CN116305799B - 一种碳捕集方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳捕集方法和系统，本发明提出了构建变压吸附二氧化碳捕集的第一仿真模型和低温提馏二氧化碳捕集的第二仿真模型；获取待处理的源气体的第一参数；获取目标气体的第二参数；将所述第一参数，所述第二参数代入分别所述第一仿真模型，所述第二仿真模型根据处理参数计算所需能耗；根据有效影响因子对所述第一仿真模型，所述第二仿真模型进行简化处理，进而优化二氧化碳捕集过程。本发明通过构建多个仿真模型，变压吸附二氧化碳捕集仿真模型和低温提馏二氧化碳捕集仿真模型，增强了碳捕集的模型适用范围。
Description
技术领域：
本发明属于计算机模拟领域，尤其涉及一种碳捕集方法和系统。
背景技术：
伴随着人类工业发展的脚步，过度使用石化能源为全球带来了酸雨、温室效应等环境问题。由温室气体排放引起的全球变暖过程中，二氧化碳的影响占据主导地位。虽然过多散布在大气中的二氧化碳是全球变暖的罪魁祸首，但二氧化碳却是人类重要的生活生产用品。尤其在石油采集中，液体二氧化碳主要用做石油助采、制冷剂等。由于二氧化碳可溶于油和水的特性，在采油过程中注入二氧化碳可以降低原油的密度和粘度，有效驱油，提高采油率，提升采油量。
一定纯度的二氧化碳在各种状态下都能为人类生产制造带来效益，二氧化碳的捕集是重要的气体分离过程，对于不同来源不同组成的二氧化碳气，由于目标纯度要求不同，分离方法也有差异。二氧化碳捕集的方法主要包括变压吸附法(Pressure SwingAdsorption,PSA)和低温提馏法，变压吸附法获得二氧化碳产品的纯度低，而低温提馏法有共沸情况无法分开的杂质的问题，因此，如何利用变压吸附法以及低温提馏法获得所需纯度二氧化碳产品成为了亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有的二氧化碳捕集的方法主要包括变压吸附法(Pressure SwingAdsorption,PSA)和低温提馏法，变压吸附法获得二氧化碳产品的纯度低，而低温提馏法有共沸情况无法分开的杂质的问题等问题，本发明提出了构建变压吸附二氧化碳捕集的第一仿真模型和低温提馏二氧化碳捕集的第二仿真模型；获取待处理的源气体的第一参数，所述第一参数包括源气体的体积，二氧化碳浓度，源气体中的杂质类型；获取处理后目标气体的第二参数，所述第二参数包括二氧化碳纯度，温度；将所述第一参数，所述第二参数代入分别所述第一仿真模型，所述第二仿真模型根据处理参数计算所需能耗与成本；调整所述第一仿真模型和所述第二仿真模型的所述处理参数后，再次计算能耗与成本，根据主元分析法分析处理参数对能耗与成本结果的扰动，确定处理参数中有效影响因子；根据所述有效影响因子对所述第一仿真模型，所述第二仿真模型进行简化处理，进而优化二氧化碳捕集过程。本发明通过构建多个仿真模型，变压吸附二氧化碳捕集仿真模型和低温提馏二氧化碳捕集仿真模型，增强了碳捕集的模型适用范围，通过能耗分析选择最优的模型以及模型运行参数，提高了碳捕集的模拟效率；通过模型的组合使用，提高了二氧化碳捕集的模型的最优方式模拟，提升了对于包含不同杂质源气体的捕集方式模拟，优化了捕集建设先的模拟指导效率。
本发明为解决以上技术问题所采取的技术方案是：
碳捕集方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、构建变压吸附二氧化碳捕集的第一仿真模型和低温提馏二氧化碳捕集的第二仿真模型；
S2、获取待处理的源气体的第一参数，所述第一参数包括源气体的体积，二氧化碳浓度，源气体中的杂质类型；获取处理后目标气体的第二参数，所述第二参数包括二氧化碳纯度，温度；
S3、将所述第一参数，所述第二参数代入分别所述第一仿真模型，所述第二仿真模型根据处理参数计算所需能耗与成本；
