存储器、氢气系统的氢气资源优化方法、装置和设备与流程

1.本发明涉及炼油加工领域，特别涉及存储器、氢气系统的氢气资源优化、装置和设备。


背景技术：

2.近年来，炼厂对氢气的需求量越来越大，氢气已成为企业原料成本中仅次于原油成本的第二大成本要素。氢气系统的氢气资源优化利用技术是企业实现降本增效的重要手段，已受到企业愈来愈多的重视。
3.炼厂氢气系统构成复杂，含氢物流在“供氢装置-耗氢装置-氢回收装置”间输送，涉及到氢气物流的提纯、增压、废氢回收等过程，系统能量消耗大。而当前的氢气系统的氢气资源优化研究主要通过夹点分析法及数学规划法，以氢气利用效率、氢气轻烃效益最高等为优化目标进行氢气系统优化。
4.发明人经过研究发现，现有技术中的氢气系统的优化方式中，缺乏对氢气系统的能量优化利用的研究，因而现有研究获得的优化方案存在过度优化等不足。
5.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提高氢气系统的氢气资源的优化效果。
7.本发明提供了一种氢气系统的氢气资源优化，包括步骤：
8.s11、将氢气系统逻辑划分为供氢单元、用氢单元和氢回收单元，并根据各单元的设计参数及操作参数建立对应的供氢单元模型、用氢单元模型和氢回收单元模型；
9.s12、根据各单元模型间的实际物料关系建立连接，建立所述氢气系统的物质数学模型、根据含氢物流在所述氢气系统中的实际流向，建立所述氢气系统的能量数学模型，以及，建立所述用氢单元的直供料数学计算模型；
10.s13、根据所述直供料数学计算模型判断所述氢回收单元的进料物流是否可作为所述用氢单元的进料，如果是，将所述进料物流作为所述用氢单元的供氢物流；如果否，将所述进料物流作为所述氢回收单元模型的回收氢物流；
11.s14、对所述物质数学模型和所述能量数学模型进行模拟求解，获得模拟运算结果作为所述氢气系统的系统初值；所述系统初值包括各单元流稳态工况下氢气物流的流量、压力、温度和组成；
12.s15、构建用于测算用氢单元的耗氢量的氢耗预测模型；
13.s16、根据所述氢耗预测模型的耗氢测算结果、所述物质数学模型和所述能量数学模型，以氢气系统能耗最小为目标确定各优化变量的取值；所述优化变量包括各单元的氢气纯度和各单元的供氢压力或补充新氢压力。
14.在本发明中，所述根据所述氢耗预测模型的耗氢测算结果、所述物质数学模型和
所述能量数学模型，以氢气系统能耗最小为目标确定各优化变量的取值，包括：
15.以氢气系统能耗最小为目标，确定氢气系统的目标函数和约束条件；
16.基于所述氢耗预测模型获得的测算结果，根据所述目标函数，在所述优化变量的取值范围内，采用优化算法进行求解，获得供氢单元和氢回收单元的供氢参数和氢气系统最小运行能耗。
17.在本发明中，所述氢气系统的目标函数，包括：
18.minf＝∑w
gi
×
(p
giout-p
giin
)
×fgi
∑e
gifgi
∑wi×
(p
iout-p
iin
)
×fi
∑w
hi
×
(p
hiout-p
hiin
)
×fhi
∑e
hifhi
19.其中，w
gi
为第i套供氢单元每立方米氢气供氢压力增加1mpa压缩机需耗的电功，kw/(mpa
·
nm3)；p
giout
为第i套供氢单元的供氢压力，mpa；p
giin
为第i套供氢单元的供氢压缩机入口压力，mpa；f
gi
为第i套供氢单元的氢气流量，nm3；e
gi
为第i套供氢单元每立方米含氢气体不同氢气纯度对应的供氢单元能耗，是氢气纯度的函数，kw/nm3；wi为第i套用氢单元每立方米补充新氢压力增加1mpa压缩机需耗的电功，kw/(mpa
·
nm3)；p
iout
为第i套用氢单元的补充新氢压力(新氢压缩机出口压力)，mpa；p
iin
为第i套用氢单元的新氢压缩机入口压力，mpa；fi为第i套用氢单元的补充新氢流量，nm3；w
hi
为第i套氢回收单元每立方米氢气压力增加1mpa压缩机需耗的电功，kw/(mpa
·
nm3)；p
hiout
为第i套氢回收单元的供氢压力，mpa；p
hiin
为第i套氢回收单元压缩机入口压力，mpa；f
hi
为第i套氢回收单元的氢气流量，nm3；e
hi
为第i套氢回收单元每立方米含氢气体不同氢气纯度对应的氢回收单元能耗，是氢气纯度的函数，kw/nm3。
20.所述约束条件，包括：
21.h
gi
≥minh
gi
22.hi≥minhi23.h
hi
≥minh
hi
24.0≤p
giout
≤maxp
giout
25.p
iout
≥minp
iout
26.0≤p
hiout
≤maxp
hiout
27.其中，hi为第i套用氢单元氢气纯度，％；h
gi
为第i套供氢单元氢气纯度，％；h
hi
