炼油厂氢气网络集成管理

研究了炼油厂氢气网络的供应方案，使用超结构技术优化设计氢气网络。在综合分析了炼油厂氢源、氢阱的氢气流股的流量、纯度、压力和有害杂质等因素后，确定目标与约束条件，运用序贯二次规划算法(Sequence Quadratic Programming，简称SQP)求得最优氢气供应方式。最后以某千万吨级的炼油-化肥联合企业的氢气网络优化为例，说明了方法的有效性。     

氢夹点原理及其应用

文中介绍了氢夹点的基本概念和原理，将氢气网络中的装置分为氢源和氢阱，以最小公用工程最小为目标，以求得最优的氢气供应方式。并以国内某炼油厂的氢气网络为例，给出该氢气网络的优化结构，为系统的合理用氢提供了理论依据。     

基于机会约束MINLP模型的多工况氢气网络操作优化技术

随着日益严格的环保标准以及新能源需求的不断增加,氢气已经成为炼油厂的重要资源。针对炼油厂存在多种工况的情况,在氢源产氢量、氢阱耗氢量、市场价格不确定的环境下,以氢气网络运行与CO₂排放成本(TOEC)之和为目标,考虑氢源标况流量、氢阱标况流量、氢气含量、压缩机、变压吸附(PSA)装置、燃料和管道约束,建立了多工况机会约束混合整数非线性规划(MCC-MINLP)氢气网络操作优化模型。对某炼油厂涉氢装置运行数据进行拟合,得到不同工况下产氢量与耗氢量的分布情况后,在不同置信水平下求解MCC-MINLP模型,得到了各工况的氢气网络最优操作方案。计算结果表明,通过增加一套PSA装置以及对应管道,可以减少15.17%～16.68%的新氢使用量并优化原氢气网络结构,优化后氢气网络的TOEC降低了2.19%～2.34%。     

氢夹点原理及其应用

本文介绍了氢夹点的基本概念和原理，采用剩余氢量法计算氢气网络系统的氢气公用工程最小化的方法，以获得最优的氢气供应方式。并以国内某炼油厂的氢气网络为例，给出该氢气网络的优化结构，为系统的合理用氢提供了理论依据。     

多杂质氢网络矩阵优化法的改进

针对多杂质氢网络矩阵优化法,采用浓度势的概念对其进行分析。分析结果表明,该方法中根据最大匹配流量准则确定的潜在匹配氢源和相应的潜在匹配流量,将会造成较大的浓度势损失,从而使匹配结果达不到最优。基于此采用接近流量匹配准则代替最大流量匹配准则,提出了改进的矩阵优化法,以避免浓度势排序靠前的氢源匹配给浓度势排序靠后的氢阱、减小匹配过程的浓度势损失,最终降低新氢消耗量。以改进的矩阵优化法对某石化企业的氢网络进行优化,优化结果表明,新氢消耗量比矩阵优化法的结果减少了28.11%,且所得具体匹配与数学规划法所得结果相同。     

应用夹点技术优化炼油厂氢气网络

应用夹点分析方法对某炼油厂氢气网络进行优化分析,确定最小氢气消耗目标和氢气回收方案,通过夹点分析,确定该炼油厂可经济回收的氢气量约12 000 m3/h,经济效益显著。     

基于回声状态网络的炼油厂氢气网络动态用氢成本预测及应用

炼油厂实际生产方案随着原油的种类以及产品需求的变化而变化,氢气网络的耗氢量和产氢量也会随之变化。笔者在详细分析了某炼油厂氢气网络成本特点的基础上,考虑制氢装置产氢量的动态变化,首次采用预测精度较高的回声状态网络对氢气网络动态用氢成本进行数据驱动建模及预测,然后根据预测出的成本在不同工况下最小用氢成本的优化操作区域中的位置,对氢气网络中氢气流量的合理配置提供决策支持。     

