[發(fā)明專利]氫氣回收系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710563835.1
• 申請(qǐng)日: 2017-07-12
• 公開（公告）號(hào): CN109248541B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王陽峰;張英;張龍;張勝中;孟凡忠;高明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司大連石油化工研究院
• 主分類號(hào): B01D53/047
• 分類號(hào): B01D53/047;B01D53/22;C01B3/56;G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種氫氣回收系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，包括：

步驟S1：建立氫氣回收系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模擬模型，所述氫氣回收系統(tǒng)包括：變壓吸附單元和膜分離單元中的至少一個(gè)單元；所述變壓吸附單元包括至少一個(gè)變壓吸附裝置，所述膜分離單元包括至少一個(gè)膜分離裝置，所述變壓吸附裝置和所述膜分離裝置中根據(jù)預(yù)設(shè)需要選擇性地設(shè)置有壓縮機(jī)模塊；

步驟S2：根據(jù)所述氫氣回收系統(tǒng)中變壓吸附單元和膜分離單元的設(shè)計(jì)參數(shù)和操作參數(shù)，設(shè)定進(jìn)入所述變壓吸附單元中各變壓吸附裝置以及進(jìn)入所述膜分離單元中各膜分離裝置的含氫流股的流量大小，設(shè)定所述變壓吸附單元中各變壓吸附裝置的吸附平衡動(dòng)力學(xué)參數(shù)初始值，以及設(shè)定所述膜分離單元中各膜分離裝置的組分滲透速率參數(shù)初始值；其中，所述氫氣回收系統(tǒng)中的含氫流股包括進(jìn)出變壓吸附單元、膜分離單元的含氫流股，以及排放至煉廠瓦斯系統(tǒng)的含氫流股；

步驟S3：對(duì)所述氫氣回收系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模擬模型進(jìn)行數(shù)學(xué)求解，獲取所述氫氣回收系統(tǒng)輸出的產(chǎn)品氫組成和流量；

步驟S4：判斷步驟S3求解結(jié)果中的產(chǎn)品氫組成和流量是否滿足預(yù)設(shè)計(jì)算要求，若滿足預(yù)設(shè)計(jì)算要求，則執(zhí)行步驟S5；若未滿足預(yù)設(shè)計(jì)算要求且迭代次數(shù)未達(dá)到預(yù)設(shè)限制次數(shù)，則修正步驟S2中的進(jìn)入所述變壓吸附單元中各變壓吸附裝置以及進(jìn)入所述膜分離單元中各膜分離裝置的含氫流股的流量大小、所述變壓吸附單元中各變壓吸附裝置的吸附平衡動(dòng)力學(xué)參數(shù)初始值，以及所述膜分離單元中各膜分離裝置的組分滲透速率參數(shù)初始值中的一種或多種，并返回步驟S3；若未滿足預(yù)設(shè)計(jì)算要求且迭代次數(shù)已達(dá)到預(yù)設(shè)限制次數(shù)，則執(zhí)行步驟S5；

步驟S5：建立所述氫氣回收系統(tǒng)的整體優(yōu)化模型，以及分別建立所述氫氣回收系統(tǒng)中變壓吸附單元和膜分離單元的子系統(tǒng)優(yōu)化模型；

步驟S6：對(duì)所述氫氣回收系統(tǒng)的整體優(yōu)化模型進(jìn)行初始化，以及分別對(duì)變壓吸附單元和膜分離單元的子系統(tǒng)優(yōu)化模型進(jìn)行初始化；其中，對(duì)所述氫氣回收系統(tǒng)的整體優(yōu)化模型進(jìn)行初始化包括：設(shè)置整體優(yōu)化模型的第一迭代次數(shù)上限，以及進(jìn)入所述變壓吸附單元中各變壓吸附裝置以及進(jìn)入所述膜分離單元中各膜分離裝置的含氫流股的流量大小；其中，對(duì)變壓吸附單元和膜分離單元的子系統(tǒng)優(yōu)化模型進(jìn)行初始化包括：設(shè)置各子系統(tǒng)優(yōu)化模型的第二迭代次數(shù)上限，以及接收所述整體優(yōu)化模型設(shè)定的進(jìn)入所述變壓吸附單元中各變壓吸附裝置以及進(jìn)入所述膜分離單元中各膜分離裝置的含氫流股的流量大小；