为第i套氢回收单元氢气纯度，％；p
giout
为第i套供氢单元的供氢压力，mpa；p
iout
为第i套用氢单元的补充新氢压力，mpa；p
hiout
为第i套氢回收单元的供氢压力，mpa。
28.在本发明中，所述氢耗预测模型的构建方法包括：
29.s21、分别在不同工况下对用氢单元进行数据采集分析，每次的数据采集分析的内容包括：获取用氢单元的原料和产品的化验分析数据；计算得到加氢裂化反应转化率；计算得到所述用氢单元的参考耗氢量；
30.s22、分别将对所述用氢单元进行数据采集分析所获得的多次的原料油及生成油的硫含量、氮含量、氧含量、反应转化率和参考耗氢量，带入预设的数学关联式内，求解所述数学关联式的预设系数；所述数学关联式包括：
31.h＝a*(s
in-s
out
)/m
oil，feed
b*(n
in-n
out
)/m
oil，feed
c*(o
in-o
out
)/m
oil，feed
d*k e*m
oil，feed
32.其中，h为参考耗氢量，nm3/t；m
oil，feed
为原料油流量；s
in
为反应器入口原料油硫含
量；s
out
为反应器出口反应流出物硫含量；n
in
为反应器入口原料油氮含量；n
out
为反应器出口反应流出物氮含量；o
in
为反应器入口原料油氧含量；o
out
为反应器出口反应流出物氧含量；k为加氢单元裂化反应的转化率；所述预设系数包括：a为加氢脱硫氢耗系数；b为加氢脱氮氢耗系数；c为加氢脱氧氢耗系数；d为加氢单元裂化反应的氢耗系数；e为与加氢单元加氢装置运行过程耗氢有关的常量；
33.s23、根据所述预设系数的求解结果，构建适于所述用氢单元的氢耗预测模型，所述氢耗预测模型包括带入了所述预设系数的求解结果的所述数学关联式。
34.在本发明中，所述化验分析数据至少包括馏程、组分和密度；所述组分至少包括硫含量、氮含量和氧含量。
35.在本发明中，用于计算得到所述用氢单元加氢裂化的反应转化率的公式包括：
36.反应转化率＝100％*(原料油中＞350℃馏分-生成油中＞350℃馏分)/原料油中》350℃馏分。
37.在本发明中，所述用氢单元包括：
38.炼油加氢精制、加氢处理装置和用氢单元中的一种及其任意组合。
39.在本发明的另一面，还提供了一种氢气系统的氢气资源优化装置，包括：
40.单元模型建立单元，用于将氢气系统逻辑划分为供氢单元、用氢单元和氢回收单元，并根据各单元的设计参数及操作参数建立对应的供氢单元模型、用氢单元模型和氢回收单元模型；
41.数学模型建立单元，用于根据各单元模型间的实际物料关系建立连接，建立所述氢气系统的物质数学模型、根据含氢物流在所述氢气系统中的实际流向，建立所述氢气系统的能量数学模型，以及，建立所述用氢单元的直供料数学计算模型；
42.物流确定单元，用于根据所述直供料数学计算模型判断所述氢回收单元的进料物流是否可作为所述用氢单元的进料，如果是，将所述进料物流作为所述用氢单元的供氢物流；如果否，将所述进料物流作为所述氢回收单元模型的回收氢物流；
43.系统初值计算单元，用于根对所述物质数学模型和所述能量数学模型进行模拟求解，获得模拟运算结果作为所述氢气系统的系统初值；所述系统初值包括各单元流稳态工况下氢气物流的流量、压力、温度和组成；
44.耗氢预测单元，包括氢耗预测模型，用于测算用氢单元的耗氢量；
45.优化变量求解单元，用于根据所述氢耗预测模型的耗氢测算结果、所述物质数学模型和所述能量数学模型，以氢气系统能耗最小为目标确定各优化变量的取值；所述优化变量包括各单元的氢气纯度和各单元的供氢压力或补充新氢压力。
46.在本发明的另一面，还提供了一种存储器，包括软件程序，所述软件程序适于由处理器执行上述氢气系统的氢气资源优化的步骤。
47.本发明实施例的另一面，还提供了一种氢气系统的氢气资源优化设备，所述氢气系统的氢气资源优化设备包括存储在存储器上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行以上各个方面所述的方法，并实现相同的技术效果。
48.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
49.本发明中氢气系统的氢气资源优化方案，首先提出了基于原料性质、反应转化率
的用氢单元氢耗计算与预测方法，无需通过建立反应动力学模型或同源矩阵模型耗费大量时间和精力计算就能获得较好的预测效果，计算简便、可靠；接着再从氢气系统能耗最小化角度出发，建立了相关目标函数及数学模型，从而实现优化供氢单元产氢，以实现氢气系统的氢气消耗量与能耗的并行优化。
50.上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
