具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

实施例一

为了提供一种能够适用于多种工况的炼厂氢气资源的优化方案，如图1所示，在本发明实施例中提供了一种炼厂氢气资源的优化方法，包括步骤：

S11、根据柴油加氢脱硫工艺建立多集总的脱硫反应动力学模型；

随着我国对柴油质量要求的不断升级，炼化企业将通过降低柴油中的硫含量来提高柴油质量作为柴油生产的核心任务之一。

对于柴油加氢装置来讲，产品中硫含量是集成模型的关键约束条件，因此，首先需要构建柴油的脱硫反应动力学模型。

具体可以包括：建立多集总的脱硫反应动力学模型，一般需要通过包括有原料柴油的硫组成、反应器参数、催化剂装填参数和反应条件的工业装置数据，对所述脱硫反应动力学模型的速率方程中的预设参数进行回归，来确定所述速率方程的指前参量k_0，i、指前因子、表观活化能Ea_i及氢分压指数n_i。

在本发明实施例中，优选方案为建立四集总的脱硫反应动力学模型，其具体过程可以如图2所示并参考图3，包括：

S111、反应器入口原料性质和反应条件的确定，包括：获取包括有原料柴油的硫组成、反应器参数、催化剂装填参数和反应条件的工业装置数据；

S112、设定所述指前参量k_0，i、所述表观活化能Ea_i及所述氢分压指数n_i的初始值；

S113、计算反应器入口的反应速率；计算各床层的反应速率及反应物浓度；计算所述反应器的出口温度及产品性质；

S114、以所述反应器的出口温度及产品性质的计算值和实际测量值的方差之和最小为目标函数，通过回归计算得到脱硫反应动力学模型的特定参数的参数值；所述特定参数包括指前参量k_0，i、指前因子、表观活化能Ea_i及氢分压指数n_i；

在本步骤中，可以通过公式：Obj＝Min(SUM((T_cal-T_meas)²+(C_j,cal–C_j,meas)²)，以及，判断条件式：Obj≤σ，实现回归计算，以得到脱硫反应动力学模型最终的指前参量k_0，i、指前因子、表观活化能Ea_i，以及，氢分压指数n_i。

下面通过实验结果来验证本发明实施例中建立多集总的脱硫反应动力学模型的方式，其结果的准确性：

通过步骤S111至步骤S114获得的装置反应的动力学参数如表一所示：

表1：

接着，分别采集十种反应工况条件下的实验结果数据，以及，获得对应的工况下通过本发明实施例中的脱硫反应动力学模型计算所得的估算结果数据进行对比，对比结果如表2所示：

表2：

由上可以看出，通过本发明实施例中的脱硫反应动力学模型计算所得的估算结果，其误差均在±5％范围以内，说明本发明实施例中的脱硫反应动力学模型很好的符合了实际情况，具有良好的工业应用价值。

S12、以不增加设备投资为前提，以最大化回收氢气为导向，以氢网操作收益最大为目标，建立氢网优化模型，包括：

本发明实施例的应用场景是：炼厂由于占地或资金受限，无法新增设备或是管线，同时还要在氢气资源受限的情况下保证设定的油品质量；本发明实施例要基于以上的现状，对氢网进行优化，从而获得氢网操作收益最大。

本发明实施例的核心目标是在不增加设备投资的前提下，以最大化回收氢气为手段，来使氢网操作收益最大。

基于以上核心目标，本发明实施例建立氢网优化模型的具体步骤包括：

S121、设定所述氢网优化模型的目标函数的计算公式为：

MaxC_optimization＝△C_producer-△C_Consumer-△C_purification-△C_fuel；公式(1)

其中，MaxC_optimization为通过优化获得的氢网收益总和，△C_producer为氢气公用工程减少供给所带来的氢气收益，△C_Consumer为耗氢装置用氢条件发生改变后增加的操作成本，△C_purification为提纯装置原料改变后增加的操作成本，△C_fuel为回收氢气后向燃料气管网补充的燃料气价值；

公式(1)中的各个参数的获得方式具体可以如下：

1)，关于氢气公用工程减少供给所带来的氢气收益△C_producer，其具体的获得方式可以包括公式：

ΔC_producer＝∑_iprice_producer×ΔF_i公式(2)

