基于NSGA-Ⅱ的二氧化碳氢化反应热力学多目标优化

何峰; 余玉翔; 陈卫红; 霍仁杰

doi:10.13543/j.bhxbzr.2023.01.005

北京化工大学学报（自然科学版） ›› 2023, Vol. 50 ›› Issue (01) : 38 -47. DOI: 10.13543/j.bhxbzr.2023.01.005

基于NSGA-Ⅱ的二氧化碳氢化反应热力学多目标优化

何峰, 余玉翔, 陈卫红, 霍仁杰

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摘要

二氧化碳氢化合成低碳烯烃反应是化学储能技术路径中重要的单元反应，二氧化碳首先与由可再生能源获得的氢气进行化学反应合成低碳烯烃，随后通过齐聚反应将能量储存到清洁燃料中。以二氧化碳氢化合成低碳烯烃反应为研究对象，使用Gibbs自由能最小化方法进行了平衡热力学分析，得到反应温度、反应压力、进料气H_2与CO_2的物质的量比对CO_2平衡转化率、低碳烯烃选择性及平衡组分的影响；基于统计学理论建立了反应参数对CO_2平衡转化率、低碳烯烃选择性和反应系统中H_2O平衡摩尔分数的回归函数模型；最后采用基于快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的多目标优化方法对反应系统性能进行多目标优化。结果表明：从提高反应系统性能和降低催化剂水解失效风险角度进行的多目标优化与CO_2平衡转化率最大的单目标优化相比，H_2O的平衡摩尔分数从47.2%减少到24.9%;与低碳烯烃选择性最大的单目标优化相比，H_2O的平衡摩尔分数从51.1%减少到18.7%;与H_2O平衡摩尔分数最小的单目标优化相比，CO_2平衡转化率和低碳烯烃选择性从64.9%和8.7%分别提高到72.9%和58.6%。