estudo da produção de cumeno na refinaria de matosinhos

Estudo da Produção de Cumeno na Refinaria de

Matosinhos

António Manuel Cravo Branco Pires Dias

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Química

Orientadores:

Prof. João Bordado

Eng. Renato Fernandes

Júri

Prof. Sebastião Alves (Presidente)

Eng. Renato Fernandes

Prof. Carlos Henriques

Maio de 2020

ESTUDO DA PRODUÇÃO DE CUMENO NA REFINARIA DE MATOSINHOS – INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO | MEQ

i

Agradecimentos

Ao professor João Bordado, que não só me deu a oportunidade de realizar este trabalho,

como esteve sempre presente e disponível para me aconselhar e guiar neste precurso. Fico-lhe

imensamente grato por ter confiado em mim para aceitar o desafio que me foi feito de ir para o

Porto realizar o estágio.

Ao eng. Renato Fernandes, que me acompanhou durante o estágio na Refinaria de

Matosinhos e teve sempre tempo para me ajudar com todas as dúvidas e obstáculos que

apareceram. Não só se preocupou com a evolução do meu trabalho, como fez questão que de

me envolver noutros trabalhos e experiências, que me permitiram aprender muito mais fora do

trabalho que realizei.

Ao eng. Hugo Carabineiro, agradeço pela ajuda durante o processo de preparação do

estágio, e apesar de não ter estado presente em Matosinhos, fez sempre questão de saber como

estava a ser a evolução da tese.

Aos meus pais e à minha irmã, que me apoiaram imenso durante estes anos, e que me

ajudaram a conseguir alcançar os meus objetivos. Agradeço-lhes por terem acreditado sempre

em mim.

Aos meus tios, com quem vivi durante o estágio em Matosinhos, com toda a sua

paciência e amabilidade. Fui muito bem recebido por eles e ajudaram a tornar a experiência

ainda mais memorável. Agradeço-lhes imenso pela hospitalidade com que me acolheram.

A todos os meus amigos e colegas, que se mantiveram em contacto comigo enquanto

estive um pouco mais longe que o habitual, pelos conselhos e pelo apoio que me deram.

Por fim, à Cristiana, que me deu todas as forças e todo o apoio possível e imaginável,

esteve sempre presente quando eu mais precisei, lidou com os meus melhores e piores

momentos, sem nunca desistir de mim. Foi ela que me manteve focado nos periodos mais

difíceis, e que me inspirou para concluir o meu trabalho. Não queria outra pessoa ao meu lado

neste precurso, e por isso devo-lhe tudo pelo apoio que me deu.


ii

Abreviaturas

Abreviações Descrição

∆Cp Variação de capacidade calorífica na reação (kJ/mol.ºC)

∆h Altura adicional (m)

∆Hentrada Entalpia à entrada do reator (kJ/h)

∆HR Entalpia de reação (kJ/mol)

∆Hsaida Entalpia à saída do reator (kJ/h)

∆P Perda de carga no leito (Pa;bar)

∆T Diferença entre temperatura de entrada e saída do leito do reator (ºC)

∆Tln Diferença logarítmica de temperaturas (ºC)

µcaixa Viscosidade da corrente do lado da caixa (Pa.s)

µ Viscosidade do fluído (Pa.s)

µw Viscosidade da água (Pa.s)

A Área de transferência de calor (m2)

a Área específica da partícula (m-1)

Ap Área superficial da partícula (m2)

BE Break-even Point

BPA Bisfenol A

Ca Concentração de propileno (mol/L)

Cb Concentração de benzeno (mol/L)

CEPCI Chemical Engineering Plant Cost Index

CF Cash-Flow(s)

COVID-19 Coronavírus

Cpmistura Capacidade calorífica da mistura (kJ/mol.ºC)

Cpprodutos Capacidade calorífica dos produtos (kJ/mol.ºC)

Cpreagentes Capacidade calorífica dos reagentes (kJ/mol.ºC)

D Diâmetro do tanque/esfera (m)

D Capital Alheio

Db Diâmetro de feixe dos tubos (m)

deq Diâmetro equivalente do lado da caixa (m)

deq Diâmetro equivalente da partícula (m)

di Diâmetro interior dos tubos (m)

DIPB Di-isopropilbenzeno

do Diâmetro exterior dos tubos (m)

Ds Diâmetro da caixa do ebulidor (m)

dt Diâmetro do tubo do leito catalítico (m)

E Capital Próprio

EMDE’s Mercados Emergentes e Economias em Desenvolvimento


iii

f’ Fator de atrito

Fa,0 Caudal molar de entrada do reagente limitante (kmol/h)

FAR Fábrica de Matosinhos

FCC Fluid Catalytic Cracking

fm Fator de correção do coeficiente parcial do lado da caixa

Fs,total Caudal molar à saída do leito (kmol/h)

g Aceleração gravítica (m2/s)

GPL Gás de Petróleo Liquefeito

h2 Carga de vapor através do prato (m)

h3 Altura de líquido na conduta descendente (m)

Hcoluna Altura da coluna (m)

hD Perda de carga seca (m)

hG Carga de líquido na entrada no prato (m)

hi Coeficiente parcial de transferência de calor do lado dos tubos (W/m2.ºC)

hl Cargas de líquido nos pratos (m)

hL Perda de carga devido à altura de líquido (m)

ho Coeficiente parcial de transferência de calor do lado da caixa (W/m2.ºC)

ho’ Coeficiente parcial do lado da caixa corrigido (W/m2.ºC)

htot Perda de carga do líquido na conduta descendente (m)

htot,mist Perdas de carga totais ajustadas à mistura (m)

hw Cargas de líquido nos pratos (m)

hσ Perda de carga associada à tensão superficial

IMO Organização Marítima Internacional

IR Índice de Rentabilidade

IRP Impostos sobre o Rendimento do Período

jH Fator de transferência de calor do lado da caixa

k Condutividade térmica da corrente do lado da caixa (W/m.ºC)

K1 Parâmetro com base na disposição dos tubos e nº de passagens

KA Ketone Alcohol

Ka Constante de adsorção de propileno

Kb Constante para pitch triangular

kL Condutividade

ko’ Constante de velocidade (h-1)

kw Condutividade térmica dos tubos (W/m.ºC)

Lacumulador Comprimento do acumulador (m)

l Espessura dos pratos (m)

Ltubos Comprimento dos tubos (m)

