Análisis jerárquico de variables de operación de una torre de destilación de crudo usando datos de planta, modelos de simulación y diseño de experimentos

Hierarchical analysis of operating variables of a crude distillation tower using plant data, simulation models and design of experiments

Dentro de un proceso de refinación de crudo, las variables independientes son un conjunto bien conocido pero su número suele ser grande en especial para el asociado a torres de destilación atmosférica (TDA) variando ligeramente dependiendo del diseño de cada torre. El alto número de variables o dimensiones de análisis aumentan la complejidad y dificultad en aplicaciones como análisis operacional, construcción de metamodelos, optimización, entre otras. Es, entonces muy útil reducir el número de variables sin perder funcionalidad en las aplicaciones y una manera de lograrlo es mediante la jerarquización de variables. En este estudio se determinaron las variables de operación de mayor impacto sobre los productos blancos (Nafta, Jet, Diesel) de una TDA considerando composición constante de crudo y calidad de productos medida como punto final de la Destilación ASTM D-86. El análisis de jerarquización permitió reducir desde un conjunto de 16 variables independientes a uno de menor tamaño que es más fácil de manipular y que ofrece los mismos resultados que el conjunto original. Para realizar la jerarquización o el análisis de variables dentro de la TDA se usaron Diseños de Experimentos de Filtrado (screening) como Plackett-Burman y Balance Aleatorio los cuales identificaron las variables con efectos principales relevantes sobre el rendimiento de los productos blancos, reduciendo la dimensión del espacio de entrada. 

INTRODUCCIÓN

Para muchos procesos multivariados en los cuales numerosos factores pueden estar involucrados, no siempre es obvio determinar cuales son los más importantes. Por lo tanto, es necesario someter el proceso a un diseño de filtrado inicial que descubra las variables con mayores efectos principales dentro del grupo disponible.

La Destilación de Crudo (DC) es un proceso de separación física por diferencia de puntos de ebullición de las diversas fracciones que componen el petróleo crudo. A nivel industrial las instalaciones que realizan este proceso se conocen como Unidades de Destilación de Crudo (UDC) y su objetivo es separar los hidrocarburos livianos tales como Gas, Nafta, Jet, Diesel y Gasóleo atmosférico (GOA) presentes en el crudo que se le alimenta; para este fin la UDC consta de una sección atmosférica que realiza el primer fraccionamiento del crudo una vez se ha calentado a través de una red de intercambiadores y el horno, y la sección de vacío que se encarga de terminar de despojar las fracciones livianas de la corriente de fondo de la torre atmosférica mediante condiciones de baja presión.