影響汽油精制過程中的辛烷值損失模型

摘要：近年來(lái)各國(guó)先后制定了相應(yīng)的汽車尾氣排放法規(guī)并且越來(lái)越嚴(yán)格，通過優(yōu)化來(lái)降低辛烷值的損失量，提高汽油產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)某石化公司積累的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，尋找關(guān)鍵性主要變量，通過動(dòng)態(tài)聚類法中的K-Means聚類算法對(duì)涉及的變量聚類，得出聚類中心，然后對(duì)所得的40個(gè)代表性變量做斯皮爾曼相關(guān)性檢驗(yàn)，在一定的顯著性水平下篩選出最具代表性的22個(gè)主要變量，將其作為建立預(yù)測(cè)模型的關(guān)鍵性主要變量。選擇通過建立聯(lián)立方程模型來(lái)模擬影響辛烷值損失各變量之間的多向因果關(guān)系。根據(jù)主要變量篩選出適合的內(nèi)生變量及外生變量，建立關(guān)于辛烷值損失、汽油辛烷值和硫含量的聯(lián)立方程組模型。利用三階最小二乘法對(duì)聯(lián)立方程組進(jìn)行檢驗(yàn)估計(jì)，得出聯(lián)立方程參數(shù)。最后對(duì)所得聯(lián)立方程進(jìn)行擬合優(yōu)度檢驗(yàn)和殘差檢驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：辛烷值、聯(lián)立方程式、內(nèi)生變量、外生變量、殘差。

一、建立聯(lián)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(yù)測(cè)，包含原料性質(zhì)、產(chǎn)品性質(zhì)、待生吸附劑性質(zhì)、再生吸附劑性質(zhì)以及操作變量，其之間相互影響，相互關(guān)聯(lián)，故依據(jù)問題二關(guān)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(zhì)代理變量;汽油硫含量S1作為產(chǎn)品性質(zhì)的代理變量。汽油中辛烷值R以及18個(gè)操作變量為外生變量。

1.2模型建立

設(shè)聯(lián)立方程計(jì)算經(jīng)濟(jì)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)式模型如下：

BY+ΓX=N

其中Y表示內(nèi)生變量，X表示先決變量，N表示隨機(jī)干擾項(xiàng)，B表示內(nèi)生變量的結(jié)構(gòu)參數(shù)，Γ表示先決變量的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

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(gè)操作變量。上述結(jié)構(gòu)式模型中，經(jīng)模型可識(shí)別性檢驗(yàn)后可得，第一、二、三個(gè)方程都是恰好可識(shí)別的，即模型系統(tǒng)是恰好可識(shí)別的。

二、模型估計(jì)

由于模型系統(tǒng)是恰好可是別的，故本文使用恰好識(shí)別方程的估計(jì)方法進(jìn)行估計(jì)，即選擇三階段最小二乘法對(duì)聯(lián)立方程組進(jìn)行檢驗(yàn)估計(jì)。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于不僅考慮內(nèi)生變量的潛在空間相關(guān)性，同時(shí)也顧及各單方程變量之間的相關(guān)性，從而使得出的結(jié)果更加可靠嚴(yán)謹(jǐn)。結(jié)合Matlab軟件對(duì)其進(jìn)行求估計(jì)可得結(jié)果如表所示：

三個(gè)方程判定系數(shù)（R-Square）都較為接近1，說(shuō)明回歸方程擬合度良好。

三、模型擬合度檢驗(yàn)

為了檢驗(yàn)回歸結(jié)果，本文選取325和樣本中的前315個(gè)作為樣本數(shù)據(jù)，通過聯(lián)立方程模型建立模型，重新實(shí)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(gè)樣本對(duì)其方程進(jìn)行檢驗(yàn)分析。結(jié)果從殘差圖可以看出，三個(gè)方程數(shù)據(jù)的殘差離零點(diǎn)均較近，且殘差的置信區(qū)間均包含零點(diǎn)，三個(gè)方程均能較好的符合原始數(shù)據(jù);根據(jù)辛烷值預(yù)測(cè)擬合曲線可以看出，擬合效果很好，即上述聯(lián)立方程體系能較好的反映真實(shí)情況。

四、模型結(jié)果分析

根據(jù)回歸結(jié)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(jié)果，我們分析可知：增加汽油內(nèi)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(jié)果，我們分析可知：增加汽油內(nèi)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(nèi)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(jié)果，我們分析可知：增加汽油內(nèi)硫含量或原料中硫含量或原料飽和烴值均可提高汽油內(nèi)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(guān)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(nèi)硫含量、汽油內(nèi)辛烷值以及辛烷值的損失量;原料中的硫含量會(huì)對(duì)汽油中硫含量及辛烷值產(chǎn)生影響;汽油內(nèi)硫含量又會(huì)直接影響辛烷值的損失量和汽油內(nèi)的辛烷值量，而汽油內(nèi)的辛烷值直接關(guān)系到最終辛烷值的損失量。

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作者簡(jiǎn)介：宋雨倩（1997-）女，漢族。山西晉城人 學(xué)生 碩士研究生 單位：天津工業(yè)大學(xué) 物流工程專業(yè)研究方向：物流工程與物流管理