Lleito Comprimento do leito (m)

lb Espaçamento entre chicanas (m)

mcatalisador Massa de catalisador necessária (kg)


iv

MMA Metil Metacrilato

MTO Methanol to Olefins

N1 Parâmetro com base na disposição dos tubos e nº de passagens

Nb Número de chicanas

NCI Índice de Complexidade de Nelson

nformato Quantidade de produto formado (mol/h)

npassagens Número de passagens do lado dos tubos

Npratos Número de pratos

NPSH Net Pump Suction Head

NR Fator de correção associado ao escoamento

ntubos Número de tubos

OPP On-purpose Propene

P Pressão da mistura (bar)

PB Payback Period (Período de Retorno)

Pc Pressão crítica da mistura (bar)

PIB Produto Interno Bruto

PIPB Poli-isopropilbenzeno

PMMA Polimetil Metacrilato

Prcaixa Número de Prantl para o lado da caixa

PT Pitch (m)

q Calor transferido (W)

qc Fluxo de calor no ebulidor (W/m2)

qcb Fluxo de calor para o feixe de tubos (W/m2.ºC)

Qm,total Caudal mássico total da corrente (kg/h)

Qreação Calor de reação (kJ/h)

Qtrocado Calor trocado no reator (kJ/h)

Qv Caudal Volumétrico (m3/dia)

Qv,tubos Caudal volumétrico da corrente nos tubos (m3/s)

ra Velocidade de reação (mol/h.kg)

rD Custos de Capital Alheio

Re’ Número de Reynolds modificado para leitos porosos

Recaixa Número de Reynolds para o lado da caixa

Ri’’ Índice de sujidade do lado dos tubos (m2.ºC/W)

rK Custo de Capital Próprio

RLP Resultados Líquido do Período

RM Refinaria de Matosinhos

Ro’’ Índice de sujidade do lado da caixa (m2.ºC/W)

RS Refinaria de Sines

SPA Ácido Fosfórico Sólido

t Tempo de residência (dias)


v

tpratos Espaçamento entre pratos (m)

T Temperatura de reação (ºC)

Tbi Temperatura da corrente líquida que entra no ebulidor (ºC)

Tbo Temperatura da mistura de vapor à saída do ebulidor (ºC)

TIPB Tri-isopropilbenzeno

TIR Taxa Interna de Rentabilidade

Tmédia Temperatura média da corrente nos tubos (ºC)

TPS Transportation Planning System

U Coeficiente global de transferência de calor (W/m2.ºC)

u Velocidade superficial do fluído (m/s)

utubos Velocidade da corrente nos tubos (m/s)

uv Velocidade do vapor na caixa (m/s)

Vacumulador Volume do acumulador (m3)

VAL Valor Atual Líquido

Vcabeças Volume das cabeças toristéricas (m3)

Vesfera Volume da esfera (m3)

Vp Volume da partícula (m3)

Vreator Volume do reator (m3)

Vreator,sobredim. Volume do reator sobredimensionado (m3)

VRI Valor Residual do Investimento

Vtanque Volume do tanque (m3)

WACC Custo Médio Ponderado do Capital

Wc Caudal mássico do condensado (kg/s)

WHSV Weight Hourly Space Velocity (h-1)

z Nível de líquido proveniente da coluna (m)

Γh Fator associado à quantidade de condensado a circular

ε Porosidade do leito catalítico

λ Calor latente da mistura J/kg

ρcatalisador Densidade do catalisador (kg/m3)

ρG Densidade do gás a circular nos tubos (kg/m3)

ρL Densidade do líquido a circular nos tubos (kg/m3)

ρl Densidade do fluído (kg/m3)

ρmist Densidade da mistura

σ Tensão superficial (N/m)

φ Espaço livre entre nível de líquido proveniente da coluna e Ds (m)

φ Esfericidade


vi

Conteúdos

Agradecimentos ............................................................................................................................. i

Abreviaturas ................................................................................................................................... ii

Conteúdos ..................................................................................................................................... vi

Índice de Figuras ........................................................................................................................... ix

Índice de Tabelas .......................................................................................................................... x

1. Resumo ................................................................................................................................ xii

2. Abstract ............................................................................................................................... xiii

3. Introdução .............................................................................................................................. 1

3.1. Introdução e Enquadramento .................................................................................... 1

4. O Produto .............................................................................................................................. 5

5. Análise de Mercado ............................................................................................................. 12

5.1. Indústria: Panorama global e tendências ................................................................ 12

5.2. Matérias Primas ....................................................................................................... 13

Benzeno................................................................................................................... 13

Propileno.................................................................................................................. 15

5.3. Produtos e Derivados .............................................................................................. 16

Fenol ........................................................................................................................ 16

Acetona .................................................................................................................... 18

Cumeno ................................................................................................................... 20

6. O Processo .......................................................................................................................... 22

7. Dimensionamento do Equipamento .................................................................................... 31

7.1. Tanques e Esferas de armazenamento .................................................................. 31

7.2. Acumuladores de balanço e de refluxo ................................................................... 32

7.3. Colunas de destilação ............................................................................................. 33

7.4. Equipamentos de transferência de calor ................................................................. 36

7.4.1. Permutadores de caixa e tubos ........................................................................... 36

7.4.2. Condensadores ................................................................................................... 39

7.4.3. Ebulidores ............................................................................................................ 40

7.5. Reatores .................................................................................................................. 43

7.5.1. Reator de Alquilação ............................................................................................... 43

7.5.2. Reator de Transalquilação ...................................................................................... 49

8. Integração de Equipamentos .............................................................................................. 52

8.1.1. D-0403: Acumulador dos Produtos de Topo da T-0401 ......................................... 53

8.1.2. D-0301: Acumulador de Refinado ........................................................................... 54

8.1.3. D-0302: Acumulador do Produto de Topo da T-0303 ............................................. 55

8.1.4. D-0303: Acumulador de Mistura da Alimentação de Extrato .................................. 56

8.2.1. T-0306: Coluna de Extrato ...................................................................................... 57


vii

8.3.1. E-0308 B .................................................................................................................. 58

8.3.2. E-0403 A .................................................................................................................. 59

8.4.1. TK-6101 A/B/C/D/E: Esferas de Armazenamento de Propano ............................... 59

8.4.2. TK-0811 e TK-0812: Tanques de Armazenamento de Benzeno ............................ 60

8.4.3. TK-0819 A/B: Tanque de Armazenamento de Para-Xileno (Teste) ........................ 61

8.4.4. TK-0817: Tanque de Armazenamento de Para-Xileno ........................................... 62

8.4.5. TK-0822: Tanque de Armazenamento de Para-Xileno ........................................... 63

9. Análise Económica .............................................................................................................. 65