其中，price_i为从第i个氢气公用工程的单价；△F_i为从第i个氢气公用工程的氢气流量。

2)，关于耗氢装置用氢条件发生改变后增加的操作成本△C_Consumer，指的是加氢装置由于新氢和循环氢流量、组成发生变化而导致的操作费用的增加量，主要包括压缩机操作费用的增加量(如果费用减少则此项数值为负)，其具体的获得方式可以包括公式：

压缩机操作费用的计算公式为：

其中，W_p：表示单位摩尔入口气体的压缩功率；C_pv：表示热容比C_p/C_v，根据进料组成由“第二维力系数模型”计算得到；T：表示压缩机入口温度，不能超过50℃；P_outlet：表示压缩机出口压力；P_inlet：表示压缩机入口压力；n_cmp：表示压缩级数；η_eff-ise-1：表示压缩机等熵效率；η_eff-mec：表示压缩机机械效率；R：表示气体常数；T₀：为273.15K；W_p,i,M为第i个加氢装置的新氢压缩机单位摩尔入口气体的压缩功率；n_i,Makeup为第i个加氢装置新氢压缩机入口的氢气摩尔数；W_p,i,R为第i个加氢装置的循环氢压缩机单位摩尔入口气体的压缩功率；n_i,Recycle为第i个加氢装置循环氢压缩机入口的氢气摩尔数；Price_e为炼油厂当地工业用电价格。

3)，关于提纯装置原料改变后增加的操作成本△C_purification，要考虑两个方面，具体包括：第一，提纯装置进料改变后压缩机操作费用的增加；第二，除去压缩机外，提纯装置处理量改变后的运行费用增加，其具体的获得方式可以包括公式：

△C_purification＝△C_{Press,Purification}+△C_Flowrate公式(5)

其中，△C_{Press,Purification}为压缩机操作费用的增加；△C_Flowrate为提纯装置处理量改变后的运行费用增加。

4)，关于回收氢气后向燃料气管网补充的燃料气价值△C_fuel，其具体的获得方式可以包括公式：

其中，为单位体积氢气的价格，为单位体积氢气的热值；H_fuel单位体积燃料气的热值，C_fuel为单位体积燃料气的价格。

S122、设定包括压缩机约束、提纯装置约束、氢源约束和氢阱约束的约束条件；

本步骤中的压缩机约束、提纯装置约束、氢源约束和氢阱约束，具体可以包括：

压缩机约束：压缩机入口气量必须满足设计处理量的要求，为防止发生喘振入口气体还应该满足氢气浓度设计最低要求，设定压缩机约束的公式可以包括：

∑_iF_i，comp≤F_compmax 公式(7)

∑_i(F_i，comp×y_i)≥∑_iF_i，comp×y_min 公式(8)

其中，F_compmax为压缩机所允许的最大进气量，F_i，comp为第i氢源流入压缩机的氢气流股流量，y_comp为压缩机出口氢气浓度。

提纯装置约束：提纯装置的入口气量应小于装置的设计最大处理量；设定提纯装置约束的公式可以包括：

∑_iF_i，PSA≤F_PSAMAX 公式(9)

其中，F_i，PSA为第i个进入提纯装置的流股流量，F_PSAMAX为PSA装置的最大设计处理量。

氢源约束：要求其所有输出流股之和小于等于氢源总输出的流量，设定氢源约束的公式可以包括：

∑_jF_i，j≤F_i，source 公式(10)

其中，F_i，j为第i个氢源流向第j个氢阱的流量；F_i，source为第i个氢源单位时间产出氢气总量。

设定氢阱约束的公式可以包括：

∑_iF_i，j＝F_j 公式(11)

公式(11)的含义为：氢阱j的供给量等于所有氢源供给氢气量之和。

∑_iF_i，j·y_i，j＝F_j·y_j 公式(12)

公式(12)的含义为：氢阱j的纯氢供给量等于所有氢源供给纯氢量之和。

公式(13)的含义为：氢阱中任意一个氢阱的纯氢供给量大于该氢阱的“最小纯氢供给量”。

公式(14)的含义为：氢阱中任意一个氢阱的供氢纯度大于该氢阱的“最小供氢纯度”，小于1。

S13、以至少包括有油品性质、补充氢气流量、补充氢气纯度和装置反应条件的特定工况数据为输入参数，通过所述脱硫反应动力学模型计算得出产品性质数据；

在本发明实施例中，以当前的工况数据为参数，根据预设的脱硫反应动力学模型可以获得计算出产品性质数据；

本发明实施例中的特定工况数据是指氢网参数中，与通过反应动力学模型判断当前工况对应的产品性质数据是否符合预设的质量标准相关的参数，具体来说，特定工况数据可以包括油品性质、新氢组成和新氢流量等。其中，包括如新氢组成和新氢流量等可调节参数，也包括油品性质等固定参数。

