Otimização de uma planta de gás natural usando meta-modelos

Paula, Lucas Anelli de

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/25544

Type:	Trabalho de conclusão de graduação
Title:	Otimização de uma planta de gás natural usando meta-modelos
Author(s)/Inventor(s):	Paula, Lucas Anelli de
Advisor:	Rodriguez Carpio, Roymel
Co-advisor:	Secchi, Argimiro Resende
Abstract:	Sendo precursor de diversos insumos, como combustíveis de baixa emissão, gás de síntese, etano e propano, o gás natural é uma matéria-prima cujo consumo e produção global tem crescido nos últimos anos. Após extração, o gás é fracionado em uma Unidade de Processamento de Gás Natural (UPGN), produzindo correntes com maior valor de mercado, como GNV, GLP e C5+. O objetivo deste trabalho consistiu na otimização de uma Unidade de Fracionamento de Líquidos (UFL) contida dentro de uma UPGN, através do uso de metamodelos. A partir de uma simulação da planta em software Aspen Hysys, foi proposta a construção de meta-modelos representativos em linguagem Python para previsão das variáveis dependentes do sistema e aplicação dos meta-modelos na otimização do lucro da UFL, considerando três cenários econômicos distintos. Os meta-modelos foram treinados e testados a partir de dados coletados da simulação, usando os métodos de Regressão Linear Múltipla, Random Forest, Gradient Boosting, XGBoost e Kriging para ajuste das variáveis. O meta-modelo que apresentou melhor desempenho fez uso do método Kriging, alcançando valor de R2 acima de 99% na previsão da variável referente ao lucro obtido e das variáveis de restrições de qualidade dos produtos, seguido do meta-modelo ajustado por Gradient Boosting. Portanto, esses dois meta-modelos foram selecionados para uso na otimização. A otimização consistiu em maximizar a função objetivo que considera o lucro penalizado pelo desvio das restrições de qualidade dos produtos. Após verificar que o problema não possuía múltiplos ótimos locais, foram avaliadas três metodologias de otimização: Assistido por metamodelo Kriging, assistido por meta-modelo Gradient Boosting e otimização direta na simulação no Aspen Hysys, para três cenários econômicos propostos. Em todos os cenários, foi observado que a otimização com meta-modelo Kriging levou a resultados de função objetivo melhores ou equiparáveis aos obtidos na otimização com simulação direta. Os resultados indicam ganhos de pelo menos 3% no lucro da UFL através das condições de operação encontradas na otimização assistida por meta-modelo Kriging.
Keywords:	Gás natural Modelagem matemática Simulação de plantas
Subject CNPq:	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO::GERENCIA DE PRODUCAO::PLANEJAMENTO DE INSTALACOES INDUSTRIAIS
Production unit:	Escola de Química
Publisher:	Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date:	6-Feb-2024
Publisher country:	Brasil
Language:	por
Right access:	Acesso Aberto
Citation:	PAULA, Lucas Anelli de. Otimização de uma planta de gás natural usando meta-modelos. 2024. 79 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024.
Appears in Collections:	Engenharia Química

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