CN115081293B 一种基于代理模型的鼓泡塔碳捕获工艺的多目标优化方法 （江苏大学）

文.一种基于代理模型的鼓泡塔碳捕获工艺的本发明提供一种基于代理模型的鼓泡塔碳过COMSOLMultiphysics软件，构建填充鼓泡塔设计变量，在设计域内通过最优拉丁超立法取和稳定性进行评估对不同设计变量进行Sobol全的代理模型进行多目标优化求解；根据NSGA-II得到的解集绘制Pareto前沿图来获取多目标优2加强风化作用捕获CO2的串联填充鼓泡塔反应器的物理仿真模型，串联填充鼓泡塔反应器56确定设计变量和目标后，在设计域内通过最优拉丁超立方取步骤S3、代理模型的构建与评估：根据步骤S2取样点的步骤S6、多目标权衡解图绘制：根据步骤S5非支配性遗传算步骤S7、优化方案输出：对照步骤S6得到的最优解找2.根据权利要求1所述的基于代理模型的鼓泡塔碳捕获工艺的多目标优化方法，其特征在于，所述步骤S1多物理场仿真模型的构建是基于COMSOLMultiphysics软件中的有限3.根据权利要求1所述的基于代理模型的鼓泡塔碳捕获工艺的多目标优化方法，其特34.根据权利要求3所述的基于代理模型的鼓泡塔碳捕获工艺的多目标优化方法，其特5.根据权利要求1所述的基于代理模型的鼓泡塔碳捕获工艺的多目标优化方法，其特J,为物理模型仿真得到的测试集的平均值。6.根据权利要求1所述的基于代理模型的鼓泡塔碳捕获工艺的多目标优化方法，其特7.根据权利要求6所述的基于代理模型的鼓泡塔碳捕获工艺的多目标优化方法，其特4[0002]对“净零”目标的需求促使了碳捕获、利用和存储(CCUS,Carboncapture,utilization,andstorage)技术的发展，其中通过矿物颗粒的增强风化(EW,enhancedweathering)作用可能每年吸收千亿顿级的大气二氧化碳，并以碳酸氢盐和碳酸盐的形式大规模工业化实施的关键所在。近年来研究表明，填充鼓泡塔(PBC,Packedbubblecolumn)可以被用作基于矿物EW作用捕获二氧化碳的反应器。在填充鼓泡塔用于二氧化碳[0005]本发明是基于代理模型的填充鼓泡塔通过矿物颗粒增强风化作用捕获二氧化碳[0006]本发明提供了一种基于代理模型的填充鼓泡塔捕获二氧化碳工艺多目标优化方设计域内通过最优拉丁超立方抽样法(OLHS,optimumLatinhypercubesampling)取样；行Sobol全局敏感度分析；S5、代理模型优化求解：采用非支配性遗传算法二(NSGA-II,NondominatedsortinggeneticalgorithmII)对所选的代理模型进行多目标优化求解；5于代理模型的填充鼓泡塔捕获二氧化碳工艺多目标优化方法可以得到该工艺所需能耗和[0014]步骤S6、多目标权衡解图绘制：根据步骤S5非支配性遗传算法得到的解集绘制强风化作用捕获CO2的串联填充鼓泡塔反应器的物理仿真模型，串联填充鼓泡塔反应器包[0017]进一步的，所述步骤S1多物理场仿真模型的构建是基于COMSOLMultiphysics软6[0041]图1为本发明一实施方式的基于代理模型的填充鼓泡塔捕获二氧化碳工艺多目标[0044]图4为本发明一实施方式的实施例中混合代理模型对两种性能指标的R2和RMSE分7指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第[0050]图1所示为所述基于代理模型的鼓泡塔碳捕获工艺的多目标优化方法的一种较佳[0056]步骤S6、多目标权衡解图绘制：根据步骤S5非支配性遗传算法得到的解集绘制8矿物颗粒的加强风化(EW)作用捕获CO2的串联填充鼓泡塔反应器工艺的示意图，其中第一[0062]H'+OH—:0[0067]基于该工艺流程，通过COMSOLMultiphysics软件中的有限元方法(FEM,Finiteelementmethod)来构建相应的物理仿真模型。该模型包括了二氧化碳捕获的反应动力学和二氧化碳在反应器内气-液界面的传质过程，通过求解由多个偏微分方程组(PDEs,Partialdifferentialequations)组成的控制方程来得到一维几何空间和时间相关变T因为不同变量数值差距较大，因此在此对所有变量都进拉丁超立方取样法(OLHS,optimumLatinhypercubesampling)取样，取得的数据集中训9到的模型性能较差则需要通过增加数据集来进一步提高[0083]图4更加直观地展示了增加样本点后模型的R2和RMSE值的变化。通过对表1和图4的预测精度。最终得到的E-AHF代理模型中，CO2捕获速率的R2和RMSE分别为0.9686和数的影响效果不同。对于CO2捕获速率影响最大的设计变量为海水填充填料塔的气体流速鼓泡塔的床层高度(x6)和海水填充填料塔的床层高度(x2)的影响远大于其他设计变量，它(NSGA-II,NondominatedsortinggeneticalgorithmII)对所选的代理模型进行多目标化代数Genmax为20代。在本实例中用于非支配排序的两个目标函数分别是步骤(S2)中确定CO2捕获速率和最小的能耗。567和x8则对应于淡水反应器中的矿物颗粒大小、床层高度、气体流速和液体流速，对应的能耗和CO2捕获速率分别为5.58933MJkg-1CO2和[0107]本发明通过构建混合代理模型的方式将填充鼓泡塔在矿石风化作用下捕获二氧[0109]上文所