运用多氢源匹配法设计多杂质氢分配网络

将处理单杂质系统的多氢源匹配法与浓度势方法相结合,提出了设计多杂质氢网络的多氢源匹配法。该方法的求解过程是:运用浓度势方法确定用氢过程的执行顺序;向过程分配源物流时,对源物流互补的概念进行了扩展,通过借鉴单杂质多氢源匹配法的设计思想,提出一种源物流选择和分配的新方法,并运用该方法来分配源物流。多氢源匹配法的特点是设计步骤简捷,优化效果好。实例计算表明,采用本方法所得外部源物流消耗量降低了42.5%,而且减少了3个管路连接数,简化了网络结构。     

炼油厂氢网络超结构优化方法的改进及应用

在用超结构建模方法优化废氢流股回收网络时,往往会遇到模型求解难度大,甚至无法得到最优解的情况.将废氢流股中组分表征为氢气、可凝轻烃和燃料气3种资源,建立三角坐标表征,探讨资源回收优化方法,由此形成物料平衡及流股走向的相应约束,并结合数学建模方法建立了一种改进的超结构优化模型.用某炼油厂案例对该模型进行验证,结果表明:同...     

多杂质氢网络的浓度势综合设计方法

通过借鉴多杂质水网络设计方法,提出了一种用于多杂质氢网络的优化新方法——浓度势综合设计方法。该方法的求解方法是用氢过程的执行顺序由需求物流浓度势的大小来确定,需求物流浓度势最低的过程首先执行;在满足一个用氢过程时,优先回用虚拟回用率最大的可用内部源物流;为了减少外部氢源用量,优先选择互补的两个内部源物流共同来满足需求物流。实例计算表明,浓度势综合设计方法所得结果可与文献中采用计算机优化方法所得结果相吻合,该方法计算简捷有效。     

炼油厂氢气网络优化方法研究现状及展望

随着环境保护法规的日益严格,加氢工艺在炼油工业中得到了广泛的应用,氢气的消耗量大幅上升。优化氢气网络,提高氢气利用率,对炼油工业实现节能减耗、降低生产成本具有重要的理论价值和巨大的工业应用前景。当前,国内外对氢气网络进行优化的方法主要分为夹点分析法和超结构法。对夹点分析法,笔者按是否考虑了杂质、压力、提纯装置等因素进行分类,综述了其研究进展和实际应用情况。对超结构法,分别从约束条件、目标函数、模型种类和所用优化算法进行了综述。最后总结了2种方法的优点与不足,并指出了后续研究工作的方向。     

中压加氢裂化装置氢平衡核算研究

利用计算或查图方法求取中压加氢裂化原料和产品物流的氢含量,分析产品收率的影响因素,建立了计算产品收率的二次多项式关联模型。根据炼油企业生产统计数据,利用最小二乘法求取了模型系数。对比分析了产品收率的模型计算值与实际值,发现模型计算值与实际值吻合良好,主要产品的平均相对误差在6%左右,平均绝对误差低于2.4%。综合物流氢含量数据和产品收率计算模型,建立了物流氢量计算模型,用于动态氢平衡核算分析。用惠州炼油分公司中压加氢裂化装置的标定数据进一步验证了产品收率模型的准确性。对该装置进行了氢平衡核算分析,无论是新氢需用量还是氢耗,计算值均与实际值非常接近。对该装置进行了动态氢平衡核算分析,发现随反应压力和反应温度的升高,预测用氢量和预测氢耗均呈逐渐增大的趋势,且反应压力的影响更加明显。     

氢网络公用工程消耗量与流股匹配数的优化

 针对炼化企业的氢气分配网络系统，提出了以最小公用工程氢气用量和匹配简化为目标的二步优化模型。通过实例的优化分析计算，讨论了氢网络的匹配数与公用工程氢气用量松弛率的关系。研究结果表明，网络的匹配数与松弛率近似呈反曲函数关系，适当地放大系统节氢量的要求，可获得较简单的网络匹配结构。采用该数学优化模型可以综合考虑系统的节氢限制和网络中流股匹配的限制，从而优化氢气网络。     

