为了克服线性规划和单个处理单元非线性优化的内在缺点，本文研究了炼油过程系统操作优化的建模策略和优化算法，并应用于炼油厂全流程优化问题，主要研究内容与结论有： 1．在分析比较现有过程系统优化建模策略的基础上，借鉴大系统优化分解协调的思想，提出了一种新的过程系统优化建模与求解策略——两级分解协调法。该方法把模型分成两个层次，系统层和过程层，系统层决定各单元的物流和连接关系，过程层对每个处理单元进行优化。使用该方法，过程层每个过程单元的模型都可以根据实际需要更换，整个模型具有很好的柔性。 2．针对炼油过程系统优化自由度较小的特点，研究了自由度较小的非线性规划问题的求解算法，实现了一种基于简约空间序列二次规划和自动微分的优化算法。实验数值结果表明，该算法整体效率较高，适合求解大规模过程优化问题。 3．参考宣(Xuan)的原油蒸馏单元模型，建立了某燃料型炼油厂原油蒸馏单元的稳态模型，模型中包括常压塔和减压塔的详细模型，以及再蒸馏单元、渣油溶剂抽提单元、脱丁烷塔和石脑油分离器等原油辅助过程单元的简化模型。把该模型与严格机理模型的预测结果相比较，验证了该模型能够准确预测常压塔、减压塔侧线产品以及减压渣油的体积和性质。 4．参考埃利斯(Ellis)的催化裂化单元模型和塔斯卡(Taskar)的催化重整单元模型，针对具体的燃料型炼油厂进行修改，研究了催化裂化单元和催化重整单元的进料表征，并用炼油厂的工业数据对模型进行校准，使其更符合实际情况。总结了集总动力学模型建立的普遍方法与原则。 5．建立了气体处理单元、烷基化单元和柴油加氢处理单元的简化模型。研究了辛烷值调合模型、雷特蒸气压调合模型和馏出温度调合模型，并在此基础上建立了汽油调合单元模型。 6．研究并给出了炼油厂全流程优化问题的目标函数、决策变量和约束条件，并用实现的新算法进行求解，找到了最佳操作条件。与炼油厂现有操作条件相比，利润提高4.1％；与单处理单元优化相比，利润提高1.6％。对新算法和序列二次规划求解器rSQP的性能作了比较，计算结果表明，新算法可以高效求解炼油过程系统优化问题。