Modelos de tiempo continuo para el scheduling de crudo y gases licuados de petróleo en procesos de refinación

Abstract

La aplicación de modelos de programación a los procesos de refinación de crudo es un área en desarrollo. Este trabajo presenta dos nuevos modelos de programación : el primero aborda la recepción de crudo en una terminal, incluyendo la mezcla y entrega a la refinería; el segundo se enfoca en la producción, mezcla y distribución de gas licuado de petróleo (GLP). Ambos modelos utilizan una representación en tiempo continuo, que ofrece una descripción más realista del proceso, aunque más compleja que los modelos en tiempo discreto. En el modelo de crudo, la recepción, mezcla, entrega y procesamiento en la refinería se representan y validan utilizando un enfoque en tiempo continuo basado en espacios prioritarios (priority slots) y secuenciación de múltiples operaciones (MOS). Las calidades de los crudos a refinar coinciden con las mezclas de la terminal, lo que simplifica la formulación y elimina términos bilineales en las restricciones del modelo del oleoducto. El objetivo es determinar un programa optimizado que cumpla con todas las restricciones, formulado y resuelto como un problema de Programación No Lineal Entera Mixta (MINLP, por sus siglas en inglés). Para el problema de programación del GLP, se aplica un marco similar en tiempo continuo. El modelo incorpora restricciones para operaciones que se superponen temporalmente y asigna dinámicamente el almacenamiento para la mezcla y la entrega en la terminal. El objetivo del programador es optimizar la secuencia de calidades intermedias transferidas a través del gasoducto que conecta la refinería con la terminal, así como determinar las mezclas finales óptimas entregadas al mercado, cumpliendo con diversas restricciones operativas. Se aplican técnicas de ruptura de simetrías y heurísticas para mejorar los tiempos de solución considerando un programa de producción realista.

The application of scheduling models to crude oil refining processes is a developing area. This work presents two new scheduling models : the first addresses crude oil reception at a terminal, including blending and delivery to the refinery; the second focuses on the production, blending, and distribution of liquefied petroleum gas (LPG). Both models employ a continuous-time representation, which provides a more realistic depiction of the process but is more complex than discrete-time models. In the crude oil model, reception, blending, delivery, and processing at the refinery are represented and validated using a continuous-time approach based on priority slots and multi-operation sequencing (MOS). The refinery’s target crude qualities are defined as pure qualities that match those of the terminal mixtures, which simplifies the formulation and eliminates bilinear terms in the pipeline model. The objective is to determine an optimized schedule that satisfies all constraints, formulated and solved as a Mixed-Integer Nonlinear Programming (MINLP) problem. For the LPG scheduling problem, a similar continuous-time framework is applied. The model includes constraints for temporally overlapping operations and dynamically allocates storage for blending and delivery at the terminal. The scheduler’s objective is to optimize the sequence of intermediate qualities transferred through the gas pipeline connecting the refinery to the terminal and to determine the optimal final blends delivered to the market, while meeting various operational constraints. Symmetry-breaking techniques and heuristics are applied to improve solution times while considering a realistic production schedule.