9.1. Preço de matéria prima e de produtos .................................................................... 66

9.1.1. Matérias Primas ................................................................................................... 66

9.1.2. Produtos .............................................................................................................. 66

9.2. Análise Económica para o Projeto de Raiz ............................................................. 66

9.2.1. Estimativa de Investimento Total ............................................................................ 66

9.2.1.1. Capital Fixo .......................................................................................................... 67

9.2.1.1.1. Custos Diretos ..................................................................................................... 67

9.2.1.1.2. Custos Indiretos ................................................................................................... 69

9.2.1.2. Capital Circulante ................................................................................................ 70

9.2.2. Custos de produção ................................................................................................ 72

9.2.3. Demonstração de Resultados ................................................................................. 75

9.2.4. Cash Flow Provisional ............................................................................................. 76

9.3. Comparação entre Projeto de Raiz e Projeto com Integração de equipamentos ... 77

9.4. Critérios de Rentabilidade ....................................................................................... 79

9.4.1. Valor Atual Líquido (VAL) .................................................................................... 79

9.4.2. Taxa Interna de Rentabilidade (TIR) ................................................................... 79

9.4.3. Prazo de Retorno de Investimento ou Payback Period (PB) .............................. 80

9.4.4. Índice de Rentabilidade do Projeto (IR) .............................................................. 80

9.4.5. Break-Even Point (BE) ........................................................................................ 80

10. Troubleshooting ............................................................................................................... 82

10.1. Armazenamento de propileno ................................................................................. 82

11. Conclusão ........................................................................................................................ 84

12. Referências ..................................................................................................................... 87

13. Anexos ............................................................................................................................. 93

13.1. Anexos A – Dados de Dimensionamento ............................................................... 93

13.1.1. Anexo A1 – Dimensionamento dos tanques e esferas de armazenamento ....... 93

13.1.2. Anexo A2 – Dimensionamento dos acumuladores de balanço e refluxo ............ 93

13.1.3. Anexo A3 – Dimensionamento das colunas de destilação ................................. 94

13.1.4. Anexo A4 – Dimensionamento dos permutadores de caixa e tubos .................. 94

13.1.5. Anexo A5 – Dimensionamento dos condensadores ........................................... 95

13.1.6. Anexo A6 – Dimensionamento dos ebulidores ................................................... 96


viii

13.1.7. Anexo A7 – Dimensionamento das bombas centrífugas do processo ................ 96

13.1.8. Anexo A8 – Dimensionamento dos reatores de alquilação e transalquilação .... 97

13.2. Anexos B – Dados da Análise Económica .............................................................. 97

13.2.1. Anexo B1– Percentagem de cada tipo de equipamento no Custo de

Equipamento Base .............................................................................................................. 97

13.2.2. Anexo B2– Tabelas de Cash-flows para projeto com integração de equipamento.

98

13.3. Anexos C – Esferas de Armazenamento: Cumprimento de Distâncias para

instalação de novas esferas de armazenamento .................................................................... 99


ix

Índice de Figuras

Figura 1: Cadeia de valor do Cumeno, desde o Petróleo até aos produtos finais ........................ 9

Figura 2: Consumo de benzeno, por produto (2020)[44] – Consumo global de Benzeno: 53 433

kton.[45] ................................................................................................................................................................................................................... 14

Figura 3: Consumo de benzeno, por região (2018)[44] Consumo global de Benzeno: 53 433

kton.[45] ................................................................................................................................................................................................................... 14

Figura 4: Consumo de propileno, por produto (2015)[46]. Consumo global de Propileno: 106 000

kton.[47] ................................................................................................................................................................................................................... 15

Figura 5: Consumo de propileno, por região (2019).[48] Consumo global de Propileno: 106 000

kton.[47] ................................................................................................................................................................................................................... 16

Figura 6: Consumo de fenol, por produto (2015)[51]. Consumo global de Fenol: 56 200 kton.[52]17

Figura 7: Consumo de fenol, por região (2017). [49] Consumo global de Fenol: 56 200 kton. [52] 18

Figura 8: Consumo de acetona, por produto (2015).[51] Consumo global de Acetona: 37 100

kton. [52] .................................................................................................................................................................................................................. 19

Figura 9: Consumo de acetona, por região (2017).[54] Consumo global de Acetona: 37 100 kton. [52] ............................................................................................................................................................................................................................... 20

Figura 10: Consumo de cumeno, por região (2017).[60] Consumo global de Cumeno: 15 400

kton.[60] ................................................................................................................................................................................................................... 21

Figura 11: Esquema do reator de alquilação (via Aspen). .......................................................... 25

Figura 12: Esquema do reator de transalquilação (via Aspen). .................................................. 26

Figura 13: Esquema do despropanizador (via Aspen) ................................................................ 27

Figura 14: Esquema da coluna de destilação para separação do benzeno (via Aspen). ........... 28

Figura 15: Esquema da coluna de destilação para separação do produto final (via Aspen). ..... 29

Figura 16: esquema de um ebulidor kettle, com utilização de Hot oil como utilidade................. 40

Figura 17: Esquema da secção do ebulidor kettle. ..................................................................... 41

Figura 18: Desenho técnico do acumulador D-0403 ................................................................... 53




Figura 22: Desenho técnico da coluna de destilação T-0306 ..................................................... 57

Figura 23: Desenho técnico de esfera de armazenamento de propano TK-6101. ..................... 60

Figura 24: Desenho técnico do tanque de armazenamento TK-0811. ....................................... 61




Figura 28: Percentagem de cada tipo de equipamento no Custo de Equipamento Base, para o

Projeto de raiz ............................................................................................................................. 68


Projeto com Integração de Equipamento, excluindo a integração das Esferas de

Armazenamento .......................................................................................................................... 97


Projeto com Integração de Equipamento, incluindo a integração das Esferas de

Armazenamento .......................................................................................................................... 98

Figura 31: Distâncias entre a zona disponível para instalação de novas esferas de

armazenamento e o perímetro de instalação e edifícios habitados ............................................ 99

Figura 32: Vista aérea da Refinaria de Matosinhos e Parque de Perafita ................................ 100


x

Índice de Tabelas

Tabela 1: Balanço mássico ao reator de alquilação.................................................................... 25

Tabela 2: Balanço mássico ao reator de transalquilação. .......................................................... 26

Tabela 3: Balanço mássico ao despropanizador. ....................................................................... 27

Tabela 4: Balanço mássico à segunda coluna de destilação do processo. ................................ 28

