【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于二氧化碳捕集，特别涉及一种用于烟气脱碳组合工艺的多目标优化方法。
技术介绍
1、各类化石燃料利用行业如电力、化工、冶炼等造成的co2过度排放加剧了全球变暖、极端天气事件频发等气候变化问题。燃烧后碳捕集(pcc，post-combustion capture)技术是最成熟的ccus(carbon capture,utilization and storage，二氧化碳捕集、利用与封存)技术之一，其中，化学吸收法由于吸收效率高、吸收速率快、可循环再生等优点成为目前碳捕集改造工程的首选。典型的pcc技术通常采用基于醇胺溶液的单塔吸收-单塔再生工艺，然而，该类系统普遍面临高资本成本、高空间需求、高能量损失等问题，这也是pcc技术目前仍处于中试试验或示范阶段的重要原因之一。因此，实现设备小型化和系统低能耗对pcc技术走向大规模商业化应用尤为重要。
2、基于双塔或多塔的组合工艺在运行灵活性、设备扩展性等方面具有极大潜力，有望通过耦合新型吸收器、参数优化等实现更灵活高效、更低能耗的co2脱除。然而，目前用于脱碳的组合工艺研究还停留在工艺设计与初步性能评估中，如美国专利us20180318753a1申请公开了一种利用填料床(pb，packed bed)和旋转填料床(rpb，rotating packed bed)的组合工艺从气体混合物中吸收co2的装置和方法，为脱碳组合工艺的设计提供了参考，但其存在以下不足之处：未全面评估各类组合工艺配置的性能表现，所得比较结果仅适于某几种特定工况；未提供组合工艺的优化方法。值得关注的
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术中存在的缺乏针对组合工艺的详细参数优化或性能评估方法的问题，本专利技术的目的是提供一种用于烟气脱碳组合工艺的多目标优化方法，该方法基于组合工艺的稳态模型，根据组合工艺类型个性化选取性能指标及影响因素以开展单因素分析试验，再通过正交试验和综合评分法实现组合工艺的多目标优化。经模拟验证发现，通过本专利技术的优化方法获得的最优因素组合能使各性能指标获得较大提升。本专利技术为相关组合工艺的性能评估与优化研究提供参考，并促进其后续的规模化推广应用。
2、为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种用于烟气脱碳组合工艺的多目标优化方法，包括以下步骤：
4、1)根据烟气脱碳组合工艺，建立各工艺中的设备单元模型，并基于实验条件建立稳态工艺模型；
5、2)根据烟气脱碳组合工艺类型选取性能指标与影响因素，然后基于稳态工艺模型进行单因素分析试验，得到单因素分析试验结果；
6、3)根据单因素分析试验结果，分别在各因素最佳水平附近选取三水平进行计算，将性能指标、影响因素及影响因素水平作为变量，设计正交试验矩阵，基于正交试验矩阵通过模拟获得正交试验结果；
7、4)根据性能指标质量特性对正交试验结果进行标准化处理，得到标准化后试验数据，采用线性加权方法计算标准化后试验数据的综合得分；
8、5)对标准化后试验数据的综合得分进行极差分析，得到最高的综合得分均值，根据最高的综合得分均值确定影响因素的最佳水平，获得最佳的影响因素组合。
9、进一步的，所述步骤1)中烟气脱碳组合工艺中采用的装置，包括：
10、混合器单元与分流器单元中的一种、再生器单元以及两个或两个以上的吸收器单元，其中，吸收器单元为旋转填料床rpb或填料床pb。
11、进一步的，建立各工艺中的设备单元模型的具体步骤如下：选取radfrac模块模拟填料床，在fortran中建立超重力吸收模型并与radfrac模块连接来模拟旋转填料床，选取flash模块模拟再生器单元，选取mixer模块模拟混合器单元，选取fsplit模块模拟分流器单元；参考aspen plus自带的enrtl-rk案例模型，选取公开报道的实验数据作为初始工艺条件建立稳态工艺模型。
12、进一步的，步骤2)的具体过程如下：
13、2-1)若烟气脱碳组合工艺为存在烟气梯级流动的串联工艺，则选取单位烟气的吸收剂消耗量和再生能耗为性能指标，选取塔器捕集率、烟气负荷、吸收剂浓度为影响因素，并确定各影响因素对各性能指标的变化关系，得到单因素分析试验结果；
14、2-2)若组合工艺为存在吸收剂梯级流动的串联工艺，则选取单位吸收剂的co2捕集量和再生能耗为性能指标，选取塔器捕集率、吸收剂负荷与烟气浓度为影响因素，并确定各影响因素对各性能指标的变化关系，得到单因素分析试验结果；
15、2-3)若组合工艺为气液独立分配的并联工艺，则选取单位吸收剂的co2捕集量和再生能耗为性能指标，选取吸收剂分率、塔器捕集率、吸收剂负荷与吸收剂浓度为影响因素，并确定各影响因素对各性能指标的变化关系，得到单因素分析试验结果。
16、进一步的，单位烟气的吸收剂消耗量c通过下式获得；
