基于多目标优化的汽油调和优化模型及其应用研究

作者:侯林丽;吕翠英 刊名:计算机与应用化学 上传者:陈益菊

【摘要】汽油的调和方案是提高炼油厂经济效益的关键因素。通过现有汽油调和优化模型的分析,本文结合汽油辛烷值的预测模型IDPE模型,提出了1种以调和成本和辛烷值过剩最少为目标、将经验知识也作为约束条件的多目标优化汽油调和优化模型,该模型可应用于不同标号的汽油产品的调和。根据模型的非线性特征,采用遗传算法进行求解,最后,通过某炼油厂的1个应用实例验证了上述成品油调和优化模型及其求解方法的有效性,为炼油厂减少企业成本、保证产品合格率提供了新途径。

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1引言由于传统的汽油调和存在一些不足:调和组分的比例以经验为主,主观性较大;调和后的汽油质量由化验室进行质量分析,滞后时间长;简单的线性辛烷值预测模型使得误差较大;调和汽油的辛烷值超标造成冗余浪费,达不到标准则产品质量不合格,容易造成2次调合;调和中没有充分考虑各组分的价格因素[1]。解决这些问题既经济又可靠的方法是应用较好的优化方法进行调和配方控制[2],在满足汽油质量指标的前提下,尽量地使得收益最大或成本最小。许多学者在油品调和方面已经做了大量的工作,如金桂三提出了油品调合线性规划模型和解法[3];谢磊等提出了清洁汽油调合优化模型[4];薛美盛等提出了成品油调合调度的混合整数非线性规划模型[5],孙莉莉等采用模糊多目标线性规划(FMOLP)方法处理油品调合中的模糊因素[6],李岩提出了基于多目标进化算法的油品调和优化模型[7],廖良才等提出了成品油调合的3类优化问题[8],MurtybSN等学者提出了基于神经网络的汽油调和优化模型[9-11],赵小强等提出了基于蚁群算法求优的汽油调和模型[12-13]等。在这些模型中,无论是单目标优化还是多目标优化,都仅以经济类指标(成本最小和产值最大)作为目标函数,没有将产品质量指标过剩最少作为目标函数。基于此,本文提出1种以成本最小和汽油辛烷值过剩最小为目标的多目标汽油调和优化模型。2基于多目标优化的汽油调和优化模型2.1汽油调和优化问题的目标函数在汽油调和生产过程中,经济效益是要考虑的首要目标。首先,考虑成本最小,即考虑汽油的调和单价成本最小[14],其次,在辛烷值达标的情况下,还要考虑辛烷值过剩最小。因此,本文提出以成本最小和汽油辛烷值过剩最少为目标的多目标函数,如式(1)所示,式中calR采用本作者提出的IDPE模型[15]计算。1cal0min()niiilxcRR=?(1)2.2汽油调和优化问题的约束条件不同的炼油厂,因地理位置、环境的不同,其参与调和的组分油的成分是不同的。因此,每个炼油厂在一定的条件下,组分油参与某种成品油标号调和时的比例要求不同。这就是一些经验知识,利用这些信息,可以大大缩小最优解的搜索范围,从而缩短求解时间。因此,这些经验知识也可以作为约束条件加入到调和优化模型,以便提高模型求解的效率。又因为成品汽油有多种标号,故用逻辑或的关系来表示这种约束条件,如式(2)所示。0(1,)()0llRlvhX??????=K(2)式中,当R0l取对应的值时,必须考虑对应的约束条件hl(X)0。2.3汽油调和优化问题的多目标优化模型结合上述目标函数和约束条件,提出1种基于多目标优化的汽油调和优化模型。如式(3)所示。1cal00min()s.t.()0(1,)()0niiilllxcRRRlvhXGX=??=K(3)3实例应用3.1基于实例的汽油调和多目标优化模型以某厂汽油调和车间为例,选取催1、催2、重整汽油、MTBE、90#汽油、93#汽油、97#汽油这7种油作为调和组分油,调和3种标号的成品汽油,且该炼油厂成品汽油中所含组分油的最大配方比例要求见表1。根据本文提出的基于多目标优化的汽油调和优化模型,结合实例,得到基于实例的汽油调和多目标优化模型,如式(4)所示。71cal0cal071000333444555666777min1909397035%35%0020%s.t.020%20%30%030%34%34%0iiiiixcRRRRxRRRxxxxxxxxxxxxxxx==?=?=??=??=???=???????=????=?=???=???=?5566770i1WxwWxwWx

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