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技术信息资源速递 第九期(总第76期)

行业动态:

赢创全新的液态附着力树脂可降低涂料中VOC含量

赢创工业集团最新推出用于涂料配方中的附着力树脂TEGO AddBond LP 1600和LP 1611。该产品具有优异的流动性能,并适宜与食品接触。这两种附着力树脂在降低粘度的同时不会提高涂料的挥发性有机化合物含量(VOC),适用于高固含配方。此外,其活性物含量高达100%,可减少储存和运输成本。

液态的TEGO AddBond LP辅助树脂是一种聚酯树脂,因应现有涂料体系设计,特别为高固含体系开发(例如双组分聚氨酯体系、双组分环氧树脂体系、烤漆或醇酸配方)。该树脂尤其适用于在开放环境中作业的工业产品,包括大型车辆、船舶和一般工业机械。以上应用中,长效性、耐候性和耐化学性最受关注。此外,AddBond LP类树脂还通过了FDA175.300认证,适宜与食品接触。TEGO AddBond LP 1600和LP 1611达到了瑞士生活消费品法规条例(SwissA)中对包装领域印刷油墨规定的要求。这两种树脂不属于危险品,能够安全处理。

TEGO AddBond LP 1600和TEGO AddBond LP 1611的区别在于它们的固有粘度不同,LP 1611的粘度比LP 1600稍高,但对最终体系的硬度影响较低,所以对表面的机械性能影响也较小。与LP 1611相比,LP 1600的粘度较低,因此能降低更多的VOC含量。

全球对VOC的排放限制日益严格,导致涂料生产商在选择原材料时受到越来越多的限制,因此他们不断寻找新的方法调整其配方。赢创不断拓展在添加剂和树脂领域的产品组合,以满足客户的需求。公司近期推出的液态研磨型树脂TEGO VariPlusLK,能显著降低色浆中的VOC含量。(上海化工,2016年第10期)

全固态锂电池的负极材料—穿孔石墨烯分子

2016年5月16日,由日本东北大学原子分子材料科学高等研究机构(AIMR)和东京大学的专家所组成的研究小组正式对外宣布,他们成功开发出了新型的全固态锂电池的负极材料-穿孔石墨烯分子(CNAP)。

长久以来,石墨作为负极材料广泛应用于锂电池中。近年来,质量轻、容量大的碳纳米管、石墨烯等材料相继用作负极材料,使电池容量扩大了2-3 倍。但是由于纳米碳结构的复杂性,无法清楚地解释大容量化的原理,因此,需开发具有部分纳米碳结构的分子性物质。

此次开发的CNAP材料,其分子属于中央具有纳米级微孔的大环有机分子,该结构有助于电容和锂容量的提升。以CNAP 为负极材料其电容是石墨的2 倍以上,并且反复65 次充电后电容仍能保持较高的水平。通过XRD 观察发现,CNAP 具有和石墨相近的层状结构,加上其自身特有的微孔结构,因此有利于锂在间隙和微孔处积累,从而扩大容量。(无机盐工业,2016年第10期

沃特世推出新型质谱采集模式

沃特世公司于2016年9月20日宣布于国际人类蛋白质组研究组织(HUPO)第15届国际大会上推出全新的数据采集模式SONARTM,该模式专为Xevo® G2-XS四极杆飞行时间(QTof)质谱仪(MS)而开发,提供全新的非数据依赖型采集(DIA)方案获取MS/MS数据。这项技术能够帮助分析科学家们提升实验室工作效率,同时让他们对生成的结果更有信心。借助SONAR数据采集模式,科学家们只需执行一次进样即可完成复杂样品中脂质、代谢物和蛋白质的定量和鉴定,免去了采用MS/MS方法分析时通常需要额外进行方法开发的麻烦。

在现代蛋白质组学实验中,基于DIA的质谱技术是分析人员获取包含大量数据的样品谱图时常用的一项技术。随着蛋白质组学和脂类组学研究的不断发展,科学家们越来越追求针对性更强的实验,来定量分析特定的肽和蛋白质,这就需要进行额外的方法开发和重复分析。面对越来越复杂的样品,沃特世新推出的SONAR数据采集模式能够提供更丰富的信息,同时提升数据的清晰度。(现代化工,2016年第10期)

我国合成气直接制烯烃研究取得重大进展

从中科院获悉,中国科学院上海高等研究院和上海科技大学联合科研团队在合成气直接制烯烃方面取得重大进展,《自然》( Nature) 杂志于2016 年10 月6 日发表了相关成果。

中科院上海高研院低碳转化科学与工程重点实验室( 低碳转化实验室) 主要开展含碳资源低碳转化利用核心技术的研发。最近,低碳转化实验室创造性地研发了一种全新的催化剂,发现在温和的反应条件下,该催化剂可实现高选择性合成气直接制备烯烃,甲烷选择性可低至5%,低碳烯烃选择性可达60%,总烯烃选择性高达80%以上,烯/烷比可高达30 以上; 同时,产物碳数呈现显著的窄区间高选择性分布,C2-15选择性占90% 以上,产物分布完全不服从经典的ASF 规律,体现出很好的FTO性能。

目前,中科院上海高研院已与合作单位山西潞安集团等企业达成协议,拟在催化剂放大制备、反应器设计及工艺过程开发等方面共同合作,力争尽快实现工业示范和产业化,促进我国煤化工的发展。(现代化工,2016年第10期)

美国页岩气热潮将使美国塑料客户受益

据国外媒体华盛顿报道,美国埃森哲咨询公司的戴维·扬科维奇和保罗·布加塞克在一篇文章中写道:作为北美洲页岩气热潮的一个结果,大量的新的聚合物产能将陆续投产,其中大部分的聚合物产量将出口。这三个趋势表明美国的塑料客户将从丰富的低成本原料和丰富的国内树脂供应中受益。

2020年前美国国内将很有可能每年投产230多亿kg新聚合物(包括聚乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈、PET、聚丙烯、聚丙乙烯、EPS)产能,其中大部分聚合物产能使用低成本的页岩气。这将使美国成为世界上诸如聚乙烯那样产品第二低成本地区。如果所有聚合物产量将用于国内,其计算结果将意味着美国将增加2000至1万个新塑料加工线。然而,其中大部分产量将出口。

美国的塑料客户,即塑料加工商(购买原料塑料树脂转换成各种产品,如包装材料、管子、瓶和其他成品)将能够从丰富的低成本原料和丰富的国内树脂供应中受益。(塑料工业,2016年第10期)

