Análisis y optimización de una red de distribución de hidrógeno

Abstract

El hidrógeno es un recurso utilizado en las refinerías de petróleo en varios tratamientos aplicados a los hidrocarburos, con la finalidad de eliminar impurezas y producir combustibles y otras materias primas de mayor valor económico. En un contexto donde las normativas sobre la composición de los combustibles son cada vez más estrictas, y donde el hidrógeno es un recurso caro, surge la necesidad de gestionar su uso y distribución de una forma óptima, minimizando su consumo a la vez que se garantiza el cumplimiento de la demanda necesaria para cada tratamiento. Con este objetivo, en este proyecto final de carrera se aborda el modelado y la optimización del funcionamiento de una red de distribución de hidrógeno en una refinería de petróleo. Se ha elegido para el estudio la red de distribución de una refinería de petróleo real situada en la República Popular de la China. La optimización de la red de hidrógeno está planteada en dos etapas. Primero, la búsqueda del punto óptimo de funcionamiento y distribución de flujos de la red actual buscando un coste de funcionamiento mínimo. Después, el planteamiento de cambios estructurales y la incorporación de nuevos elementos a la red que permitan una reducción de costes más notable, junto con la valoración de la viabilidad económica de incorporar dichos elementos. Adicionalmente, el proyecto plantea una comparación, tanto procedimental como de resultados, de los diferentes métodos de optimización encontrados en trabajos previos, a saber: métodos de programación matemática y algoritmos metaheurísticos. Los resultados obtenidos muestran una disminución del coste que, aunque es pequeña en términos relativos, teniendo en cuenta las dimensiones de la planta y el elevado consumo de materia prima con el que se trabaja de base, justifica sin duda la aplicación de estas herramientas de optimización. La metodología utilizada es un reflejo de los procedimientos desarrollados y aprendidos en el Centre d’Enginyeria de Processos i Medi Ambient de la UPC (CEPIMA), que aglutinan parte del trabajo previo hecho en la materia y facilitan una solución válida tanto en el marco teórico como en el práctico, y que se han aplicado también en un proyecto llevado a cabo en para una importante compañía de distribución de productos derivados del petróleo, entre enero y octubre de 2012.