CN110363336B - 一种促进化学工业节能减排的工艺优化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种促进化学工业节能减排的工艺优化方法及装置，优化方法包括：构建目标函数，其中，目标函数包括固定成本、运营成本、能源成本以及气体排放成本，固定成本根据设备新增产能和设备平均成本获得，运营成本根据运营平均成本和设备实际产量获得，能源成本根据能源使用成本和能源消费量获得，气体排放成本根据气体排放费用和气体排放量获得；构建约束函数，其中，约束函数包括产量约束、配额约束、第一关系约束、第二关系约束以及第三关系约束；设备实际产量表示设备实际生产每种产品的产量；根据目标函数和约束函数获得产量配额，以根据产量配额确定每个产品的每种生产工艺的占比，以及实现获取多产品的生产工艺。

Description

一种促进化学工业节能减排的工艺优化方法及装置

技术领域

本发明涉及化学工业技术领域，尤其涉及一种促进化学工业节能减排的工艺优化方法及装置。

背景技术

化学工业体量大，且能耗高、污染物和温室气体排放量大，在当前积极应对气候变化和大力治理环境污染的背景下，对其进行节能减排对于工业乃至地区的绿色发展有着重要意义。

化学工业生产技术层出不穷，但往往仅注重技术本身，而不会从整体的综合视角对行业的系统优化和发展提供判断和建议。现有技术中，针对乙烯的生产方式的获取方法，采用了生产方式-先进技术-先进附加技术的三级选择框架，通过对乙烯未来的能耗与CO₂排放和节能减排路径进行测算，获得乙烯最优的生产方式。

然而，现有生产方式仅针对乙烯生产，且仅考虑二氧化碳排放，导致现有方法无法应用至多种产品的生产方式的获取中。

发明内容

本发明提供一种促进化学工业节能减排的工艺优化方法及装置，以解决现有的方法无法应用至多种产品的生产工艺的获取中的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种促进化学工业节能减排的工艺优化方法，包括：构建目标函数，其中，目标函数包括固定成本、运营成本、能源成本以及气体排放成本，固定成本根据设备新增产能和设备平均成本获得，运营成本根据运营平均成本和设备实际产量获得，能源成本根据能源使用成本和能源消费量获得，气体排放成本根据气体排放费用和气体排放量获得；构建约束函数，其中，约束函数包括产量约束、配额约束、第一关系约束、第二关系约束以及第三关系约束；产量约束用于约束设备实际产量、设备产能以及未来需求量的关系，配额约束用于约束产量配额在预设范围内，第一关系约束用于约束产量配额和设备实际产量之间关系，第二关系约束用于约束设备实际产量和能源消费量之间关系，第三关系约束用于约束设备实际产量和气体排放量；设备实际产量表示设备实际生产每种产品的产量；根据目标函数和约束函数获得产量配额，以根据产量配额确定每个产品的每种生产工艺的占比。

在本发明提供的一种促进化学工业节能减排的工艺优化方法中，兼顾化学产品生产和化学产品对环境影响，以固定成本、运营成本、能源成本以及气体排放成本为目标，构建产量约束、配额约束、第一关系约束、第二关系约束以及第三关系约束，实现获取最优产量配额，最终根据产量配额确定每个产品的每种生产工艺的占比，实现获取多产品的生产工艺。

可选地，产量约束具体包括：设备实际产量应大于或等于未来需求量，设备实际产量应小于或等于设备产能。

在本发明提供的一种促进化学工业节能减排的工艺优化方法中，将设备实际产量约束在设备产能和未来需求量之间，使得在设备产能的范围内设备实际生产的每种产品满足未来需求量，进而获得最优的每个产品的每种生产工艺的占比。

可选地，配额约束具体包括：产量配额应大于或等于最小配额，产量配额应小于或等于最大配额；第一设备的最小配额应大于或等于基年配额，第二设备的最大配额应小于或等于基年配额。

在本发明提供的一种促进化学工业节能减排的工艺优化方法中，将产量配额约束在最小配额和最大配额之间，以实现调控产量配额；对于第一设备，第一设备的最小配额应大于或等于基年配额，以实现调控第一设备的产品配额；对于第二设备，第二设备的最大配额应小于或等于基年配额，以实现调控第二设备的产品配额。

可选地，目标函数具体包括：

其中，AC_i,l,t为在第t年利用设备l产出单位数量产品i所分摊的设备成本，R_i,l,t为设备l在第t年新增的生产产品i的产能，OM_i,l,t为在第t年设备l产出单位数量产品i的运营平均成本，H_i,l,t为在第t年设备l实际产出产品i的数量，p_k,t为第k种能源在第t年的价格，Eg_i,k,t为在第t年生产产品i消耗第k种能源的数量，Q_i,g,t为在第t年生产产品i产生污染物g的排放量，