俄罗斯研究人员开发出制备超高摩尔质量聚乙烯新技术

俄罗斯西伯利亚分院催化研究所最近开发出一种非熔融法制备超高摩尔质量聚乙烯材料的新技术。

开发超高分子聚乙烯材料的主要目的是应用于北极地区极端条件,聚合物材料要耐受-70~-75℃的低温。当聚乙烯摩尔质量超过100万g/mol时,就会出现一些独特的性质:高耐冲击性、耐寒性、耐腐蚀、耐磨损和低摩擦系数。超高分子量聚乙烯纤维还具有独一无二的质量特性,其制品比水还轻,比芳纶纤维制品轻1.5倍。目前,每年全世界聚乙烯产量约1亿t,其中超高摩尔质量聚乙烯材料产量只有30万t(占0.3%),其中仅1.7万t被加工成纤维。产量低的原因是工艺复杂和资源、能源消耗高,要先将粒料溶解在沸腾的有机溶剂中得到凝胶,凝胶中能用于制成纤维的物质含量不超过2-5%,接下来再进行干燥和拉丝,造成整个工艺能耗高、产品成本高。

西伯利亚分院催化研究所开发的这种新型催化剂,采用非熔融法制备超高分子量聚乙烯材料,开辟了一条降低产品制备成本的新路,产品可应用于医疗产品、各种纺织制品及寒冷地区加固起降跑道的材料等。(塑料工业,2016年第10期)

阿科玛在印度扩大粉末涂料树脂生产规模

阿科玛近日宣布计划在其位于印度马哈拉施特拉邦新孟买的树脂生产基地,建设全新的顶级聚酯粉末树脂生产设施, 这在印度尚属首例。项目总投资约1500万美 元,包括一个新的生产单元和一个可同时提供应用开发和技术支持的专用实验室,预计2018年完工。这一新生产设施将为粉末涂料客户提供大力支持,以应对市场的迅速发展。

“用于粉末涂料的聚酯粉末树脂是我们产品组合中不断增长的重要部分,阿科玛一直致力于提供更环保、低挥发性有机化合物(VOC)的产品解决方案,”阿科玛涂料树脂业务部全球总裁任理查先生表示,“新生产设施是对我们现有欧洲和北美生产基地的有力补充,充分满足我们的客户在世界各地的运营需求,实践我们的承诺。”

新生产设施将用于生产REAFREE®品牌的聚酯粉末树脂。聚酯粉末涂料广泛用于工业涂料,以及汽车和建筑行业。

此次投资进一步提升了阿科玛涂料树脂产品的地域覆盖能力,更好地发展环保、低挥发性有机化合物(VOC)的涂料树脂产品组合,包括粉末树脂、水性树脂、UV光固化和高固体份树脂解决方案以及高性能涂料助剂。

阿科玛位于新孟买的生产基地还生产醇酸和羟基丙烯酸、聚酯树脂以及反应性聚酰胺固化剂。这项投资提升了印度基地的生产能力,进一步巩固了集团作为全球涂料行业供 应商的长期领先地位,同时为客户提供了尖端科技、本地生产 以及强有力的技术支持。(化工新型材料,2016年第10期)

俄罗斯正式研制3D打印无人机引擎

去年,俄罗斯在3D打印技术上取得了较多成果。2016年叶卡捷琳堡国际工业展上,俄罗斯Rosatom 公司向外展示了俄罗斯首个国产金3D打印系统,国防公司UIMC还展示了全3D打印的无人机。如今,全俄航空材料研究(VIAM)似乎要将3D打印无人机引擎变成现实。

VIAM与俄罗斯国防工业高级研究所(FPI)合作,共同研制3D打印的无人机引擎。这种小型引擎所有零部件都将是3D打印制造,整体重量仅900g,推进力可达75kg。据VIAM说,只要通过细微调整,就能将引擎的推进力增加75kg。

2015年研制PD-14涡轮发动机喷嘴时,VIAM首次接触到增材制造技术,并立即发现3D打印实际上是一种更精确更高效的零部件生产方法。使用激光烧结和金属粉末材料,VIAM能生产出精度更高的零件,并且生产速度快30倍。(化工新型材料,2016年第10期)

瓦克推出含造影剂的有机硅母料

2016 中国国际医疗设备设 计与技术展览会上,瓦克首次在华推出 SILPURAN AUX 8250 RO。这是一种含造影剂的有机硅母料,配制而成的有机硅混合物可用来生产不透 X 射线的软管和导管。同期展出的产品还包括用于挤出管制造的 ELASTOSIL R plus 4360 双组分硅橡胶、SILPURAN 6700 自黏型液体硅橡胶和用于导尿管球囊制造的 ELASTOSIL R 385 硅橡胶。

有机硅弹性体质地柔韧,兼容性普遍良好,是医疗领域的一种常用的材料。为保障有机硅软管和导管在 X 光检查时的可见性和可探测性,硅橡胶必须掺入造影剂,只有这样,硅橡胶才能够变得不透 X 射线。

瓦克的 SILPURAN AUX 8250 RO 有机硅母料75%成分为医疗放射科领域常用的粉状硫酸钡造影剂。在进行混合时,母料无需再加工便可直接掺入有机硅原料。这种工艺具有众多优势。由于造影剂不再是粉末状,而是直接分散于有机硅,SILPURAN AUX 8250 RO 因此可大大简化混合工艺。此外,由于硫酸钡含量高,生产商还可以根据客户的需求,通过改变硅橡胶中有效成分的用量,灵活地对配方进行调整。

SILPURAN AUX 8250 RO 经由 ISO 10993 标准和 USP(美国药典)第 VI 级选定的检测证明具有生物兼容性。该产品几乎能够与任何一种高温交联固体硅橡胶混合使用,既可以适用于采用挤出成型工艺生产软管,也可以适用于生产成型件等。

展会期间,瓦克还展出多款医用有机硅产品:如适用于挤出管的制造的 ELASTOSIL R plus 4360;适用于生产医疗行业用的各种软硬胶双色部件 SILPURAN 6700 自黏型液体硅橡胶;适合导尿管球囊 等应用的 ELASTOSIL R 385 高透明硅橡胶等。(上海化工,2016年第11期)

塞拉尼斯在 2016年K展上推出五种创新聚合物

无论是消费类电子、医疗设备 还是汽车领域,各行各业生产的零部件越来越复杂,并且消费者对外形、功能和触感等方面的要求也日渐提高。为帮助全球生产商以正确的材料来应对这些挑战,塞拉尼斯在 2016 国际塑料及橡胶展(“K 展”) 上推出五种创新的聚合物产品,旨在满足全球汽车、医疗、消费品、电子和工业生产商对复杂设计和产品升级的需求。

塞拉尼斯的工程师打破了设计和聚合物实现的常规局限,改变了产品线中一些聚合物的功能特性。本次推出的新材料为工程师提供了能够针对客户需求自由设计和生产高性能、独具吸引力和实用性的零部件和产品。

