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。
氢气回收系统协同优化方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及炼厂氢气资源优化研究技术领域，具体涉及一种氢气回收系统协同优化方法及系统。
背景技术
[0002] 随着加工原油的重质化、劣质化趋势加剧及产品质量升级要求加强，氢气在炼厂中对于保障合格产品的生产日益重要，而高昂的产氢成本和产氢装置投资，使得氢气的回收尤为重要。
[0003] 对于炼厂而言，常见的氢回收技术主要有变压吸附技术及膜分离技术。变压吸附法是利用装在立式压力容器内的硅胶、活性炭、分子筛等固体吸附剂，对混合气体中的各种杂质进行选择性吸附，从而达到气体分离的目的。膜分离法是以膜两侧的气体分压差为推动力，利用不同气体在膜中渗透速率的差异，使其在膜两侧富集以实现分离的过程。
[0004] 当前炼厂氢回收装置优化研究主要有以下几方面：
[0005] (1)生产运行中，技术人员根据经验及理论指导对其所负责的氢回收装置进行优化操作。通常情况下，他们较少深入研究公司内其他氢回收装置的性能特点，不能从系统角度出发考虑整个公司范围内氢回收装置间的协同优化，不能充分发挥氢回收装置的有效合力。
[0006] (2)各类氢回收装置的优化研究。主要侧重于装置本身的优化，未充分研究氢回收装置间的组合优化、原料优化等，未从整个氢气回收系统角度优化氢气的高效、经济回收。
[0007] (3)炼厂氢资源系统优化研究。其氢回收部分主要侧重于氢回收装置能耗、氢气回收效率的简单测算，不能进行氢回收装置优化操作分析、装置间协同优化研究、装置进料适应性分析等。
[0008] 因此，如何将现有技术问题加以解决，而提供一种高效的氢回收系统优化研究方法是本领域技术人员的研究方向所在。
发明内容
[0009] 针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种氢气回收系统协同优化方法及系统，本发明能够最大化氢气回收效益，提高企业经济效益。
[0010] 具体地，本发明提供了以下技术方案：
[0011] 第一方面，本发明提供了一种氢气回收系统协同优化方法，包括：
[0012] 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；
[0013] 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；
[0014] 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；
[0015] 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；
[0016] 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；
[0017] 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；
[0018] 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；
[0019] 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；
[0020] 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；
[0021] 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；
[0022] 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；
[0023] 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；
[0024] 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；
[0025] 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。
[0026] 进一步地，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包括：各个变压吸附装置的高度、内径、温度、压力、处理能力、吸附剂装填量、类别、孔容和比表面积；各个膜分离装置的设计温度、压力、选择性和处理能力；各个变压吸附装置中压缩机模块的处理负荷限制；各个膜分离装置中压缩机模块的处理负荷限制；
[0027] 所述氢气回收系统中变压吸附单元和膜分离单元的操作参数包括：各个变压吸附装置的操作温度、压力和吸附时间；各个膜分离装置的操作温度和压力；含氢流股的流量、组成和压力。
[0028] 进一步地，建立氢气回收系统的数学模拟模型，包括：
