aplicação do conceito de produção mais limpa na otimização

DEPTº DE ENGENHARIA AMBIENTAL - DEA

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIAESCOLA POLITÉCNICA

MESTRADO PROFISSIONAL EMGERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS

AMBIENTAIS NO PROCESSO PRODUTIVO

SALVADOR 2004

TAKAYOSHI OGATA

APLICAÇÃO DO CONCEITO DE PRODUÇÃO MAIS LIMPA NA OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE

PRODUÇÃO DE ÁLCOOL BUTÍLICO

UFBA UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA

ESCOLA POLITÉCNICA

DEPTº DE ENGENHARIA AMBIENTAL - DEA

MESTRADO PROFISSIONAL EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS

AMBIENTAIS NO PROCESSO PRODUTIVO

Rua Aristides Novis, 02, 4º andar, Federação, Salvador BA CEP: 40.210-630

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Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico

TAKAYOSHI OGATA


DEDICATÓRIA

Ao meu pai Ogata Masatugu (in memoriam), a minha mãe Yuhiko Tsukumi Ogata, a Vito Giuseppe Gravina (in memoriam) e a Filomena Giannuzzi Gravina por terem me mostrado o caminho da importância da educação. Aos meus filhos, Mayumi, Marina, Leonardo e Nara responsáveis pela minha motivação e esperança. E, finalmente, dedico este trabalho à Maria Gravina Ogata, minha companheira de tantos anos pelo incentivo, paciência, amor e parceria.

TAKAYOSHI OGATA


AGRADECIMENTOS

Agradeço àqueles que direta ou indiretamente colaboraram para abreviar a conclusão deste trabalho, iniciado há dois anos.

Em primeiro lugar ao meu orientador Prof. Dr. Emerson Andrade Sales pelo incentivo e, principalmente, pela paciente e minuciosa leitura do texto e sobretudo, pela orientação dirigida, que proporcionou a conclusão desse trabalho tão sonhado.

Aos professores do Curso de Mestrado, que não mediram esforços em nos transmitir novos conhecimentos, os quais abriram novos caminhos e horizontes para os alunos.

À Teclim, pelos recursos bibliográficos que tornou disponíveis o que, sem dúvida, abreviou a busca de literatura especializada.

Aos meus colegas de trabalho, engenheiros e técnicos, pela colaboração no resgate dos documentos primários, na simulação do processo e na elaboração do balanço material. Aos meus companheiros operadores que se empenharam na realização dos testes reais na planta elaborados com muita dedicação e zelo.

À ELEKEIROZ S.A. que me incentivou e possibilitou a conclusão deste trabalho.

TAKAYOSHI OGATA


RESUMO

Esta dissertação tem como objetivo mostrar um exemplo típico de problema industrial, ocorrido numa planta de produção de álcool butílico. Historicamente, a produção era realizada com especificação adequada às necessidades dos seus clientes. Surgiu um novo cliente com grau de exigência muito maior na especificação desse produto. No primeiro momento, a empresa adotou como solução, a repurificação do produto para atendê-lo. Essa solução atendeu plenamente o cliente, mas elevou o custo de produção, além de geração adicional de efluentes com carga orgânica elevada. A empresa já estava se preparando para um projeto de melhorias com investimentos em desengargalamento das colunas de purificação, quando passou a adotar uma postura de prevenção utilizando os conceitos de Produção Mais Limpa. Descobriu através da pesquisa documental (fonte primária) e registros técnicos do passado, um teste realizado com um promotor em escala piloto pelo detentor de tecnologia. Esse promotor inibia a formação de reações secundárias. Com base naquele resultado, a empresa realizou testes em escala industrial, ou seja, evoluiu mais precisamente para a mudança no processo, com o intuito de minimizar uma reação secundária indesejável no reator, com conseqüente redução na carga orgânica dos seus efluentes. O trabalho se apóia nos conceitos de Controle da Poluição, Prevenção da Poluição, Produção Limpa, Produção Mais Limpa, discute as abordagens corretivas e estratégias preventivas. Discute, também, as principais técnicas de fim de tubo e de prevenção. Conceitua as Estratégias Ambientais e suas características. Para maior compreensão do problema e sua resolução, discorre sobre o estado da arte na produção de oxo-álcoois com enfoque no processo e na reação que foi otimizada. Mostra os resultados obtidos do estudo da Aplicação dos conceitos de Produção Mais Limpa na otimização do processo. O trabalho mostra ante ao aspecto administrativo tradicional predominante, as vantagens ambientais e econômicas proporcionadas pela lógica da prevenção. Conclui, este estudo, que os velhos paradigmas da administração da produção não tem mais respaldo nos dias de hoje, ante à lógica da prevenção pela Produção Mais Limpa.

Palavras chave: Poluição Industrial; Produção Mais Limpa; Tecnologias Limpas; Otimização de Processo; Produção de Butanol.

TAKAYOSHI OGATA


ABSTRACT The object of this treatise is to describe a typical industrial problem occurred in a butilic alcohol production plant. Historically, production was carried out to specifications adequate to the needs of the client. A new client came up with a much higher degree of requirement for specifications of the product. At first, the company solved the problem by repurifying the product. The client was entirely satisfied with this solution but production costs increased not to mention an additional generation of emanations with a high organic load. The company was already preparing itself for an improvement project with investments in widening of purifying columns when it started to adopt a preventive attitude utilizing Cleaner Production concepts. It was found through documentary research (primary source) and old technical registers that a test was carried out by the owner of the technology (with a promoter on a pilot scale). This promoter inhibited the formation of secondary reactions. Based on these results, the company carried out tests on an industrial scale, that is to pay, it moved precisely towards a change in the process, aimed at reducing to a minimum undesirable secondary reactions in the reactor and as a consequence a reduction of the organic load in emanations. The work is supported by concepts in Pollution Control, Pollution Prevention, Clean Production and Cleaner Production. Corrective approaches and preventive strategies are examined. The main pipe-end and prevention techniques are also considered. Environmental strategies and their characteristics are estimated. For a better understanding of the problem and its solution, state-of-the art production of oxo-alcohols is discussed with a focus on the process and the reaction that was optimized. The work shows results obtained in the study of the application of cleaner production concepts in process optimization. Prevailing traditional management aspects are shown as well as environmental and economic advantages through a prevention logic. This study comes to the conclusion that old production management paradigms no longer have any support in the face of the prevention logics of cleaner production. Key words: Industrial Pollution; Cleaner Production; Clean Technologies; Optimization Process; Butanol Production.

TAKAYOSHI OGATA


SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS 11

LISTA DE TABELAS 12

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 13

INTRODUÇÃO 14

Estrutura do Trabalho 17

CAPITULO-1: CARACTERIZAÇÃO DO PROBLEMA Princípios Gerais

1.1 A Empresa 19

1.2 Situação Problema 22

CAPÍTULO-2: FUNDAMENTOS TEÓRICOS E METODOLÓGICOS

2.1 Procedimentos Metodológicos 26

2.2 Marco Teórico e Conceitual 28

2.3 Equação Mestra e o Fator 10 29

2.4 Produção Mais Limpa (PML) 33

2.4.1. Abordagem Corretiva versus Estratégias Preventivas 35

2.4.2. Sociedade Sustentável 38

2.4.3. Técnicas para Redução da Poluição segundo LAGREGA

47

2.4.4. Estratégias Ambientais 50

CAPÍTULO-3: ESTADO DA ARTE DE PRODUÇÃO DE ÁLCOOIS

3.1 Produção de Oxo-Álcoois 53

3.2 Produção de Butilaldeídos 54

3.3 Processo de Produção de Butanol ou Álcool Butílico 55

3.3.1. - Hidrogenação na Fase Vapor 56

3.3.2. - Hidrogenação na Fase Líquida 58

3.4 Formação de Éter 61

3.5 Acidez em Catalisadores Sólidos 66

TAKAYOSHI OGATA


CAPÍTULO-4: APLICAÇÃO DA PML NA OTIMIZAÇÃO DE PROCESSO

4.1 Levantamento da Situação Inicial 70

4.1.1 - Plano de Análises 71

4.1.2 - Balanço Material 71

4.2 Repurificação do Produto – Solução de Fim de Tubo 75


4.3 Projeto para Aumento de Capacidade com redução no teor de butil éter

80

4.3.1 – Base do Estudo 80

4.3.2 – Resultado da Avaliação 82

4.4 Injeção de um Promotor – Caminhando da solução de Fim de Tubo para a Solução Preventiva

84


4.5 Resultado Comparativo: Fim de Tubo versus PML 91

4.5.1 – Especificação do Produto Obtido 91

4.5.2 – Balanço Econômico 91

4.5.3 – Impacto da mudança no processo sobre o meio

ambiente

93

CAPÍTULO-5: CONSIDERAÇÕES FINAIS E PERSPECTIVAS

5.1 Considerações Finais 95

5.2 Conclusões e Recomendações 99

REFERÊNCIAS 101

BIBLIOGRAFIA 104

TAKAYOSHI OGATA


LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Fluxo de Produção 20

Figura 2 - Sociedade Sustentáveis – Do Fim do Tubo à Sustentabilidade Ambiental

38

Figura 3 - Tratamento de Efluentes com Coluna Esgotadora 40

Figura 4 - Sistema Linear de Produção Industrial 41

Figura 5 - Reforma Catalítica de Gás Natural com Recuperação Energética e de Gás Carbônico

43

Figura 6 - Estratégia preventiva – Visão Circular de Produção 44

Figura 7 - Técnicas para Redução da Poluição - Organograma mestre das ações para prevenção e controle da poluição, baseado em LAGREGA.

49

Figura 8 - Fluxograma simplificado de processo de produção de butanol – Hidrogenação em Fase Vapor

57

Figura 9 - Fluxograma simplificado de processo de produção de butanol – Hidrogenação em Fase Líquida

60

Figura 10 - Balanço Material de produção de Butanol - Antes da modificação no processo

74

Figura 11- Balanço Material da Coluna de Repurificação de Butanol

78

Figura 12 Efeito do promotor na redução da formação de DNBE, teste realizado em escala piloto

85

Figura 13 Formação do DNBE em função da concentração de Nitrogênio Básico no Reator de Hidrogenação de n-butil aldeído

87

Figura 14 Balanço Material de Hidrogenação de Butanol - Depois da modificação no processo

88

TAKAYOSHI OGATA


LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Especificação do Butanol (BuOH). 23

Tabela 2 - Nova Especificação do Normal Butanol (BuOH) 24

Tabela 3 - Abordagens Corretivas versus Estratégias Preventivas, segundo PENEDA.

36

Tabela 4 - Características das Estratégias Ambientais 52

Tabela 5 - Plano de Análises 71

Tabela 6 - Especificação do Butanol pelo Balanço Material 73

Tabela 7 - Especificação de BuOH com Nova Especificação 75

Tabela 8 - Resultado da Simulação da Coluna de Repurificação T5

76

Tabela 9 - Resultado da Simulação sem a Coluna de Repurificação

82

Tabela 10 - Resultado da avaliação dos principais equipamentos considerando a nova especificação

83

Tabela 11 - Orçamento de adequação da planta de butanol na nova especificação sem a coluna de repurificação

84

Tabela 12 - Especificação do Butanol com adição do promotor 90

Tabela 13 - Comparativo de Especificação Típica do Produto Obtido

91

Tabela 14 - Balanço Econômico 92

Tabela 15 - Comparativo de Especificações antes e depois da mudança no processo

97

TAKAYOSHI OGATA


LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABIQUIM – Associação Brasileira de Industria Química

BM – Balanço Material

BuOH – Butanol

BVQI – Bureau Viritas Quality International

CETREL – Central de Tratamento de Efluentes S.A.

CIQUINE ou CPQ – Ciquine Companhia Petroquímica S.A.

COPENE – Companhia Petroquímica do Nordeste S.A.

DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio

DfE – Projeto para o Meio Ambiente ou “Design for Environment”

DNBE – Di-normal butil éter ou dibutil éter ou butil éter

DQO – Demanda Química de Oxigênio

HE – “heavy end” ou pesados

IBAL – Iso-butil aldeído

i-BuOH - Isobutanol

LE – “light end” ou leves

MS – Material em suspensão

NBAL – Normal butil aldeído

PGQB – Prêmio Gestão Qualidade Bahia

PL – Produção Limpa

P+L ou PML – Produção Mais Limpa

P2 ou PP – Prevenção da Poluição

Q - Vazão

UNEP – Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente

UNIDO – Organização das Nações Unidas para o Desenvolvimento Industrial

UNIB – Unidade de Insumos Básicos

TAKAYOSHI OGATA


14

INTRODUÇÃO

“Raramente são os novos paradigmas que nos despertam para transformações: a crença em transformação, a vontade de transformar e o compromisso ético, existencial e espontâneo de sermos transformadores é que nos levam a buscar novos paradigmas”. (Demóstenes Romano Filho, Patrícia Sartini e Margarida Maria Ferreira)

A poluição do meio ambiente tornou-se assunto de interesse

mundial. Não apenas os países desenvolvidos vêm sendo afetados pelos

problemas ambientais, mas também as nações em desenvolvimento

começam a sofrer os graves impactos da poluição em todos os seguimentos

da produção, seja na agricultura, nos serviços e na indústria. Isso decorre de

um rápido crescimento econômico associado à exploração de recursos

naturais, alguns até então intocáveis. Na origem dos crescentes problemas

provocados pela contaminação do meio ambiente, estão os processos de

produção utilizados para extrair matérias-primas e para transformá-las em

uma multiplicidade de produtos para fins de consumo em escala

internacional.

Embora se registrem progressos no setor das técnicas de controle

da poluição, para vários desses campos da indústria de extração e de

transformação, ainda não se chegou a métodos que propiciem um controle

efetivo das emissões de resíduos. É inegável, porém, a urgência de serem

adotadas medidas de controle mais voltadas para a prevenção a fim de se

assegurar a não ocorrência de prejuízos irreparáveis, sob o ponto de vista do

meio ambiente.

TAKAYOSHI OGATA


15

Mas, se há uma palavra-chave que possa caracterizar a época atual, essa

palavra é mudança. Mudança sob todos os aspectos possíveis e imagináveis:

de caráter político, social, econômico, tecnológico, organizacional e, também,

no comportamento das pessoas com relação ao meio ambiente. O que talvez

mais surpreenda e choque não é apenas a mudança dos procedimentos

tradicionais, mas como essa mudança se processa, de modo profundo e

radical.

Conforme KIPERSTOK (1999), “a necessária velocidade com que a

redução do impacto ambiental das atividades produtivas deve se dar exige

uma mudança na forma de se pensar a relação destas com o meio ambiente.

Deve-se evoluir das práticas de fim de tubo para atitudes de prevenção da

poluição. Esta mudança exige uma participação tanto do setor produtivo como

das agências reguladoras”. Sem dúvida, ainda existem dificuldades

tecnológicas, econômicas, e até de informação, mas para uma mudança

radical, o mais importante é a mudança de atitudes das pessoas.

Este trabalho tem como objetivo mostrar um exemplo típico de

problema na área industrial, real, que adotou inicialmente uma solução de

fim de tubo, e que, evoluiu para a prevenção, mais precisamente para a

mudança no processo, com o intuito de minimizar uma reação secundária

indesejável, com conseqüente redução na carga orgânica dos seus efluentes.

Essa atitude foi induzida por fatores econômicos e comerciais, mas

que, aliada aos novos paradigmas da administração de produção, a

abordagem do problema foi evoluindo.

O estudo de otimização e redução de poluentes na fonte apresenta

uma grande importância não só do ponto de vista ambiental, mas econômica

e social também. A acirrada competição de mercado mundial com grau de

exigência severa na qualidade do produto, aliada ao alto custo dispendido

para o tratamento dos seus efluentes e com investimentos adicionais, por si

só justifica a realização do presente trabalho, do ponto de vista econômico.

TAKAYOSHI OGATA


16

BAAS (1996) apud KIPERSTOK(2001), salienta que “a prevenção da

Poluição e minimização de resíduos representa uma mudança de atitude onde

o foco é mudado do uso de tecnologias para o controle da poluição para uma

atitude pró-ativa de prevenção ao longo de todo o processo produtivo. A

adoção destas práticas converge com a viabilização econômica da produção

por aliar aspectos ambientais com lucratividade econômica”.

O presente estudo tem o intuito de ser um exemplo de Aplicação de

Produção Mais Limpa na empresa com mudanças no processo e de atitude

das pessoas e põe foco no processo de Produção de Álcool Butílico produzido

na Elekeiroz S.A.1. Cumpre ressaltar que a conceituação e o delineamento do

raciocínio com relação à minimização de poluentes com conseqüente

melhoria nos rendimentos da reação, poderão ser aplicados em qualquer

processo produtivo.

Sem dúvida, os conceitos de Produção Mais Limpa (PML) aplicados

na solução do referido problema enriqueceram o resultado obtido,

proporcionando uma visão mais abrangente do processo de otimização da

planta. Da solução de engenharia de processo, o resultado foi visualizado

com a utilização racional de matéria-prima, minimizando a formação de

reações secundárias, com a conseqüente redução de sub-produtos

minimizando a utilização de insumos, utilidades e descartes de efluentes, ou

seja, reduzindo em vários aspectos, o impacto ambiental.

No nível empresarial, percebe-se a mudança de atitudes e

comportamentos de gestores, propiciando uma nova cultura para resolução

de problemas futuros. A base cultural de Produção Mais Limpa (PML) e a

metodologia de sua aplicação absorvidas durante o Curso de Mestrado em

Gerenciamento e Tecnologia Limpa no Processo Produtivo, foi de suma

importância para o alerta e visualização dos problemas relacionados ao meio

ambiente.

