Machine learning–based optimization for hydrogen purification performance of layered bed pressure swing adsorption

变压吸附 吸附 人工神经网络 序列二次规划 活性炭 传质 计算机科学 氢气净化器 材料科学 工艺工程 算法 工程类 二次规划 化学 色谱法 制氢 数学 人工智能 数学优化 有机化学
作者
Jinsheng Xiao,Chenglong Li,Liang Fang,Pascal Böwer,Michael Wark,Pierre Bénard,Richard Chahine
出处
期刊:International Journal of Energy Research [Wiley]
卷期号:44 (6): 4475-4492 被引量:42
标识
DOI:10.1002/er.5225
摘要

An adsorption, heat and mass transfer model for the five-component gas from coal gas (H2/CO2/CH4/CO/N2 = 38/50/1/1/10 vol%) in a layered bed packed with activated carbon and zeolite was established by Aspen Adsorption software. Compared with published experimental results, the hydrogen purification performance by pressure swing adsorption (PSA) in a layered bed was numerically studied. The results show that there is a contradiction between the hydrogen purity and recovery, so the multi-objective optimization algorithms are needed to optimize the PSA process. Machine learning methods can be used for data analysis and prediction; the polynomial regression (PNR) and artificial neural network (ANN) were used to predict the purification performance of two-bed six-step process. Finally, two ANN models combined with sequence quadratic program (SQP) algorithm were used to achieve multi-objective optimization of hydrogen purification performance. According to the analysis of the optimization results, the ANN models are more suitable for optimizing the purification performance of hydrogen than the PNR model.
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