目前，我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段。工业制造过程实现高效生产和绿色制造是切实提高经济发展质量的有效方法。考虑到石油炼制过程在国民经济中的重要位置，如何在生产中保证产品质量的前提下，提高资源的利用率、降低生产的能耗以及减少二氧化碳排放是实现炼油装置高效生产和绿色制造需要解决的重要问题。本文的研究对象为催化重整和催化裂化装置，二者在炼油过程中扮演着重要的角色，是炼油装置的关键单元。其中，催化重整装置即可用于生产芳烃，又可用于生产高辛烷值组分汽油，这两种产品对于下游的生产都是极为重要的原料;催化裂化装置是炼油过程中汽油和柴油最主要的生产手段，被称为炼油过程的核心，同时，催化裂化也是炼油过程所有生产单元中二氧化碳排放量最大的装置。本文结合生产过程中的实际问题，对炼油装置的关键单元进行了面向经济和环境目标的建模、控制与优化方面的研究。主要研究内容归纳如下:　　1.对差分进化算法和化学反应算法进行了改进，提升算法在求解多峰问题时的全局搜索能力和收敛速度。传统智能优化算法在求解多峰问题，尤其是最优点在边界上的多峰问题时全局搜索能力不足。为此，本文首先利用距离信息对差分进化算法进行了改进，使其更好的保持种群多样性，提升全局搜索能力。另外，针对化学反应算法收敛速度慢的缺点，提出了带有精英保留机制的混和差分化学反应优化算法。通过对测试函数的求解和与其他优秀改进算法优化结果的对比，验证了该改进算法的有效性。　　2.建立了能够适合不同生产方案需求的连续催化重整装置稳态机理模型，并对实际生产中的多目标优化问题进行了求解和讨论。考虑催化重整过程具有“生产芳烃”和“生产汽油”两种生产方案的特点，建立了33集总催化重整反应机理模型，该模型在反应网络中区分了烷烃中正构和异构，使其能够在保持芳烃产品收率分布预测准确性的同时，还能准确预测产品的辛烷值以满足对“汽油方案”优化的需要。根据机理模型，进行了基于不同生产方案的多目标优化研究，提出一种分层的多目标差分进化算法来求解优化问题。对于优化结果，本文根据装置的机理，从提高生产效率、降低能耗和增加经济收益等方面进行了分析与讨论，并给出能够满足不同操作需求的最优操作点建议。　　3.针对催化重整装置生产过程中频繁的经济因素变化和生产方案切换，设计了带有生产方案自动切换功能的EMPC控制器。主要研究内容包括:首先，建立连续催化重整装置动态模型，并根据不同的生产方案的需求进行相应模型简化，以降低计算代价。其次，根据不同生产方案的特点和生产目标分别建立经济优化目标函数，并根据实际操作工况进行经济优化目标的自动选择和切换。通过对3种考虑不同经济因素变化的案例进行控制器性能测试，并与传统RTO/MPC控制器进行对比实验。结果显示本文提出的带有生产方案切换的EMPC控制器能够有效的克服生产过程中的多种经济因素变化，并使重整装置运行在经济最优的操作条件下。与传统控制方法相比，EMPC将装置控制在稳态工况下所需的时间更短。　　4.结合工业催化重整装置原料结构复杂、装置改造后最优操作条件难以确定等问题，本文开发了工业催化重整装置实时优化系统，并对工业装置进行了现场调优。该系统考虑包含33集总重整反应机理的催化重整装置全流程模型，同时开发了模型的参数实时校正功能，用以保证流程模拟的实时可靠性。进而，利用智能优化算法，考虑芳烃收率、能耗和经济效益等因素对工业装置进行了优化。通过网页发布系统，将所得到的的催化重整装置最优原料配置方案、产品方案以及所对应的的工艺操作条件以报表的形式给出，为现场操作人员提供实时调优的参考。根据现场调优结果，该实时优化系统能够提高工业催化重整装置芳烃收率＞0.2％，高于合约目标，显示该系统的有效性。　　5.设计了针对工业催化裂化装置的二氧化碳回收装置，并提出了不同的热集成方案进行分析和讨论，用以降低回收装置运行能耗。为此，建立了年处理量140万吨的催化裂化装置模型并用工业数据进行了模型验证。同时，利用小试装置测试数据建立了CO2回收装置模型，并根据FCCU处理量对CO2回收装置模型进行了尺寸和操作条件的设计。对于不同的热集成分析结果表明，采用合适的余热回收和热集成方案能够有效的提高CO2回收装置的回收效果，同时降低CO2回收装置的运行能耗。