为在第t年对单位数量产品i所消耗能源k所征收的费用，

为在第t年对单位数量产品i产生污染物g所征收的费用。

可选地，产量约束具体包括：

0≤D_i,l,t≤H_i,l,t≤S_i,l,t

其中，S_i,l,t为在第t年设备l生产产品i的产能，D_i,l,t为第t年对由设备l生产的产品i的需求；

配额约束具体包括：

其中，

表示第t年由设备l生产产品i的最大配额，

表示第t年由设备l生产产品i的最小配额，

表示第t年由第一设备l0生产产品i的最小配额，

表示第t年由第二设备ll生产产品i的最大配额，Pr_i,l,base表示由设备l生产产品i的基年配额。

可选地，第一关系约束具体包括：

其中，Pr_i,l,t表示设备l在第t年的产出产品i所占配额，

为设备l在第t年的产出产品i的总产出量；

第二关系约束具体包括：

其中，E_i,k,l,t表示在第t年利用设备l产出单位数量产品i所需要能源k的数量，λ_i,k,l,t为在第t年利用设备l产出单位数量产品i所需要能源k的能耗下降率；

第三关系约束具体包括：

其中，

表示用于在第t年生产产品i的设备l由于燃料燃烧所造成的污染物g的排放量，

表示在第t年用于生产产品i的设备l所产生的过程排放物中污染物g的含量，ER_i,l为设备l产出单位数量的产品i的排放率，

表示第t年因生产产品i间接产生污染物g的数量，

η_i,g,t,l,k表示在第t年设备l每单位产出产品i消耗能源k所带来的污染物g的排放率，

表示当能源k完全燃烧时在第t年设备l每单位产出产品i消耗能源k所带来的污染物g的排放量，

表示第t年因生产产品i所消耗电力而产生污染物g的数量，

表示第t年因生产产品i所消耗热力而产生污染物g的数量，Eg_elec,i,t表示第t年因生产产品i所消耗电力的数量，Eg_heat,i,t表示第t年因生产产品i所消耗热力的数量。

可选地，在构建约束函数之前，还包括：根据历史设备产能、设备新增数量、设备淘汰数量以及设备损失率确定未来设备产能。

在本发明提供的一种促进化学工业节能减排的工艺优化方法中，根据历史设备产能、设备新增数量、设备淘汰数量以及设备损失率确定未来设备产能，实现对未来设备产能的预测。

可选地，根据如下公式获得未来设备产能：

S_i,l,t＝S_i,l,t-1·(1-f_i,l,t)+R_i,l,t-G_i,l,t

其中，S_i,l,t为在第t年时设备l生产产品i的数量，S_i,l,t-1为在第t-1年时设备l生产产品i的数量，f_i,l,t为设备l在第t年生产产品i产能的损失率，R_i,l,t为设备l在第t年新增的生产产品i的产能，G_i,l,t为损失的设备l在第t年生产产品i的产能，

β_i,l为生产产品i的设备l的韦伯分布的形状参数，m_i,l,t为用于生产产品i的设备l到第t年时的已经服役时间，T_i,l为生产产品i的设备l的寿命。

第二方面，本发明提供了一种促进化学工业节能减排的工艺优化装置，包括：构建模块，用于构建目标函数，其中，目标函数包括固定成本、运营成本、能源成本以及气体排放成本，固定成本根据设备新增产能和设备平均成本获得，运营成本根据运营平均成本和设备实际产量获得，能源成本根据能源使用成本和能源消费量获得，气体排放成本根据气体排放费用和气体排放量获得；构建模块还用于构建约束函数，其中，约束函数包括产量约束、配额约束、第一关系约束、第二关系约束以及第三关系约束；产量约束用于约束设备实际产量、设备产能以及未来需求量的关系，配额约束用于约束产量配额在预设范围内，第一关系约束用于约束产量配额和设备实际产量之间关系，第二关系约束用于约束设备实际产量和能源消费量之间关系，第三关系约束用于约束设备实际产量和气体排放量；设备实际产量表示设备实际生产每种产品的产量；获得模块，用于根据目标函数和约束函数获得产量配额，以根据产量配额确定每个产品的每种生产工艺的占比。

本发明提供的一种促进化学工业节能减排的工艺优化方法及装置，优化方法兼顾化学产品生产和化学产品对环境影响，以固定成本、运营成本、能源成本以及气体排放成本为目标，构建产量约束、配额约束、第一关系约束、第二关系约束以及第三关系约束，其中，第一关系约束用于约束产量配额和设备实际产量之间关系，第二关系约束用于约束设备实际产量和能源消费量之间关系，第三关系约束用于约束设备实际产量和气体排放量，以实现根据目标函数和约束函数获得获取最优产量配额，最终根据产量配额确定每个产品的每种生产工艺的占比，实现获取多产品的生产工艺，所获得多产品的生产工艺具有节省能源消耗和排放量少的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的每种产品的生产工艺及其技术分类图；

