變壓吸附分離氮?dú)饧淄檫^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(fèi)，又加重了溫室效應(yīng)。因此，低濃度煤層氣升級的關(guān)鍵在于尋找合適、高效的方法實(shí)現(xiàn)甲烷和氮?dú)獾慕?jīng)濟(jì)性分離。變壓吸附法由于節(jié)省能耗，設(shè)備簡單，易于操作等特點(diǎn)，在氣體分離與凈化領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)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(jìn)行研究。一方面使基于模型的模擬研究更加接近工業(yè)實(shí)際，另一方面采用優(yōu)化控制策略實(shí)現(xiàn)對變壓吸附工藝的優(yōu)化和調(diào)控，提高分離過程的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。
　　本文首先采用實(shí)驗(yàn)室自制椰殼活性炭為吸附劑，進(jìn)行了兩塔真空變壓吸附分離氮?dú)?甲烷（70％/30%）的工藝流程實(shí)驗(yàn)與模擬研究。通過實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果的對比，證明了基于模型的工藝模擬研究的準(zhǔn)確性和可行性。進(jìn)一步地對影響甲烷產(chǎn)品氣的純度、回收率的關(guān)鍵決

3、策變量的靈敏度分析結(jié)果表明：產(chǎn)品氣純度主要受原料氣流量和置換氣流量調(diào)控，而產(chǎn)品氣回收率則需要兩者的共同作用才能實(shí)現(xiàn)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(chǔ)，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(jī)擾動，并設(shè)計簡單實(shí)用的PID控制器對擾動工藝進(jìn)行閉環(huán)控制模擬。通過開環(huán)模擬和閉環(huán)控制模擬結(jié)果