Беспроводной мониторинг и составление профилей параметров реактора с помощью массивов оснащенных датчиком меток rfid, размещенных на известных уровнях высоты реактора
Изобретение относится к области беспроводного мониторинга параметров реактора. Технический результат заключается в составлении профиля параметров внутри реакционной зоны и возможности использования методов триангуляции для определения местоположения каждой из оснащенных датчиком меток RFID в трехмерном пространстве. Технический результат достигается за счет того, что система мониторинга по каналу беспроводной связи параметров технологического процесса внутри корпуса реактора содержит массив оснащенных датчиком меток радиочастотной идентификации (RFID), размещенных на известных уровнях высоты внутри слоя катализатора в корпусе, а также первую и вторую антенны устройства считывания (трансивера) RFID для передачи по каналу беспроводной связи сигналов опроса и приема сигналов радиочастотных меток RFID, передаваемых при поступлении сигналов опроса. Массив оснащенных датчиком меток RFID применяется для определения различных параметров реактора внутри реакционной зоны. Оснащенные датчиком метки RFID имеют маркировку с помощью уникального неизменяемого идентификационного номера и соединены по каналу беспроводной связи с различными трансиверами. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил.
По данной заявке испрашивается приоритет согласно рассматриваемой предварительной заявки на патент США № 62/616,185, поданной 11 января 2018 года, содержание которой включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к системе и способу беспроводного мониторинга и составления трехмерных профилей параметров внутри технологического корпуса, такого как реактор.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для нефтеперерабатывающих и химических заводов общепринятыми являются корпуса реакторов, содержащие катализатор. При эксплуатации таких реакторов требуется определять или контролировать параметры технологического процесса внутри корпуса реактора, поскольку такая информация может способствовать управлению условиями протекания химической реакции внутри корпуса реактора. Существующие методы определения параметров внутри корпуса реактора требуют наличия физического соединения, в том числе электрического или пневматического соединения, с датчиком, передающим определяемые датчиком данные для их внешнего отображения. Одним из примеров таких измерительных устройств является применение термопар для определения температуры. Для применения термопары при определении температуры в местоположении внутри корпуса реактора требуется защитный карман термопары. Защитный карман термопары проходит сквозь стенку корпуса и достигает местоположения, в котором выполняют определение температуры внутри корпуса.
Необходимым условием является возможность определения и наблюдения за параметрами технологического процесса в местоположениях внутри корпуса реактора и передачи данных по каналу беспроводной связи для выполнения их сбора и обработки в удаленном местоположении. Кроме того, необходимой является возможность создания трехмерного профиля параметров по всему объему реакционной зоны, образованной в корпусе. Для этого предлагается применение оснащенных датчиком меток радиочастотной идентификации (RFID, radio frequency identification) для определения нескольких параметров в объеме реактора, в том числе давления, температуры, химического состава текучей среды, химического состава пара и жидкости, величины pH и скорости потока, и передачи получаемых данных по каналу беспроводной связи для их дистанционного сбора и обработки.
Пример оснащенной датчиком метки RFID для определения параметров рабочей среды описан в документе US 7,397,370. В данном патенте представлена система, предусматривающая мониторинг рабочей среды с помощью совокупности узлов радиочастотной идентификации («RFID»). Система может содержать радиочастотную метку RFID, имеющую закрепленный за ней уникальный идентификационный («ID») номер, скомпонованную с датчиком для получения данных относительно рабочей среды и антенну для передачи получаемых данных по каналу беспроводной связи в систему обработки данных. Передаваемая информация, принимаемая системой обработки данных, содержит определяемые данные рабочей среды совместно с закрепленным идентификационным номером и обрабатывается с возможностью выполнения мониторинга рабочей среды и изменений в контролируемой рабочей среде.
Применение оснащенных датчиком меток RFID для определения и отслеживания переменных параметров рабочей среды описывается в еще одном документе US 8,106,778. В данном патенте раскрываются способ и система, предоставляющие возможность отслеживания переменных параметров с помощью радиочастотной идентификации (RFID). Сенсорная метка RFID используется для определения переменного параметра, в том числе местоположения, температуры, давления и влажности. При поступлении сигнала опроса, передаваемого устройством считывания RFID, сенсорная метка RFID передает сигнал, который содержит закрепленные за радиочастотной меткой идентификационные данные и переменные данные, отображающие определяемый параметр. Ответный сигнал содержит как переменные данные, так и не переменные данные, с тем чтобы определяемые параметры могли быть закреплены за идентификационными данными радиочастотной метки. Устройство считывания RFID также может принимать совокупность ответных сигналов, каждый из которых передается от одной из совокупности меток RFID. В этом случае по меньшей мере один из совокупности ответных сигналов может содержать переменные данные, отображающие определяемый параметр на соответствующей одной из совокупности метке RFID, и идентификационные данные радиочастотной метки соответствующей одной из совокупности меток RFID.
В опубликованном патенте US 2007/0215709 описывается датчик на основе RFID, который содержит электронную схему RFID, объединенную с датчиком. Сенсорный элемент выполнен с возможностью изменения проводящего состояния при воздействии на него физических параметров внешнего прилегающего пространства, в котором находится датчик. К таким физическим параметрам может относиться наличие или отсутствие газа, светового излучения, звука, температуры, давления, влажности и/или других параметров рабочей среды. При поступлении радиочастотного сигнала опроса, передаваемого устройством считывания/опроса RFID, датчик на основе RFID передает для приема устройством считывания/опроса RFID идентификационный (ID) номер и другие данные, относящиеся к текущему или предшествующему воздействию на датчик на основе RFID одного или нескольких физических параметров. Электропитание датчика на основе RFID также может осуществляться за счет радиочастотной энергии, передаваемой устройством считывания/опроса RFID.
