[发明专利]氢气回收系统协同优化方法及系统

摘要

本发明提供了一种氢气回收系统协同优化方法及系统，方法包括：建立氢气回收系统的数学模拟模型，氢气回收系统包括变压吸附单元和膜分离单元；对氢气回收系统的数学模拟模型进行数学求解，获取所述氢气回收系统输出的产品氢组成和流量；判断求解结果中的产品氢组成和流量是否满足预设计算要求，若满足预设计算要求，则建立所述氢气回收系统的整体优化模型，以及分别建立所述氢气回收系统中变压吸附单元和膜分离单元的子系统优化模型；分别对变压吸附单元和膜分离单元的子系统优化模型进行优化求解，并根据各个子系统优化模型的优化求解结果确定整体优化模型的优化求解结果。本发明能够最大化氢气回收效益。

主权项

1.一种氢气回收系统协同优化方法，其特征在于，包括：步骤S1：建立氢气回收系统的数学模拟模型，所述氢气回收系统包括：变压吸附单元和膜分离单元中的至少一个单元；所述变压吸附单元包括至少一个变压吸附装置，所述膜分离单元包括至少一个膜分离装置，所述变压吸附装置和所述膜分离装置中根据预设需要选择性地设置有压缩机模块；步骤S2：根据所述氢气回收系统中变压吸附单元和膜分离单元的设计参数和操作参数，设定进入所述变压吸附单元中各变压吸附装置以及进入所述膜分离单元中各膜分离装置的含氢流股的流量大小，设定所述变压吸附单元中各变压吸附装置的吸附平衡动力学参数初始值，以及设定所述膜分离单元中各膜分离装置的组分渗透速率参数初始值；其中，所述氢气回收系统中的含氢流股包括进出变压吸附单元、膜分离单元的含氢流股，以及排放至炼厂瓦斯系统的含氢流股；步骤S3：对所述氢气回收系统的数学模拟模型进行数学求解，获取所述氢气回收系统输出的产品氢组成和流量；步骤S4：判断步骤S3求解结果中的产品氢组成和流量是否满足预设计算要求，若满足预设计算要求，则执行步骤S5；若未满足预设计算要求且迭代次数未达到预设限制次数，则修正步骤S2中的进入所述变压吸附单元中各变压吸附装置以及进入所述膜分离单元中各膜分离装置的含氢流股的流量大小、所述变压吸附单元中各变压吸附装置的吸附平衡动力学参数初始值，以及所述膜分离单元中各膜分离装置的组分渗透速率参数初始值中的一种或多种，并返回步骤S3；若未满足预设计算要求且迭代次数已达到预设限制次数，则执行步骤S5；步骤S5：建立所述氢气回收系统的整体优化模型，以及分别建立所述氢气回收系统中变压吸附单元和膜分离单元的子系统优化模型；步骤S6：对所述氢气回收系统的整体优化模型进行初始化，以及分别对变压吸附单元和膜分离单元的子系统优化模型进行初始化；其中，对所述氢气回收系统的整体优化模型进行初始化包括：设置整体优化模型的第一迭代次数上限，以及进入所述变压吸附单元中各变压吸附装置以及进入所述膜分离单元中各膜分离装置的含氢流股的流量大小；其中，对变压吸附单元和膜分离单元的子系统优化模型进行初始化包括：设置各子系统优化模型的第二迭代次数上限，以及接收所述整体优化模型设定的进入所述变压吸附单元中各变压吸附装置以及进入所述膜分离单元中各膜分离装置的含氢流股的流量大小；步骤S7：分别对变压吸附单元和膜分离单元的子系统优化模型进行优化求解，并根据各个子系统优化模型的优化求解结果确定整体优化模型的优化求解结果；其中，所述整体优化模型的目标函数为：氢气回收系统的最大化产品氢回收效益，其中，所述氢气回收系统的产品氢回收效益等于所述变压吸附单元和所述膜分离单元的产品氢回收效益之和；所述整体优化模型的约束条件包括：氢气回收系统中预定的进入变压吸附单元的含氢流股流量与变压吸附单元实际处理的含氢流股流量之差小于预设松弛因子，以及氢气回收系统中预定的进入膜分离单元的含氢流股流量与膜分离单元实际处理的含氢流股流量之差小于预设松弛因子；所述整体优化模型的约束条件还包括：氢气回收系统含氢流股中的纯氢量大于或等于变压吸附单元和膜分离单元获得的产品氢中的纯氢量；氢气回收系统含氢流股中的纯氢量等于变压吸附单元和膜分离单元获得的产品氢中的纯氢量以及排放至瓦斯系统含氢流股中纯氢含量之和；所述变压吸附单元子系统优化模型的目标函数为：氢气回收系统中预定的进入变压吸附单元的含氢流股流量与变压吸附单元实际处理的含氢流股流量的最小化差值；所述膜分离单元子系统优化模型的目标函数为：氢气回收系统中预定的进入膜分离单元的含氢流股流量与膜分离单元实际处理的含氢流股流量的最小化差值；所述变压吸附单元子系统优化模型的约束条件为：变压吸附单元中各个变压吸附装置的进出口满足物料守恒、组分守恒，原料气压力大于或等于变压吸附装置入口压力要求，变压吸附装置的加工负荷处于变压吸附装置加工能力范围内，产品氢氢纯度大于或等于预设纯度值以及原料气中预定组分气体不能穿透预定吸附层；所述膜分离单元子系统优化模型的约束条件为：膜分离单元中各个膜分离装置的进出口满足物料守恒、组分守恒，原料气压力大于或等于膜分离装置入口压力要求，膜分离装置的加工负荷处于膜分离装置加工能力范围内以及原料气中不含有指定气体成分；步骤S8：判断整体优化模型的优化求解结果是否收敛，若收敛，则结束所述氢气回收系统的优化求解过程；若未收敛但迭代次数达到第一迭代次数上限，则结束所述氢气回收系统的优化求解过程；若未收敛且迭代次数未达到第一迭代次数上限，则返回步骤S7继续进行优化求解直至各子系统优化模型达到第二迭代次数上限。