Refinery planning integrated with oil derivatives distribution scheduling

Oil industry transforms petroleum into different types of marketable products, such as gasoline, diesel, and jet fuel. The process is composed by several processing units, each of them performing separation, conversion, treatment or blending operations, in order to obtain high quality end products. A large number of streams comprised of different properties arrive and leave the units. These streams should be blended to achieve the end products specifications. Afterwards, the end products are pumped to distribution centers, to supply local markets. Accordingly, this work develops a formulation to carry out the planning and scheduling of refinery operation. Initially, an MILNP problem is considered for refinery planning and blending operations. The decisions include crude oil selection, detailed processing units load, unload, and operational conditions and planning of blending operations. Intermediate streams qualities are tracked and so that end product qualities can be accurately calculated when mixture takes place at the blending tanks. A set of five end products are to be produced by the refinery and transferred to the distribution center, namely, gasoline, diesel with three different grades and liquefied petroleum gas (LPG). A second MILP formulation is proposed to distribution scheduling, from the refinery to distribution center, through multiproduct unidirectional pipeline. The problem considers detailed tanks management at the refinery and distribution center, operations time synchronization, product settling period, operating rules, and forbidden sequence. In this approach is also proposed a procedure to reduce the index domain in order to reduce the model size. Later, the independent hierarchical models are solved in sequence to integrate the oil industry supply chain. The objective is to maximize refinery profit, respecting final products specifications and minimize the distribution costs, scheduling the pipeline operation to meet demand values. All models were implemented in the GAMS system and tested against a real-world case study.FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisTese (Doutorado)As operações de uma refinaria transformam o petróleo em diversos derivados por meio de um conjunto de processos de separação, conversão e tratamento. Diversas correntes entram e deixam as unidades, cada uma com propriedades físico-químicas diferentes. Essas correntes são misturadas com o objetivo de atingir as especificações desejadas para o produto final. Por fim, alguns produtos finais tais como gasolina, diesel e querosene de aviação, são enviados por meio de oleodutos aos centros de distribuição, responsáveis por abastecer o mercado consumidor. Este trabalho aborda o problema de planejamento da produção da refinaria e programação da distribuição de derivados de petróleo. Primeiramente, desenvolveu-se um modelo MINLP para o planejamento das unidades de operação e mistura de correntes intermediárias de uma refinaria, cuja solução determina os produtos finais disponíveis para a distribuição. A formulação considera a seleção de petróleo, determinação da carga de entrada e saída das unidades e condições operacionais, monitoramento das propriedades de cada corrente intermediária e seleção das correntes que alimentam os tanques de mistura. As propriedades das correntes intermediárias são monitoradas com o objetivo de obter as especificações de qualidade dos produtos finais nos tanques de mistura de forma precisa. Um conjunto de cinco produtos finais são produzidos, são eles: gasolina, diesel com três graus diferentes e gás de petróleo liquefeito (GLP). O segundo modelo, MILP, trata da programação da distribuição de produtos a partir da refinaria até um centro de distribuição por meio de um oleoduto unidirecional e multiproduto. As decisões envolvem: a gestão detalhada dos tanques na refinaria e centro de distribuição, a sincronização temporal das operações, o período de settling de cada produto, demandas diárias e regras operacionais. Nesta formulação também é considerado um procedimento de redução do domínio das variáveis com o intuito de reduzir a dimensão do modelo. Em seguida, há a integração dos processos de planejamento e programação produção resolvendo os dois modelos com uma abordagem hierarquizada de solução. O objetivo é maximizar o lucro da refinaria respeitando as especificações dos produtos finais e minimizar os custos de distribuição sequenciando a operação do oleoduto para atender aos valores da demanda. Todos os modelos foram implementados no sistema GAMS e testados contra estudos de caso do mundo real