随着重质原油和含硫原油加工比例的增大,以及环境保护法规不断加强、清洁油品的生产要求越来越高,再加上重质油品市场需求的缩水和轻质油品市场需求的持续增长,加氢裂化、加氢精制等深加工技术在炼油企业中得到了非常广泛的应用,原油处理深度和加氢比例持续增加,炼油企业的氢气消耗和能源消耗迅速攀升,氢气成本和能源成本已经是炼油企业中仅次于原油购买成本的第二、三位成本要素。资源系统的集成优化是炼油企业实现节能降耗减排、进一步提升赢利空间的重要手段。炼油企业资源系统的集成优化研究主要分为“设计／改造优化研究”和“操作优化研究”。前者主要对将要建设或已经存在的资源网络系统的管网布局、设备优选等进行最优设计或改造,以达到最优化系统配置、降低系统投资运营成本以及环境污染的目标；后者主要对已有资源网络的操作状态进行优化,以保证系统各单元的正常生产,同时实现节能降耗减排、最小化系统操作成本。本文针对炼油企业中的三大资源网络系统：氢气系统、瓦斯系统和水热网络系统,进行最优网络设计和最优系统操作两方面的研究,并针对各类系统提出完整的设计方法和调度技术,以提高系统的资源利用率。主要工作内容如下：(1)在氢气网络集成设计模型中添加脱硫过程模型,有效解决系统中超额的H2S杂质含量对氢气资源高效利用的制约。考虑到脱硫过程的复杂性和多流股脱硫方式的多样性,建立详细的脱硫网络超结构并嵌入氢气网络集成中,据此建立脱硫网络与氢网络耦合的数学规划模型,将氢分配网络送入脱硫网络的流股流量和脱硫率作为优化变量,对脱硫塔的操作参数和设备参数进行优化设计,探究脱硫网络与氢分配网络之间的权衡关系,寻求全局最优方案。实例计算表明,所提出的优化策略能够较好的在氢分配网络和脱硫网络之间权衡,求得使整体网络最优的脱硫量和脱硫率。相比于之前的优化模型,提出的优化策略能够进一步实现系统氢气资源的最大化利用。(2)针对氢气网络运转过程中会直接或间接产生大量C02排放,从而降低氢气系统的环保意义的问题,在氢气网络集成优化模型中添加了环境影响目标,从根本上降低系统的有害气体排放。分别以系统的总年度操作成本和总年度C02排放量作为系统经济性能与环境影响的评价指标,考察两类不同清洁程度的燃料作为系统燃料时的可持续氢气网络设计,基于不同的情况分别建立了单目标优化模型和双目标优化模型。对于多目标优化模型,采用自适应加权求和法求取Pareto最优曲线,为企业决策者提供理论支撑和决策指导。(3)考虑到炼油企业实际生产方案随原油性质以及产品需求变化而变化的特性,以及由此带来的系统中氢气副产单元以及耗氢单元的氢气产耗量的不断变化,提出炼油企业氢气系统多周期调度优化策略,充分保证系统的氢气供需平衡和高效率运作。调度模型中考察了制氢单元的(?)效率和CO2排放量随单元氢产量变化的情况,详细分析多周期操作下氢气管网系统各处的压力、氢气纯度、流量以及管道内气体流向等操作参数的变化情况,建立综合考虑系统中各项影响因素的氢气系统多周期调度优化模型。针对模型中存在的非连续决策变量,引入一种新的建模方法——互补约束方程,避免二进制变量的使用以及复杂MINLP模型的求解。工业实例计算表明,应用所提出的调度方法可在合理的时间内求得较优、较实用的调度方案。(4)针对炼油企业各生产单元的能量需求随生产方案变化而变化的问题,提出炼油企业瓦斯系统调度优化策略。从炼油企业的多周期生产特性出发,详细分析了瓦斯系统调度的影响因素,建立了综合考虑系统各项影响因素的炼油企业瓦斯系统多周期调度优化模型。通过引入详细的管道模型,对管网各处的瓦斯气的热值进行了模拟计算,提高了优化调度结果的准确性和实用性。与文献方法比较发现,所提出的方法所需的计算量更小,优化后的生产调度方案更准确。(5)针对水分配网络与换热器网络之间相互影响、相互制约的复杂关系,将互补约束数学规划方法拓展应用到水热网络集成,提出了新的水热网络超结构,在此基础上建立了热集成水网络一步优化法。为解决一步优化法中冷热流股的判定难题,根据潜在匹配流股的始末温度进行冷、热流股属性预判,避免引入大量的非连续决策变量。实例研究表明,所提出的模型能够在较短的时间内得到求解,且求解结果优于目前的文献方法。