В патенте США 9,317,795 описывается сенсорная система RFID, содержащая массив сенсорных элементов, расположенных на поверхности. Каждый сенсорный элемент содержит микросхему RFID, антенну, функционально сопряженную с микросхемой, и реагирующий на давление материал, расположенный на антенне. Система устройства считывания RFID выполняет подачу сигнала опроса на каждый сенсорный элемент, который при давлении на реагирующий на давление материал сенсорного элемента подкладки передает сигнал обратно в устройство считывания RFID через сопряженную антенну.
В данных публикациях отсутствует описание или предложение по применению оснащенных датчиком меток RFID для определения параметров технологического процесса или рабочей среды внутри корпуса реактора или передачи по каналу беспроводной связи данных, имеющих отношение к определяемым параметрам внутри корпуса реактора, для их дальнейшего приема, обработки и использования. Кроме того, в публикациях отсутствует описание или любая информация, в которой предусматривается беспроводной мониторинг параметров внутри корпуса реактора или составление профилей физических параметров внутри реакционной зоны, образованной в корпусе реактора.
В то же время в данном изобретении предлагается система и способ, в которых предусматривается локальное восприятие или определение параметров рабочей среды или технологического процесса на определенных уровнях высоты или уровнях внутри реактора с помощью оснащенных датчиком меток RFID. Идентификационные данные конкретной радиочастотной метки и данные, отображающие определяемый параметр внутри реактора, переносятся в радиочастотных волнах, которые по каналу беспроводной связи передаются оснащенными датчиком метками RFID к одному или нескольким трансиверам. Это позволяет составлять профили параметров внутри реакционной зоны.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В связи с этим предлагается система для мониторинга по каналу беспроводной связи и составления профилей параметров технологического процесса внутри корпуса реактора. Корпус реактора системы определяет реакционную зону, которая содержит слой катализатора, имеющий высоту из частиц катализатора, внутри которой находится массив оснащенных датчиком меток RFID, размещенных на известных уровнях высоты внутри слоя катализатора. В системе имеются трансиверы, которые содержат первую антенну трансивера RFID и вторую антенну трансивера RFID. Первая антенна трансивера RFID по каналу беспроводной связи соединена с каждой из массива оснащенной датчиком меткой RFID и выполнена с возможностью передачи первого сигнала опроса и приема первого сигнала радиочастотной метки RFID, передаваемого при поступлении первого сигнала опроса. Вторая антенна трансивера RFID по каналу беспроводной связи соединена с каждой из массива оснащенной датчиком меткой RFID и выполнена с возможностью передачи второго сигнала опроса и приема второго сигнала радиочастотной метки RFID, передаваемого при поступлении второго сигнала опроса. Каждая из массива оснащенная датчиком метка RFID имеет маркировку с помощью уникального неизменяемого идентификационного номера и выполнена с возможностью определения параметра реактора внутри реакционной зоны, приема сигналов опроса от трансиверов и, при поступлении сигналов опроса, передачи сигналов радиочастотной метки RFID. Сигналы радиочастотных меток RFID содержат данные, отображающие уникальные неизменяемые идентификационные номера и один или несколько параметров реактора, закрепленных за оснащенными датчиком метками RFID. Система предусматривает определение параметров реактора на известных уровнях высоты внутри слоя катализатора и составление профилей параметров технологического процесса внутри реакционной зоны.
Также предлагается способ мониторинга по каналу беспроводной связи и составления профилей параметров технологического процесса внутри корпуса реактора. Данный корпус реактора определяет реакционную зону, которая содержит слой катализатора, имеющий толщину из частиц катализатора, внутри которой находится массив оснащенных датчиком меток RFID, размещенных на известных уровнях высоты внутри слоя катализатора. Способ включает передачу сигналов опроса по меньшей мере двумя антеннами трансиверов RFID. Сигналы опроса принимаются каждой из массива оснащенной датчиком меткой RFID. При поступлении сигналов опроса каждая оснащенная датчиком метка RFID выполняет передачу своего соответствующего сигнала радиочастотой метки RFID, который содержит данные, отображающие уникальный неизменяемый идентификационный номер и параметр прилегающего пространства, закрепленный за оснащенной датчиком меткой RFID. Антенны трансиверов RFID выполняют прием соответствующих сигналов радиочастотной метки RFID, которые проходят обработку для составления профиля параметров технологического процесса внутри реакционной зоны.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение варианта реализации по данному изобретению системы мониторинга по каналу беспроводной связи и составления трехмерных профилей параметров технологического процесса внутри реакционной зоны корпуса реактора.
Фиг. 2 представляет собой горизонтальную проекцию поперечного сечения A-A корпуса реактора, изображенного на фиг. 1.
Фиг. 3 представляет собой схему, на которой показаны некоторые компоненты системы беспроводного мониторинга реактора и составления профилей параметров технологического процесса внутри реакционной зоны реактора. На фиг. 3 показан один массив оснащенных датчиком меток RFID, размещенных на известных уровнях высоты внутри слоя катализатора, и по меньшей мере два устройства считывания/опроса RFID, которые по каналу беспроводной связи соединены с оснащенными датчиком метками RFID из массива. Устройства считывания/опроса RFID соединены с компьютерной системой для обработки данных, содержащихся в принимаемых радиочастотных сигналах, передаваемых оснащенными датчиком метками RFID.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К вариантам реализации изобретения относится как система, так и способ мониторинга по каналу беспроводной связи и составления профилей параметров технологического процесса в местоположениях внутри реакторной зоны, образованной в корпусе реактора.
Одновременно с данной заявкой на патент поданы три связанные предварительные заявки на патент, озаглавленные «SP2118 - Беспроводной мониторинг и составление профилей параметров реактора с помощью совокупности оснащенных датчиком меток RFID, имеющих известные местоположения», «SP2066 - Система беспроводного мониторинга реактора с помощью оснащенной пассивным датчиком метки RFID», и «SP2102 - Беспроводной мониторинг и составление профилей параметров реактора с помощью совокупности оснащенных датчиком меток RFID и различных трансиверов», имеющие серийные номера 62/616,148; 62/616,166; и 62/616,155 соответственно.
