原油趋于重质化和劣质化,而环保法规对油品的质量(例如硫含量)的要求愈发苛刻,炼油厂加氢工艺比例增加,导致炼油厂氢气亏缺日益严重,使得提高炼油厂氢气利用率迫在眉睫。过程集成技术由于其节氢效果显著,得到学术界和工业界的广泛关注,目前已成过程工业中节氢研究的热点。其中,夹点技术是一种简单有效又具有明确物理意义的过程集成技术,已在节氢研究中得到广泛应用。然而,目前夹点技术优化氢气系统的研究还主要集中在单厂优化中,缺乏厂际氢气系统优化的研究,尚未考虑直接回用、提纯回用与单厂、厂际氢气系统结合优化的综合研究。厂际氢气系统集成非常具有潜力,它将多个氢气系统当作整体作为研究对象,通过厂际供氢,降低整体的氢气公用工程用量。例如,在石化园区中,化工厂(乙烯厂、化肥厂等)的富氢气体可回收至炼油厂,以节约炼厂的氢气公用工程。另外,夹点技术优化中间氢气管网的氢气系统未见报道,以及氢气系统压缩功优化方面的研究有待改进的空间。本文首先利用改进的问题表法(Improved Problem Table,IPT)确定直接回用厂际氢气系统的流量目标值(即最小氢气公用工程用量),并确定废氢流股的流量和氢气浓度,提出了一套利用IPT优化直接回用氢气系统的通用步骤。提出直接回用厂际氢气系统优化的两种模式:直接回用厂际氢气系统集成模式Ⅰ和Ⅱ。提取文献中的三个经典案例,分别为A厂,B厂和C厂,进行厂际集成优化研究。然后结合提纯回用氢气系统的物料平衡分析,确定提纯回用氢气系统优化的步骤,利用Excel内置的单变量求解功能进行可行性校核并求得最优解,并进行案例研究。案例研究表明直接回用厂际集成优化模式Ⅱ比模式Ⅰ的结果更优:AB两厂的总氢气公用工程流率从优化前的111657 Nm3/h通过直接回用单厂优化后减少为107096 Nm3/h(节省4.1%,相比于未优化前,下同),通过厂际集成模式Ⅰ优化后减少为103774 Nm3/h(节省7.1%),通过厂际集成模式Ⅱ优化后减少为102698 Nm3/h(节省8.0%);ABC三厂的厂际集成优化,模式Ⅱ的结果(10097Nm3/h(0.001)+97298 Nm3/h(0.05))比模式 Ⅰ 的结果(10097 Nm3/h(0.001)+ 98374 Nm3/h(0.05))更优。但是直接回用厂际集成优化模式Ⅱ也可能与模式Ⅰ的优化结果一致:AC两厂进行模式Ⅰ和Ⅱ的厂际集成优化后,氢气公用工程用量都为10097 Nm3/h(0.001)+80502 Nm3/h(0.05);BC两厂进行两种模式的厂际集成的优化结果都为10097 Nm3/h(0.001)和16275 Nm3/h(0.05)。A厂提纯回用氢气系统优化后的最小氢气公用工程流率为70220Nm3/h,比直接回用的最优值85418Nm3/h减少了 15197Nm3/h。AB两厂进行提纯回用厂际氢气系统优化后的结果(85886 Nm3/h)比直接回用的结果(107096 Nm3/h)减少了 21210Nm3/h。根据IPT绘制各案例的极限复合曲线与最优供氢线。利用邻近算法设计各案例优化后的氢气网络图。然后,本文借鉴文献提出的具有中间氢气管网的氢气系统的思想,提出了利用IPT确定具有中间氢气管网的氢气系统的目标值的步骤,并结合案例进行分析。案例分析又分为直接回用氢气系统和提纯回用氢气系统,同时考虑了纯管网结构和混合结构,以及单个中间氢气管网与两个中间氢气管网的问题。通过案例分析可知,如果不考虑中间氢气管网的浓度分布,混合结构的中间氢气管网相当于一个氢气混合器和分流器,设置中间氢气管网对氢气公用工程流率的优化结果不产生影响,例如B厂中间氢气管网的混合管网结构优化的结果(21678 Nm3/h)与直接回用单厂优化的结果(21678 Nm3/h)一致。而纯管网结构能使氢气网络简化,但是同时氢气公用工程流率却大幅度增加,从21678 Nm3/h增加到40853 Nm3/h。对于具有中间氢气管网的提纯回用氢气系统的优化,首先确定提纯装置的参数(设定提纯回收率R=0.9,提纯产品气杂质浓度yprod=0 01),然后假定中间氢气管网的初始杂质浓度,利用问题表法集成Excel的单变量求解功能可以求得最优值(最小氢气公用工程流率FHU=16139Nm3/h,提纯装置的最优提纯进料杂质浓度yheader=0.106,最小提纯产品气流率Fprod=104747 Nm3/h)。最后,本文借鉴文献提出的计算最小压缩功的方法,结合邻近算法的思想,提出改进的邻近算法用以设计最小压缩功的氢气分配网络。另外,本文还提出压力-杂质浓度图以辅助改进的邻近算法的实施。案例分析包括常规氢气系统和具有中间氢气管网的氢气系统。用改进邻近算法分析常规氢气系统案例的结果为:最小压缩功15.069MJ,压缩机个数为9个。具有中间氢气管网的混合结构氢气系统的最小压缩功为15.54 MJ,略高于常规氢气系统,然而压缩机个数减少为8个。