Tabela 5: Balanço mássico da terceira coluna de destilação do processo. ................................ 29

Tabela 6: Compatibilidade entre os principais compostos do processo e os materiais de

construção utilizados ................................................................................................................... 30

Tabela 7: Valores tabelados da razão altura/diâmetro para gamas de volume de tanques de

armazenamento.[65] ..................................................................................................................................................................................... 31

Tabela 8: Resultados do dimensionamento dos tanques e esferas de armazenamento. .......... 32

Tabela 9: Resultados do dimensionamento dos acumuladores de balanço e refluxo. ............... 33

Tabela 10: resultados, obtidos a partir do software Aspen, necessários para o

dimensionamento das colunas .................................................................................................... 33

Tabela 11: Resultados do dimensionamento dos permutadores de caixa e tubos..................... 38

Tabela 12: Resultados do dimensionamento dos condensadores ............................................. 40

Tabela 13: Valores de constantes cinéticas fornecidos pelo artigo, e valores do Ka obtido para

o mecanismo em questão ........................................................................................................... 45

Tabela 14: massa de catalisador utilizada em cada leito e correspondente WHSV (weight hourly

space velocity) ............................................................................................................................. 46

Tabela 15: Características e propriedades do catalisador QZ-2001........................................... 46

Tabela 16: Volume total dos leitos, com respetivo sobredimensionamento e massa de

catalisador final............................................................................................................................ 47

Tabela 17: Cálculo do número de Reynolds modificado para cada leito. ................................... 48

Tabela 18: Perdas de carga ao longo do reator, em bar. ........................................................... 49

Tabela 20: Características físicas do catalisador QZ-2000 ........................................................ 50

Tabela 21: Volume total, com respetivo sobredimensionamento e massa de catalisador final. 50

Tabela 22: Dimensões finais do reator e configuração dos tubos .............................................. 50

Tabela 23: Resultados das perdas de carga por cada passagem dos tubos e valor total de

perdas de carga no reator ........................................................................................................... 51

Tabela 24: Comparação entre as características técnicas do acumulador a integrar D-0403 e o

acumulador dimensionado D-1001. ............................................................................................ 53







Tabela 28: Comparação entre as características técnicas da coluna a integrar T-0306 e a

coluna de destilação dimensionada T-3003 ................................................................................ 57

Tabela 29: Capacidade e condições de design do permutador de calor E-0308 B .................... 58

Tabela 30: Capacidade e condições de design do permutador de calor E-0403 A .................... 59

Tabela 31: Capacidade e condições de design das esferas de armazenamento de propano ... 59

Tabela 32: Capacidade e condições de design dos tanques de armazenamento de benzeno. 60

Tabela 33: Capacidade e condições de design dos tanques de armazenamento de para-xileno

TK-0819 A/B ................................................................................................................................ 61

Tabela 34: Capacidade e condições de design dos tanques de armazenamento de para-xileno

TK-0817. ...................................................................................................................................... 62

Tabela 35: Capacidade e condições de design do tanque de armazenamento de para-xileno

TK-0822. ...................................................................................................................................... 63

Tabela 36: Características e condições de design das bombas que serão integradas no

processo de produção de cumeno. ............................................................................................. 64


xi

Tabela 37: Preços atualizados das matérias primas do processo, em euros por tonelada

métrica. ........................................................................................................................................ 66

Tabela 38: Preço dos produtos obtidos, em euros por tonelada métrica. ................................... 66

Tabela 39: Índices CEPCI utilizados na Análise Económica. ..................................................... 67

Tabela 40: Custo dos equipamentos do processo, em milhares de euros ................................. 68

Tabela 41: Valores das parcelas dos Custos Diretos, em milhares de euros ............................. 69

Tabela 42: Valores das parcelas dos Custos Diretos, em milhares de euros ............................. 70

Tabela 43: Cálculo do Capital Fixo, em milhares de euros ......................................................... 70

Tabela 44: Valores das parcelas do Capital Circulante, em milhares de euros.......................... 71

Tabela 45:Cálculo do Capital Próprio e Alheio a partir do Investimento Total, em milhares de

euros ............................................................................................................................................ 71

Tabela 46: Custo anual das matérias primas do processo, para uma taxa de ocupação de

100%, em milhares de euros por ano ......................................................................................... 72

Tabela 47: Custo anual das utilidades do processo, em milhares de euros por ano ................. 73

Tabela 48: Método de cálculo das parcelas dos Custos de Fabrico Diretos .............................. 73

Tabela 49: Valores anuais das parcelas dos Custos de Fabrico Fixos, em milhões de euros por

ano. .............................................................................................................................................. 74

Tabela 50: Valores das parcelas dos Custos de Produção referentes ao 10º ano de produção,

em milhares de euros .................................................................................................................. 74

Tabela 51: Parcelas da Demonstração de Resultados e Custos de Produção associados a cada

parcela. ........................................................................................................................................ 75

Tabela 52: Demonstração de Resultados para os 10 anos de vida útil do projeto, em milhões de

euros por ano. ............................................................................................................................. 75

Tabela 53: Cash Flows para os 10 anos de vida útil do projeto, em milhões de euros por ano. 77

Tabela 54: Custos em Equipamento Base e Investimento Fixo para cada alternativa de projeto.

..................................................................................................................................................... 78

Tabela 55: Cash Flow Líquido Acumulado, correspondente ao último ano de projeto, para cada

alternativa, em milhões de euros ................................................................................................ 78

Tabela 56: Comparação dos Critérios de Rentabilidade e Break-Even Point para cada Análise

Económica. .................................................................................................................................. 80

Tabela 57: Condições de design dos tanques e esferas de armazenamento dimensionados ... 93

Tabela 58: Condições operatórias e de design dos acumuladores de balanço e de refluxo

dimensionados ............................................................................................................................ 93

Tabela 59: Dimensões das colunas de destilação dimensionadas ............................................. 94

Tabela 60: Condições operatórias e de design das colunas de destilação dimensionadas ....... 94

Tabela 61: Condições operatórias e composições das correntes quente e fria dos permutadores

de caixa e tubos dimensionados ................................................................................................. 94

Tabela 62: Organização de caixa e tubos dos permutadores, incluindo número de passagens

em cada lado e número de tubos ................................................................................................ 95

Tabela 63: Condições operatórias e composições das correntes quente e fria dos

condensadores dimensionados ................................................................................................... 95

Tabela 64: Organização de caixa e tubos dos condensadores, incluindo número de passagens

em cada lado e número de tubos ................................................................................................ 95

