简捷法确定具有再生过程的水及氢气网络目标值

摘要

在水资源日益短缺的今天，如何合理有效地利用水资源，已成为亟待解决的重要课题。水系统集成是节水减排的重要技术之一，已成为当前节水科学和技术研究的热点。而具有再生单元的水网络因能显著地降低新鲜水消耗和废水排放而引起人们广泛关注。 面对原油的重质化和日益严格的环境要求，加氢工艺的氢气需求量急剧增加。目前，一半以上的炼油厂出现氢气资源短缺的现象。因此有效利用现有氢气资源、降低新鲜氢气的消耗量具有十分重要的意义。将产氢单元、耗氢单元和再生单元作为一个有机整体，通过合理配置氢气资源，减少新鲜氢气消耗量，采用科学方法设计氢网络成为目前研究的热点之一。 本文针对用水/氢气网络进行了以下的研究： 第一：对于考虑再生回用/循环的单杂质水网络，本文提出了一种简捷法确定网络目标值。 与只考虑回用的水网络相比，具有再生单元的网络设计更为复杂，特别是再生单元采用固定移除率模型的水网络。本文通过分析指出：对采用固定再生移除率模型再生单元的水网络，当再生水夹点不变时，即使再生水流浓度变化，再生单元移除的杂质质量总负荷不变，等于各过程移除杂质质量总负荷减去废水所含杂质质量负荷。在上述思想基础上，结合再生夹点之下需求水流和源水流的流量衡算与杂质质量负荷衡算，提出一种简捷法确定具有再生过程水网络的目标值。对文献中几个实例的研究表明，与文献方法相比，本文方法计算量显著减少。 第二：提出一种简捷法确定提纯回用氢网络目标值。 对于单杂质、提纯单元采用固定浓度模型的提纯回用氢网络，提出了一种简捷法确定网络目标值。首先假设提纯后氢物流量足够大，由此得出初始提纯夹点。当初始夹点估算正确时，由夹点之下的需求物流和源物流的流量与杂质质量衡算即可得出提纯回用氢网络的目标值；当初始夹点估算不正确时，可由第一次计算结果为基础判断得出正确夹点，再增加一步简单计算，也可得到提纯回用目标值。计算实例表明本文方法计算简单且有效。 第三：提出一种简捷法确定具有再生单元的多杂质水网络目标值。 根据多杂质水网络中使用再生水过程的出口水流达到极限浓度的是否为同一杂质，可将其分为简单多杂质水网络和复杂多杂质水网络。对于简单多杂质水网络，本文提出一种简捷法确定网络目标值。首先基于各源水流极限再生浓度估算初始再生浓度，将初始再生物流作为系统的新增源物流加入只考虑回用的水网络中，得到水流的“再生夹点”、执行顺序以及用水匹配情况，然后根据物料衡算求得关键杂质网络目标值，进而求得多杂质水网络目标值。文献实例表明本文方法计算简单且有效。

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