在展会上,塞拉尼斯推出的五款新的聚合物产品分别为:1) Celapex 高流动性聚合物 PEEK,解决了 PEEK 通常存在的注射成型工艺问题。塞拉尼斯解决 方案使具有高精度和紧密容差的薄壁、复杂结构模制件成为可能,并简化了高填料量时的工艺。 (2) Celstran 高流动性 LFT 塞拉尼斯推出的最先进的长纤维热塑材料系列之一。这一高流动性新产品可帮助模具厂商和设计师开发更薄(壁厚 1.0-1.5 mm)、更轻巧且更高效的零部件。 (3) Fortron 柔性 PPS, 高度可靠耐用、耐热的柔性聚合物,适用于当今复杂的汽车和工业系统中的扣夹、绑带、管道和电缆等。 4) Hostaform M25IE POM,为获得更高的生产率,聚合物板材生产商越来越多地使用压延工艺来生产不同厚度和尺寸的聚甲醛( POM) 板材,以满足市场需求。 Hostaform M25IE 的开发在保持 POM 的强度、耐用性、耐潮性和化学品耐受性以及摩擦性能等属性的同时,也满足了市场对 POM 板材的严苛性能和加工要求。 5) Meta LX 金属光泽外观尼龙,将金属光泽效果和聚合物配色技术应用于尼龙,塞拉尼斯现推出多种聚合物外观解决方案,满足 审美和功能需求。

塞拉尼斯是化学特种材料生产领域的全球技术领先者,也是差异化化学解决方案的领先提供商。 产品被广泛应用于工业和消费品领域。两个互补业务核心为乙酰基产品链和材料解决方案,它们利用塞拉尼斯广博的化学、技术和业务 专长为客户和公司自身创造价值。 2015 年净销售收入达 57 亿美元。(上海化工,2016年第11期)

动态题录:

巴斯夫与PAT签署合作协议,探索作物保护市场新型生物农药商机(上海化工,2016年第10期)

英威达美国工厂扩建,应用突破性技术(上海化工,2016年第10期)

日本实现铋的层状氧化物超导化(无机盐工业,2016年第10期

日本NEC开发出拥有漆器质感的生物塑料(工程塑料应用,2016年第10期)

埃克森美孚称突破性技术可大幅降低塑料制造成本(塑料工业,2016年第10期)

郑州大学研发出绿色无毒塑化剂(塑料工业,2016年第10期)

中国科大利用仿生方法成功合成人工珍珠母(化工新型材料,2016年第10期)

上海应用物理所研制成一种耐洗涤抗超级细菌棉布(化工新型材料,2016年第10期)

上海硅酸盐所研制的两项关键材料成功用于“墨子号”量子卫星(化工新型材料,2016年第10期)

我国突破合成气直接制烯烃技术(上海化工,2016年第11期)

索尔维推出“智能分子”耐高温技术 Technyl REDx(上海化工,2016年第11期)

论文摘要:

水平液固循环流化床换热器传热性能评价

对管内插入Kenics静态混合器的水平液固循环流化床换热器进行实验研究,实验考察了静态混合器扭率、静态混合器安装方式、液体流速、颗粒体积分数对传热性能和流阻性能的影响,并运用综合强化传热性能评价指标(PEC)对其进行分析。实验发现,传热性能和阻力系数均随扭率增加而减小。当雷诺数在10000-45000之间时,扭率为1.5、2、2.5、3.5的Kenics静态混合器的PEC指标均大于1,说明了水平流化床换热器插入Kenics静态混合器能够改善传热。在雷诺数达到25000左右、Kenics静态混合器扭率为2.5、颗粒体积分数为4%时,水平流化床换热器的PEC指标最高达到1.18。当两个扭率均为2.5的Kenics静态混合器安装间距为200mm时,水平流化床换热器的PEC指标最高。(化工进展,2016年第11期)

基于循环灰热载体煤热解的固-固颗粒冷态混合特性

以开发循环流化床(CFB)燃烧/煤热解分级转化工艺为应用背景,为在移动床混合段内利用有限高度空间达到理想的灰/煤混合效果,建立了内置锥面形挡板结构的固-固冷态混合实验装置,并对颗粒的混合特性进行了研究。分别以石英砂和硅胶模拟CFB循环灰和煤,采用挡板重力混合的方法,探究了挡板角度、层数、放置方式(对向和旋转放置)以及物料混合比等因素对混合效果的影响,并与机械混合实验进行了对比。结果表明,在混合过程中颗粒的混合和分散是并存的,旋转放置30°的挡板层数越多,硅胶和石英砂颗粒混合越均匀,混合物料中石英砂比例越高,混合效果越好。通过优化挡板结构及设置方式强化对流混合和剪切混合可明显改善固-固混合效果。虽然与机械混合相比,挡板混合效果略差,但在一定操作范围内仍可满足灰/煤混合热解工艺的要求。(化工进展,2016年第11期)

界面传质中Rayleigh对流的定量分析

通过纹影光路观察了特定气液传质装置中乙醇吸收CO2过程所引发的Rayleigh对流在垂直界面方向上的发展过程。随着溶质吸收的进行,液层的流体稳定性变弱,扰动加剧气液界面失稳并发生湍动,进而发展为羽状流并逐步向液相主体发展,在此过程中伴随着对流胞的融合与增长。液层的浓度分布可通过对相应液层纹影图像进行定量分析获得。液层浓度分布和瞬时传质系数变化表征了Rayleigh对流的引发与发展及其对传质过程的强化效果,界面浓度分布及临界Rayleigh数解释了非均匀传质对湍动的引发机理。羽状流将高浓度液体快速带入主体,加速了近界面液层与主体液层的混合,增强了气液传质。(化工学报,2016年第11期)

涂覆液种类对FeCrAl金属载体上氧化铝涂层性质的影响

利用浸渍提拉法(dip-coating),分别采用铝溶胶与氧化铝浆液在FeCrAl金属载体上制备了两种γ-Al2O3活性涂层,考察了涂覆液种类对涂层性质的影响。利用扫描电镜、X射线衍射、氮气物理吸附和超声波振动方法考察了两种涂层的表观形貌、晶型结构、织构性质及涂层与金属载体之间的结合力。研究结果表明,当涂层负载量小于3%(质量分数,下同)时,溶胶涂层可以避免开裂,而浆液涂层无法避免开裂发生;当负载量大于8%时,溶胶涂层在干燥后会开裂翘起甚至直接脱落,而浆液涂层虽然开裂加剧但是不会直接脱落。对于涂层厚度需求较低的体系(涂层负载量小于8%),溶胶涂层的比表面积和孔容比浆液涂层更大,更适合作为催化剂活性载体;而对于涂层厚度需求较高的体系(涂层负载量大于8%),则应选择浆液涂层。(化工学报,2016年第11期)

