值，也稱為合成氣頭壓力給定值。然后將合成氣頭壓力給定值用于高壓控制，低壓控制和“低低”壓控制。
圖16是用來確定合成氣頭正常壓力控制的一種方法的流程圖。在步1604，用合成氣頭中的一或多個壓力變送器測量合成氣頭壓力信號。在步1608用一個PID控制器接收合成氣頭壓力給定值和合成氣頭壓力信號。PID控制器輸出一個鍋爐合成氣給定值。鍋爐是指氣化器下游的一個鍋爐，它吸入合成氣并且燃燒合成氣而產生動力。鍋爐合成氣給定值代表鍋爐需要消耗的合成氣量。
本發明能夠控制合成氣頭中的高壓。圖17A和17B表示合成氣頭高壓控制方法的流程圖。在步1704，用一個流量補償器接收合成氣頭流速，合成氣頭溫度及合成氣頭壓力信號。流量補償器計算出補償的合成氣頭流量。在步1708，根據補償的合成氣頭流量，合成氣頭溫度，以及通過合成氣頭閥門的最大允許流量計算出合成氣頭火炬出口閥偏壓。按照以下公式來計算合成氣頭火炬出口閥偏壓ΔZ=qqR•PRP+P0•T+T0TR•100,]]>其中，ΔZ=高過載清潔合成氣壓力控制器輸出偏置，％,q=預期的補償合成氣流量，標準立方英尺/小時，qR=合成氣設計流量，標準立方英尺/小時，PR=絕對清潔合成氣設計壓力，磅/平方英寸，P=清潔合成氣壓力，磅/平方英寸，T=清潔合成氣溫度，°F，T0=絕對溫度變換系數，通常為459.69°F，以及TR=絕對清潔合成氣設計溫度，°R。
在步1712，由一個偏置斜坡函數接收合成氣頭火炬出口閥偏壓和一個燃氣輪機行程信號。在步1716，在一個加法器上將偏置斜坡函數的輸出和來自其他燃氣輪機的燃氣輪機行程信號相加。在步1724，用一個乘法器將合成氣壓力給定值乘以1.02。乘法器的輸出就是高壓給定值。在步1720由一個PID控制器接收合成氣頭壓力信號和高壓給定值。當合成氣頭壓力的增加超過高壓給定值的2％時，PID控制器就輸出一個信號。在步1728用加法器的輸出來偏置PID控制器的輸出，并且獲得合成氣頭火炬出口閥位置。
圖18是合成氣頭的低壓控制方法的流程圖。在步1804由一個偏置斜坡函數接收氣化器行程信號和斜坡起動信號。斜坡起動信號是由操作人員輸入的。在步1808將合成氣頭壓力給定值乘以0.98獲得一個低壓給定值。換句話說，低壓給定值被設定在合成氣頭壓力給定值的98％。
在步1812用一個PID控制器接收合成氣頭壓力信號和低壓給定值并且輸出沒有偏置的低合成氣壓力信號。在步1816用偏置斜坡函數的輸出偏置沒有偏置的低合成氣壓力信號，從而獲得低合成氣壓力信號。
圖19是一種氣化壓力控制方法的流程圖。在步1904由一個偏置斜坡函數接收氣化器行程信號和一個斜坡起動信號。氣化器行程信號是在發生氣化器停車時產生的。斜坡起動信號是一個常數值。偏置斜坡函數產生一個偏置信號，用來將氣化器的合成氣儲量卸載到合成氣頭。
在步1908用一個乘法器將高壓給定值乘以0.98。在步1916用偏置斜坡函數的輸出也就是偏置信號偏置乘法器的輸出，并且獲得正常壓力給定值。在步1912由第一PID控制器接收洗滌器壓力和高壓給定值。用合成氣洗滌器上頭的壓力變送器來測量洗滌器壓力。第一PID控制器輸出一個火炬閥門位置。在步1920由第二PID控制器接收洗滌器壓力和正常壓力給定值并且產生合成氣減壓閥門控制器信號。從碳泵速度和低合成氣壓力信號推導出上述的自動需求值。
圖20是一種自動需求確定方法的流程圖。在步2004計算(來自兩個氣化器機組的)兩個碳泵的速度差。這一速度差代表預期的機組差別。在步2008用一個PID控制器接收預期的機組差別和一個零(0)給定值。PID控制器的輸出處在0到100％之間。在步2012將PID控制器的輸出轉換成一個偏置值。在一個實施例中是將PID控制器的輸出轉換成-10到+10之間的一個值。在步2016用這一偏置值偏置低合成氣壓力信號，從中產生自動需求。在步2020將這一偏置值乘以-1并且提供給另一個氣化機組作為自動需求。
