CN111377404B - 存储器、变压吸附的最优吸附时间确定方法、装置及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了存储器、变压吸附的最优吸附时间确定方法、装置和设备，其中所述方法包括采用吸附平衡方程、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，并设定各方程所需参数初始值；对数学模拟模型进行数学求解，获取产品氢组成和流量，并根据原料气中一氧化碳和/或硫化物穿透其专用分子筛吸附层所需的时间确定特定穿透时间；判断求解结果中的产品氢组成是否满足预设计算要求；建立非线性规划模型并对非线性规划模型进行求解，得到变压吸附装置的最优吸附时间。本发明能够实现在不需再增加一级PSA或其他氢气提纯手段的前提下获得满足特种行业用氢需求的产品氢，从而提高企业经济效益。

Description

存储器、变压吸附的最优吸附时间确定方法、装置及设备
技术领域
本发明涉及石油化工领域，特别是涉及存储器、变压吸附的最优吸附时间确定方法、装置及设备。
背景技术
变压吸附是炼厂获得高纯氢的最主要手段，主要利用含氢物流中杂质组分“高压下吸附、低压下解吸”的原理进行氢气富集。
变压吸附装置一般都包括有多个不同类型吸附剂的复合床层，通常情况下，会从下至上依次装填活性氧化铝、硅胶、活性炭等各种类型的分子筛吸附剂。在实际生产中，变压吸附装置的吸附压力、再生解吸压力等与上下游系统相匹配，基本是恒定不变的，只有吸附时间是装置操作调节的重要参数。通常情况下，延长吸附时间，意味着单位时间内再生频率减少，可提高目的产品氢气的回收效率，但吸附时间过长易造成杂质穿透床层使产品氢质量不合格，严重情况下造成吸附剂中毒；反之，缩短吸附时间，意味着单位时间内再生频率增加，则降低了氢气回收效率。
由上可知，对于变压吸附装置，确定其准确的最优吸附时间具有重要的现实意义。
现有技术中，如公开号为CN1314200A和CN102527188A的专利文件中，均是建立变压吸附装置的进出物流信息与吸附时间之间的关联关系，然后通过该关联关系来推算出该变压吸附装置的最优吸附时间。
发明人经过研究发现，利用上述现有技术所获得的产品，在不增加工艺路线情况下，其质量得不到保证，无法适用于诸如电子行业和氢燃料电池行业等高端氢能应用领域。
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。
发明内容
本发明的目的在于提供了存储器、变压吸附的最优吸附时间确定方法、装置及设备，从而可以达到确保变压吸附装置的氢产品品质的目的。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种变压吸附的最优吸附时间确定方法，包括步骤：
S1、根据吸附平衡方程、传质速率方程和总传质平衡方程的要求，以及根据变压吸附装置的设计参数和操作参数，设定各方程所需参数初始值；
S2、所述变压吸附装置包括多个吸附层，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；
S3、对所述数学模拟模型进行数学求解，获取产品氢组成和流量，并根据原料气中一氧化碳和/或硫化物穿透其专用分子筛吸附层所需的时间确定特定穿透时间；
S4、判断步骤S3求解结果中的产品氢组成是否满足预设计算要求，
如果否，修正所述吸附平衡方程中吸附平衡常数的参数值，并返回步骤S3；如果是，转至步骤S5；
S5、建立所述变压吸附装置的非线性规划模型；
S6、对所述非线性规划模型进行求解，得到所述变压吸附装置的最优吸附时间；在求解时，以所述变压吸附装置的吸附时间为优化变量，以产品氢中的预设组分达到预设值为目标函数值，以吸附时间小于所述特定穿透时间为约束条件；其中，所述吸附时间的初始值根据初次获取的所述特定穿透时间进行设置；
所述吸附平衡方程包括：
Figure GDA0003050290460000031
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平衡常数；qi表示i组分的吸附量，qmax,i表示混合气分中i组分的最大吸附量。
进一步的，上述技术方案中，所述设计参数包括：所述变压吸附装置的高度、内径以及吸附剂的装填量、类别、孔容和比表面积；
所述操作参数包括：原料气的流量、组成以及吸附操作的温度、压力和理论穿透时间。