S4、调整所述第一仿真模型和所述第二仿真模型的所述处理参数后，根据主元分析法分析处理参数对能耗与成本结果的扰动，确定处理参数中有效影响因子；
S5，根据所述有效影响因子对所述第一仿真模型，所述第二仿真模型进行简化处理，再次计算能耗与成本，直到二氧化碳捕集过程能耗达到目标要求，进而实现优化二氧化碳捕集过程；
若所述第一仿真模型或所述第二仿真模型无法满足目标气体的第二参数要求，则将所述第一仿真模型与第二仿真模型串联，将所述第一仿真模型的输出作为所述第二仿真模型的输入，并计算串联后模型的能耗与成本，再次执行步骤S4-S5，直到二氧化碳捕集过程能耗达到目标要求。
进一步地，所述变压吸附二氧化碳捕集的第一仿真模型包括待处理气体除硫模块，吸收剂交换模块，二氧化碳解吸模块。
进一步地，所述变压吸附二氧化碳捕集的第一仿真模型包括：脱硫塔，吸收塔，冷却器，富液泵，贫富液换热器，贫液泵，解吸塔，再沸器，冷凝器，压缩机；其中脱硫塔包括待处理气体接口，吸收塔包括与脱硫塔、富液泵，贫富液换热机相连，解吸塔与压缩机，贫液泵，贫富液换热机相连；冷却器用于根据水冷却方式对贫液进行冷却，再沸器用于富液进行加热，冷凝器用于冷却解吸塔中逸出的气体。
进一步地，所述低温提馏二氧化碳捕集的第二仿真模型包括待处理气体加压模块，吸附除硫模块，低温处理模块，提馏处理模块。
进一步地，所述低温提馏二氧化碳捕集的第二仿真模型包括依次连接的第一气液分离器，第一级压缩机，第一级冷却器，第二级压缩机，脱硫塔，第二级冷却器，第二气液分离器，第一提馏塔，第三级冷却器，低温换热器，第二提馏塔；其中，脱硫塔用于去除硫化氢，第一提馏塔用于除去比二氧化碳重的组分；第二提馏塔用于除去比二氧化碳轻的组分后，保留液态高纯二氧化碳再输出。
进一步地，所述变压吸附二氧化碳捕集的第一仿真模型的处理参数包括吸收塔和解吸塔的计算模型，传质系数，相界面积，传热率，滞留量，工作压力；压缩机出口压力，贫富液换热器温度差，压缩机的机械效率。
进一步地，所述低温提馏二氧化碳捕集的第二仿真模型的处理参数包括一个或多个提馏塔的操作压力、待处理气体压缩机的出口压力、提馏塔冷凝器的温度、提馏塔冷凝器的压力、制冷剂的温度、制冷剂的压力。低温换热器的温度差。
碳捕集系统，其特征在于，该系统包括：
模型构建模块，用于构建变压吸附二氧化碳捕集的第一仿真模型和低温提馏二氧化碳捕集的第二仿真模型；
模型初始计算模块，用于获取待处理的源气体的第一参数，所述第一参数包括源气体的体积，二氧化碳浓度，源气体中的杂质类型；获取处理后目标气体的第二参数，所述第二参数包括二氧化碳纯度，温度；将所述第一参数，所述第二参数代入分别所述第一仿真模型，所述第二仿真模型根据处理参数计算所需能耗与成本；
模型分析模块，用于调整所述第一仿真模型和所述第二仿真模型的所述处理参数后，根据主元分析法分析处理参数对能耗与成本结果的扰动，确定处理参数中有效影响因子；
模型简化模块，根据所述有效影响因子对所述第一仿真模型，所述第二仿真模型进行简化处理，再次计算能耗与成本，直到二氧化碳捕集过程能耗达到目标要求，进而实现优化二氧化碳捕集过程；
模型组合模块，用于当所述第一仿真模型或所述第二仿真模型无法满足目标气体的第二参数要求，则将所述第一仿真模型与第二仿真模型串联，将所述第一仿真模型的输出作为所述第二仿真模型的输入，并计算串联后模型的能耗与成本，再次运行模型分析模块，模型简化模块，直到二氧化碳捕集过程能耗达到目标要求。
计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，处理器执行所述计算机程序实施碳捕集方法。
种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序实施碳捕集方法。
本发明的有益效果如下：
1)本发明通过构建多个仿真模型，变压吸附二氧化碳捕集仿真模型和低温提馏二氧化碳捕集仿真模型，增强了碳捕集的模型适用范围，
2)通过能耗分析选择最优的模型以及模型运行参数，提高了碳捕集的模拟效率；
