Cusi Palomino, RosalioSulca Choque, Cristian Jhoan2025-12-052025-12-052025https://hdl.handle.net/20.500.13028/6942El gas natural es una fuente de energía no renovable, por lo que es importante utilizarlo de manera sostenible. A nivel mundial, aproximadamente el 25% del consumo de energía se abastece y satisface con gas natural y este porcentaje se mantendrá en el futuro previsible. Hoy en día, las fluctuaciones en los precios y la demanda de las materias primas requieren una planificación y coordinación adecuadas en las industrias del gas natural. Además, las estrictas regulaciones ambientales, el avance continuo en las tecnologías y los diferentes requisitos y especificaciones de los clientes, todo ello obliga a buscar muchas opciones de vías y a evaluar continuamente las tecnologías. Por lo tanto, el objetivo general de esta investigación es proporcionar un marco para el diseño, la síntesis, el análisis y la planificación de redes de procesamiento y producción de gas natural. El marco general ayuda a los responsables de la toma de decisiones en la industria del gas natural a evaluar y seleccionar de manera óptima las vías de producción y las opciones de utilización mediante el uso de técnicas de optimización y modelado matemático para maximizar el valor del recurso de gas natural. Con este objetivo, se ha sintetizado una nueva red de gas natural para su análisis y optimización. La red desarrollada convierte el gas natural en GNL, condensado, GLP, gasolina, diésel, cera y metanol como productos principales. Las contribuciones de esta tesis se dividen principalmente en tres hitos: (1) simulación de la red de gas natural, (2) formulación matemática y optimización de la red y (3) evaluación de la sostenibilidad de la red. El primer hito aborda la rigurosa simulación en estado estable de la red de gas natural. La simulación de las unidades de procesamiento clave ayudó a calcular con precisión los balances de materia y energía. Además, se realizó el análisis de sensibilidad o análisis hipotético para determinar el efecto de diferentes parámetros operativos en el rendimiento de los productos. xi El segundo hito es la formulación matemática integral y la optimización representada por los modelos de programación lineal (LP) y programación lineal entera mixta (MILP). En primer lugar, se formuló e implementó un modelo LP operativo determinista en redes de procesamiento y producción de gas natural. Con base en los rendimientos obtenidos de la simulación, el modelo LP pudo abordar diferentes escenarios, como variaciones y fluctuaciones en el caudal de gas natural, el precio del gas natural, el precio de los productos, etc. En segundo lugar, se propuso un modelo MILP integral para el diseño y operación óptimos de la red de procesamiento de gas natural. El modelo MILP aborda las diferentes tecnologías y configuraciones disponibles para la selección de unidades de procesamiento clave. Además, considera los diferentes modos operativos practicados en la industria en términos de restricciones bajas, moderadas y severas al nivel de especificaciones. En tercer lugar, se desarrolló otro modelo MILP para el diseño y operación óptimos de la red de producción de gas natural. Pudimos abordar las diferentes rutas para la utilización del gas natural. Finalmente, el tercer hito es la evaluación de la sostenibilidad. Se evaluaron las métricas o indicadores de sostenibilidad para investigar las dimensiones de sostenibilidad y abordar los aspectos económicos, ambientales y sociales de las redes de procesamiento y producción sintetizadas. Las métricas de sostenibilidad demostraron ser útiles para seleccionar vías que sean amigables tanto económica como ambientalmente.Natural gas is a renewable source of energy, so it’s important to use it wisely. Globally, approximately 25% of the energy consumption is supplied and satisfied by natural gas and this percentage will remain the same in the future. Today, fluctuations in commodity prices and demand demand proper planning and coordination in the natural gas industries. In addition, stringent environmental regulations, continuous technological advancements, and diverse customer needs and specifications force us to explore multiple options and continuously evaluate technologies. Therefore, the main objective of this research is to provide a framework for the design, assembly, analysis and planning of natural gas production and processing networks. The overall framework helps decision makers in the natural gas industry to evaluate and select production pathways and utilization options by using mathematical modeling and optimization techniques to maximize the value of natural gas. To this end, a new natural gas network is developed for analysis and optimization. The developed network converts natural gas into LNG, condensate, LPG, gasoline, diesel, wax and methanol as primary products. The contributions of this thesis are mainly divided into three milestones: (1) simulation of the natural gas network, (2) mathematical formulation and optimization of the network, and (3) evaluation of the sustainability of the network. The first milestone concerns the rigorous steady-state simulation of the natural gas network. Simulating the basic processing units helped to accurately calculate the material and energy balance. In addition, sensitivity analysis or what-if analysis was performed to determine the effect of different operating parameters on the performance of the products. The second milestone is the integral mathematical formulation and optimization represented by linear programming (LP) and mixed integer linear programming (MILP) models. First, a deterministic operational LP model is developed and applied to natural gas production and processing networks. Based on the xiii performances obtained from the simulation, the LP model was able to simulate different scenarios, such as natural gas flow fluctuations and fluctuations, natural gas prices, commodity prices, and so on. Second, a comprehensive MILP model is proposed for the optimal design and operation of the natural gas processing network. The MILP model deals with different technologies and configurations that can be used for the selection of basic processing units. Furthermore, it considers the different operating modes adopted in the industry in terms of low, moderate and severe restrictions on the level of detail. Third, another MILP model is developed for the optimal design and operation of the natural gas production network. We were able to handle different routes of natural gas usage. Finally, the third milestone is sustainability evaluation. Sustainability metrics or indicators were evaluated to assess the dimensions of sustainability and address the economic, environmental and social aspects of the developed processes and production. Sustainability metrics have proven to be useful in selecting pathways that are both economically and environmentally viable.application/pdfspainfo:eu-repo/semantics/openAccesshttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/UreaGas NaturalSimulación de procesosModeladoProcess simulationinfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.07.03