进一步的，上述技术方案中，所述数学模拟模型中方程的参数包括：
扩散系数、传质系数、pelect数和兰格缪尔吸附平衡常数。
进一步的，上述技术方案中，所述判断步骤S3求解结果中的产品氢组成是否满足预设计算要求，包括：
判断步骤S3求解结果中的产品氢组成与实际装置获取的产品氢组成的相对偏差是否小于预设偏差值；所述预设偏差值包括1％～5％。
进一步的，上述技术方案中，所述以产品氢中的预设组分达到预设值为目标函数值，包括：
一氧化碳的预设值为0.2ppm，和/或，硫化物的预设值为4ppb。
进一步的，上述技术方案中，还包括：
S7、判断步骤S6的求解是否达到退出条件，其中，退出条件为：总增加吸附时间达到预设限制条件或连续两次非线性规划优化目标函数值没有改进；若是，则退出求解过程，并将此时得到的吸附时间作为所述变压吸附装置的最优吸附时间；否则，修改所述非线性规划模型中的吸附时间，并返回步骤S6。
进一步的，上述技术方案中，所述原料气包括重整氢、炼厂低分气、炼厂含氢干气、水蒸汽裂解制氢变换气和经过现有提浓装置提浓后的氢气体中一种或几种。
根据本发明的第二方面，本发明还提供了一种变压吸附的最优吸附时间确定装置，包括：
初始值设定单元，用于根据吸附平衡方程、传质速率方程和总传质平衡方程的要求，以及根据变压吸附装置的设计参数和操作参数，设定各方程所需参数初始值；
第一建模单元，用于所述变压吸附装置包括多个吸附层，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；
第一求解单元，用于对所述数学模拟模型进行数学求解，获取产品氢组成和流量，并根据原料气中一氧化碳和/或硫化物穿透其专用分子筛吸附层所需的时间确定特定穿透时间；
第一判断单元，用于判断第一求解单元的求解结果中的产品氢组成是否满足预设计算要求，如果否，修正所述吸附平衡方程中吸附平衡常数的参数值，并返回第一求解单元；如果是，转至第二建模单元；
第二建模单元，用于建立所述变压吸附装置的非线性规划模型；
第二求解单元，用于对所述非线性规划模型进行求解，得到所述变压吸附装置的最优吸附时间；在求解时，以所述变压吸附装置的吸附时间为优化变量，以产品氢中的预设组分达到预设值为目标函数值，以吸附时间小于所述特定穿透时间为约束条件；其中，所述吸附时间的初始值根据初次获取的所述特定穿透时间进行设置；
所述吸附平衡方程包括：
Figure GDA0003050290460000051
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平衡常数；qi表示i组分的吸附量，qmax,i表示混合气分中i组分的最大吸附量。
为解决以上技术问题，本发明还提供了一种存储器，所述存储器包括非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行以上各个方面所述的方法，并实现相同的技术效果。
为解决以上技术问题，本发明还提供了一种变压吸附的最优吸附时间确定设备，所述变压吸附的最优吸附时间确定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。
有益效果
本发明提供的存储器、变压吸附的最优吸附时间确定方法、装置和设备，可以以任一杂质的含量达到其允许的最大值为约束条件，来获得高质量的氢气产品，且能保证在相应工况下产品氢最大收率；也就是说，本发明实施例在保证产品氢中杂质符合预设指标的前提下，来使吸附装置内的氢气收率最大，综合获取了变压吸附装置的最优吸附时间，从而可以有效提高变压吸附装置的操作水平，能够实现在不需再增加一级PSA或其他氢气提纯手段的前提下获得满足特种行业用氢需求的产品氢，提高企业经济效益。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为本发明实施例提供的变压吸附的最优吸附时间确定的步骤示意图；
图2为本发明实施例提供的变压吸附的最优吸附时间确定装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的变压吸附的最优吸附时间确定设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
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。