17、
18、其中，c总为吸收剂总消耗量，lg为烟气负荷；
19、塔器捕集率η根据下式获得；
20、
21、其中，分别为吸收器的入口烟气摩尔流量、co2入口摩尔分数、出口烟气摩尔流量和co2出口摩尔分数；
22、单位吸收剂的co2捕集量q根据下式获取；
23、
24、其中，qg,in为总入口烟气摩尔流量，为入口烟气中co2摩尔分数，qg,out为总出口烟气摩尔流量，为出口烟气中co2摩尔分数。
25、进一步的，再生能耗e根据aspen plus的flash模块结果获得；
26、吸收剂总消耗量c总、吸收剂浓度cl、吸收剂负荷ll、烟气浓度cg与烟气负荷lg根据aspen plus的结果摘要获取；
27、吸收剂分率γ根据aspen plus的fsplit模块获取。
28、进一步的，步骤3)的具体过程如下：
29、3-1)若组合工艺为存在烟气梯级流动的串联工艺，则进行单位烟气的吸收剂消耗量c和再生能耗e的正交试验，设计三因素三水平正交表l9(33)(若吸收剂含有双组分，则设计四因素三水平正交表l9(34))，计算得出每一试验下各性能指标的结果，之后使用极差法对性能指标的结果进行分析，获得正交试验结果；
30、3-2)若组合工艺为存在吸收剂梯级流动的串联工艺，则进行单位吸收剂的co2捕集量q和再生能耗e的正交试验，并通过aspen plus模拟和如上公式计算得出每一试验下各性能指标的结果，之后使用极差法对性能指标的结果进行分析，获得正交试验结果；
31、3-3)若组合工艺为气液独立分配的并联工艺，则进行单位吸收剂的co2捕集量q和再生能耗e的正交试验，设计本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于烟气脱碳组合工艺的多目标优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述用于烟气脱碳组合工艺的多目标优化方法，其特征在于，所述步骤1)中烟气脱碳组合工艺中采用的装置，包括：
3.根据权利要求1所述用于烟气脱碳组合工艺的多目标优化方法，其特征在于，建立各工艺中的设备单元模型的具体步骤如下：选取RadFrac模块模拟填料床，在Fortran中建立超重力吸收模型并与RadFrac模块连接来模拟旋转填料床，选取Flash模块模拟再生器单元，选取Mixer模块模拟混合器单元，选取FSplit模块模拟分流器单元；参考Aspen Plus自带的ENRTL-RK案例模型，选取公开报道的实验数据作为初始工艺条件建立稳态工艺模型。
4.根据权利要求1所述用于烟气脱碳组合工艺的多目标优化方法，其特征在于，步骤2)的具体过程如下：
5.根据权利要求1所述用于烟气脱碳组合工艺的多目标优化方法，其特征在于，单位烟气的吸收剂消耗量C通过下式获得；
6.根据权利要求1所述用于烟气脱碳组合工艺的多目标优化方法，其特征在于，再生能耗
7.根据权利要求1所述用于烟气脱碳组合工艺的多目标优化方法，其特征在于，步骤3)的具体过程如下：
8.根据权利要求1所述用于烟气脱碳组合工艺的多目标优化方法，其特征在于，步骤4)的具体过程如下：
9.根据权利要求8所述用于烟气脱碳组合工艺的多目标优化方法，其特征在于，单位烟气的吸收剂消耗量C和再生能耗E标准化通过下式进行；
10.根据权利要求8所述用于烟气脱碳组合工艺的多目标优化方法，其特征在于，若组合工艺为存在吸收剂梯级流动的串联工艺或气液独立分配的并联工艺，则对单位吸收剂的CO2捕集量Q和再生能耗E的正交试验结果进行标准化处理：
...【技术特征摘要】
1.一种用于烟气脱碳组合工艺的多目标优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述用于烟气脱碳组合工艺的多目标优化方法，其特征在于，所述步骤1)中烟气脱碳组合工艺中采用的装置，包括：
3.根据权利要求1所述用于烟气脱碳组合工艺的多目标优化方法，其特征在于，建立各工艺中的设备单元模型的具体步骤如下：选取radfrac模块模拟填料床，在fortran中建立超重力吸收模型并与radfrac模块连接来模拟旋转填料床，选取flash模块模拟再生器单元，选取mixer模块模拟混合器单元，选取fsplit模块模拟分流器单元；参考aspen plus自带的enrtl-rk案例模型，选取公开报道的实验数据作为初始工艺条件建立稳态工艺模型。
4.根据权利要求1所述用于烟气脱碳组合工艺的多目标优化方法，其特征在于，步骤2)的具体过程如下：
5.根据权利要求1所述用于烟...
【专利技术属性】
技术研发人员：师进文，高凡翔，刘阳，敬登伟，刘茂昌，袁定铭，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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