Optimizando el uso de productos intermedios del proceso de refinación aplicando ciencia de datos
La Refinería de La Teja de ANCAP cuenta con un sistema de gas combustible (fuel gas, en adelante FG) para utilizar en diferentes equipos de fuego. El poder calorífico inferior (PCI) es una propiedad que permite determinar cuánta energía puede aportar dicho gas cuando se quema. Por otro lado, el contenido de hidrógeno (H2) en este FG impacta en la forma de la llama y en cómo es el quemado. Estas dos propiedades (PCI y contenido de H2) están relacionadas entre sí.
El sistema de FG de la refinería se compone por varias corrientes de gas provenientes de diferentes unidades de proceso, además del gas natural para complementar. En cuanto a las unidades de proceso, dos de las más relevantes, por su aporte al sistema de FG, son el Cracking Catalítico (FCC) y el Reforming Catalítico (CCR).
El objetivo de este Data Challenge es tener una primera aproximación en tiempo real (es decir de forma continua a partir de condiciones operativas) al PCI y el contenido de H2 de corrientes que componen el FG, de forma de poder optimizar el poder calorífico de la mezcla. Actualmente se depende de los análisis de laboratorio de estas corrientes, los cuales se realizan una vez por día. Lograr tener datos en línea permitiría visualizar el impacto de cambios operativos que podrían no verse reflejados por datos de laboratorio debido a su frecuencia; adicionalmente, se podrían optimizar los recursos de laboratorio en cuanto a los análisis que se realizan. Por otro lado, contar con el contenido de H2 de las corrientes que se destinan al sistema de FG, podría permitir una mejor conciliación del balance de masa.
El caso a resolver
Las variables por estimar son el PCI y el H2 de corrientes de gases específicos de las unidades de FCC y CCR. A continuación, se describen algunos aspectos de cada una de estas unidades.
FCC - Cracking Catalítico
La unidad de FCC procesa corrientes de relativamente poco valor agregado, como corrientes residuales de la unidad de Destilación a Vacío, para producir corrientes de mayor valor agregado como lo son componentes del supergas, nafta y gasoil. En las reacciones que suceden en el reactor de FCC, se produce además una corriente que se destina al sistema de FG (Torre 402-E).
La unidad consta de numerosas partes (hornos, torres, etc.), que operan interrelacionadas entre sí.
Las condiciones operativas que podrían ser las más relevantes en el PCI y H2 de la corriente de FG que sale de la torre 402-E son caudales, temperaturas, presiones, entre otras.
Por otro lado, las propiedades de la carga a FCC (curva de destilación, residuo carbonoso, densidad) también podrían afectar el PCI y el H2,
La información del gas que sale de la torre 402-E que se destina al sistema de FG se presentará de la siguiente manera para cada día que haya análisis:
CCR - Reforming Catalítico
La unidad de CCR produce uno de los componentes principales para la elaboración de nafta, el reformado. Adicionalmente, junto con el reformado, se genera H2 en los reactores; este H2 se utiliza en otras unidades de la refinería para hidrotratar corrientes de gasoil o gasolina. El excedente de H2 se destina al sistema de FG de la refinería (corriente que sale del receptor 2209-F). La unidad consiste, en parte, de reactores, hornos de fuego, enfriadores y receptores.
Al igual que en la unidad FCC, las condiciones operativas que podrían ser las más relevantes en el PCI y H2 de la corriente de FG que sale del receptor 2209-F son caudales, temperaturas y presión del sistema.
Por otro lado, las propiedades de la carga a CCR (90 % de curva de destilación, densidad, contenido de parafinas y nafténicos) también podrían afectar el PCI y el H2:
La información del gas que sale del receptor 2209-F que se destina al sistema de FG se presentará de la siguiente manera para cada día que haya análisis:
Para los casos presentados de FCC y CCR, el PCI de los respectivos gases se calcula a partir de la cantidad de cada componente (fracción de H2, C1, C2, C3, etc) en cada gas y su respectivo PCI individual, es decir:
PCI = PCI H2 * fracc H2 + PCI C1 * fracc C1 + … + PCI Ci * fracc Ci
Siendo:
A partir del estudio y análisis de datos históricos de las unidades de FCC y CCR se busca determinar el PCI y el H2 de las corrientes de gas provenientes de estas unidades. Se suministrarán datos de años anteriores, provenientes del sistema de recolección de datos de la refinería, de condiciones operativas (caudales, temperaturas, presiones) y datos de laboratorio (incluido el análisis cuantitativo de los componentes de los gases), para poder establecer un método que permita estimar el PCI y el H2 de estas corrientes.
La descripción completa del caso y los detalles de las interacciones entre las variables referidas que influyen en los resultados se explicitarán a las personas que se inscriban en el Data Challenge, en la instancia de apertura de datos y descripción del caso.