3)通过模型的组合使用，提高了二氧化碳捕集的模型的最优方式模拟，提升了对于包含不同杂质源气体的捕集方式模拟，优化了捕集建设先的模拟指导效率。
上述说明，仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述说明和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，特举较佳实施例，详细说明如下。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为碳捕集方法的流程图
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本发明为解决以上技术问题所采取的技术方案是：
碳捕集方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、构建变压吸附二氧化碳捕集的第一仿真模型和低温提馏二氧化碳捕集的第二仿真模型；
S2、获取待处理的源气体的第一参数，所述第一参数包括源气体的体积，二氧化碳浓度，源气体中的杂质类型；获取处理后目标气体的第二参数，所述第二参数包括二氧化碳纯度，温度；
S3、将所述第一参数，所述第二参数代入分别所述第一仿真模型，所述第二仿真模型根据处理参数计算所需能耗与成本；
S4、调整所述第一仿真模型和所述第二仿真模型的所述处理参数后，根据主元分析法分析处理参数对能耗与成本结果的扰动，确定处理参数中有效影响因子；
S5，根据所述有效影响因子对所述第一仿真模型，所述第二仿真模型进行简化处理，再次计算能耗与成本，直到二氧化碳捕集过程能耗达到目标要求，进而实现优化二氧化碳捕集过程；
若所述第一仿真模型或所述第二仿真模型无法满足目标气体的第二参数要求，则将所述第一仿真模型与第二仿真模型串联，将所述第一仿真模型的输出作为所述第二仿真模型的输入，并计算串联后模型的能耗与成本，再次执行步骤S4-S5，直到二氧化碳捕集过程能耗达到目标要求。
进一步地，所述变压吸附二氧化碳捕集的第一仿真模型包括待处理气体除硫模块，吸收剂交换模块，二氧化碳解吸模块。
进一步地，所述变压吸附二氧化碳捕集的第一仿真模型包括：脱硫塔，吸收塔，冷却器，富液泵，贫富液换热器，贫液泵，解吸塔，再沸器，冷凝器，压缩机；其中脱硫塔包括待处理气体接口，吸收塔包括与脱硫塔、富液泵，贫富液换热机相连，解吸塔与压缩机，贫液泵，贫富液换热机相连；冷却器用于根据水冷却方式对贫液进行冷却，再沸器用于富液进行加热，冷凝器用于冷却解吸塔中逸出的气体。
进一步地，所述低温提馏二氧化碳捕集的第二仿真模型包括待处理气体加压模块，吸附除硫模块，低温处理模块，提馏处理模块。
进一步地，所述低温提馏二氧化碳捕集的第二仿真模型包括依次连接的第一气液分离器，第一级压缩机，第一级冷却器，第二级压缩机，脱硫塔，第二级冷却器，第二气液分离器，第一提馏塔，第三级冷却器，低温换热器，第二提馏塔；其中，脱硫塔用于去除硫化氢，第一提馏塔用于除去比二氧化碳重的组分；第二提馏塔用于除去比二氧化碳轻的组分后，保留液态高纯二氧化碳再输出。
进一步地，所述变压吸附二氧化碳捕集的第一仿真模型的处理参数包括吸收塔和解吸塔的计算模型，传质系数，相界面积，传热率，滞留量，工作压力；压缩机出口压力，贫富液换热器温度差，压缩机的机械效率。
进一步地，所述低温提馏二氧化碳捕集的第二仿真模型的处理参数包括一个或多个提馏塔的操作压力、待处理气体压缩机的出口压力、提馏塔冷凝器的温度、提馏塔冷凝器的压力、制冷剂的温度、制冷剂的压力。低温换热器的温度差。
其中，能耗模型为：
0＜θBKθBmax
其中，PGi表示碳捕集模型总消耗；PYi,t，Pmi,t
PYi,t表示t时段碳捕集模型i的固定能耗；
Pmi,t表示t时段碳捕集模型i运行能耗；
ωB表示捕集单位二氧化碳所需能耗；
为t时段解析塔需要处理的二氧化碳总质量；
θBmax为最大捕集率；
其中PYi,t，Pmi,t可以根据第一仿真模型，第二仿真模型各个组成构件的能耗组合获得；