Tabela 65: Condições operatórias e composições das correntes quente e fria dos ebulidores

dimensionados ............................................................................................................................ 96

Tabela 66: Organização de caixa e tubos dos ebulidores, incluindo número de passagens em

cada lado e número de tubos ...................................................................................................... 96

Tabela 67: Resultados do dimensionamento das bombas centrífugas do processo .................. 96

Tabela 68: Resultados do dimensionamento dos reatores, incluindo dimensões, massa de

catalisador total necessária e condições de design. ................................................................... 97

Tabela 69: Cash- Flows para Projeto com integração de equipamento, excluindo as esferas de

armazenamento .......................................................................................................................... 98

Tabela 70: Cash- Flows para Projeto com integração de equipamento, incluindo as esferas de

armazenamento .......................................................................................................................... 99


xii

1. Resumo

Neste trabalho pretende-se avaliar a viabilidade da produção de cumeno na Refinaria de

Matosinhos. Estudou-se a cadeia de valor do cumeno e os principais mercados dos compostos

associados a esta, o processo de produção e dimensionamento dos equipamentos necessários,

analisou-se a integração no projeto de equipamentos de unidade desativadas da refinaria e

finalizou-se com a análise económica ao projeto, com e sem integração de equipamento. A

reutilização dos equipamentos permite uma redução de 67% nos custos em equipamento base,

em que as esferas de armazenamento representam 50% dessa redução. Os Cash-Flows

acumulados obtidos para a análise sem e com reutilização de equipamento foram -5,8 e 14

milhões de euros, respetivamente. Concluíu-se que o projeto é viável caso se recorra à

integração de equipamentos desativados, com destaque para as esferas de armazenamento da

refinaria. No entanto, estas não estão disponíveis para ser utilizadas e deve-se procurar uma

alternativa para resolver o problema, por exemplo a utilização do Parque de Perafita, da Pérgas.

Keywords: Produção de Cumeno; Processo Q-max; Refinaria de Matosinhos; Integração de

Equipamento.


xiii

2. Abstract

Evaluation of the viability of cumene production at the Matosinhos Refinery. The cumene

value chain and the main markets for the compounds associated with it were studied, the

production process and the sizing of necessary equipment, the integration of equipment from

decommissioned production units in the refinery was evaluated and the work was finalized with

the economic analysis to the project, considering two cases: with and without equipment

integration. The reuse of the equipment allows a 67% reduction in equipment costs, where the

spherical vessels represent 50% of this cost reduction. The accumulated Cash-Flows, without

and with reuse of equipment, were -5,8 and 14 million euros, respectively. It was concluded that

the project is only viable with integration of decommissioned equipment, with emphasis on the

refinery's spherical vessels. However, these might not be available for use and an alternative

must be sought to solve the problem, for example resorting to the Perafita Park, from Pérgas.

Keywords: Cumene Production; Q-max Process; Matosinhos Refinery; Equipment Integration.


1

3. Introdução

3.1. Introdução e Enquadramento

O projeto desenvolvido no âmbito da dissertação procurou complementar a sua vertente

académica com uma abordagem à realidade da Refinaria de Matosinhos (RM) e ao contexto

empresarial da Galp Energia. Deste modo, o processo escolhido baseou-se na disponibilidade

de matéria prima por parte da Galp e na existência de equipamento desativado na refinaria, para

integração no processo, juntamente com a análise de mercado do cumeno e respetivos

derivados, para prever as tendências do produto.

Este capítulo tem o objetivo de apresentar o contexto empresarial e estratégico da

empresa, as unidades desativadas de interesse para o projeto, presentes na Fábrica de

Aromáticos (FAR) da RM, tal como a disponibilidade das matérias primas necessário para o

funcionamento da unidade que se pretende instalar.

3.1.1. Galp Energia: empresa e estratégia

A Galp apresenta-se atualmente como um grupo integrado de produtos petrolíferos e gás

natural. Para além da exploração e produção de petróleo e gás natural, a Galp é ainda

responsável pela refinação e distribuição de produtos petrolíferos, tal como pela distribuição e

venda de gás natural e geração de energia elétrica.[1]

Atualmente presente em 11 países e 4 continentes, exportando os seus produtos para

mais de 50 países, a Galp é uma das maiores empresas a nível nacional, detentora de 50% do

comércio de combustíveis em Portugal. A Galp controla a totalidade da capacidade refinadora

do país e 20% da capacidade refinadora ibérica, a partir das suas refinarias em Sines e

Matosinhos, que têm uma capacidade conjunta de refinação de 330 mil barris de crude por dia.[2]

As refinarias estão integradas de modo a maximizar a sua margem de refinação, e apresentam

um índice de complexidade Nelson (NCI) combinado de 8,6. Este valor permite avaliar a

complexidade de uma refinaria tendo em conta as unidades presentes e o seu custo

comparativamente à unidade de destilação de crude (fator 1,0). Quanto maior o NCI, maior o

custo da refinaria e mais valorizado é a gama de produtos fabricados.


2

3.1.2. Refinaria de Matosinhos

A RM é um complexo industrial, situado na costa noroeste de Portugal, ativo desde 1969.

O complexo é composto pela refinaria de hydroskimming, com capacidade de destilação de 110

mil barris por dia, pela fábrica de aromáticos, fábrica de óleos base e fábrica de lubrificantes. A

refinaria é ainda complementada com uma central de cogeração alimentada a gás natural, para

produção de energia elétrica e vapor. A refinaria é caracterizada pela sua elevada flexibilidade e

variedade de produção de produtos petrolíferos refinados de elevada qualidade, garantindo o

abastecimento da região norte de Portugal.[2]

A localização geográfica é bastante favorável para o abastecimento e distribuição dos

produtos, através da sua ligação ao porto de Leixões através de vários oleodutos, da pipeline de

abastecimento para o aeroporto Francisco Sá Carneiro e ainda uma instalação para enchimento

de veículos cisterna.

3.1.3. Fábrica de Aromáticos e Unidades Desativadas U300 e U400

A Fábrica de Aromáticos da RM iniciou a sua atividade em 1981, sendo a única fábrica

de aromáticos do país. Com uma produção anual de 440 kton de benzeno, tolueno, xileno e

outros solventes, que são distribuídos tanto a nível nacional como internacional, as unidades

presentes nesta fábrica recebem o reformado proveniente da Fábrica de Combustíveis e da

Refinaria de Sines (RS), que juntamente com uma alimentação de mistura de xilenos, servem de

matéria-prima para os processos realizados nas unidades.[3]

Em 2012, a FAR foi submetida a um revamping com o objetivo de melhorar a eficiência

energética de algumas das unidades existentes. Para além destas ações, procedeu-se à

desativação das unidades U300 e U400, associadas aos processos PAREX e ISOMAR,

respetivamente. Estas unidades não dispunham de um sistema de integração energética

eficiente, muito dependentes da utilização de fornalhas, pelo que os processos deixaram de ser

economicamente viáveis. As unidades foram isoladas e inertizadas, mas estando os

equipamentos sujeitos a degradação ao longo dos anos, é possível que seja realizado o

desmantelamento num futuro próximo.

