CN112966922A - 一种氢气调度方案的确定方法、装置和设备 - Google Patents

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Abstract

本说明书实施例提供了一种氢气调度方案的确定方法、装置和设备，其中，该方法包括：获取目标系统在目标调度周期的参数信息集；其中，目标系统包含供氢装置、加氢装置和氢气管网；基于所述参数信息集，确定所述加氢装置在所述目标调度周期的预期氢耗量；根据所述预期氢耗量，利用非线性规划算法确定所述目标调度周期的氢气调度方案；其中，所述氢气调度方案用于表征所述供氢装置在所述目标调度周期的产氢策略和所述氢气管网的流量。在本说明书实施例中，可以在满足加氢装置的用氢需求的同时减少供氢装置的负荷，并保证氢气管网的容量处于合理的范围，减少了氢气资源的放空，达到了使目标调度周期内目标系统的运行成本最低的目的。

Description

一种氢气调度方案的确定方法、装置和设备
技术领域
本说明书实施例涉及氢气资源优化技术领域，特别涉及一种氢气调度方案的确定方法、装置和设备。
背景技术
目前原油的组成逐渐趋向于重质化和劣质化，为了适应原油市场的变化，炼油企业的重质以及劣质原油的加工量不断增加。同时，随着环保意识的提高，各国政府也出台严格的环境法案和国家标准来规定油品的质量标准。为了实现重质油轻质化以及达到油品排放标准，炼油企业的加氢比例不断升高，对于氢气的需求量大幅增加。在炼油企业日益增加的氢气需求以及氢气资源亏缺的形势下，减少氢气的消耗，充分利用炼厂的氢气资源，对炼油企业的氢气系统进行调度优化具有十分重要的意义。
现有技术中，主要集中于优化氢气生产、使用和回收，以达到效益最大化，但是基于现有的技术方法无法基于加氢装置的氢耗量以准确地进行炼油企业的氢气系统调度优化。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本说明书实施例提供了一种氢气调度方案的确定方法、装置和设备，以解决现有技术中无法基于加氢装置的氢耗量以准确地进行炼油企业的氢气系统调度优化的问题。
本说明书实施例提供了一种氢气调度方案的确定方法，包括：获取目标系统在目标调度周期的参数信息集；其中，所述参数信息集中包含加氢装置的参数信息，所述目标系统包含供氢装置、加氢装置和氢气管网；基于所述参数信息集，确定所述加氢装置在所述目标调度周期的预期氢耗量；根据所述预期氢耗量，利用非线性规划算法确定所述目标调度周期的氢气调度方案；其中，所述氢气调度方案用于表征所述供氢装置在所述目标调度周期的产氢策略和所述氢气管网的流量。
本说明书实施例还提供了一种氢气调度方案的确定装置，包括：获取模块，用于获取目标系统在目标调度周期的参数信息集；其中，所述参数信息集中包含加氢装置的参数信息，所述目标系统包含供氢装置、加氢装置和氢气管网；第一确定模块，用于基于所述参数信息集，确定所述加氢装置在所述目标调度周期的预期氢耗量；第二确定模型，用于根据所述预期氢耗量，利用非线性规划算法确定所述目标调度周期的氢气调度方案；其中，所述氢气调度方案用于表征所述供氢装置在所述目标调度周期的产氢策略和所述氢气管网的流量。
本说明书实施例还提供了一种氢气调度方案的确定设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现所述氢气调度方案的确定方法的步骤。
本说明书实施例提供了一种氢气调度方案的确定方法，可以通过获取目标系统在目标调度周期的参数信息集，确定出加氢装置在目标调度周期的预期氢耗量。其中，参数信息集中可以包含加氢装置的参数信息，目标系统可以包含供氢装置、加氢装置和氢气管网。进一步的，为了在满足加氢装置的用氢需求的基础上减少供氢装置的负荷，并保证氢气管网的容量处于合理的范围，减少氢气资源的放空，可以根据预期氢耗量，利用非线性规划算法确定目标调度周期的氢气调度方案，其中，上述氢气调度方案可以用于表征供氢装置在目标调度周期的产氢策略和氢气管网的流量。从而可以确保加氢装置和供氢装置的正常、平稳运行，避免氢气资源浪费，达到了使目标调度周期内目标系统的运行成本最低的目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本说明书实施例的进一步理解，构成本说明书实施例的一部分，并不构成对本说明书实施例的限定。在附图中：
图1是根据本说明书实施例提供的氢气调度方案的确定方法的步骤示意图；
图2是根据本说明书实施例具体实施例提供的目标系统的示意图；
图3是根据本说明书实施例提供的氢气调度方案的确定装置的结构示意图；
图4是根据本说明书实施例提供的氢气调度方案的确定设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将参考若干示例性实施方式来描述本说明书实施例的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本说明书实施例，而并非以任何方式限制本说明书实施例的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本说明书实施例公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本领域的技术人员知道，本说明书实施例的实施方式可以实现为一种系统、装置设备、方法或计算机程序产品。因此，本说明书实施例公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。
