Desarrollo de un modelo matemático para la optimización de los beneficios económicos de los procesos de etileno

Abstract

RESUMEN: Derivado del actual decremento en los niveles de producción de etano en Petróleos Mexicanos, se realizó un análisis de los efectos que podría ocasionar a la empresa el contar con una menor oferta de este hidrocarburo, encontrando que las principales problemáticas son: niveles de proceso por debajo de un mínimo operativo y por ende mayores costos de producción, incumplimiento a los compromisos de ventas nacional de los diferentes petroquímicos y el incumplimiento por falta de suministro de etano a la empresa Braskem Idesa (BI). Siendo de vital importancia evaluar acciones que maximicen los beneficios económicos de los procesos de etileno (ETI) en un programa a mediano plazo.

Para ello, se desarrolló un modelo matemático que dentro de su estructura considera las principales premisas operativas y económicas, que influyen directamente en la operación de los procesos de etileno; con la finalidad de elaborar escenarios que brinden resultados que sirvan como soporte en la toma de decisiones en un periodo mínimo de tiempo. Para resolver esta problemática, se elabora una interfaz en Excel®, denominada Sistema Alterno (SA), que considera los balances de materia de los Complejos La Cangrejera y Morelos, iniciando el escenario con una oferta de materias primas que pueden ser etano nacional e importado y propano nacional e importado. Posteriormente, se estima un nivel de producción a partir de los flujos de entrada y los rendimientos de insumo; así también, se identifican los servicios principales requeridos para la operación de cada planta; teniendo como límite máximo a la capacidad nominal y como mínimo a la capacidad borde sin riesgo operativo. Identificando que la mejor manera para resolver un problema de toma de decisiones es mediante el uso de un algoritmo de Programación Lineal; algoritmo disponible en el optimizador GRTMPS de Haverly, el cual con apoyo de la recursión adherente tiene la posibilidad de dar soluciones óptimas al modelo propuesto (Modelo de Optimización de los procesos de etileno, MOETI).

Con base en situaciones reales, se establecieron tres casos de estudio de los que se observa que al mantener un proceso mínimo de 30 Mbd (625 MTA), los resultados son positivos y mediante la optimización en MOETI se proponen nuevas opciones de distribución que, para el primer caso, los resultados de operación incrementaron en 113% al considerar un 48% de consumo de etano importado. El segundo caso, indica que el priorizar a ETI sobre BI en la entrega de etano, genera ingresos suficientes como para cubrir el pago de penalizaciones, conservando un ingreso después de este del 73%. El último caso analiza, en conjunto, los resultados obtenidos por los casos anteriores y determinar un punto de equilibrio entre la distribución y la producción, notando que las operaciones con base en un 50% etano nacional y 50% etano importado, son viables, por lo que, MOETI recomienda incrementar las ventas de PEBD en un 80% y así obtener beneficios del 145%.

El uso del modelo matemático reduce de manera significativa el tiempo de elaboración de un escenario (2 días), para el caso de la Gerencia de Programación de Operaciones (GPO) se requieren de 5 días para la elaboración de un programa de operación; otro beneficio de contar con el SA es que en caso de requerirse ajustes, estos pueden realizarse de manera puntual sobre el SA, pues en caso de no tener la posibilidad de usar el MOETI, se evitan retrasos en el cumplimiento de las tareas.

ABSTRACT: As a result of the current decrease in the production levels of ethane in Petróleos Mexicanos, the company carried out an analysis of the effect of having a lower offer of this hydrocarbon, finding that the main barriers are: process levels below the operational minimum, hence higher production costs, non-fulfillment of the national sales liabilities of the different petrochemicals and the nonfulfillment of the contract to Braskem Idesa (BI) due to the lack of ethane supply. Thereby, becomes relevant to act as to maximize the profits in the ethylene processes (ETI) in the medium term.

In this sense, a mathematical model was developed that considers in its structure the main operation and economic conditionals having a direct influence in the operation of the ethylene processes, with the aim to design scenarios that lead to make decisions within a minimum amount of time. An Excel® interface was developed, called Alternate System (SA), that comprises the material balances of the petrochemical complexes La Cangrejera and Morelos; the base case starts with an offer of raw materials they can be national and imported ethane and national and imported propane. Subsequently, it is estimated a production level of the inlet flow rates and the yields of the inputs; there is also identified the main auxiliary services required to operate each plant, having as upper limit the nominal capacity and as a lower the non-risk operational capacity. The decisionmaking problem was solved by means of a Linear Programming algorithm, which it was available in the GRTMPS optimizer by Haverly, based on a adherent recursion has the possibility to give optimal solutions to the proposed model (MOETI).

Based on real situations, three case study were analyzed, where it is observed that by keeping a minimum process level of 30 Mbd (625 MTA), the results are positive and the optimization in the MOETI new supply options are proposed. In the first scenario, the operation results increase in 113% by considering a 48% of imported ethane consumption. The second scenario established that by prioritizing ETI over BI with respect to the supply of ethane, enough incomes are generated as to cover the payment of penalties, keeping an income after this of 73%. The last scenario analyzed as an overall the two previous cases to determine an equilibrium between the distribution and the production, realizing that the operations based on a 50% of national ethane and 50% of imported ethane are achievable, thus, MOETI recommended to increase the sales of PEBD in an 80% hence obtaining profits of 145%.

The use of the mathematical model reduces in a considerable manner the amount of time to elaborate a given scenario (2 days), the Management of Programming Operations (GPO) requires up to 5 days to elaborate an operations program; an additional benefit of having the SA is that when certain adjustments could be required, those can be performed directly over the SA in the case of an unavailability in the use of the MOETI, therefore delays are avoided to carry out the tasks of the Management. The present work satisfies the objectives to provide tools for the decisions making process, making them agile, transparent and technically feasible supported by the maximization of the economic profits of the ethylene processes, fulfilling the demand of the different petrochemical processes, especially the oxide ethylene, a product manufactured exclusively by Pemex