[0029] 分别建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型、膜分离单元中各膜分离装置的数学模拟模型、各个变压吸附装置中压缩机模块的数学模拟模型以及各个膜分离装置中压缩机模块的数学模拟模型。
[0030] 进一步地，建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型，包括：
[0031] 采用吸附平衡方程、传质速率方程和总传质平衡方程，建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型；
[0032] 其中，所述吸附平衡方程为：
[0033]
[0034] 其中，θi表示待测定混合气体中吸附剂上气体组分i的覆盖率；qi表示待测定混合气体中气体组分i在吸附剂上的平衡吸附量；qmax,i表示待测定混合气体中气体组分i在吸附剂上的最大吸附量；Bi表示气体组分i在所述吸附剂上的兰格缪尔吸附常数；Bj表示气体组分j在所述吸附剂上的兰格缪尔吸附常数；Pi表示待测定混合气体中气体组分i的分压；Pj表示待测定混合气体中气体组分j的分压。
[0035] 进一步地，建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型，包括：
[0036] 采用吸附平衡方程、传质速率方程和总传质平衡方程，建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型；
[0037] 其中，所述吸附平衡方程为：
[0038]
[0039]
[0040]
[0041] 其中，θi表示待吸附的混合气体中，某层吸附剂上气体组分i的覆盖率；Pi表示待吸附的混合气体中，气体组分i的分压；Bi表示气体组分i在该层吸附剂上的兰格缪尔吸附常数；Bij表示包含组分i和组分j的二元气体混合物中组分i在该层吸附剂上的兰格缪尔吸附常数；Kij表示包含组分i和组分j的二元气体混合物在该层吸附剂上吸附时组分j对组分i吸附作用的影响程度；Ki,mix表示待吸附的混合气体中所有气体组分对气体组分i的吸附作用影响参数。
[0042] 第二方面，本发明还提供了一种氢气回收系统协同优化系统，包括：
[0043] 第一建模单元，用于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；
[0044] 第一初始值设定单元，用于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；
[0045] 第一求解单元，用于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；
[0046] 第一判断单元，用于判断所述第一求解单元的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，则执行第二建模单元；若未满足预设计算要求且迭代次数未达到预设限制次数，则修正所述第一初始值设定单元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，并返回所述第一求解单元；若未满足预设计算要求且迭代次数已达到预设限制次数，则执行第二建模单元；
[0047] 第二建模单元，用于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；
[0048] 第二初始值设定单元，用于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；
[0049] 第二求解单元，用于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；
[0050] 其中，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；
[0051] 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；
[0052] 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；
[0053] 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；
[0054] 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；
[0055] 第二判断单元，用于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，则返回第二求解单元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。
[0056] 进一步地，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包括：各个变压吸附装置的高度、内径、温度、压力、处理能力、吸附剂装填量、类别、孔容和比表面积；各个膜分离装置的设计温度、压力、选择性和处理能力；各个变压吸附装置中压缩机模块的处理负荷限制；各个膜分离装置中压缩机模块的处理负荷限制；