1 Anteriormente a razão social dessa empresa era Ciquine Companhia Petroquímica. Mudou para ELEKEIROZ S.A. em agosto/2003.

TAKAYOSHI OGATA


17

Espera-se que este trabalho seja de alguma forma, um referencial

de aplicação de Produção Mais Limpa para as futuras gerações de técnicos e

engenheiros da empresa.

Estrutura do trabalho

A dissertação está dividida em cinco capítulos. O primeiro trata da

caracterização do problema industrial, das principais questões que foram

abordadas e relevantes para o seu equacionamento, bem como dos

princípios gerais que foram adotados.

O segundo capítulo descreve os fundamentos teóricos e

metodológicos que norteiam a condução do problema em foco. Os conceitos

de Controle da Poluição, Prevenção da Poluição, Produção Limpa, Produção

Mais Limpa, são discutidos mediante o enfoque de abordagens corretivas

versus estratégias preventivas. Analisa as principais técnicas de fim de tubo

e de prevenção. Conceitua as estratégias ambientais e suas características.

O capítulo terceiro discorre sobre o estado da arte na produção de oxo-

álcoois com enfoque no processo e na reação que foi otimizada. Explica

também o mecanismo das reações secundárias.

O quarto capítulo mostra os resultados do estudo da Aplicação da

Produção Mais Limpa na otimização do processo, simulação de processo, e

os testes reais em operação da planta com um promotor. Mais

especificamente, mostra a simulação de operação modificada com os novos

equipamentos (abordagem de fim de tubo), balanços materiais da unidade de

produção de butanol, antes de qualquer intervenção e após a instalação de

novos equipamentos; testes reais de operação da planta com o uso de um

promotor reacional (abordagem de PML) e balanço material completo desta

nova situação. No final deste capítulo, foi realizada uma análise comparativa

das soluções de Fim de Tubo com a de Produção Mais Limpa, envolvendo

aspecto econômico e ambiental.

TAKAYOSHI OGATA


18

O quinto capítulo trata das considerações finais e das perspectivas

futuras: discussão dos resultados dos testes, discussão da aplicação dos

conceitos de Produção Mais Limpa, conclusões e recomendações.

TAKAYOSHI OGATA


19

CAPÍTULO 1 CARACTERIZAÇÃO DO PROBLEMA – Princípios Gerais

“O mundo não vai superar sua crise atual usando o mesmo pensamento que criou essa situação.”

Albert Einstein

1.1) A Empresa

A Elekeiroz é uma empresa de segunda geração que produz

produtos petroquímicos intermediários e tem como objetivo social a

industrialização e a comercialização de produtos petroquímicos e

plastificantes em geral, localizada em três regiões: a matriz em Várzea

Paulista em São Paulo, uma planta em Taubaté, S.P. e um conjunto de

plantas no Complexo Básico do Pólo Petroquímico do Nordeste, no Município

de Camaçari, Bahia. Neste trabalho, enfocaremos apenas as plantas

localizadas em Camaçari, BA.

As plantas da Elekeiroz Camaçari, são responsáveis pela produção

de Oxo-Álcoois, Anidrido Ftálico, Ácido Fumárico e Plastificantes Ftálicos ,

conforme o Fluxo de Produção, mostrado na Figura-1, correspondendo a

uma produção de cerca de 280 mil t/ano de produtos químicos e

petroquímicos, o que coloca a empresa como uma das maiores em volume de

produção no Pólo Petroquímico do Nordeste e oferece uma diversificada

gama de produtos.

TAKAYOSHI OGATA


20

TAKAYOSHI OGATA

NAFTA

ELEKEIROZ

ALCOOIS

ANIDRIDOFTÁLICO

ANIDRIDOMALEICO

PLASTIFICANTES

ÁCIDOFUMARICO

EFLUENTES

BRASKEM

PROPENO

ORTO-XILENO

BENZENO

MATERIAS PRIMAS

SOLVENTESLUBRICANTES

COMPOSTOSSAPATOS

BRINQUEDOS

TINTASRESINAS

POLIESTER

ADESIVOSRESINAS

POLIESTER

TINTASRESINAS

POLIESTERADESIVOS

Figura-1: Fluxo de Produção


21

Fabricados em um Complexo de Plantas, os Oxo-Álcoois

produzidos na Elekeiroz Camaçari, são o Octanol (2-etil-hexanol), o Butanol

e o Iso Butanol, utilizando como matérias-primas o Propeno e o Gás Natural.

A produção total desses álcoois é de 120.000 t/ano.

Da associação desses três produtos com o Anidrido Ftálico, surgem

os Plastificantes Ftálicos, cuja capacidade de produção da empresa é de 100

mil t/ano. O Anidrido Ftálico, com produção de 36 mil t/ano, é o anidrido

mais utilizado em todo o mundo, em função de sua diversificada aplicação. A

matéria-prima principal é o Ortoxileno, adquirido da Copene2 e transportado

através de dutovia para a Elekeiroz.

Outro produto da empresa é o Ácido Fumárico, produzido com

tecnologia própria a partir do Ácido Maleico, oriundo dos efluentes da Planta

de Anidrido Ftálico. A capacidade de produção é de 1,2 mil t/ano.

O maior faturamento da empresa vem da produção de Oxo-

Álcoois, com duas plantas em operação. As plantas de oxo-álcoois foram

instaladas em duas fases temporais distintas: A primeira, com início de

operação em 1973, denominada de Planta-1, atualmente produz o Butanol e

o Iso Butanol e, a segunda, denominada de Planta-2, com início de operação

em 1984, onde se produz o Octanol.

Os efluentes das Unidades de Anidrido Ftálico e Plastificantes

Ftálicos são ácidos que se juntam com os efluentes das Unidades de Álcoois

(efluentes básicos), realizando um pré-tratamento, antes de seguir para a

CETREL3.

É considerada empresa de médio porte no âmbito da sua força de

trabalho. Em produção de oxo-álcoois é a principal empresa da América

Latina, a única do Brasil e a maior empresa nacional em Plastificantes.

2 Copene – Companhia Petroquímica do Nordeste, é uma empresa do Pólo Petroquímico do Nordeste, fornecedora de matérias-primas e utilidades, para as empresas do Complexo Básico. À partir de 2003, a COPENE passou a chamar-se UNIB, Unidade de Insumos Básicos da BRASKEM S.A. 3 Cetrel – Central de Tratamento de Efluentes, é uma empresa do Pólo Petroquímico do Nordeste, responsável por tratamento de todos os efluentes gerados no Pólo, antes da sua disposição final.

TAKAYOSHI OGATA


22

A empresa foi certificada na Norma ISO 9002 pela BVQI, em 1996,

tendo nesse período atingido elevado grau de amadurecimento nos processos

requeridos e introduzido inúmeras melhorias no sistema.

Em 1996, implantou o Sistema de Gestão pela Qualidade Total,

incorporando todos os processos e programas da empresa voltados para a

qualidade.

Em 1999 e 2000, foi avaliada através dos critérios do Prêmio

Gestão Qualidade Bahia (PGQB), sendo premiada com Diploma e Placa,

respectivamente.

Cumpre as legislações federal, estadual e municipal no tocante a

Legislação Ambiental. Transcende às exigências legais, por conta de sua

participação no Programa de Atuação Responsável, liderado pela Associação

Brasileira de Indústria Química (ABIQUIM), para, através das práticas

gerenciais nele estabelecidas, melhorar continuamente o seu desempenho

nas áreas de segurança , saúde ocupacional e meio ambiente.

1.2) Situação Problema

O presente trabalho foi realizado na Unidade de Produção de Oxo-

Álcoois, especificamente na produção de Normal Butanol da Elekeiroz,

situada em Camaçari, Bahia.

O Normal Butanol (BuOH) ou simplesmente Butanol, é produzido

na Planta-1, através da hidrogenação de Normal Butil Aldeído (NBAL) num

reator catalítico de leito fixo, objeto do nosso estudo. O NBAL e o solvente

(com uma parte do BuOH que é reciclada) são enviados, em uma relação

definida, ao reator R. Lá ocorre a reação de hidrogenação na presença de

catalisador de níquel/cromo suportado em alumina, gerando o BuOH cru.

TAKAYOSHI OGATA


23

CH3CH2CH2CHO + H2 CH3CH2CH2COH

n-butilaldeído n-butanol (NBAL) (BuOH)

Além do produto principal, ocorrem reações secundarias, gerando

compostos indesejáveis, tais como, iso-butanol (i-BuOH), dibutil éter (DNBE)

e produtos pesados. O fluxo proveniente do reator de hidrogenação é então

enviado para a Seção de Purificação do produto da reação.

Da Seção de Purificação, o Butanol é extraído com a seguinte

especificação, constante no catálogo comercial da empresa:

Tabela–1 - Especificação do Butanol (BuOH).

ESPECIFICAÇÃO ATUAL

BuOH - PUREZA 99,30 % P min.

i-BuOH - Iso Butanol 0,20 % P máx

DNBE – Di Butil Eter 3000 ppm máx.

Fonte: Elaboração própria com base no catálogo Elekeiroz Camaçari.

Até meados de 2001, essa especificação atendia a 100% dos

clientes. Com a chegada de um novo cliente multinacional, o mesmo exigiu

uma especificação mais rigorosa com a pureza mínima de Butanol de

99,70%, teor de Iso-Butanol de 0,10% máximo e teor de DNBE máximo de

200 ppm. Além disso, o referido cliente entrou com o pedido de importação

ao governo brasileiro, referente ao mesmo produto produzido na sua matriz

no exterior, solicitando isenção dos impostos de importação, que na época

eram cerca de 15%. A alegação era de que a Elekeiroz não teria capacidade

técnica para cumprir a exigência da especificação solicitada. O órgão

competente do governo concedeu para a empresa, um prazo de 3 meses para

TAKAYOSHI OGATA


24

a devida solução, sob pena de aprovar a importação do referido produto com

imposto reduzido.

Tabela 2 – Nova Especificação do Butanol (BuOH). ESPECIFICAÇÃO

ATUAL ANÁLISE TÍPICA

NOVA ESPECIFICAÇÃO

BuOH - PUREZA

99,30 % P min. 99,65% P 99,70% P

i-BuOH - Iso Butanol

0,20 % P máx 0,06% P 0,10% P

DNBE – Di Butil Eter

3000 ppm máx. 2000 ppm 200 ppm

Fonte: Elaborado pelo autor

Ocorre que a Elekeiroz para atender o novo cliente, já havia

realizado investimento parcial de desengargalamento, com adicional de

18.000 t/ano em aldeídos, representando 15% da sua capacidade anterior,

mas sem levar em conta a exigência da qualidade restritiva. Atender a nova

especificação implicaria em reduzir a produção, ou seja, o investimento

realizado tornaria sem efeito ou investiria em desengargalamento das

colunas de destilação. Por outro lado, conseguir manter esse cliente seria

questão de sobrevivência da empresa, face às dificuldades de mercado.

A empresa mobilizou o seu corpo técnico para analisar o problema

e encontrou algumas soluções que poderiam atender à especificação exigida.

Colocou em teste a solução mais rápida, a qualquer custo, isto é,

repurificando o produto final em uma coluna ociosa já instalada na planta: a

Coluna de Repurificação do Butanol. Foram realizadas várias simulações de

processo, chegando-se a conclusão de que, com pequena modificação nos

equipamentos e tubulações, seria possível chegar ao intento.

Foi colocada em operação a coluna estudada, obtendo sucesso com

a repurificação do produto, atingindo-se a especificação exigida pelo cliente,

no entanto, a um custo de produção oneroso e, também, com aumento de

efluentes. É típico da solução de fim de tubo (“end of pipe”). Por pressão do

TAKAYOSHI OGATA


25

mercado, a empresa adotou, temporariamente, esta solução, apesar da

consciência em torno da causa econômica e ambiental.

Também, com a demanda do mercado e atender o novo cliente, a

empresa teria que aumentar a capacidade das colunas de destilação

investindo em modificações das mesmas. Lembrando que quanto maior a

produção maior será também a geração de DNBE, portanto, essas colunas

teriam que absorver maior fluxo na alimentação e ter maior capacidade de

separação.

Enquanto produzia o produto especial para o novo cliente, neste

trabalho buscou-se também, uma solução tecnológica mais racional que

tivesse uma melhoria não só econômica, mas ambiental também.

KIPERSTOK (1999, p.45-51) afirma que “dois elementos podem contribuir

para uma aceleração de processos de melhoria de desempenho ambiental no

âmbito das empresas: a capacidade de identificar mudanças tecnológicas que

impliquem em concomitantes reduções de custos (isto é, ganhar dinheiro a

partir da redução da geração de resíduos); e, o esclarecimento do ritmo de

melhoria necessário para tornar o processo ambientalmente sustentável”.

Nessa busca de novos conceitos, os novos paradigmas da Produção Mais

Limpa e Tecnologia Limpa absorvidos no Curso de Mestrado, foram decisivos

para a tomada de decisão.

Nesta pesquisa reanalisou-se os seus trabalhos, procurando

soluções tecnológicas, resgatando notas de reuniões técnicas do passado

com os técnicos do detentor de tecnologia de Hidrogenação de NBAL, a

Mitsubishi Chemical Corporation4. A injeção de compostos orgânicos

funcionando como promotores, foi identificada como uma das soluções para

minimizar a formação de compostos pesados, dentre eles o dibutil éter

(DNBE), ou simplesmente butil éter.

4 A Mitsubishi Chemical Corporation é uma empresa japonesa e uma das maiores empresas petroquímicas mundiais. É também detentora do “know-how” do processo de produção de oxo álcoois utilizado pela Elekeiroz.

TAKAYOSHI OGATA


26

CAPÍTULO 2– FUNDAMENTOS TEÓRICOS E METODOLÓGICOS

“Nunca duvide da capacidade de um pequeno grupo de dedicados cidadãos para mudar os rumos do Planeta. Na verdade, eles são a única esperança de que isto possa ocorrer.”

Margareth Mead

2.1) Procedimentos Metodológicos

Este trabalho foi desenvolvido através dos seguintes procedimentos

metodológicos, que constaram de cinco etapas:

A primeira etapa consistiu na pesquisa documental (fontes

primárias) e levantamento bibliográfico (fontes secundárias), referentes aos

estudos que dão suporte teórico a esta pesquisa. Nas fontes primárias

buscou-se documentos de arquivos particulares do autor deste trabalho,

anotações de visitas às plantas industriais no exterior, busca de registros

técnicos e dados de testes realizados em escala piloto. No levantamento

bibliográfico, tratou-se de conhecer os conceitos e as visões sobre o controle

na fonte, principalmente a Produção Mais Limpa (PML) que, nos últimos

anos, vem tomando impulso e um destaque especial na gestão de

administração de produção fazendo compreender com que os antigos

paradigmas na gestão industrial não consigam se manter nos dias de hoje.

A segunda etapa consistiu na realização da simulação de todo o

sistema de Hidrogenação de n-butilaldeído e sua purificação, utilizando um

programa de simulação de processo PDPlus. As simulações das condições de

TAKAYOSHI OGATA


27

operação antes da mudança do processo já existiam, os quais foram

complementados com novas simulações das condições após a mudança no

processo.

A terceira etapa refere-se a realização de pesquisa de campo com o

objetivo de conseguir informações e conhecimentos acerca do problema. A

pesquisa de campo adotada, insere-se na categoria experimental que

consiste em investigação de pesquisa empírica cujo objetivo principal foi a

confirmação dos resultados do teste em escala piloto.

O teste propriamente dito, partiu de uma situação real na

empresa, cujos resultados foram colhidos de forma criteriosa na própria

planta comercial de produção de butanol, utilizando toda a conceituação da

Operação Evolucionária, mais conhecida como EVOP (Evolutionary

Operation). Como a EVOP se aplica a um processo industrial em pleno

funcionamento, qualquer perturbação deve ser feita com muita cautela, para

não se correr o risco de fabricar um produto não desejável ou causar

problemas operacionais graves.

Conforme BARROS NETO (2001), a EVOP ... “é muito diferente de

um planejamento experimental feito em laboratório, onde os fatores podem ser

variados à vontade, não importando muito se o produto final prestará ou não.

Na operação evolucionária, ao contrário, o que estamos buscando é um ajuste

fino. Todo cuidado é pouco. As perturbações, além de suaves, devem ser

realizadas de forma cuidadosamente planejada, para que seja possível extrair

delas alguma informação útil”. Portanto, foi de suma importância a busca da

melhor dosagem, dos insumos e ponto de operação, desde o seu início.

A quarta etapa do trabalho foi a montagem do Balanço Material da

unidade, antes da mudança no processo, da Coluna de Repurificação do

produto e por fim do sistema após a mudança no processo.

Com base nas quatro etapas anteriores, a quinta e última etapa

tratou de consolidar e analisar os dados obtidos, realizando um resumo

comparativo das duas soluções adotadas, a do Fim de Tubo e da Produção

TAKAYOSHI OGATA


28

Mais Limpa. Nessa última etapa foram inseridas também as conclusões da

pesquisa e as perspectivas futuras.

2.2) Marco Teórico e Conceitual

O rápido crescimento econômico e a resultante expansão da

estrutura industrial no mundo todo, tem sido acompanhados por grandes

consumos de recursos naturais. O estilo de vida das pessoas mudou

também em todo o mundo com o advento da chamada sociedade de

“consumo em massa”, como simboliza a popularização dos veículos a motor.