No âmbito deste estudo, considerou-se que os equipamentos destas unidades estão

disponíveis para serem integrados num novo processo, sujeitos a uma avaliação do estado e

das suas condições para reutilização.


3

3.1.4. Disponibilidade de Matérias-Primas

• Benzeno

A partir de uma análise realizada entre 2014 e 2016, concluiu-se que a produção de

Benzeno na RM ronda as 53 kton/ano, proveniente da unidade de Arosolvan (U-0200). Este

processo consiste numa extração líquido-líquido combinada com uma destilação extrativa, em

que o objetivo é produzir benzeno de alta pureza. O benzeno produzido na refinaria já tem

tanques dedicados ao seu armazenamento, pelo que serão apenas necessários ajustes para

adaptar os tanques e montagem de uma linha de alimentação à nova unidade, com possibilidade

de aproveitar as linhas existentes nas unidades desativadas.

• Propileno

O propileno necessário para o processo é produzido na RS, na unidade FCC (Fluid

Catalytic Cracking). Esta unidade produz, segundo a mesma análise realizada para o benzeno,

cerca de 33 kton/ano, e recebe gasóleo de vácuo e resíduo atmosférico que, através de cracking

catalítico, se transforma em gasolina e GPL (gás de petróleo liquefeito), de onde será separado

o propileno. O propileno está armazenado em 3 esferas, com 2200 m3 cada, que vai ser

transportado por navio via TPS (Transportation Planning System) para o porto de Leixões. Os

navios usados para a exportação do propileno em Sines têm uma capacidade de

aproximadamente 900 toneladas, e a transferência da matéria prima para a refinaria é feita com

recurso à linha de propano já existente, apenas sujeito a alterações protocolares para a receção

do propileno. Na RM existem atualmente 5 esferas alocadas para armazenamento de propano,

com 450 toneladas cada. As necessidades de armazenamento de propileno exigem que 3

esferas sejam dedicadas a este composto: uma esfera para alimentar a unidade e duas esferas

para receber o propileno proveniente do navio. Uma vez que as duas restantes esferas são

insuficientes para o serviço de propano, será necessário equipamento adicional de

armazenagem.


4

3.1.5. Enquadramento COVID-19

Este subcapítulo serve para apresentar uma breve contextualização entre o trabalho

realizado e a situação atual devido à pandemia do vírus Covid-19. É importante esclarecer que

a análise de mercado realizado no capítulo 5 teve em conta a situação económica global pré-

pandemia, e apesar de ser relevante para esse período, o mesmo não pode ser dito após os

últimos 4 meses.

Segundo o Fundo Monetário Internacional (FMI)[93],a queda do PIB global expectável

para 2020 é de -4,9%, com os EUA e a Europa a destacarem-se com quedas no PIB de -8% e -

10,2%, respetivamente.

Apesar da falta de informação e dados sobre o mercado do cumeno durante a crise

pandémica, segundo uma análise de mercado recente[94], a procura global de cumeno sofreu

uma leve queda, com expectativas de recuperação no primeiro trimestre de 2022. No entanto,

segundo outras análise de mercado[95][96], a procura de cumeno pode sofrer um aumento

significativo devido à utilização de isopropanol na produção de gel desinfetante, uma vez que o

isopropanol pode ser produzido a partir de acetona. Apesar de a produção de isopropanol a partir

de propileno ser mais comum, a utilização de acetona para produzir isopropanol está a ganhar

destaque devido à necessidade global de gel desinfetante, o que pode ser determinante para

manter o mercado do cumeno essencial no período da pandemia.


5

1. O Produto

1.1. Cumeno

O cumeno (C9H12), também denominado de iso-propilbenzeno, é um composto

aromático, não corrosivo, líquido à temperatura e pressão ambientes, e é um constituinte natural

do Petróleo Bruto. É um composto altamente inflamável, com elevado risco de incêndio caso seja

exposto a fontes de ignição como chamas ou faíscas, e reage violentamente com ácidos e

oxidantes fortes.[4]

Produzido quase exclusivamente pela reação de alquilação de benzeno com propileno,

o cumeno é considerado um dos intermediários com maior importância na indústria petroquímica,

principalmente por ser utilizado na sua maioria para coprodução de fenol e acetona. Neste

processo, o cumeno sofre oxidação para formar hidroperóxido de cumeno, seguida de uma

hidrólise em meio ácido para formar o fenol e a acetona. O cumeno é ainda utilizado em

quantidades pouco significativas na produção de compostos como α-metilestireno, acetofenona

peróxido de dicumilo.[4]

O cumeno é geralmente armazenado em tanques de teto cónico fixo (o cumeno tem

baixa volatilidade, pelo que não se justifica usar teto flutuante).[5]

1.2. Propano

O propano (C3H8) é um hidrocarboneto gasoso incolor, facilmente liquefeito, pelo que se

encontra disponível no mercado na forma de propano liquefeito ou como constituinte maioritário

de GLP. O seu odor dificilmente detetável em baixas concentrações obriga a que se adicione um

produto com forte odor característico para se tornar mais percetível a sua presença, por questões

de segurança. O propano é separado em grandes quantidades do gás natural, petróleo leve e

de gases de refinaria, como subproduto. No processo de produção de cumeno, o propileno

alimentado ao processo vem misturado com uma pequena quantidade de propano, que é

separada da corrente de processo, após alquilação, num despropanizador.[6][7]

O propano é usado numa enorme diversidade de aplicações, como sistemas de fornalhas

e aquecimento de água, para uso industrial ou para uso doméstico, aplicações na indústria

metalúrgica, nos transportes ou na construção.[8]


6

1.3. Matérias Primas

1.3.1. Benzeno

O benzeno (C6H6) é um composto aromático, líquido em condições normais de pressão

e temperatura, altamente volátil e inflamável, com um odor reminiscente da gasolina. Encontra-

se naturalmente como componente do petróleo bruto e é um constituinte comum da gasolina.[9][10]

Uma das primeiras formas de obtenção de benzeno consistia na destilação de alcatrão

de hulha, ou alcatrão de carvão, um líquido escuro e viscoso proveniente da pirólise do carvão.

