[發明專利]燃料乙醇生產狀態可視化在線監測方法

在審

• 申請號: 202110717333.6
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113444843A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 顏學峰;盧偉鵬;莊英萍;鄧立康;田曉俊;劉曉峰;劉小辰;張志凌;田錫煒;董裕峰;王冠;孫新通;范新龍;劉新穎;從志會
• 申請（專利權）人: 華東理工大學;國投生物能源（鐵嶺）有限公司;國投生物科技投資有限公司
• 主分類號: C12Q3/00
• 分類號: C12Q3/00;C12P7/06;G06F30/27
• 代理公司: 上海順華專利代理有限責任公司 31203
• 代理人: 顧蘭芳

本發明公開了燃料乙醇生產狀態可視化在線監測方法，根據燃料乙醇的發酵時間將乙醇的生產過程分為如下幾個階段：剛開始發酵時刻屬于初始階段，發酵到t1時間為第一階段，發酵到t2時間為第二階段，發酵到t3時間為第三階段；過輔助變量分階段逐級增強的方法對于每個階段，基于樣本數據，首先使用LDA對數據進行特征提取，然后將LDA提取的特征輸入到SOM中進行投影，輸出燃料乙醇生產狀態分類的可視化結果和狀態轉移軌跡。本發明方法用于指導燃料乙醇的生產操作。

技術領域

本發明屬于工業生物技術與過程控制交叉領域，主要是涉及基于輔助變量分階段逐級增強的燃料乙醇生產狀態可視化在線監測方法。

背景技術

面對傳統化石能源日益枯竭、環境污染日益嚴重以及全球氣候變暖的威脅，我國已經將關注目光轉向了能源多元化發展和加快可再生能源開發上。燃料乙醇作為可再生能源的代表之一，已成為我國新興能源研發的重點，當前，伴隨著低碳之風席卷祖國大地，燃料乙醇的生產和利用在我國得到了迅速的發展。燃料乙醇是以薯類(甘薯、木薯、馬鈴薯等)、糖類(廢糖蜜、甜菜、甘蔗等)或纖維類(農作物秸稈、廢木材、廢紙漿等)等為原料，經發酵、蒸餾制得的99.5％的乙醇，將脫水后的乙醇加入變性劑，形成變性燃料乙醇。生產乙醇汽油是消化“問題糧食”的重要途徑，既有利于保護土壤污染地區農民的利益，又有利于減少糧食儲存企業的負擔，減少國家因儲量損失的財政補貼，還有利于減少對進口石油的依賴，更有利于我國的食品安全。在汽油中加入燃料乙醇，提高了汽油中的氧含量，使得汽油燃燒更加充分，減少了碳氫化合物、一氧化碳、二氧化碳、PM2.5的排放；同時降低了汽油中芳烴的含量，可減少次級PM2.5排放。在未來對能源的開發中，燃料乙醇將逐漸凸顯，對燃料乙醇的應用將遠不止是目前的冰山一角。燃料乙醇將有更大的舞臺，在全球節能減排和低碳發展的道路中，將發揮越來越重要的作用。燃料乙醇必將為我國創造出巨大的經濟效益和社會效益。然而現在工業中燃料乙醇的生產過程還不夠智能化，生產效率低下。

近年來基于大數據驅動的智能算法在工業中取得了大量成功的應用。生物燃料乙醇的生產過程復雜，難以建立機理模型來指導和優化工業生產。隨著計算機技術的發展，乙醇生產過程中的大量過程數據和離線分析數據被保存了下來。這些數據包含了豐富的過程信息。因此可以基于數據驅動的方法建立燃料乙醇生產狀態的監測模型來指導生產操作。根據燃料乙醇的發酵時間可將乙醇的生產過程分為如下幾個階段：剛開始發酵時刻為初始階段，發酵到第8小時為第一階段，發酵到第24小時為第二階段，發酵到第40小時為第三階段。隨著發酵時間的增加，可獲取的自變量也會增多，即可獲取更多的有用信息。本發明通過運用輔助變量分階段逐級增強的方法對乙醇生產不同階段的運行數據進行可視化，實現了對乙醇生產的優，中，差三個狀態的可視化分類，并在此基礎上通過數據進一步跟蹤燃料乙醇生產狀態的變化，為確定燃料乙醇的生產狀態提供了可靠依據，對后續針對不同生產狀態采取有針對性的處理措施提供了指導。

發明內容