[发明专利]一种用于具有净化单元的多杂质氢网络的设计方法

摘要

本发明公开了一种用于具有净化单元的多杂质氢网络的设计方法，包括如下步骤：S1、需求物流执行顺序的确定，对于多杂质氢网络，运用浓度势方法来确定需求物流的执行顺序；S2、完成源物流的分配，确定净化后源物流的用量F_reg及未回用的内部源物流；S3、比较未回用内部源物流全部净化后的量与F_reg的大小，分两种情况进行后续迭代设计。本发明可使各内部源物流都得到回用或用于净化，说明外部源物流用量最少，即可得到氢消耗目标值。设计步骤简单计算量小，可用手算即可完成。另外，本发明可以得出氢网络设计。即能设计固定净化后氢浓度模型，又能设计给定杂质移除率模型，具有较好的适用性。

主权项

一种用于具有净化单元的多杂质氢网络的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、需求物流执行顺序的确定当内部源物流S_i满足需求物流D_j时，为了提高S_i的回用量，应使需求物流中至少一种杂质的浓度达到极限值；首先达到极限值的杂质将决定S_i的用量，将该杂质称为S_i回用的关键杂质(RKC)；对于关键杂质来说，单位流量的需求物流D_j的极限杂质负荷与源物流分配过来的杂质负荷相等：$1\×C_{D_{j,RKC}}^{\max }{R}_{i,j}\×C_{S_{i,RKC}}---\left(1\right)$即式中，为Dj中关键杂质的极限浓度；为S_i中关键杂质的浓度；为D_j中杂质k的极限浓度；为S_i中杂质k的浓度；NC为杂质个数；R_i，j称为源物流Si满足需求物流D_j时的虚拟回用率；需求物流的浓度势(CPD)是该需求物流回用各源物流的总体可能性的量度，通过式(3)表示：$CPD\left(D_j\right)=C_{S_{i,RKC}}=C_{D_{j,RKC}}---\left(3\right)$式中，NS为源物流个数；S2、完成源物流的分配，确定净化后源物流的用量F_reg及未回用的内部源物流；S21、当满足D_j时，若一内部源物流(如S₂)k杂质的虚拟回用率R_2，j，k＜1(即)，而另一源物流(如S₁)相应杂质的虚拟回用率R_1，j，k＞1(即)，则称两个源物流是互补的；当满足需求物流D_j时，按以下规则来选取源物流：规则1：若存在R_i，j，RKC值等于1的内部源物流S_i，即优先由之来满足D_j；规则2：若存在至少一条R_i，j，RKC值大于1的内部源物流(如S₁)，可优先回用；或将其与R_i，j，RKC＜1的内部源物流(如S₂)组成互补源物流来满足D_j，S₁的分配系数可取其下限值，通过式(6)确定；规则3：若所有内部源物流的R_i，j，RKC值都小于1，优先选择依次使外部源物流和净化后源物流用量最少的互补内部源物流来满足D_j；若不存在互补的内部源物流，可选择R_i，j，RkC最大的内部源物流来满足D_j，此时若净化后源物流的R_i，j，RKC值大于等于1，优先回用之，否则需补充外部源物流；其中，上述规则1、规则2和规则3中的源物流均为加入了净化后源物流；S22、互补的两个源物流S₁和S₂满足D_j时，可得：$\frac{F_{D_j}}{C_{S_{2,k}}-C_{S_{1,k}}}=\frac{F_{S_{2,k}}}{C_{D_{j,k}}^{\max }-C_{S_{1,k}}}=\frac{F_{S_{1,k}}}{C_{S_{2,k}}-C_{D_{j,k}}^{\max }}---\left(4\right)$由式(8)可得到式(9)：${\mathrm{\γ}}_{S_{1,k}}=\frac{F_{S_{1,k}}}{F_{D_j}}=\frac{C_{S_{2,k}}-C_{D_{j,k}}^{\max }}{C_{S_{2,k}}-C_{S_{1,k}}}\·---\left(5\right)$由式(5)可看出，和越小，则也越小，因此，可由式(6)得到的下限：${\mathrm{\γ}}_{S_1}^{ll}=max\left(\frac{F_{S_{1,k}}}{F_{D_j}}\right)=max\frac{C_{S_{2,k}}-C_{D_{j,k}}^{\max }}{C_{S_{2,k}}-C_{S_{1,k}}}\·---\left(6\right)$若S₁和S₂都为内部源物流，R_i，j，RKC都小于1，且存在浓度满足不等式的杂质，即S₁和S₂的分配流量也受限于该种杂质；针对该杂质，由式(9)可看出，和越大，则越小；因此，由式(7)可得到的上限：${\mathrm{\γ}}_{S_1}^{hl}=\min \left(\frac{F_{S_{1,k}}}{F_{D_j}}\right)=min\frac{C_{S_{2,k}}-C_{D_{j,k}}^{\max }}{C_{S_{2,k}}-C_{S_{1,k}}}\·---\left(7\right)$当式(8)成立，且取区间内的值时，由S₁和S₂满足D_j可不需补充外部源物流，用量可由式(9)和式(10)得到；${\mathrm{\Δ\γ}}_{S_1}={\mathrm{\γ}}_{S_1}^{hl}-{\mathrm{\γ}}_{S_1}^{ll}\≥0---\left(8\right)$$F_{S_1}={\mathrm{\γ}}_{S_1}\×F_{D_j}---\left(9\right)$$F_{S_2}=F_{D_j}-F_{S_1}---\left(10\right)$若存在多组互补的源物流且各自都不满足式(8)，可选择绝对值最小的互补内部源物流来满足D_j，回用量可通过EXCEL表的计算模型来确定；S3、比较未回用内部源物流全部净化后的量与F_reg的大小，分两种情况进行后续设计：(1)当时，将作为下一次迭代时净化后源物流的量，继续迭代，直至相邻两次迭代所得净化后源物流量之差小于某一很小值ε时，可认为迭代已收敛；(2)当时，选取杂质浓度较低的未回用的源物流用于净化。