面向可持续发展的制氢过程多目标流程优化

发布时间：2023-03-04 01:06

　　化学品生产会排放温室气体并消耗水资源,因此在化工过程优化中除了考虑经济性之外,还要考虑各种可持续发展指标。复杂流程的多目标优化变量规模大,分析表征都不容易。氢气是一种重要的化工原料,生产主要来自化石能源。制氢过程会造成环境污染,产生很多生态问题。近几年人们开始关注制氢产业的可持续性,但这些研究比较片面,且没有提出如何具体有效地提高制氢产业的可持续性。本文以煤制氢技术和天然气制氢技术为研究对象,采用生命周期评价方式,核算对比其可持续发展指标碳足迹、水足迹和经济指标操作费用。然后以三个指标为优化目标,使用全局搜索法进行基于全流程的多目标操作优化,以期提供一种全流程多目标优化策略,提高制氢产业的可持续性。本文主要工作包括以下几个方面:(1)选择煤制氢技术中的固定床间歇煤气化制氢技术和天然气制氢技术中的天然气水蒸气重整制氢技术作为研究对象,分别建立其对应的全流程模拟。采用生命周期评价方法,分别计算煤制氢技术和天然气制氢技术的碳足迹、水足迹与操作费用三个可持续发展指标。分析从原料进入生产车间到产品氢气送出车间生命周期内的碳足迹排放热点,水足迹和操作费用消费热点。通过分析得到每生产10000 Nm...

【文章页数】：96 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
    1.1 化工过程可持续发展目标
        1.1.1 表示温室气体排放的碳足迹
        1.1.2 表示水资源消耗的水足迹
    1.2 多目标优化方法研究综述
    1.3 制氢技术研究综述
        1.3.1 煤制氢技术
        1.3.2 天然气制氢技术
        1.3.3 新型制氢技术
    1.4 制氢技术可持续发展研究综述
    1.5 论文研究内容
第二章 制氢车间多个可持续发展指标分析
    2.1 煤制氢车间基础流程模拟
        2.1.1 固定床间歇煤制氢技术工艺简介
        2.1.2 流程模拟的自由度分析及模拟初值
        2.1.3 模拟结果分析
    2.2 煤制氢车间多个可持续发展指标分析
        2.2.1 煤制氢车间碳足迹分析
        2.2.2 煤制氢车间水足迹分析
        2.2.3 煤制氢车间操作费用分析
    2.3 天然气制氢车间基础流程模拟
        2.3.1 天然气水蒸气重整制氢技术简介
        2.3.2 流程模拟的自由度分析及模拟初值
        2.3.3 模拟结果分析
    2.4 天然气制氢车间多个可持续发展指标分析
        2.4.1 天然气制氢车间碳足迹分析
        2.4.2 天然气制氢车间水足迹分析
        2.4.3 天然气制氢车间操作费用分析
    2.5 本章小结
第三章 煤制氢车间多个可持续发展指标操作优化
    3.1 煤制氢车间操作优化命题
        3.1.1 煤制氢车间操作优化命题描述
        3.1.2 优化命题的约束描述
    3.2 变量灵敏度分析
        3.2.1 相关变量分析
        3.2.2 基于单变量灵敏度分析的决策变量分析
        3.2.3 全局搜索法求解多个优化目标
    3.3 本章小结
第四章 天然气制氢车间多个可持续发展指标操作优化
    4.1 天然气制氢车间操作优化命题
        4.1.1 天然气制氢车间操作优化命题描述
        4.1.2 优化命题的约束描述
    4.2 变量灵敏度分析
        4.2.1 相关变量分析
        4.2.2 基于全局灵敏度分析的决策变量分析
        4.2.3 全局搜索法求解多个优化目标
    4.3 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
附录
致谢
作者简介
    1 作者简历
    2 攻读硕士学位期间发表的学术论文
    3 参与的科研项目及获奖情况
    4 发表专利
学位论文数据集



本文编号：3753440