图2为本发明根据一示例性实施例示出的促进化学工业节能减排的工艺优化方法的流程图；

图3为本发明根据另一示例性实施例示出的促进化学工业节能减排的工艺优化方法的流程图；

图4为图3所示实施例提供的促进化学工业节能减排的工艺优化方法的原理框架图；

图5为图3所示实施例中同一类别可替代技术的发展路径；

图6为图3所示实施例中先进辅助技术的发展路径；

图7为采用本发明提供的优化方法和未采用本发明提供的优化方法的未来化学工业总能耗图；

图8为采用本发明提供的优化方法和未采用本发明提供的优化方法的未来化学工业总排放量图；

图9为图3所示实施例中所提供方法相比常规发展可实现的节能量比较图；

图10为图3所示实施例中所提供方法相比常规发展可实现的减排量；

图11为图3所示实施例中边际减排成本图；

图12为本发明根据一示例性实施例示出的促进化学工业节能减排的工艺优化装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，化学工业为是指以石油、天然气、煤炭、化学矿和生物质等为原料进行化学加工的产业，不包括石油和天然气开采业、专用设备制造业。

图1为本发明提供的每种产品的生产工艺及技术分类图，通过从生产方式-原料结构-生产技术-辅助技术层面选取最优策略，在对化学工业进行经济可行的生产工艺优化，以据其形成技术发展路径和布局，促进化学工业的节能减排。

如图1所示，对于每一种产品，其生产方式及技术可以按照如下方式进行分类：

首先，按照生产方式将其划分为不同类别，不同生产方式之间是并列关系，每一种生产方式均可以完成对应产品的完整生产。例如：乙烯生产有蒸汽裂解、煤制烯烃和甲醇烯烃等生产方式。

其次，将每一种生产方式对应到不同的原料结构，不同原料结构之间是并列关系，每一种原料均可完成对应生产方式的生产过程。例如：乙烯蒸汽裂解生产方式的石脑油、轻烃、加氢尾油等原料。

然后，对于每一种原料的生产工艺进行划分，这些生产工艺之间是串联关系，即工艺之间有先后顺序，采用该生产方式下该原料的生产需要各种工艺的协作完成。但值得注意的是，对于串联的每一种工艺而言，其均需识别出能效先进、平均状态或者落后几种类别，即对于节能减排而言，每种技术均有所区分。

最后，辅助技术，其与工艺技术有所不同。工艺技术是完成生产的必须环节与必需技术，而辅助技术则是可以选择性加装，加装后其将带来节能减排降耗的效果，不加装并不影响现有生产环节的进行。

需要注意的是，并非每一种产品均同时有不同的生产方式和原料结构，对于没有这二者的产品则直接过渡到工艺技术和辅助技术。

本发明中，生产工艺是指将原材料转化为化学产品的方法和过程，其涵盖了不同的生产方式，可被多种生产方式对应；生产方式是完成生产工艺的一种实现途径，涵盖不同的原料结构组合；由于生产化学品的原料具有多样性，本发明所述的原料结构代表完成其所对应生产方式的一种途径，每一种原料结构均可完成对应生产方式的生产过程，其涵盖工艺技术组合和辅助技术组合。故而，本发明所述的生产方式、原料结构、工艺技术和辅助技术均为生产工艺的子集，原料结构、工艺技术和辅助技术均为生产方式的子集，工艺技术和辅助技术均为原料结构的子集且二者为并列关系。

本发明所述的工艺优化，其目的是为生产方式、原料结构、工艺技术和辅助技术的每个方面均提供最优生产组合，从而为化学工业的节能减排提供具体可行的实施路径。

图2为本发明根据一示例性实施例示出的促进化学工业节能减排的工艺优化方法的流程图。如图2所示，本实施例提供的促进化学工业节能减排的工艺优化方法，包括：

S101、构建目标函数。

更具体地，目标函数包括固定成本、运营成本、能源成本以及气体排放成本。

其中，固定成本是指购买设备的成本，固定成本根据设备新增产能和设备平均成本获得，设备平均成本指利用设备产出单位数量产品所分摊的设备成本。运行成本是指生产过程的成本，运营成本根据运营平均成本和设备实际产量获得，运营平均成本是指设备产出单位数量产品的运营平均成本。