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、完整地描述，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。除非另有其它明确表示，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，而并未排除其它元件或其它组成部分。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
实施例1
图1示出本发明实施例提供的变压吸附的最优吸附时间确定方法的流程图，该方法可以由电子设备执行，例如网络设备、终端设备或服务端设备等。换言之，所述方法可以由安装在网络设备、终端设备或服务端设备的软件或硬件来执行。所述服务端包括但不限于：单台服务器、服务器集群等。参考图1，该方法包括以下步骤。
S1、根据吸附平衡方程、传质速率方程和总传质平衡方程的要求，以及根据变压吸附装置的设计参数和操作参数，设定各方程所需参数初始值；
在本步骤中，所述变压吸附装置主要指以重整氢、炼厂低分气、炼厂含氢干气、水蒸汽裂解制氢变换气和经过现有提浓装置提浓后的氢气体中一种或几种为原料的变压吸附装置。
在本步骤中，变压吸附装置的设计参数包括变压吸附装置高度、内径及吸附剂装填量、类别、孔容和比表面积；变压吸附装置的操作参数包括原料气流量、组成及吸附操作温度、压力和理论穿透时间。变压吸附装置的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。
pelect数方程为：
Pe＝vL/DL
其中，Pe表示传质佩克莱数，无因次；v表示气流速度，m/s；L表示吸附剂的床层高度，m；DL表示床层轴向扩散系数，m2/s。
判断流体返混程度的Pe数值越小，返混程度越大，混合越好。
S2、所述变压吸附装置包括多个吸附层，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；
在本步骤中，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。可以理解的是，在本步骤中，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)，吸附平衡方程采用一种改进的兰格缪尔模型描述。
在本步骤中，各模型方程如下所示：
微元体积中气体组分i的传质平衡方程：
Figure GDA0003050290460000081
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；
Figure GDA0003050290460000082
表示组分i吸附平衡浓度，mol/kg，Z表示微元段轴向距离，t表示时间。
总传质平衡方程：
Figure GDA0003050290460000083
其中，C表示床层气相浓度，mol/m3；其他参数意义同上。
传质速率方程：
Figure GDA0003050290460000091
其中，ki表示气固传质系数，s；
Figure GDA0003050290460000092
表示组分i吸附床气相浓度，mol/kg；
Figure GDA0003050290460000093
表示组分i吸附平衡浓度，mol/kg。
吸附平衡方程为：
Figure GDA0003050290460000094
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平衡常数，106Pa-1；qi表示i组分的吸附量，qmax,i表示混合气分中i组分的最大吸附量。
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，还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，传质物料吸附平衡方程(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)。
S3、对所述数学模拟模型进行数学求解，获取产品氢组成和流量，并根据原料气中一氧化碳和/或硫化物穿透其专用分子筛吸附层所需的时间确定特定穿透时间；