51.图1是本发明中所述氢气系统的氢气资源优化的步骤图；
52.图2本发明中所述氢气系统的氢气资源优化装置结构示意图；
53.图3本发明中所述氢气系统的氢气资源优化设备结构示意图。
具体实施方式
54.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
55.除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
56.在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
57.实施例一
58.为了提高氢气系统的氢气资源的优化效果，如图1所示，在本发明实施例中提供了一种氢气系统的氢气资源优化方法，包括步骤：
59.s11、将氢气系统逻辑划分为供氢单元、用氢单元和氢回收单元，并根据各单元的设计参数及操作参数建立对应的供氢单元模型、用氢单元模型和氢回收单元模型；
60.为了明确氢气资源的消耗流向和消耗量，本发明实施例将氢气系统逻辑划分为供氢单元、用氢单元和氢回收单元这三个部分；然后，再根据供氢单元、用氢单元和氢回收单元这三个单元的设计参数及操作参数，建立对应的供氢单元模型、用氢单元模型和氢回收单元模型。
61.在实际应用中，本发明实施例中的供氢单元主要可以涉及水蒸汽重整制氢、煤制氢、重整副产氢、乙烯装置副产氢、离子膜电解水副产氢等，可以是其中的一类装置或几类装置；此外，供氢单元还可包括焦化装置、催化裂化装置；所述用氢单元可以包括加氢精制装置、用氢单元中的一种或几种装置；所述氢回收单元包括变压吸附装置、膜分离装置中的一种或几种装置。
62.本发明实施例中的操作参数可以包括所涉及装置的操作条件、物料平衡，以及，流股的流量、压力、组成和温度等。
63.本发明实施例中的供氢单元模型可以为简易供氢模型，包括煤制氢、重整副产氢
模型、水蒸气重整制氢装置模型及其他供氢单元模型等；简易供氢模型可以是仅考虑装置的供氢流量、供氢组成的模型，不涉及产氢工艺过程的模拟，从而实现模型的简化。
64.本发明实施例中的用氢单元模型可以包括加氢精制模型、加氢处理模型和加氢裂化模型等；
65.氢回收单元模型可以包括变压吸附装置模型和膜分离装置模型等。氢回收单元可以采用输入组分、回收率的方法进行简化处理，回收率可通过实际氢气回收装置运行数据进行拟合求得，也可通过常规流程模拟软件进行建模计算求得，如aspen plus、proii等，还可以人为根据经验设定；氢回收单元模型的主要用途为用于模拟计算氢气回收量、能耗成本。
66.s12、根据各单元模型间的实际物料关系建立连接，建立所述氢气系统的物质数学模型、根据含氢物流在所述氢气系统中的实际流向建立所述氢气系统的能量数学模型，以及，建立所述用氢单元的直供料数学计算模型；
67.一方面，根据供氢单元、用氢单元和氢回收单元实际的物料关系，在供氢单元模型、用氢单元模型和氢回收单元模型这三个单元模型间建立对应的连接关系；然后，根据供氢单元模型、用氢单元模型和氢回收单元模型这三个单元模型间连接关系建立整个氢气系统的物质数学模型；
68.另一方面，还要根据含氢物流在氢气系统中的实际流向建立氢气系统的能量数学模型；能量数学模型可以包括供氢单元和氢回收单元能量消耗输入，以及用氢单元运行过程中的压缩机耗功。
69.此外，还要建立用氢单元的直供料数学计算模型。
70.s13、根据所述直供料数学计算模型判断所述氢回收单元的进料物流是否可作为所述用氢单元的进料，如果是，将所述进料物流作为所述用氢单元的供氢物流；如果否，将所述进料物流作为所述氢回收单元模型的回收氢物流；
71.在氢气系统中，用氢单元的进料不但来自供氢单元，在条件允许的情况下，还可以来自氢回收单元；因此，通过判断氢回收单元的进料物流是否可作为用氢单元的进料，可以确定用氢单元实际的进料物流的流股构成和相应的物流参数。
72.s14、对所述物质数学模型和所述能量数学模型进行模拟求解，获得模拟运算结果作为所述氢气系统的系统初值；所述系统初值包括各单元流稳态工况下氢气物流的流量、压力、温度和组成。
73.系统初值是指搭建氢气物质数学模型和能量数学模型后，通过输入氢气压力、流量、温度、组成相关参数，获得整个氢气系统各个节点的值作为氢气系统的初值，其中用氢单元输入的参数是根据现场经验采用仪表数据输入的。
74.结合物质数学模型和能量数学模型，可以确定供氢单元和氢回收单元的能量消耗输入，以及用氢单元运行过程中的压缩机耗功。
75.建立用氢单元氢耗预测模型后，可以通过硫、氮、氧、转化率计算得到用氢单元的输入参数，并以此修正上述的用氢单元输入参数，得到的氢气系统计算值为模型优化的基础数据，根据基础数据和目标函数优化得到最终的基于最小氢气能耗的运行参数。