能源成本是指生产产品过程中消耗能源的成本，能源成本根据能源使用成本和能源消费量获得，能源使用成本是指单位能源的费用。气体排放成本是指生产产品过程中对所排放气体的处理费用，气体排放成本根据气体排放费用和气体排放量获得，气体排放费用包括对气体排放所征收税和对能源使用所征收税。

S102、构建约束函数。

更具体地，约束函数包括产量约束、配额约束、第一关系约束、第二关系约束以及第三关系约束。

产量约束用于约束设备实际产量、设备产能以及未来需求量的关系。产量约束具体包括：设备实际产量应大于或等于未来需求量，设备实际产量应小于或等于设备产能。其中，设备实际产量表示设备实际生产每种产品的产量，未来需求量表示对每种产品的未来需求量，设备产能是指每种设备能够产出产品的最大数量。

配额约束用于约束产量配额在预设范围内。其中，产量配额是指利用某种设备生产产品的数量与设备生产产品总数量的比值。配额约束具体包括：产量配额应大于或等于最小配额，产量配额应小于或等于最大配额。最小配额和最大配额根据国家经济政策确定，以实现国家对产量配额的调控。第一设备的最小配额应大于或等于基年配额，其中，第一设备为国家鼓励使用的设备。第二设备的最大配额应小于或等于基年配额，其中，第二设备为国家淘汰使用的设备。

第一关系约束用于约束产量配额和设备实际产量之间关系，第二关系约束用于约束设备实际产量和能源消费量之间关系，第三关系约束用于约束设备实际产量和气体排放量。

S103、根据目标函数和约束函数获得产量配额。

更具体地，对目标函数最小化，利用约束函数对产量配额进行约束，进行求解，以获得最优的产量配额。其中，产量配额是指利用某种设备生产产品的数量与所有设备所生产的同质产品总数量的比值。以根据产量配额确定每个产品的每种生产工艺的占比，以及每种生产工艺下生产同质产品的技术的占比。

在本实施例中，兼顾化学产品生产和化学产品对环境影响，以固定成本、运营成本、能源成本以及气体排放成本为目标，构建产量约束、配额约束、第一关系约束、第二关系约束以及第三关系约束，实现获取最优产量配额，最终根据产量配额确定每个产品的每种生产工艺的占比，实现获取多产品的生产工艺。

图3为本发明根据另一示例性实施例示出的促进化学工业节能减排的工艺优化方法的流程图。如图3所示，本实施例提供的促进化学工业节能减排的工艺优化方法，包括：

S201、构建目标函数。

更具体地，在本实施例提供的优化方法中，在约束函数的约束下最小化目标函数，以获得产量配额，目标函数具体包括：

其中，AC_i,l,t为在第t年利用设备l产出单位数量产品i所分摊的设备成本，R_i,l,t为设备l在第t年新增的生产产品i的产能，OM_i,l,t为在第t年设备l产出单位数量产品i的运营平均成本，H_i,l,t为在第t年设备l实际产出产品i的数量，p_k,t为第k种能源在第t年的价格，Eg_i,k,t为在第t年生产产品i消耗第k种能源的数量，Q_i,g,t为在第t年生产产品i产生污染物g的排放量，

为在第t年对单位数量产品i所消耗能源k所征收的费用，

为在第t年对单位数量产品i产生污染物g所征收的费用。

S202、根据历史设备产能、设备新增数量、设备淘汰数量以及设备损失率确定未来设备产能。

更具体地，根据如下公式获得未来设备产能：

S_i,l,t＝S_i,l,t-1·(1-f_i,l,t)+R_i,l,t-G_i,l,t

其中，S_i,l,t为在第t年时设备l生产产品i的数量，S_i,l,t-1为在第t-1年时设备l生产产品i的数量，f_i,l,t为设备l在第t年生产产品i产能的损失率，R_i,l,t为设备l在第t年新增的生产产品i的产能，G_i,l,t为损失的设备l在第t年生产产品i的产能。

考虑设备在运行年限内的生产能力衰减，根据设备寿命寻找合适的衰减函数，由于韦伯(Weibull)分布函数广泛用于设备寿命的计算，因此，产能的损失率f_i,l,t根据如下公式计算：