12．用計算機系統實現的ICS在本發明的一個實施例中，ICS216是由能夠執行ICS216的上述功能的一個計算機系統來實現的，具體細節如圖21所示。計算機系統2100包括一或多個處理器，例如是處理器2104。處理器2104連接到一條通信總線2108。各種軟件實施例都是通過這一計算機系統來描述的。在閱讀過本發明的說明書之后，本領域的技術人員就會知道如何用其他計算機系統和/或計算機構造來實現本發明。
計算機系統2100還包括主存儲器2112，它是一個隨機存儲器(RAM)，還可以包括輔助存儲器2116。輔助存儲器2116例如可以包括硬盤驅動器2120和/或一個可拆卸存儲體驅動器2124，例如是一個軟盤驅動器，磁盤驅動器和光盤驅動器等等。可拆卸存儲體驅動器2124按照告知的方式讀出和/或寫入一個可拆卸存儲裝置2132。可拆卸存儲裝置2132代表可以用可拆卸存儲體驅動器2124來讀、寫的軟盤，磁帶，光盤等等。可拆卸存儲裝置2132包括一種計算機使用的存儲媒體，在其內存有計算機軟件和/或數據。
在另一個實施例中，輔助存儲器2116可以包括其他類似的裝置，用來將計算機程序或是其他指令載入計算機系統2100。此類裝置例如可以包括可拆卸存儲裝置2134和一個接口2128。這方面的例子包括程序磁帶盒和磁帶盒接口(例如在電視游戲機中使用的)，一種可拆卸存儲器芯片(例如EPROM或PROM)和相應的插座，以及其他可拆卸存儲裝置2134和用來從可拆卸存儲裝置2134向計算機系統2100傳送軟件和數據的接口2128。
計算機系統2100還包括一個通信接口2136。通信接口2136能夠在計算機系統2100和外部設備之間傳送軟件和數據。通信接口2100的例子包括調制解調器，網絡接口(例如是一個Ethernet卡)，通信端口，PCMCIA插口和卡等等。通過通信接口2136傳送的軟件和數據采取的信號2140的形式可以是電子信號，電磁信號，光學信號或是其他能夠用通信接口2136接收的信號。信號2140通過一條信道2144提供給通信接口。傳送信號2140的信道2144可以用電線或電纜，光纖，電話線，蜂窩電話鏈路，RF鏈路和其他通信信道來實現。
在本文中用所謂“計算機程序媒體”和“計算機使用的媒體”所概括的媒體有可拆卸存儲體驅動器2124，安裝在硬盤驅動器2120中的硬盤，以及信號2140。用這些計算機程序產品為計算機系統2100提供軟件。
計算機程序(也稱為計算機控制邏輯)被存儲在主存儲器2112和/或輔助存儲器2116中。也可以通過通信接口2136接收計算機程序。通過執行這些計算機程序就能用計算機系統2100執行本發明的上述特征。具體地說，處理器2104通過執行這些計算機程序來執行本發明的特征。
在用軟件實現本發明的一個實施例中，可以將軟件存儲在一個計算機程序產品中并且用可拆卸存儲體驅動器2124，硬盤驅動器2120或是通信接口2136載入計算機系統2100。由處理器2104執行這種控制邏輯(軟件)，用處理器2104執行本發明的上述功能。
在另一個實施例中，可以主要由硬件來實現本發明，這種硬件的例子有專用集成電路(ASIC)。可用來執行本發明功能的這種硬件狀態機器是本領域的技術人員都能夠實現的。
在又一個實施例中，可以用硬件和軟件的組合來實現本發明。
盡管上文已經描述了本發明的各種實施例，應該認識到這些實施例僅僅是為了舉例而并非限制。本發明的范圍不應該受到上述如何一個實施例的限制，它僅僅受到權利要求書及其等效物的限制。