[0057] 所述氢气回收系统中变压吸附单元和膜分离单元的操作参数包括：各个变压吸附装置的操作温度、压力和吸附时间；各个膜分离装置的操作温度和压力；含氢流股的流量、组成和压力。
[0058] 进一步地，所述第一建模单元在建立氢气回收系统的数学模拟模型时具体用于：
[0059] 分别建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型、膜分离单元中各膜分离装置的数学模拟模型、各个变压吸附装置中压缩机模块的数学模拟模型以及各个膜分离装置中压缩机模块的数学模拟模型。
[0060] 进一步地，所述第一建模单元在建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型时，具体用于：
[0061] 采用吸附平衡方程、传质速率方程和总传质平衡方程，建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型；
[0062] 其中，所述吸附平衡方程为：
[0063]
[0064] 其中，θi表示待测定混合气体中吸附剂上气体组分i的覆盖率；qi表示待测定混合气体中气体组分i在吸附剂上的平衡吸附量；qmax,i表示待测定混合气体中气体组分i在吸附剂上的最大吸附量；Bi表示气体组分i在所述吸附剂上的兰格缪尔吸附常数；Bj表示气体组分j在所述吸附剂上的兰格缪尔吸附常数；Pi表示待测定混合气体中气体组分i的分压；Pj表示待测定混合气体中气体组分j的分压。
[0065] 进一步地，所述第一建模单元在建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型时，具体用于：
[0066] 采用吸附平衡方程、传质速率方程和总传质平衡方程，建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型；
[0067] 其中，所述吸附平衡方程为：
[0068]
[0069]
[0070]
[0071] 其中，θi表示待吸附的混合气体中，某层吸附剂上气体组分i的覆盖率；Pi表示待吸附的混合气体中，气体组分i的分压；Bi表示气体组分i在该层吸附剂上的兰格缪尔吸附常数；Bij表示包含组分i和组分j的二元气体混合物中组分i在该层吸附剂上的兰格缪尔吸附常数；Kij表示包含组分i和组分j的二元气体混合物在该层吸附剂上吸附时组分j对组分i吸附作用的影响程度；Ki,mix表示待吸附的混合气体中所有气体组分对气体组分i的吸附作用影响参数。
[0072] 由上述技术方案可知，本发明提供的氢气回收系统协同优化方法及系统，不像现有技术那样单单侧重于变压吸附装置或膜分离装置自身的优化，而是充分研究各个氢气回收装置间的组合协同优化、原料协同优化，从整个氢气回收系统角度优化氢气的高效、经济回收；本发明从系统角度出发考虑整个企业范围内氢气回收装置间的协同优化，充分发挥了各氢气回收装置的有效合力；与现有技术相比，本发明可以有效提高氢气回收系统的操作水平，最大化氢气回收，提高企业经济效益。
附图说明
[0073] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0074] 图1是本发明一实施例提供的氢气回收系统协同优化方法的流程图；
[0075] 图2是本发明另一实施例提供的氢气回收系统协同优化系统的结构示意图。
具体实施方式
[0076] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0077] 本发明一实施例提供了一种氢气回收系统协同优化方法，参见图1所示的流程图，该方法包括如下步骤：
[0078] 步骤101：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。
[0079] 在本步骤中，建立氢气回收系统的数学模拟模型，具体包括：分别建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型、膜分离单元中各膜分离装置的数学模拟模型以及各变压吸附装置和各膜分离装置中压缩机模块的数学模拟模型，其中通过含氢物流连接，可以构建氢气回收系统的数学模拟模型。可以理解的是，本步骤中所述的压缩机模块特指与氢回收系统相关的压缩机，例如变压吸附装置的解吸气压缩机、膜分离装置的进料与渗透气压缩机等，不包括循环氢压缩机及其他工艺流股压缩机。
[0080] 在本步骤的一种可选实施方式中，建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型，包括：
[0081] 采用吸附平衡方程、传质速率方程和总传质平衡方程，建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型。
[0082] 可以理解的是，在本可选实施方式中，采用吸附平衡方程、传质速率方程和总传质平衡方程，建立所述变压吸附装置的数学模拟模型是指，采用吸附平衡方程、传质速率方程和总传质平衡方程分别建立变压吸附装置中每一吸附层的数学模拟模型。其中，原料气经某一吸附层的计算结果作为下一吸附层模拟计算的入口初值。具体地，假设压力及温度恒定不变，流动模型采用轴向分散活塞流模型，由总传质平衡方程计算吸附引起的流速变化，传质速率方程采用线性推动力模型(LDF)，吸附平衡方程采用扩展兰格缪尔模型描述。