К определяемым внутри корпуса реактора параметрам могут относиться параметры технологического процесса или рабочей среды, в том числе значения давления или температуры в различных местоположениях внутри корпуса реактора. К определяемым параметрам также могут относиться другие величины, такие как процентное содержание пара и жидкости, скорости потока, pH и химический состав текучих сред, содержащихся внутри или проходящих через корпус реактора.
В изобретении предусматривается дистанционное определение параметров внутри реактора с помощью массивов оснащенных датчиком меток RFID, размещенных на известных уровнях высоты внутри слоя катализатора реактора. Оснащенные датчиком метки RFID выполняют передачу по каналу беспроводной связи получаемых данных, относящихся к определяемым параметрам внутри реактора, посредством передачи радиоволн при поступлении сигналов, передаваемых несколькими трансиверами системы.
Система обработки данных применяется для обработки сигналов, передаваемых оснащенными датчиком метками RFID. Система обработки данных содержит средство, например компьютер с соответствующим программным кодом, для обработки данных, содержащейся в сигналах, передаваемых оснащенными датчиком метками RFID из их массивов, для составления профилей параметров внутри корпуса реактора. Система выполняет это с помощью трансиверов и совокупности оснащенных датчиком меток RFID, причем каждая из совокупности оснащенная датчиком метка RFID образует собой средство для определения или восприятия одного или нескольких параметров рабочей среды в местоположениях и на уровнях высоты внутри реакционной зоны и слоя катализатора в корпусе реактора.
В данном описании каждая оснащенная датчиком метка RFID из массива представляет собой устройство, которое содержит датчик, совместно скомпонованный или функционально связанный с пассивной меткой RFID. Датчик образует собой средство для определения параметра рабочей среды или технологического процесса внутри корпуса реактора и средство для подачи на соединенную с ним метку RFID входного сигнала, который содержит данные, отображающие значение отдельного определяемого параметра или величины. Известные в данной области техники пассивные метки RFID содержат интегральную схему, сопряженную с антенной радиочастотной метки для приема сигнала опроса от антенны устройства считывания RFID (трансивера) и для передачи сигнала радиочастотной метки при поступлении сигнала опроса.
Поскольку оснащенные датчиком метки RFID являются пассивными, каждая из них выполняет передачу сигнала радиочастотной метки RFID при поступлении на нее сигналов опроса, передаваемого антеннами устройств считывания RFID системы. Как отмечено выше, каждый датчик интегрирован с меткой RFID и выполнен с возможностью восприятия одного или нескольких параметров внутри реакционной зоны.
Сенсорный элемент оснащенных датчиком меток RFID выбирают из группы любых пригодных датчиков, известных специалистам в данной области техники. К примерам воспринимаемых или определяемых датчиками величин или параметров рабочей среды относится давление, температура, химический состав, состав пара и жидкости, плотность, скорость потока, pH, механические колебания, проникающее излучение, магнитный поток, интенсивность светового потока и звуковая сила. К предпочтительным сенсорным элементам относятся элементы, выбранные из группы, состоящей из датчиков температуры, датчиков давления, химических датчиков, датчиков влажности, датчиков pH, датчиков расхода, датчиков жидкости/пара и любого сочетания вышеуказанного.
Каждый интегрированный датчик и метка RFID, то есть оснащенная датчиком метка RFID, образуют собой средство для восприятия параметра реактора, приема сигнала опроса и, при поступлении сигнала опроса, передачи сигнала радиочастотной метки RFID, содержащего данные, которые отображают определяемый параметр реактора. В опубликованных патентах US 2013/0057390, US 9,563,833, US 9,412,061, US 9,035,766 и WO 03/098175 представлены примеры оснащенных датчиком меток RFID. Данные опубликованные патенты включены в настоящий документ посредством ссылки.
Необходимым признаком изобретения является наличие для каждой из массива оснащенных датчиком меток RFID маркировки с помощью уникального неизменяемого идентификационного номера. Это является важным условием, поскольку при поступлении сигналов трансивера от каждого из трансиверов RFID каждая оснащенная датчиком метка RFID выполняет передачу сигналов радиочастотной метки RFID, содержащих уникальные идентификационные данные метки вместе с переменными данными, воспринимаемыми или определяемыми с помощью закрепленного за ней датчика. Передача данных, отображающих уникальный неизменяемый идентификационный номер радиочастотной метки совместно с переменными данными, отображающими воспринимаемый или определяемый датчиком RFID параметр рабочей среды реактора, предусматривает закрепление передаваемых переменных данных за конкретным датчиком.
Один или несколько массивов оснащенных датчиком меток RFID размещены на известных уровнях высоты внутри слоя катализатора в реакционной зоне. Массив оснащенных датчиком меток RFID содержит различные оснащенные датчиком метки RFID, размещенных в планарной пространственной конфигурации. Совокупность различных оснащенных датчиком меток RFID может быть размещена отдельно на известном уровне высоты в слое катализатора или они могут составлять часть системы массивов, размещаемой на известных уровнях высоты внутри слоя катализатора. Примером такой системы массивов являются различные оснащенные датчиком метки RFID, в том числе две или несколько, которые прикреплены или встроены в материал или полотно, выполненные с возможностью размещения в плоскости на известном уровне высоты внутри слоя катализатора.