基于GMS应用的化工区地下水污染模拟与分析

GMS是目前地下水数值计算的重要应用软件之一,运用GMS可以模拟地下水流分布和地下水污染物的迁移规律等。以化工厂区为例,经过地质模型概化、参数确定、调参等过程,预测污染物的浓度及污染范围。研究了该厂区渗滤液的扩散对下游抽水井的影响,建立了该厂区地下水流模型及溶质运移模型。结果表明,该区域地下水流向为自北向南,沿水流方向水位逐渐下降,水降幅度较为缓和,在下游抽水井附近形成地下水降落漏斗;污染物的浓度在持续增加,局部污染物浓度高达4.1mg/L,污染的范围也逐渐扩大,污染面积约为8.23×105 m2,污染物向下游扩散长度约1084.64 m,在垂向上,厂区位置污染物已经扩散到第二层深水含水层。若不加以控制抽水量,会加剧污染物的扩散速度。(科技导报,2016年第18期)

提升管加床层反应器不同操作模式下的压力脉动特性

在提升管加床层反应器冷模实验装置上,分别采取零床层和有床层的操作模式,测量并分析了提升管内的压力脉动行为。结果表明,有床层操作模式下的提升管内压力脉动标准偏差明显高于零床层操作模式;压力脉动主频零床层操作模式下,主要集中于1.56-3.13和0-0.391 Hz,主要源于提升管内颗粒的脉动,有床层操作模式下为12.5-25.0和0-0.391 Hz,12.5-25.0 Hz频段主要源于提升管出口上方设置的气固分布器加流化床层对提升管内气固流动的约束,及其影响下的气体脉动行为,0-0.391Hz频段主要源于提升管段进料的不连续性,及其与进料口下方提升气体的相互作用。(过程工程学报,2016年第5期)

超疏水磁性纤维素粒子的制备及性能表征

采用纤维素为原料,制备了超疏水磁性纤维素粒子。竹溶解浆用氢氧化钠/尿素/水体系溶解,在水中再生形成纤维素粒子。再采用原位沉淀法制得磁性纤维素粒子,正十八烷基三甲基硅烷修饰后得到超疏水磁性纤维素粒子。用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、热失重分析仪(TG)和液滴形状分析仪(CA)对改性纤维素粒子的形貌、化学结构、热稳定性和超疏水性进行了分析。改性纤维素粒子表现出超疏水性能和磁响应性能,水接触角达到151.2°。改性纤维素粒子可以包裹水滴和甘油形成液体弹珠。(科技导报,2016年第19期)

40℃和60℃养护时含白云石微粉砂浆的强度和水化产物

为探究白云石微粉(DM)在水泥中的物理化学效应,以石灰石微粉(LS)为参照,研究40℃和60℃养护时DM掺量(10%、20%和30%)对水泥砂浆强度的影响,并分析混合水泥浆体的水化产物。结果表明:随养护温度和掺量不同,两者对砂浆强度的影响有明显差异。40℃时,LS优于DM促进早期强度发展,但两者差异随掺量增加和龄期延长而减小甚至反转,养护90 d时,掺量超过20%的DM砂浆强度高于LS砂浆。提高养护温度到60℃,对DM砂浆各龄期强度的促进效应均比对LS体系更为显著,且掺量愈大,两者对温度效应的差异愈明显。40℃时,两种微粉均参与反应,早期形成单碳铝酸钙(Mc),但龄期延长至90 d时,DM浆体中出现少量水滑石(Ht)。60℃时,两种微粉体系中均未生成Mc,而是形成单硫型硫铝酸钙(AFm);随龄期延长,LS体系中水化产物无明显变化,DM体系中AFm减少直至消失,同时生成大量Ht,且Ht量随DM掺量增加而增多。DM在高温和后期的化学活性效应强于LS,是导致两者在40℃养护后期和60℃养护全龄期强度差异的主要原因。与集料的去白云石化反应导致碱碳酸盐反应不同,白云石微粉在水泥浆体中反应并未形成水镁石,而是与浆体中铝质组分反应生成碳铝酸盐或/和水滑石。该反应不仅未对砂浆强度产生不利影响,反而具有促进效应。(硅酸盐学报,2016年第11期)

双金属Mo-Ti-SBA-15材料的制备及其环己烯环氧化性能

采用一步法分别制备了一系列单金属介孔催化剂Ti-SBA-15-36,Mo-SBA-15-(180/28)和双金属介孔催化剂Mo-Ti-SBA-15-(X)。考察了双金属催化剂Mo-Ti-SBA-15-(X)的Mo含量,对催化剂的结构和催化性能的影响。分析了催化剂活性差异的原因以及探讨了双金属催化剂的催化协同机理。考察了催化环氧化反应中的主要影响因素。结果表明,最佳的双金属催化剂Mo-Ti-SBA-15-(180/28)的催化效果均优于单金属催化剂的环氧化效果。当反应时间为8 h,反应温度为80 ℃,催化剂剂量为25 mg,以环己烯作为底物,TBHP作为氧源,1,2-二氯乙烷作为溶剂时,Ti-SBA-15-36,Mo-SBA-15-(180/28)和Mo-Ti-SBA-15-(180/28)的转化率分别为41.07%、46.44%和98.33%,选择性分别为97.56%、93.19%和98.86%。同时Mo-Ti-SBA-15-(180/28)也具有很好的可循环利用性。(精细化工,2016年第12期)

阴离子多聚糖修饰Pickering乳液的制备及表征

为了提高淀粉纳米晶(starch nanocrystal,SNC)与季铵盐壳聚糖(quaternary chitosan,QCS)共同稳定的Pickering乳液在pH值变化时的稳定性,本文采用阴离子多聚糖—海藻酸钠和果胶,通过静电相互作用对乳液进行表面修饰。并通过测定乳液粒径、zeta电位和体外消化情况,对乳液的稳定性和消化特性进行表征。结果显示,当水相中海藻酸钠和果胶质量分数均为0.1%时,修饰后Pickering乳液在pH 2-7范围内均能保持粒径不变,且该乳液在25°C放置90天,粒径无变化,且无乳析现象发生。此外,在体外模拟消化条件下,阴离子多聚糖的加入还能抑制Pickering乳液中油脂和淀粉的消化。(精细化工,2016年第12期)

论文题录:

螺旋对称流厌氧反应器常温下的运行特性(化工进展,2016年第11期)