其中，β_i,l为生产产品i的设备l的韦伯分布的形状参数，m_i,l,t为用于生产产品i的设备l到第t年时的已经服役时间，T_i,l为生产产品i的设备l的寿命。

S203、构建约束函数。

更具体地，根据如下公式分别构建产量约束、配额约束、第一关系约束、第二关系约束以及第三关系约束。

产量约束具体包括：

0≤D_i,l,t≤H_i,l,t≤S_i,l,t

其中，S_i,l,t为在第t年设备l生产产品i的产能，D_i,l,t为第t年对由设备l生产的产品i的需求。

配额约束具体包括：

其中，

表示第t年由设备l生产产品i的最大配额，

表示第t年由设备l生产产品i的最小配额，

表示第t年由第一设备l0生产产品i的最小配额，

表示第t年由第二设备ll生产产品i的最大配额，Pr_i,l,base表示由设备l生产产品i的基年配额。

第一关系约束具体包括：

其中，Pr_i,l,t表示设备l在第t年的产出产品i所占配额，

为设备l在第t年的产出产品i的总产出量。

第二关系约束具体包括：

其中，E_i,k,l,t表示在第t年利用设备l产出单位数量产品i所需要能源k的数量，λ_i,k,l,t为在第t年利用设备l产出单位数量产品i所需要能源k的能耗下降率。

第三关系约束具体包括：

其中，

表示用于在第t年生产产品i的设备l由于燃料燃烧所造成的污染物g的排放量，

表示在第t年用于生产产品i的设备l所产生的过程排放物中污染物g的含量，ER_i,l为设备l产出单位数量的产品i的排放率，

表示第t年因生产产品i间接产生污染物g的数量。

燃料燃烧所造成的污染物的排放量

根据如下公式计算：

其中，η_i,g,t,l,k表示在第t年设备l每单位产出产品i消耗能源k所带来的污染物g的排放率，

表示当能源k完全燃烧时在第t年设备l每单位产出产品i消耗能源k所带来的污染物g的排放量。

间接产生污染物的数量

根据如下公式计算：

其中，

表示第t年因生产产品i所消耗电力而产生污染物g的数量，

表示第t年因生产产品i所消耗热力而产生污染物g的数量，Eg_elec,i,t表示第t年因生产产品i所消耗电力的数量，Eg_heat,i,t表示第t年因生产产品i所消耗热力的数量。

在添加上非零约束和数值在(0，1)之间约束：

0≤λ_i,k,l,t,ER_i,l,η_i,k,l≤100％

S204、根据目标函数和约束函数获得产量配额。

在本实施例中，根据历史设备产能、设备新增数量、设备淘汰数量以及设备损失率确定未来设备产能，实现对未来设备产能的预测。以此构建约束函数，实现获取最优产量配额，最终根据产量配额确定每个产品的每种生产工艺的占比，实现获取多产品的生产工艺。

本发明提供的优化方法，以固定成本、运营成本、能源成本以及气体排放成本为目标，所获得多产品的生产工艺具有节省能源消耗和降低排放量的优点。图4至图11中详细说明了本优化方法在促进化学工业节能减排中的效果。

图4为图3所示实施例提供的促进化学工业节能减排的工艺优化方法的原理框架图。如图4所示，在运用该方法对化学工业的节能减排规划进行决策支持时，需要有充足的基础数据支撑，即图中的数据模块。以数据模块为依托，综合运用技术-能源-环境模型进行计算和规划；在此过程中，该方法充分考虑先进的生产工艺技术和经济手段等，将绿色发展模块融入到技术-能源-环境模型的设置中。最终，模型的输出模块可以输出确定每个产品的每种生产方式及其附属技术的占比，实现获取多产品的生产方式。

通过本方案的实施，可以综合考虑各种子产品中间的相互作用关系。与单产品的模式相比，多产品模式并非单产品的简单汇总，而是考虑了不同产品之间的内在关系和相互作用，其准确性和效率均更高。

本方案可以对未来化学工业的节能减排路径进行优化，规划出不同产品下不同生产方式、技术类别和先进辅助技术在未来的详细推广情况。图5为图3所示实施例中同一类别可替代技术的发展路径图；图6为图3所示实施例中先进辅助技术的发展路径图；如图5和图6所示，分别展示了同一类别的可替代技术之间和不同的先进辅助技术未来的发展路径。化学工业可根据该路径进行未来的技术部署，以促进行业的节能减排。

图7为采用本发明提供的优化方法和未采用本发明提供的优化方法的未来化学工业总能耗图；图8为采用本发明提供的优化方法和未采用本发明提供的优化方法的未来化学工业总排放量图。根据该优化方法，可以模拟未来的能源消费与排放，并将其与不采用本方案的常规发展方案进行对比，可以有效对比出采用本方案所能达到的节能减排效果，如图7和图8所示。

对于采用本方案所达到的节能减排效果，本方案可以将其进一步细化至产品、生产方式和具体技术层面。图9为图3所示实施例中所提供方法相比常规发展可实现的节能量比较图；图10为图3所示实施例中所提供方法相比常规发展可实现的减排量；图9和图10以生产方式为例进行了展示。

