[發(fā)明專利]煉廠多制氫裝置原料氣供給方案優(yōu)化方法和系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111486621.1
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114297829A
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣益波;王寬心;江泉達(dá);韓文巧;黃小婷;吳哲峰;郭廉潔;陳鐳
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江中控技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;C01B3/48;C01B3/38;C01B3/56;G06F119/08
• 代理公司: 北京易捷勝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11613
• 代理人: 李會娟

1.一種煉廠多制氫裝置原料氣供給方案優(yōu)化方法，其特征在于，各制氫裝置以天然氣和/或煉廠干氣為原料氣，采用烴類水蒸汽轉(zhuǎn)化法造氣，并經(jīng)PSA法凈化提純制取氫氣，該方法包括：

S10、獲取煉廠原料氣數(shù)據(jù)，將所述煉廠原料氣數(shù)據(jù)輸入到預(yù)先建立的生產(chǎn)過程模型中，得到每種原料氣在每個制氫裝置的產(chǎn)氫比和單位產(chǎn)氫成本；

S20、根據(jù)所述單位產(chǎn)氫成本，對原料氣與制氫裝置組合進(jìn)行排序，得到組合隊列；

S30、按照單位產(chǎn)氫成本從低到高的順序，基于所述原料氣數(shù)據(jù)、所述產(chǎn)氫比和每個制氫裝置的產(chǎn)氫上下限約束，獲取所述組合隊列中每個組合的原料氣實際供應(yīng)量和實際產(chǎn)氫量；

S40、根據(jù)每個組合的實際產(chǎn)氫量，按照單位產(chǎn)氫成本從低到高的順序從所述組合隊列中選取組合，直至選取組合的總產(chǎn)氫量滿足預(yù)設(shè)的產(chǎn)氫量要求；

S50、將選取的組合和相應(yīng)的原料氣實際供應(yīng)量作為煉廠多制氫裝置原料氣供給方案優(yōu)化結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煉廠多制氫裝置原料氣供給方案優(yōu)化方法，其特征在于，所述煉廠原料氣數(shù)據(jù)包括潛在原料氣種類、流體壓縮前壓力、原料氣流量的可供給上限、潛在原料氣組成、原料氣流量約束。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煉廠多制氫裝置原料氣供給方案優(yōu)化方法，其特征在于，所述S10之前，還包括，建立所述生產(chǎn)過程模型；具體包括：

S01、針對每種原料氣，獲取各制氫裝置在每種原料氣下的相關(guān)運行歷史數(shù)據(jù)，所述相關(guān)運行歷史數(shù)據(jù)包括LIMS分析數(shù)據(jù)、原料組成熱力學(xué)數(shù)據(jù)、歷史運行數(shù)據(jù)；

所述LIMS分析數(shù)據(jù)包括原料氣組成分析數(shù)據(jù)、中變氣組成分析數(shù)據(jù)；

所述原料組成熱力學(xué)數(shù)據(jù)包括生成焓、吉布斯自由能；

所述歷史運行數(shù)據(jù)包括原料氣流量、裝置產(chǎn)氫量、除鹽水流量、反應(yīng)消耗水量、除鹽水溫度、配汽量、配汽冷凝溫度、轉(zhuǎn)化爐溫度、中變器溫度、流體壓縮后壓力、流體壓縮前的溫度、能源價格；所述能源價格包括電價、天然氣價格、除鹽水價格；

S02、基于所述轉(zhuǎn)化爐溫度、所述中變器溫度、所述生成焓及所述吉布斯自由能計算轉(zhuǎn)化爐中烴類轉(zhuǎn)化為一氧化碳與氫氣的平衡常數(shù)K₁、烴類轉(zhuǎn)化為二氧化碳與氫氣的平衡常數(shù)K₂、中變器中一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳的平衡常數(shù)K₃；