虽然下文描述流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。
请参阅图1，本实施方式可以提供一种氢气调度方案的确定方法。该氢气调度方案的确定方法可以用于基于目标周期氢耗预测数据，利用非线性规划算法确定满足加氢装置用氢需求的氢气调度方案，从而可以在满足加氢装置的用氢需求的基础上减少供氢装置的负荷，达到节氢减排的目的。上述氢气调度方案的确定方法可以包括以下步骤。
S101：获取目标系统在目标调度周期的参数信息集；其中，参数信息集中包含加氢装置的参数信息，目标系统包含供氢装置、加氢装置和氢气管网。
在本实施方式中，可以获取目标系统在目标调度周期的参数信息集，其中，上述参数信息集中可以包含用于表征加氢装置的参数信息，例如：加氢装置的类型(加氢精制、加氢裂化)、加氢装置的补充氢流率、加氢装置的入口氢气浓度要求等。当然可以理解的是，上述参数信息集中还可以包含其它参数信息，例如：供氢装置的属性参数、氢气管网的属性参数等，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。
在本实施方式中，上述目标系统可以为运行中的炼油厂，也可以称为炼油厂氢气系统，上述目标系统可以如图2中所示，目标系统可以包含至少一个供氢装置、至少一个加氢装置和氢气管网。其中，供氢装置可以包括：供氢装置(Hydrogen Utility，H2 Plant)和副产氢的连续催化重整装置(RF)，供氢装置可以包括：加氢裂化装置(HC)、柴油加氢精制装置(HT1和HT2)，C1、C2、C3可以分别表示加氢裂化装置、柴油加氢精制装置的氢耗量，供氢装置产出的氢气浓度可以满足加氢装置对进口氢气最低浓度的要求。其中，供氢装置可以为连续催化重整装置、乙烯厂、化肥厂等，上述氢气管网可以为用于输送氢气的管道网络。
在本实施方式中，供氢装置产出具有固定的出口压力和氢气浓度的富氢流股，然后注入氢气管网，并由氢气管网向各供氢装置供氢。如果供氢装置氢气的供应量过多，则会出现氢气管网容量超限的现象，为了保证装置安全运行，多余的氢气就会被迫放空，这会造成氢气资源的极大浪费。如果供氢装置氢气供应不足以满足供氢装置的氢气需求量，那么氢气管网中气体会逐渐减少甚至会低于容量下限，耗氢装置的加氢产品质量也会受到影响。
在本实施方式中，由于炼油的过程会分为多个阶段，并且每次炼油采用的原料油也会存在差异，因此，可以将炼油的过程分为多个周期，目标周期可以为当前周期也可以为当前周期的下一周期，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。上述目标周期的长度可以为3小时、12小时或者1星期等，具体的可以根据一次炼油的时长、原料油更换的频率、参数信息更新的频率等确定，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。
在本实施方式中，获取目标系统在目标调度周期的参数信息集的方式可以包括：从预设数据库中拉取得到，或者，接收用户输入的参数信息集。当然可以理解的是，还可以采用其它可能的方式获取上述样本数据集，例如，在网页中按照一定的查找条件搜索参数信息集，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。
S102：基于参数信息集，确定加氢装置在目标调度周期的预期氢耗量。
在本实施方式中，由于参数信息集中记录了表征加氢装置的参数信息，因此，可以基于上述参数信息集，确定加氢装置在目标调度周期的预期氢耗量。其中，上述预期氢耗量可以为上述加氢装置在目标调度周期预计所需的氢气总量。
在本实施方式中，可以利用反应机理模型、深度学习模型或者数据拟合法等方式确定加氢装置在目标调度周期的预期氢耗量，当然，确定加氢装置在目标调度周期的预期氢耗量的方式不限于上述举例，所属领域技术人员在本说明书实施例技术精髓的启示下，还可能做出其它变更，但只要其实现的功能和效果与本说明书实施例相同或相似，均应涵盖于本说明书实施例保护范围内。
S103：根据预期氢耗量，利用非线性规划算法确定目标调度周期的氢气调度方案；其中，氢气调度方案用于表征供氢装置在目标调度周期的产氢策略和氢气管网的流量。
在本实施方式中，可以根据预期氢耗量，利用非线性规划算法确定目标调度周期的氢气调度方案；其中，氢气调度方案可以用于表征供氢装置在目标调度周期的产氢策略和氢气管网的流量。
在本实施方式中，非线性规划是具有非线性约束条件或目标函数的数学规划，是运筹学的一个重要分支。非线性规划研究一个n元实函数在一组等式或不等式的约束条件下的极值问题，且目标函数和约束条件至少有一个是未知量的非线性函数。在一些实施例中，可以调用规划求解器来实现线性规划算法的求解。上述规划求解器可以为利用非线性规划算法解决非线性问题的求解器，上述规划求解器可以包括：BARON(分支减少优化导航)、DICOPT、SCIP。当然可以理解的是，上述规划求解器还可以为其它可能的求解器，例如：MINLP(混合整数非线性规划)求解器等，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。其中，DICOPT是解决混合整数非线性规划模型的框架，SCIP(SolvingConstraint Integer Programs)是一款开源规划问题求解器，可以求解MIP(混合整数)和MINLP(非线性混合整数)问题。