图11为图3所示实施例中边际减排成本图。如图11所示，根据节能减排效果和生产成本变化，可以进一步提供边际减排成本(即每减少一吨CO2或其他污染物所需要付出的成本)，以为碳定价和补贴的机制设计提供参考和依据。

图12为本发明根据一示例性实施例示出的促进化学工业节能减排的工艺优化装置的结构示意图。如图12所示，本实施例提供的工艺优化装置，包括：

构建模块301，用于构建目标函数，其中，目标函数包括固定成本、运营成本、能源成本以及气体排放成本，固定成本根据设备新增产能和设备平均成本获得，运营成本根据运营平均成本和设备实际产量获得，能源成本根据能源使用成本和能源消费量获得，气体排放成本根据气体排放费用和气体排放量获得；

构建模块301还用于构建约束函数，其中，约束函数包括产量约束、配额约束、第一关系约束、第二关系约束以及第三关系约束；产量约束用于约束设备实际产量、设备产能以及未来需求量的关系，配额约束用于约束产量配额在预设范围内，第一关系约束用于约束产量配额和设备实际产量之间关系，第二关系约束用于约束设备实际产量和能源消费量之间关系，第三关系约束用于约束设备实际产量和气体排放量；设备实际产量表示设备实际生产每种产品的产量；

获得模块302，用于根据目标函数和约束函数获得产量配额，以根据产量配额确定每个产品的每种生产工艺的占比。

可选地，所述产量约束具体包括：所述设备实际产量应大于或等于所述未来需求量，所述设备实际产量应小于或等于所述设备产能。

可选地，所述配额约束具体包括：所述产量配额应大于或等于最小配额，所述产量配额应小于或等于最大配额；第一设备的最小配额应大于或等于基年配额，第二设备的最大配额应小于或等于基年配额。

可选地，所述目标函数具体包括：

其中，AC_i,l,t为在第t年利用设备l产出单位数量产品i所分摊的设备成本，R_i,l,t为设备l在第t年新增的生产产品i的产能，OM_i,l,t为在第t年设备l产出单位数量产品i的运营平均成本，H_i,l,t为在第t年设备l实际产出产品i的数量，p_k,t为第k种能源在第t年的价格，Eg_i,k,t为在第t年生产产品i消耗第k种能源的数量，Q_i,g,t为在第t年生产产品i产生污染物g的排放量，

为在第t年对单位数量产品i所消耗能源k所征收的费用，

为在第t年对单位数量产品i产生污染物g所征收的费用。

可选地，所述产量约束具体包括：

0≤D_i,l,t≤H_i,l,t≤S_i,l,t

其中，S_i,l,t为在第t年设备l生产产品i的产能，D_i,l,t为第t年对由设备l生产的产品i的需求；

所述配额约束具体包括：

其中，

表示第t年由设备l生产产品i的最大配额，

表示第t年由设备l生产产品i的最小配额，

表示第t年由第一设备l0生产产品i的最小配额，

表示第t年由第二设备ll生产产品i的最大配额，Pr_i,l,base表示由设备l生产产品i的基年配额。

可选地，所述第一关系约束具体包括：

其中，Pr_i,l,t表示设备l在第t年的产出产品i所占配额，

为设备l在第t年的产出产品i的总产出量；

所述第二关系约束具体包括：

其中，E_i,k,l,t表示在第t年利用设备l产出单位数量产品i所需要能源k的数量，λ_i,k,l,t为在第t年利用设备l产出单位数量产品i所需要能源k的能耗下降率；

所述第三关系约束具体包括：

其中，

表示用于在第t年生产产品i的设备l由于燃料燃烧所造成的污染物g的排放量，

表示在第t年用于生产产品i的设备l所产生的过程排放物中污染物g的含量，ER_i,l为设备l产出单位数量的产品i的排放率，

表示第t年因生产产品i间接产生污染物g的数量，

η_i,g,t,l,k表示在第t年设备l每单位产出产品i消耗能源k所带来的污染物g的排放率，

表示当能源k完全燃烧时在第t年设备l每单位产出产品i消耗能源k所带来的污染物g的排放量，

表示第t年因生产产品i所消耗电力而产生污染物g的数量，

表示第t年因生产产品i所消耗热力而产生污染物g的数量，Eg_elec,i,t表示第t年因生产产品i所消耗电力的数量，Eg_heat,i,t表示第t年因生产产品i所消耗热力的数量。

可选地，装置还包括确定模块303，确定模块303还用于根据历史设备产能、设备新增数量、设备淘汰数量以及设备损失率确定未来设备产能。

可选地，根据如下公式获得未来设备产能：

S_i,l,t＝S_i,l,t-1·(1-f_i,l,t)+R_i,l,t-G_i,l,t

其中，S_i,l,t为在第t年时设备l生产产品i的数量，S_i,l,t-1为在第t-1年时设备l生产产品i的数量，f_i,l,t为设备l在第t年生产产品i产能的损失率，R_i,l,t为设备l在第t年新增的生产产品i的产能，G_i,l,t为损失的设备l在第t年生产产品i的产能，