Estes fatores tem também contribuído para a considerável ruptura do

equilíbrio ambiental nos últimos anos.

A inserção de substâncias tóxicas na cadeia alimentar representa

uma ameaça de desequilíbrio ambiental. A origem dos contaminantes pode

ser: lixiviamento de solos agrícolas, água subterrânea contaminada, água de

sedimentos contaminados, córregos urbanos, descargas atmosféricas,

deposição de sedimentos, resíduos industriais, esgoto doméstico e depósitos

de lixo. (KIPERSTOK et al, 2002).

A divulgação dos problemas causados com grandes acidentes

ecológicos e com o conseqüente aumento da consciência ambiental da

sociedade nas últimas décadas, têm revelado grandes pressões nos setores

produtivos, pela proteção ao meio ambiente. A legislação ambiental tem se

tornado gradativamente mais restritiva em relação à manipulação e geração

de produtos tóxicos e perigosos e à restituição de resíduos à natureza.

Tem aumentado a responsabilidade civil e criminal das empresas,

do ponto de vista legal, ante o reconhecimento do risco relacionado com

determinadas atividades. A Constituição Federal de 1988, no inciso 3o. do

artigo 225, no Capítulo do Meio Ambiente, define que a pessoa jurídica é

passível de responsabilidade civil, administrativa e penal. A partir de então,

não somente as pessoas físicas podem ser penalizadas, do ponto de vista

TAKAYOSHI OGATA


29

criminal, mas também as pessoas jurídicas. Em fevereiro de 1998, a Lei n.

9.605 de 1 de fevereiro de 1998, que trata dos crimes ambientais, estabelece

com rigor as penalidades, na área criminal e administrativa, para as pessoas

jurídicas. Segundo SHEN (1995) apud MARINHO (2001, p.52), “... como

conseqüência, os custos dos procedimentos de fim de tubo para atender as

essas exigências, tem se tornado igualmente crescentes assim como os riscos

financeiros relativos a não conformidade com a legislação, recuperação ou

indenização de danos”.

O marco teórico e conceitual deste estudo se apóia nos conceitos

de Produção Mais Limpa. Sem dúvida, este marco teórico é o que existe de

mais atual no que diz respeito à prevenção da degradação ambiental na fonte

e, porque não dizer, de gestão de produção competitiva.

Para dar embasamento às modificações de processo, recorreu-se

também aos registros técnicos, relatórios corporativos, notas de reuniões,

manuais de operação e de processo, projetos básicos e detalhados da planta

de processo, visando dar uma descrição clara do processo de produção de

oxo-álcoois da empresa, mais especificamente do processo de produção de

butanol.

2.3) A Equação Mestra e o Fator 10

Com o rápido desenvolvimento industrial no mundo, trouxe para a

humanidade muito conforto e bem estar. Mas essa transformação trouxe

também questionamentos quanto ao uso exagerado dos recursos naturais

limitados. A velocidade do uso desses recursos com transformações de

matérias-primas para o produto final é sempre questionada pelos vários

seguimentos da sociedade.

Mas, o questionamento que se faz é onde está o vilão da história?

Imediatamente, a mente das pessoas voltam-se para a indústria. No entanto,

será que somente a fase de processamento de um produto na indústria é que

TAKAYOSHI OGATA


30

causa o impacto ambiental? Será que a fase da extração das matérias-

primas, como minérios, petróleo ou carvão não causam maior ou menor

impacto na natureza? E a fase de distribuição, destino final ou mesmo a

sociedade consumista não causa maior impacto ao meio ambiente? Quando

se questiona a quantidade e a disposição final do lixo industrial e também

lixo doméstico, certamente o comportamento do consumo das pessoas, tem

muito a ser analisado. Adotar soluções econômica e ecologicamente

sustentáveis, tornar as empresas ecoeficientes, implica numa mudança

radical de comportamentos e atitudes tanto dos produtores, como das

pessoas.

Uma abordagem freqüente para estimar o impacto das atividades

humanas sobre o ambiente é o Fator 10.

O Fator 10 é um conceito relativamente novo, desenvolvido com

base na equação mestra (Master Equation) de impacto ambiental:

“Impacto ambiental = (população) X (PIB/pessoa) X (impacto

ambiental/unidade de PIB)”

É um conceito utilizado por GRAEDEL e ALLENBY (1998, p.8) que

incentiva o aumento da eficiência nas questões ambientais, econômicas e

sociais da produção e consumo em 10 vezes em 50 anos. Este conceito é

divulgado para chamar a atenção da sociedade para a necessidade de se

aumentar o ritmo da melhoria do aproveitamento dos recursos naturais,

uma vez que são limitados.

Analisando a referida equação, o primeiro e o segundo fator

chamam a atenção da sociedade no sentido de controle da população e de

renda per capta.

TAKAYOSHI OGATA


31

O primeiro fator, a população mundial, continua crescendo

rapidamente, ainda que a taxa de crescimento venha se reduzindo nos

últimos anos. Apesar da dificuldade de se elaborar previsões, tem sido

considerada como razoável a estimativa de um pico de população da ordem

de 10 a 12 bilhões de pessoas até a metade do século XXI, o que significa

que o primeiro fator da equação será multiplicado por 2, nesse período. O

segundo fator decorre do conhecimento de que o aumento da renda per

capita , ainda que esta não implique necessariamente em elevação da

qualidade de vida para todos, tem implicado na elevação proporcional da

pressão sobre o ambiente ou até em uma proporção maior. À revelia das

desigualdades entre países e indivíduos, a tendência predominante é de

aumento da renda per capita na maior parte do globo. Estimativas

grosseiras sugerem uma elevação da ordem de 3 a 5 vezes nos próximos 50

anos. (GRAEDEL e ALLENBY, 1998).

O terceiro fator é o único que, ao menos no curto prazo, pode ser

significativamente reduzido pelo desenvolvimento tecnológico. Com as

projeções acima, a redução precisaria ser de 6 a 10 vezes, no mesmo

intervalo, para que seja mantido o impacto ambiental de hoje. Entretanto,

como o grau atual dos impactos já é considerado insustentável por muitos, o

terceiro fator, eventualmente, precisaria sofrer uma redução de 20 a 50

vezes, para assegurar a sustentabilidade. (GRAEDEL e ALLENBY, 1998

p.16). Este fator, impacto ambiental provocado por unidade de produção, é

da responsabilidade direta dos setores produtivos.

Diante dessas considerações, resulta a idéia de um Fator X, como

a razão necessária de redução do impacto ambiental por unidade de produto

para garantir a estabilidade do planeta. As hipóteses quanto ao valor X, tem

variado entre 4 e 10, em função de diferentes previsões de crescimento dos

dois primeiros fatores da equação, predominando o Fator 10. (SHIMIDT-

BLEEK; GRAEDEL ALLEMBY; O’RIORDAN, 1997, 1998, 2000 apud

MARINHO, 2001).

TAKAYOSHI OGATA


32

Este conceito é muito interessante na medida em que chama a

atenção dos perigos incontroláveis levando à degradação do meio ambiente e

à conseqüente piora na qualidade de vida provocada pelo desenvolvimento

acelerado de novos produtos e desenfreado consumo dos mesmos nos países

desenvolvidos.

Existem países sem nenhum controle populacional, à beira do

caos, com pouquíssimos recursos econômicos como a África e Índia, mas há

também países como o Japão, pobre de recursos naturais e, devido às

dificuldades vivida no pós segunda guerra, o próprio Estado se encarregou

de conscientizar a população sobre a necessidade do não desperdício.

Atualmente, naquele país, o lançamento dos efluentes é

extremamente questionado e limitado através de uma legislação rigorosa.

Existem empresas como a Mitsubishi Chemical Corp., que está empenhada

em mudança e otimização de processos de plantas antigas, que conseguiu

uma redução drástica de seus efluentes em 1/10 em 10 anos (Planta de

Hidroformilação de Olefinas), fato observado pessoalmente por este autor

naquela empresa.

No entanto, nem sempre os setores produtivos daquele país agiram

assim. A Baía de Minamata que o diga, com a contaminação da baía por

mercúrio lançado pela empresa Chisso, provocando mortes e cujos

descendentes da população contaminada há mais de 40 anos, sofrem as

suas conseqüências até hoje. (MASHIMO, 1996).

No caso do Japão, há um forte componente para resultados

positivos em programas como o de Qualidade Total ou conceito de Fator 10.

É a disciplina e a alta conscientização da população com relação ao limitado

recurso natural existente naquele país. Todos são educados para o não

desperdício, cuja conscientização da população começa no berço de cada

família, em razão das dificuldades que historicamente tem passado, aliado

ao pequeno espaço geográfico que dispõe, com alta densidade demográfica.

TAKAYOSHI OGATA


33

O Fator 10 também pode ser interiorizado caso se pense em,

mesmo com dados conservadores de crescimento populacional e de renda,

ter como objetivo a redução do nível de impacto ambiental, daqui a 50 anos,

para a metade do atual. Este raciocínio levou à criação do Clube do Fator 10

em 1993 (WEAVER et al, 2000 apud KIPERSTOK, mimeo 2002).

Na indústria, esse conceito pode ser transportado para cada

modificação no processo, para cada otimização no processo, tal como

redução de reações secundárias no processo produtivo o que na prática

redunda em melhor utilização de matérias-primas, insumos e utilidades.

A maior divulgação do conceito de Fator 10, através de campanhas,

capacitação de técnicos, educação e conscientização da população,

certamente trará benefícios às futuras gerações. A necessidade é imediata e

trata-se de questão de sobrevivência da espécie humana.

2.4) Produção Mais Limpa (PML)

Como conseqüência da degradação contínua e acelerada do

ambiente, as autoridades mundiais tem se preocupado cada vez mais com a

sobrevivência do planeta. A divulgação dessa preocupação tem se dado

através de congressos, palestras, cursos e meios modernos de comunicação

como a “internet”. Cada vez mais as empresas estão convencidas de que o

único caminho para a sobrevivência de todos é tornar seus processos

produtivos não poluentes através de sua prevenção.

KIPERSTOK et al. (2002, p.21), diz que “o ritmo de expansão do

processo de degradação ambiental cresce dia a dia. Por outro lado, cresce a

consciência ambiental da população e das corporações. Está estabelecida uma

corrida entre estes dois processos. Do resultado dela depende o futuro dos

nossos descendentes. Como em toda corrida, ganha quem supera os

concorrentes. O corredor que corre tudo quanto pode poderá se sentir satisfeito

com o seu desempenho e dormir tranqüilo depois, mas não ganha

TAKAYOSHI OGATA


34

necessariamente a corrida, e esta é uma corrida que não podemos nos dar ao

luxo de perder”.

Várias estratégias e abordagens são divulgadas a nível mundial por

entidades preocupadas com o tema. Podemos sintetizar aqui os mais citados

nas literaturas atuais:

• P2 – Prevenção da Poluição, divulgada pela EPA,

Environmental Protection Agency, focaliza especificamente a questão da

geração de resíduos poluentes e sua prevenção;

• PL – Produção Limpa, divulgada pela maioria das

entidades ambientalistas. Segundo o Greenpeace, é uma aplicação

sistemática de princípios que permitem satisfazer as necessidades da

sociedade por produtos ambientalmente corretos, através do uso de sistemas

de energia eficientes e renováveis e materiais que não ofereçam risco, nem

ameacem a biodiversidade do planeta.

• P+L – Produção Mais Limpa, amplamente divulgada em

conjunto pela Organização das Nações Unidas para o Desenvolvimento

Industrial (UNIDO) e Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente

(UNEP). Segundo a UNEP (2002), a Produção Mais Limpa, consiste na

“aplicação contínua de uma estratégia ambiental integrada em processos

produtos e serviços, incorporando o uso mais eficiente de recursos naturais e

minimizando resíduos e poluição, da mesma forma que os riscos para a saúde

humana e segurança”.

Segundo FURTADO (2002), PL - Produção Limpa (Clean

Production) e PML - Produção Mais Limpa (Cleaner Production), são

ferramentas de gestão do sistema de produção de bens e serviços que

oferecem ampla gama de critérios, estratégias e instrumentos para aumentar

a lucratividade das organizações. Segundo o mesmo autor, PL supera a PML,

do ponto de vista tecnológico, ambiental e social.

Na prática, o que é importante para as indústrias é que os antigos

paradigmas da produção não são mais aplicáveis nos dias de hoje. Tanto PL

TAKAYOSHI OGATA


35

como PML, enfatizam a prevenção como o caminho para se atingir a

competitividade e o desenvolvimento das empresas.

Para a PML, no nível de processos e tecnologias de produção, visa a

utilização racional de matérias primas, energia e água, e gerar poupanças à

empresa, a eliminação da periculosidade e toxicidade das emissões e

resíduos antes de deixarem o processo.

No nível de produtos, atua na redução dos elementos impactantes

ao longo de todo o ciclo de vida dos produtos, desde a extração de matérias

primas até a disposição final dos resíduos gerados na sua produção.

E, no nível de gestão, influencia nas atitudes e comportamentos de

todos os níveis hierárquicos das organizações produtivas, propiciando uma

nova abordagem empresarial.

2.4.1) Abordagem Corretiva versus Estratégias Preventivas

O conceito é bastante abrangente. Para compreender melhor esse

conceito encontram-se itemizados na Tabela-3 a seguir, as principais

diferenças entre as abordagens corretivas e as estratégias preventivas,

segundo PENEDA (1996).

Nesta síntese, PENEDA (1996) mostra os dois tipos de

comportamento de uma indústria. Na abordagem corretiva, a indústria “suja

e limpa”, ou seja, polui por sua tecnologia obsoleta, produzindo emissões

atmosféricas, resíduos sólidos e efluentes líquidos. Por conseguinte, faz

investimentos para se enquadrar às exigências da legislação ambiental,

inserindo vários equipamentos de controle de poluição, muitas vezes

adicionando insumos para ajustar os seus efluentes nos padrões exigidos.

São equipamentos de correção de fim de linha que exigem,

também, gastos em manutenção.

TAKAYOSHI OGATA


36

Tabela - 3 – Abordagens Corretivas versus Estratégias Preventivas, segundo PENEDA

Abordagem Corretiva Tecnologias de Tratamento

(Adicionadas em Fim de Tubo)

Estratégias Preventivas Produção Mais Limpa

(Integradas no Sistema de Produção)

• Análise da poluição focalizada apenas nas emissões e resíduos (saídas) do processo produtivo;

• Considera entradas e saídas das várias operações unitárias;

• Tratamento dos efeitos da poluição ao invés das suas causas;

• Prevenção e minimização da formação de poluentes na origem, através de medidas integradas e como parte integrante dos produtos, processos e serviços;

• Tratamento da poluição como fator de custos adicionais;

• Resíduos considerados como defeitos da produção e como recursos potenciais;

• Questões ambientais consideradas apenas como constrangimento e exclusivamente do foro dos peritos em ambiente;

• Melhorias ambientais como responsabilidade de todos os elementos da empresa e fator de oportunidades;

• Salvaguarda ambiental apenas como questão de tecnologia;

• Salvaguarda do ambiente, incluindo medidas não técnicas, técnicas, organizacionais e de gestão;

• Melhoria do ambiente para cumprir a regulamentação;

• Melhoria do ambiente como processo contínuo para se assegurar os mais elevados padrões de qualidade e gerar dividendos;

• Qualidade ambiental dos processos, produtos e serviços geralmente não considerada;

• Qualidade Ambiental integrada na Qualidade Total, significando produtos com perfil ecológico diferenciado;

• Adoção de soluções reativas e externas ao processo de produção;

• Adoção de soluções pró-ativas integradas no sistema de produção;

• Aceitação da produção de resíduos como fato inevitável.

• Prioridade à prevenção ou, pelo menos, a minimização de resíduos.

Fonte: PENEDA (1996)

TAKAYOSHI OGATA


37

Nesta abordagem, evidentemente o custo de produção aumenta,

diminuindo a sua competitividade frente à sua concorrência. É um tipo de

abordagem sem uma visão integrada dos problemas ambientais da empresa,

e muito menos do seu negócio. Neste tipo de abordagem não há

preocupações ambientais e os produtos e processos foram projetados sob o

paradigma de que a geração de resíduo faz parte integrante do processo

produtivo.

As Estratégias Preventivas levam em conta a prevenção das

emissões na fonte, numa atitude pró-ativa ou, pelo menos, em uma atitude

de minimização radical, integra o ambiente nos processos produtivos através

de aplicação de tecnologias mais limpas, considerando os conceitos de PML.

A adoção de medidas preventivas leva as empresas a serem mais

competitivas, com mínimo possível em investimentos, insumos e

manutenções desnecessários. O uso racional de energia, matérias-primas,

água, mão-de-obra torna a produção mais simples, e conseqüentemente,

traz a redução de custos de produção.

Cada vez mais empresas tem dado resultados econômico e

ambiental positivos ao aplicar esse conceito. Essas empresas abraçaram

uma nova filosofia e mentalidade em adotar a produção de bens e serviços de

forma a evitar a degradação do ambiente, prevenindo ou gerando o menor

impacto ambiental possível.

No caso da empresa em análise, cujas características e condutas

foram explanadas no item 1.2, para resolver um problema de especificação

do produto, pressionada por um cliente, passou de uma solução de “fim de

tubo” utilizada inicialmente, para a busca de uma solução tecnológica,

quando se deu uma mudança no processo, adicionando um promotor,

alterando totalmente o enfoque dado à primeira solução. Assim, passou da

solução de fim de tubo para a solução de prevenção na fonte.