[0083] 在本可选实施方式中，各模型方程如下所示：
[0084] 微元体积中气体组分i的传质平衡方程：
[0085]
[0086] 其中，DL表示床层轴向扩散系数，m2/s；Ci表示组分i气相总浓度，mol/m3；v表示气流速度，m/s；ρP表示吸附压力P下气相密度，kg/m3；ε表示分子吸附床孔隙率，无量纲； 表示组分i吸附平衡浓度，mol/kg。
[0087] 总传质平衡方程：
[0088]
[0089] 其中，C表示床层气相浓度，mol/m3；其他参数意义同上。
[0090] 传质速率方程：
[0091]
[0092] 其中，ki表示气固传质系数，s； 表示组分i吸附床气相浓度，mol/kg； 表示组分i吸附平衡浓度，mol/kg。
[0093] 在具体计算时，将吸附塔床层(变压吸附装置)从塔底至塔顶，根据吸附剂类别不同划分为不同的微元段(根据实际计算需要，也可将同一吸附剂层划分为多个微元段)，每一微元段出口的计算结果作为下一微元段入口计算初值，依次计算至吸附塔顶，若吸附塔顶计算结果与实际值偏差较大，则返回塔底第一微元段，修改、调整相应参数。每一微元段都采用上述的几个控制方程建模、联立求解。由吸附平衡方程计算不同组分经过吸附剂上吸附量、由传质速率方程计算该组分经过微元段的时间，传质物料平衡方程(总传质物料方程及单一组分的物料方程)主要是通过描述组分进出微元段的一个物料平衡关系，计算组分在微元段出口处的性状(浓度、流量等)。
[0094] 其中，所述吸附平衡方程为：
[0095]
[0096] 其中，θi表示待测定混合气体中吸附剂上气体组分i的覆盖率；qi表示待测定混合气体中气体组分i在吸附剂上的平衡吸附量；qmax,i表示待测定混合气体中气体组分i在吸附剂上的最大吸附量；Bi表示气体组分i在所述吸附剂上的兰格缪尔吸附常数，106Pa-1；Bj表示气体组分j在所述吸附剂上的兰格缪尔吸附常数，106Pa-1；Pi表示待测定混合气体中气体组分i的分压，106Pa；Pj表示待测定混合气体中气体组分j的分压，106Pa。
[0097] 在本步骤的另一种可选实施方式中，建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型，包括：
[0098] 采用吸附平衡方程、传质速率方程和总传质平衡方程，建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型；
[0099] 在本可选实施方式中，传质速率方程和总传质平衡方程和上个可选实施方式相同，具体可参考上个可选实施方式，本可选实施方式中的吸附平衡方程与上述实施方式不同。在本可选实施方式中，吸附平衡方程采用一种改进的兰格缪尔模型进行描述。
[0100] 在本可选实施方式中，所述吸附平衡方程为：
[0101]
[0102]
[0103]
[0104] 其中，θi表示待吸附的混合气体中，某层吸附剂上气体组分i的覆盖率；Pi表示待吸附的混合气体中，气体组分i的分压，106Pa；Bi表示气体组分i在该层吸附剂上的兰格缪尔吸附常数，106Pa-1；Bij表示包含组分i和组分j的二元气体混合物中组分i在该层吸附剂上的兰格缪尔吸附常数；Kij表示包含组分i和组分j的二元气体混合物在该层吸附剂上吸附时组分j对组分i吸附作用的影响程度；Ki,mix表示待吸附的混合气体中所有气体组分对气体组分i的吸附作用影响参数。
[0105] 需要说明的是，本实施例采用的吸附平衡方程为基于改进的兰格缪尔模型。下面对改进的兰格缪尔模型进行介绍：
[0106] 在当前吸附分离领域，主要采用单组分兰格缪尔模型或扩展的兰格缪尔模型描述吸附过程的相平衡问题。但是一方面单组分兰格缪尔模型适于研究单一组分气体的吸附过程研究，未考虑不同组分间的相互影响，不能描述多组分混合气的吸附过程；另一方面扩展的兰格缪尔模型是近年来应用较广泛的描述多组分气固吸附过程的模型，理论上需实验确定混合气氛中各种组分在吸附剂上的吸附平衡常数再进行计算，但由于超过两组分的气体吸附平衡常数的获得异常困难，因此，该模型实际应用时，一般仍采用该组分的单组分兰格缪尔吸附常数代替混合气中该组分的吸附平衡常数，这样的简化处理必定增加了混合气平衡吸附量计算的不准确性。针对这一技术问题，本实施例提供一种改进的兰格缪尔模型，这种改进的兰格缪尔模型能够准确测定多组分吸附过程吸附量。
[0107] 下面给出本实施例提供的吸附平衡方程的建立过程：
[0108] a、通过实验手段或检索资料，分别求得待测定混合气体中各气体组分在同一吸附剂S上的单组分兰格缪尔模型，获得各气体组分的单组分兰格缪尔吸附常数Bi；其中，所述待测定混合气体共包含n种气体组分，1≤i≤n；
[0109] b、根据待测定混合气体的气体组成，将每两种组分的气体配制成二元气体混合物，共配制得到 组二元气体混合物；其中，在将每两种组分的气体配制成二元气体混合物时，二元气体混合物中两种组分气体的摩尔比可以为任意摩尔比，优选地，两种气体组分的摩尔比为1:1。