为了限制变压吸附装置的产品氢中杂质含量以保证产品氢的质量，在本步骤中，在对所述变压吸附装置的数学模拟模型进行数学求解时，需要确定一氧化碳和/或硫化物穿透分子筛所需的时间，以便为后续步骤S6中的约束条件提供依据。本发明实施例中，将一氧化碳和/或硫化物穿透分子筛所需的时间定义为特定穿透时间。
例如，假设某一变压吸附装置(吸附塔)的设计参数和操作参数如下表1和2所示，其中吸附塔直径为3.2m，吸附塔高8.4m。表3为原料气、产品氢、解吸气数据，氢气回收率为89.5％。那么对于该吸附塔来说，需要获取的穿透时间主要涉及，一氧化碳CO穿透分子筛的所需的时间tCO、硫化物穿透分子筛所需的穿透时间t硫。
表1：吸附塔部分设计参数
Figure GDA0003050290460000101
表2：吸附塔操作参数
项目 内容
吸附压力，MPa 2.1
原料温度，℃ 30～40
工艺流程 PSA，10-2-4
单塔吸附时间，s 225
表3：变压吸附装置流股信息
Figure GDA0003050290460000102
Figure GDA0003050290460000111
S4、判断步骤S3求解结果中的产品氢组成是否满足预设计算要求，
如果否，修正所述吸附平衡方程中吸附平衡常数的参数值，并返回步骤S3；如果是，转至步骤S5；
本发明实施例中的预设计算要求，可以是设置的步骤S3求解结果中的产品氢组成与工业实际装置获取的产品氢组成的相对偏差的允许区间；具体的，在本步骤中，可以是判断步骤S3求解结果中的产品氢组成与工业实际装置获取的产品氢组成的相对偏差值是否小于预设偏差值；所述预设偏差值包括1％～5％，即，对于预设偏差值的设定，可以在1％～5％内取值。
当步骤S3求解结果中的产品氢组成和流量不满足预设计算要求时，可以校正步骤S2中的吸附平衡方程中吸附平衡常数的参数值。然后再返回至S3获得新一轮的求解结果，直至步骤S3求解结果中的产品氢组成和流量不满足预设计算要求，然后就可以转至步骤S5；
S5、建立变压吸附装置的非线性规划模型；
S6、对所述非线性规划模型进行求解，得到所述变压吸附装置的最优吸附时间；在求解时，以所述变压吸附装置的吸附时间为优化变量，以产品氢中的预设组分达到预设值为目标函数值，以吸附时间小于所述特定穿透时间为约束条件；其中，所述吸附时间的初始值根据初次获取的所述特定穿透时间进行设置。
在本步骤中，所述产品氢回收率定义为产品中纯氢流量与进料中的纯氢流量的比值。在本步骤中，目标函数值设置为产品氢中的预设组分达到预设值；本发明实施例中的预设组可以是一氧化碳和硫化物等杂质组分，通过限定其允许的最大值为预设值，可以在保证产品氢一定的质量的同时获得最大回收率；例如，对于上述例子的原料气和吸附塔，约束条件具体可以是：一氧化碳不穿透分子筛，即，t吸附＜tCO，同时，硫化物不穿透分子筛，即，t吸附＜t硫。
在实际应用中，预设组分的预设值可以设定为：CO＜0.2ppm、硫化物＜4ppb。
在实际应用中，本发明实施例还可以包括有步骤S7，具体的：
S7、判断步骤S6的求解是否达到退出条件，其中，退出条件为：总增加吸附时间达到预设限制条件或连续两次非线性规划优化目标函数值没有改进；若是，则退出求解过程，并将此时得到的吸附时间作为所述变压吸附装置的最优吸附时间；否则，修改所述非线性规划模型中的吸附时间，并返回步骤S6。
在本步骤中，需要判断步骤S6的求解是否达到退出条件。这里，退出条件是指：总增加或减少吸附时间达到预设限制条件。例如，设定非线性规划模型中吸附时间变量的上界为当前操作时间的0.8-1.2倍，预设限制最大总增加或减少时间为15-40s。那么当总增加或减少吸附时间达到预设最大总增加或减少时间时，则满足退出条件，此时可以退出求解过程，并将此时得到的吸附时间作为所述变压吸附装置的最优吸附时间。另外，当连续两次非线性规划优化目标函数值没有改进时，不管总增加或减少吸附时间是否达到所述预设限制条件，同样退出求解过程。而当步骤S6的求解未达到退出条件时，通过修改所述非线性规划模型中吸附时间变量值的方式继续进行最优求解。例如，修改非线性规划模型中吸附时间变量值，在吸附时间初始值的基础上增大0.5％～5％或增大一固定值，如最大总增加或减少时间增大5s，继续进行优化求解直至满足退出条件。
例如，采用本实施例所述的方法得到的优化结果如表4所示，可看出与当前操作工况相比，吸附时间由225s减少至196s，一氧化碳或硫化物的含量达到预设值，且未造成一氧化碳和硫化物穿透分子筛。
表4：优化结果