TAKAYOSHI OGATA


38

2.4.2) Sociedade Sustentável

Esta nova abordagem na solução do problema tem, na origem, um

fundamento teórico elaborado por KIPERSTOK et al (mimeo, cap.3, 2002),

com base na Figura-2.

Disposição de Resíduos

Tratamento Fim de Tubo

Tendências Modificação do Produto

Ecologia Industrial

Consumo Sustentável

Prevenção

Reciclagem

Melhoria na Operação

Modificação do Processo

SOCIEDADE SUSTENTÁVEL

Figura-2: Sociedade Sustentável - Do Fim do Tubo à Sustentabilidade Ambiental Fonte: KIPERSTOK et al (2002, p.86).

A abordagem do tema denominada de Sociedade Sustentável, é

realizada sugerindo uma evolução na resolução de problemas relacionados

com a produção de resíduos em geral. Aqui, a conotação resíduos significa,

resíduos sólidos, líquidos e gasosos. A Figura-2 mostra os tipos de soluções

TAKAYOSHI OGATA


39

de problemas divididos em três grupos. À medida que sobe o degrau, maior é

a eficiência, a racionalidade e a produtividade no uso de recursos naturais,

caminhando da solução do fim de tubo, passando pela prevenção e,

finalmente, seguindo para a otimização de todo o mecanismo de

ecoeficiência que KIPERSTOK denominou de Tendências.

Segundo HENRIQUES (1997) apud KIPERSTOK et al (mimeo,

2002), a eco-eficiência aborda não só a eficiência nas questões ambientais e

econômicas, mas também nas questões sociais. Também, PENEDA (1996

p.5), relata que, de acordo com o organismo das Nações Unidas, “ Business

Council for Sustainable Development”, a ecoeficiência, atinge-se pela oferta

de bens e serviços financeiramente competitivos, que satisfaçam as

necessidades humanas e a qualidade de vida, ao mesmo tempo que reduzem

progressivamente os impactantes ecológicos e a intensidade de recursos ao

longo do ciclo de vida dos produtos atendendo à capacidade de sustentação

do ambiente.

Fim de Tubo

O primeiro grupo denominado de Fim de Tubo, compõe de duas

soluções: a de Disposição e Tratamento de Resíduos.

O primeiro degrau apresentado na Figura-2, é a Disposição de

Resíduos. A indústria sem uma visão integrada do meio ambiente, gera uma

enorme quantidade de resíduos, realizando a sua disposição no fundo do seu

terreno. Um dia ela constata e observa que o seu terreno também tem limite.

Já a indústria que adota a solução de tratamento, na grande

maioria está movida pela pressão da legislação. Também com uma visão

míope do seu negócio, aumenta o seu custo de produção, conforme discutido

no item anterior, abordagem segundo PENEDA (1996).

TAKAYOSHI OGATA


40

Como exemplo, pode-se citar a instalação de uma coluna

esgotadora de efluentes em uma planta, conforme mostra a Figura-3.

Numa planta de processo, temos como entrada, as matérias-

primas, insumos e utilidades. Como resultado do seu processamento, temos

como saída, as emissões atmosféricas, o produto final para a comercialização

e os efluentes. O Efluente-1 indicado na Figura-3, é resultado da má

utilização das matérias-primas, insumos e utilidades, com a vazão Q1 e carga

orgânica com a Demanda Química de Oxigênio, DQO1.

Separador de Óleo

Emissões Atmosféricas

Efluentes-1 Q1

DQO1

Coluna Esgotadora

Efluentes-2 Q2

DQO2

Produtos

Matérias-Primas Insumos Utilidades

PLANTA DE PROCESSO

Oleo Recuperado

Figura-3: Tratamento de Efluentes com Coluna Esgotadora Fonte: Construção própria.

A depender da planta de processo, lançar esse efluente no meio

ambiente tem restrições pela legislação, portanto, utiliza-se técnicas de seu

tratamento como a instalação de um separador de óleo e posteriormente

uma Coluna Esgotadora. Pela base da coluna, é separado o óleo que é

TAKAYOSHI OGATA


41

recuperado para posterior utilização como combustível. Pelo topo da coluna,

é retirado um efluente com a carga orgânica menor do que o efluente

alimentado (Efluente-1), com redução da ordem de 80% a 90%, conforme

experiência do autor.

Nesta solução, além de continuar com a emissão de efluente,

embora com menor carga orgânica (DQO2 menor do que DQO1), tem-se um

aumento do custo de produção, com gastos em vapor e energia e aumento de

custo unitário Matéria-prima/Produto Final, conforme abordagem corretiva

apresentada no item anterior. Além disso, observa-se que nessa abordagem,

a indústria realiza investimentos adicionais de produção. É típico da

tecnologia designada de Fim de Linha.

Esta solução é muito utilizada nas indústrias, que aceitam a

geração de resíduos como um fato inevitável, denominado por PENEDA

(1996) de Estratégia Empresarial Curativa, com Processo Linear de

Produção. Na Figura-4, podemos visualizar o Sistema Linear de Produção

Industrial, dita convencional, segundo THORPE (1999). Nessa estratégia, não

há uma otimização na utilização de matérias-primas e utilidades, e os

resíduos gerados não são reaproveitados. Também, não há uma preocupação

na recuperação energética ou de insumos. É um sistema de produção, dita

Linear ou “one way”.

RESÍDUOS NÃO APROVEITÁVEIS

Disposição Final de RESÍDUOS TÓXICOS

PRODUTOS TÓXICOS CICLO CURTO

PROCESSAMENTO MATÉRIAS-PRIMAS

RECURSOS NÃO RENOVÁVEIS

Figura-4: SISTEMA LINEAR DE PRODUÇÃO INDUSTRIAL Fonte: Construção própria, adaptada de THORPE (1999).

TAKAYOSHI OGATA


42

Prevenção

Melhor do que esses dois tratamentos de fim de tubo, tem-se o

segundo grupo que compõe de reciclagem, da melhoria na operação e

modificação no processo.

Na Reciclagem, os resíduos gerados podem ser reaproveitados

como matéria-prima para o mesmo produto ou para produto diferente.

Subindo o degrau, já na atitude de prevenção, depara-se com a Melhoria na

Operação e Modificação no Processo. O primeiro procura melhorar a

operação continuamente, adotando a filosofia KAIZEN5, evitando desperdício

de matérias-primas, energia e água, a maioria, atuando na origem. No caso

da Modificação no Processo, visa uma ação integrada do processo com o

meio ambiente, procurando melhores soluções de operações unitárias,

atuando na fonte para minimizar a geração de seus resíduos.

Pode-se citar como um bom exemplo de Recuperação Energética e

Recuperação de Matérias-Primas, o processo de produção de gás de síntese

ou oxo-gás.

O Gás de Síntese é produzido através da reforma catalítica do gás

natural, gás carbônico e vapor d´água (Figura-5). O Gás de síntese é uma

mistura de hidrogênio e monóxido de carbono, em proporção molar de 1:1. O

gás natural é misturado com o gás carbônico (CO2) e vapor d´água e

alimentado nos tubos da fornalha de reforma carregados com catalisador à

base de níquel.

CH4 + H2O CO + 3 H2

C02 + H2 CO + H2O

CH4 + CO2 2 CO + 2 H2

GÁS NATURAL GÁS DE SÍNTESE

5 KAIZEN é definido como pequena modificação para tornar fácil o seu trabalho diário. É uma filosofia de melhoria contínua que teve a sua origem nas empresas japonesas. (FUJITA, 1997).

TAKAYOSHI OGATA


43

Esta reação é endotérmica, ou seja, para que ocorra a reação, há

necessidade de fornecimento de energia externa. Essa energia é fornecida

pela queima de combustível, que pode ser o próprio gás natural, externo ao

tubo do reformador.

1000 0C

Água

Vapor Gerado

Gás de Síntese

CO2 Recuperado

Gás Natural Vapor

Combustível

Figura-5: Reforma Catalítica de Gás Natural com Recuperação Energética e de Gás Carbônico.

O produto da queima é o gás de combustão com temperatura de

1000 0C, rico em gás carbônico (CO2). Esse calor é recuperado numa

Caldeira Recuperadora de Calor, instalada na saída do Reformador, gerando

um vapor de 30 a 40 bar de pressão. O fluxo resfriado, segue para a seção de

Recuperação de CO2 por absorção utilizando aminas. O CO2 recuperado é

reciclado, e é utilizado junto com o gás natural e vapor como matéria-prima.

Esta solução apresenta uma dupla recuperação de emissões, a

Recuperação Energética e o Gás Carbônico aproveitado como matéria-prima.

É um Processo Cíclico de Produção e se enquadra nas Estratégias

Preventivas, segundo a classificação apresentada por PENEDO (1996 p.10).

TAKAYOSHI OGATA


44

THORPE (1999), apresenta a definição de Produção Limpa, com base no

conceito circular de ciclo de vida dos produtos, conforme Figura-6, a seguir:

RESÍDUOS

RESÍDUOS

CONSUMO PRODUTOS

UTILIZAÇÃO Produtos Reutilizáveis, Recicláveis, Necessários.

MANUFATURA

RECURSOS Renováveis

MATERIAS-PRIMAS, ENERGIA

Figura-6: Estratégia Preventiva – Visão Circular de Produção Fonte: Construção própria, adaptada de PENEDA (1996) e THORPE (1999)

Apesar da geração de resíduos, nessa estratégia, há uma

preocupação em minimizar a geração de resíduos atuando na sua origem. A

utilização de Recursos Renováveis é incentivada e a própria matéria-prima e

energia, ou parte delas, são oriundos da reciclagem, ou reaproveitamento

energético dos resíduos gerados.

Tendências

No estágio mais avançado, conforme constata na Figura-2, tem-se

as tendências que englobam a de Mudança de Produto, Ecologia Industrial e

Consumo Sustentável.

A Mudança de Produto é uma atitude radical que abandona um

produto que gera muitos resíduos por um outro de melhor eco-eficiência.

TAKAYOSHI OGATA


45

Pode ser citado o caso das baterias descartáveis substituídas por

recarregáveis, produto orgânico de um “spray” por uma formulação solúvel

em água e líquido refrigerante cloro flúor carbono (CFC) por amônia ou um

produto ambientalmente seguro. (VIGNESWARAN, JEGATHEESAN e

VISVANATHAN, 1999).

A partir desse ponto, as técnicas de prevenção, transcendem o

limite de atuação de apenas uma indústria. Poderá haver uma sinergia entre

a industria geradora de resíduos e uma outra que necessita do mesmo

resíduo. Por exemplo, uma empresa que gera um efluente básico poderá

enviar o mesmo para uma indústria que gera efluente ácido e, quando

juntado, produz um efluente que atenda os requisitos do descarte.

Na definição tradicional, resíduo é qualquer material não

aproveitado que será posteriormente recolhido e disposto como lixo. O campo

emergente da ecologia industrial, limita a perspectiva de escolher,

independentemente de considerar o problema dos resíduos, o projeto dos

produtos e respectivos processos de fabricação. Na visão agora em

desenvolvimento, os projetistas tentam incorporar, em seus projetos, a

prevenção de problemas potenciais de perdas e desperdícios, segundo

FROSCH (1997).

Segundo GRAEDEL e ALLEMBY (1998, p.19), a Ecologia Industrial

é o estudo do meio através do qual a humanidade pode, deliberada e

racionalmente, aproximar e manter uma capacidade de carga adequada, com

uma contínua evolução econômica, cultural e tecnológica. O conceito requer

que o sistema industrial seja visto não isoladamente com os sistemas que

estão à sua volta, mas fazendo parte deles. É uma visão de sistema na qual

procura-se otimizar o ciclo total dos materiais, do material virgem ao

material acabado, produtos, produtos obsoletos e disposição final. Os fatores

a serem otimizados incluem os recursos naturais, energia e capital.

A Ecologia Industrial propõe uma visão sistêmica integrada do

setor produtivo e, desse, com o meio ambiente como caminho para a

TAKAYOSHI OGATA


46

otimização do aproveitamento dos recursos naturais. Valoriza a consideração

de todas as inter relações da organização social e econômica, e desta com a

natureza, como meio de identificação de novos arranjos que conduzam a

essa otimização (MARINHO, 2001, p.107).

Observa-se nesses conceitos que, mesmo com o projeto dos novos

processos e produtos com os sistemas voltados para a redução dos resíduos,

aceita-se a perda ou desperdício de energia e de material. No primeiro

momento, percebe-se que há um conflito entre as propostas da Produção

Mais Limpa com as propostas da Ecologia Industrial. No entanto, a idéia da

ecologia industrial é de que os resíduos gerados na concepção tradicional, ao

invés de serem descartados automaticamente, se constituam em matérias-

primas e utilidades, para outros processos e produtos em outras plantas. O

resíduo de uma indústria poderá ser útil como matéria-prima para outra

indústria.

MARINHO e KIPERSTOK (2003), fazem referência a diferentes

pontos de vista de alguns autores à esse respeito. OLDENBURG e GEISER

(1997) apud MARINHO e KIPERSTOK (2003), consideram que a prevenção da

poluição já tem um histórico de resultados a apresentar e seus mecanismos

já conseguiram um significativo ganho ambiental nos processos produtivos.

Forçadas por regulamentos e pela opinião pública, a reduzir as pressões

sobre o meio ambiente, as empresas obtiveram, em paralelo, ganhos

econômicos pelo aumento da eficiência dos processos. Essa experiência, que

já permite somar ganhos ambientais com a melhoria da imagem das

empresas perante os consumidores e ganhos econômicos, mantida a pressão

legal, determinaria um movimento crescente do sistema produtivo no sentido

da adoção de tecnologias limpas.

Segundo os mesmos autores, as incompatibilidades da Ecologia

Industrial com a Prevenção da Poluição seriam a valorização da reciclagem, a

redução da eficiência no uso dos materiais nos processos e o aumento dos

riscos.

TAKAYOSHI OGATA


47

MARINHO e KIPERSTOK (op. cit.), complementam que os riscos

seriam devidos à admissão da produção e manejo de produtos perigosos,

para alimentação de outro processo ou reciclagem, inclusive por áreas

externas às zonas industriais, o que submeteria a risco tanto os

trabalhadores envolvidos com os processos como as comunidades vizinhas.

Na opinião desses autores, é que admitindo-se e incentivando-se a

reciclagem, a Ecologia Industrial estaria defendendo um procedimento já

considerado em um degrau inferior na hierarquia das alternativas para a

redução dos impactos ambientais.

Continuando a análise do conteúdo apresentado na Figura-2,

nota-se que nos degraus superiores os conceitos ficam mais abrangentes não

se limitando ao interior de uma fábrica. Há um alcance maior envolvendo os

setores produtivos com o mercado consumidor. Necessariamente, procura

uma otimização desde a utilização racional das matérias-primas e energias

até a integração da produção com o meio ambiente, buscando o equilíbrio

entre a demanda humana com o equilíbrio dos ecosistemas, ou seja, com a

sua sustentabilidade.

2.4.3) Técnicas para Redução de Poluição, segundo LAGREGA

Para enfatizar este enfoque da Sociedade Sustentável, LAGREGA,

BUCKINGHAM e EVANS (1994), apresentam um organograma mestre das

ações para prevenção e controle da poluição, conforme Figura-7.

Este organograma mostra as possíveis soluções de tecnologia,

atitudes gerenciais e técnicas indo desde o fim de tubo, tais como, disposição

final, incineração, passando por reciclagem, boas práticas operacionais

(housekeeping), mudanças na tecnologia, insumos, até chegar na prevenção,

e redução na fonte. Mostra também que, quanto mais à sua esquerda e mais

acima, as soluções se encontram voltadas para a prevenção, portanto, são

melhores do ponto de vista de eco-eficiência.

TAKAYOSHI OGATA


48

Pode-se observar que nas duas abordagens citadas, a solução

adotada pela empresa em foco, se enquadra na prevenção de geração de

poluentes, mais propriamente na modificação do processo. São abordagens

modernas que nas literaturas mais antigas não havia qualquer referência

dessa natureza.

Por exemplo, segundo BRAILE e CAVALCANTI (1979),...”o nível de

controle, necessário ou imposto, é freqüentemente definido em termos da

melhor tecnologia disponível, cuja determinação depende de dois fatores

primordiais: informação disponível e condições econômicas. Diante da

necessidade de controle, torna-se lógico que se deve considerar a melhor

tecnologia disponível quando ela oferecer vantagens significativas em

comparação com outras técnicas. Entretanto, a fim de identifica-la e aplica-la,

é indispensável contar com informações que definam as condições de

aplicabilidade e desenvolvimento da tecnologia de controle da poluição”.

As idéias do Braile e Cavalcanti resolviam, em parte, os problemas

ambientais, cujo enfoque era mais para a solução de fim de tubo, isto é a

necessidade de controle com a melhor tecnologia disponível na época, após a

ocorrência do fato. São soluções localizadas, sem uma visão sistêmica como

os conceitos mais modernos abordados em Produção Mais Limpa.

A pressão da sociedade, aliada à pressão das exigências legais e

comerciais, tem levado as empresas a repensarem na estratégia de produção

e na melhoria de processo. A conceituação da Produção Mais Limpa tem

demonstrado que processo poluidor é sinal de ineficiência dos processos e,

sobretudo, dos administradores. O processo poluidor é sinal de prejuízo, da

não competitividade dos seus produtos, é um atraso de vida para as

empresas.