为了确保炼厂产品(如柴油或是蜡油加氢处理产品等)的质量能够符合预设标准，需要构建相应的动力学模型来对产品性质进行预测，从而获得在确保产品质量的前提下，各特定工况数据的组合方式。

S14、当所述产品性质数据不符合预设条件时，更新所述工况数据并返回步骤S13；

在本发明实施例中，首先要确保产品油的质量，为此，当根据脱硫反应动力学模型计算得出产品性质数据，产品油质量不符合预设的要求的时候，可以通过相应的工况调节来更新相应的工况数据(如，调整新氢条件)，然后在返回上述步骤重新计算，以验证更新后工况下的油品质量是否合格，直至油品质量达到预设要求(即符合预设条件)。

S15、当所述产品性质数据符合预设条件时，向所述氢网优化模型输出新氢边界条件和小分子烃类生成量；

在能够获得质量合格的油品的前提下，将对应的新氢边界条件和小分子烃类生成量作为预设的氢网优化模型的参数。

S16、根据所述氢网优化模型生成氢气优化方案。

以新氢边界条件和小分子烃类生成量为参数，根据氢网优化模型求解，从而获得全厂的氢气优化方案。

在实际应用中，可以采用gams(一种规划建模工具)对脱硫反应动力学模型及氢网优化模型进行建模，得到反映动力学参数回归模型HT PARA REG.gms，反应器模拟模型HTSIMU-Adi.gms及氢网优化模型H2NET OPT.gms。集成优化模型程序的运行步骤为：运行回归模型主程序HT PARA REG.gms，计算结束后，将k0(反应指前因子)、Ea(反应活化能)、α(氢分压指数)及β(氢油比指数)等参数传递至反应器模拟模型主程序HT SIMU-Adi.gms，运算完成后输出新氢边界条件至氢网优化模型，通过氢网优化模型求解输出氢网优化方案。

综上所述，在本发明实施例中，首先分别建立能够适用于多种工况的脱硫反应动力学模型和氢网优化模型，然后再将脱硫反应动力学模型和氢网优化模型进行集成，从而使得本发明实施例中的技术方案在优化氢网络的同时将加氢装置优化关联后，可以适用于多种工况下均能获得准确的结果，进而能够获得实际、可行的优化方案，具有显著的经济效益。

下面以一个实例来说明本发明实施例的实际效果：

某炼化企业部分供氢网络如附图4所示。I重整氢气直供氢网，II重整新氢(纯度约为93％v)经变压吸附PSA提纯至99％v后送入管网，管网下游相关装置为柴油加氢装置。

经过初步诊断发现：柴油加氢补充氢气来源有I重整氢气、PSA氢气，氢气纯度偏高97.20％v，存在用氢过剩、产品质量过剩的情况。经集成反应动力学氢网模型详细计算后建议：部分II重整氢气可直供管网，直供量约为5400Nm³/h，即可实现保证装置正常运行的前提下满足产品质量的要求。

对以上方案进行了实施，实施效果如下：

1)，节约氢气效益：装置苛刻度的降低带来耗氢量的减少，同时重整氢直供管网还减少了提纯浪费，综合节约氢气量为2057Nm3/h。

参考表3，假定氢气回收后以天然气作为燃料补充热值，天然气和氢气价格分别按照3378和13000￥/t进行计算，那么回收每吨氢气的价值为5051.76元。经计算后可得，通过上述优化，每年节约氢气收益为784.78万元。

表3：氢气回收价值折算表

2)，操作成本核算：柴油加氢装置供给重整氢气后，新氢及循环氢压缩机耗电及耗汽量增加，全年操作成本上升253.51万元。但重整氢直供氢气管网后，降低了尾气压缩机负荷，全年节约操作成本264.52万元。