В предпочтительном варианте реализации изобретения многочисленные оснащенные датчиком метки RFID размещены в известных местоположениях на плоскостях внутри слоя катализатора. Оснащенные датчиком метки RFID размещены индивидуально или в качестве части системы массивов оснащенных датчиком меток RFID. Два или несколько трансиверов установлены в местоположениях, внутренних или внешних по отношению к реакционной зоне таким образом, чтобы осуществлялось их соединение по каналу беспроводной связи с оснащенными датчиком метками RFID массивов. Трансиверы установлены в известных местоположениях и на известном расстоянии между ними, так что становится возможным использование их сигналов опроса в сочетании с сигналами радиочастотной метки от оснащенных датчиком меток RFID для получения данных о расстояниях и угловых направлениях оснащенных датчиком меток RFID по отношению к трансиверам. Данные о расстояниях и угловых направлениях должны поддерживать применение пригодного метода триангуляции для определения точечных местоположений для каждой оснащенной датчиком метки RFID в трехмерном пространстве реакционной зоны.
Уникальный неизменяемый идентификационный номер, закрепленный за каждой оснащенной датчиком меткой RFID, позволяет идентифицировать каждую оснащенную датчиком метку RFID с помощью ее точечного местоположения в трехмерном пространстве, которое определяется с применением вышеупомянутого метода триангуляции. Кроме того, применение уникального неизменяемого идентификационного номера дает возможность связывать или закреплять каждую из массива оснащенную датчиком метку RFID за воспринимаемыми с ее помощью параметрами реактора. В результате этого каждая оснащенная датчиком метка RFID имеет возможность выполнять прием сигнала опроса от каждого из двух или нескольких трансиверов и, при поступлении сигналов опроса, передачу сигналов радиочастотной метки RFID, которые содержат данные, одновременно отображающие уникальный неизменяемый идентификационный номер и определяемый параметр реактора, закрепленный за оснащенной датчиком меткой RFID. Это позволяет закреплять определяемые параметры рабочей среды за точечным местоположением на каждом из известных уровней высоты внутри слоя катализатора в реакторе.
Корпус реактора по настоящему изобретению может представлять собой любой пригодный корпус, изготовленный из любого пригодного материала, известного специалистам в данной области техники. Во многих вариантах применения в корпусе реактора, как правило, образовано пространство, в котором содержится катализатор и в которое вводятся реагенты или исходное сырье. В одном варианте реализации изобретения в корпусе реактора образована реакционная зона, в которой находится слой катализатора, содержащий частицы катализатора. Реакционная зона может также содержать ряд слоев катализатора, в том числе известных как слои многоярусного катализатора. Заполнение реакционной зоны может быть выполнено с любым пригодным расположением катализатора или слоев катализатора, включая полное заполнение частицами катализатора или частицами носителя, или их обоих.
К тому же корпус реактора может быть оборудован впускным отверстием, которое предусматривает передачу текучей среды в реакционную зону и которое является средством для подачи в реакционную зону сырьевого потока, в том числе углеводородов. Корпус реактора может быть также оборудован выпускным отверстием, которое предусматривает передачу текучей среды из реакционной зоны и является средством для вывода из реакционной зоны потока эффлюента, в том числе продуктов реакции.
Любой тип сырьевого потока или потока текучей среды, включая воду, углеводороды и другие химические вещества, может быть введен в реакционную зону корпуса реактора или содержаться в ней. К примерам углеводородов относится лигроин, керосин, дизельное топливо, газойль и тяжелое дизельное топливо, в том числе мазут. Реакционная зона, как правило, содержит один или несколько слоев частиц катализатора наряду с любой из вышеупомянутых текучих сред, которые предпочтительно содержат любой из перечисленных углеводородов.
Частицы катализатора в реакционной зоне могут иметь любой размер и форму, обычно используемые в промышленности, включая экструдаты любой формы (например, цилиндрической, двудольной, трехдольной и четырехдольной), сферы, шары, сложнопрофильные агрегаты, гранулы и порошки. Размер частиц катализатора может находиться в пределах от 0,1 мм до 200 мм, но преимущественно размер частиц катализатора находится в пределах от 0,5 мм до 100 мм или от 1 мм до 20 мм, и они могут иметь любую композицию.
Характерные композиции катализатора содержат неорганический оксидный компонент, например диоксид кремния, оксид алюминия, алюмосиликат и диоксид титана. Кроме того, композиция катализатора может содержать компонент на основе каталитического металла, в том числе любого из переходных металлов, включая хром, молибден, вольфрам, рений, железо, кобальт, никель, палладий, платину, золото, серебро и медь. Концентрация металлических компонентов в частицах катализатора может составлять до 60% масс. в расчете на количество металла независимо от его фактического состояния, и концентрация металла, как правило, находится в пределах от 0,1% масс. до 30% масс. в расчете на количество металла независимо от его фактического состояния.
Каждый массив оснащенных датчиком меток RFID размещен в местоположениях на известных уровнях высоты внутри слоя катализатора реакционной зоны таким образом, что каждый из массивов оснащенных датчиком меток RFID находится в окружении частиц катализатора. Для типичного реактора слой катализатора характеризуется геометрическими величинами толщины и ширины. Для реакторов, которые можно охарактеризовать толщиной и шириной, типичная толщина слоя катализатора находится в пределах от 0,5 метра до 20 метров и типичная эффективная ширина слоя катализатора находится в пределах от 0,5 метра до 20 метров. В результате этого каждая из оснащенных датчиком меток RFID может быть окружена слоем или оболочкой из частиц катализатора, имеющими толщину до 20 метров, что требует прохождения сигнала опроса и сигнала радиочастотной метки через толщину слоя частиц катализатора от около 0,5 метра до около 20 метров.
В предпочтительном варианте реализации изобретения содержится по меньшей мере две антенны трансиверов RFID, каждая из которых по каналу беспроводной связи соединена с каждой из массива оснащенной датчиком меткой RFID. Трансиверы установлены в известных местоположениях и на известном расстоянии между ними. Данные о размещении трансиверов и местоположениях по уровню высоты массивов оснащенных датчиком меток RFID используются при применении методов триангуляции, упомянутых выше. Значения расстояния и углового направления, относящиеся к расположению каждой из массива оснащенной датчиком метки RFID, которые получают посредством их опроса с помощью трансиверов, также применяют в методике триангуляции для определения конкретных местоположений каждой из массива оснащенной датчиком метки RFID.