TAKAYOSHI OGATA


49

TAKAYOSHI OGATA


50

Segundo MARINHO (2001 p.51), “...o conceito de Produção Mais

Limpa tem sido experimentado em empresas de diferentes portes e

características, em países diversos, confirmando as vantagens ambientais e

econômicas previstas. Os resultados já obtidos mostram ser o conceito

amplamente acessível, ainda que a amplitude dos programas dependa,

naturalmente, das capacidades econômica e gerencial de cada empresa”.

As duas abordagens feitas por KIPERSTOK et al. (mimeo, 2002),

acima, mostram uma clara mudança na lógica da estratégia de produção,

com ação integrada de uso racional de matéria-prima e energia, com o

mínimo de desperdício de utilidades e, acima de tudo, uma gestão

administrativa de produção avançada voltada ao bem estar de todos.

Vale observar que a base fundamental de toda essa estratégia,

simplesmente, são as boas práticas operacionais. Na experiência vivida pelo

autor deste trabalho no Japão, essas práticas têm na origem o conhecido

Programa 5S, que tem no seu bojo a mudança de atitudes, posturas e

hábitos e, conseqüentemente, a mudança de cultura. Os japoneses são

conduzidos a essa prática, desde o seu berço.

SILVA (1995) define o 5S como um sistema de qualidade pessoal

que enfatiza a prática dos bons hábitos apreciados por todo o ser humano.

Essa mudança na lógica da estratégia de produção, tem se

traduzido em vantagens competitivas para as corporações que já

experimentaram e incorporaram o conceito de Produção Mais Limpa.

2.4.4) Estratégias Ambientais

ANDRADE (1997), observa que a evolução das tecnologias e

procedimentos conforme ilustrado por LaGrega na Figura-7, reflete as

mudanças de estratégias adotadas pelas organizações na medida em que se

desenvolve o processo de internalização da dimensão ambiental.

TAKAYOSHI OGATA


51

Do ponto de vista do MEREDITH (1994) apud ANDRADE (1997),

este processo evolutivo começa com a estratégia reativa ou defensiva, passa

depois por um estágio intermediário que é a estratégia ofensiva e termina

com a estratégia inovativa.

Na estratégia reativa as empresas se limitam a um atendimento

mínimo e relutante da legislação ambiental. Não fazem modificações na sua

estrutura produtiva e nos seus produtos, limitando-se somente à

incorporação de equipamentos de controle da poluição na saída dos

efluentes para o meio ambiente (tecnologia de fim de tubo). A dimensão

ambiental é percebida como um custo a mais e desta forma representa uma

ameaça à competitividade empresarial.

Na estratégia ofensiva, os princípios orientadores passam a ser a

prevenção da poluição, a redução do consumo de recursos naturais e o

cumprimento além das exigências da legislação. Neste sentido são

implementadas mudanças incrementais nos processos, produtos ou

serviços, de modo a vender uma boa imagem para o consumidor

conscientizado para a questão ambiental bem como para reduzir custos. O

objetivo é obter vantagem competitiva, onde possível, sem muito

investimento. A dimensão ambiental, muito embora seja gerenciada pela

área de produção, já é encarada como uma oportunidade de redução de

custos de produção.

Na estratégia inovativa, o princípio básico adotado é a integração

entre as estratégias ambientais e de negócios de tal forma que elas passam a

ser quase indiferenciáveis. As empresas se antecipam aos problemas

ambientais futuros, através da sua resolução, simultaneamente com o

fortalecimento de suas posições no mercado. A excelência ambiental passa a

ser condição necessária para o sucesso da empresa, mas não é suficiente.

Torna-se necessária a integração da excelência ambiental com a comercial

através do desenvolvimento, produção e comercialização de produtos com

mudanças substanciais de performance ambiental e o gerenciamento dos

ciclos de vida dos mesmos. A dimensão ambiental passa a ser uma função

TAKAYOSHI OGATA


52

de toda a administração e é percebida simultaneamente como uma alta

ameaça e uma alta oportunidade.

FERNANDES et al. (2001), concentrou as características das

estratégias ambientais à partir de ANDRADE (1997), conforme mostra a

Tabela-4.

Tabela-4: Características das Estratégias Ambientais

ESTRATÉGIA AMBIENTAL CARACTERÍSTICA

DEFENSIVA OU REATIVA

OFENSIVA INOVATIVA

Legislação Atendimento mínimo Superação das exigências

Fator de diferenciação e competitividade

Tecnologia Controle na saída dos efluentes

Prevenção da poluição e redução do consumo de recursos naturais através de mudanças incrementais

Prevenção da poluição e redução do consumo de recursos naturais através de inovações tecnológicas

Estrutura de Produção

Produtos e processos sem alterações

Processos e produtos convencionais mas ambientalmente corretos e visando menor custo de produção

Novos processos e produtos com alta performance ambiental e gerenciamento do ciclo de vida dos mesmos.

Objetivo Sobrevivência Aumento da competitividade

Assimetria competitiva

Posição organizacional da variável ambiental

Operacional Negócio Corporativa

Percepção da variável ambiental

Ameaça Oportunidade Alta ameaça e alta oportunidade

Fonte: FERNANDES et al. (2001)

A escalada progressiva de uma indústria através das três

estratégias apresentadas, exige uma disciplina e uma definição de metas

muito bem consolidada. É preciso um desvencilhamento radical das

estratégias empresariais tradicionais.

TAKAYOSHI OGATA


53

CAPÍTULO-3 ESTADO DA ARTE EM PRODUÇÃO DE ÁLCOOIS

“Só será atingida uma consistente melhoria da qualidade dos efluentes, se as indústrias levarem a sério o compromisso de aprimorar seus processos produtivos”.

Asher Kiperstok

3.1) Produção de Oxo-Álcoois

As informações a seguir são adaptadas pelo autor, com base nas

informações contidas nas seguintes referências: CORNILS e MULLEN (1980),

CIQUINE (1981, 1983, 1986), MITSUBISHI (1970, 1979, 1980) e MORRISON

e BOYD (1978).

Os álcoois primários de 4 a 15 carbonos tem a sua aplicação

principalmente em solventes, e como matéria-prima para a produção de

plastificantes e detergentes, dependendo do comprimento da corrente

molecular e ramificações. Uma pequena quantidade de butanois (álcool com

4 carbonos) e octanol (álcool com 8 carbonos) são derivados do acetaldeído,

seguido de condensação aldoolica e hidrogenação. Uma quantidade mínima

de álcoois C12 e C14 são obtidos dos produtos naturais como côco. (CIQUINE,

1981).

O Processo Oxo ou normalmente conhecido como Hidroformilação,

é uma reação de olefinas com monóxido de carborno e hidrogênio

produzindo um aldeído. Esta reação foi descoberta pelo químico alemão

Otto Roelen da Ruhrchemie (atualmente parte da Celanese) na década de 30.

TAKAYOSHI OGATA


54

O processo envolve a adição de monóxido de carbono e hidrogênio

quebrando a dupla ligação de uma olefina.

As principais reações de hidroformilação de olefinas são as

seguintes:

RCH=CH2 + CO + H2 R(CH2)2CHO

(olefinas) (aldeídos)

RCH=CH2 + CO + 2H2 R(CH2)3OH

(olefinas) (álcoois)

Sendo, R representado por um grupo alkil tendo de 1 a 12 atomos

de carbonos. As equações acima, representam a maioria das conversões de

olefinas para aldeídos e álcoois. Nessas equações são representadas também

simultaneamente a formação de normal aldeídos e seus isômeros, o iso-

aldeídos e os álcoois correspondentes, normal álcoois e iso-álcoois. A relação

molar de normal aldeídos com iso-aldeídos, depende do catalisador e seu

ligante utilizado. (Morrison & Boyd, 1978).

3.2) Produção de Butilaldeídos

Assim, a hidroformilação de propeno, produz-se o normal

butilaldeído e o iso-butilaldeído, conforme equação a seguir (Morrison &

Boyd, 1978 e CIQUINE, 1981 e 1983):

catalisador CH3CH=CH2 + CO + H2 CH3CH2CH2CHO + (CH3)2CHCHO (propeno) (n-butilaldeído) (iso-butilaldeído)

TAKAYOSHI OGATA


55

A relação molar de n-butilaldeído com iso-butilaldeído é

determinado pela concentração de catalisador e seu ligante. Atualmente

existem no mundo alguns processos consagrados de hidroformilação de

olefinas e essa relação molar normalmente varia de 6 a 20. Mas, sabe-se que

existem pesquisas realizadas com essa relação chegando a 80.

Na década de 70, a Celanese iniciou a produção de butilaldeídos

utilizando o catalisador ródio e posteriormente a Union Carbide/Davy McKee

e Johnson Matthey licenciaram a tecnologia utilizando o catalisador

ródio/fosfina. Atualmente, o butilaldeído é produzido pela hidroformilação de

propeno utilizando vários tipos de fosfinas com catalisador ródio. A BASF e a

Mitsubishi Chemicals introduziram a sua tecnologia ródio/fosfina na

Europa, Japão e América do Sul. A Ruhrchemie que usava o catalisador

cobalto, juntou-se com a Rhone Poulanc e desenvolveu o processo de

produção de butilaldeído utilizando o ródio/fosfina solúvel em água.

Existem diversos processos de produção de aldeídos utilizados por

muitos fabricantes no mundo. Para a maioria dos produtores, o n-

butiladeído é produzido como intermediário para a produção de butanol.

3.3) Processo de produção de Butanol (Álcool Butílico)

Utilizando o processo de hidrogenação desses aldeídos produz-se

os álcoois correspondentes, isto é, do n-butilaldeído produz-se o n-butanol e

do iso-butilaldeído, produz-se o iso-butanol. (Morrison & Boyd, 1978).

CH3CH2CH2CHO + H2 CH3CH2CH2CH2OH (n-butilaldeído) (n-butanol) CH3CH2CHO + H2 CH3CH2CH2OH

CH3 CH3

(Iso-Butilaldeído) (iso-butanol)

TAKAYOSHI OGATA


56

Basicamente, existem duas linhas de processos de produção de

butanol produzido através da hidrogenação de n-butilaldeído: O primeiro

processo, a hidrogenação ocorre em fase vapor e o segundo processo, ocorre

em fase líquida utilizando um catalisador de leito fixo. A Union

Carbide/Davy McKee/Johnson Matthey, utilizam a tecnologia de

hidrogenação na fase vapor com catalisador à base de CuO/ZnO. Todos os

outros, como a Celanese, Mitsubishi Chemicals utilizam a tecnologia de

hidrogenação na fase líquida com o catalisador à base de Ni/Cr. Hoje, as

patentes desses processos de produção são todas de domínio público.

(CIQUINE, mimeo1981 e 1983)

3.3.1) Hidrogenação em Fase Vapor

Conforme mostra a Figura-8, o n-butilaldeído é hidrogenado

adiabaticamente através de tecnologia na fase vapor desenvolvida pela Union

Carbide. O reator é do tipo multi-tubular, utilizando o catalisador CuO/ZnO.

Inicialmente o n-butilaldeído líquido proveniente da hidroformilação de

propeno, é alimentado em contra-corrente com a corrente de gás contendo o

hidrogênio e o gás de reciclo no vaporizador. O calor de vaporização é

proveniente parte do gás e parte do calor externo.

O efluente gasoso proveniente do vaporizador é aquecido antes de

alimentar o reator de hidrogenação. A reação ocorre a uma temperatura T e

a pressão P. O produto da reação é condensado posteriormente. Neste

resfriamento há uma recuperação de calor, produzindo vapor.

O produto da reação contendo butanol, após condensado e

degaseificado, onde os aldeídos não reagidos voltam na forma de vapor para

o vaporizador antes do reator.

TAKAYOSHI OGATA


57

TAKAYOSHI OGATA


58

O produto líquido é alimentado no Reator ( R2 ) de alta pressão de

10 a 20 kg/cm2, com catalisador de Ni/Cr. O produto da reação separado é

então enviado à seção de purificação, onde são utilizadas técnicas de

destilação convencional para a separação de butanol.

O vapor produzido na condensação do produto após o reator é

utilizado nos refervedores das colunas de destilação e é um item de grande

mérito no custo de produção.

3.3.2) Hidrogenação em Fase Líquida

As informações a seguir foram adaptadas pelo autor, com base

nas informações contidas nas seguintes referências de domínio público:

Mitsubishi (1970, 1979,1980).

Conforme a Figura-9, o n-butilaldeído é hidrogenado

adiabaticamente através de tecnologia na fase líquida desenvolvida pela

Celanese e também pela Mitsubishi Chemicals a uma temperatura de 1200C

a 1700C e pressão de 30 kg/cm2 a 100 kg/cm2. O reator é do tipo tubular

com 3 ou 4 leitos, utilizando o catalisador Ni/Cr suportado em alumina.

Inicialmente o n-butilaldeído líquido proveniente da hidroformilação de

propeno, e o solvente é alimentado no reator com o hidrogênio. O solvente é

o próprio butanol especificado e tem a função de remover o calor da reação

do aldeído com o hidrogênio. Neste processo não tem a recuperação de calor

gerando vapor. (CIQUINE, 1981).

O produto da reação além do produto principal BuOH, contém os

produtos resultantes das reações secundarias, tais como, i-BuOH – iso

butanol, DNBE – dibutil éter e produtos pesados. O fluxo proveniente do

reator de hidrogenação é enviado para a Seção de Purificação. A purificação

do butanol ocorre em uma seqüência de destilações utilizando técnicas

convencionais.

TAKAYOSHI OGATA


59

Primeiramente o produto da reação é alimentado na coluna de

desidratação (T1). Pela base é retirado o principal produto BuOH e seus

pesados e pelo topo os leves. O produto de base é alimentado na Torre do

Produto Principal (T2). O produto do topo dessa coluna é o butanol.

Pela base da coluna de butanol (T2), retira-se o BuOH não

especificado, alimentando na coluna de pesados (T4). O produto de topo

dessa coluna é um butanol não especificado, que é enviado para o tanque de

solvente para posterior reaproveitamento no reator. E o produto da base da

coluna de pesados (T4) é descartado como efluente para o Separador de

Óleo. Após separação do óleo, a parte aquosa é enviada para uma coluna de

esgotamento, daí o efluente segue para ao tratamento na CETREL.

Os leves retirados da coluna de desidratação (T1) é um azeótropo

ternário, formado por DNBE – di normal butil éter, butanol e água. Portanto,

para ter uma boa retirada do DNBE pelo topo, há necessidade de alimentar

água junto com a alimentação da torre. O produto de topo após passar por

um condensador é enviado a um separador. A fase aquosa é descartada

como efluente para o separador de óleo e posteriormente para a Coluna

Esgotadora e o efluente separado segue também para a CETREL. A fase

oleosa é enviada para a coluna de leves (T3); o produto de fundo é enviado

para o tanque de solvente e o produto de topo após separação, a fase oleosa

é enviado para o tanque de solvente e a fase aquosa é descartada como

efluente para o Separador de Óleo, seguindo para a mesma coluna

esgotadora e após para a CETREL.

TAKAYOSHI OGATA


60

TAKAYOSHI OGATA


61

3.4) Formação de Eter

A produção de Butanol para utilização como solvente, produção de

plastificantes e detergentes é de suma importância na indústria

petroquímica. Como vimos, o Butanol é obtido através da hidrogenação

catalítica de normal butil aldeido (NBAL), passando pelo catalisador de Ni/Cr

para o caso do processo na fase líquida. Face à reação exotérmica a

temperatura é controlada fazendo uma mistura de Álcool Butílico/N butil

aldeído (BuOH/NBAL) numa temperatura T e pressão P.

As informações a seguir são adaptadas pelo autor, com base no

artigo do CORNILS e MULLEN (1980). O produto da reação principal, como

vimos é o butanol, obtido através da hidrogenação de normal butil aldeído,

conforme a reação:

catalisador

butanol

O H HC3 + H 2O

C C H 3

n-butilaldeído H

Como na maioria das reações químicas em escala industrial,

ocorrem também reações secundárias, as reações indesejáveis, tais como:

• Reação de desidratação:

butano C H 3 O H C H 3

C H 3 2 H 2 butanol

+ + H 2 O

TAKAYOSHI OGATA


62

• Reação de Decarbonilação:

C H 3 C O

H C H 3 C H 3 + CO

propano n-butilaldeído

• Reação de Dehidroximetilação:

+ H 2 2 C H 3 CO H C H 3 H 3 + + C H 4 H 2 O

propano butanol

• Reação de Aldoolização: C H 3

C H 3

O H C

O

H

catalisador

básico O

2

n-butilaldeído H

C C H 3

C8 aldol

• Formação de C8 diol

C H 3

O H C

O

H

C H 3

OH

C H 3

O H

C H 3 H 2 + catalisador

C8 aldol C8 diol

TAKAYOSHI OGATA


63

• Reação de Esterificação

O H C H 3 O C H 3 C H 3 O

Ester C8 O

cat.

Ácido Butílico O H

C C H 3 +

H

O C

C H 3

n-butilaldeído Ester C12 O

CH3 O

C H 3

O H

C H 3

C H 3

H

O C

O H

C H 3

C8 aldol

+ cat.

butanol

Complementando as reações secundárias, temos a formação de um

éter, denominado Di-butil éter (DNBE) ou simplesmente butil éter. A

formação desse éter traz um problema bastante grande na especificação do

produto principal.

Numa reação química, a formação de éter é favorecida pelo

ambiente reacional muito ácido. Neste caso, essa formação é resultante da

disponibilidade do sitio ácido no suporte de alumina do catalisador de

hidrogenação com alta temperatura.

