變壓吸附分離氮氣甲烷過程優(yōu)化控制研究.pdf

1、隨著我國非常規(guī)天然氣的可開采量的日益豐富，開發(fā)和利用非常規(guī)天然氣資源顯示出巨大的商業(yè)價值。低濃度煤層氣作為一種重要的煤礦伴生天然氣資源，由于分離利用成本較高，大部分采用直接排放的處理方式，這既造成了能源浪費，又加重了溫室效應。因此，低濃度煤層氣升級的關鍵在于尋找合適、高效的方法實現甲烷和氮氣的經濟性分離。變壓吸附法由于節(jié)省能耗，設備簡單，易于操作等特點，在氣體分離與凈化領域受到了廣泛的關注。
　　本文主要從模擬和優(yōu)化控制兩方面對從

2、 N2/CH4氣體混合物中提純甲烷的變壓吸附工藝進行研究。一方面使基于模型的模擬研究更加接近工業(yè)實際，另一方面采用優(yōu)化控制策略實現對變壓吸附工藝的優(yōu)化和調控，提高分離過程的穩(wěn)定性和經濟性。
　　本文首先采用實驗室自制椰殼活性炭為吸附劑，進行了兩塔真空變壓吸附分離氮氣/甲烷（70％/30%）的工藝流程實驗與模擬研究。通過實驗和模擬結果的對比，證明了基于模型的工藝模擬研究的準確性和可行性。進一步地對影響甲烷產品氣的純度、回收率的關鍵決

3、策變量的靈敏度分析結果表明：產品氣純度主要受原料氣流量和置換氣流量調控，而產品氣回收率則需要兩者的共同作用才能實現最大化。
　　最后，針對三塔 N2/CH4真空變壓吸附分離工藝建立了系統(tǒng)的模擬、優(yōu)化和控制框架，以序貫二次規(guī)劃優(yōu)化算法為基礎，分別采用順序優(yōu)化控制法和同時優(yōu)化控制法尋找工藝流程在既定約束條件的最優(yōu)值，向最優(yōu)工藝流程中引入外界隨機擾動，并設計簡單實用的PID控制器對擾動工藝進行閉環(huán)控制模擬。通過開環(huán)模擬和閉環(huán)控制模擬結果