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针对现有烃类蒸汽转化制氢工艺中,转化气只产蒸汽、没回收其压力能和高温段热能利用效率较低的问题,本文提出了透平集成新流程,即让转化气先进透平膨胀做功,再进余热锅炉产中压蒸汽。主要研究工作有:一、基于热力学分析(Ω-H图),提出了透平集成流程系统能量优化的思路—在工程许可的范围内,尽量提高上游转化炉F101的操作压力和温度,尽量降低下游氢气提纯单元PSA的操作压力和温度。二、建立了透平集成新流程的数学模型,包括透平、余热锅炉、反应器、气液分离罐、冷却器、压缩机、PSA等全部操作单元;以此为基础,提出了以转化炉反应压力(P1)、透平出口压力(P2)和透平等熵膨胀效率(ηgt)为优化变量,以过程?损((35)Exl)最小为单目标的透平集成流程优化设计方法。三、考虑到透平集成新流程的经济性能,加入系统净收益(TAP)为优化目标,即建立以TAP最大和(35)Exl最小为双目标的透平集成流程优化设计方法;计算过程采用NSGA-II算法,在Matlab环境中进行,经计算得到其Pareto最优前沿解集。四、某7×104Nm3H2/h天然气制氢装置透平集成流程优化设计应用表明,在单目标优化计算中,ηgt、P1达到规定范围内的极大值,P2达到极小值;在双目标优化过程中,ηgt的计算种群分布高度集中于上限,说明提高ηgt对双目标有利;但P1和P2种群分布分散,说明它们对于双目标的影响是矛盾的。五、在双目标优化中,Pareto解集设计点B分析表明,透平集成流程将F101操作参数从850℃、3.05MPa提高至856.8℃、3.27MPa,可收入透平轴功5493.41kW,而进余热锅炉进气从目前的850℃、3.05MPa降低到765.83℃、2.21MPa,因此系统产汽减少7.05t/h,但系统综合净收益增加1.04M$/年,过程?损降低17.4%。