原工况结果 本发明计算结果
吸附时间，s 225 196
CO含量，ppm 10 0.19
硫化物含量，ppb 10 3.9
氢气回收率，％ 89.5 83.3
由上可知，通过本发明实施例，可以以任一杂质的含量达到其允许的最大值为约束条件，来获得高质量的氢气产品，且能保证在相应工况下产品氢最大收率；也就是说，本发明实施例在保证产品氢中杂质符合预设指标的前提下，来使吸附装置内的氢气收率最大，综合获取了变压吸附装置的最优吸附时间，从而可以有效提高变压吸附装置的操作水平，能够实现在不需再增加一级PSA或其他氢气提纯手段的前提下获得满足特种行业用氢需求的产品氢，提高企业经济效益。
实施例2
图2示出本发明实施例提供的变压吸附的最优吸附时间确定装置的结构示意图，所述变压吸附的最优吸附时间确定装置为与实施例1中所述变压吸附的最优吸附时间确定方法对应的装置，即，通过虚拟装置的方式实现实施例1中所述变压吸附的最优吸附时间确定方法，构成所述变压吸附的最优吸附时间确定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，本发明实施例中的变压吸附的最优吸附时间确定装置如图2所示，包括：
初始值设定单元01用于根据吸附平衡方程、传质速率方程和总传质平衡方程的要求，以及根据变压吸附装置的设计参数和操作参数，设定各方程所需参数初始值；
第一建模单元02用于所述变压吸附装置包括多个吸附层，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；
第一求解单元03用于对所述数学模拟模型进行数学求解，获取产品氢组成和流量，并根据原料气中一氧化碳和/或硫化物穿透其专用分子筛吸附层所需的时间确定特定穿透时间；
第一判断单元04用于判断第一求解单元的求解结果中的产品氢组成是否满足预设计算要求，如果否，修正所述吸附平衡方程中吸附平衡常数的参数值，并返回第一求解单元03；如果是，转至第二建模单元05；
第二建模单元05用于建立所述变压吸附装置的非线性规划模型；
第二求解单元06用于对所述非线性规划模型进行求解，得到所述变压吸附装置的最优吸附时间；在求解时，以所述变压吸附装置的吸附时间为优化变量，以产品氢中的预设组分达到预设值为目标函数值，以吸附时间小于所述特定穿透时间为约束条件；其中，所述吸附时间的初始值根据初次获取的所述特定穿透时间进行设置；
所述吸附平衡方程包括：
Figure GDA0003050290460000151
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平衡常数；qi表示i组分的吸附量，qmax,i表示混合气分中i组分的最大吸附量。
由于本发明实施例中变压吸附的最优吸附时间确定装置的工作原理和有益效果已经在实施例1中的变压吸附的最优吸附时间确定方法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。
实施例3
本发明实施例提供了一种存储器，所述存储器可以是非暂态(非易失性)计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中变压吸附的最优吸附时间确定方法的各个步骤，并实现相同的技术效果。
实施例4
本发明实施例提供了一种变压吸附的最优吸附时间确定设备，变压吸附的最优吸附时间确定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变压吸附的最优吸附时间确定方法，并实现相同的技术效果。
图3是本发明实施例作为电子设备的变压吸附的最优吸附时间确定设备的硬件结构示意图，如图3所示，该设备包括一个或多个处理器610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630和输出装置640。
处理器610、存储器620、输入装置630和输出装置640可以通过总线或者其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。
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。
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。