權利要求
1．在氣化工廠中控制氧和碳(O/C)比例的一種方法，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的合成氣，該方法包括以下步驟根據負荷限制來確定合成氣需求，用氣化器的理想輸出來代表合成氣需求；根據氧和碳(O/C)比例的給定值以及合成氣需求來確定氧和碳給定值，并且分別根據氧和碳給定值來調節氣化工廠中的氧和碳閥門。
2．按照權利要求1的控制氧和碳(O/C)比例的方法，其特征是進一步包括以下步驟利用宏觀單位轉換將碳流速轉換成需求控制器信號；用一個PID控制器接收需求控制器信號和需求控制器給定值并且產生一個PID控制器信號；用一個信號選擇器接收PID控制信號和一個自動需求值，并且產生選定的需求值；用一個低選擇器接收選定的需求值和一個合成氣需求過載值，并且產生一個負荷限制需求值；將負荷限制需求值轉換成一個偏置值，以及用這一偏置值偏置氧流速。
3．按照權利要求2的方法，其特征是用以下公式將碳流速轉換成合成氣需求信號m=F*12.011*(24/2000)，其中的m代表合成氣需求，而F是以1b-mol/小時為單位的泥漿流量。
4．按照權利要求2的方法，其特征是合成氣需求過載值的計算包括以下步驟用一個高選擇器確定一個限制控制器信號；計算一個限制控制器給定值的98％；以及根據98％限制控制器給定值和限制控制器信號確定合成氣需求過載值。
5．在氣化工廠中確定氧給定值的一種方法，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的合成氣，該方法包括以下步驟用碳流速乘以一個氧給定值，產生一個氧給定值高限；在一個低選擇器上根據合成氣需求和氧給定值高限確定受到碳流速限制的氧需求；用一個預定的系數乘以氧給定值高限，產生一個氧給定值低限，并且在一個高選擇器上根據氧給定值低限和受到碳流速限制的氧需求來確定氧給定值限制。
6．按照權利要求5的方法，其特征是預定的系數是.98。
7．在氣化工廠中確定碳給定值的一種方法，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的合成氣，該方法包括以下步驟在一個高選擇器上根據氧流速和合成氣需求確定一個碳給定值低限；用一個預定的系數乘以氧流速，產生一個碳給定值高限；在一個低選擇器上根據碳給定值高限和碳給定值低限確定一個碳給定值限制；并且用碳給定值限制除以一個O/C比給定值，從中產生碳控制給定值。
8．按照權利要求7的方法，其特征是預定的系數是1.02。
9．在氣化工廠中控制氧流量的一種方法，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的合成氣，該方法包括以下步驟在一個流量比較器上根據氧流速和氧溫度計算一個補償的氧流量；在一個克分子轉換器上將補償的氧流量轉換成克分子氧流量；將克分子氧流量乘以一個氧純度值產生一個氧流速信號；由一個PID控制器接收氧流量信號和氧控制給定值，并且產生PID控制器輸出信號；用一個速度限制器限制PID控制器輸出信號的速度；并且用速度受限的PID控制器輸出信號來調節一個氧氣閥門。
10．按照權利要求9的方法，其特征是按照以下公式來計算補償的氧流量q~=q•P+P0PR•TRT+T0,]]>在公式中， q=氧流量，P=氧氣壓力，磅/平方英寸，P0=絕對壓力變換系數，PR=絕對氧氣設計壓力，磅/平方英寸，T=氧氣溫度，°F，T0=絕對溫度變換系數，°F，以及TR=絕對氧氣設計溫度，°R。
11．按照權利要求9的方法，其特征是用以下公式將補償的氧流量轉換成克分子氧流量F=q*(2/379.5)在公式中，q=以標準立方英寸/小時(scsh)為單位的體積氧流量，以及F=以1b-mol/小時為單位的元素氧流量。