3)，管网及压缩机未改造，改造费用为0。

4)，综合计算后可知，上述优化方案的实施，所带来的综合年收益为795.79万元。

虽然优化前后装置的产品硫含量由3.03ppm升高至6.47ppm，装置操作苛刻度升高；随补充氢气量及纯度的降低，装置吨油氢耗降低，耗氢量减少；方案实施后装置操作状况发生改变，但并不影响装置的正常运转。

在本发明实施例的另一面，还提供了一种基于原设备的氢网优化装置，图5示出本发明实施例提供的基于原设备的氢网优化装置的结构示意图，所述基于原设备的氢网优化装置为与图1所对应实施例中所述基于原设备的氢网优化方法对应的装置，即，通过虚拟装置的方式实现图1所对应实施例中基于原设备的氢网优化方法，构成所述基于原设备的氢网优化装置的各个虚拟模块可以由电子设备执行，例如网络设备、终端设备、或服务器。具体来说，本发明实施例中的基于原设备的氢网优化装置包括：

脱硫模型生成单元01，用于根据柴油加氢脱硫工艺建立多集总的脱硫反应动力学模型；

氢网模型生成单元02，用于以不增加设备投资为前提，以最大化回收氢气为导向，以氢网操作收益最大为目标，建立氢网优化模型；

油质验证单元03，用于执行：当产品性质数据不符合预设条件时，更新特定工况数据并以其为输入参数，通过所述脱硫反应动力学模型计算得出产品性质数据；所述特定工况数据包括有油品性质、补充氢气流量、补充氢气纯度和装置反应条件；

参数生成单元04，用于当所述产品性质数据符合预设条件时，向所述氢网优化模型输出新氢边界条件和小分子烃类生成量；

方案生成单元05，用于根据所述氢网优化模型生成氢气优化方案。

由于本发明实施例中基于原设备的氢网优化装置的工作原理和有益效果已经在图1所对应的基于原设备的氢网优化方法中也进行了记载和说明，因此可以相互参照，在此就不再赘述。

在本发明实施例中，还提供了一种存储器，其中，存储器包括软件程序，软件程序适于处理器执行图1所对应的基于原设备的氢网优化方法中的各个步骤。

本发明实施例可以通过软件程序的方式来实现，即，通过编写用于实现图1所对应的基于原设备的氢网优化方法中的各个步骤的软件程序(及指令集)，所述软件程序存储于存储设备中，存储设备设于计算机设备中，从而可以由计算机设备的处理器调用该软件程序以实现本发明实施例的目的。

本发明实施例中，还提供了一种基于原设备的氢网优化设备，该基于原设备的氢网优化设备所包括的存储器中，包括有相应的计算机程序产品，所述计算机程序产品所包括程序指令被计算机执行时，可使所述计算机执行以上各个方面所述的用于基于原设备的氢网优化方法，并实现相同的技术效果。

图6是本发明实施例作为电子设备的基于原设备的氢网优化设备的硬件结构示意图，如图6所示，该设备包括一个或多个处理器610、总线630以及存储器620。以一个处理器610为例，该设备还可以包括：输入装置640、输出装置650。

处理器610、存储器620、输入装置640和输出装置650可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

存储器620作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块。处理器610通过运行存储在存储器620中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的处理方法。

存储器620可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储数据等。此外，存储器620可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器620可选包括相对于处理器610远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置640可接收输入的数字或字符信息，以及产生信号输入。输出装置650可包括显示屏等显示设备。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器620中，当被所述一个或者多个处理器610执行时，执行：

S11、根据柴油加氢脱硫工艺建立多集总的脱硫反应动力学模型；

S12、以不增加设备投资为前提，以最大化回收氢气为导向，以氢网操作收益最大为目标，建立氢网优化模型；

S13、以至少包括有油品性质、补充氢气流量、补充氢气纯度和装置反应条件的特定工况数据为输入参数，通过所述脱硫反应动力学模型计算得出产品性质数据；

S14、当所述产品性质数据不符合预设条件时，更新所述工况数据并返回步骤S13；

S15、当所述产品性质数据符合预设条件时，向所述氢网优化模型输出新氢边界条件和小分子烃类生成量；

S16、根据所述氢网优化模型生成氢气优化方案。

上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储设备中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储设备包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、ReRAM、MRAM、PCM、NAND Flash，NOR Flash，Memristor、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。