A comparative study of multi-objective optimization with ANN-based VPSA model for CO2 capture from dry flue gas

过程(计算) 烟气 计算机科学 工艺工程 趋同(经济学) 吸附 元启发式 算法 化学 工程类 废物管理 经济增长 操作系统 经济 有机化学
作者
Zhenguang Wang,Yuanhui Shen,Donghui Zhang,Zhongli Tang,Wenbin Li
出处
期刊:Journal of environmental chemical engineering [Elsevier BV]
卷期号:10 (3): 108031-108031 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.jece.2022.108031
摘要

A 3-bed-7-step vacuum pressure swing adsorption (VPSA) process was developed for carbon capture from dry flue gas with a silica gel adsorbent. The VPSA process is simulated based on a series of detailed models. This paper aims to solve the multi-objective optimization problem of the VPSA process. A trained artificial neural network (ANN) model with double hidden layers was established to optimize the process performance through the metaheuristic algorithm (NSGA-II, MOPSO, MOEA/D, and NSGA-III). Subsequently, the diversity and convergence performance of the metaheuristic algorithm were analyzed and compared. The optimization results show that on the one hand, the purity of CO2 could reach 80.94% with recovery of 90.61%; and on the other hand, the productivity could reach 0.5233 mol/h/kg with energy consumption of 1004.14 kJ/kgCO2 with the constraint of 70% purity and 90% recovery. The results indicate that, the ANN model can predict the performance metrics and dynamic performance of the VPSA process with very high accuracy. Meanwhile, the NSGA-II can obtain a comprehensive set of trade-off alternatives from different optimization problems, which can be used as a powerful reference for the operation of the carbon capture process.
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