输入装置630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640可包括显示屏等显示设备。
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：
S1、根据吸附平衡方程、传质速率方程和总传质平衡方程的要求，以及根据变压吸附装置的设计参数和操作参数，设定各方程所需参数初始值；
S2、所述变压吸附装置包括多个吸附层，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；
S3、对所述数学模拟模型进行数学求解，获取产品氢组成和流量，并根据原料气中一氧化碳和/或硫化物穿透其专用分子筛吸附层所需的时间确定特定穿透时间；
S4、判断步骤S3求解结果中的产品氢组成是否满足预设计算要求，
如果否，修正所述吸附平衡方程中吸附平衡常数的参数值，并返回步骤S3；如果是，转至步骤S5；
S5、建立所述变压吸附装置的非线性规划模型；
S6、对所述非线性规划模型进行求解，得到所述变压吸附装置的最优吸附时间；在求解时，以所述变压吸附装置的吸附时间为优化变量，以产品氢中的预设组分达到预设值为目标函数值，以吸附时间小于所述特定穿透时间为约束条件；其中，所述吸附时间的初始值根据初次获取的所述特定穿透时间进行设置；
所述吸附平衡方程包括：
Figure GDA0003050290460000171
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平衡常数；qi表示i组分的吸附量，qmax,i表示混合气分中i组分的最大吸附量。
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。
本发明实施例的电子设备以多种形式存在，包括但不限于以下设备。
(1)移动通信设备:这类设备的特点是具备移动通信功能，并且以提供话音、数据通信为主要目标。这类终端包括:智能手机(例如iPhone)、多媒体手机、功能性手机，以及低端手机等。
(2)超移动个人计算机设备:这类设备属于个人计算机的范畴，有计算和处理功能，一般也具备移动上网特性。这类终端包括:PDA、MID和UMPC设备等，例如iPad。
(3)便携式娱乐设备:这类设备可以显示和播放多媒体内容。该类设备包括:音频、视频播放器(例如iPod)，掌上游戏机，电子书，以及智能玩具和便携式车载导航设备。
(4)服务器:提供计算服务的设备，服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，服务器和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。
(5)其他具有数据交互功能的电子装置。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：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。

Claims (9)

1.一种变压吸附的最优吸附时间确定方法，其特征在于，包括步骤：
S1、根据吸附平衡方程、传质速率方程和总传质平衡方程的要求，以及根据变压吸附装置的设计参数和操作参数，设定各方程所需参数初始值；
S2、所述变压吸附装置包括多个吸附层，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；
S3、对所述数学模拟模型进行数学求解，获取产品氢组成和流量，并根据原料气中一氧化碳和/或硫化物穿透其专用分子筛吸附层所需的时间确定特定穿透时间；
S4、判断步骤S3求解结果中的产品氢组成是否满足预设计算要求，
如果否，修正所述吸附平衡方程中吸附平衡常数的参数值，并返回步骤S3；如果是，转至步骤S5；
S5、建立所述变压吸附装置的非线性规划模型；
S6、对所述非线性规划模型进行求解，得到所述变压吸附装置的最优吸附时间；在求解时，以所述变压吸附装置的吸附时间为优化变量，以产品氢中的预设组分达到预设值为目标函数值，以吸附时间小于所述特定穿透时间为约束条件；其中，所述吸附时间的初始值根据初次获取的所述特定穿透时间进行设置；
