炼厂的加工过程需要氢气参与反应。近年来由于国际原油重质化、劣质化趋势的增强以及全球清洁能源标准的逐步提高,炼厂中氢气的用量也随之增加。为了降低生产成本,常对炼厂中的氢气分配网络进行优化以提升氢气的利用率。除此之外,对于纯度无法满足生产要求的流股,炼厂中常采用变压吸附装置以实现氢气资源的提纯回用。对炼厂中的氢气分配网络和变压吸附设备进行优化设计,可有效缓解炼厂的氢气需求,具有十分重大的现实意义。论文在前人的基础之上对于炼厂中的变压吸附设备进行设计,对分离性能产生影响的主要参数进行分析,同时考察进料组成的波动对于分离结果的影响;基于得到的变压吸附设计,采用克里金模型对其进行简化,并与氢网络模型相结合,实现氢网络结构和变压吸附设备的同步设计优化;提出包含变压吸附单元的氢网络柔性设计方案,以确保得到的网络结构和变压吸附设备能适应炼厂中变化的操作条件。主要工作内容如下:(1)针对变压吸附的研究中,鲜少有研究者分析进料组成的变化对于分离性能的影响,而变压吸附单元作为制氢过程的下游,其进料浓度会随上游单元的变化而产生波动。由于产物纯度和回收率是衡量分离性能的主要参数,分析进料组成的波动对于纯度和回收率的影响具有重要的意义。本文建立了双塔六步骤的变压吸附流程以分离甲烷蒸汽重整气中的氢气,分析吸附动力学和吸附穿透特性,对于主要的操作参数进行优化设计,以获得纯度不低于99.5%、回收率不低于80%的氢气产品,并在此基础上探究进料组成的波动对于分离性能的影响。(2)目前在含有提纯装置的氢网络优化问题中,常采用简化的变压吸附模型,因此无法得到具体的变压吸附设备设计,而不合理的参数设置会导致氢气资源的错配与浪费。本文基于严格的变压吸附数学模型,采用克里金模型对其进行完全离散求解,并将基于克里金的变压吸附模型与氢气网络数学结合,实现两者同步优化。案例分析的结果表明该模型在获得最佳网络结构的同时可以实现变压吸附设备的优化设计,且同步优化得到的年均费用相比于传统的简化模型降低了16%,说明本模型可避免由于纯度等参数设置不合理引起的资源浪费和成本增加问题。(3)针对炼厂操作过程中的参数波动,本文引入柔性指数对于包含变压吸附单元的氢网络进行评估,并设计综合考虑费用的柔性优化流程以确保所得的氢网络和变压吸附设备具有较强的柔性调节能力,为不同操作条件下炼厂的稳定运行提供保障。