碳捕集系统，其特征在于，该系统包括：
模型构建模块，用于构建变压吸附二氧化碳捕集的第一仿真模型和低温提馏二氧化碳捕集的第二仿真模型；
模型初始计算模块，用于获取待处理的源气体的第一参数，所述第一参数包括源气体的体积，二氧化碳浓度，源气体中的杂质类型；获取处理后目标气体的第二参数，所述第二参数包括二氧化碳纯度，温度；将所述第一参数，所述第二参数代入分别所述第一仿真模型，所述第二仿真模型根据处理参数计算所需能耗与成本；
模型分析模块，用于调整所述第一仿真模型和所述第二仿真模型的所述处理参数后，根据主元分析法分析处理参数对能耗与成本结果的扰动，确定处理参数中有效影响因子；
模型简化模块，根据所述有效影响因子对所述第一仿真模型，，所述第二仿真模型进行简化处理，再次计算能耗与成本，直到二氧化碳捕集过程能耗达到目标要求，进而实现优化二氧化碳捕集过程；
模型组合模块，用于当所述第一仿真模型或所述第二仿真模型无法满足目标气体的第二参数要求，则将所述第一仿真模型与第二仿真模型串联，将所述第一仿真模型的输出作为所述第二仿真模型的输入，并计算串联后模型的能耗与成本，再次运行模型分析模块，模型简化模块，直到二氧化碳捕集过程能耗达到目标要求。
其中其中，能耗模型为：
0＜θB＜θBmax
其中，PGi表示碳捕集模型总消耗；PYi,t，Pmi,t
PYi,t表示t时段碳捕集模型i的固定能耗；
Pmi,t表示t时段碳捕集模型i运行能耗；
ωB表示捕集单位二氧化碳所需能耗；
为t时段解析塔需要处理的二氧化碳总质量；
θBmax为最大捕集率；
其中PYi,t，Pmi,t可以根据第一仿真模型，第二仿真模型各个组成构件的能耗组合获得；
计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，处理器执行所述计算机程序实施碳捕集方法。
种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序实施碳捕集方法。
本发明的优点在于：
通过构建多个仿真模型，变压吸附二氧化碳捕集仿真模型和低温提馏二氧化碳捕集仿真模型，增强了碳捕集的模型适用范围，通过能耗分析选择最优的模型以及模型运行参数，提高了碳捕集的模拟效率；通过模型的组合使用，提高了二氧化碳捕集的模型的最优方式模拟，提升了对于包含不同杂质源气体的捕集方式模拟，优化了捕集建设先的模拟指导效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种碳捕集方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、构建变压吸附二氧化碳捕集的第一仿真模型和低温提馏二氧化碳捕集的第二仿真模型；
S2、获取待处理的源气体的第一参数，所述第一参数包括源气体的体积，二氧化碳浓度，源气体中的杂质类型；获取处理后目标气体的第二参数，所述第二参数包括二氧化碳纯度，温度；
S3、将所述第一参数，所述第二参数代入分别所述第一仿真模型，所述第二仿真模型根据处理参数计算所需能耗与成本；
S4、调整所述第一仿真模型和所述第二仿真模型的所述处理参数后，根据主元分析法分析所述处理参数对能耗与成本结果的扰动，确定所述处理参数中影响因子；
S5，根据所述影响因子对所述第一仿真模型，所述第二仿真模型进行简化处理，再次计算能耗与成本，直到二氧化碳捕集过程能耗达到目标要求；
若所述第一仿真模型或所述第二仿真模型无法满足目标气体的第二参数要求，则将所述第一仿真模型与第二仿真模型串联，将所述第一仿真模型的输出作为所述第二仿真模型的输入，并计算串联后模型的能耗与成本，再次执行步骤S4-S5，直到二氧化碳捕集过程能耗达到目标要求；
所述变压吸附二氧化碳捕集的第一仿真模型包括：脱硫塔，吸收塔，冷却器，富液泵，贫富液换热器，贫液泵，解吸塔，再沸器，冷凝器，压缩机；其中脱硫塔包括待处理气体接口，吸收塔与脱硫塔、富液泵、贫富液换热机相连，解吸塔与压缩机，贫液泵，贫富液换热机相连；冷却器用于根据水冷却方式对贫液进行冷却，再沸器用于富液进行加热，冷凝器用于冷却解吸塔中逸出的气体；