В предпочтительном варианте реализации изобретения первая антенна трансивера RFID установлена в известном местоположении, удаленном от оснащенных датчиком меток RFID внутри слоя катализатора реакционной зоны; при условии, что первая антенна трансивера RFID связана или сопряжена по каналу беспроводной связи с каждой из массива оснащенных датчиком меток RFID. Первая антенна трансивера RFID выполнена с возможностью передачи первого сигнала опроса на каждую из массивов оснащенных датчиком меток RFID и приема ответных первых сигналов радиочастотной метки RFID от каждой из массивов оснащенных датчиком меток RFID.
В предпочтительном варианте реализации системы по настоящему изобретению дополнительно содержится вторая антенна трансивера, установленная в известном местоположении, удаленном от оснащенных датчиком меток RFID внутри слоя катализатора реакционной зоны; при условии, что вторая антенна трансивера RFID связана или сопряжена по каналу беспроводной связи с каждой из массивов оснащенных датчиком меток RFID. Вторая антенна трансивера RFID выполнена с возможностью передачи второго сигнала опроса на каждую из массивов оснащенных датчиком меток RFID и приема ответных вторых сигналов радиочастотной метки RFID от каждой из массивов оснащенных датчиком меток RFID.
Первая антенна трансивера RFID, вторая антенна трансивера RFID и третья антенна трансивера RFID установлены в известных местоположениях и на известном расстоянии относительно друг друга и относительно оснащенных датчиком меток RFID из их совокупности таким образом, что для определения точечного местоположения каждой из оснащенных датчиком меток RFID в трехмерном пространстве реакционной зоны в реакторе могут применяться триангуляционные методы.
Предпочтительной является установка антенн трансиверов RFID внутри реакционной зоны, поскольку при этом исчезает необходимость прохождения сигналов опроса и сигналов радиочастотной метки через стенку корпуса реактора. В то же время в другом варианте реализации системы по данному изобретению антенны трансиверов RFID установлены или размещены во внешних местоположении по отношению к корпусу реактора.
Антенны трансиверов RFID функционально соединены с одним или несколькими устройствами считывания, которые подают сигналы опроса на антенны трансиверов устройств считывания RFID и предусматривают прием сигналов радиочастотной метки RFID, передаваемых каждой из совокупности оснащенных датчиком меток RFID. Компьютерное средство предусматривает обработку данных, переносимых каждым из сигналов совокупности оснащенных датчиком меток RFID, и отображение или вывод выходных данных, относящихся к трехмерным профилям параметров по всей реакционной зоне.
Рассмотрим фиг. 1, которая представляет собой схематическое изображение варианта реализации по данному изобретению системы 10 мониторинга по каналу беспроводной связи и составления профилей параметров технологического процесса внутри корпуса 12 реактора. Корпус 12 реактора определяет реакционную зону 14. Реакционная зона 14 содержит слой 16 катализатора, который заполнен и содержит частицы 18 катализатора. Корпус 12 реактора оборудован впускным штуцером 22, который функционально соединен с трубопроводом 24. Впускной штуцер 22 образует собой средство для передачи текучей среды через трубопровод 24 и средство для ввода исходного продукта в реакционную зону 14. Корпус 12 реактора также оборудован выпускным штуцером 26, который функционально соединен с трубопроводом 28, образуя собой средство для передачи текучей среды через трубопровод 28 и средство для вывода эффлюента из реакционной зоны 14.
На фиг. 1 показан один вариант реализации системы 10 по данному изобретению, которая содержит первую антенну 32 трансивера RFID и вторую антенну 34 трансивера RFID, установленные в реакционной зоне 14. Антенны трансиверов RFID установлены в трехмерном пространстве реакционной зоны 14 в известных местоположениях и на известном расстоянии между ними.
В то время как на фиг. 1 показано, что каждая из антенн трансиверов RFID установлена в реакционной зоне 14, в альтернативном варианте реализации изобретения одна или несколько антенн трансиверов RFID могут быть расположены во внешних местоположениях по отношению к корпусу 12 реактора. В то же время важным условием является такое размещение антенн трансиверов RFID, при котором они соединены или сопряжены по каналу беспроводной связи с каждой оснащенной датчиком меткой 40 RFID из массива 42 оснащенных датчиком меток 40 RFID. Массив 42 размещен на известном уровне высоты или уровне 44 внутри слоя 16 катализатора. Слой 16 катализатора может характеризоваться своей толщиной 46 и шириной или диаметром 48. Толщина 46 слоя 16 катализатора может быть определена как расстояние между основанием 50 и поверхностью 52 слоя 16 катализатора.
Следует отметить, что в иллюстрационных целях на фиг. 1 показан один массив 42 оснащенных датчиком меток 40 RFID. В то же время изобретение предусматривает варианты реализации, в которых содержится несколько массивов 42 оснащенных датчиком меток 40 RFID, которые размещены на различных известных уровнях 44 высоты в слое 16 катализатора.
Несмотря на то, что первая антенна 32 устройства считывания RFID показана в местоположении над поверхностью 52 слоя 16 катализатора, предполагается, что первая антенна 32 устройства считывания RFID может быть установлена в любом местоположении внутри реакционной зоны 14, в том числе в пределах границ расположения и в окружении частиц катализатора в слое 16 катализатора. Это также относится и ко второй антенне 34 устройства считывания RFID, которая показана в местоположении ниже слоя 16 катализатора. Эти антенны трансиверов RFID могут также быть установлены в любом местоположении внутри реакционной зоны 14, в том числе в пределах границ расположения и в окружении частиц катализатора в слое 16 катализатора. Как было отмечено выше, в каждом случае размещения трансивера требуется его соединение по каналу беспроводной связи с каждой оснащенной датчиком меткой 40 RFID массива 42.
