影響汽油精制過程中的辛烷值損失模型

摘要：近年來各國先后制定了相應的汽車尾氣排放法規并且越來越嚴格，通過優化來降低辛烷值的損失量，提高汽油產品經濟效益。對某石化公司積累的大量數據進行分析，尋找關鍵性主要變量，通過動態聚類法中的K-Means聚類算法對涉及的變量聚類，得出聚類中心，然后對所得的40個代表性變量做斯皮爾曼相關性檢驗，在一定的顯著性水平下篩選出最具代表性的22個主要變量，將其作為建立預測模型的關鍵性主要變量。選擇通過建立聯立方程模型來模擬影響辛烷值損失各變量之間的多向因果關系。根據主要變量篩選出適合的內生變量及外生變量，建立關于辛烷值損失、汽油辛烷值和硫含量的聯立方程組模型。利用三階最小二乘法對聯立方程組進行檢驗估計，得出聯立方程參數。最后對所得聯立方程進行擬合優度檢驗和殘差檢驗。

關鍵詞：辛烷值、聯立方程式、內生變量、外生變量、殘差。

一、建立聯立方程模型

1.1變量分析與選取

由于本文主要研究影響辛烷值損失的影響因素預測，包含原料性質、產品性質、待生吸附劑性質、再生吸附劑性質以及操作變量，其之間相互影響，相互關聯，故依據問題二關鍵因素的篩選，選取原料硫含量S0與原料飽和烴含量T代表原料性質代理變量;汽油硫含量S1作為產品性質的代理變量。汽油中辛烷值R以及18個操作變量為外生變量。

1.2模型建立

設聯立方程計算經濟學模型的結構式模型如下：

BY+ΓX=N

其中Y表示內生變量，X表示先決變量，N表示隨機干擾項，B表示內生變量的結構參數，Γ表示先決變量的結構參數。

其中，L為最終的辛烷值損失量;S0為原料硫含量;T為原料飽和烴含量;S1為汽油硫含量;R為汽油中辛烷值;X1，...X18為18個操作變量。上述結構式模型中，經模型可識別性檢驗后可得，第一、二、三個方程都是恰好可識別的，即模型系統是恰好可識別的。

二、模型估計

由于模型系統是恰好可是別的，故本文使用恰好識別方程的估計方法進行估計，即選擇三階段最小二乘法對聯立方程組進行檢驗估計。此方法的優點在于不僅考慮內生變量的潛在空間相關性，同時也顧及各單方程變量之間的相關性，從而使得出的結果更加可靠嚴謹。結合Matlab軟件對其進行求估計可得結果如表所示：

三個方程判定系數（R-Square）都較為接近1，說明回歸方程擬合度良好。

三、模型擬合度檢驗

為了檢驗回歸結果，本文選取325和樣本中的前315個作為樣本數據，通過聯立方程模型建立模型，重新實施三階段最小二乘法回歸求得最終方程組，利用剩下的10個樣本對其方程進行檢驗分析。結果從殘差圖可以看出，三個方程數據的殘差離零點均較近，且殘差的置信區間均包含零點，三個方程均能較好的符合原始數據;根據辛烷值預測擬合曲線可以看出，擬合效果很好，即上述聯立方程體系能較好的反映真實情況。

四、模型結果分析

根據回歸結果，得具體方程如下：

L=-2.5355-0.0650*R-0.0123*S1-0.0033*T+0.0002*X1-0.7835*2-0.0024*X3+0.0001*X4+0.0013*X7+0.0022*X8+0.0170*X9+0.0275*X10+0.0096*X12+0.0031*X13-0.0011*X14+0.0032*X15-0.0990*X17+0.1131*X18

由方程1’的擬合結果，我們分析可知：增加汽油內硫含量或者原料中飽和烴含量的可降低辛烷值的損失;

R=100.7166+0.0578*S1+0.0018*S0-0.1108*T-0.0108*X1-1.7102*X2-0.0043*X3-0.0002*X4-0.1751*X7-0.0073*X8-0.0308*X9-0.0150*X10-0.0001*X11+0.0603*X12+0.0038*X13-0.0042*X14-0.0120*X15-0.3762*X17+0.4206*X18

由方程2’的擬合結果，我們分析可知：增加汽油內硫含量或者原料中硫含量，或降低原料飽和烴值可提高汽油內的辛烷值。

S1=40.2149+0.2230*R+0.0022*S0+0.0167*T+0.0049*X1+3.5152*X2+0.0100*X3-0.0003*X4+0.0004*X5+0.0564*X7-0.0037*X8-0.1335*X9-0.1116*X10+0.0004*X11-0.0175*X12-0.0425*X13+0.0126*X14-0.0224*X15+0.2207*X17+0.2264*X18

由方程3’的擬合結果，我們分析可知：增加汽油內硫含量或原料中硫含量或原料飽和烴值均可提高汽油內的硫含量。

綜合以上分析，可得影響辛烷值損失量各因素之間的因果關系如圖2所示，即原料飽和烴量和操作變量直接影響汽油內硫含量、汽油內辛烷值以及辛烷值的損失量;原料中的硫含量會對汽油中硫含量及辛烷值產生影響;汽油內硫含量又會直接影響辛烷值的損失量和汽油內的辛烷值量，而汽油內的辛烷值直接關系到最終辛烷值的損失量。

參考文獻：

[1]秦軍鋒，賴琳.降低汽油加氫裝置辛烷值損失的優化措施分析[J].中國化工貿易，2018，10（1）：179.

[2]沈義濤，肖建華，王建昕，等.辛烷值對發動機性能和燃燒特性影響的研究[J].車用發動機，2006，（2）：64-68.DOI：10.3969/j.issn.1001-2222.2006.02.017.

作者簡介：宋雨倩（1997-）女，漢族。山西晉城人 學生 碩士研究生 單位：天津工業大學 物流工程專業研究方向：物流工程與物流管理