[0110] c、分别获取每组二元气体混合物中各气体组分在所述吸附剂上的兰格缪尔吸附常数Bij，其中，Bij表示包含组分i和组分j的二元气体混合物中组分i在所述吸附剂S上的兰格缪尔吸附常数；该步骤可以通过实验获取。
[0111] d、分别获取每组二元气体混合物中气体组分间的二元相互作用参数Kij，其中，Kij＝Bij/Bi，Kij表示包含组分i和组分j的二元气体混合物在所述吸附剂S上吸附时组分j对组分i吸附作用的影响程度；其中，若0＜Kij＜1，则表示气体组分j对气体组分i的吸附过程具有抑制作用；若Kij＝1，则表示气体组分j对气体组分i的吸附过程不发生影响或影响极小；当i＝j时，Kij＝1；若Kij＞1，则表示气体组分j对气体组分i的吸附过程具有促进作用。其中，Kij越接近1，表示组分影响越小，Kij偏离1越大，表明组分影响越强烈。
[0112] e、根据步骤d获取的二元气体混合物中气体组分间的二元相互作用参数Kij，获取待测定混合气体中所有气体组分对气体组分i的吸附作用参数Ki,mix；在本步骤中，具体通过如下方式获取待测定混合气体中所有气体组分对气体组分i的吸附作用参数Ki,mix：
[0113]
[0114] 其中，yj表示气体组分j对气体组分i的吸附作用影响调节因子，yj为气体组分j在待测定混合气体中所占的气体体积比例。
[0115] f、根据待测定混合气体中所有气体组分对气体组分i的吸附作用参数Ki,mix，建立待测定混合气体的气固吸附平衡方程：
[0116]
[0117] 其中，θi表示待测定混合气体中吸附剂上气体组分i的覆盖率，Pi表示待测定混合6
气体中气体组分i的分压，10Pa，Bi表示气体组分i在所述吸附剂上的兰格缪尔吸附常数，
106Pa-1；。
[0118] g、求解方程并得到各气体组分在吸附剂S上的吸附量。
[0119] 在本步骤的一种可选实施方式中，建立膜分离单元中各膜分离装置的数学模拟模型，包括：
[0120] 忽略膜两侧流体的流动阻力，假设原料侧气体组成呈线性变化，渗透侧为全混合形式，组分i气体渗透量的数学模型如下：
[0121]
[0122] 其中，Qi表示组分i渗透气量；Ji表示渗透系数；A表示膜面积；PF表示原料侧膜表面压力；xiF表示原料气中气体组分i的浓度；xiR表示渗余气中气体组分i的浓度；Pp表示渗透气压力；yiP表示渗透气中气体组分i的浓度。
[0123] 在本步骤的一种可选实施方式中，建立所述变压吸附装置和所述膜分离装置中各压缩机模块的数学模拟模型，包括：
[0124]
[0125] Ccomp＝c×Power
[0126] 其中，Power表示压缩机功率计算；C1表示气体等压比热；T表示气体进口温度；η表示压缩机效率系数；Pin、Pout表示压缩机进出口压力；r表示气体热容比；ρ表示进入压缩机的气体的气体密度；ρ0表示标准状态下的气体密度；F表示进入压缩机的气体流量；c表示单位电费；Ccomp表示压缩机电耗费用。
[0127] 步骤102：根据所述氢气回收系统中变压吸附单元、膜分离单元和压缩机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。
[0128] 在本步骤中，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包括：各个变压吸附装置的高度、内径、温度、压力、处理能力、吸附剂装填量、类别、孔容和比表面积；各个膜分离装置的设计温度、压力、选择性和处理能力；各个变压吸附装置中压缩机模块的处理负荷限制；各个膜分离装置中压缩机模块的处理负荷限制；
[0129] 所述氢气回收系统中变压吸附单元和膜分离单元的操作参数包括：各个变压吸附装置的操作温度、压力和吸附时间；各个膜分离装置的操作温度和压力；含氢流股的流量、组成和压力。
[0130] 在本步骤中，吸附平衡动力学参数包括：扩散系数，传质系数，pelect数和兰格缪尔吸附平衡常数。
[0131] 例如，假设氢气回收系统中变压吸附单元和膜分离单元的设计参数以及操作参数如下表1～表3所示。部分含氢流股如表4所示。
[0132] 表1变压吸附装置设计参数及操作参数
[0133] 1#PSA 2#PSA
吸附塔部分设计参数
直径，m 3.2 2.8
高，m 8.39 7.6
吸附剂装填
分子筛 40.5 29
活性炭 8 5.6
硅胶 1.8 1.2
活性氧化铝 0.7 0.6
吸附塔操作参数
吸附压力，MPa 2.1 2.1
原料温度，℃ 30～40 30～40
工艺流程 10-1-6 VPSA，6-2-3
单塔吸附时间，s 225 217
[0134] 表2膜分离装置设计参数及操作参数
[0135] 表3压缩机设计参数及操作参数
[0136]
[0137]
[0138] 表4部分含氢流股信息
[0139]
[0140] 步骤103：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。