Nesse ambiente favorável, o di-butil éter é formado por duas

reações, conforme segue:

10) Formação de éter através do álcool

+ H 2O

C H 3 O H catalisador

meio ácido O

di-butil éter

C H 3

butanol

CH 32

TAKAYOSHI OGATA


64

20) Formação de éter através do Acetal

Nesta rota em primeiro lugar o álcool reage com o n-butilaldeído

formando o hemiacetal, por sua vez reage com outra molécula de butanol,

formando o C12 acetal mais água. O acetal formado reage com o hidrogênio,

formando o butanol e di-butil éter.

A) Formação de Acetal

O C H 3 C

O

Hn-butilaldeído

Catalisador

C12 acetal

CH3 O

O CH3

CH3 H2O + CH3

butanol

O H C H 3

butanol

+

Catalisador Meio ácido

C H HO hemiacetal

CH3 +

O H

B) Formação de éter através do Acetal

CH3 O

O CH3

CH3

Catalisador

Meio ácido + + H2

H 3 O

O H CH3

butanol

C12 acetal CH 3di-butil éter

O catalisador de leito fixo utilizado na Hidrogenação de Aldeídos,

quando novo, inicia-se com uma temperatura baixa em torno de 1000C a

1250C . Com a utilização ao longo do seu período de produção, a sua

atividade diminui aumentando o não reagido de aldeídos. Para que não haja

um aumento de formação de não reagidos de aldeídos, aumenta-se a

TAKAYOSHI OGATA


65

temperatura gradativamente de grau em grau. Mas, com o aumento da

temperatura e o meio ácido do suporte de alumina do catalisador favorece

cada vez mais a formação do éter. Em outras palavras, há maior conversão

do aldeído em álcool, porém aumenta também a reação secundária. Nas

análises diárias esse equilíbrio técnico-econômico é um dos trabalhos de um

Engenheiro Químico.

Aqui cabe definir os conceitos de não reagidos, conversão e

seletividade de aldeídos utilizados neste trabalho:

1) O não reagido de aldeídos significa os aldeídos alimentados que

não conseguiram reagir com o hidrogênio e não conseguiram

transformar-se em outros componentes;

2) Conversão de Aldeídos é quanto dos aldeídos alimentados no

reator foram reagidos e transformados em outros componentes;

3) Seletividade em Álcoois, significa, quanto dos aldeídos

alimentados no reator foram transformados em álcoois.

Para minimizar a formação de éter sem prejudicar a seletividade

dos aldeídos em álcoois, é usual aplicar os seguintes meios:

1) Alimenta-se uma pequena quantidade de água juntamente com

a alimentação de aldeído no reator. A reação de formação de

álcool para éter é reversível. Então, em determinadas condições

de processo, há um deslocamento da reação de éter para o

álcool, com a alimentação de água;

2) Alteração da acidez do catalisador, com alimentação de um

promotor no meio reacional.

A primeira solução já vem sendo utilizada há muitos anos na

empresa e atendia plenamente a exigência do mercado com referência à

especificação do éter. No entanto, pela experiência dos últimos anos pelo

próprio autor desse estudo, a primeira solução atende em parte a reversão

do éter para o álcool, mas à medida que o catalisador perde a sua atividade e

TAKAYOSHI OGATA


66

a temperatura aumentando, somente a alimentação de água não soluciona

o problema de formação de pesados.

A segunda solução é mais eficiente para atender as novas

exigências do mercado. O promotor utilizado geralmente é um composto

orgânico de cadeias longas com peso molecular muito maior do que o do

produto e ponto de ebulição muito distante um do outro, ou seja a diferença

de volatilidade de um componente em relação a outro é grande, o que facilita

a sua separação na coluna de destilação, evitando assim a sua

contaminação. A grande vantagem da utilização do promotor é que ele

colmata o próprio catalisador, evitando ou minimizando assim a formação de

éter na fonte.

3.5) Acidez em Catalisadores Sólidos

As informações a seguir foram adaptadas pelo autor, com base nas

informações contidas nas seguintes referências: PERI (1960, 1965, 1984),

BENESI (1957), ANDERSON e BOUDART (1981).

Muitos catalisadores possuem superfícies ácidas, o que determina

as possíveis rotas reacionais, e conseqüentemente a formacão dos diversos

produtos desejáveis ou não. Esta acidez é localizada em sítios específicos,

cuja descrição envolve sua natureza e quantidade, ambas dependendo da

natureza do sólido e do procedimento usado na preparação e ativação do

mesmo.

Quanto à natureza, os sítios ácido-base em sólidos, podem ser

classificados em dois tipos distintos como Lowry-BrÖnsted (ácidos doam

prótons e base os aceitam) ou sítios do tipo Lewis (bases doam elétrons e

ácidos os aceitam), de maneira análoga à química ácido-base em solução

homogênea.

TAKAYOSHI OGATA


67

Na alumina, Al2O3, que é um dos constituintes do catalisador

usado neste estudo, estes sítios podem ser visualizados como seguem,

conforme explica TANABE (1981 p.250):

H H+

calor - O – Al – O - Al - - O – A -H2O

O- O- O-

+OH OH

Sendo; (I) Sítio ácid

(II) Sítio ácid

(III) Sítio Bá

Se na preparação hou

pode ter sua superfície clorada

superficiais:

Al – OH + HCl

O que por sua vez a

elevando a força ácida dos sít

teria portanto um efeito contrá

Íons carbônio são i

hidrocarbonetos, tais como c

polimerização. Eles podem ser

e ácidos. Se o ácido for do tip

T

l – O - Al - - O – Al – O - Al - +H2O (I) (III) (II)

o de Lewis

o de BrÖnsted

sico

ver contato com HCl por exemplo, a alumina

, com substituição de alguns grupos hidroxila

Al - Cl + H2O

ltera a densidade eletrônica do seu entorno,

ios vizinhos. A adição de potássio ou sódio,

rio.

ntermediários de várias reações envolvendo

raqueamento, isomerização, desidratação e

formados por reação entre os hidrocarbonetos

o de BrÖnsted, o íon é formado por adição do

AKAYOSHI OGATA


68

próton a alguma parte insaturada da molécula do hidrocarboneto. Se o ácido

é do tipo Lewis, o íon carbônio é formado por abstração de hidreto da

molécula do hidrocarboneto.

O principal produto indesejável deste estudo, no processo de

hidrogenação do n-butilaldeído, o dibutil éter, é formado provavelmente

pelas rotas descritas no item 3.4, adaptadas do CORNILS e MULLEN (1980),

ambas envolvendo a formação de íons carbônio nos sítios ácidos da alumina.

A alumina é um constituinte estrutural importante na formação do

catalisador em estudo, pois confere alta superfície específica, boa resistência

mecânica e estabilidade térmica ao mesmo, mas apresenta inerentemente

uma grande quantidade de sítios ácidos, que pode atingir a densidade de

1012/cm2. Em algumas reações, esta acidez é desejável, mas neste processo,

é uma característica indesejável.

Conforme explicado no item anterior, a formação do éter pode ser

minimizada com a adição de água ao sistema reacional, visando reverter a

desidratação, mas este recurso perde sua eficácia quando a temperatura é

elevada para compensar a perda de atividade do catalisador, conforme

experiência em escala industrial do autor. Cabe portanto, a alteração do

meio ácido, pela adição de reagentes dopantes, capazes de neutralizar a ação

indesejável dos sítios ácidos de alumina.

A maioria dos métodos de caracterização dos sítios ácidos em

sólidos são incapazes de distinguir os dois tipos de sítios; eles simplesmente

medem o total de sítios ácidos independentemente da natureza, e algum

distinguem os sítios em termos de força ácida, através da medida da energia

de ligação. Contudo, existem métodos que são capazes de identificar a

natureza dos sítios, monitorando a adsorção de moléculas-sonda por

espectroscopia infra-vermelho.

De uma forma geral, os métodos usados para caracterizar os sítios

ácidos, baseiam-se na adsorção de moléculas sonda gasosas básicas, que

interagem com os vários tipos de sítios e a seguir é feita sua quantificação,

TAKAYOSHI OGATA


69

e/ou análise espectroscópica, com variação da temperatura para avaliar a

distribuição da força ácida. As moléculas mais comumente empregadas são

amônia e aminas, como a n-butil amina, a piridina e seus derivados, mas

existem trabalhos fundamentais baseados no estudo da superfície, apenas

utilizando tratamentos térmicos, como os pioneiros estudos de PERI (1960),

sobre a água adsorvida e os grupos hidroxilas superficiais da γ-alumina.

Neste trabalho foram utilizadas moléculas, chamadas aqui de

promotores, capazes de minimizar a acidez da alumina constituinte do

catalisador, por formação de uma ligação forte com os sítios ácidos dos dois

tipos, neutralizando-os. Foi escolhido um composto orgânico de cadeia

longa, com propriedades básicas, e com volatilidade bem distinta dos

produtos envolvidos, butanol e n-butilaldeído, para evitar contaminação.

Este promotor foi adicionado em quantidades controladas no meio reacional,

conforme será explicado adiante.

TAKAYOSHI OGATA


70

CAPÍTULO-4 - APLICAÇÃO DA PML NA OTIMIZAÇÃO DE PROCESSO

“Há hoje um descompasso entre a mente humana e o mundo que as pessoas habitam... Precisamos ser alfabetizados em disciplinas inteiramente novas... Precisamos substituir por novas as nossas velhas mentes.”

Paulo Ehrlich e Robert Ornstein

4.1) Levantamento da situação inicial

A Unidade de Produção de Butanol da Elekeiroz funciona desde a

sua partida, em 1972. Conforme já descrito no Capítulo 2, item 2.7.2, o

processo de produção é de Hidrogenação de Butilaldeído. O processo é da

Mitsubishi Chemical Corporation muito conhecido no nível mundial, cuja

patente já expirou.

Desde a sua partida, a planta operou à plena carga, com qualidade

adequada às necessidades do mercado e fiel ao objetivo da qualidade

definido na empresa: “O objetivo da Elekeiroz é produzir produtos de

qualidade assegurada adequados à necessidade do mercado”.

TAKAYOSHI OGATA


71

4.1.1) Plano de Análises

Para o levantamento da situação inicial da planta, tomou-se como

referência, a planta em operação normal de rotina.

O Plano de análises foi elaborado, levando em consideração as

práticas diárias existentes com adição de análises extras de tal forma que,

com os resultados, pudesse realizar o balanço material e de energia de toda

a planta. Aparentemente isso é fácil, mas na prática, face aos recursos

humanos e econômicos escassos disponíveis, há entraves naturais. No

entanto, foi realizado um plano de análises que atendesse aos interesses do

momento, conforme segue:

Tabela-5 : Plano de Análises Ponto de Amostragem Freqüência Componentes de

interesse Entrada do Reator 2a e 4a feiras NBAL, BuOH, DNBE,

HE, i-BuOH

Saida do Reator 2a e 4a feiras NBAL, NBuOH, DNBE, HE, i-BuOH

Coluna T1 – Base 2a e 4a feiras NBAL, NBuOH, DNBE, HE, i-BuOH

Coluna T2 – Topo 2a e 4a feiras BuOH, i-BuOH, DNBE

Coluna T3 – Fase oleosa 2a e 4a feiras BuOH, DNBE

Coluna T3 – Fase aquosa

2a e 4a feiras DQO, MS

Coluna T4 - Base 2a e 4a feiras BuOH, HE

Coluna T5 - Topo 2a e 4a feiras DQO, BuOH,

Coluna T5 - Base 2a e 4a feiras BuOH, i-BuOH, DNBE

4.1.2) Balanço Material

O Balanço Material apresentado na Figura-10 foi realizado antes

do problema em questão. Foi elaborado um Plano de Análises de rotina,

conforme apresentado no item anterior. Como pode ser observado, as

TAKAYOSHI OGATA


72

análises foram realizadas de todos os pontos de entradas e saídas de

equipamentos principais para possibilitar o fechamento do Balanço Material.

Vale ressaltar que o Balanço Material é pontual de um dia, cujas amostras

dos pontos definidos, foram tiradas no mesmo horário. As vazões dos

produtos indicadas, foram baseadas nos resultados de análises e medições

de vazão na hora da retirada das amostras. Algumas vazões foram ajustadas

para fechar o Balanço Material, de acordo com os critérios geralmente

adotados para tal.

Nem todos os componentes foram citados com nomes conhecidos

na empresa. Foram mencionados somente aqueles importantes para o foco

em questão. No entanto, foi mantido o resultado das análises dos principais

componentes que interessaram no presente trabalho, extraído da análise

cromatográfica realizada pelo laboratório da empresa. As análises quali-

quantitativas de todas as amostras foram completas como de rotina. O

resultado obtido representa um valor pontual mas típico da unidade.

Pelo Balanço Material, pode-se observar os seguintes pontos

importantes:

• A concentração de DNBE na alimentação foi de 0,151 % saindo do reator

com 0,223 %. Para a carga do momento da amostragem, a formação de

DNBE foi de 12,41 kg/h;

• A água utilizada na alimentação do reator é importante e tem a função de

minimizar a formação de pesados como o C12 Acetal. Conforme foi visto

capítulo 2, o álcool reage com o aldeído, produzindo o hemiacetal e álcool.

Por sua vez, favorecida por meio ácido e alta temperatura, há formação de

acetal mais água. Essa reação é reversível, portanto, a alimentação de

água desloca a reação para a produção de álcool e aldeído;

• A água utilizada na alimentação da Coluna de leves T1, tem a função de

formar com BuOH e DNBE uma mistura de azeótropo ternária e ser

retirada pelo topo da coluna. Esta mistura é separada no Balão de

Refluxo das torres T1 e T3. Essas duas correntes oleosas são enviadas a

um Separador de Óleo tipo API, sendo a fase oleosa com características de

TAKAYOSHI OGATA


73

óleo combustível é comercializado e a fase aquosa é enviada a uma

Coluna Esgotadora para separação do óleo remanescente e o restante

enviado para a CETREL.

• Os dois fluxos da fase aquosa das colunas T1 e T3, são as correntes 4a e

8a, com 200 kg/h e 150 kg/h, respectivamente. A carga orgânica total

desses efluentes soma 56,25 kg/h para a produção de 4.050 kg/h de

produto final, isto é, 13,89 kg de geração de carga orgânica, por tonelada

de butanol produzido.

• Conforme análise cromatográfica, a especificação do produto final

(corrente 8) foi de:

Tabela-6: Especificação do BuOH pelo Balanço Material

ESPECIFICAÇÃO ANÁLISE DO PRODUTO

BuOH - PUREZA

99,30 % P min. 99,74% P

i-BuOH – Iso-Butanol

0,20 % P máx 0,09% P

DNBE – Dibutil éter

3000 ppm máx. 1400 ppm

Fonte: Elaboração própria.

• Para a realização do Balanço Material foram realizadas análise

cromatográfica completa de 11 pontos da planta durante 5 dias a um

custo total de R$ 11.000,00. A mão de obra de engenharia, de execução e

coordenação foi de 200 homens-hora a um custo total de R$ 10.000,00.

TAKAYOSHI OGATA


74

TAKAYOSHI OGATA


75

4.2) Repurificação do Produto - Solução de Fim de Tubo

Este resultado de análise do produto é uma situação típica da

planta. Desde o inicio de operação da unidade, a especificação original era o

padrão e aceita pela totalidade dos clientes.

Com a exigência do novo cliente, a empresa decidiu repurificar o

butanol já produzido. Identificou uma coluna de destilação em desuso, que

poderia ser colocada em operação para a repurificação do produto. Foi

simulada a coluna nas condições solicitadas pelo cliente, ou seja para a

especificação de 99,70% de pureza mínima de butanol (BuOH), 0,10% em

peso máximo de Iso-butanol (i-BuOH) e teor máximo de dibutil éter (DNBE)

de 200 ppm. É uma especificação muito severa, principalmente no que se

refere ao componente éter. Observa-se que houve uma redução de 3000 ppm

para 200 ppm.

Tabela-7: Especificação do BuOH com nova especificação

ESPECIFICAÇÃO NOVA ESPECIFICAÇÃO

BuOH - PUREZA

99,30 % P min. 99,70% P min.


0,20 % P máx 0,10% P máx.

DNBE – Dibutil Eter 3000 ppm máx. 200 ppm máx. Fonte: Elaboração própria.

Para a construção do Balanço Material e de Energia, foi utilizado o

PDPlus Chemical Process Simulator, um software desenvolvido pela

Deerhaven Technical Software – Massachusets, EUA e para o cálculo da

hidráulica da coluna foi utilizado um software fornecido pela ACS Industries,

LP dos Estados Unidos, fabricante de bandejas de torres de destilação.

O programa foi montado com base no balanço material da seção de

purificação da Hidrogenação de Butanol em operação, inserindo os

requisitos da nova especificação. A coluna de repurificação de Butanol que

TAKAYOSHI OGATA


76

foi batizado de T5 tem 700 mm de diâmetro e 55 pratos valvulados da Koch

Glitch6. A base de cálculo para o balanço material da coluna foi para a

alimentação de 1.500 kg/h de Butanol especificado na Coluna de Produto

T3. Essa alimentação é menor do que a capacidade de produção de Butanol

em condições normais, pois a intenção da empresa foi de repurificar apenas

a quantidade necessária para o novo cliente, cuja exigência era diferenciado

dos demais.

A simulação apresentou um resultado bastante favorável e

demonstrou uma esperança que poderia atender ao cliente em pouco tempo.

