[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

权利要求书

1.一种变压吸附的最优吸附时间的确定方法，其特征在于，其包括如下步骤：

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、操作参数和吸附平衡动力学参数，设定各方程所需参数初始值；

步骤S2：根据变压吸附装置内装填的不同类别吸附剂，将变压吸附装置划分成不同的吸附层，并采用吸附平衡方程、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；

步骤S3：对所述变压吸附装置的数学模拟模型进行数学求解，获取产品氢组成和流量，同时获取原料气中预定组分气体穿透预定吸附层的时间；

步骤S4：判断步骤S3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，则修正步骤S1中的吸附平衡动力学参数初始值；若满足预设计算要求，则执行步骤S5；

步骤S5：建立所述变压吸附装置的非线性规划模型；

步骤S6：对所述变压吸附装置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，

所述步骤S1中的变压吸附装置的设计参数包括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；所述变压吸附装置的操作参数包括原料气流量、组成以及吸附操作的温度、压力和理论穿透时间；所述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，

所述步骤S2中，

总传质平衡方程为：

其中，C表示床层气相浓度；D_L表示床层轴向扩散系数；ρ_p表示吸附压力P 下气相密度，v表示气流速度；表示组分i吸附平衡浓度；ε表示分子吸附床孔隙率；z表示微元段轴向距离，t表示时间；

气体组分i的传质平衡方程为：

其中，D_L表示床层轴向扩散系数；C_i表示组分i气相总浓度；v表示气流速度；ρ_p表示吸附压力P下气相密度；ε表示分子吸附床孔隙率；表示组分i吸附平衡浓度，z表示微元段轴向距离；t表示时间；

传质速率方程：

其中，k_i表示气固传质系数；表示组分i吸附床气相浓度；表示组分i吸附平衡浓度，t表示时间；

吸附平衡方程为：

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；P_j表示待吸附的混合气体中，气体组分j的分压；B_j表示气体组分j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表示混合气体中i组分的最大吸附量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：pelect数方程为：

P_e＝vL/D_L

其中，P_e表示传质佩克莱数；v表示气流速度；L表示吸附剂的床层高度；D_L表示床层轴向扩散系数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S4中判断产品氢组成和流量是否满足预设计算要求是指判断步骤S3求解结果中的产品氢组成和流量与实际装置获取的产品氢组成和流量的相对偏差是否控制在1％～5％以内。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S6：在对所述变压吸附装置的非线性规划模型进行求解时，以所述变压吸附装置的吸附时间为优化变量，以最大化产品氢回收率为目标函数值，以产品氢氢纯度大于或等于预设纯度值以及原料气中预定组分气体不能穿透预定吸附层为约束条件；其中，所述变压吸附装置的吸附时间的初始值根据理论计算的穿透时间进行设置。