等温滴定量热法测定酶催化反应的热动力学参数(化工进展,2016年第11期)

共存物质对UV/PS降解莠灭净的影响及降解路径(化工进展,2016年第11期)

焦化废水处理过程中盐分变化及其影响因素(化工进展,2016年第11期)

来自混合菌群的聚乙烯醇降解酶的性能(化工进展,2016年第11期)

府谷煤CO2催化气化反应性的研究(化工进展,2016年第11期)

不同碱土金属氧化物掺杂对纳米二氧化铈催化性能的影响(化工进展,2016年第11期)

α-MoC/石墨烯复合材料的氧还原性能及其在微生物燃料电池中的应用(化工进展,2016年第11期)

涡轮桨搅拌槽内流场特性的V3V实验(化工学报,2016年第11期)

平板狭缝间C1-C4烷烃/空气预混射流火焰的燃烧特性(化工学报,2016年第11期)

BiOCl/g-C3N4异质结催化剂可见光催化还原CO2(化工学报,2016年第11期)

β-环糊精/聚醚共聚乙酰胺填充膜的制备及渗透汽化分离水中微量苯酚(化工学报,2016年第11期)

基于自适应竞争群优化算法的无分流换热网络综合(化工学报,2016年第11期)

利用表面改性制备磷酸锰锂/石墨烯锂离子电池复合材料(化工学报,2016年第11期)

不同粒径污泥热解制备生物炭及其特性分析(化工学报,2016年第11期)

面向石化企业间物流集成计划优化的模型及应用(化工学报,2016年第11期)

新型温敏性中空纤维膜的制备与表征(化工学报,2016年第11期)

用于自内冷溶液除湿的复配石蜡微胶囊的特性(过程工程学报,2016年第5期)

温度对铝酸盐水泥基三元体系早期水化的影响(硅酸盐学报,2016年第11期)

纳米钙钛矿La1-xSrxMnO3的制备及石墨烯改性(精细化工,2016年第12期)

基于B16黑素瘤细胞评价体系的竹叶黄酮纳米粒子美白功效研究(精细化工,2016年第12期)

四苯乙烯衍生物的合成及聚集诱导发光性质(精细化工,2016年第12期)

壳聚糖/聚丙烯酸水凝胶的制备及对Cu2 和Cd2 的吸附性能(精细化工,2016年第12期)

江苏省生产化学品环境情况调查分析及建议(现代化工,2016年第10期)

深共熔溶剂在分离提取中的应用(现代化工,2016年第10期)

综述:

面向石化企业间物流集成计划优化的模型及应用

(国家重点基础研究发展计划项目)

引言

供应链管理(supply chain management,SCM)对企业运营十分重要,其具体内容包括生产过程的原料管理、物料运输管理,以及产品分配和运输等一系列生产优化命题。图1 展示了供应链管理的基本组成要素。图中,feedstocks 代表系统的原料输入部分,包括各种供应链体系中所涉及的原始物料成分;basics 代表供应链中相互影响的上下游生产企业,performance 代表不同生产企业的生产过程与生产流水线,一条完整的供应链包括一个及以上的企业;供应链的末端直接面向顾客,处理市场的订单需求并调整产品策略,以及协调运输问题等。供应链管理以满足消费者需求,提升企业效益并降低生产成本作为目标。

而供应链管理在具体的企业生产和执行层面则是以企业作为主体,企业生产系统管理(process system engineering,PSE)是供应链条的基本模块。一个基本的生产系统管理模块包括原料的输入(raw materials),生产过程(performance),以及产品输出(products)3 个基本组分,其组成结构如图2 所示。

近年来,随着企业生产过程的复杂化,产品的多元化,以及上下游企业共享物料、设备和信息的需求增长,基于供应链的生产系统的集成优化成为企业提升生产效益重要途径之一。企业级优化(enterprise-wide optimization,EWO)是企业集成生产优化的重要形式之一,它将不同的生产系统管理模块进行集成,以提升企业的整体效益,综合考虑集成企业的物料运输、生产方案、市场需求、库存管理等问题。Grossmann在2005 年就将企业级优化思想引入流程工业领域。Wassick以某一大型的石化集团为例,将不同的生产子系统定义为“信封”,不同的“信封”可以组合成集成生产系统,并对集成生产系统进行优化求解。Guyonnet 等将原油调度与产品问题进行了集成分析。Quaglia 等指出企业级优化的难点之一是集成系统的搭建与设计,并以一个综合的石化集团为对象建立集成生产模型,综合考虑集成系统的原料、产品和市场需求等要素,最后采用混合整数非线性规划方法进行建模求解。Shah 等研究了用于求解大规模企业级优化模型的增广拉格朗日分解求解策略。Quaglia 等分析了不确定条件下的企业级优化命题,并提出了基于分解法的求解方法。Al-Qahtani 等综合考虑了炼油石化系统中多个生产过程的集成生产过程,并通过协调上游生产和下游需求,提供了一套同步解析集成系统的方法策略。Wang 等以乙烯厂原料卸载调度和生产过程为研究对象,并提出了一种基于同步调度的优化求解策略。Pinto 等提出了一种应用于石化企业供应链的企业级优化框架,并给出了相应的混合整数非线性数学模型。Shah 等以基于连续时间的集成优化模型为对象,阐述了在企业级优化命题中运行时间、产量、质量等多种生产要素之间的平衡。2014 年,Grossmann总结了近年来诸多学者在企业级优化研究领域的研究与成果,评述了企业级优化研究领域所涉及的求解算法,并指出了企业级优化所面临的重大挑战在于研究对象的拓展、算法的改进、不确定性干扰等。

近年来诸多学者在企业级优化的研究领域取得了大量成果,但由于不同的生产企业之间设计、生产和运营都相对独立,这使得企业之间的系统集成面临较大难度和挑战,现有的集成生产也往往局限于单一企业或者大规模生产系统的内部,最终导致供应链上下游企业在资源共享、信息共享的障碍以及企业生产效益提升受限。因此,本文将原本独立的生产企业进行整合,建立统一的集成生产系统,而这一研究内容也是企业级优化突破现有集成生产难点的重点方向之一。

本文以独立设计建造、生产和经营的石化生产企业作为研究对象,以企业级优化作为集成生产的方法,提出适用于独立石化企业的集成条件、集成建模方法以及优化模型,并根据集成对象的物流耦合关系重新定义产品、中间物料、原料,运输管道等信息集合及其元素组成。最后,以炼油厂和烯烃厂的集成生产为例建立MILP 模型,所选用案例全面考虑了在市场需求平稳、萎缩和旺盛3 种市场情形下联合生产集成优化的效果。