齐鲁石化氢气系统优化利用

介绍齐鲁石化氢气网络系统优化利用情况。在氢气资源平衡数据的基础上,对企业的产氢、用氢平衡情况进行了分析及预测,通过使用过程集成方法对氢气系统优化,降低了制氢装置的负荷,减少了加工成本和能耗,效益显著。     

炼油厂单装置氢气优化研究

采用夹点分析与炼油厂计划优化模型相结合,利用夹点分析所得出的节氢量变化曲线、氢源变化曲线与计划优化模型绘制的利润曲线,分析加氢装置氢气的最优纯度。通过以5个月为周期实例计算,分析节氢量、氢源曲线与利润曲线的关系,可确定加氢装置最优氢气质量分数为0.28,日节氢量为46.3t,利润为15 988万元。此方法在保证装置平稳运行的情况下,可优化单装置氢气质量分数,节氢量与炼油厂利润达到最优。     

基于色谱法校正因子测定氢气中微量氩杂质方法研究

目的助力我国氢能产业发展以及提升行业氢气质量,解决氢气质量分析方法中因氧、氩难以有效分离而导致氩杂质定量困难的技术问题。 方法建立了基于色谱法校正因子准确测定氢气中微量氩杂质的分析方法,首先通过自主研制的氢中氩和氢中氧气体标准物质建立氦离子化气相色谱分析方法,研究氧气和氩气在氦离子化气相色谱仪上的校正因子,建立氧气和氩气的响应关系,并对响应关系进行长期稳定性考查,然后通过微量氧分析仪单独测定氢气中的氧杂质含量。 结果依据氧、氩的响应关系准确测定氢气中氩杂质含量。 结论首次提出了氦离子化气相色谱法联合电化学法测定氢气中氩气杂质分析方法。该方法原理简单、可操作性强、测定范围宽,弥补了氢能产业发展中氩杂质分析方法的不足,在氢气质量分析中具有较好的应用前景。      

变压吸附提纯氢装置最小分离功的研究

在考虑氢气提纯的氢气网络中,除了氢气的消耗外,提纯氢气时所消耗的功也是主要的能耗。为了将提纯氢气的能耗更好的与氢网络优化结合起来,基于最小分离功分析了变压吸附氢提纯过程中,进料中氢气摩尔分数(yF)和提纯产品中氢气摩尔分数(y1)的变化对氢气提纯能耗的影响。分析结果表明,最小分离功随yF的增大先增大后减小,存在最小分离功的最大值;随y1的增大和解析气中氢气摩尔分数的降低而增大。分析结果为考虑提纯能耗的氢气网络优化提供了理论依据。     

基于炼油厂计划优化模型的氢气系统优化研究

采用氢气夹点分析方法,得到炼油厂氢气流股基本分配方案,然后与计划优化模型联合进行优化,确定优化的氢气管网方案,并对方案的经济技术指标进行分析,评价方案的有效性。以国内某炼油厂为例,采用上述方案对氢气系统进行优化。结果表明:采用夹点分析技术可以使氢气纯度满足炼油厂加工工艺要求,结合计划优化模型可以有效地根据炼油厂生产状况优化氢气网络结构,达到节氢及优化炼油厂原油加工方案的目的;氢气系统优化后可节约氢气16.6%,并可加工劣质原油、降低原油采购成本,提高炼油厂经济效益。     

Modeling water and hydrogen networks with partitioning regeneration units

Strict environment regulations in chemical and refinery industries lead to minimize resource consumption by designing utility networks within industrial process plants. The present study proposed a superstructure based optimization model for the synthesis of water and hydrogen networks with partitioning regenerators without mixing the regenerated sources. This method determines the number of partitioning regenerators needed for the regeneration of the sources. The number of the regenerators is based on the number of sources required to be treated for recovery. Each source is regenerated in an individual partitioning regenerator. Multiple regeneration systems can be employed to achieve minimum flowrate and costs. The formulation is linear in the regenerator balance equations. The optimized model is applied for two systems, partitioning regeneration systems of the fixed outlet impurity concentration and partitioning regeneration systems of the fixed impurity load removal ratio (RR) for water and hydrogen networks. Several case studies from the literature are solved to illustrate the ease and applicability of the proposed method.