76.s15、构建用于测算用氢单元的耗氢量的氢耗预测模型；
77.在本发明实施例中，需要通过氢耗预测模型对用氢单元的耗氢进行预测性计算，
来获得耗氢量的测算结果。
78.优选的，为了使测算结果能够更加的准确，本发明实施例中氢耗预测模型构建方法可以包括以下步骤：
79.s21、分别在不同工况下对用氢单元进行数据采集分析，每次的数据采集分析的内容包括：获取用氢单元的原料和产品的化验分析数据；计算得到加氢裂化反应转化率；计算得到所述用氢单元的参考耗氢量；
80.具体的可以是，对原料及产品进行采样，利用质谱、色谱和核磁分析方法得到原料及产品的馏程、组成、密度等化验分析数据；
81.在一个具体的实例中，获得的数据可以如表1和表2所示：
82.表1：原料油及产品性质
83.项目原料油轻石脑油重石脑油航煤柴油尾油密度kg/m3906.1629.7749.3805.3818.1827.6初馏点℃203.523.085.0152.0217.0198.010％℃340.028.099.0173.0248.0296.030％℃374.533.0104.0189.3139274.0343.050％℃404.539.0118.0203.0289.0371.070％℃435.047.0132.0218.0315300.0394.090％℃467.558.0149.0240315.0441.0干点℃503.068.0171.0262.0331.0469.0s ppm23230100.52101010n ppm5070.30.580.30.310.62
84.表2：气体组分
85.项目单位新氢循环氢低分气干气液化气氢气％96.0784.5968.5927.660甲烷％1.669.7712.1440.310乙烷％1.232.675.3920.140丙烷％0.771.413.353.8335.79正丁烷％0.080.841.890.4641.06异丁烷％0.170.380.890.0422.57碳五以上％00.30.810.040.58
86.本发明实施例中，所述参考耗氢量为单位质量原料油所消耗的新氢流量，是新氢流量除以原料油流量得到的商，新氢流量和原料油流量取自工艺参数，参考耗氢量也可以说成是单位耗氢量；
87.在一个具体的实例中，物料平衡核算的数据可以如表3所示：
88.表3：物料平衡
[0089][0090][0091]
此外，本发明实施例中用于计算得到用氢单元加氢裂化的反应转化率的公式包括：反应转化率＝100％*(原料油中＞350℃馏分-生成油中＞350℃馏分)/原料油中＞350℃馏分，从而可以通过计算得到加氢裂化反应转化率。
[0092]
s22、分别将对所述用氢单元进行数据采集分析所获得的多次的原料油及生成油的硫含量、氮含量、氧含量、反应转化率和参考耗氢量，带入预设的数学关联式内，求解所述数学关联式的预设系数；所述数学关联式包括：
[0093]
h＝a*(s
in-s
out
)/m
oil，feed
b*(n
in-n
out
)/m
oil，feed
c*(o
in-o
out
)/m
oil，feed
d*k e*m
oil，feed
[0094]
其中，h为参考耗氢量(即单位质量原料油新氢流量)，nm3/t；m
oil，feed
为原料油流量；s
in
为反应器入口原料油硫含量；s
out
为反应器出口反应流出物硫含量；n
in
为反应器入口原料油氮含量；n
out
为反应器出口反应流出物氮含量；o
in
为反应器入口原料油氧含量；o
out
为反应器出口反应流出物氧含量；k为加氢裂化反应转化率；所述预设系数包括：a为加氢脱硫氢耗系数；b为加氢脱氮氢耗系数；c为加氢脱氧氢耗系数；d为加氢裂化氢耗系数；e为与加氢单元加氢装置运行过程耗氢有关的常量；
[0095]
在本发明实施例中，进行数据采集分析并进行反应转化率和参考耗氢量的计算是多次的，即，需要针对不同的工况，分别进行对应的数据采集分析获得多个样本，以进行反应转化率和参考耗氢量的计算。
[0096]
在本发明实施例中，设定了一个数学关联式来表达硫含量、氮含量、氧含量这些特定组分在反应器入口的原料油与反应器出口反应流出物的数据与反应转化率和耗氢量之间的关系。
[0097]
分别将每次数据采集分析的数据结果(包括：反应器入口原料油硫含量，反应器出口反应流出物硫含量，反应器入口原料油氮含量，反应器出口反应流出物氮含量，反应器入口原料油氧含量，和，反应器出口反应流出物氧含量)，以及对应的反应转化率和参考耗氢量的计算结果，带入上述数学关联式中后，可以求解获得加氢脱硫耗氢系数a，加氢脱氮耗氢系数b，加氢脱氧耗氢系数c，加氢裂化耗氢系数d，以及，加氢反应过程损失耗氢量相关常量e。
[0098]