在本实施方式中，如果供氢装置氢气的供应量过多，则会出现氢气管网容量超限的现象，为了保证装置安全运行，多余的氢气就会被迫放空，这会造成氢气资源的极大浪费。如果供氢装置氢气供应不足以满足供氢装置的氢气需求量，那么氢气管网中气体会逐渐减少甚至会低于容量下限，耗氢装置的加氢产品质量也会受到影响。因此，可以根据加氢装置在目标调度周期的预期氢耗量，利用非线性规划算法合理的规划供氢装置在目标调度周期的产氢策略和氢气管网在目标调度周期的流量，从而可以在满足加氢装置的用氢需求的基础上减少供氢装置的负荷，并保证氢气管网的容量处于合理的范围，减少氢气资源的放空。进而可以使得保证加氢装置和供氢装置的正常、平稳运行，避免氢气资源浪费，达到使目标调度周期内目标系统的运行成本最低的目的。
在本实施方式中，上述目标调度周期的氢气调度方案中可以包含：加氢装置在目标调度周期的预期氢耗量、供氢装置在目标调度周期的产氢量和氢气管网的流量等。当然可以理解的是，上述目标调度周期的氢气调度方案中还可以包含其它信息，例如：目标调度周期供氢装置送往氢气管网的流量、目标调度周期氢气管网的氢气容量等。具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。
从以上的描述中，可以看出，本说明书实施例实现了如下技术效果：可以通过获取目标系统在目标调度周期的参数信息集，确定出加氢装置在目标调度周期的预期氢耗量。其中，参数信息集中可以包含加氢装置的参数信息，目标系统可以包含供氢装置、加氢装置和氢气管网。进一步的，为了在满足加氢装置的用氢需求的基础上减少供氢装置的负荷，并保证氢气管网的容量处于合理的范围，减少氢气资源的放空，可以根据预期氢耗量，利用非线性规划算法确定目标调度周期的氢气调度方案，其中，上述氢气调度方案可以用于表征供氢装置在目标调度周期的产氢策略和氢气管网的流量。从而可以确保加氢装置和供氢装置的正常、平稳运行，避免氢气资源浪费，达到了使目标调度周期内目标系统的运行成本最低的目的。
在一个实施方式中，基于参数信息集，确定加氢装置在目标调度周期的预期氢耗量，可以包括：根据参数信息集，确定加氢装置的类型。并根据加氢装置的类型，确定加氢装置的氢耗计算模型。进一步的，可以获取在目标调度周期的特征参数集，并基于氢耗计算模型和特征参数集，确定加氢装置在目标调度周期的预期氢耗量。
在本实施方式中，由于加氢装置的类型不同的情况下，对同一原料油的氢耗可能会存在差异，需要采用不同的计算方式。因此，可以先根据上述参数信息集确定加氢装置的类型，上述参数信息集中可以直接记录加氢装置的类型，也可以根据参数信息集中的参数信息推导确定加氢装置的类型，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。
在本实施方式中，氢耗计算模型可以用于表征某一加氢装置类型对应的氢耗计算方式，可以为一个公式或者一个方程组，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。
在本实施方式中，上述特征参数集中包含多个用于计算预期氢耗量的特征参数，由于加氢装置原料性质和反应苛刻度会对氢耗量产生影响，因此，上述特征参数可以包含原料油的特征参数、加氢产品的特征参数等，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。
在一个实施方式中，上述加氢装置的类型可以包括：加氢精制和加氢裂化，根据加氢装置的类型，确定加氢装置的氢耗计算模型，可以包括：在确定加氢装置的类型为加氢精制的情况下，可以将反应机理模型作为加氢装置的氢耗计算模型。在确定加氢装置的类型为加氢裂化的情况下，可以将氢耗关联模型作为加氢装置的氢耗计算模型。
在本实施方式中，加氢精制(例如：柴油加氢装置)的氢耗量，可以采用反应机理模型计算，其中，上述应机理模型可以是根据对象、生产过程的内部机制或者物质流的传递机理建立起来的精确数学模型，因机理模型是基于质量平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程、相平衡方程以及某些物性方程、化学反应定律等而获得对象或过程的数学模型。
在本实施方式中，在确定为加氢裂化的类型时可以利用建立的加氢裂化装置的氢耗关联模型计算氢耗量，上述氢耗关联模型中可以包含多个对氢耗量产生影响的参数，每个参数可以均有一个常数项系数。具体的可以根据实际情况确定本说明书实施例对此不作限定。
在一个实施方式中，基于氢耗计算模型和特征参数集，确定加氢装置在目标调度周期的预期氢耗量，可以包括：在确定加氢装置的类型为加氢精制的情况下，获取特征参数集中的第一特征参数子集，并基于反应机理模型和第一特征参数子集确定加氢装置的化学氢耗量、溶解氢耗量和排放氢耗量；其中，化学氢耗量可以包括加氢脱硫、加氢脱氮、烯烃加氢和芳烃加氢反应的氢耗量。进一步的，可以将确定的加氢装置的化学氢耗量、溶解氢耗量和排放氢耗量的和作为预期氢耗量。
在本实施方式中，上述第一特征参数子集中可以包含反应机理模型计算所需的特征参数。在加氢装置的类型为加氢精制的情况下，加氢装置在目标调度周期的氢耗量可以包含化学氢耗量(Hchem，Nm3/m3)、溶解氢耗量和排放氢耗量，上述化学氢耗量可以包含加氢脱硫、加氢脱氮、烯烃加氢和芳烃加氢反应的氢耗量。其中，Nm3是在标准状态压力(1个大气压)、标准状况温度(0℃，273K°)条件下的体积。