12．在氣化工廠中控制碳流速的一種方法，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的合成氣，該方法包括以下步驟根據裝料泵速度計算一個碳流速；由一個信號選擇器根據推斷的碳流速和測量的碳流速選擇一個實際碳流速；在一個克分子轉換器上將碳流速轉換成克分子碳流速；根據克分子碳流速，一個速度受限的泥漿濃度和一個速度受限的碳含量產生一個碳流量信號；用一個PID控制器使用碳流量信號和碳控制給定值產生一個碳泵速度信號；并且用碳泵速度信號來調節碳泵的速度。
13．按照權利要求12的方法，其特征是用以下公式計算碳流速q=qr*(S/Sr)在公式中，q=進料泵流量，gpm，qr=進料泵設計流量，s=進料泵速度，rpm，以及sr=進料泵設計速度，rpm。
14．按照權利要求12的方法，其特征是用以下公式將碳流速轉換成克分子碳流速F=[{(q*8.021)}/{12.011*(0.017-0.000056*xslurry}]*(.01xslurry)*(.01xcoke),在公式中，F=以1b-mol/小時為單位的碳流量，q=泥漿流量，Xcoke=焦炭濃度，以及Xslurry=泥漿焦炭濃度。
15．按照權利要求12的方法，其特征是用以下公式將碳流速轉換成克分子碳流速F=(q*Sg*8.021/12.011)*.01*xc在公式中，q=以gal/min為單位的碳流量F=以1b-mol/小時為單位的元素碳流量Sg=碳的比重，以及Xc=液體中的碳含量。
16．在氣化工廠中控制緩和劑的一種方法，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的合成氣，該方法包括以下步驟在第一流量補償器上根據氧線路蒸汽流速，蒸汽溫度和蒸汽壓力產生一個補償的氧線路蒸汽流量信號；在第二流量補償器上根據碳線路蒸汽流速，蒸汽壓力和蒸汽溫度產生一個補償的碳線路蒸汽流量信號；在第一加法器上將補償的氧線路蒸汽流量信號和補償的碳線路蒸汽流量信號相加，產生一個總蒸汽流量信號；根據總流量信號和再循環污水流量確定一個總緩和劑流量；在第一除法器上用總緩和劑流量除以碳流量，確定一個緩和劑/碳比例；在一個比例控制器上根據緩和劑/碳比例信號和一個緩和劑/碳給定值來確定一個理想氧線路蒸汽流速；根據理想氧線路蒸汽流速和氧線路蒸汽流量信號確定一個氧線路蒸汽閥信號；用氧線路蒸汽閥信號調節氧線路蒸汽閥；根據補償的碳線路蒸汽流量信號和碳線路蒸汽流量給定值來確定一個碳線路蒸汽閥信號；并且用碳線路蒸汽閥信號調節碳線路蒸汽閥。
17．按照權利要求16的方法，其特征是按照以下公式來計算補償的氧氣線路蒸汽流量q~=q•P+P0PR•TRT+T0,]]>在公式中， q=蒸汽流量，P=蒸汽壓力，磅/平方英寸，P0=絕對壓力變換系數，PR=絕對蒸汽設計壓力，磅/平方英寸，T=蒸汽溫度，°F，T0=絕對溫度變換系數，以及TR=絕對蒸汽設計溫度，°R。
18．按照權利要求16的方法，其特征是按照以下公式來計算補償的碳線路蒸汽流量q~=q•P+P0PR•TRT+T0,]]>在公式中， q=蒸汽流量，P=蒸汽壓力，磅/平方英寸，P0=絕對壓力變換系數，PR=絕對蒸汽設計壓力，磅/平方英寸，T=蒸汽溫度，°F，T0=絕對溫度變換系數，以及TR=絕對蒸汽設計溫度，°R。