O produto repurificado foi extraído com 99,95 % de pureza em butanol,

0,049 % em iso-butanol e apenas 38 ppm em DNBE, portanto, muito menor

do que o máximo exigido pelo novo cliente.

Tabela-8 : Resultado da Simulação da Torre de Repurificação T5

Componentes BuOH Alimentado

BuOH Repurificado

Especificação Exigida

BuOH 99,70 % 99,95 % 99,70% min.

i-BuOH 0,10 % 0,049% 0,10% max.

DNBE 600 ppm 38 ppm 200 ppm max.


A coluna, os seus periféricos como refervedor, condensador, vasos

e tubulações estavam em desuso por vários anos. Portanto, houve

necessidade de um trabalho muito criterioso de engenharia com

modificações nos alinhamentos de tubulação, revisão nos instrumentos,

inspeções e manutenção nos equipamentos, o que demandou um

investimento da ordem de R$ 100 mil.

6 Koch Glitch é fabricante de bandejas de torres de destilação.

TAKAYOSHI OGATA


77

Finalmente foi colocada em operação todo o conjunto, iniciando

com uma cuidadosa alimentação, pois a matéria-prima era o próprio produto

final com base na especificação anterior. Em poucas horas, o produto saiu

com a nova especificação, conforme mostra o balanço material a seguir.


A Figura-11, mostra o Balanço Material completo da coluna de

repurificação do álcool em funcionamento. O balanço é pontual, isto é, os

valores de leitura de dados e análises quali-quantitativa dos componentes

foram no mesmo horário de um dia, mas representa perfeitamente a

condição típica contínua da operação.

De maneira análoga, neste Balanço Material, nem todos os

componentes foram citados com nomes conhecidos na empresa. Assim,

também foi mantido o resultado de análises dos componentes principais que

interessaram ao presente trabalho, extraído da análise cromatográfica

realizada pelo laboratório da empresa. O número de cada componente

indicado na situação inicial, foi mantido para o mesmo componente neste

balanço material.

Pelo Balanço Material, pode-se observar os seguintes pontos

importantes:

• A alimentação da coluna no momento da coleta da amostra era de 1000

kg/h, portanto, diferente da adotada na simulação;

• A especificação obtida foi de 99,96 % em pureza de BuOH, 0,0006 % em

i-BuOH e apenas 47 ppm em DNBE, portanto muito abaixo dos 200 ppm

exigidos pelo cliente e com pureza melhor do que obtido na simulação;

A água alimentada é para formar o azeótropo com o álcool e o éter,

com o objetivo principal de retirar este último pelo topo da torre e seguir

como efluente.

TAKAYOSHI OGATA


78

TAKAYOSHI OGATA


79

É uma situação típica de solução do fim de tubo (end of pipe). A

empresa para atender ao exigente mercado, apenas focou o problema de

mercado/cliente e também aceitou a produção de efluentes como fato

inevitável. É um paradigma típico da situação de controle. Evidentemente

isto traz além do problema ambiental, o custo adicional de produção em

tratamento, o custo adicional de vapor para a destilação e perda de butanol

no efluente. Para se ter uma idéia o que uma atitude como esta representa

no custo do produto, levantou-se os principais parâmetros:

• Vapor - Levantamento realizado para uma produção de 600 kg/h de

Butanol Repurificado, foram consumidos 950 kg/h de vapor, cujo o valor

atualizado é de R$ 55,00/ton. Portanto, o custo adicional de vapor gasto

foi de R$ 87,00/ton de butanol;

• Efluentes - Além do gasto adicional de vapor, considerou-se a geração de

efluente, separado no topo da coluna de repurificação estudado. Para

uma produção real levantada de 432 ton, foram gerados 16,21 kg de DBO

– Demanda Bioquímica de Oxigênio por tonelada de butanol. A CETREL

cobra pelo tratamento de seus efluentes, considerando três parâmetros: a

DBO - Demanda Bioquímica de Oxigênio, a vazão Q e material em

suspensão MS. Para o efluente da empresa, cerca de 90% do custo de

tratamento se deve ao custo de DBO, portanto, para o caso em foco foi

considerado apenas esse parâmetro. Com base no valor cobrado pela

CETREL, o valor atualizado da DBO é de R$ 0,95/kg DBO. Portanto, o

custo adicional para o tratamento de efluente foi de R$ 15,40/t de

butanol. Ressalta-se que os 16,21 kg/t da carga orgânica gerada, deve ser

adicionada aos 13,89 kg/t gerados na condição inicial, ou seja, gerou-se

16,21 + 13,89 = 30,10 kg de carga orgânica por tonelada de butanol

produzido;

• Butanol perdido – Observa-se pelo balanço material que há perda

através do efluente de 6,14 kg/h de butanol para 600 kg/h de butanol

produzido (repurificado), ou seja, índice de 0,01023 ton BuOH perdido

por ton BuOH produzido, o que representa cerca de R$ 15,34/t BuOH;

TAKAYOSHI OGATA


80

Totalizando os três parâmetros, foi apurado um aumento nos

custos de produção em cerca de 7% a 9%.

Para a realização do Balanço Material foram realizadas análise

cromatográfica completa de 5 pontos do novo sistema durante 5 dias a um

custo total de R$ 5.000,00. A mão de obra de engenharia, de execução e


4.3) Projeto para Aumento da Capacidade com redução do teor de Butil Éter

Para atender a demanda do mercado, foi realizado um projeto de

“desengargalamento” de toda a unidade desde a Hidroformilação de

Propeno. Especificamente a Seção de Hidrogenação de Butil Aldeído para a

produção de Butanol e a sua seção de purificação, havia capacidade

suficiente para a produção adicional se mantida a especificação anterior.

Com a nova especificação, houve necessidade de rever todo o

estudo conceitual do projeto. O resultado desse estudo consta no trabalho

intitulado “Avaliação do Sistema de Reação do Reator de Hidrogenação de

Butil Aldeído para 36.000 t/ano de capacidade de produção com baixo teor

de Butil Éter” (CELEGHIN, 2001). Toda essa avaliação contou com a

participação ativa do autor desta dissertação.

4.3.1) Base do Estudo

Nessa avaliação foi mantida a capacidade de 36.000 t/ano, mas

com baixo teor de Butil éter. Novamente para a Simulação de Processo, foi

utilizado o PDPlus Chemical Process Simulator, já citado. No curso do

trabalho foi feita a adequação da simulação da planta para o caso de baixo

teor de butil éter no Butanol, estudou-se o caso de se utilizar o Butanol ou

Octanol como solvente e finalmente, procedeu-se a verificação dos

TAKAYOSHI OGATA


81

equipamentos principais da planta nas novas condições. Para este estudo,

considerar-se-á apenas o caso de utilização de Butanol como solvente.

Dados de Equilíbrio - Em virtude da criticidade da distribuição do

Dibutil-éter nas colunas de desidratação e de leves, foi ampliada a base dos

dados do equilíbrio líquido vapor de forma a melhor representar as

separações. Os dados de operação do equilíbrio dibutil-éter/butanol/água,

foi confrontado com os dados de literatura. Realizou-se uma bateria de

ensaios na seção de destilação colocando à disposição uma massa

importante de informação. Os parâmetros foram analisados resultando num

conjunto de dados que melhor representasse este sistema ternário.

Para os pares de equilíbrio não disponíveis na literatura, foi feita a

predição, utilizando o método Unifac e Asog sendo escolhido o método que

melhor representasse o sistema estudado.

Reator – Para a simulação do reator de hidrogenação de normal

butil aldeído foram consideradas as seguintes reações:

- Hidrogenação de NBAL para BuOH, a conversão adotada foi de

0,99 do NBAL alimentado;

- Hidrogenação do IBAL para i-BuOH, a conversão adotada foi de

1,00 do iso-butil aldeído alimentado;

- Formação de Acetal BuOH/NBAL, com conversão de 0,0007 do

NBAL alimentado;

- Formação de DNBE, com conversão de 0,00175 do NBAL

alimentado.

Estas condições refletem a experiência real da empresa na

hidrogenação de NBAL.

Na Seção de Purificação seguiu-se a avaliação normal como

conseqüência dos resultados das novas condições.

TAKAYOSHI OGATA


82

4.3.2) Resultado da Avaliação

A simulação apresentou um resultado que atendesse à nova

especificação, sem a torre de repurificação, cuja corrente do produto

principal teve a seguinte qualidade:

Tabela-9 : Resultado da Simulação sem a Coluna de Repurificação

Componentes Especificação do Butanol (Simulado)

BuOH 99,90%

i-BuOH 0,0095%

DNBE 54 ppm


Para conseguir esta especificação foram avaliados os equipamentos

principais quanto às suas capacidades de processamento. A tabela a seguir

apresenta alterações mais significativas a serem feitas na planta e reflete a

verificação preliminar que foi realizada no Balanço Material da unidade,

conforme a simulação citada. Como vimos, a estrutura do processo,

evidentemente foi mantida, isto é, o processo de produção de butanol

utilizando da Hidrogenacão em Fase Líquida.

Com base nessa avaliação, realizou-se um trabalho de engenharia.

Com cotações de novos equipamentos, novos recheios de colunas,

modificações nas tubulações, ajustes de novos instrumentos e adequação

desses instrumentos no SDCD – Sistema Digital de Controle Distribuído, foi

obtido o seguinte orçamento para adequar toda a Planta de Produção de

Butanol na nova especificação sem a Torre de Repurificação.

O total do investimento para atendimento às novas exigências da

especificação, foi orçado em quase R$ 2 milhões, conforme mostra a Tabela-

11.

TAKAYOSHI OGATA


83

Tabela-10: Resultado da avaliação dos principais equipamentos considerando a nova especificação.

Equipamentos Avaliação Colunas

T1 – Coluna de Desidratação Atende

T2 - Coluna de Butanol Fica Instável – Trocar as Bandejas

T3 – Coluna de Leves Substituir Recheio

T4 – Coluna de Pesados Atende

Trocadores de Calor

Equipamentos Avaliação

Pré-Aquecedor de Alimentação Atende

Condensador do Separador Atende

Refervedor da T1 Não Atende - Substituir

Condensador da T1 Não Atende - Substituir

Refervedor da T2 Fica no Limite sem folga

Condensador da T2 Atende

Refervedor da T3 Não Atende – Substituir

Condensador da T3 Não Atende - Substituir

Refervedor da T4 Não Atende - Substituir

Condensador da T4 Atende

Bombas

Bomba de alimentação Não Atende

Bomba de Fundo da T1 Atende

Bomba de Refluxo da T1 Atende






Bomba de Refluxo da T4 Não Atende - Substituir


TAKAYOSHI OGATA


84

Tabela-11: Orçamento da Adequação da Planta de Butanol na nova especificação sem a Coluna de Repurificação

Discriminação Valores em Reais

Equipamentos Principais 640.000 Engenharia Básica 100.000 Engenharia Detalhada 200.000 Construção Civil/Fundação 19.200 Instrumentação 100.000 Materiais 224.000 Montagem 320.000 Assistência Técnica 20.480 Administração E Organização 64.000

TOTAL-A (REAIS) 1.687.680 Pré-Operação 12.800 Frete, Seguro E Taxas 25.600 Impostos 96.000 Eventuais 100.000

Total do Investimento (R$) 1.922.080


Nessa fase do estudo com apenas uma avaliação de processo e

avaliação preliminar de equipamentos principais o valor do investimento

apurado também poderá ter uma variação de cerca de mais ou menos 30%,

segundo PETERS e TIMMERHAUS (1981) e também os autores RASE e

BARROW(1973).

4.4. Injeção de um promotor – caminhando da solução de “fim de tubo”

para a solução preventiva

“Transforme o seu medo numa curiosidade a experimentar.”

Jean Claude Obry

A injeção de um promotor teve a origem no teste de bancada

realizada nos laboratórios do detentor da tecnologia de Processo de Produção

de Butanol. A fundamentação do propósito desse teste era de que a formação

das reações secundárias formando pesados como C12 Acetal e por

TAKAYOSHI OGATA


85

conseguinte a formação de DNBE no segundo momento, era devido à

existência de sítios ácidos no suporte da alumina do catalisador de

hidrogenação com alta temperatura.

Foi resgatado o resultado desse teste realizado nos anos 80 que

teve a conformação, conforme mostra a Figura-12:

RESULTADO DO TESTE EM ESCALA PILOTO

-10

10

30

50

70

90

110

-5 0 5 10 15 20 25 30

N básico (Y ppm)

Form

ação

de

HB

(%)

Figura-12 : Efeito do promotor na redução da formação de HB (pesados). Teste realizado em escala piloto. Fonte: Ciquine (1986), adaptado pelo autor.

A concentração do promotor está expresso em nitrogênio básico e

está multiplicado por um fator Y por questão de sigilo da empresa. E a

Formação de HB (pesados) está representado em porcentagem em relação ao

total de HB formado. Entende-se por HB, todos os pesados incluindo o

Acetal e Dibutil-éter. Observa-se nesse gráfico, uma queda brusca na

formação de pesados, mesmo com pequena concentração de promotor,

expresso em nitrogênio básico. Essa queda na formação de reações

secundárias, significa que a matéria-prima foi melhor utilizada para a

obtenção do produto principal.

TAKAYOSHI OGATA


86

Com base nessa experiência do passado pelo detentor de

tecnologia, o teste foi realizado na planta comercial utilizando os conceitos

da EVOP – operação evolucionária. A cada passo e ajuste fino foi realizado

com muito cuidado. Apesar do conhecimento prévio dos resultados positivos

em escala piloto pelo detentor de tecnologia, esse teste envolvia fatores que

exigiam cuidados especiais, pois uma única falha poderia comprometer toda

a produção e com o risco de desativar o catalisador.

O ponto principal da amostragem para a análise dos resultados foi

a entrada e a saída do reator, onde poderia ser medida diretamente a

eficiência do promotor.

Inicialmente, antes da alimentação do promotor foram realizadas

análises de 5 dias distintos.

Após obtenção desses resultados sem o promotor, iniciamos o

teste, alimentando o mesmo em bateladas de 100 a 200 litros cada. O

promotor foi alimentado no tanque de solvente de álcoois, com circulação

contínua do mesmo para o reator de hidrogenação.

A cada alimentação, foi realizada a determinação da concentração

do promotor, expressa em nitrogênio básico e análises de DNBE na entrada e

saída do reator, obtendo assim a formação do referido éter correspondente. A

freqüência de determinação do DNBE para a elaboração do Balanço Material

no entorno do reator foi de 3 a 5 dias. Obteve-se assim, um conjunto de

resultados bastante satisfatório, conforme pode ser observado na Figura-13.

O gráfico foi representado pela Formação de DNBE em função da

concentração de N básico. A formação de DNBE está representada em

porcentagem em relação ao total de DNBE formado. E, a concentração de

Nitrogênio Básico está multiplicado por um fator Y por questão de sigilo.

Entretanto, para o propósito deste trabalho pode-se notar que um

incremento muito pequeno do referido nitrogênio da ordem de ppm, obtido

com a adição do promotor, a redução na formação de DNBE – dibutil éter é

drástica.

TAKAYOSHI OGATA


87

RESULTADO DO TESTE NA PLANTA

-10

10

30

50

70

90

110

0 1 2 3 4 5N básico (Y ppm)

Form

ação

de

DN

BE

(%)

Figura-13 : Formação do DNBE em função da concentração de Nitrogênio Básico no Reator de Hidrogenação de n-butil aldeído. Fonte: Ciquine (2001), adaptado pelo autor.

Nota-se também que à partir de 1,5 Y ppm, a formação de DNBE

quase não se altera, ficando no nível de 0,02 % do total de DNBE formado.

Foi recomendado manter uma concentração 2,0 Y ppm de Nitrogênio Básico

no sistema.


Com base nesse teste, foi realizado o Balanço Material e o

resultado apresentado na Figura-14. Como de rotina, foi mantido o Plano de

Análises, conforme apresentado anteriormente. Novamente pode ser

observado que as análises foram realizadas de todos os pontos de entradas e

saídas de equipamentos principais para possibilitar o fechamento do

Balanço Material. Neste caso também o Balanço Material é pontual de um

dia, cujas amostras dos pontos definidos, foram tiradas no mesmo horário.

TAKAYOSHI OGATA


88

TAKAYOSHI OGATA


89

As vazões dos produtos indicadas, foram com base nos resultados de

análises e medições de vazão na hora da retirada das amostras.

Nem todos os componentes foram citados com nomes conhecidos

na empresa. Foram citados somente aqueles importantes para o foco em

questão, no entanto, foi mantido o resultado de componentes com análise

quantitativa correspondente extraída da análise cromatográfica realizada

pelo laboratório da empresa. As análises quali-quantitativas de todas as

amostras, foram completas como de rotina.

O resultado obtido representa um valor pontual mas típico da

unidade com catalisador em final de campanha. Pelo Balanço Material, pode-

se observar os seguintes pontos importantes:

• A concentração de DNBE na alimentação foi de 0,0089 % saindo do

reator com 0,0127 %. Para a carga do momento da amostragem, a

formação de DNBE foi de 0,61 kg/h;

• Os dois fluxos da fase aquosa das colunas T1 e T3, são as correntes 4a e

8a, com 90 kg/h e 60 kg/h, respectivamente. A carga orgânica total

desses efluentes soma 20,45 kg/h para a produção de 4.000 kg/h de

butanol produzido, isto é, 5,11 kg de geração de carga orgânica por

tonelada de produto final produzido. Portanto, a geração de carga

orgânica de efluentes por tonelada de butanol, reduziu de 13,89 kg para

5,11 kg, considerando a situação inicial e após a mudança no processo.