在本实施方式中，上述反映机理模型可以如公式(1)所示。
HTotal＝Hchem+Hpurge+Hdiss (1)
其中，HTotal为预期氢耗量；Hchem为化学氢耗量；Hpurge为溶解氢耗量；Hdiss为排放氢耗量。对于汽柴油等中间馏分在加氢过程中的化学氢耗量，可以根据发生的化学反应估算。分析不同进料和操作条件的柴油加氢和汽油加氢等加氢装置发生的主要化学反应和流股性质，然后分别计算加氢脱硫、加氢脱氮、烯烃加氢以及芳烃加氢等反应的氢耗量，可以得到整个加氢过程的化学氢耗量，化学氢耗量的计算公式可以如公式(2)所示。
Hchem＝HHDS+HHDN+HHGO+HHDA (2)
其中，Hchem为化学氢耗量；HHDS为加氢脱硫反应的氢耗量；HHDN为加氢脱氮反应的氢耗量；HHGO为烯烃加氢饱和所需的氢耗量；HHDA为芳烃加氢反应的氢耗量。
在本实施方式中，在加氢精制条件下，石油馏分中的硫醇、硫醚、噻吩、苯并噻吩类(BTs)以及二苯并噻吩类(DBTs)等主要硫化物发生加氢反应，生成相应的烃类产物以及H2S(硫化氢)。由于馏分油中硫醇、硫醚和噻吩所占比例较少，因此，为了便于氢耗的计算将其归为于BTs。加氢脱硫的化学氢耗量HHDS可以由公式(3)计算得到。
Figure BDA0002957633760000081
其中，Sf表示进料的总硫含量，wt％(重量含量百分数)；BTf表示进料总硫含量中苯并噻吩的比例，％；DBTf表示进料总硫含量中二苯并噻吩的比例，％；ρf表示进料密度，kg/m3；Sp表示加氢产品的总硫含量，wt％；BTp表示加氢产品的总硫含量中苯并噻吩的比例，％；DBTp表示加氢产品的总硫含量中二苯并噻吩的比例，％；Yp表示产品收率，％。
在本实施方式中，馏分油中的含氮化合物主要为喹啉、吲哚和咔唑等杂环氮化物，而咔唑类氮化物所占比例最多，因此，可以假定1mol(摩尔)的馏分油发生加氢脱氮反应需要5mol的氢气，加氢脱氮反应的氢耗量HHDN的计算公式可以如公式(4)所示。
Figure BDA0002957633760000082
其中，Nf表示进料的总氮含量，wt％；Np表示加氢产品的总氮含量，wt％；Yp表示产品收率，％；ρf表示进料密度，kg/m3。
在本实施方式中，含氧化合物在馏分油中主要存在形式是环烷酸，还有部分以酚类存在于二次加工产品中，主要发生的加氢反应为环系的加氢饱和以及C-O键的氢解反应。加氢脱氧反应的氢耗量HHDO的计算公式可以如公式(5)所示。
Figure BDA0002957633760000083
其中，Of表示进料的总氧含量，wt％；Op表示加氢产品的总氧含量，wt％；Yp表示产品收率，％；ρf表示进料密度，kg/m3。由于含氧化合物在馏分油中的含量很少，因此，在一些实施例中可以不考虑加氢脱氧的氢耗。
在本实施方式中，烯烃加氢饱和所需的氢耗量HHGO的计算公式可以如公式(6)所示。
Figure BDA0002957633760000091
其中，OLEf表示进料的烯烃组成，mol％；OLEp表示加氢产品的烯烃组成，mol％；MWf表示进料的分子质量，kg/kmol；MWp表示加氢产品的分子质量，kg/kmol；Yp表示产品收率，％；ρf表示进料密度，kg/m3。
在本实施方式中，溴值是表征油品不饱和度的一个参数，如果没有进料和加氢产品的烯烃组成，可以通过溴值来计算馏分油中的烯烃组成OLE，可以如公式(7)所示。
Figure BDA0002957633760000092
其中，N(Br)表示溴值；MW表示相对分子质量。其中，相对分子质量可以根据关联式(8)估算得到。
Figure BDA0002957633760000093
其中，T表示常压沸点或实沸点蒸馏50％点温度，K；
Figure BDA0002957633760000094
表示相对密度，kg/m3。
在本实施方式中，馏分油中的单环芳烃和多环芳烃(主要是双环芳烃和三环芳烃)较为稳定，在加氢过程中芳烃逐环发生加氢饱和反应，最终转化为环烷烃。芳烃加氢的氢耗量HHDA可以根据公式(9)计算得到：
Figure BDA0002957633760000095
其中，PNAf表示进料中多环芳烃的组成，mol％；PNAp表示加氢产品中多环芳烃的组成，mol％；MAf表示进料中单环芳烃的组成，mol％；MAp表示加氢产品中单环芳烃的组成，mol％；MWf表示进料的分子质量，kg/kmol；MWp表示加氢产品的分子质量，kg/kmol；Yp表示产品收率，％；ρf表示进料密度，kg/m3。
在一个实施方式中，基于氢耗计算模型和特征参数集，确定加氢装置在目标调度周期的预期氢耗量，可以包括：在确定加氢装置的类型为加氢裂化的情况下，获取历史特征参数子集。并对历史特征参数子集进行无因次化处理，得到处理后的历史特征参数子集。进一步的，可以采用最小二乘法将处理后的历史特征参数子集进行拟合，得到氢耗关联模型中各参数无因次化后的拟合参数。并将拟合参数带入氢耗关联模型，根据特征参数集中的第二特征参数子集确定预期氢耗量。
在本实施方式中，可以先获取历史特征参数子集，其中，历史特征参数子集中可以包含多组氢耗关联模型计算所需的多个参数的历史记录，从而可以根据历史特征参数子集拟合确定氢耗关联模型中的多个常数项系数。
在本实施方式中，上述历史特征参数子集中可以包含在目标调度周期之前多个周期进入加氢裂化装置的补充氢流率、产品收率、原料油的体积平均沸点、原料油的相对密度、原料油的处理量、原料油的含硫量、原料油的含氮量等多个特征参数的历史值。当然可以理解的是，上述历史特征参数子集中还可以包含更多或者更少的特征参数，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。