19．為氣化工廠提供氧氣的吹氣分離裝置(ASU)的一種控制方法，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的合成氣，該方法包括以下步驟在一個高選擇器上比較同時操作的多個氣化器的氧閥門位置，輸出一個值x；計算F(x)=0.002x+0.08，其中的F(x)＞0.99，而x是高選擇器的輸出；并且計算F(y)=0.002y+0.81，其中的F(y)＞1.0，而y是選定的一個氣化器的氧閥門位置。
20．按照權利要求19的方法，其特征是進一步包括以下步驟在一個除法器上將實際氧給定值除以F(y)；用第一加法器將除法器的輸出和來自其他氣化器的其他除法器輸出相加；在第一乘法器上將第一加法器的輸出乘以F(x)，并且產生一個排放控制器給定值，這一排放控制器給定值代表ASU排放值；以及在第二加法器上將來自所有氣化器的氧氣流速相加，并且產生一個總氧氣流速。
21．按照權利要求20的方法，其特征是進一步包括以下步驟用一個PID控制器接收排放控制器給定值和總氧氣給定值，并且輸出一個排放控制器輸出信號；限制排放控制器輸出信號的速度；并且用一個低選擇器接收速度受限的排放控制器輸出信號以及來自一或多個壓縮機吸入流量控制器，一或多個ASU吸氣口控制器和一或多個壓縮機保護控制器的輸出，并且輸出一個氧氣壓縮機入口閥門信號。
22．在氣化工廠中控制高壓合成氣頭的一種方法，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的合成氣，該方法包括以下步驟用一個流量補償器接收合成氣頭流速，合成氣頭溫度和一個合成氣頭壓力信號，并且計算出一個補償的合成氣頭流量；并且根據補償的合成氣頭流量，合成氣頭溫度，以及合成氣頭閥門的最大允許流量計算出合成氣頭火炬出口閥偏壓。
23．按照權利要求22的方法，其特征是按照以下公式來計算合成氣頭火炬出口閥偏壓ΔZ=qqR•PRP+P0•T+T0TR•100,]]>其中，ΔZ=高過載清潔合成氣壓力控制器輸出偏置，％，q=預期的補償合成氣流量，標準立方英尺/小時，qR=合成氣設計流量，標準立方英尺/小時，PR=絕對清潔合成氣設計壓力，磅/平方英寸，P=清潔合成氣壓力，磅/平方英寸，T=清潔合成氣溫度，°F，T0=絕對溫度變換系數，以及TR=絕對清潔合成氣設計溫度，°R。
24．按照權利要求22的方法，其特征是進一步包括以下步驟由一個偏置斜坡函數接收合成氣頭火炬出口閥偏壓和一個燃氣輪機行程信號，并且輸出一個偏置斜坡信號；在一個加法器上將偏置斜坡信號和來自其他燃氣輪機的燃氣輪機行程信號相加，并且輸出一個總偏置信號；以及用一個乘法器將合成氣壓力給定值乘以1.02，并且產生一個高壓給定值。
25．按照權利要求24的方法，其特征是進一步包括以下步驟由一個PID控制器接收合成氣頭壓力信號和高壓給定值，并且輸出一個PID控制器輸出信號；并且用總偏置信號偏置PID控制器輸出信號，并且產生合成氣頭火炬出口閥位置。
26．可供機器讀取的一種程序存儲裝置，明確地表達一種能夠由機器執行的指令程序，用來執行在氣化工廠中控制氧和碳(O/C)比例的方法步驟，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的合成氣，該方法步驟包括根據負荷限制來確定合成氣需求，用氣化器的理想輸出來代表這一合成氣需求；根據氧和碳(O/C)比例給定值和合成氣需求來確定氧和碳給定值，并且分別根據氧和碳給定值調節氣化工廠中的氧和碳閥門。
27．按照權利要求26的程序存儲裝置，其特征是進一步執行以下步驟利用宏觀單位轉換將碳流速轉換成需求控制器信號；用一個PID控制器接收需求控制器信號和需求控制器給定值并且產生一個PID控制器信號；用一個信號選擇器接收PID控制信號和一個自動需求值，并且產生選定的需求值；用一個低選擇器接收選定的需求值和一個合成氣需求過載值，并且產生一個負荷限制需求值；將負荷限制需求值轉換成一個偏置值，以及用這一偏置值偏置氧流速。