在本发明实施例中，根据多种不同杂质含量额原料油及产品油获得相应的多组硫、氮、氧含量、转化率和装置氢耗(装置补充的新氢流量)结果，根据以上获得结果分析杂
质硫、氮、氧含量及反应转化率与装置氢耗的变化规律，通过数据拟合、参数回归等数学方法构建装置氢耗与硫、氮、氧含量及反应转化率的上述数学关联式；所述数学关联式的具体获得方法如下
[0099]
s121、获取如表1和表2所示出的数据样本，数据样本的数量可以为10～500，优选50～150。
[0100]
s122、确定数据样本中每份样本的原料油硫含量和装置氢耗；所述原料油硫含量由化验分析数据和物料平衡获得，所述装置氢耗通过装置实际工艺运行参数获得。
[0101]
s123、对所述多个样本的特定组分的含量进行升序排列，确定与每个特定组分的含量相对应的耗氢量，根据耗氢量与该特定组分的含量对应的曲线图，根据线性拟合、幂函数拟合、多项式拟合(多项式拟合的最高次数可以在1～6次中进行选择，优选可以为4次)等曲线拟合形式，选择与曲线图形最为接近的拟合公式形式，分别建立耗氢量与各特定组分的含量的关联公式。
[0102]
其中，装置(即用氢单元)的参考耗氢量与原料油的硫含量的关联公式(公式1)可以为：
[0103]
h＝a*(s
in-s
out
)/m
oil，feed
e1；
[0104]
装置的参考耗氢量与所述原料油的氮含量的关联公式(公式2)可以为：
[0105]
h＝b*(n
in-n
out
)/m
oil，feed
e2；
[0106]
装置的参考耗氢量与所述原料油的氧含量的关联公式(公式3)可以为：
[0107]
h＝c*(o
in-o
out
)/m
oil，feed
e3。
[0108]
s124、分别建立关联公式(公式1)、关联公式(公式2)，和，关联公式(公式3)后，分别确定数据样本中每份样本的反应转化率和耗氢量。
[0109]
s125、将步骤s122和步骤s123中的特定组分换成反应转化率，按照步骤s122和步骤s123中的方式，建立装置的参考耗氢量与反应转化率的关联公式(公式4)：h＝d*k e4；
[0110]
上述(公式1)(公式2)(公式3)和(公式4)中，h为单位质量原料油参考耗氢量；m
oil，feed
为原料油流量；s
in
为反应器入口原料油硫含量；s
out
为反应器出口反应流出物硫含量；n
in
为反应器入口原料油氮含量；n
out
为反应器出口反应流出物氮含量；o
in
为反应器入口原料油氧含量；o
out
为反应器出口反应流出物氧含量；k为加氢单元裂化反应的转化率；所述预设系数包括：a为加氢脱硫氢耗系数；b为加氢脱氮氢耗系数；c为加氢脱氧氢耗系数；d为加氢单元裂化反应的氢耗系数；e1、e2、e3和e4均为加氢单元加氢装置运行过程耗氢有关的常量(其中，e1、e2、e3和e4之和为e)。
[0111]
s126、通过参考耗氢量与原料油的硫含量的关联公式、参考耗氢量与所述原料油的氮含量的关联公式、参考耗氢量与所述原料油的氧含量的关联公式，和，参考耗氢量与反应转化率的关联公式的加和，生成下面的数学关联式。其中，参考耗氢量为因变量，原料油的硫含量、原料油的氮含量、原料油的氧含量、反应转化率为对应于因变量的4个自变量。
[0112]
数学关联式：
[0113]
h＝a*(s
in-s
out
)/m
oil，feed
b*(n
in-n
out
)/m
oil，feed
c*(o
in-o
out
)/m
oil，feed
d*k e*m
oil，feed
[0114]
进一步的，还可以通过以下步骤来进一步的修正步骤s126中的数学关联式。
[0115]
s127、以数据样本中的样本为参数，根据初步数学关联式生成参考耗氢量的估算
值；并以根据化验分析数据和基于物料平衡计算获得的参考耗氢量为基准值，确定每份样本的相对误差，具体可以是：
[0116]
相对误差＝abs(基准值-估算值)/基准值；其中，abs(基准值-估算值)为基准值与估算值二者之差的绝对值。
[0117]
s128、根据步骤s127中计算得到的相对误差，剔除对应于相对误差超过5％的样本值，实现数据样本的更新。
[0118]
s129、依据更新后的数据样本重复步骤s122至步骤s128，直至参考耗氢量样本值的相对误差均在5％以内，获得最终的数学关联式。
[0119]
s23、根据所述预设系数的求解结果，构建适于所述用氢单元的氢耗预测模型，所述氢耗预测模型包括带入了所述预设系数的求解结果的所述数学关联式。
[0120]