在本实施方式中，由于直接采用氢耗关联模型进行拟合计算可能会存在较大的误差，不同的特征参数往往具有不同的量纲和量纲单位，为了消除由此带来的不可公度性，可以先对历史特征参数子集进行无因次化处理，使得处理后的历史特征参数子集中的特征参数为无量纲量。其中，上述无因次化处理也可以称为无量纲化处理，常见的无量纲化处理方法主要包括：极值化、标准化、均值化、标准差化等，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。
在本实施方式中，可以利用公式(10)将历史特征参数子集中的特征参数进行无因次化处理。
Figure BDA0002957633760000101
其中，μi表示第i个无因次化处理后的特征参数；
Figure BDA0002957633760000102
和
Figure BDA0002957633760000103
分别表示第i个特征参数的最大值和最小值，考虑一定的弹性范围，将每个特征参数实际数据的最大值向上取10％，最小值向下取10％；
Figure BDA0002957633760000104
表示进入加氢裂化装置的补充氢流率，Nm3/h；X表示产品收率，％；Tmf表示原料油的体积平均沸点，℃；
Figure BDA0002957633760000105
表示相对密度，kg/m3；Ff表示原料油的处理量，t/h；Sf表示原料油的含硫量，mg/kg；Nf表示原料油的含氮量，mg/kg。
在本实施方式中，在确定加氢装置的类型为加氢裂化的情况下，建立的加氢裂化装置的氢耗关联模型可以如公式(11)所示：
Figure BDA0002957633760000111
其中，
Figure BDA0002957633760000112
表示进入加氢裂化装置的补充氢流率，Nm3/h；X表示产品收率，％；Tmf表示原料油的体积平均沸点，℃；ρf表示原料油的相对密度，kg/m3；Ff表示原料油的处理量，t/h；Sf表示原料油的含硫量，mg/kg；Nf表示原料油的含氮量，mg/kg；系数a、b、c、d、e、f、g均为常数项。
在本实施方式中，可以利用编程语言采用最小二乘法将处理后的历史特征参数子集进行拟合，从而得出氢耗关联模型中各参数无因次化后的拟合参数(公式11中的系数a、b、c、d、e、f、g)，将得到的各个拟合参数带入公式11中可以得到加氢裂化装置的氢耗关联模型方程。
在本实施方式中，可以进一步的获取特征参数集中的第二特征参数子集，第二特征参数子集可以包含在目标调度周期产品收率、原料油的体积平均沸点、原料油的相对密度、原料油的处理量、原料油的含硫量、原料油的含氮量等参数。当然可以理解的是，第二特征参数子集中还可以包含更多或者更少的特征参数，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。
在本实施方式中，可以将获取的第二特征参数子集代入上述确定的加氢裂化装置的氢耗关联模型方程中，从而可以得到目标周期加氢裂化装置的预期氢耗量。其中，上述进入加氢裂化装置的补充氢流率即为氢耗量。
在一个实施方式中，上述第一特征参数子集可以包括：原料油密度、总硫含量、进料总硫含量中苯并噻吩和二苯并噻吩的比例、加氢产品的总硫含量中苯并噻吩和二苯并噻吩的比例，产品收率、原料油的总含氮量和加氢产品的总含氮量、原料油的烯烃组成、加氢产品的烯烃组成、原料油和产品油的相对分子质量、溴值、原料油中多环芳烃和单环芳烃的组成、加氢产品的多环芳烃和单环芳烃的组成、溶解氢耗和排放氢耗。当然可以理解的是，第一特征参数子集中还可以包含更多或者更少的特征参数，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。
在一个实施方式中，根据预期氢耗量，利用非线性规划算法确定目标调度周期的氢气调度方案，可以包括：确定目标约束条件，并设置目标函数；其中，目标函数为最小化目标调度周期内供氢装置的总产氢量。进一步的，可以基于目标函数和目标约束条件建立目标调度优化模型，并根据预期氢耗量，利用非线性规划算法求解目标调度优化模型，得到目标调度周期的氢气调度方案。
在本实施方式中，上述目标调度优化模型可以为非线性规划模型，在数学规划问题中，当目标函数或约束函数中至少有一个是非线性函数时称这类问题为非线性规划。对实际规划问题作定量分析，必须建立数学模型。建立数学模型首先要选定适当的目标变量和决策变量，并建立起目标变量与决策变量之间的函数关系，可以称之为目标函数。然后将各种限制条件加以抽象，得出决策变量应满足的一些等式或不等式，称之为约束条件。非线性规划问题的一般数学模型可表述为求未知量，使其满足约束条件，并使目标函数达到最小值(或最大值)。
在本实施方式中，可以利用编程语言基于确定的目标函数和目标约束条件，建立目标调度优化模型。其中，上述编程语言可以为MATLAB(矩阵实验室)、C语言等，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。
在本实施方式中，上述目标函数可以为目标调度周期内供氢装置的总产氢量(fhu_total)的最小值，目标函数可以如公式(12)所示。
Figure BDA0002957633760000121