所述吸附平衡方程包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，θ i 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；p i 表示待吸附的混合气体中，气体组分i的分压；B i 表示气体组分i在该层吸附剂上的兰格缪尔吸附平衡常数；q i 表示i组分的吸附量，q max,i 表示混合气分中i组分的最大吸附量；
所述设计参数包括：所述变压吸附装置的高度、内径以及吸附剂的装填量、类别、孔容和比表面积；
所述操作参数包括：原料气的流量、组成以及吸附操作的温度、压力和理论穿透时间。
2.根据权利要求1所述的变压吸附的最优吸附时间确定方法，其特征在于，所述数学模拟模型中方程的参数包括：
扩散系数、传质系数、pelect数和兰格缪尔吸附平衡常数。
3.根据权利要求1所述的变压吸附的最优吸附时间确定方法，其特征在于，所述判断步骤S3求解结果中的产品氢组成是否满足预设计算要求，包括：
判断步骤S3求解结果中的产品氢组成与实际装置获取的产品氢组成的相对偏差是否小于预设偏差值；所述预设偏差值的取值范围包括1%~5%。
4.根据权利要求1所述的变压吸附的最优吸附时间确定方法，其特征在于，所述以产品氢中的预设组分达到预设值为目标函数值，包括：
一氧化碳的预设值为0.2ppm，和/或，硫化物的预设值为4ppb。
5.根据权利要求1所述的变压吸附的最优吸附时间确定方法，其特征在于，还包括：
S7、判断步骤S6的求解是否达到退出条件，其中，退出条件为：总增加吸附时间达到预设限制条件或连续两次非线性规划优化目标函数值没有改进；若是，则退出求解过程，并将此时得到的吸附时间作为所述变压吸附装置的最优吸附时间；否则，修改所述非线性规划模型中的吸附时间，并返回步骤S6。
6.根据权利要求1至5中任意一所述的变压吸附的最优吸附时间确定方法，其特征在于：
所述原料气包括重整氢、炼厂低分气、炼厂含氢干气、水蒸汽裂解制氢变换气和经过现有提浓装置提浓后的氢气体中一种或几种。
7.一种变压吸附的最优吸附时间确定装置，其特征在于，包括：
初始值设定单元，用于根据吸附平衡方程、传质速率方程和总传质平衡方程的要求，以及根据变压吸附装置的设计参数和操作参数，设定各方程所需参数初始值；所述设计参数包括：所述变压吸附装置的高度、内径以及吸附剂的装填量、类别、孔容和比表面积；所述操作参数包括：原料气的流量、组成以及吸附操作的温度、压力和理论穿透时间；
第一建模单元，用于所述变压吸附装置包括多个吸附层，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；
第一求解单元，用于对所述数学模拟模型进行数学求解，获取产品氢组成和流量，并根据原料气中一氧化碳和/或硫化物穿透其专用分子筛吸附层所需的时间确定特定穿透时间；
第一判断单元，用于判断第一求解单元的求解结果中的产品氢组成是否满足预设计算要求，如果否，修正所述吸附平衡方程中吸附平衡常数的参数值，并返回第一求解单元；如果是，转至第二建模单元；
第二建模单元，用于建立所述变压吸附装置的非线性规划模型；
第二求解单元，用于对所述非线性规划模型进行求解，得到所述变压吸附装置的最优吸附时间；在求解时，以所述变压吸附装置的吸附时间为优化变量，以产品氢中的预设组分达到预设值为目标函数值，以吸附时间小于所述特定穿透时间为约束条件；其中，所述吸附时间的初始值根据初次获取的所述特定穿透时间进行设置；
所述吸附平衡方程包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
；
其中，θ i 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；p i 表示待吸附的混合气体中，气体组分i的分压；B i 表示气体组分i在该层吸附剂上的兰格缪尔吸附平衡常数；q i 表示i组分的吸附量，q max,i 表示混合气分中i组分的最大吸附量。
8.一种存储器，其特征在于，包括指令集，所述指令集适于处理器执行如权利要求1至6中任一所述变压吸附的最优吸附时间确定方法中的步骤。
9.一种变压吸附的最优吸附时间确定设备，其特征在于，包括总线、输入装置、输出装置、处理器和如权利要求8中所述存储器；
所述总线用于连接所述存储器、所述输入装置、所述输出装置和所述处理器；
所述输入装置和所述输出装置用于实现与用户的交互；
所述处理器用于执行所述存储器中的指令集。
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