1 集成前提假设

大多数独立石化企业的生产系统往往是地理隔绝的,并且在生产时间尺度以及加工方案设计标准上不尽相同,从而导致不同企业之间的企业级优化困难较大或者经济效益提升不明显。

为了系统地评估独立企业之间是否适合集成生产,并筛选具有集成生产意义的生产系统,本文提出了企业集成生产应尽量满足的前提条件。本文所研究的企业级优化和集成生产也建立在以下前提条件之上。

1.1 地理位置相近

企业间物流运输成本将随着相对距离的增加快速增长,较大的相对距离也对应着较高的库存成本和较慢的响应。

仿真计算表明,一般地,在厂际运输成本不超过普通厂内运输成本的10 倍时,联合生产集成优化仍然能够提升整体生产效益。

1.2 物料与设备相同或相似

相同的物料或加工设备,能在集成过程中通过物料、设备的共享,实现物料、资源的优化配置,从而增强生产系统的鲁棒性和稳定性,最终促进经济效益的总体提升。

1.3 生产时间尺度相近或可调相近

独立生产系统的生产时间尺度相差过大,会导致企业级优化过程中物料、设备共享受限,使得生产进度不一致。因此,用于集成的独立企业需要具有相近或者经调整后相近的生产时间尺度。

1.4 生产利益统一

企业级优化构建的集成生产系统在满足一定条件时,能够实现生产经济效益总和的提升,但这不代表任一原本独立的生产系统经济效益均有所提升。因此,联合生产的企业需要具有统一的利益或者合理的利益分配方式,才能保证各生产子系统能够服务于集成系统的生产效益最大化目标。

基于以上前提,独立生产的企业也能够较好实现企业级优化,并在集成生产中实现生产信息、资源的优化配置。

一般地,现有的石化企业建造往往具有集群效应,常见的石化企业生产园区或石化集团下设的各类生产子厂均能够很好地满足以上假设,从而保证了本文的假设具有实际物理意义和工程意义。本文案例中涉及的某真实石化集团的生产系统均能够满足以上条件。

2 企业级优化方法与系统建模

本节介绍独立生产系统的集成方法以及集成系统的计划优化模型。

2.1 集成生产系统构建

现有的研究中,较少提到集成系统的搭建方法和具体步骤,研究者往往通过分析集成生产系统的工艺要求进行集成系统的搭建,而这些建模方法往往不通用也无法移植。本文提出了一种集成系统的构建方法,通过分析待集成企业之间的关键物料并搭建管道建立联系,对同种生产装置、存储罐区的使用进行调整,并重新定义原料、产品等生产信息集合3 个步骤,能够在不改变或者较少改变原有系统结构的基础上,快速构建集成生产系统拓扑结构。这种集成系统构建的方法具有简便、通用的优点。具体的操作步骤如下。

2.1.1 上下游企业的衔接 对于供应链上下游的独立企业而言,上游企业的产品或者半成品通常可用作下游企业的原料。根据集成生产系统的物流耦合关系,将上游企业的终产品或半成品作为下游企业的生产原料;通过添加物流管道和物料缓存罐的方式,合理进行上下游企业生产系统的拼接,组成集成的拓扑结构。

2.1.2 相同物料与装置的处理 在通过输送管道将同种物料进行关联之后,便可以将相同的物料进行整合,通过管道控制流向,使同种物料统一管理和分配。同时,将相同的生产装置进行整合,通过装置共用构建多条加工线,或将部分同种装置用作备用装置以增强系统的鲁棒性。

本文案例涉及的炼油厂、烯烃厂组成的集成生产系统中,石脑油、轻石脑油是炼油生产系统的重要产品,同时也是烯烃生产系统的重要原料。因此,集成系统中炼油厂的石脑油、轻石脑油产品可以作为烯烃厂的原料,即通过增加对应的石脑油、轻石脑油输送管线便可以将两个生产系统进行衔接。同时,炼油厂、烯烃厂各自拥有的石脑油缓存罐可以实现共用,进而提升石脑油缓存罐的利用率,并增加物料调度的灵活性。同理,轻石脑油的缓存罐也可共用。

2.1.3 重新定义原料、产品等集合 集成系统的输入输出关系、物料的流动关系在集成过程中发生了一定变化。所以,集成系统需要重新定义生产系统中原料、中间物料、产品以及运输管线等生产信息集合及其元素组成。

本文案例涉及的炼油厂、烯烃厂集成生产系统中,石脑油、轻石脑油是炼油厂的产品,而在烯烃厂中则作为原料;在新建集成生产系统中,石脑油和轻石脑油则作为中间物料直接输送给乙烯装置进行加工。上述生产流程的改变,要求重新定义系统原料、中间物料以及产品集合,具体地,在炼油厂系统中,石脑油、轻石脑油为产品集合的元素;烯烃生成系统中,石脑油、轻石脑油是原料集合的元素;而新建的集成系统中,则需要将石脑油、轻石脑油调整为中间物料集合的元素。

通过以上主要步骤的操作,便可得到集成系统的拓扑结构及其基本生产信息。该集成系统保留了原有独立生产企业的主要生产装置和拓扑结构,并能实现联合生产过程中的物料、装置、生产信息共享和统一调度。

2.2 计划优化模型

基于石化企业的生产拓扑结构,本文建立了的基于MILP 的计划优化模型。文中对生产拓扑结构进行如下抽象:原料进厂站点、产品出厂站点以及生产装置为逻辑点,不同的逻辑点之间由弧线连接代表着实际生产系统中的运输管道;同时对系统中的物料进行以下划分。

原料集合:如原油、MTBE,BOC 氧气等,作为系统的输入,供加工使用,被定义为系统的原料集合元素,其属性包括名称、市场价格等。

中间物料集合:减压瓦斯油、裂解碳四(C4)等在系统中产生,随后被后级加工单元消耗,不作为系统的输入和输出物料,被划分为中间物料。中间物料组分不考虑其物料价格。

产品集合:汽油、柴油以及乙烯等,作为系统的输出产品,直接向市场销售,被定义为系统产品,其属性包括名称、市场价格等。

2.2.1 优化目标 该计划优化模型以生产系统的生产效益最大化作为系统优化目标,并同时兼顾生产、库存成本的控制。

式(1)中第1 项为集成生产系统产品销售的毛利润,第2 项为原料购买费用,第3 项为原料和产品的运输费用,第4 项为所有加工装置产生的加工费用,第5 项与第6 项为产品罐以及产品销售站点的库存费用,第7 项为市场产品需求未满足的惩罚项。

