化学环制氢工艺模拟方法、装置、设备和存储介质与流程

本发明涉及制氢工艺领域，特别涉及化学环制氢工艺模拟方法、装置、设备和存储介质。

背景技术：

1、商用工艺模拟软件(如aspen hysys和aspen plus)等作为通用工艺流程模拟软件，能够通过对各种石化工艺装置进行全流程的模拟，来为各种工艺装置的工艺设计和操作条件的优化进行指导和验证。

2、化学环制氢技术通过采用不同的反应器，将燃料的氧化反应和水蒸气的还原反应隔离，反应器之间仅传递固态氧载体，使得反应产生的二氧化碳与氢气分别在不同反应器出口排出，排出混合气体中仅混有水蒸汽，仅通过冷凝即可进行提纯及捕获。

3、发明人经过研究发现，现有技术中利用商用工艺模拟软件模拟化学环制氢技术的反应器至少存在以下缺陷：

4、无法实现对化学环制氢工艺的准确模拟。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在实现于对化学环制氢工艺的准确模拟。

2、为实现上述目的，本发明公开了一种化学环制氢工艺模拟方法，包括：

3、s11、基于商用流程模拟软件构建所述化学环制氢装置的工艺流程模型；

4、s12、分别构建所述化学环制氢装置中各反应器的反应器机理模型；

5、s13、通过设定各所述反应器机理模型与流程模拟软件数据交互的通信接口，将各所述反应器机理模型嵌入所述商用流程模拟软件；

6、s14、通过所述通信接口获取所述工艺流程模型中各反应器入口流股的流程模拟参数数据；各所述反应器机理模型根据所述流程模拟参数数据和对应的反应动力学参数数据生成产品物性数据；

7、s15、通过所述通信接口将所述产品物性数据回传至所述工艺流程模型中对应的反应器出口流股。

8、优选的，在本发明中，所述反应器机理模型包括；

9、燃料反应器机理模型、蒸汽反应器机理模型和空气反应器机理模型。

10、优选的，在本发明中，所述流程模拟参数数据包括原料性质参数数据和装置操作参数数据；

11、所述原料性质参数数据包括所述工艺流程模型中流入反应器入口流股的温度、压力和摩尔流量。

12、优选的，在本发明中，所述反应器机理模型采用轴向扩散模型对各所述反应器进行建模；

13、所述轴向扩散模型方程包括：

14、

15、其中，ci为第i个组分的浓度，等式左侧为瞬时项，反应第i个组分单位时间内进入微元与流出微元的浓度差；等式右侧第一项为扩散项，de为轴向分散系数，z为轴向位置，反应组分浓度扩散；第二项为对流项，u是流体速度，反应单位微元内组分沿轴向的返混程度；ai、eai为化学反应动力学参数，分别为第i个反应的指前因子和活化能。

16、优选的，在本发明中，所述通信接口用于读取所述工艺流程模型中各所述反应器入口流股的流程模拟参数数据，和，将各所述反应器机理模型计算求解后的产品物性数据回传至所述工艺流程模型中对应的反应器出口流股。

