[发明专利]一种变压吸附的最优吸附时间的确定方法及系统

说明书

本发明公开了一种变压吸附的最优吸附时间的确定方法及系统。该确定方法包括：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；建立变压吸附装置的数学模拟模型；对建立数学模拟模型进行数学求解；判断求解结果中的产品氢组成和流量是否满足预设计算要求，若未满足预设计算要求，则修正吸附平衡动力学参数初始值；若满足预设计算要求，则建立所述变压吸附装置的非线性规划模型，并对建立的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。本发明能够在确保氢气回收质量、效率以及吸附剂不被污染的前提下，确定变压吸附装置的最优吸附时间。

技术领域

本发明涉及气体吸附技术领域，具体涉及变压吸附的最优吸附时间的确定方法及系统。

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。变压吸附吸附塔是多种吸附剂的复合床层，通常情况下，从塔底至塔顶依次装填活性氧化铝、硅胶、活性炭、各种类型的分子筛吸附剂，根据处理的原料不同，各种吸附剂装填的种类及比例略有差别，其中，氧化铝类吸附剂对H₂O、H₂S等组分具有良好的吸附作用，硅胶易吸附H₂O、CO₂、重烃类杂质，活性炭对CO₂、各种烃类杂质吸附较好，各种类型的分子筛吸附剂均是针对特定组分的吸附分离，如CO专用吸附剂、碳分子筛吸附剂等。

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。因此对于确定的变压吸附装置，最优吸附时间的确定及准确计算是变压吸附装置运行、操作优化的核心技术。

实际生产中变压吸附的吸附时间确定主要有以下两类方法：

（1）操作工根据原料气流量、产品流量等仪表显示，按照经验判断进行吸附时间的调整。由于人工调节方法主要依靠操作工经验，受人为因素影响较大，又因在装置运行中原料气流量、原料气产品组成频繁波动，操作工很难及时准确的进行相应最优吸附时间的调整，往往造成滞后或偏差，也就使得产品收率较低、产品质量较差；

（2）基于变压吸附原料气或产品气流量、组成信息的吸附时间自动调节。CN1314200A提供了一种改进的变压吸附装置控制系统，能根据原料气流量、原料气产品含量和产品气流量的变化自动调节控制吸附时间，达到提高产品收率和质量的目的。CN102527188A提供了一种变压吸附装置吸附时间的确定方法，基本思想是分别计算变压吸附装置预置基准参数的吸附时间-原料流量关系曲线、预置操作条件下的吸附时间-原料流量控制曲线，再由实时检测数据计算变压吸附装置实时动态吸附点，通过判断实时动态吸附点与上述两种曲线的关系，进而调节吸附时间。上述两方法涉及的吸附时间的确定方法均以吸附塔进出物流信息与吸附时间进行简单关联，未深入考察吸附时间与各吸附剂层的关系，不能本质上论证、获取最优吸附时间。例如重整氢提浓变压吸附、炼厂干气提浓变压吸附等装置或变压吸附装置原料气组分、流量变化较大时的吸附时间确定，不能简单的仅以产品氢收率、产品氢纯度或某时刻动态吸附点与设计工况的偏差而调整吸附时间，而是应该在保证产品氢质量合格、收率最大化前提下，还需考虑吸附塔内吸附剂不被某些组分污染中毒等因素，综合确定最优吸附时间。

因此，如何将现有技术问题加以解决，提供一种新的炼厂气变压吸附最优吸附时间确定的方法及系统，即为本领域技术人员的研究方向所在。

发明内容