2.2.2 模型约束条件 本节给出集成生产系统计划优化模型中各种生产约束条件。

式(2)定义每一种输入集成生产系统的原料购买量;式(3)限定了原料购买量的取值范围;式(4)表示产品产量不能超过市场的实际需求量;式(5)与式(6)指出当产品供给不能满足预设需求时,供给差额等于预设的产品需求量减去实际产品输出量,且供给差额为非负值。

式(7)与式(8)定义生产系统物料输入输出的流量同与之相连的侧线流量一致;式(9)与式(10)定义生产系统内部输送管线的流量同与之相连的侧线流量相等;式(11)与式(12)分别限定了生产系统输入输出管道和内部输送管道流量值的范围。

式(13)表示在系统管道分流点处,物料的进料量等于各条管线该物料出量的总和;式(14)表示在系统管道汇流点处,同种物料各管线进料总和等于该物料的总出料量。

式(15)-式(18)对生产系统中加工装置的生产方案进行了描述与限制。式(15)限定了任意装置的特定加工方案处理的物料量的上下限;式(16)表示任意加工装置的加工总量等于该生产装置各种加工方案加工量之和;式(17)表示任意加工装置的加工总量还等于对应生产周期内该装置进料量的总和;式(18)描述加工装置的产率模型,定义在不同产率模型下加工装置各产出物料的比例。

计划优化模型中站点与罐区具有物料存储功能,为了区分站点与罐区的初始物料量,将生产的第一个周期定义为初始生产周期t0

式(19)与式(20)定义在初始生产周期t0 时,站点存储的物料量等于站点初始存储量加上站点进侧线流量再减去站点出侧线流量;其余生产周期内,站点存储的物料量等于上一生产周期末物料存储量加上本生产周期进侧线流量再减去本生产周期出侧线流量。式(21)限定了站点存储量的上下限。

同理,式(22)与式(23)定义在初始生产周期t0 时,罐区存储的物料量等于罐区初始存储量加上罐区进侧线流量再减去罐区出侧线流量;其余生产周期内,罐区存储的物料量等于上一生产周期末物料存储量加上本生产周期进侧线流量再减去本生产周期出侧线流量。式(24)限定了罐区存储量的上下限。

3 应用案例

3.1 案例描述

本文以某石化炼油厂、烯烃厂作为研究对象,建立具有代表性的石化企业生产拓扑结构。

炼油生产系统的生产拓扑结构如图3 所示,其中包含常减压装置,延迟焦化装置,催化裂化装置等主要生产装置;并以原油、甲基叔丁基醚(methyl t-butyl ether,MTBE)作为原料,以柴油、90#汽油、93#汽油以及煤油作为产品。

烯烃生产的生产拓扑结构如图4 所示,其中包含乙烯装置、乙二醇装置、丁二烯装置等主要生产装置;并以石脑油、丙烯、轻石脑油、裂化尾油、减压瓦斯油(vacuum gas oil, VGO)和叔丁氧羰基(t-butyl oxy carbonyl,BOC)氧气作为原料,以乙烯、乙二醇、二乙二醇、环氧乙烷、丁二烯等作为产品。

由于石脑油是炼油厂最为重要的产品并同时是烯烃厂最主要的原料之一,本文根据2.1 节中的集成系统构造方法,将石脑油和轻石脑油作为二厂衔接的关键物料,将炼油厂和烯烃厂的生产系统进行集成,构建如图5 所示的集成生产系统。集成系统中包含一次加工装置:常减压装置两套;二次加工装置:催化重整装置,延迟焦化装置,煤油加氢装置,柴油加氢装置,催化裂化装置两套,乙烯装置两套,乙二醇装置,丁二烯装置两套,汽油加氢装置两套;调和装置:柴油调和装置以及汽油调和装置;系统中总计12 种17 套不同的生产加工装置。同时,集成系统还包含原油缓存罐、柴油混合罐、FCC 进料缓存罐、柴油产品罐、乙烯原料缓存罐等共计35 个存储罐。系统的产品包括:90#汽油、93#汽油、柴油、煤油、乙烯、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、环氧乙烷、丁二烯等。

本案例中的生产时间周期为半年总计6 个月,每个月以30 天计算。同时每一天分为两个操作批次,即每月具有60 个操作批次。生产周期信息如表1 所示。

参考市场价格,对生产系统中每一种物料的价格进行设定。如表2 所示,其中各物料的价格高低体现了其市场价值的相对大小。

在实际生产中,厂际运输的成本相对厂内运输增长较大。本案例中,在满足第1 节中距离较近的前提条件下,设定厂际运输的成本为厂内运输成本的10 倍。

3.2 求解策略

本文以生产经济效益作为主要指标对比集成系统和独立系统的生产情况,所建立的计划优化模型由市场需求(订单)驱动。

计算过程中,首先设定集成生产系统的市场需求,计算集成生产系统的生产效益最优解。然后,基于集成生产的生产信息,设定独立运行的炼油厂、烯烃厂二者独立运行时的市场需求,保证优化求解得到的生产效益同集成系统具有可对比性。最后再计算二厂各自的生产效益最优解,将独立生产和集成生产的效益进行对比分析。图6 展示了求解分析策略和思路。

3.3 模型求解与分析

根据2.2 节所建立的计划优化MILP 模型,分别对炼油厂、烯烃厂以及集成生产系统进行优化求解。案例求解采用IBM ILOG Optimization Studio 12.4 作为优化求解平台,所调用的求解器为:CPLEX 12.4.0。求解平台所依托的PC 配置为:Intel Xeon E5-2403 CPU,主频1.8GHz,内存8G,操作系统Windows Sever 2008。

如表3 所示,集成生产系统的优化模型总共包含6408 个约束条件,整数变量为186 个,连续变量为2875 个;炼油生产系统的优化模型包括总计2916条约束条件,整数变量102 个,连续变量1297 个;烯烃生产系统的优化模型包含总计3198 条约束条件,整数变量54 个,连续变量1411 个。

下文考虑了在市场需求平稳、萎缩以及旺盛3种市场情况下,集成生产、独立生产对于企业生产效益的影响。

3.3.1 案例一:市场需求平稳 当市场需求平稳时,石化生产系统处于平稳生产的状态。生产系统的产能处于正常水平,产品产量能够满足大部分的市场需求。

生产系统初始条件的设定原则为:产品需求参考市场需求平稳时的产品产量设定,具有存储功能的罐区和站点初始库存略高于安全值的底线并拥有较大的缓存区间。

分别求解集成系统,炼油生产系统和烯烃生产系统,得到的优化求解结果如表4 所示。

如表4 所示,系统集成能够带来的效益提升较小。独立系统生产的利润分别为14042542 元和9786211 元,集成系统协同生产的利润为25464324元,生产效益总体提升约6.8%。独立生产的总收入与总成本均高于集成生产系统,但集成生产系统的最终利润却更高。