其中，fu,t表示第u个供氢装置在第t个调度周期的产氢量；HPlant是指供氢装置。
在一个实施方式中，确定目标约束条件，可以包括：确定供氢装置出口流率的上下界限制、加氢装置入口流率的上下界限制、加氢装置入口组分浓度的上下界限制、氢气管网容量的上下界限制，并根据供氢装置出口流率的上下界限制、加氢装置入口流率的上下界限制、加氢装置入口组分浓度的上下界限制、氢气管网容量的上下界限制，确定供氢装置出口流率平衡模型、加氢装置进口流率平衡模型和氢气组成约束模型、氢气管网流量和组成约束模型。进一步的，可以将供氢装置出口流率平衡模型、加氢装置进口流率平衡模型和氢气组成约束模型、氢气管网流量平衡模型、氢气管网氢气组成约束模型作为目标约束条件。
在本实施方式中，在目标系统的多周期调度过程中，供氢装置生产的氢气公用工程(也称为新鲜氢气)和连续催化重整装置副产的富氢流股送至氢气管网，然后由氢气管网向各加氢装置供氢。供氢装置出口流率平衡模型是指供氢装置产氢的流量等于其到氢气管网的流量，可以如公式(13)所示，第u个供氢装置的产氢量应不超过其在各周期的最大产氢量
Figure BDA0002957633760000131
Figure BDA0002957633760000132
其中，fu,t表示第u个供氢装置在第t个调度周期的供氢流量；fuhu,h,t表示第t个调度周期供氢装置u送往氢气管网的流量；U和u分别表示供氢装置的集合和索引；H和h分别表示氢气管网的集合和索引；NT和t分别表示调度周期的集合和索引。
在本实施方式中，加氢装置接收来自氢气管网的供氢，第t个调度周期加氢装置进口流率平衡模型可以如公式(14)所示。加氢装置的入口氢气组成即为氢气管网的氢气组成(yh,t)，各个调度周期的入口氢气组成应不小于最低氢气组成要求，氢气组成约束模型可以如公式(15)所示。
Figure BDA0002957633760000133
Figure BDA0002957633760000134
其中，fhkh,k,t表示第t个调度周期氢气管网送往加氢装置的流量；
Figure BDA0002957633760000135
表示第t个调度周期加氢装置k的入口流量需求；yk,t表示第t个调度周期加氢装置k的入口氢气组成；
Figure BDA0002957633760000136
表示第k个加氢装置的最低氢气组成；K表示加氢装置的集合。
在本实施方式中，氢气管网接收供氢装置产生的氢气然后送往加氢装置，氢气管网流量平衡模型可以如公式(16)、(17)所示。
Figure BDA0002957633760000137
Figure BDA0002957633760000138
其中，
Figure BDA0002957633760000139
为氢气管网入口的流量；
Figure BDA00029576337600001310
为氢气管网出口的流量；fuhu,h,t为第t个调度周期供氢装置u送往氢气管网的流量；fhkh,k,t为第t个调度周期氢气管网送往加氢装置的流量。
在本实施方式中，上述调度优化模型可以判断氢气管网的流向变化，在调度周期中当加氢装置的氢气来源发生变化时，中间氢气管网中可能会出现流股反向的现象，流股的流向可以根据以下两种情况判断：当管网流量为正，即f＞0时，管道中流股的实际流向和默认流向相同；当管网流量为负，即f＜0时，管道中流股的实际流向和默认流向相反，出现流股反向。
在本实施方式中，在调度过程中供氢装置会先向氢气管网注入一定容量的氢气，可以以氢气为基准计算气体流股的压缩因子，氢气管网的初始储氢量通过公式(18)计算。
Figure BDA0002957633760000141
其中，Vh,0为氢气管网的初始储氢量，m3；Z为气体压缩因子；Ah为氢气管线的截面积，m2；lh为氢气管线的长度，m；Ph0为氢气管线的初始压力，kPa；R为气体常数，8.314J/(mol·K)；T为温度，K。
在本实施方式中，在调度过程的第t个调度周期，氢气管网储氢量和氢气管网氢气组成模型可以如公式(19)和(20)所示。
Figure BDA0002957633760000142
Figure BDA0002957633760000143
其中，Vh,t为第t个调度周期氢气管网的氢气容量；Vh,t-1为第t-1个调度周期氢气管网的氢气容量；fuhu,h,t为第t个调度周期供氢装置u送往氢气管网的流量；fhkh,k,t为第t个调度周期氢气管网送往加氢装置的流量；Δt为第t个调度周期的时间间隔；yu,t为第t个调度周期供氢装置的出口氢气组成；yh,t为第t个调度周期氢气管网的入口氢气组成。
在本实施方式中，第t个调度周期氢气管网的容量约束可以如公式(21)所示。
Figure BDA0002957633760000144
其中，Vh,t和Vh,t-1分别表示第t和t-1个调度周期氢气管网的氢气容量；
Figure BDA0002957633760000145
和
Figure BDA0002957633760000146
分别表示氢气管网中最小和最大容量。
在本实施方式中，可以建立目标调度优化模型，目标函数为最小化目标调度周期内供氢装置的产氢量(公式12)，约束条件包含供氢装置出口流率平衡模型(公式13)、加氢装置进口流率平衡模型(公式14)、加氢装置氢气组成约束模型(公式15)、氢气管网流量平衡模型、氢气管网氢气组成模型(公式16-21)。
