Optimization model of a system of crude oil distillation units with heat integration and metamodeling

Resumen

La destilación de crudo es un proceso que impacta considerablemente la economía de cualquier refinería y por tanto es necesario mejorarlo aprovechando la infraestructura instalada, generando productos dentro de especificaciones, sin violar las diferentes ventanas operativas o restricciones de planta que existen en las unidades industriales. El objetivo de este artículo es presentar el desarrollo de un modelo de optimización de un Sistema de Unidades de Destilación de Crudo (UDCs) perteneciente a la refinería de Barrancabermeja de ECOPETROL S.A. que involucra las restricciones de planta típicas (flujo por capacidad de tuberías, bombas, torres de destilación, etc.) y una restricción aún no contemplada en la literatura para modelos de este tipo: la integración energética de las corrientes de las Torres de Destilación Atmosféricas (TDAs) y las Torres de Destilación al Vacío (TDVs) con la red de intercambiadores de calor que precalientan el crudo. Por otro lado, las TDAs fueron modeladas a través de Metamodelos en función de las temperaturas y presiones de las torres, los flujos y temperaturas de retorno de los pumparounds, los flujos de vapor de despojo, el PFE de la ASTM D-86 para el Jet y el Diesel. Los trenes de precalentamiento fueron modelados con balances de masa y energía, y la ecuación de diseño de cada intercambiador. El modelo de optimización es de tipo NLP, maximizando la utilidad del sistema. Este modelo se implementó en GAMSide 22.2 usando el solver CONOPT y predice nuevos puntos de operación óptimos con mejores resultados económicos que aquellos obtenidos con la operación normal en las plantas reales. El modelo calculó las condiciones de operación óptimas de 3 TDAs para un crudo de composición constante y calculó los rendimientos y propiedades de los productos atmosféricos, adicionalmente a las temperaturas y duties de 27 intercambiadores de crudo.