耦合反应参数优化的氢网络集成机理和方法研究

For a Mass Exchange Network (MEN), the sink and source are connected by the reactor. Modifying the reactor parameters will affect the sink and source and hence affect the integration of the MEN. On the contrary, the integration of the MEN also affects the optimization of the reactor operating parameters. The optimal reactor parameters and the minimum utility consumption can be obtained through the coupling integration of the MEN with the optimization of the reactor operating parameters. There are different kind of MENs. Among them, hydrogen network is one of the most complex MENs, almost all its sink and source streams are affected by the reactor's performance. In this project, the Refinery Hydrogen Network (RHN), will be studied with the optimization of the reactor operating parameters coupled. Based on the relationship between the reactor conversion and its parameters, the systematic relationship between the flow rate and composition of sink/source and the hydrogen to oil ratio, temperature, pressor, impurity concentration, hydrogen concentration, etc., will be studied. Then, the relationship between the integration of the RHN and the reactor parameters can be revealed through the rigorous mathematical derivation and the graphic analysis. Hence, the quantitative diagram between the utility consumption and the reactor parameters can be constructed and applied to show their quantitative and qualitative relationship. Thereafter, the mutual effect relationship between the reactor operating parameters and RHN can be analyzed, the characteristics of the optimal reactor operating parameters and its identification method can be proposed. Based on this, the systematic optimization method considering the RHN and all the reactor operating parameters, which affect the sink and source streams, can be developed. This method will be extended to the other MENs, and the general method for integrating the MEN coupled with the optimization of the reactor operating parameters can be proposed.

反应直接关联着质量交换网络的源和阱，耦合反应参数优化进行质量交换网络的集成方能得到最优反应参数和最小公用工程消耗。本项目将对耦合反应参数优化的最复杂质量交换网络-炼厂氢网络进行系统的研究。 基于反应转化率与各反应操作参数之间的关系，分析反应器氢油比、操作温度、压力、杂质浓度、氢浓度等反应参数对氢源氢阱组成和流量的影响规律。在此基础上，根据严格的代数推理和图像法剖析反应参数与氢网络集成的定性和定量关系，建立反应参数影响特性图、以定量和定性的表征反应参数对氢网络剩余氢的影响。据此，分析和揭示各反应参数与氢网络的互动变化规律，从机理上探究反应与氢网络集成之间的互相影响；探讨最佳反应操作参数的特点和辨识方法，建立耦合多变量反应参数同步优化和氢网络集成的系统方法，并推广至其他质量交换网络，建立通用的耦合反应参数优化的质量交换网络集成方法。

反应直接关联着质量交换网络的源和阱，耦合反应参数优化进行质量交换网络的集成方能得到最优反应参数和最小公用工程消耗。本项目对耦合反应参数优化的最复杂质量交换网络-炼厂氢网络进行了系统的研究。. 基于剩余氢率法和概念法，对包含耦合氢源氢阱的氢网络集成优化问题进行了分析。研究当氢阱连接线分别位于耦合源阱之上、耦合源阱之间以及耦合源阱之下时公用工程迁量与耦合流股参数（比如氢阱流量浓度，氢源流量浓度）的关系，推导演绎了通用的关系式。提出构建公用工程迁量-耦合源阱相关参数关系图同步确定氢网络公用工程消耗目标和最佳耦合源阱参数的氢网络优化集成方法，可同时考虑耦合氢阱参数与原料油参数对氢网络的集成，确定夹点位置、最小公用工程用量、最优操作参数，分析和揭示各反应参数与氢网络的互动变化规律，从机理上探究反应与氢网络集成之间的互相影响。. 除反应器进料参数，项目研究了反应器操作参数（停留时间）对氢网络的影响。基于宏观动力学确定了停留时间与公用工程迁量的关系，导出不同位置氢阱连接线对应的公用工程迁量-停留时间关系。建立的公用工程迁量-停留时间关系图可确定最优停留时间。同时考虑耦合源阱提纯回用，根据耦合源阱与提纯流股的相对位置，以及氢阱连接线相对于耦合源阱和提纯流股股的相对位置，分别推导对应的关系式，提出了分析提纯参数与耦合源阱参数互动关系图像方法。据此可在炼厂公用工程消耗量一定时，基于集成确定提纯或耦合源阱参数的调整。项目将所提出的氢网络优化集成方法推广至水网络，建立了建立通用的质量交换网络集成方法。. 根据项目提出的方法，对某石化企业的氢网络进行了研究，分析了耦合氢阱参数、原料油参数、以及提纯参数对氢网络的影响，验证了本文提出的方法的可行性以及可靠性。