No topo da coluna de destilação saem os compostos mais voláteis, entre eles o benzeno, para

posterior separação. Desde os anos 50 que este método foi substituído por processos como o

cracking de petróleo bruto, reforming de nafta, e ainda desalquilação ou transalquilação de

tolueno (o tolueno tem um valor de mercado mais baixo do que o benzeno ou o xileno, daí se

converter este composto em aromáticos mais favoráveis).[11][12][13]

Mais de metade do benzeno produzido a nível mundial é aplicado na produção de

estireno, sendo cerca de 20% utilizado na produção de cumeno. O estireno é usado na produção

de poliestireno (plástico com uma vasta gama de aplicações) e no fabrico de diversos plásticos

e borrachas sintéticas, com diferentes características e propriedades. O benzeno é ainda

utilizado na produção de anilinas (para síntese de corantes) e ciclo-hexanos (produção de

nylon).[14]

O transporte de benzeno, mais comum por via marítima, é realizado com recurso a

contentores selados, de modo a que o composto esteja em boas condições e sem hipótese de

fuga de líquido. Para além destas precauções, o transporte deve ser feito com especial cuidado

na proteção contra possíveis fontes de ignição. O seu armazenamento é geralmente feito em

tanques.[15]

1.3.2. Propileno

O propileno (C3H6) é um hidrocarboneto, que à temperatura ambiente é um gás incolor,

não tóxico e bastante inflamável. Geralmente é transportado na forma de GPL, à sua pressão de

vapor, e pode causar queimaduras por frio caso entre em contacto com a pele. Como o propileno

é bastante inflamável e mais denso que o ar, o seu transporte e armazenamento devem ser feitos

com atenção adicional.[16][17]


7

O propileno é produzido principalmente através de cracking a vapor de nafta e de

cracking catalítico de petróleo bruto, no processo de refinação do petróleo. Ambos os processos

produzem mais compostos, onde se destaca o etileno. A elevada procura de propileno obrigou a

uma forte investigação para descobrir métodos de obtenção de propileno sem formação de

etileno, conhecidos como processos OPP (on-purpose propene), onde se destacam o cracking

catalítico de propano, MTO (produção de olefinas a partir de metanol) com recurso a zeólitos

tratados com ácidos para aumentar a seletividade em propileno, reações de etileno com butenos

e produção via singas e etanol.[16][17]

Grande parte da produção mundial de propileno é utilizada na formação de polipropileno,

um polímero termoplástico com uma elevada gama de aplicações em diversos ramos (têxtil,

automóvel, armazenamento de alimentos). O principal ponto de interesse das propriedades do

polipropileno é a possibilidade de ser utilizado como substituto ao vidro, metais e outros

polímeros. O propileno é ainda utilizado na produção de ácido acrílico e acrilonitrila, para

posterior polimerização, na produção de cumeno e também na produção de epoxipropano e

butanal, para produção de vários solventes.[16][18]

1.4. Derivados do cumeno

1.4.1. Fenol

O fenol é um composto aromático, sólido cristalino a temperatura e pressão ambiente,

combustível, volátil e corrosivo.[19] O fenol é geralmente armazenado, em estado líquido, a

temperaturas acima dos 50ºC (o ponto de fusão do fenol é de 40ºC), em tanques com isolamento

para manter a temperatura nos níveis desejados.[20]

O fenol, tal como já foi referido, é produzido maioritariamente através de cumeno. De

modo a agilizar esta produção, as fábricas de cumeno e de fenol (e acetona) encontram-se

integradas por escolha das empresas que produze os compostos, como é o caso da INEOS

Phenol.[23] Apesar do processo de produção de fenol e acetona através de cumeno ser dominante

na indústria química, a eficiência económica do processo deixa a desejar, uma vez que o

interesse do mercado no fenol é superior ao interesse na acetona. Assim, têm surgido métodos

de produção de fenol ou de fenol com outros subprodutos, em que não há formação de acetona,

como a oxidação de benzeno com óxido nitroso (N2O). Ainda não foi construída nenhuma fábrica

com base neste processo, tendo sido feitos apenas os testes piloto.

O fenol é utilizado na produção de diversos polímeros e plásticos, com destaque para o

bisfenol A (BPA), as poliamidas (ou nylons), policarbonatos e resinas fenólicas. Tem ainda

algumas aplicações na indústria farmacêutica, como a sua utilização para evitar o crescimento

de bactérias em vacinas.[21]


8

1.4.2. Acetona

A acetona é um líquido incolor, volátil e extremamente inflamável, que é produzido

através do cumeno ou através de isopropanol, ambos produzidos através de propileno.

A utilização do processo de cumeno em vez de isopropanol para produção de acetona

deve-se principalmente aos baixos custos e problemas de corrosão no segundo processo, em

contraste com o primeiro.

Uma vez que muitos compostos orgânicos dissolvem rapidamente em acetona, este

produto é um dos solventes mais importantes a nivel mundial, correspondendo a quase metade

da sua produção mundial. Para além desta aplicação, a acetona é também utilizada na produção

de BPA, que necessita adicionalmente de fenol para se formar. Para além disso, destaca-se a

produção de ciano-hidrinas, usada para a formar acrílico, um plástico termoplástico com

aplicações como substituto de vidro em janelas de automóveis e ecrãs de telemóveis.[22]

1.5. Segurança

Em ambiente industrial, os espaços devem estar devidamente ventilados para minimizar

a exposição ao cumeno. Caso seja inalado é rapidamente metabolizado e removido, sem indícios

de presença a longo prazo no organismo, mas caso a inalação seja prolongada ou intensa, o

cumeno pode causar irritação no nariz e na garganta. Em contacto com a pele e com os olhos

causar irritação nessas zonas. Se ingerido, pode causar irritação gastrointestinal e vómitos. O

cumeno é classificado como “possivelmente cancerígeno” para humanos.[23]

Em termos ambientais, o cumeno existe na atmosfera quase exclusivamente em fase

gasosa. A reação com radicais hidroxilo fotoquimicamente gerados é a sua principal forma de

degradação neste caso. A degradação do cumeno existente em água é possível através de

micro-organismos existentes nesses sistemas. O cumeno é adsorvido moderadamente pelo solo,

com mobilidade relativamente reduzida, sendo rapidamente bio degradado em condições

aeróbias.[23]