28．按照權利要求26的程序存儲裝置，其特征是用以下公式將碳流速轉換成合成氣需求信號m=F*12.011*(24/2000),其中的m代表合成氣需求，而F是以1b-mol/小時為單位的泥漿流量。
29．按照權利要求26的程序存儲裝置，其特征是合成氣需求過載值計算包括以下步驟用一個高選擇器確定一個限制控制器信號；計算一個限制控制器給定值的98％；以及根據98％限制控制器給定值和限制控制器信號確定合成氣需求過載值。
30．可供機器讀取的一種程序存儲裝置，明確地表達一種能夠由機器執行的指令程序，用來執行在氣化工廠中確定氧給定值的方法步驟，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的成合成氣，該方法步驟包括將一個氧給定值乘以碳流速，產生一個氧給定值高限；在一個低選擇器上根據合成氣需求和氧給定值高限確定一個受到碳流速限制的氧需求；將氧給定值高限乘以一個預定的系數，產生一個氧給定值低限，并且在高選擇器上根據氧給定值低限和受到碳流速限制的氧需求確定有限的氧給定值。
31．按照權利要求26的程序存儲裝置，其特征是預定的系數是.98。
32．可供機器讀取的一種程序存儲裝置，明確地表達一種能夠由機器執行的指令程序，用來執行在氣化工廠中確定碳給定值的方法步驟，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的成合成氣，該方法步驟包括在一個高選擇器上根據氧流速和合成氣需求來確定一個碳給定值低限；將氧流速乘以一個預定的系數，產生一個碳給定值高限；在一個低選擇器上根據碳給定值高限和碳給定值低限確定一個有限的碳給定值；以及將這一有限的碳給定值除以O/C比例給定值，從而產生碳控制給定值。
33．按照權利要求32的程序存儲裝置，其特征是預定的系數是1.02。
34．可供機器讀取的一種程序存儲裝置，明確地表達一種能夠由機器執行的指令程序，用來執行在氣化工廠中控制氧流量的方法步驟，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的成合成氣，該方法步驟包括在一個流量補償器上根據氧流速和氧溫度計算出一個補償的氧流量；在一個克分子轉換器上將補償的氧流量轉換成克分子氧流量；將克分子氧流量乘以一個氧純度值產生一個氧流量信號；由一個PID控制器接收氧流量信號和氧控制給定值，并且產生PID控制器輸出信號；用一個速度限制器限制PID控制器輸出信號的速度；并且用速度受限的PID控制器輸出信號來調節一個氧閥門。
35．按照權利要求34的程序存儲裝置，其特征是按照以下公式來計算補償的氧流量q~=q•P+P0PR•TRT+T0,]]>在公式中， q=氧流量，P=氧氣壓力，磅/平方英寸，P0=絕對壓力變換系數，PR=絕對氧氣設計壓力，磅/平方英寸，T=氧氣溫度，°F，T0=絕對溫度變換系數，°F，以及TR=絕對氧氣設計溫度，°R。
36．按照權利要求34的程序存儲裝置，其特征是用以下公式將補償的氧流量轉換成克分子氧流量F=q*(2/379.5)在公式中，q=以標準立方英寸/小時(scsh)為單位的體積氧流量，以及F=以1b-mol/小時為單位的元素氧流量。