17、优选的，在本发明中，所述反应器机理模型的求解过程包括：

18、在所述工艺流程模型中获取与所述反应器机理模型对应的反应器入口流股的流程模拟参数数据，和，对应的反应动力学参数数据；

19、以所述原料物性数数据和所述反应动力学参数数据为输入，据根据所述轴向扩散模型方程采用有限体积法求解偏微分方程进行近似求解计算；

20、判断求解结果是否收敛；如果否，重新设定所述工艺流程模型的初始模拟参数数据，和，对应的反应动力学参数数据并返回步骤s14；

21、如果是，将所述求解结果作为用于回传至所述工艺流程模型中对应的反应器出口流股的计算结果。

22、优选的，在本发明中，所述商用流程模拟软件包括：

23、aspen hysys或aspen plus。

24、优选的，在本发明中，所述设定各所述反应器机理模型与流程模拟软件数据交互的通信接口，包括：

25、运用python编程语言构建所述燃料反应器机理模型、蒸汽反应器机理模型和空气反应器机理模型；

26、在aspen hysys中创建一个包含dll文件的数据通信接口；各所述反应器机理模型和aspen hysys可以直接通过com端口进行通信。

27、在本发明的另一面，还提供了一种化学环制氢工艺模拟装置，包括：

28、工艺流程模型生成单元，用于基于商用流程模拟软件构建所述化学环制氢装置的工艺流程模型；

29、机理模型生成单元，用于分别构建所述化学环制氢装置中各反应器的反应器机理模型；

30、模型嵌入单元，用于通过设定各所述反应器机理模型与流程模拟软件数据交互的通信接口，将各所述反应器机理模型嵌入所述商用流程模拟软件；

31、机理模拟单元，用于通过所述通信接口获取所述工艺流程模型中各反应器入口流股的流程模拟参数数据；各所述反应器机理模型根据所述流程模拟参数数据和对应的反应动力学参数数据生成产品物性数据；

32、数据回传单元，用于通过所述通信接口将所述产品物性数据回传至所述工艺流程模型中对应的反应器出口流股。

33、在本发明实施例的另一面，还提供了一种化学环制氢工艺模拟设备，包括：

34、存储器，用于存储计算机程序；

35、处理器，用于调用并执行所述计算机程序，以实现如上任一项所述的化学环制氢工艺模拟方法的各个步骤。

36、在本发明实施例的另一面，还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上任一项所述的化学环制氢工艺模拟方法的各个步骤。

37、有益效果

38、本发明中，一方面基于现有的商用流程模拟软件构建出化学环制氢装置的工艺流程模型；另一方面还分别构建了化学环制氢装置中各主要反应器的反应器机理模型；然后，通过设定的通信接口分别获取工艺流程模型中各主要反应器入口流股的流程模拟参数数据；各个反应器机理模型以对应的流程模拟参数数据为输入，结合其反应动力学参数数据来生成相应的产品物性数据；接着，再将该产品物性数据返回至工艺流程模型中来作为工艺流程模型中对应的反应器出口流股；这样，就可以通过工艺流程模型来获得对化学环制氢装置的化学环制氢工艺的准确模拟。

39、由上可以看出，通过本发明，可以在商用流程模拟软件缺少适用的反应器模型的情况下也能实现对于化学环制氢工艺的准确模拟；进而也就改善了化学环制氢技术的工艺设计和操作条件的优化效果，提高了流程模拟技术在化学环制氢技术工业中的实用性。

40、上述说明仅为本申请技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本申请的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本申请的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

技术特征：

1.一种化学环制氢工艺模拟方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的化学环制氢工艺模拟方法，其特征在于，所述反应器机理模型包括；

3.根据权利要求1所述的化学环制氢工艺模拟方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的化学环制氢工艺模拟方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的化学环制氢工艺模拟方法，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的化学环制氢工艺模拟方法，其特征在于，所述反应器机理模型的求解过程包括：

7.根据权利要求1所述的化学环制氢工艺模拟方法，其特征在于，所述商用流程模拟软件包括：

8.根据权利要求7所述的化学环制氢工艺模拟方法，其特征在于，所述设定各所述反应器机理模型与流程模拟软件数据交互的通信接口，包括：

9.一种化学环制氢工艺模拟装置，其特征在于，包括：

10.一种化学环制氢工艺模拟设备，包括：

11.一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-8中任一项所述的化学环制氢工艺模拟方法的各个步骤。

技术总结
本发明公开了化学环制氢工艺模拟方法、装置、设备和存储介质，其中所述方法包括：基于商用流程模拟软件构建工艺流程模型；分别构建各反应器的反应器机理模型；通过通信接口将各反应器机理模型嵌入商用流程模拟软件；通过通信接口获取工艺流程模型中流入各反应器入口流股的流程模拟参数数据；各反应器机理模型根据流程模拟参数数据和对应的反应动力学参数数据生成产品物性数据；将产品物性数据回传至工艺流程模型中对应的反应器出口流股。本发明改善了化学环制氢技术的工艺设计和操作条件的优化效果，提高了流程模拟技术在化学环制氢技术工业中的实用性。

技术研发人员：李兵,王晓霖,陈博
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13