Otimização em linha (RTO) de rede de trocadores de calor de uma refinaria de petróleo.

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Ikarimoto, Cesar Sussumu
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Eficiência energética; Energy efficiency; Engenharia química (Otimização); Heat exchanger network; Otimização em tempo real; Petróleo; Real-time optimization; Rede de trocadores de calor; Refino
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-19112019-102150/

Uma planta petroquímica, composta por processos e equipamentos com características diversas, caracteriza-se pela complexidade na integração e na operação de forma rentável e segura, atendendo a objetivos econômicos, de desempenho e ambientais. A implementação de ferramentas automatizadas de controle e otimização do processo tem um papel relevante no auxílio ao atendimento a tais objetivos da planta. Nesse contexto, a otimização RTO, abreviação do inglês para Real-time Optimization, é um algoritmo computacional que utiliza métodos matemáticos de otimização e os aplica ao processo químico real em que se busca o objetivo econômico de operação, respeitando-se suas características e restrições físicas e termodinâmicas. A otimização RTO é estruturada na forma clássica em: coleta e tratamento de dados, teste dos dados quanto à condição de estado estacionário, reconciliação de dados e estimação de parâmetros, otimização e realimentação de estado ótimo ao processo real. A aplicação da otimização RTO a processos de utilidades, em particular com o objetivo de maximizar a eficiência energética, é amplamente abordada em estudos acadêmicos. Dois estudos em reconciliação de dados e otimização foram realizados, a partir da reprodução de artigos de Narasimham e Jordache (2000) (reconciliação de dados) e Jäschke e Skogestad (2015) (otimização), utilizando-se os softwares IMPL® e MATLAB®. Posteriormente, a otimização RTO foi implementada e aplicada em uma rede de trocadores de calor (HEN - Heat Exchanger Network) da refinaria Alberto Pasqualini (REFAP - PETROBRAS), localizada na cidade de Canoas-RS. O estudo visou analisar a viabilidade da sua aplicação na otimização da recuperação energética de correntes quentes intermediárias do processo. Foram utilizados os softwares MATLAB®, para a etapa de detecção de estado estacionário, e GAMS® nas etapas de reconciliação de dados, estimação de parâmetros e otimização. O teste de detecção de estado estacionário F-modificado de Cao e Rhinerhat mostrou-se aplicável a dados em linha, após a seleção adequada dos dados a serem coletados e sintonia das constantes do método. As etapas de reconciliação de dados e estimação de parâmetros foram realizadas simultaneamente (DRPE - Data Reconciliation and Parameter Estimation), sendo estimados os coeficientes globais de transferência de calor e vazões de fluido quente por cada trocador de calor. Finalmente, a otimização foi realizada utilizando-se dois problemas de otimização diferentes: maximizando-se a troca térmica total da HEN, e minimizando-se a diferença das temperaturas de saída do fluido frio de cada ramal de trocadores de calor, tal como seria feito se fosse aplicado o controle auto otimizado SOC - Self-Optimizing Control. A partir dos resultados de ambas as otimizações, o potencial de aumento do aproveitamento energético da rede de trocadores de calor ficou entre 5,1% a 5,7%.