37．可供機器讀取的一種程序存儲裝置，明確地表達一種能夠由機器執行的指令程序，用來執行在氣化工廠中控制碳流量的方法步驟，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的成合成氣，該方法步驟包括根據一個裝料泵速度計算一個碳流速；由一個信號選擇器根據推斷的碳流速和測量的碳流速選擇一個實際碳流速；在一個克分子轉換器上將碳流速轉換成克分子碳流速；根據克分子碳流速，一個速度受限的泥漿濃度和一個速度受限的碳含量產生一個碳流量信號；用一個PID控制器使用碳流量信號和碳控制給定值產生一個碳泵速度信號；并且用碳泵速度信號來調節碳泵的速度。
38．按照權利要求37的程序存儲裝置，其特征是用以下公式計算碳流速q=qr*(S/Sr)在公式中，q=進料泵流量，gpm，qr=進料泵設計流量，s=進料泵速度，rpm，以及sr=進料泵設計速度，rpm。
39．按照權利要求37的程序存儲裝置，其特征是用以下公式將碳流速轉換成克分子碳流速F=[{(q*8.021)}/{12.011*(0.017-0.000056*xslurry)]]*(.01xslurry)*(.01xcoke)，在公式中，F=以1b-mol/小時為單位的碳流量，q=泥漿流量，Xcoke=焦炭濃度，以及Xslurry=泥漿焦炭濃度。
40．按照權利要求38的方法，其特征是用以下公式將碳流速轉換成克分子碳流速F=(q*Sg*8.021/12.011)*.01*xc在公式中，q=以gal/min為單位的碳流量F=以1b-mol/小時為單位的元素碳流量Sg=碳的比重，以及Xc=液體中的碳含量。
41．可供機器讀取的一種程序存儲裝置，明確地表達一種能夠由機器執行的指令程序，用來執行在氣化工廠中控制緩和劑的方法步驟，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的成合成氣，該方法步驟包括在第一流量補償器上根據氧線路蒸汽流速，蒸汽溫度和蒸汽壓力產生一個補償的氧線路蒸汽流量信號；在第二流量補償器上根據碳線路蒸汽流速，蒸汽壓力和蒸汽溫度產生一個補償的碳線路蒸汽流量信號；在第一加法器上將補償的氧線路蒸汽流量信號和補償的碳線路蒸汽流量信號相加，產生一個總蒸汽流量信號；根據總流量信號和再循環污水流量確定一個總緩和劑流量；在第一除法器上用總緩和劑流量除以碳流量，確定一個緩和劑/碳比例；在一個比例控制器上根據緩和劑/碳比例信號和一個緩和劑/碳給定值來確定一個理想氧線路蒸汽流速；根據理想氧線路蒸汽流速和氧線路蒸汽流量信號確定一個氧線路蒸汽閥信號；用氧線路蒸汽閥信號調節氧線路蒸汽閥；根據補償的碳線路蒸汽流量信號和碳線路蒸汽流量給定值來確定一個碳線路蒸汽閥信號；并且用碳線路蒸汽閥信號調節碳線路蒸汽閥。
42．按照權利要求41的程序存儲裝置，其特征是按照以下公式來計算補償的氧氣線路蒸汽流量q~=q•P+P0PR•TRT+T0,]]>在公式中， q=蒸汽流量，P=蒸汽壓力，磅/平方英寸，P0=絕對壓力變換系數，PR=絕對蒸汽設計壓力，磅/平方英寸，T=蒸汽溫度，°F，T0=絕對溫度變換系數，以及TR=絕對蒸汽設計溫度，°R。
43．按照權利要求41的方法，其特征是按照以下公式來計算補償的碳線路蒸汽流量q~=q•P+P0PR•TRT+T0,]]>在公式中， q=蒸汽流量，P=蒸汽壓力，磅/平方英寸，P0=絕對壓力變換系數，PR=絕對蒸汽設計壓力，磅/平方英寸，T=蒸汽溫度，°F，T0=絕對溫度變換系數，以及TR=絕對蒸汽設計溫度，°R。
44．可供機器讀取的一種程序存儲裝置，明確地表達一種能夠由機器執行的指令程序，用來執行為氣化工廠提供氧氣的吹氣分離裝置(ASU)的控制方法步驟，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的成合成氣，該方法步驟包括在一個高選擇器上比較同時操作的多個氣化器的氧閥門位置，輸出一個值x；計算F(x)=0.002x+0.08，其中的F(x)＞0.99，而x是高選擇器的輸出；并且計算F(y)=0.002y+0.81，其中的F(y)＞1.0，而y是選定的一個氣化器的氧閥門位置。