根据上述数学关联式求解获得的预设系数(包括加氢脱硫耗氢系数a，加氢脱氮耗氢系数b，加氢脱氧耗氢系数c，用氢单元耗氢系数d，以及，用氢单元耗氢相关常量e)，只适用于上述进行数据采集分析的用氢单元；也就是说，本发明实施例中的加氢脱硫耗氢系数a，加氢脱氮耗氢系数b，加氢脱氧耗氢系数c，用氢单元耗氢系数d，以及，用氢单元耗氢相关常量e，不具有普适性，是通过对特定的用氢单元(如某一加氢装置)进行数据采集分析和计算获得的，也只适用于该用氢单元。
[0121]
通过将预设系数带入上述数学关联式后，即可生成适于用氢单元的氢耗预测模型，该氢耗预测模型用于测算用氢单元当前的耗氢量；具体来说，首先，将预设系数带入上述数学关联式后，数学关联式中的其他参数，如原料油及生成油的硫、氮、氧含量和反应转化率数据均可通过进行数据采集分析后获得，这样，就可以通过氢耗预测模型来测算出用氢单元在当前工况下的耗氢量了。
[0122]
在本步骤中，构建了用于表达硫含量、氮含量、氧含量这些特定组分与反应转化率和耗氢量之间的关系的数学关联式，然后再通过对特定用氢单元的进行数据采集分析和反应转化率和耗氢量的计算，来求解数学关联式中预设系数，从而可以生成可以适用于该特定用氢单元的氢耗预测模型；在本发明实施例中的氢耗预测模型是根据特定用氢单元的原料油及各产物的多次的数据采集并进行分析和计算而生成的，因此能够根据测得的特定组分准确的测算出该特定用氢单元的耗氢量。
[0123]
由上可知，相对于现有技术中通过对加氢脱氮反应、加氢脱硫反应、烯烃加氢反应、芳烃饱和反应、环烷烃裂化反应、链烷烃裂化等各类耗氢量进行加和运算得到耗氢量的方式，本发明实施例在实时的测定某一用氢单元的耗氢量时，无需通过经验预估加氢过程不同类别反应发生数量和各类耗氢量数值，因此能够有效的提高耗氢量结果值的准确性。
[0124]
s16、根据所述氢耗预测模型的耗氢测算结果、所述物质数学模型和所述能量数学模型，以氢气系统能耗最小为目标确定各优化变量的取值；所述优化变量包括各单元的氢气纯度和各单元的供氢压力或补充新氢压力；
[0125]
本发明实施例中的优化变量是指，能够通过调整其具体的参数值达到优化氢气系统能耗的参数项，其中比较重要的参数项包括供氢单元氢气纯度、用氢单元氢气纯度、氢回收单元氢气纯度、供氢单元供氢压力、用氢单元补充新氢压力和氢回收单元供氢压力等。
[0126]
本发明实施例获得耗氢测算结果的目的是为了找到各优化变量的最优解，以实现氢气系统能耗最小的目的，为此，本步骤的具体实现方法可以进一步包括：
[0127]
s131、以氢气系统能耗最小为目标，确定氢气系统的目标函数和约束条件；
[0128]
在本发明实施例中，通过结合物质数学模型和能量数学模型，可以确定供氢单元和氢回收单元的能量消耗输入，以及用氢单元运行过程中的压缩机耗功，进而能够获得氢气系统的运行能耗数据。
[0129]
s132、基于氢耗预测模型获得的测算结果，根据所述目标函数，在所述优化变量的取值范围内，采用优化算法进行求解，获得供氢单元和氢回收单元的供氢参数和氢气系统最小运行能耗。
[0130]
在本发明中，所述氢气系统的目标函数，包括：
[0131]
minf＝∑w
gi
×
(p
giout-p
giin
)
×fgi
∑e
gifgi
∑wi×
(p
iout-p
iin
)
×fi
∑w
hi
×
(p
hiout-p
hiin
)
×fhi
∑e
hifhi
[0132]
其中，w
gi
为第i套供氢单元每立方米氢气供氢压力增加1mpa压缩机需耗的电功，kw/(mpa
·
nm3)；p
giout
为第i套供氢单元的供氢压力(即供氢压缩机出口压力)，mpa；p
giin
为第i套供氢单元的供氢压缩机入口压力，mpa；f
gi
为第i套供氢单元的氢气流量，nm3；e
gi
为第i套供氢单元每立方米含氢气体不同氢气纯度对应的供氢单元能耗，是氢气纯度的函数，kw/nm3；wi为第i套用氢单元每立方米补充新氢压力增加1mpa压缩机需耗的电功，kw/(mpa
·
nm3)；p
iout
为第i套用氢单元的补充新氢压力(新氢压缩机出口压力)，mpa；p
iin
为第i套用氢单元的新氢压缩机入口压力，mpa；fi为第i套用氢单元的补充新氢流量，nm3；w
hi
为第i套氢回收单元每立方米氢气压力增加1mpa压缩机需耗的电功，kw/(mpa
·
nm3)；p
hiout
为第i套氢回收单元的供氢压力(氢回收单元压缩机出口压力)，mpa；p
hiin
为第i套氢回收单元压缩机入口压力，mpa；f
hi
为第i套氢回收单元的氢气流量，nm3；e
hi
为第i套氢回收单元每立方米含氢气体不同氢气纯度对应的氢回收单元能耗，是氢气纯度的函数，kw/nm3。
[0133]
所述约束条件，可以包括：
[0134]hgi
≥minh
gi
[0135]hi
≥minhi[0136]hhi
≥minh
hi
[0137]
0≤p
giout
≤maxp
giout