[0141] 步骤104：判断步骤103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105；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102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103；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105。
[0142] 步骤105：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。
[0143] 步骤106：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。
[0144] 步骤107：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。
[0145] 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；
[0146] 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；
[0147] 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；
[0148] 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；
[0149] 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；
[0150] 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。
[0151] 步骤108：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107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。
[0152] 下面对于上述步骤105-108进行详细介绍。
[0153] (一)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，氢气回收系统的总回收效益等于各个氢气回收装置的回收效益之和，各子系统效益fi(Xi)分别在各个子系统中计算，氢气回收系统的总回收效益为：
[0154]
[0155] 所述整体优化模型的约束条件包括A和B：
[0156] A：氢气回收系统与子系统i等式一致性约束为：
[0157]
[0158] ……
[0159]
[0160] ……
[0161]
[0162] 其中， 表示子系统i实际回收处理含氢流股rj的流量，是子系统i传递给系统级的一个常量； 表示氢气回收系统中预定的子系统i回收处理含氢流股rj中的流量，是系统级变量，ε表示预设松弛因子。可以理解的是，这里的子系统i表示变压吸附单元或膜分离单元。N表示变压吸附单元或膜分离单元中包含的变压吸附装置或膜分离装置的数量。
[0163] B：流量约束
[0164] 氢气回收系统含氢流股中的纯氢量必定大于等于氢回收子系统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氢回收子系统获得的纯氢与排至瓦斯系统含氢流股中纯氢含量之和。
[0165]
[0166]
[0167] 其中， 表示含氢流股rj的流量； 表示含氢流股rj的氢纯度； 表示子系统i的产品氢流量； 表示子系统i的产品氢纯度； 表示排至瓦斯系统的含氢流股流量；表示排至瓦斯系统的含氢流股氢纯度。
[0168] 下面给出氢气回收效益的计算表达式：
[0169] fi＝fi-产品H2价值-fi-补充热值损失费用-fi-压缩机功耗费用
[0170]
[0171]
[0172]
[0173] 其中，fi-产品H2价值表示子系统i回收氢气的价值；fi-补充热值损失费用表示补充因回收氢而造成的燃料气热值损失的费用；fi-压缩机功耗费用表示与子系统i相关的压缩机功耗费用；ci表示子系统i产品氢价格； 表示子系统i产品氢流量； 表示子系统i产品氢流股的低热值；LCVNG表示单位体积天然气的低热值；cNG表示单位体积天然气价格；Power表示压缩机功率计算；C1表示气体等压比热；T表示气体进口温度；η表示压缩机效率系数；Pin、Pout表示压缩机进出口压力；r表示气体热容比；ρ表示气体密度；F表示进入压缩机的气体流量；c表示单位电费；Ccomp表示压缩机功耗费用。
[0174] (二)各个子系统优化模型的目标函数为：
[0175]
[0176] 其中， 表示子系统i实际回收处理含氢流股rj的流量，是子系统i传递给系统级的一个常量； 表示氢气回收系统中预定的子系统i回收处理含氢流股rj中的流量，是系统级变量。
[0177] 各个子系统优化模型的约束条件分别为：
[0178] ①变压吸附装置：
[0179] 变压吸附装置进出口需满足物料守恒、组分守恒；原料气压力需大于等于装置入口压力要求；装置加工负荷受加工能力约束；产品氢氢纯度大于等于某一设定值，优选的值为99.9％；变吸附装置原料一定时，应确保H2O不穿透硅胶床层，即t吸附＜tH2O，C2+重烃不穿透活性炭床层，即t吸附＜tC2+，CH4不穿透分子筛床层，避免吸附剂中毒即t吸附＜tCH4；装置加工负荷受加工能力约束。