基于同一发明构思，本说明书实施例中还提供了一种氢气调度方案的确定装置，如下面的实施例。由于氢气调度方案的确定装置解决问题的原理与氢气调度方案的确定方法相似，因此氢气调度方案的确定装置的实施可以参见氢气调度方案的确定方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图3是本说明书实施例的氢气调度方案的确定装置的一种结构框图，如图3所示，可以包括：获取模块301、第一确定模块302和第二确定模型303，下面对该结构进行说明。
获取模块301，可以用于获取目标系统在目标调度周期的参数信息集；其中，参数信息集中包含加氢装置的参数信息，目标系统包含供氢装置、加氢装置和氢气管网；
第一确定模块302，可以用于基于参数信息集，确定加氢装置在目标调度周期的预期氢耗量；
第二确定模型303，可以用于根据预期氢耗量，利用非线性规划算法确定目标调度周期的氢气调度方案；其中，氢气调度方案用于表征供氢装置在目标调度周期的产氢策略和氢气管网的流量。
本说明书实施例实施方式还提供了一种电子设备，具体可以参阅图4所示的基于本说明书实施例提供的氢气调度方案的确定方法的电子设备组成结构示意图，电子设备具体可以包括输入设备41、处理器42、存储器43。其中，输入设备41具体可以用于输入目标系统在目标调度周期的参数信息集；其中，参数信息集中包含加氢装置的参数信息，目标系统包含供氢装置、加氢装置和氢气管网。处理器42具体可以用于基于参数信息集，确定加氢装置在目标调度周期的预期氢耗量；根据预期氢耗量，利用非线性规划算法确定目标调度周期的氢气调度方案；其中，氢气调度方案用于表征供氢装置在目标调度周期的产氢策略和氢气管网的流量。存储器43具体可以用于存储目标调度周期的氢气调度方案等参数。
在本实施方式中，输入设备具体可以是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。输入设备可以包括键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、语音输入装置等；输入设备用于把原始数据和处理这些数的程序输入到计算机中。输入设备还可以获取接收其他模块、单元、设备传输过来的数据。处理器可以按任何适当的方式实现。例如，处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等。存储器具体可以是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。存储器可以包括多个层次，在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等；在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。
在本实施方式中，该电子设备具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。
本说明书实施例实施方式中还提供了一种基于氢气调度方案的确定方法的计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机程序指令，在计算机程序指令被执行时可以实现：获取目标系统在目标调度周期的参数信息集；其中，参数信息集中包含加氢装置的参数信息，目标系统包含供氢装置、加氢装置和氢气管网；基于参数信息集，确定加氢装置在目标调度周期的预期氢耗量；根据预期氢耗量，利用非线性规划算法确定目标调度周期的氢气调度方案；其中，氢气调度方案用于表征供氢装置在目标调度周期的产氢策略和氢气管网的流量。
在本实施方式中，上述存储介质包括但不限于随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、缓存(Cache)、硬盘(Hard DiskDrive，HDD)或者存储卡(Memory Card)。存储器可以用于存储计算机程序指令。网络通信单元可以是依照通信协议规定的标准设置的，用于进行网络连接通信的接口。
在本实施方式中，该计算机存储介质存储的程序指令具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本说明书实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本说明书实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
虽然本说明书实施例提供了如上述实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无需创造性的劳动在方法中可以包括更多或者更少的操作步骤。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤中，这些步骤的执行顺序不限于本说明书实施例提供的执行顺序。的方法的在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本说明书实施例的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。
以上仅为本说明书实施例的优选实施例而已，并不用于限制本说明书实施例，对于本领域的技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氢气调度方案的确定方法，其特征在于，包括：
