Desenvolvimento e uso de modelos e algoritmos de otimização para a programação da produção em uma refinaria de petróleo

Abstract

A indústria petrolífera é composta por diversas operações para a transformação do petróleo bruto,

fazendo uso de cálculos para o balanceamento de massa e de energia, à medida que correntes in- termediárias (frações de petróleo separadas pela destilação atmosférica) percorrem as unidades de

processamento (e.g., Unidade de Coqueamento Retardado, Unidade de Hidrotratamento de Nafta) até a obtenção dos derivados finais (e.g. diesel, gasolina). A realização desses cálculos em atividades como a programação da produção é algo bastante desafiador, dadas as diversas combinações envolvidas no processo, sendo necessário recorrer à aplicação de técnicas de pesquisa operacional para a geração de soluções de boa qualidade em tempo computacional viável. Assim, este trabalho propõe modelos de Programação Não Linear Inteira Mista (PNLIM) para otimizar a programação da produção de uma refinaria brasileira. A ideia é designar quais tanques de armazenamento devem ser abastecidos e escolher quais desses devem enviar petróleo para a Unidade de Destilação Atmosférica (UDA), visando maximizar a carga (mistura de petróleos) que será fracionada na UDA. O problema foi resolvido utilizando três abordagens: (i) a formulação direta do modelo PNLIM, (ii) a reformulação como um problema de Programação Quadrática com o uso da função lazy constraint callback e (iii) uma Matheurística combinando as heurísticas de horizonte deslizante Relax-and-Fix e Fix-and-Optimize com a resolução exata via PNLIM. Os experimentos foram realizados considerando quinze cenários distintos de abastecimento. Os resultados demonstraram que foi possível obter soluções com um volume de carga processada superior ao planejado pela empresa para a mesma semana e, em particular, a heurística Fix-and-Optimize apresentou um ganho de 15,021%, em relação à solução adotada pela refinaria ao ser considerada a mesma programação de abastecimento. Além disso, a pesquisa apresenta a influência do dia e do volume de abastecimento na carga processada, uma vez que a variação dessas informações altera as propriedades físico-químicas da mistura resultante. Também foi identificada a presença de ótimos locais em determinados cenários, dada a natureza não-convexa do modelo. Diante dos resultados obtidos, este estudo reforça a importância do desenvolvimento de pesquisas que façam uso de abordagens como as baseadas em otimização combinatória, visando obter soluções mais assertivas e em curto tempo computacional, atuando, dessa forma, como método de apoio à tomada de decisão.