β_i,l为生产产品i的设备l的韦伯分布的形状参数，m_i,l,t为用于生产产品i的设备l到第t年时的已经服役时间，T_i,l为生产产品i的设备l的寿命。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种促进化学工业节能减排的工艺优化方法，其特征在于，包括：

构建目标函数，其中，所述目标函数包括固定成本、运营成本、能源成本以及气体排放成本，所述固定成本根据设备新增产能和设备平均成本获得，所述运营成本根据运营平均成本和设备实际产量获得，所述能源成本根据能源使用成本和能源消费量获得，所述气体排放成本根据气体排放费用和气体排放量获得；

构建约束函数，其中，所述约束函数包括产量约束、配额约束、第一关系约束、第二关系约束以及第三关系约束；所述产量约束用于约束所述设备实际产量、设备产能以及未来需求量的关系，所述配额约束用于约束产量配额在预设范围内，所述第一关系约束用于约束所述产量配额和所述设备实际产量之间关系，所述第二关系约束用于约束所述设备实际产量和所述能源消费量之间关系，所述第三关系约束用于约束所述设备实际产量和所述气体排放量；所述设备实际产量表示设备实际生产每种产品的产量；

根据所述目标函数和所述约束函数获得所述产量配额，以根据所述产量配额确定每个产品的每种生产工艺的占比；

所述根据所述目标函数和所述约束函数获得所述产量配额，具体包括：

对所述目标函数最小化，利用所述约束函数对所述产量配额进行约束，进行求解，以获得最优的产量配额，所述产量配额是指利用某种设备生产产品的数量与所有设备所生产的同质产品总数量的比值；

所述第一关系约束具体包括：

其中，Pr_i,l,t表示设备l在第t年的产出产品i所占配额，

为所有设备l在第t年的产出产品i的总产出量；

所述第二关系约束具体包括：

其中，E_i,k,l,t表示在第t年利用设备l产出单位数量产品i所需要能源k的数量，λ_i,k,l,t为在第t年利用设备l产出单位数量产品i所需要能源k的能耗下降率；

所述第三关系约束具体包括：

其中，

表示用于在第t年生产产品i的设备l由于燃料燃烧所造成的污染物g的排放量，

表示在第t年用于生产产品i的设备l所产生的过程排放物中污染物g的含量，ER_i,l为设备l产出单位数量的产品i的排放率，

表示第t年因生产产品i间接产生污染物g的数量，

η_{i,g,t，l，k}表示在第t年设备l每单位产出产品i消耗能源k所带来的污染物g的排放率，

表示当能源k完全燃烧时在第t年设备l每单位产出产品i消耗能源k所带来的污染物g的排放量，

表示第t年因生产产品i所消耗电力而产生污染物g的数量，

表示第t年因生产产品i所消耗热力而产生污染物g的数量，Eg_elec,i,t表示第t年因生产产品i所消耗电力的数量，Eg_heat,i,t表示第t年因生产产品i所消耗热力的数量；

所述目标函数具体包括：

其中，AC_i,l,t为在第t年利用设备l产出单位数量产品i所分摊的设备成本，R_i,l,t为设备l在第t年新增的生产产品i的产能，OM_i,l,t为在第t年设备l产出单位数量产品i的运营平均成本，H_i,l,t为在第t年某一设备l实际产出产品i的数量，p_k,t为第k种能源在第t年的价格，Eg_i,k,t为在第t年生产产品i消耗第k种能源的数量，Q_i,g,t为在第t年生产产品i产生污染物g的排放量，

为在第t年对单位数量产品i所消耗能源k所征收的费用，

为在第t年对单位数量产品i产生污染物g所征收的费用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产量约束具体包括：

所述设备实际产量应大于或等于所述未来需求量，所述设备实际产量应小于或等于所述设备产能。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述配额约束具体包括：

所述产量配额应大于或等于最小配额，所述产量配额应小于或等于最大配额；

第一设备的最小配额应大于或等于基年配额，第二设备的最大配额应小于或等于基年配额。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述产量约束具体包括：

0≤D_i,l,t≤H_i,l,t≤S_i,l,t

其中，S_i,l,t为在第t年设备l生产产品i的产能，D_i,l,t为第t年对由设备l生产的产品i的需求；

所述配额约束具体包括：

其中，

表示第t年由设备l生产产品i的最大配额，

表示第t年由设备l生产产品i的最小配额，

表示第t年由第一设备l0生产产品i的最小配额，

表示第t年由第二设备ll生产产品i的最大配额，Pr_i,l,base表示由设备l生产产品i的基年配额。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述构建约束函数之前，还包括：