На фиг. 2 изображена горизонтальная проекция поперечного сечения 2-2. Положения каждой из оснащенных датчиком меток 40 RFID показаны на фиг. 1 и фиг. 2, на которых показано, каким образом массив 42 может быть расположен или размещен на известных уровнях 44 высоты по всей толщине 46 слоя 16 катализатора.
При работе системы 10 по настоящему изобретению первая антенна 32 устройства считывания RFID выполняет передачу первого сигнала 54 опроса на каждую оснащенную датчиком метку 40 RFID массива 42. Это показано на фиг. 1 с помощью стрелочного условного изображения 54 радиочастотной волны, проходящей от первой антенны 32 устройства считывания RFID к одной из оснащенных датчиком меток 40 RFID массива 42. В то же время принято считать, что первый сигнал 42 опроса представляет собой радиоволну, которая одновременно передается на все оснащенные датчиком метки 40 RFID массива 42 внутри слоя 16 катализатора.
Каждая оснащенная датчиком метка 40 RFID массива 42 выполняет прием первого сигнала 54 опроса. При поступлении первого сигнала 54 опроса каждая оснащенная датчиком метка 40 RFID соответственно передает свой первый соответствующий сигнал 56 радиочастотной метки RFID, который содержит данные, отображающие уникальный неизменяемый идентификационный номер маркировки конкретной оснащенной датчиком метки 40 RFID и данные, отображающие переменный параметр реактора, воспринимаемый или определяемый с помощью оснащенной датчиком метки 40 RFID и закрепленный за ней. Первый соответствующий сигнал 54 радиочастотной метки RFID принимается антенной 32 трансивера RFID и обрабатывается системой 58 обработки сигналов.
На фиг. 1 первый соответствующий сигнал 56 радиочастотной метки RFID показан с помощью стрелочного условного изображения радиочастотной волны, выходящей из одной оснащенной датчиком метки 40 RFID массива 42. Следует понимать, что каждая из оснащенных датчиком меток 40 RFID выполняет передачу своего собственного индивидуального первого соответствующего сигнала 56 радиочастотной метки, который переносит уникальный неизменяемый идентификационный номер и переменные данные датчика, отображающие переменный параметр реактора, воспринимаемый или определяемый с помощью оснащенной датчиком метки 40 RFID и закрепленный за ней.
Как и первая антенна 32 трансивера RFID, аналогичным образом вторая антенна 34 трансивера RFID настроена по отношению к массиву 42 оснащенных датчиком меток 40 RFID. В результате этого вторая антенна 34 трансивера RFID выполняет передачу второго сигнала 60 опроса на каждую оснащенную датчиком метку 40 RFID массива 42. Это показано с помощью стрелочного условного изображения радиочастотной волны, проходящей от второй антенны 34 устройства считывания RFID к одной из оснащенных датчиком меток 40 RFID массива 42 оснащенных датчиком меток 40 RFID. В то же время следует отметить, что второй сигнал 60 опроса представляет собой радиоволну, которая одновременно передается на все из совокупности оснащенных датчиком меток 40 RFID, распределенных по всему слою 16 катализатора.
Каждая из совокупности оснащенная датчиком метка 40 RFID принимает второй сигнал 60 опроса. При поступлении второго сигнала 60 опроса каждая оснащенная датчиком метка 40 RFID соответственно передает свой второй соответствующий сигнал 62 радиочастотной метки RFID, который содержит данные, отображающие уникальный неизменяемый идентификационный номер маркировки конкретной оснащенной датчиком метки 40 RFID и данные, отображающие переменный параметр реактора, воспринимаемый или определяемый с помощью оснащенной датчиком метки 40 RFID и закрепленный за ней. Второй соответствующий сигнал 62 радиочастотной метки RFID принимается второй антенной 34 трансивера RFID и обрабатывается системой 58 обработки сигналов.
Первая антенна 32 трансивера RFID и вторая антенна 34 трансивера RFID функционально соединены с системой 58 обработки сигналов с помощью кабелей 66 и 68 соответственно. Система 58 обработки сигналов образует собой средство для выдачи сигналов опроса на антенны трансиверов RFID и средство для обработки сигналов радиочастотной метки RFID, принимаемых антеннами трансиверов RFID.
Система 58 обработки сигналов содержит одно или несколько устройств 70 считывания, скомпонованных совместно с одним или несколькими компьютерами 72 с помощью кабеля 74, который образует собой средство для передачи данных между устройствами 70 считывания и компьютерами 72. Компьютеры 72 образует собой средство для обработки первых сигналов 56 радиочастотной метки, вторых сигналов 62 радиочастотной метки и третьих сигналов 54 радиочастотной метки, принимаемых соответственно первой антенной 32 трансивера RFID и второй антенной 34 трансивера RFID. Компьютеры 72 предоставляют выходные данные 76, имеющие отношение к определяемым параметрам рабочей среды по всей реакционной зоне 14 и трехмерным профилям определяемых параметров рабочей среды по всей реакционной зоне 14 для отображения или сохранения в запоминающем устройстве или в любом другом пригодном виде.
Фиг. 2 представляет собой горизонтальную проекцию поперечного сечения A-A корпуса 12 реактора, показанного на фиг. 1. На фиг. 2 показано, каким образом массив 42 оснащенных датчиком меток 40 RFID может быть размещен на известных уровнях 44 высоты внутри реакционной зоны 14 корпуса 12 реактора.
На фиг. 3 представлена увеличенная часть схемы, содержащая единственный характерный массив 42 оснащенных датчиком меток 40 RFID, находящихся в окружении рабочей среды 80 из частиц 18 катализатора. Кроме того, на фиг. 3 показана связь с некоторыми другими элементами системы 10 по данному изобретению, в том числе с первой антенной 32 трансивера RFID, второй антенной 34 трансивера RFID и системой 58 обработки сигналов.