步驟S7：分別對(duì)變壓吸附單元和膜分離單元的子系統(tǒng)優(yōu)化模型進(jìn)行優(yōu)化求解，并根據(jù)各個(gè)子系統(tǒng)優(yōu)化模型的優(yōu)化求解結(jié)果確定整體優(yōu)化模型的優(yōu)化求解結(jié)果；

其中，所述整體優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)為：氫氣回收系統(tǒng)的最大化產(chǎn)品氫回收效益，其中，所述氫氣回收系統(tǒng)的產(chǎn)品氫回收效益等于所述變壓吸附單元和所述膜分離單元的產(chǎn)品氫回收效益之和；

所述整體優(yōu)化模型的約束條件包括：氫氣回收系統(tǒng)中預(yù)定的進(jìn)入變壓吸附單元的含氫流股流量與變壓吸附單元實(shí)際處理的含氫流股流量之差小于預(yù)設(shè)松弛因子，以及氫氣回收系統(tǒng)中預(yù)定的進(jìn)入膜分離單元的含氫流股流量與膜分離單元實(shí)際處理的含氫流股流量之差小于預(yù)設(shè)松弛因子；所述整體優(yōu)化模型的約束條件還包括：氫氣回收系統(tǒng)含氫流股中的純氫量大于或等于變壓吸附單元和膜分離單元獲得的產(chǎn)品氫中的純氫量；氫氣回收系統(tǒng)含氫流股中的純氫量等于變壓吸附單元和膜分離單元獲得的產(chǎn)品氫中的純氫量以及排放至瓦斯系統(tǒng)含氫流股中純氫含量之和；

所述變壓吸附單元子系統(tǒng)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)為：氫氣回收系統(tǒng)中預(yù)定的進(jìn)入變壓吸附單元的含氫流股流量與變壓吸附單元實(shí)際處理的含氫流股流量的最小化差值；

所述膜分離單元子系統(tǒng)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)為：氫氣回收系統(tǒng)中預(yù)定的進(jìn)入膜分離單元的含氫流股流量與膜分離單元實(shí)際處理的含氫流股流量的最小化差值；

所述變壓吸附單元子系統(tǒng)優(yōu)化模型的約束條件為：變壓吸附單元中各個(gè)變壓吸附裝置的進(jìn)出口滿足物料守恒、組分守恒，原料氣壓力大于或等于變壓吸附裝置入口壓力要求，變壓吸附裝置的加工負(fù)荷處于變壓吸附裝置加工能力范圍內(nèi)，產(chǎn)品氫氫純度大于或等于預(yù)設(shè)純度值以及原料氣中預(yù)定組分氣體不能穿透預(yù)定吸附層；

所述膜分離單元子系統(tǒng)優(yōu)化模型的約束條件為：膜分離單元中各個(gè)膜分離裝置的進(jìn)出口滿足物料守恒、組分守恒，原料氣壓力大于或等于膜分離裝置入口壓力要求，膜分離裝置的加工負(fù)荷處于膜分離裝置加工能力范圍內(nèi)以及原料氣中不含有指定氣體成分；

步驟S8：判斷整體優(yōu)化模型的優(yōu)化求解結(jié)果是否收斂，若收斂，則結(jié)束所述氫氣回收系統(tǒng)的優(yōu)化求解過程；若未收斂但迭代次數(shù)達(dá)到第一迭代次數(shù)上限，則結(jié)束所述氫氣回收系統(tǒng)的優(yōu)化求解過程；若未收斂且迭代次數(shù)未達(dá)到第一迭代次數(shù)上限，則返回步驟S7繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化求解直至各子系統(tǒng)優(yōu)化模型達(dá)到第二迭代次數(shù)上限。