[0138]
p
iout
≥minp
iout
[0139]
0≤p
hiout
≤maxp
hiout
[0140]
其中，为第i套用氢单元氢气纯度，％；为第i套供氢单元氢气纯度，％；为第i套氢回收单元氢气纯度，％；为第i套供氢单元的供氢压力(即供氢压缩机出口压力)，mpa；为第i套用氢单元的补充新氢压力(即新氢压缩机出口压力)，mpa；为第i套氢回收单元的供氢压力(即氢回收单元压缩机出口压力)，mpa。
[0141]
依据表1、表2和表3中实例的具体数据，经由本发明实施例中氢气系统的氢气资源优化方法确定了各优化变量的取值后，氢气系统的优化效果如表4所示；
[0142]
表4：氢气系统优化前后结果对比
[0143]
项目优化前优化后供氢单元总供氢量nm3/h8356377630用氢单元纯氢耗量nm3/h6547965479氢回收单元回收纯氢量nm3/h/5736
系统氢气利用率％78.3684.35氢气系统减少能耗kgeo/nm3(h2)065.22
[0144]
综上所述，在本发明实施例中，首先构建了用于表达硫含量、氮含量、氧含量这些特定组分与反应转化率和耗氢量之间的关系的数学关联式，然后再通过对特定用氢单元的进行数据采集分析和反应转化率和耗氢量的计算，来求解数学关联式中预设系数，从而可以生成可以适用于该特定用氢单元的氢耗预测模型；在本发明实施例中的氢耗预测模型是根据特定用氢单元的原料油及各产物的多次的数据采集并进行分析和计算而生成的，因此能够根据测得的特定组分准确的测算出该特定用氢单元的耗氢量。
[0145]
由上可知，相对于现有技术中通过对加氢脱氮反应、加氢脱硫反应、烯烃加氢反应、芳烃饱和反应、环烷烃裂化反应、链烷烃裂化等各类耗氢量进行加和运算得到耗氢量的方式，本发明实施例在实时的测定某一用氢单元的耗氢量时，无需通过经验预估加氢过程不同类别反应发生数量和各类耗氢量数值，因此能够有效的提高耗氢量测算结果值的准确性。
[0146]
接着，本发明实施例再从氢气系统能耗最小化角度出发，建立了相关目标函数及数学模型，从而实现优化供氢单元产氢，以实现系统氢气与能耗的并行的准确优化。
[0147]
实施例二
[0148]
在本发明实施例的另一面，还提供了一种氢气系统的氢气资源优化装置，图2出本发明实施例提供的氢气系统的氢气资源优化装置的结构示意图，所述氢气系统的氢气资源优化装置为与图1所对应实施例中所述氢气系统的氢气资源优化方法对应的装置，即，通过虚拟装置的方式实现图1所对应实施例中氢气系统的氢气资源优化方法，构成所述氢气系统的氢气资源优化装置的各个虚拟模块可以由电子设备执行，例如网络设备、终端设备、或服务器。具体来说，本发明实施例中的氢气系统的氢气资源优化装置包括：
[0149]
单元模型建立单元01用于将氢气系统逻辑划分为供氢单元、用氢单元和氢回收单元，并根据各单元的设计参数及操作参数建立对应的供氢单元模型、用氢单元模型和氢回收单元模型；
[0150]
数学模型建立单元02用于根据各单元模型间的实际物料关系建立连接，建立所述氢气系统的物质数学模型、根据含氢物流在所述氢气系统中的实际流向，建立所述氢气系统的能量数学模型，以及，建立所述用氢单元的直供料数学计算模型；
[0151]
物流确定单元03用于根据所述直供料数学计算模型判断所述氢回收单元的进料物流是否可作为所述用氢单元的进料，如果是，将所述进料物流作为所述用氢单元的供氢物流；如果否，将所述进料物流作为所述氢回收单元模型的回收氢物流；
[0152]
系统初值计算单元04用于根对所述物质数学模型和所述能量数学模型进行模拟求解，获得模拟运算结果作为所述氢气系统的系统初值；所述系统初值包括各单元流稳态工况下氢气物流的流量、压力、温度和组成；
[0153]
耗氢预测单元05包括氢耗预测模型，用于测算用氢单元的耗氢量；
[0154]
优化变量求解单元06用于根据所述氢耗预测模型的耗氢测算结果、所述物质数学模型和所述能量数学模型，以氢气系统能耗最小为目标确定各优化变量的取值；所述优化变量包括各单元的氢气纯度和各单元的供氢压力或补充新氢压力。
[0155]
由于本发明实施例中氢气系统的氢气资源优化装置的工作原理和有益效果已经
在图1所对应的氢气系统的氢气资源优化中也进行了记载和说明，因此可以相互参照，在此就不再赘述。
[0156]
实施例三
[0157]
在本发明实施例中，还提供了一种存储器，其中，存储器包括软件程序，软件程序适于处理器执行图1所对应的氢气系统的氢气资源优化方法各个步骤。
[0158]
本发明实施例可以通过软件程序的方式来实现，即，通过编写用于实现图1所对应的氢气系统的氢气资源优化中的各个步骤的软件程序(及指令集)，所述软件程序存储于存储设备中，存储设备设于计算机设备中，从而可以由计算机设备的处理器调用该软件程序以实现本发明实施例的目的。