获取目标系统在目标调度周期的参数信息集；其中，所述参数信息集中包含加氢装置的参数信息，所述目标系统包含供氢装置、加氢装置和氢气管网；
基于所述参数信息集，确定所述加氢装置在所述目标调度周期的预期氢耗量；
根据所述预期氢耗量，利用非线性规划算法确定所述目标调度周期的氢气调度方案；其中，所述氢气调度方案用于表征所述供氢装置在所述目标调度周期的产氢策略和所述氢气管网的流量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述参数信息集，确定所述加氢装置在所述目标调度周期的预期氢耗量，包括：
根据所述参数信息集，确定所述加氢装置的类型；
根据所述加氢装置的类型，确定所述加氢装置的氢耗计算模型；
获取在所述目标调度周期的特征参数集；
基于所述氢耗计算模型和特征参数集，确定所述加氢装置在所述目标调度周期的预期氢耗量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述加氢装置的类型包括：加氢精制和加氢裂化，根据所述加氢装置的类型，确定所述加氢装置的氢耗计算模型，包括：
在确定所述加氢装置的类型为加氢精制的情况下，将反应机理模型作为所述加氢装置的氢耗计算模型；
在确定所述加氢装置的类型为加氢裂化的情况下，将氢耗关联模型作为所述加氢装置的氢耗计算模型。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述氢耗计算模型和特征参数集，确定所述加氢装置在所述目标调度周期的预期氢耗量，包括：
在确定所述加氢装置的类型为加氢精制的情况下，获取所述特征参数集中的第一特征参数子集；
基于所述反应机理模型和第一特征参数子集确定所述加氢装置的化学氢耗量、溶解氢耗量和排放氢耗量；其中，所述化学氢耗量包括加氢脱硫、加氢脱氮、烯烃加氢和芳烃加氢反应的氢耗量；
将确定的所述加氢装置的化学氢耗量、溶解氢耗量和排放氢耗量的和作为所述预期氢耗量。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述氢耗计算模型和特征参数集，确定所述加氢装置在所述目标调度周期的预期氢耗量，包括：
在确定所述加氢装置的类型为加氢裂化的情况下，获取历史特征参数子集；
对所述历史特征参数子集进行无因次化处理，得到处理后的历史特征参数子集；
采用最小二乘法将所述处理后的历史特征参数子集进行拟合，得到所述氢耗关联模型中各参数无因次化后的拟合参数；
将所述拟合参数带入所述氢耗关联模型，根据所述特征参数集中的第二特征参数子集确定所述预期氢耗量。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，第一特征参数子集包括：原料油密度、总硫含量、进料总硫含量中苯并噻吩和二苯并噻吩的比例、加氢产品的总硫含量中苯并噻吩和二苯并噻吩的比例，产品收率、原料油的总含氮量和加氢产品的总含氮量、原料油的烯烃组成、加氢产品的烯烃组成、原料油和产品油的相对分子质量、溴值、原料油中多环芳烃和单环芳烃的组成、加氢产品的多环芳烃和单环芳烃的组成、溶解氢耗和排放氢耗；第二特征参数子集包括：进入加氢裂化装置的补充氢流率、产品收率、原料油的体积平均沸点、原料油的相对密度、原料油的处理量、原料油的含硫量、原料油的含氮量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述预期氢耗量，利用非线性规划算法确定所述目标调度周期的氢气调度方案，包括：
确定目标约束条件；
设置目标函数；其中，所述目标函数为最小化目标调度周期内供氢装置的总产氢量；
基于所述目标函数和所述目标约束条件建立目标调度优化模型；
根据所述预期氢耗量，利用所述非线性规划算法求解所述目标调度优化模型，得到所述目标调度周期的氢气调度方案。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，确定目标约束条件，包括：
确定供氢装置出口流率的上下界限制、加氢装置入口流率的上下界限制、加氢装置入口组分浓度的上下界限制、氢气管网容量的上下界限制；
根据所述供氢装置出口流率的上下界限制、加氢装置入口流率的上下界限制、加氢装置入口组分浓度的上下界限制、氢气管网容量的上下界限制，确定供氢装置出口流率平衡模型、加氢装置进口流率平衡模型和氢气组成约束模型、氢气管网流量平衡模型、氢气管网氢气组成模型；
将所述供氢装置出口流率平衡模型、加氢装置进口流率平衡模型和氢气组成约束模型、氢气管网流量和组成约束模型作为目标约束条件。
9.一种氢气调度方案的确定装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取目标系统在目标调度周期的参数信息集；其中，所述参数信息集中包含加氢装置的参数信息，所述目标系统包含供氢装置、加氢装置和氢气管网；
第一确定模块，用于基于所述参数信息集，确定所述加氢装置在所述目标调度周期的预期氢耗量；
第二确定模型，用于根据所述预期氢耗量，利用非线性规划算法确定所述目标调度周期的氢气调度方案；其中，所述氢气调度方案用于表征所述供氢装置在所述目标调度周期的产氢策略和所述氢气管网的流量。
10.一种氢气调度方案的确定设备，其特征在于，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现权利要求1至8中任一项所述方法的步骤。
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