α₁C_nH_m+β₁H₂O＝＝γ₁CO+δ₁H₂

α₂C_nH_m+β₂H₂O＝＝γ₂CO₂+δ₂H₂

α₃CO+β₃H₂O＝＝γ₃CO₂+δ₃H₂

其中：α、β、γ、δ分別為化學(xué)方程式的化學(xué)計量數(shù)；

每個平衡常數(shù)在溫度為T時的計算式如下：

其中：K_T、K^θ分別表示溫度為T與T^θ下的平衡常數(shù)；G表示吉布斯自由能，表示反應(yīng)吉布斯自由能變；H表示焓，表示反應(yīng)焓變；R表示氣體體積常數(shù)，T表示反應(yīng)器中的溫度，T^θ代表標(biāo)準(zhǔn)狀況下的溫度；

S03、基于所述原料氣流量、所述原料氣組成分析數(shù)據(jù)、所述配汽量、所述平衡常數(shù)K₁、K₂、K₃及反應(yīng)過程物質(zhì)守恒定律，計算得到中變氣組成理論數(shù)據(jù)；

S04、將所述中變氣組成理論數(shù)據(jù)與中變氣組成分析數(shù)據(jù)比對，采用偏最小二乘回歸擬合制氫裝置轉(zhuǎn)化反應(yīng)與中變反應(yīng)的催化劑性能系數(shù)；基于所述催化劑性能系數(shù)確定最終的裝置產(chǎn)氫比；

S05、基于所述原料氣組成分析數(shù)據(jù)、所述中變氣組成分析數(shù)據(jù)計算反應(yīng)焓變，計算式如下：

ΔH＝ΔH₁+ΔH₂

其中：分別代表反應(yīng)過程中消耗的烴類與蒸汽的物質(zhì)的量，n_CO分別代表反應(yīng)過程中生成的二氧化碳、一氧化碳的物質(zhì)的量；分別代表烴類、蒸汽、二氧化碳與一氧化碳的標(biāo)準(zhǔn)生成焓；C代表恒壓熱容；T、T^θ分別代表組成溫度與標(biāo)況溫度；ΔH₁、ΔH₂、ΔH分別代表標(biāo)況下反應(yīng)焓變、反應(yīng)的升溫吸熱與反應(yīng)焓變；

S06、基于所述除鹽水溫度、所述除鹽水流量、所述反應(yīng)消耗水量、所述配汽冷凝溫度計算反應(yīng)熱損耗；

Q＝[(T₂-T₁)×C_H+H]×(F₂-F₁)×A

其中：Q代表熱損耗，T₂和T₁分別代表配汽冷凝溫度與除鹽水溫度，C_H代表水的熱容，H代表汽化熱，F(xiàn)₂和F₁分別代表除鹽水流量、反應(yīng)消耗水量，A代表配汽冷凝率；

S07、依據(jù)所述中變氣組成分析數(shù)據(jù)和所述裝置產(chǎn)氫量計算得到解析氣熱值，依據(jù)所述反應(yīng)焓變、所述反應(yīng)熱損耗、所述解析氣熱值以及能源價格，計算得到各制氫裝置在每種原料氣下的單位產(chǎn)氫的熱能成本，依據(jù)所述裝置產(chǎn)氫量與所述原料氣流量計算得到各制氫裝置在每種原料氣下的產(chǎn)氫比：

S08、基于模型的輸入數(shù)據(jù)以及所述單位產(chǎn)氫的熱能成本和所述產(chǎn)氫比，通過以下公式計算得到單位產(chǎn)氫成本，將所述單位產(chǎn)氫成本和所述產(chǎn)氫比作為模型輸出；

理論產(chǎn)氫量＝原料氣理論量*產(chǎn)氫比

其中：y_i、γ_i分別代表壓縮流體中第i組分的占比與絕熱指數(shù)；γ_mix代表壓縮流體的混合絕熱指數(shù)；P₂、P₁、ε分別代表流體壓縮前壓力、壓縮后壓力與壓縮比；n、R、T₁分別代表流體的摩爾量、氣體體積常數(shù)與流體壓縮前的溫度；W代表本次壓縮的功耗；Cost代表單位產(chǎn)氫成本。