Análise de eficiência baseada em multicritério aplicada à unidade de processamento de gás natural

Abstract

Diversos estudos são realizados com o objetivo de propor modificações em plantas industriais visando obter maior eficiência operacional, o que significa um menor custo econômico. Foco especial se aplica às colunas de destilação, pois estes equipamentos são responsáveis por grande parte do consumo energético de uma planta. Várias propostas de melhoria de projeto em colunas de destilação são sugeridas com base na análise de perdas de exergia no interior de colunas. Este método visa obter informações a respeito das irreversibilidades existentes e, com isto, propor alterações a fim de diminuir tais irreversibilidades. Também são propostas melhorias operacionais e de projeto para plantas industriais com base na análise das perdas de exergia. Esta dissertação visa avaliar a efetividade de uma otimização com base na análise de perdas de exergia em uma Unidade de Processamento de Gás Natural (UPGN) frente a uma otimização energética. Esta efetividade possibilitaria a elaboração de malhas de controle de processo com setpoint definido para perda de exergia. Para a execução do estudo desta dissertação se modelou a UPGN no software Aspen Plus. Os resultados das simulações produzidas pelo Aspen Plus foram importados pelo software Python, através de interface configurada neste último. Por meio do Python, realizou-se otimizações na modelagem em Aspen Plus com o objetivo de se obter o mínimo consumo energético e outras otimizações com objetivo de minimizar as perdas de exergia na UPGN modelada. Comparou-se as soluções ótimas determinadas para os diferentes tipos de otimizações. Através do estudo realizado, foi possível obter por meio da otimização de perdas de exergia, uma redução no consumo de energia de até 5,4 %. Assim, se concluiu que a análise de exergia é uma boa métrica para avaliação do desempenho operacional. Em função desta conclusão, se pode considerar o uso desta otimização com base nas perdas de exergia para se configurar um RTO (Real-Time Optimization) para a unidade. Também é possível ampliar o uso da perda de exergia para se tornar uma variável de controle de processos.

Several studies are carried out with the objective of proposing modifications in industrial plants in order to obtain greater operational efficiency, which means a lower economic cost. Special focus applies to the distillation columns, as these equipments are responsible for much of the energy consumption of a plant. Several design improvement proposals in distillation columns are suggested based on the analysis of exergy losses inside columns. This method aims to obtain information about the existing irreversibilities and, with this, to propose alterations in order to diminish such irreversibilities. Also proposed are operational and design improvements for industrial plants based on the analysis of exergy losses. This dissertation aims to evaluate the effectiveness of an optimization based on the analysis of loss of exergy in a Natural Gas Processing Unit (UPGN) against an energy optimization. This effectiveness would allow the elaboration of process control meshes with setpoint set for a loss of exergy. For the execution of the study of this dissertation, the UPGN was modeled in the Aspen Plus® software. Python software imported the results of the simulations produced by Aspen Plus through an interface configured in Python. Through this software, modeling optimizations performed in Aspen Plus with the objective of obtaining the minimum energy consumption and other optimizations in order to minimize exergy losses in the modeled UPGN. The optimum solutions determined for the different types of optimizations were compared. Through the study carried out, it was possible to obtain, through the optimization of exergy losses, a reduction in energy consumption of up to 5.4%. Thus, it was concluded that exergy analysis is a good metric for evaluating operational performance. Based on this conclusion, one can consider the use of this optimization based on exergy losses to configure an RTO (Real-Time Optimization) for the unit. It is also possible to extend the use of exergy loss to become a process control variable.