[0180]
[0181]
[0182]
[0183]
[0184]
[0185]
[0186]
[0187]
[0188] 其中，FP表示变压吸附装置产品氢流量；F解吸气表示变压吸附装置解吸气流量；表示含氢流股rj中组分s的含量；yP，组分s表示变压吸附装置产品氢组分s含量；
y解吸气，组分s表示变压吸附装置解吸气组分s含量； 表示变压吸附装置产品氢纯度；
表示进料 时，变压吸附装置的吸附操作时间； 表示进料
时，原料中组分H2O从塔底进入最终穿透硅胶床层的穿透时间； 表示进
料 时，原料中组分 重烃从塔底进入最终穿透活性炭床层的穿透时间；
表示进料 时，原料中组分CH4从塔底进入最终穿透分子筛床层的穿透
时间； 表示含氢流股rj的压力；Pin，PSA表示变压吸附装置入口要求压力； 表示变压吸附装置处理量； 表示变压吸附装置加工能力下限； 表示变压吸附装置加
工能力上限。
[0189] ②膜分离装置：
[0190] 膜分离装置进出口需满足物料守恒、组分守恒；原料气压力需大于等于膜分离装置入口压力要求；装置加工负荷受加工能力约束；原料气中不能含有CO杂质。
[0191]
[0192]
[0193]
[0194]
[0195]
[0196] 其中， 表示含氢流股rj中气体组分s的含量；y渗透气，组分s表示渗透气中组分s的含量；y渗余气，组分s表示渗余气中气体组分s的含量； 表示含氢流股rj中气体组分CO的含量。
[0197] ③压缩机模块：
[0198] 含氢流股进出压缩机需满足流量平衡及组分平衡，表达式如下：
[0199] Fcomp，in＝Fcomp，out
[0200] Fcomp，in×y组分s，in＝Fcomp，out×y组分s，out
[0201] 其中，Fcomp，in表示压缩机入口流量；Fcomp，out表示压缩机出口流量；y组分s，in表示压缩机入口组分s含量；y组分s，out表示压缩机出口组分s含量。
[0202] (三)设置整体优化模型的第一迭代次数上限以及各子系统优化模型的第二迭代次数上限。其中，第一迭代次数上限为5～50；第二迭代次数上限为5～40。例如，设置整体优化模型的第一迭代次数上限为15次、预设松弛因子为0.0001。设置各子系统优化模型的第二迭代次数上限为10次。
[0203] 其中，在对各子系统优化模型求解时采用专用求解器进行优化求解，求解方法可以采用Kriging近似模型法、遗传算法、蚁群算法等。由于该求解方法为公知内容，故这里不再详述。在对整体优化模型进行优化求解时同样采用专用求解器进行求解，求解方法可以采用既约梯度法、梯度投影法等。由于该求解方法为公知内容，故这里不再详述。在各子系统优化模型求解结束后，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107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。
[0204] 其中，下表5为采用本发明所述的协同优化方法优化前后氢回收系统整体性能对比。从结果可看出，优化后系统多回收氢气2740Nm3/h，具有显著的经济效益。
[0205] 表5优化前后氢回收系统整体性能对比
[0206]
[0207] 由上述技术方案可知，本发明实施例提供的氢气回收系统协同优化方法，不像现有技术那样单单侧重于变压吸附装置或膜分离装置自身的优化，而是充分研究各个氢气回收装置间的组合协同优化、原料协同优化，从整个氢气回收系统角度优化氢气的高效、经济回收；本发明从系统角度出发考虑整个企业范围内氢气回收装置间的协同优化，充分发挥了各氢气回收装置的有效合力；与现有技术相比，本发明可以有效提高氢气回收系统的操作水平，最大化氢气回收，提高企业经济效益。
[0208] 本发明另一实施例还提供了一种氢气回收系统协同优化系统，参见图2，该系统包括：第一建模单元21、第一初始值设定单元22、第一求解单元23、第一判断单元24、第二建模单元25、第二初始值设定单元26、第二求解单元27、第二判断单元28，其中：
[0209] 第一建模单元21，用于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；
[0210] 第一初始值设定单元22，用于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；
[0211] 第一求解单元23，用于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；
[0212] 第一判断单元24，用于判断所述第一求解单元的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，则执行第二建模单元；若未满足预设计算要求且迭代次数未达到预设限制次数，则修正所述第一初始值设定单元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，并返回所述第一求解单元；若未满足预设计算要求且迭代次数已达到预设限制次数，则执行第二建模单元；
