近年来,由于原油劣质化及环境相关法律的日益严格,使得炼厂的氢气用量大幅增加,氢气资源对炼厂发展的影响日益加剧。氢气资源的高效利用对于炼厂降低成本,节能减排,具有非常重大的现实意义。氢气的梯级利用和提纯回用是提高氢气利用率的主要手段。对氢气网络系统进行集成设计可以使氢气得到合理的梯级利用,并且可以优化提纯装置的相关参数,已被工业生产广泛应用。论文在前人的基础之上分别基于提纯装置最优设置的必要条件和夹点定位法提出了混合整数线性模型对含提纯回用的氢气网络进行优化设计,然后将研究对象扩展至多个炼油厂,基于转运模型提出了两步优化方法,之后又从氢气网络的稳定性方面提出了多炼厂的WCVaR模型,为炼油企业氢气系统的设计改造提供了理论支持。主要工作内容如下:(1)目前大部分研究者在集成具有提纯装置的氢气网络时候采用非凸非线性数学模型,并不能保证全局最优解。本文在前人的研究基础上提出了混合整数线性规划模型从而获得最小氢气公用工程消耗量。通过实例研究表明该方法在氢网络和水网络方面都具有有效性。(2)针对多个炼油厂的厂间氢气网络集成的研究还比较少。而多炼厂的厂间集成可以进一步地节约氢气资源,提高炼油厂的收益,因此研究多炼厂氢气系统非常具有现实意义。本文提出了一种结合了夹点分析技术和数学规划法的两步法来优化设计含提纯装置的厂间氢气网络。在步骤1中,以公用工程用量或者年度总费用为优化目标建立多厂间氢气网络的转运模型。在步骤1确定各炼厂氢公用工程后,步骤2以厂内连接数为目标函数对每个炼厂的氢气网络分别进行优化设计。同时,该模型能对厂间氢气网络的连接数进行优化。通过案例研究证明了模型的有效性。(3)针对煤气化制氢工厂提供氢气和天然气制氢工厂提供氢气的炼油厂氢气网络优化问题,本文引入最坏情况条件在险价值(WCVaR)概念来表示纯氢气总流量的最小值。文中通过建立WCVaR数学模型来研究氢源流股流量的波动对多厂氢气网络的影响,可以获得在一定的置信度水平和不确定性分布下WCVaR满足氢阱含量的氢网络结构,并通过Monte Carlo模拟验证了该方法比传统的确定性优化方法能得到抗干扰能力更强的氢气网络结构。