[0159]
实施例四
[0160]
本发明实施例中，还提供了一种氢气系统的氢气资源优化设备，该氢气系统的氢气资源优化设备所包括的存储器中，包括有相应的计算机程序产品，所述计算机程序产品所包括程序指令被计算机执行时，可使所述计算机执行以上各个方面所述的氢气系统的氢气资源优化方法，并实现相同的技术效果。
[0161]
图3本发明实施例作为电子设备的氢气系统的氢气资源优化设备的硬件结构示意图，如图3示，该设备包括一个或多个处理器610、总线630以及存储器620。以一个处理器610为例，该设备还可以包括：输入装置640、输出装置650。
[0162]
处理器610、存储器620、输入装置640和输出装置650可以通过总线或者其他方式连接，图3以通过总线连接为例。
[0163]
存储器620作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块。处理器610通过运行存储在存储器620中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的处理方法。
[0164]
存储器620可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储数据等。此外，存储器620可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器620可选包括相对于处理器610远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0165]
输入装置640可接收输入的数字或字符信息，以及产生信号输入。输出装置650可包括显示屏等显示设备。
[0166]
所述一个或者多个模块存储在所述存储器620中，当被所述一个或者多个处理器610执行时，执行：
[0167]
s11、将氢气系统逻辑划分为供氢单元、用氢单元和氢回收单元，并根据各单元的设计参数及操作参数建立对应的供氢单元模型、用氢单元模型和氢回收单元模型；
[0168]
s12、根据各单元模型间的实际物料关系建立连接，建立所述氢气系统的物质数学模型、根据含氢物流在所述氢气系统中的实际流向，建立所述氢气系统的能量数学模型，以及，建立所述用氢单元的直供料数学计算模型；
[0169]
s13、根据所述直供料数学计算模型判断所述氢回收单元的进料物流是否可作为
所述用氢单元的进料，如果是，将所述进料物流作为所述用氢单元的供氢物流；如果否，将所述进料物流作为所述氢回收单元模型的回收氢物流；
[0170]
s14、对所述物质数学模型和所述能量数学模型进行模拟求解，获得模拟运算结果作为所述氢气系统的系统初值；所述系统初值包括各单元流稳态工况下氢气物流的流量、压力、温度和组成；
[0171]
s15、构建用于测算用氢单元的耗氢量的氢耗预测模型；
[0172]
s16、根据所述氢耗预测模型的耗氢测算结果、所述物质数学模型和所述能量数学模型，以氢气系统能耗最小为目标确定各优化变量的取值；所述优化变量包括各单元的氢气纯度和各单元的供氢压力或补充新氢压力。
[0173]
上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
[0174]
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0175]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0176]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0177]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储设备中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储设备包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、reram、mram、pcm、nand flash，nor flash，memristor、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0178]
以上所述，以上实施例仅用以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；而这些修改或者替换，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。