[0213] 第二建模单元25，用于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；
[0214] 第二初始值设定单元26，用于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；
[0215] 第二求解单元27，用于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；
[0216] 其中，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；
[0217] 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；
[0218] 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；
[0219] 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；
[0220] 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；
[0221] 第二判断单元28，用于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，则返回第二求解单元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。
[0222] 在一种可选实施方式中，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包括：各个变压吸附装置的高度、内径、温度、压力、处理能力、吸附剂装填量、类别、孔容和比表面积；各个膜分离装置的设计温度、压力、选择性和处理能力；各个变压吸附装置中压缩机模块的处理负荷限制；各个膜分离装置中压缩机模块的处理负荷限制；
[0223] 所述氢气回收系统中变压吸附单元和膜分离单元的操作参数包括：各个变压吸附装置的操作温度、压力和吸附时间；各个膜分离装置的操作温度和压力；含氢流股的流量、组成和压力。
[0224] 在一种可选实施方式中，所述第一建模单元21在建立氢气回收系统的数学模拟模型时具体用于：
[0225] 分别建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型、膜分离单元中各膜分离装置的数学模拟模型、各个变压吸附装置中压缩机模块的数学模拟模型以及各个膜分离装置中压缩机模块的数学模拟模型。
[0226] 在一种可选实施方式中，所述第一建模单元21在建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型时，具体用于：
[0227] 采用吸附平衡方程、传质速率方程和总传质平衡方程，建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型；
[0228] 其中，所述吸附平衡方程为：
[0229]
[0230] 其中，θi表示待测定混合气体中吸附剂上气体组分i的覆盖率；qi表示待测定混合气体中气体组分i在吸附剂上的平衡吸附量；qmax,i表示待测定混合气体中气体组分i在吸附剂上的最大吸附量；Bi表示气体组分i在所述吸附剂上的兰格缪尔吸附常数；Bj表示气体组分j在所述吸附剂上的兰格缪尔吸附常数；Pi表示待测定混合气体中气体组分i的分压；Pj表示待测定混合气体中气体组分j的分压。
[0231] 在一种可选实施方式中，所述第一建模单元21在建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型时，具体用于：
[0232] 采用吸附平衡方程、传质速率方程和总传质平衡方程，建立变压吸附单元中各变压吸附装置的数学模拟模型；
[0233] 其中，所述吸附平衡方程为：
[0234]
[0235]
[0236]
[0237] 其中，θi表示待吸附的混合气体中，某层吸附剂上气体组分i的覆盖率；Pi表示待吸附的混合气体中，气体组分i的分压；Bi表示气体组分i在该层吸附剂上的兰格缪尔吸附常数；Bij表示包含组分i和组分j的二元气体混合物中组分i在该层吸附剂上的兰格缪尔吸附常数；Kij表示包含组分i和组分j的二元气体混合物在该层吸附剂上吸附时组分j对组分i吸附作用的影响程度；Ki,mix表示待吸附的混合气体中所有气体组分对气体组分i的吸附作用影响参数。
[0238] 本发明实施例所述的氢气回收系统协同优化系统可以用于执行上述实施例所述的氢气回收系统协同优化方法，其原理和技术效果类似，此处不再详述。
[0239] 在本发明的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0240] 以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