45．按照權利要求44的程序存儲裝置，其特征是進一步執行以下步驟在一個除法器上將實際氧給定值除以F(y)；用第一加法器將除法器的輸出和來自其他氣化器的其他除法器輸出相加；在第一乘法器上將第一加法器的輸出乘以F(x)，并且產生一個排放控制器給定值，這一排放控制器給定值代表ASU排放值；以及在第二加法器上將來自所有氣化器的氧氣流速相加，并且產生一個總氧氣流速。
46．按照權利要求44的方法，其特征是進一步執行以下步驟用一個PID控制器接收排放控制器給定值和總氧氣給定值，并且輸出一個排放控制器輸出信號；限制排放控制器輸出信號的速度；并且用一個低選擇器接收速度受限的排放控制器輸出信號以及來自一或多個壓縮機吸入流量控制器，一或多個ASU吸氣口控制器和一或多個壓縮機保護控制器的輸出，并且輸出一個氧氣壓縮機入口閥門信號。
47．可供機器讀取的一種程序存儲裝置，明確地表達一種能夠由機器執行的指令程序，用來執行在氣化工廠中控制高壓合成氣頭的方法步驟，用合成氣頭輸送來自一個氣化器的合成氣，氣化工廠將氧和碳氫原料轉換成主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)構成的成合成氣，該方法步驟包括用一個流量補償器接收合成氣頭流速，合成氣頭溫度和一個合成氣頭壓力信號，并且計算出一個補償的合成氣頭流量；并且根據補償的合成氣頭流量，合成氣頭溫度，以及合成氣頭閥門的最大允許流量計算出合成氣頭火炬出口閥偏壓。
48．按照權利要求47的程序存儲裝置，其特征是按照以下公式來計算合成氣頭火炬出口閥偏壓ΔZ=qqR•PRP+P0•T+T0TR•100,]]>其中，ΔZ=高過載清潔合成氣壓力控制器輸出偏置，％，q=預期的補償合成氣流量，標準立方英尺/小時，qR=合成氣設計流量，標準立方英尺/小時，PR=絕對清潔合成氣設計壓力，磅/平方英寸，P=清潔合成氣壓力，磅/平方英寸，T=清潔合成氣溫度，°F，T0=絕對溫度變換系數，以及TR=絕對清潔合成氣設計溫度，°R。
49．按照權利要求47的方法，其特征是進一步執行以下步驟由一個偏置斜坡函數接收合成氣頭火炬出口閥偏壓和一個燃氣輪機行程信號，并且輸出一個偏置斜坡信號；在一個加法器上將偏置斜坡信號和來自其他燃氣輪機的燃氣輪機行程信號相加，并且輸出一個總偏置信號；以及用一個乘法器將合成氣壓力給定值乘以1.02，并且產生一個高壓給定值。
50．按照權利要求49的方法，其特征是進一步執行以下步驟由一個PID控制器接收合成氣頭壓力信號和高壓給定值，并且輸出一個PID控制器輸出信號；并且用總偏置信號偏置PID控制器輸出信號，并且產生合成氣頭火炬出口閥位置。
全文摘要
在氣化工廠中用一種綜合控制系統(ICS)控制氣化工廠的氣化器和其他關鍵部件的操作。ICS用一個綜合控制器而不是用多個獨立控制器來控制氣化器和其他關鍵部件的操作,從而改善氣化工廠的性能。這一ICS是用來控制氣化工廠操作的一個更大的分布控制系統中的一個子系統。由ICS來控制以下項目:(ⅰ)氣化器中氧和碳(O/C)的比例,(ⅱ)氣化器的合成氣理想輸出;(ⅲ)負荷限制;(ⅳ)流入氣化器的緩和劑;(ⅴ)空氣分離裝置(ASU);(ⅵ)氧氣頭排氣閥;以及(ⅶ)合成氣頭壓力。
文檔編號C01B3/36GK1323340SQ99812218
公開日2001年11月21日 申請日期1999年9月1日 優先權日1998年9月17日
發明者丹尼爾·W·特瑟, 喬治·M·古爾克, 保羅·S·瓦拉瑟 申請人:德士古發展公司