影响汽油精制过程中的辛烷值损失模型

摘要：近年来各国先后制定了相应的汽车尾气排放法规并且越来越严格，通过优化来降低辛烷值的损失量，提高汽油产品经济效益。对某石化公司积累的大量数据进行分析，寻找关键性主要变量，通过动态聚类法中的K-Means聚类算法对涉及的变量聚类，得出聚类中心，然后对所得的40个代表性变量做斯皮尔曼相关性检验，在一定的显著性水平下筛选出最具代表性的22个主要变量，将其作为建立预测模型的关键性主要变量。选择通过建立联立方程模型来模拟影响辛烷值损失各变量之间的多向因果关系。根据主要变量筛选出适合的内生变量及外生变量，建立关于辛烷值损失、汽油辛烷值和硫含量的联立方程组模型。利用三阶最小二乘法对联立方程组进行检验估计，得出联立方程参数。最后对所得联立方程进行拟合优度检验和残差检验。

关键词：辛烷值、联立方程式、内生变量、外生变量、残差。

一、建立联立方程模型

1.1变量分析与选取

由于本文主要研究影响辛烷值损失的影响因素预测，包含原料性质、产品性质、待生吸附剂性质、再生吸附剂性质以及操作变量，其之间相互影响，相互关联，故依据问题二关键因素的筛选，选取原料硫含量S0与原料饱和烃含量T代表原料性质代理变量;汽油硫含量S1作为产品性质的代理变量。汽油中辛烷值R以及18个操作变量为外生变量。

1.2模型建立

设联立方程计算经济学模型的结构式模型如下：

BY+ΓX=N

其中Y表示内生变量，X表示先决变量，N表示随机干扰项，B表示内生变量的结构参数，Γ表示先决变量的结构参数。

其中，L为最终的辛烷值损失量;S0为原料硫含量;T为原料饱和烃含量;S1为汽油硫含量;R为汽油中辛烷值;X1，...X18为18个操作变量。上述结构式模型中，经模型可识别性检验后可得，第一、二、三个方程都是恰好可识别的，即模型系统是恰好可识别的。

二、模型估计

由于模型系统是恰好可是别的，故本文使用恰好识别方程的估计方法进行估计，即选择三阶段最小二乘法对联立方程组进行检验估计。此方法的优点在于不仅考虑内生变量的潜在空间相关性，同时也顾及各单方程变量之间的相关性，从而使得出的结果更加可靠严谨。结合Matlab软件对其进行求估计可得结果如表所示：

三个方程判定系数（R-Square）都较为接近1，说明回归方程拟合度良好。

三、模型拟合度检验

为了检验回归结果，本文选取325和样本中的前315个作为样本数据，通过联立方程模型建立模型，重新实施三阶段最小二乘法回归求得最终方程组，利用剩下的10个样本对其方程进行检验分析。结果从残差图可以看出，三个方程数据的残差离零点均较近，且残差的置信区间均包含零点，三个方程均能较好的符合原始数据;根据辛烷值预测拟合曲线可以看出，拟合效果很好，即上述联立方程体系能较好的反映真实情况。

四、模型结果分析

根据回归结果，得具体方程如下：

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’的拟合结果，我们分析可知：增加汽油内硫含量或者原料中饱和烃含量的可降低辛烷值的损失;

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’的拟合结果，我们分析可知：增加汽油内硫含量或者原料中硫含量，或降低原料饱和烃值可提高汽油内的辛烷值。

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’的擬合结果，我们分析可知：增加汽油内硫含量或原料中硫含量或原料饱和烃值均可提高汽油内的硫含量。

综合以上分析，可得影响辛烷值损失量各因素之间的因果关系如图2所示，即原料饱和烃量和操作变量直接影响汽油内硫含量、汽油内辛烷值以及辛烷值的损失量;原料中的硫含量会对汽油中硫含量及辛烷值产生影响;汽油内硫含量又会直接影响辛烷值的损失量和汽油内的辛烷值量，而汽油内的辛烷值直接关系到最终辛烷值的损失量。

参考文献：

[1]秦军锋，赖琳.降低汽油加氢装置辛烷值损失的优化措施分析[J].中国化工贸易，2018，10（1）：179.

[2]沈义涛，肖建华，王建昕，等.辛烷值对发动机性能和燃烧特性影响的研究[J].车用发动机，2006，（2）：64-68.DOI：10.3969/j.issn.1001-2222.2006.02.017.

作者简介：宋雨倩（1997-）女，汉族。山西晋城人 学生 硕士研究生 单位：天津工业大学 物流工程专业研究方向：物流工程与物流管理