Каждая оснащенная датчиком метка 40 RFID содержит пассивную метку 82 RFID, содержащую интегральную схему 84. Интегральная схема 84 предусматривает хранение неизменяемого идентификационного номера, который закреплен за и отображает конкретную оснащенную датчиком метку 40 RFID. К тому же оснащенная датчиком метка 40 RFID предусматривает получение переменных входных данных от датчика 86, которые отображают по меньшей мере один параметр рабочей среды 80.
Датчик 86 скомпонован с пассивной меткой 82 RFID и посредством соединения 88 функционально соединен с пассивной меткой 82 RFID. Датчик 86 выполнен с возможностью восприятия или определения параметра рабочей среды 80 с помощью элемента 90 или любого другого пригодного сенсорного средства, выполненного с возможностью подачи в интегральную схему 84 аналогового или цифрового входного сигнала, отображающего определяемый параметр рабочей среды. В интегральной схеме 84 предусматривается изменение сигналов 56 и 62 радиочастотной метки RFID при поступлении входного сигнала датчика, подаваемого через соединение 88, таким образом, чтобы сигналы 56 и 62 радиочастотной метки RFID содержали или переносили данные, отображающие определяемый параметр внутри рабочей среды 80. Внутри рабочей среды 80 содержатся частицы 18 катализатора.
Интегральная схема 84 функционально соединена с антенной 92 радиочастотной метки RFID, образуя собой средство для передачи сигналов 56 и 62 радиочастотной метки RFID, которые, в дополнение к данным об индивидуальном идентификационном номере радиочастотной метки, переносят переменные входные данные от датчика 86, отображающие по меньшей мере один параметр внутри рабочей среды 70, которая прилегает к оснащенным датчиком меткам 40 RFID или окружает их. Сигналы 56 и 62 радиочастотной метки RFID передаются при поступлении на антенну 92 метки RFID сигналов 54 и 60 опроса соответственно от первой антенны 32 трансивера RFID и второй антенны 34 трансивера RFID.
1. Система для определения и составления профилей параметров технологического процесса внутри корпуса реактора, содержащая:
указанный корпус реактора, который определяет реакционную зону, причем внутри указанной реакционной зоны находится слой катализатора, содержащий частицы катализатора, причем указанный слой катализатора характеризуется имеющейся толщиной;
массив оснащенных датчиком меток RFID, причем каждая оснащенная датчиком метка RFID из указанного массива размещена на известном уровне высоты внутри указанного слоя катализатора;
первую антенну устройства считывания (трансивера) RFID, по каналу беспроводной связи соединенную с каждой указанной оснащенной датчиком меткой RFID из указанного массива и выполненную с возможностью передачи первого сигнала опроса и приема первого сигнала радиочастотной метки RFID, передаваемого при поступлении указанного первого сигнала опроса; и
вторую антенну устройства считывания (трансивера) RFID, по каналу беспроводной связи соединенную с каждой указанной оснащенной датчиком меткой RFID из указанного массива и выполненную с возможностью передачи второго сигнала опроса и приема второго сигнала радиочастотной метки RFID, передаваемого при поступлении указанного второго сигнала опроса;
причем каждая оснащенная датчиком метка RFID из указанного массива имеет маркировку с помощью уникального неизменяемого идентификационного номера, и
при этом каждая оснащенная датчиком метка RFID выполнена с возможностью восприятия параметра реактора внутри указанной реакционной зоны, приема указанного первого сигнала опроса, указанного второго сигнала опроса и, при поступлении указанного первого сигнала опроса, передачи указанного первого сигнала радиочастотной метки RFID и, при поступлении указанного второго сигнала опроса, передачи указанного второго сигнала радиочастотной метки RFID;
при этом в определенных местоположениях и на указанных известных уровнях высоты внутри указанной реакционной зоны могут быть установлены параметры и составлены их профили.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что указанные частицы катализатора содержат неорганический оксидный компонент и металлический компонент.
3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что каждая указанная оснащенная датчиком метка RFID из указанного массива содержит радиочастотную метку RFID, функционально соединенную с сенсорным устройством для восприятия параметра рабочей среды или технологического процесса и для подачи на указанную метку RFID входного сигнала, отображающего указанный параметр рабочей среды или технологического процесса.
4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что одна или несколько указанных антенн трансиверов RFID установлены внутри указанной реакционной зоны указанного корпуса реактора.
5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что указанный корпус реактора содержит средство для впуска, обеспечивающее передачу текучей среды для подачи сырьевого потока в указанную реакционную зону, и средство для выпуска, обеспечивающее передачу текучей среды для вывода потока эффлюента из указанной реакционной зоны.
6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что указанный параметр реактора выбран из группы параметров рабочей среды, состоящей из величин давления, температуры, химического состава, состава пара и жидкости, плотности, скорости потока, pH, механических колебаний, проникающего излучения, магнитного потока, интенсивности светового потока и звуковой силы.
7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что каждая из указанных антенн трансиверов RFID функционально соединена с системой обработки сигналов, образуя собой средство для подачи указанных сигналов опроса на указанные антенны трансиверов RFID и для приема указанных сигналов радиочастотной метки RFID, передаваемых каждой указанной оснащенной датчиком меткой RFID из указанного массива.
8. Система по п. 3, отличающаяся тем, что указанные антенны трансиверов RFID установлены в местоположениях, внешних по отношению к указанной реакционной зоне указанного корпуса реактора.
9. Система по п. 8, отличающаяся тем, что указанный корпус реактора содержит средство для впуска, обеспечивающее передачу текучей среды для подачи сырьевого потока в указанную реакционную зону, и средство для выпуска, обеспечивающее передачу текучей среды для вывода потока эффлюента из указанной реакционной зоны.