所述低温提馏二氧化碳捕集的第二仿真模型包括依次连接的第一气液分离器，第一级压缩机，第一级冷却器，第二级压缩机，脱硫塔，第二级冷却器，第二气液分离器，第一提馏塔，第三级冷却器，低温换热器，第二提馏塔；其中，脱硫塔用于去除硫化氢，第一提馏塔用于除去比二氧化碳重的组分；第二提馏塔用于除去比二氧化碳轻的组分后，保留液态高纯二氧化碳再输出。
2.根据权利要求1所述碳捕集方法，其特征在于：所述变压吸附二氧化碳捕集的第一仿真模型包括待处理气体除硫模块，吸收剂交换模块，二氧化碳解吸模块。
3.根据权利要求2所述碳捕集方法，其特征在于：所述低温提馏二氧化碳捕集的第二仿真模型包括待处理气体加压模块，吸附除硫模块，低温处理模块，提馏处理模块。
4.根据权利要求3所述碳捕集方法，其特征在于：所述变压吸附二氧化碳捕集的第一仿真模型的处理参数包括吸收塔和解吸塔的计算模型，传质系数，相界面积，传热率，滞留量，工作压力；压缩机出口压力，贫富液换热器温度差，压缩机的机械效率。
5.根据权利要求4所述碳捕集方法，其特征在于：所述低温提馏二氧化碳捕集的第二仿真模型的处理参数包括一个或多个提馏塔的操作压力、待处理气体压缩机的出口压力、提馏塔冷凝器的温度、提馏塔冷凝器的压力、制冷剂的温度、制冷剂的压力、低温换热器的温度差。
6.一种碳捕集系统，其特征在于，该系统包括：
模型构建模块，用于构建变压吸附二氧化碳捕集的第一仿真模型和低温提馏二氧化碳捕集的第二仿真模型；
模型初始计算模块，用于获取待处理的源气体的第一参数，所述第一参数包括源气体的体积，二氧化碳浓度，源气体中的杂质类型；获取处理后目标气体的第二参数，所述第二参数包括二氧化碳纯度，温度；将所述第一参数，所述第二参数代入分别所述第一仿真模型，所述第二仿真模型根据处理参数计算所需能耗与成本；
模型分析模块，用于调整所述第一仿真模型和所述第二仿真模型的所述处理参数后，根据主元分析法分析处理参数对能耗与成本结果的扰动，确定处理参数中影响因子；
模型简化模块，用于根据所述影响因子对所述第一仿真模型，所述第二仿真模型进行简化处理，再次计算能耗与成本，直到二氧化碳捕集过程能耗达到目标要求；
模型组合模块，用于当所述第一仿真模型或所述第二仿真模型无法满足目标气体的第二参数要求，则将所述第一仿真模型与第二仿真模型串联，将所述第一仿真模型的输出作为所述第二仿真模型的输入，并计算串联后模型的能耗与成本，再次运行模型分析模块，模型简化模块，直到二氧化碳捕集过程能耗达到目标要求；
所述变压吸附二氧化碳捕集的第一仿真模型包括：脱硫塔，吸收塔，冷却器，富液泵，贫富液换热器，贫液泵，解吸塔，再沸器，冷凝器，压缩机；其中脱硫塔包括待处理气体接口，吸收塔与脱硫塔、富液泵、贫富液换热机相连，解吸塔与压缩机，贫液泵，贫富液换热机相连；冷却器用于根据水冷却方式对贫液进行冷却，再沸器用于富液进行加热，冷凝器用于冷却解吸塔中逸出的气体；
所述低温提馏二氧化碳捕集的第二仿真模型包括依次连接的第一气液分离器，第一级压缩机，第一级冷却器，第二级压缩机，脱硫塔，第二级冷却器，第二气液分离器，第一提馏塔，第三级冷却器，低温换热器，第二提馏塔；其中，脱硫塔用于去除硫化氢，第一提馏塔用于除去比二氧化碳重的组分；第二提馏塔用于除去比二氧化碳轻的组分后，保留液态高纯二氧化碳再输出。
7.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，
处理器执行所述计算机程序实施如权利要求1-5任一项所述碳捕集方法。
8.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序实施如权利要求1-5任一项所述碳捕集方法。
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