当市场需求稳定时,系统生产平稳,互为上下游企业的炼油厂和乙烯厂能够较好地激发产能,获得不错的生产效益。在独立生产模式下,独立生产的系统均以自身效益最大化作为生产目标,销售更多产品,也消耗更多的原料,导致原料成本增加;同时,独立生产的炼油厂和乙烯厂匹配市场需求的能力较弱,部分产品库存增加,导致库存成本增长,而另一部分产品不能满足市场需求,导致需求未满足惩罚值增加。而另一方面,集成生产能够通过调整产品方案组合,更好地满足市场需求,控制库存成本;同时集成系统内部物料可以作为自身的原料,从而节省了原料的购买、运输成本;最终集成生产能够实现生产效益的提升。

总体上,集成生产由于较好地控制了库存成本和原料购买、运输成本,实现了生产方案的优化配置,进而获得了更好的效益。

3.3.2 案例二:市场需求萎缩 当市场经济萧条时,各种化工产品的市场需求也进入萧条期。此时市场极度萎缩,产品的市场需求量大大低于平稳时期甚至锐减为零,生产系统的实际产能下降。

生产系统初始条件的设定原则为:产品需求减少甚至降低为零,设定的产品需求低于市场平稳时期;缓存罐的初始储量高于正常水平甚至接近于存储安全上限值。

分别求解集成系统,炼油生产系统和烯烃生产系统,得到的优化求解结果如表5 所示。

如表5 所示,独立生产系统的独立生产得到的利益分别是:6324364 和8357961 元,而集成生产系统的生产效益为18803812 元,生产效益相较于独立生产提升了28.1%。

当市场萎缩时,生产的产品被迫滞销,系统产能受到抑制,产品积压导致存储罐区和站点初始库存增大,独立生产和集成生产的生产效益相较于市场平稳时期都急剧减少。

集成生产通过调整生产方案和产品组合,能相对更好地满足市场产品需求并出售产品,从而在一定程度控制库存成本;而另一方面,独立生产造成了极端的两极现象,即部分产品脱销而部分产品滞销,造成了高库存成本和高惩罚值。因此,在市场萎缩的情况下,集成生产能够更好地控制库存,调整产品方案,从而相对于独立生产有着较高的效益提升;这也说明了在市场萎缩时,集成生产能够极大限度地减少企业损失,帮助企业渡过难关。

3.3.3 案例三:市场需求旺盛 当市场需求旺盛时,各种产品的市场需求普遍高于市场平稳时期。生产系统的产能被释放,能够生产和销售更多的产品。

1)情况一:产品价格不变或同倍率上浮

正常情况下,供应链后级的产品具有更高的成本和附加价值,其价格不会低于前级产品。在市场需求旺盛时,产品的价格会同倍率上浮或受政策控制维持不变。

生产系统初始条件的设定原则为:产品需求增加且高于平时的需求水平,设定的产品需求高于市场平稳时的产品需求值,产品的价格同市场平稳时持平;缓存罐的初始储量低于正常水平甚至接近于安全下限值。

分别求解集成系统,炼油生产系统和烯烃生产系统,得到的优化求解结果如表6 所示。

如表6 所示,独立生产系统的独立生产得到的利益分别是:19572897 和14299543 元;而集成生产系统的生产效益为34461395 元,相较于独立生产的总和提升1.7%。

当市场需求旺盛时,系统的产能得到最大的释放,生产装置满负荷运行,保证产品的收益总和最大化,此时产品产量的主要限制是系统本身的物理特质,如生产系统的设计产能上限值等。相较于独立生产,集成生产的原料成本下降幅度高于销售收入的减少幅度,因此集成生产由于提高了物料利用率和使用效率,实现了集成生产的效益提升。

在市场需求旺盛的情况下,炼油厂作为上游企业,其产品可以销售给除烯烃厂以外的其他企业或者个人,以实现更大的经济效益。此时,集成生产需建立在基于1.4 节提出“利益统一”的前提上,只有保证炼油厂和烯烃厂具有统一的利益或合理的利益分配方式时,才能保证炼油厂首先满足烯烃厂的原料供给,以实现集成生产。从最终结果来看,集成生产的生产效益高于独立生产效益总和的,即集成生产依旧能够保障各生产子系统的利益并实现效益提升。

2)情况二:价格异常波动

极少数极端情况下,部分前级产品的价格或者价格上浮幅度会反常提升,从而较大程度影响供应链下游企业的生产情况。为了对此极端情况进行说明,在情况一的基本设定上,设定炼油厂石脑油的价格上浮50%,其他条件保持不变。相应的求解结果如表7 所示。

如表7 所示,独立生产系统的独立生产得到的利益分别是:38544911 和532784 元;而集成生产系统的生产效益为38591135 元,生产效益相较于独立生产的总和下降1.2%。

反常情况下,当上游企业的产品价格持续上涨到临界点时(本案例中为石脑油价格上浮50%左右),下游企业会因为生产成本的提升而导致整体效益的下降。本案例中,由于石脑油价格反常上升,导致烯烃厂的原料成本急剧上升,而销售的收入没有增加,从而导致利润减少。此时,下游企业可能会通过选择停车的方式应对价格反常波动。但总体上,此类极端情况是十分罕见的。

3.4 小结

在市场需求平稳、萎缩和旺盛3 种情况下,独立生产和集成生产系统生产效益和优化参数的对比分析表明:集成生产能够更好地调整产品生产方案的组合以适应产品需求的波动,更好地控制产品库存量降低库存成本,实现物料、生产装置的优化配置,从而实现相较于独立生产系统的生产效益提升。特别地,在市场萎缩的情况下,集成生产系统能够极大程度地减少企业损失,帮助企业控制库存成本并进行生产方案的调整,相较于独立生产更有利于帮助企业渡过经济萧条期;在市场平稳和旺盛的情况下,集成生产也能够通过装置共用,控制库存和调整生产方案等方式促进生产总效益的提升。

4 结论

本文讨论了石化系统企业级优化的命题,提出了独立生产的石化企业集成生产的前提条件,保证了独立企业集成生产的有效性;同时,提出了生产系统的集成方法,并建立集成生产系统的计划优化数学模型。文章以某石化炼油厂、烯烃厂作为案例对象,研究了企业独立生产和集成生产在市场需求平稳、需求萎缩和需求旺盛3 种典型情况下的生产效益情况。案例实践表明,基于企业级优化的集成生产在满足一定前提条件时,具有集成优化和联合生产的商业价值;集成优化能够实现生产装置、缓存罐区站点、生产物料的共用和优化配置,控制原料成本与库存成本,促进更优的生产方案配置,最终实现生产效益的提升。




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