Optimización energética en una planta productora de urea a partir del gas natural - Sulca Choque, Cristian Jhoan (2025)
El gas natural es una fuente de energía no renovable, por lo que es importante utilizarlo de manera sostenible. A nivel mundial, aproximadamente el 25% del consumo de energía se abastece y satisface con gas natural y este porcentaje se mantendrá en el futuro previsible. Hoy en día, las fluctuaciones en los precios y la demanda de las materias primas requieren una planificación y coordinación adecuadas en las industrias del gas natural. Además, las estrictas regulaciones ambientales, el avance continuo en las tecnologías y los diferentes requisitos y especificaciones de los clientes, todo ello obliga a buscar muchas opciones de vías y a evaluar continuamente las tecnologías. Por lo tanto, el objetivo general de esta investigación es proporcionar un marco para el diseño, la síntesis, el análisis y la planificación de redes de procesamiento y producción de gas natural. El marco general ayuda a los responsables de la toma de decisiones en la industria del gas natural a evaluar y seleccionar de manera óptima las vías de producción y las opciones de utilización mediante el uso de técnicas de optimización y modelado matemático para maximizar el valor del recurso de gas natural. Con este objetivo, se ha sintetizado una nueva red de gas natural para su análisis y optimización. La red desarrollada convierte el gas natural en GNL, condensado, GLP, gasolina, diésel, cera y metanol como productos principales. Las contribuciones de esta tesis se dividen principalmente en tres hitos: (1) simulación de la red de gas natural, (2) formulación matemática y optimización de la red y (3) evaluación de la sostenibilidad de la red. El primer hito aborda la rigurosa simulación en estado estable de la red de gas natural. La simulación de las unidades de procesamiento clave ayudó a calcular con precisión los balances de materia y energía. Además, se realizó el análisis de sensibilidad o análisis hipotético para determinar el efecto de diferentes parámetros operativos en el rendimiento de los productos. xi El segundo hito es la formulación matemática integral y la optimización representada por los modelos de programación lineal (LP) y programación lineal entera mixta (MILP). En primer lugar, se formuló e implementó un modelo LP operativo determinista en redes de procesamiento y producción de gas natural. Con base en los rendimientos obtenidos de la simulación, el modelo LP pudo abordar diferentes escenarios, como variaciones y fluctuaciones en el caudal de gas natural, el precio del gas natural, el precio de los productos, etc. En segundo lugar, se propuso un modelo MILP integral para el diseño y operación óptimos de la red de procesamiento de gas natural. El modelo MILP aborda las diferentes tecnologías y configuraciones disponibles para la selección de unidades de procesamiento clave. Además, considera los diferentes modos operativos practicados en la industria en términos de restricciones bajas, moderadas y severas al nivel de especificaciones. En tercer lugar, se desarrolló otro modelo MILP para el diseño y operación óptimos de la red de producción de gas natural. Pudimos abordar las diferentes rutas para la utilización del gas natural. Finalmente, el tercer hito es la evaluación de la sostenibilidad. Se evaluaron las métricas o indicadores de sostenibilidad para investigar las dimensiones de sostenibilidad y abordar los aspectos económicos, ambientales y sociales de las redes de procesamiento y producción sintetizadas. Las métricas de sostenibilidad demostraron ser útiles para seleccionar vías que sean amigables tanto económica como ambientalmente.