10. Система по п. 9, отличающаяся тем, что указанный параметр реактора выбран из группы параметров рабочей среды, состоящей из величин давления, температуры, химического состава, состава пара и жидкости, плотности, скорости потока, pH, механических колебаний, проникающего излучения, магнитного потока, интенсивности светового потока и звуковой силы.
11. Система по п. 10, отличающаяся тем, что каждая из указанных антенн трансиверов RFID функционально соединена с системой обработки сигналов, образуя собой средство для подачи указанных сигналов опроса на указанные антенны трансиверов RFID и для приема указанных сигналов радиочастотной метки RFID, передаваемых каждой указанной оснащенной датчиком меткой RFID из указанного массива.
12. Способ мониторинга по каналу беспроводной связи и составления профилей параметров технологического процесса внутри корпуса реактора, включающий:
предоставление указанного корпуса реактора, который определяет реакционную зону, причем внутри указанной реакционной зоны находится слой катализатора, содержащий частицы катализатора и характеризующийся имеющейся толщиной, и массив оснащенных датчиком меток RFID, которые размещены на известных уровнях высоты внутри указанного слоя катализатора;
при этом каждая из указанных оснащенных датчиком меток RFID из указанного массива имеет маркировку с помощью уникального неизменяемого идентификационного номера и дополнительно выполнена с возможностью определения параметра прилегающего пространства внутри указанного слоя катализатора, который закреплен за указанной оснащенной датчиком меткой RFID, и, при поступлении сигнала опроса, передачи ответного сигнала, который содержит данные, отображающие указанный уникальный неизменяемый идентификационный номер и указанный параметр прилегающего пространства, закрепленный за ней;
передачу через первую антенну устройства считывания (трансивера) RFID первого сигнала опроса, который принимается каждой из указанных оснащенных датчиком меток RFID;
передачу, в ответ на поступление указанного первого сигнала опроса, каждой из указанных оснащенных датчиком меток RFID своего первого соответствующего сигнала радиочастотой метки RFID, принимаемого указанной первой антенной устройства считывания RFID, который содержит данные, отображающие ее уникальный неизменяемый идентификационный номер и параметр прилегающего пространства, закрепленный за указанной оснащенной датчиком меткой RFID;
прием указанной первой антенной устройства считывания (трансивера) RFID указанных первых соответствующих сигналов радиочастотой метки RFID;
передачу через вторую антенну устройства считывания (трансивера) RFID второго сигнала опроса, который принимается каждой из указанных оснащенных датчиком меток RFID;
передачу, в ответ на поступление указанного второго сигнала опроса, каждой из указанных оснащенных датчиком меток RFID своего второго соответствующего сигнала радиочастотой метки RFID, принимаемого указанной второй антенной устройства считывания RFID, который содержит данные, отображающие ее уникальный неизменяемый идентификационный номер и параметр прилегающего пространства, закрепленный за указанной оснащенной датчиком меткой RFID;
прием указанной второй антенной устройства считывания (трансивера) RFID указанных вторых соответствующих сигналов радиочастотой метки RFID; и
обработку указанных первых соответствующих сигналов радиочастотой метки RFID и указанных вторых соответствующих сигналов радиочастотой метки RFID;
при этом по всей указанной реакционной зоне могут быть установлены параметры технологического процесса и составлены их профили.
13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что указанные частицы катализатора содержат неорганический оксидный компонент и металлический компонент.
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что каждая из указанных оснащенных датчиком меток RFID из указанного массива содержит радиочастотную метку RFID, функционально соединенную с сенсорным устройством для восприятия параметра рабочей среды или технологического процесса и для подачи на указанную метку RFID входного сигнала, отображающего указанный параметр рабочей среды или технологического процесса.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что одна или несколько указанных антенн трансиверов RFID установлены внутри указанной реакционной зоны указанного корпуса реактора.
16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что указанный корпус реактора содержит средство для впуска, обеспечивающее передачу текучей среды для подачи сырьевого потока в указанную реакционную зону, и средство для выпуска, обеспечивающее передачу текучей среды для вывода потока эффлюента из указанной реакционной зоны.
17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что указанный параметр реактора выбран из группы параметров рабочей среды, состоящей из величин давления, температуры, химического состава, состава пара и жидкости, плотности, скорости потока, pH, механических колебаний, проникающего излучения, магнитного потока, интенсивности светового потока и звуковой силы.
18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что каждая из указанных антенн трансиверов RFID функционально соединена с системой обработки сигналов, образуя собой средство для подачи указанных сигналов опроса на указанные антенны трансиверов RFID и для приема указанных сигналов радиочастотной метки RFID, передаваемых каждой из указанных оснащенных датчиком меток RFID из указанного массива.
19. Способ по п. 14, отличающийся тем, что одна или несколько указанных антенн трансиверов RFID установлены в местоположениях, внешних по отношению к указанной реакционной зоне указанного корпуса реактора.
20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что указанный корпус реактора содержит средство для впуска, обеспечивающее передачу текучей среды для подачи сырьевого потока в указанную реакционную зону, и средство для выпуска, обеспечивающее передачу текучей среды для вывода потока эффлюента из указанной реакционной зоны.
21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что указанный параметр реактора выбран из группы параметров рабочей среды, состоящей из величин давления, температуры, химического состава, состава пара и жидкости, плотности, скорости потока, pH, механических колебаний, проникающего излучения, магнитного потока, интенсивности светового потока и звуковой силы.
22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что каждая из указанных антенн трансиверов RFID функционально соединена с системой обработки сигналов, образуя собой средство для подачи указанного сигнала опроса на указанные антенны трансиверов RFID и для приема указанных сигналов радиочастотной метки RFID, передаваемых каждой из указанных оснащенных датчиком меток RFID из указанного массива.