Ressalta-se que se considerar com base na condição de repurificação do

produto (solução de fim de tubo), discutida no item anterior, a carga

orgânica reduziu de 30,10 kg para 5,11 kg por tonelada de butanol.

Considerando uma produção de 25.000 ton/ano de butanol, essa redução

representa cerca de R$ 600 mil/ano.

• Conforme ocorreu com a redução na formação de éter, também a

formação dos pesados diminuíram, a ponto de retirar a Coluna de

Pesados (T4) de operação. Esta retirada representou uma redução no

TAKAYOSHI OGATA


90

consumo de vapor em 300 kg/h. Uma economia de cerca de R$ 150

mil/ano;

• Menor geração de carga orgânica nos efluentes e redução na geração de

pesados, significa menor formação de reações secundárias. Ou seja, a

matéria-prima e utilidades estão sendo utilizadas de forma racional com

redução de desperdícios. Nesta fase do trabalho, não foi possível apurar

com exatidão essa economia, no entanto, uma estimativa conservadora

indica uma redução no custo variável em torno de R$ 200 mil/ano,

somente com este item.

• A Tabela-12 mostra a especificação do produto final.

Tabela-12: Especificação do Butanol com adição do promotor

ANÁLISE OBTIDA

BuOH - PUREZA

99,83% P


0,09% P

DNBE – Dibutil Eter

127 ppm


Por tanto, o produto foi produzido atendendo à nova especificação

sem utilizar a coluna de repurificação. É o resultado de uma mudança no

processo atuando na fonte.

Para a realização do Balanço Material foram realizadas análise

cromatográfica completa em 11 pontos da planta durante 5 dias a um custo

total de R$ 11.000,00. A mão de obra de engenharia, de execução e


Especificamente as análises de entrada e saída para a apuração da formação

de DNBE nas novas condições com a adição do promotor, foram realizadas

em 30 dias distintos, portanto 60 análises a um custo total de R$ 9.000,00.

TAKAYOSHI OGATA


91

4.5. Resultado comparativo: Fim de Tubo versus PML

Consolidando as duas soluções estudadas neste capítulo, foi

realizada uma análise comparativa, considerando os seguintes aspectos:

4.5.1. Especificação do Produto Obtido

Conforme mostra a Tabela-13, as duas soluções adotadas,

atenderam plenamente o propósito do estudo e com especificação muito

melhor do que a situação inicial. A Solução de Fim de Tubo, quando foi

repurificado o produto já especificado na situação inicial, teve o resultado da

especificação melhor, no entanto como foi visto, a um custo de produção

muito elevado.

Tabela-13: Comparativo de Especificação Típica do Produto Obtido COMPONENTES SITUAÇÃO

INICIAL SOLUÇÃO DE FIM DE TUBO

SOLUÇÃO PML

Butanol (%) 99,74 99,95 99,83

i-BuOH (%) 0,09 0,049 0,09

DNBE (ppm) 1354 38 127 Fonte: Elaboração própria.

4.5.2. Balanço Econômico

Na Tabela-14 a seguir, foram consolidados todos os méritos e

deméritos das duas soluções.

Observa-se que na solução de Fim de Tubo, houve um aumento de

custo de produção pela geração adicional da carga orgânica nos seus

efluentes, pelo aumento de consumo de vapor devido à inclusão de uma

nova coluna e pela perda do produto, devido à formação de azeótropo

ternário formado por butanol, DNBE e água. Também se insistisse nesta

solução, haveria necessidade inevitável de investimentos adicionais. Não há

retorno para esses investimentos.

TAKAYOSHI OGATA


92

Tabela-14: Balanço Econômico SITUAÇÃO

INCIAL SOLUÇÃO DE FIM DE TUBO

SOLUÇÃO DE PML

Do Balanço Material Base: Produção de Butanol (t/ano) 25.000 25.000 25.000

Formação de DNBE (kg/h) 12,41 12,41 0,61

Carga Orgânica Gerada (kg/ton produto)

13,89 30,10 5,11

Quantidade Adicional de Vapor (kg/ton produto)

158

Quantidade de Butanol perdido (kg/ton produto)

0,01023

Redução de Vapor devido a retirada da T4 (kg/ton produto)

(105,1)

Do Acréscimo/Redução do Custo de Produção

Carga Orgânica ( mil R$/ano) 330 715 121

Vapor Adicional/Redução (mil R$/ano)

217 (145)

Butanol Perdido (Butanol Perdido (mil R$/ano)

384

Total (em mil R$/ano) 330 1.316 (24)

Diferença (em mil R$/ano) 986 (354)

Diferença em (mil R$/ano) (Fim de Tubo) – (PML)

(1340)

Do Investimento

Curso de Mestrado (mil R$) 12

Engenharia de Processo (mil R$) 10 10 10

Análises de Laboratório (mil R$) 11 11+5=16 11+9=20

Melhorias em Coluna T5 (mil R$) 100

Melhorias em Colunas (mil R$) 2.000 0

Total do Investimento (mil R$) 2.126 42

Retorno de Investimento Simples (Pay-Back) em meses....................

x 1,4

Fonte: Elaboração Própria

Por outro lado com a adoção da solução aplicando os conceitos de

Produção Mais Limpa, atuando na fonte geradora de reações secundárias,

TAKAYOSHI OGATA


93

houve uma redução drástica na formação de DNBE, menor geração de carga

orgânica total, melhor utilização de matérias-primas com conseqüente

redução nos gastos em vapor, obtendo assim, substancialmente maior

produtividade no uso de recursos disponíveis e maior lucratividade com

redução no custo de produção do produto. Também não houve necessidade

de investimentos adicionais em instalações. Estes benefícios foram

denominados pelo PORTER (1995) de “duplo dividendo”.

4.5.3. Impacto da mudança no processo sobre o meio ambiente

Considerando o conceito de Fator 10 discutido no capítulo 2, e

transpondo o mesmo para a redução do impacto da atividade de processo

industrial sobre o meio ambiente, observa-se o seguinte:

• A redução de DNBE, sem dúvida é um benefício para a redução do

impacto ambiental, uma vez que há uma melhor utilização da matéria-

prima, reduzindo a formação de reações secundárias. Tomando por base

os valores pontuais de redução de 1.354 ppm antes da mudança de

processo para 127 ppm após a mudança no processo na especificação

final do produto, obtém-se um Fator de 1.354/127 = 10,66;

• Se tomar por base a formação de DNBE no reator, observa-se que houve

uma redução de 12,41 kg/h para 0,61 kg/h. Assim, obtém-se um Fator

de 12,41/0,61 = 20,3;

• E se tomar por base a especificação de garantia, houve uma redução de

3000 ppm para 200 ppm, o que resulta num Fator de 3000/200 = 15;

• Se tomar por base a geração unitária da carga orgânica, ou seja, carga

orgânica gerada por unidade de produto, houve uma redução de 13,89

kg/ton para 5,11 kg/ton, considerando antes e depois da mudança no

processo. Obtém-se assim um Fator de 13,89/5,11 = 2,7. Neste mesmo

parâmetro, se for considerada a carga orgânica gerada com a solução do

fim de tubo em relação à solução de PML, obtém-se um Fator de

30,10/5,11 = 5,9.

TAKAYOSHI OGATA


94

Pode-se observar que qualquer que seja o critério adotado, houve

uma sensível melhora no impacto da atividade de processo sobre o ambiente.

TAKAYOSHI OGATA


95

CAPÍTULO 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS E PERSPECTIVAS

“A vida é cheia e transbordante do novo. Mas é necessário esvaziar o velho para dar espaço à entrada do novo”.

Eileen Caddy Footprints on the Path

5.1) Considerações Finais

Como acontece com certa freqüência nos problemas industriais,

este é mais um caso que os técnicos e engenheiros de uma fábrica se

deparam no seu dia a dia.

No entanto, para uma empresa que sempre assegurou a qualidade

dos seus produtos atendendo à necessidade dos seus clientes, de repente ser

obrigada a mudar a sua especificação num patamar bastante elevado, sem

dúvida houve um esforço muito grande por parte dos envolvidos. O desafio

da mudança do teor de DNBE de 3000 ppm para 200 ppm, significa atingir o

Fator 15, transpondo o conceito do Fator 10, discutido no capítulo 4. Para

superar um desafio dessa natureza, é necessário que esse esforço não seja

apenas na resolução de problemas técnicos, mas também que haja uma

superação dos conceitos tradicionais e obsoletos de administração. É preciso

entender que os antigos paradigmas não respondem mais aos desafios de

natureza complexa de hoje.

TAKAYOSHI OGATA


96

Analisando a primeira solução, quando foi instalada a Coluna de

Repurificação do Butanol, nota-se claramente que a mesma foi adotada sob

um clima de pressão, optando por uma imediata abordagem corretiva. Essa

abordagem, conforme discutido no item 2.4, Produção Mais Limpa, a

indústria utilizou de forma inadequada a sua matéria-prima, e por sua

tecnologia obsoleta, produziu resíduos desnecessários e aceitou o mesmo

como fato inevitável. Como conseqüência, os custos de produção

aumentaram, diminuindo a sua competitividade. Na solução adotada, houve

uma geração adicional de efluentes com carga orgânica elevada com

aumento de gastos em vapor e perda de produto.

Além disso, insistindo nesse paradigma de que a produção de

resíduos ou reações secundárias são inevitáveis, tem-se como conseqüência

a inevitável necessidade de investimentos desnecessários, conforme o caso

estudado. As modificações nos equipamentos do sistema de Hidrogenação e

Purificação exigiam investimentos razoáveis para a sua implementação, para

atender a nova especificação, conforme discutido no item 4.3.2.

Porém, no momento seguinte, com mudança no processo, foi

redirecionado o enfoque de uma abordagem corretiva para uma abordagem

preventiva, atuando na fonte do problema. A alimentação do promotor,

trouxe como conseqüência a redução na formação de reações secundárias. A

utilização mais racional da matéria-prima e utilidades foi marcante,

reduzindo drasticamente o seu custo de produção. Conforme o organograma

mestre das ações para a prevenção e controle da poluição, baseado em

LAGREGA (1994), discutido no item 2.4.3, onde foram abordadas as

Técnicas para a Redução de Poluição, a empresa caminhou da solução de

fim de tubo para a prevenção, atuando na fonte.

Do ponto de vista dos resultados dos testes na planta, observou-se

que as concentrações expressas em nitrogênio básico, ficaram diferentes dos

resultados obtidos em escala piloto. Isto é explicável, pois no teste realizado

em escala piloto pelo detentor de tecnologia, foi determinado o total de

pesados (HB) incluindo o DNBE. Também deve ser levado em conta que o

TAKAYOSHI OGATA


97

teste foi realizado num ambiente isento de impurezas e interferências

externas com medições de acuracidade elevada, o que não se caracteriza

num ambiente industrial.

No entanto, observando as duas curvas de tendências (Figura-12 e

Figura-13), o resultado do teste é perfeitamente aceitável pela semelhança do

comportamento e o mais importante é que na prática, o resultado atendeu

perfeitamente o propósito da empresa e atendeu a um dos objetivos deste

trabalho. A empresa evoluiu o seu comportamento pela ação dos envolvidos

da abordagem corretiva para a abordagem preventiva utilizando os conceitos

de Produção Mais Limpa, o resultado final é bastante claro conforme mostra

a Tabela-15 .

Ainda observando a formação do dibutil éter (DNBE) no reator,

antes e depois da adição do promotor, o teor de éter caiu drasticamente de

0,223% para 0,0127%, isto é, reduziu em 95% à formação inicial.

Tabela-15: Comparativo de Especificações antes e depois da mudança no processo COMPONENTES ESPECIFICAÇÃO

ANTES

ESPECIFICAÇÃO

APÓS

ESPECIFICAÇÃO TÍPICA - ANTES

ESPECIFICAÇÃO

TÍPICA – APÓS

Butanol (%) 99,30 99,70 99,74 99,83

i-BuOH (%) 0,20 máx. 0,10 0,09 0,09

DNBE (ppm) 3.000 máx 200 1354 127

Esse decréscimo de DNBE, indica que houve uma redução na

mesma proporção de outros leves e pesados da reação a ponto de conseguir

uma folga de operação na coluna de desidratação (T1) e coluna de leves (T3),

e a retirada de operação das colunas de pesados (T4). Com essa folga, não

houve necessidade de investimento citado no item 4.3.

Conforme foi analisado no item 4.5.3, houve uma evolução

bastante grande no que se refere à redução do impacto da atividade de

TAKAYOSHI OGATA


98

processo industrial sobre o ambiente, com base nos conceitos discutidos no

item 2.3, a Equação Mestra e o Fator 10.

Do ponto de vista das Estratégias Ambientais da empresa, foram

observados os seguintes pontos, com base nas características apresentadas

por ANDRADE (1997), discutidas no item 2.4.4.:

• Legislação – A empresa que tinha um comportamento de atendimento

mínimo à legislação e está caminhando para a superação das exigências

dos órgãos reguladores;

• Tecnologia – A empresa se preocupava apenas com o controle na saída

dos efluentes. Agora com essa experiência, caminha para a prevenção da

poluição e redução do consumo de recursos através de mudanças

incrementais. Há disposição, mas ainda não chegou a prevenção da

poluição e redução dos consumos de recursos naturais através de

inovações tecnológicas;

• Estrutura de Produção – A empresa desde o seu início de produção em

1973 manteve os seus produtos e processos sem alterações. Este trabalho

trouxe para a mesma, um horizonte em melhorias na estrutura de

produção visando reduzir os seus custos e impactos;

• Objetivo – Sem dúvida com essa mudança houve um aumento de

competitividade melhorando o seu desempenho financeiro;

• Percepção da variável ambiental – Hoje a empresa ainda que

timidamente, está despertando para a dimensão ambiental como uma

oportunidade de redução de custos de produção.

Do ponto de vista econômico, a aplicação do conceito de

Produção Mais Limpa para a resolução do problema em foco, apresentou um

resultado muito atraente. O mérito da redução no custo anual de produção

de R$ 1.340 mil é incomparável frente a um investimento de apenas R$ 42

mil.

TAKAYOSHI OGATA


99

5.2) Conclusões e Recomendações

A mudança de abordagem para a resolução do problema, chamou

a atenção dos envolvidos nas decisões estratégicas da empresa. Do ponto de

vista de atendimento ao cliente superou todas as expectativas, garantindo

assim a manutenção do mercado e redução do custo de produção.

Vale ressaltar que mesmo sem a exigência de uma especificação

mais rígida, a solução de Produção Mais Limpa apontou resultados mais

eficientes do ponto de vista tecnológico e mais competitivo do ponto de vista

de custo de produção.

Do ponto de vista das Estratégias Ambientais, com essa mudança

no processo, os envolvidos começaram a encarar a dimensão ambiental

como uma oportunidade de redução de custos de produção, ou seja há

possibilidade em futuro próximo, a empresa passar do comportamento

reativo ou defensivo e tender para a característica ofensiva, com base na

classificação adotada por MEREDITH (1994), discutido em Estratégias

Ambientais, no item 2.4.4.

Esta experiência abriu espaço para uma oportunidade de melhoria

em várias frentes:

a) Outros três reatores de hidrogenação também estão sendo preparados

para a adição do promotor com o intuito de reduzir as reações

secundárias;

b) A necessidade de otimização de matérias-primas, insumos e utilidades

ficaram evidentes para a redução do desperdício com conseqüente

redução do seu custo de produção e impactos das atividades industriais

sobre o meio ambiente. O último Balanço Material apresentado, retrata

uma situação pontual após a mudança no processo, portanto sem uma

otimização da operação das colunas. A empresa deverá continuar com

esse trabalho, canalizando os seus esforços para essa melhoria. Há muita

oportunidade de melhoria nessa área;

TAKAYOSHI OGATA


100

c) A adição do promotor é uma solução de mudança no processo que teve

uma resposta quase que imediata do ponto de vista da compreensão da

necessidade de atuação na fonte. No entanto, essa solução pode ser

aprimorada. Considerando que a formação de pesados da reação, tais

como acetais e éteres é favorecida por sítios ácidos do suporte de alumina

do catalisador a alta temperatura da reação, é desejável uma pesquisa

para a produção de um novo catalisador que tenha essas vantagens;

d) Todas essas vantagens estudadas neste trabalho, se constituem em

subsídios bastante importantes para as futuras plantas envolvendo

processo químico. Do ponto de vista econômico, haverá uma substancial

redução no custo variável e sobretudo no custo de investimento. É

imprescindível a introdução do conceito de Projeto para o Meio Ambiente,

mais conhecido como “Design for Environment” (DfE) nos novos projetos,

onde são considerados fatores diversos com o objetivo de reduzir impactos

ambientais e custos, buscando a eficiência do processo e sua

sustentabilidade desde o seu nascedouro;

e) Apesar da compreensão momentânea dos líderes da empresa no que

tange a necessidade de mudança de paradigma da administração de

produção, é preciso um aprimoramento maior na assimilação do conceito

e prática de Produção Mais Limpa no seu dia a dia. É preciso que esse

programa seja melhor disseminado em toda a empresa desde o topo da

administração até os ajudantes de operadores. É preciso compreender

profundamente que os velhos paradigmas da produção não respondem

mais aos novos desafios da concorrência e exigência do mercado.

TAKAYOSHI OGATA


101

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aplicação do conceito de produção mais limpa na otimização

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