根据历史设备产能、设备新增数量、设备淘汰数量以及设备损失率确定未来设备产能，以此构建产量约束。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据如下公式获得未来设备产能：

S_i,l,t＝S_i,l,t-1·(1-f_i,l,t)+R_i,l,t-G_i,l,t

其中，S_i,l,t为在第t年时设备l生产产品i的数量，S_i,l,t-1为在第t-1年时设备l生产产品i的数量，f_i,l,t为设备l在第t年生产产品i产能的损失率，R_i,l,t为设备l在第t年新增的生产产品i的产能，G_i,l,t为损失的设备l在第t年生产产品i的产能，

β_i,l为生产产品i的设备l的韦伯分布的形状参数，m_i,l,t为用于生产产品i的设备l到第t年时的已经服役时间，T_i,l为生产产品i的设备l的寿命。

7.一种促进化学工业节能减排的工艺优化装置，其特征在于，包括：

构建模块，用于构建目标函数，其中，所述目标函数包括固定成本、运营成本、能源成本以及气体排放成本，所述固定成本根据设备新增产能和设备平均成本获得，所述运营成本根据运营平均成本和设备实际产量获得，所述能源成本根据能源使用成本和能源消费量获得，所述气体排放成本根据气体排放费用和气体排放量获得；

所述目标函数具体包括：

其中，AC_i,l,t为在第t年利用设备l产出单位数量产品i所分摊的设备成本，R_i,l,t为设备l在第t年新增的生产产品i的产能，OM_i,l,t为在第t年设备l产出单位数量产品i的运营平均成本，H_i,l,t为在第t年某一设备l实际产出产品i的数量，p_k,t为第k种能源在第t年的价格，Eg_i,k,t为在第t年生产产品i消耗第k种能源的数量，Q_i,g,t为在第t年生产产品i产生污染物g的排放量，

为在第t年对单位数量产品i所消耗能源k所征收的费用，

为在第t年对单位数量产品i产生污染物g所征收的费用

所述构建模块还用于构建约束函数，其中，所述约束函数包括产量约束、配额约束、第一关系约束、第二关系约束以及第三关系约束；所述产量约束用于约束所述设备实际产量、设备产能以及未来需求量的关系，所述配额约束用于约束产量配额在预设范围内，所述第一关系约束用于约束所述产量配额和所述设备实际产量之间关系，所述第二关系约束用于约束所述设备实际产量和所述能源消费量之间关系，所述第三关系约束用于约束所述设备实际产量和所述气体排放量；所述设备实际产量表示设备实际生产每种产品的产量；

所述第一关系约束具体包括：

其中，Pr_i,l,t表示设备l在第t年的产出产品i所占配额，

为所有设备l在第t年的产出产品i的总产出量；

所述第二关系约束具体包括：

其中，E_i,k,l,t表示在第t年利用设备l产出单位数量产品i所需要能源k的数量，λ_i,k,l,t为在第t年利用设备l产出单位数量产品i所需要能源k的能耗下降率；

所述第三关系约束具体包括：

其中，

表示用于在第t年生产产品i的设备l由于燃料燃烧所造成的污染物g的排放量，

表示在第t年用于生产产品i的设备l所产生的过程排放物中污染物g的含量，ER_i,l为设备l产出单位数量的产品i的排放率，

表示第t年因生产产品i间接产生污染物g的数量，

η_{i,g,t，l，k}表示在第t年设备l每单位产出产品i消耗能源k所带来的污染物g的排放率，

表示当能源k完全燃烧时在第t年设备l每单位产出产品i消耗能源k所带来的污染物g的排放量，

表示第t年因生产产品i所消耗电力而产生污染物g的数量，

表示第t年因生产产品i所消耗热力而产生污染物g的数量，Eg_elec,i,t表示第t年因生产产品i所消耗电力的数量，Eg_heat,i,t表示第t年因生产产品i所消耗热力的数量；

获得模块，用于根据所述目标函数和所述约束函数获得所述产量配额，以根据所述产量配额确定每个产品的每种生产工艺的占比；

所述获得模块，具体用于：

对所述目标函数最小化，利用所述约束函数对所述产量配额进行约束，进行求解，以获得最优的产量配额，所述产量配额是指利用某种设备生产产品的数量与所有设备所生产的同质产品总数量的比值。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述产量约束具体包括：

所述设备实际产量应大于或等于所述未来需求量，所述设备实际产量应小于或等于所述设备产能。

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