O benzeno é um composto tóxico, podendo causar danos no sistema neurológico e na

medula óssea, e carcinogénico, associado ao risco de desenvolvimento de leucemia e de outros

tipos de cancro.[10]

A acumulação de propileno em locais pouco ventilados pode causar asfixia, e caso

exposto a quantidades moderadas de propileno, o ser humano corre o risco de sofrer de tonturas,

sonolência, e perda de sentidos, ainda que a curto prazo.[17]


9

O principal perigo do fenol para a saúde está associado ao contacto com a pele, devido

ao caráter corrosivo e tóxico do fenol, apesar de ser prejudicial caso seja inalado ou engolido.[24]

A acetona é um composto com baixa toxicidade, podendo causar irritação no nariz e

garganta caso seja inalado, e na pele e olhos se entrar em contacto com estes.[25]

1.6. Cadeia de Valor e Produtos Finais

O cumeno, sendo um dos compostos petroquímicos intermédios mais importantes na

indústria, integra uma cadeia de valor que abrange uma grande variedade de produtos finais. A

cadeia de valor permite identificar esses produtos finais e a partir de que compostos é que estes

se formam. O fenol e a acetona, principais compostos que utilizam o cumeno como matéria

prima, são responsáveis pela produção de diversos produtos finais, com as mais variadas

aplicações.

Figura 1: Cadeia de valor do Cumeno, desde o Petróleo até aos produtos finais.

Um dos compostos a jusante com maior destaque na cadeia de valor é o BPA (BPA),

uma vez que é produzido a partir da condensação de acetona com fenol, na presença de um

catalisador ácido. Para além disso, cerca de metade do consumo de fenol e 25% do consumo

de acetona são destinados à produção deste composto.[26] O BPA é um orgânico sintético,

utilizado na produção de plásticos de policarbonato e de resinas sintéticas, materiais que se

encontravam principalmente em diversas embalagens para armazenamento de comida e

bebidas, como garrafas de água ou enlatados.[27]


10

Parte do BPA é também utilizado diretamente nestas aplicações, ainda que seja em

quantidades cada vez menores. O BPA é considerado um composto prejudicial à saúde,

principalmente em crianças, pelo que a sua utilização em armazenagem de produtos alimentares

tem sido cada vez mais reduzida e até banida em algumas cadeias de produção (o BPA pode

migrar do material para os alimentos).[28]

Os policarbonatos são atualmente utilizados em vários equipamentos de segurança, por

serem um termoplástico com elevada resistência química, ao calor e ao impacto, boa estabilidade

e bastante transparente, pelo que pode ser um substituinte do vidro em certas aplicações. Os

policarbonatos são um material com importantes aplicações no ramo automóvel, eletrónico e da

construção.[29]

As resinas epóxi são um dos polímeros termofixos mais utilizados na indústria, pela sua

elevada resistência, rigidez e principalmente pela sua versatilidade nas propriedades que pode

tomar. A presença do anel epóxi (anel com um átomo de oxigénio ligado a dois átomos de

carbono já unidos) e a diversificada estrutura molecular permitem que a combinação com

agentes de cura lhes atribua as propriedades desejadas para uma determinada aplicação. Por

estas razões, as resinas epóxi podem apresentar características únicas e complexas, sendo

aplicadas principalmente nos ramos da construção, no ramo automóvel e na indústria

aeroespacial, a partir da combinação de resinas e fibras para tornar as estruturas de compósitos

mais complexas.[30]

A segunda maior aplicação industrial do fenol é a produção de resinas fenólicas,

englobando cerca de 30% do consumo mundial de fenol. As resinas fenólicas foram o primeiro

plástico a ser comercialmente vendido, representado o início da era dos polímeros.[31] As resinas

são produzidas a partir da reação de ativação do fenol com formaldeído seguida de polimerização

por condensação, onde o tipo de catalisador utilizado é determinante no tipo de resinas fenólicas

obtidas: as novolacas, resinas sólidas preparadas com excesso de fenol em relação ao

formaldeído e catalisador ácido, e as resinas em estado líquido, resol, que são obtidas com um

rácio de formaldeído/fenol superior a 1 e na presença de catalisador básico. [32] As resinas

fenólicas são utilizadas na impregnação de tecidos e papéis, revestimentos, fabrico de adesivos,

produção de vernizes, e têm um vasto conjunto de aplicações na indústria aeroespacial e de

transportes, graças à sua baixa inflamabilidade, resistência à corrosão e a altas temperaturas.[33]

Os alquilfenóis, tal como o nome indica, são obtidos pela alquilação de fenóis (cerca de

8% do consumo de fenol tem esta finalidade). É principalmente utilizado como composto

intermediário para formação de derivados ou de polímeros, de modo a reduzir o seu efeito

prejudicial ao ser humano e ao ambiente. Assim, é um intermediário na produção de aditivos

para plásticos, antioxidantes e estabilizadores para óleo lubrificante e na produção de automóvel,

mais especificamente na borracha dos pneus.[34]


11

O caprolactam é um composto orgânico sólido, produzido a partir de ciclo-hexanona, um

intermediário que pode ser obtido a partir da hidrogenação catalítica de fenol. Cerca de 7% do

consumo de fenol é utilizado para produzir caprolactam. A principal aplicação deste composto é

a produção de nylon-6, a partir de uma polimerização por abertura de anel. O caprolactam

também utilizado na síntese de vários medicamentos.[35]

O ácido adípico é o ácido dicarboxílico mais importante a nível industrial, formado através

da oxidação de uma mistura de ciclo-hexanona e ciclo-hexanol, denominada de KA-oil (ketone-

alcohol oil), com ácido nítrico.[36] Tanto a ciclo-hexanona como o ciclo-hexanol podem ser obtidos

via hidrogenação de fenol, que tem cerca de 2% do seu consumo destinado a este processo.

Este composto é maioritariamente aplicado (cerca de 90% do seu consumo global) na formação

de nylon-6,6 a partir de uma reação de policondensação com hexametilenodiamina.[37] O ácido

adípico é também utilizado, ainda que em menor quantidade, na produção de poliuretano.

O nylon-6 e nylon-6,6 são as poliamidas com maior utilização a nível mundial. Os dois

compostos apresentarem diversas diferenças, no entanto têm várias características em comum:

boa resistência e rigidez a alta temperatura, boa resistência ao impacto, abrasão e desgaste e

bom isolamento térmico. O nylon-6, quando comparado ao nylon-6,6, apresenta melhor rigidez,

viscosidade mais baixa, menor estabilidade hidrolítica e menor resistência ao desgaste e ao

calor. Entre as suas principais aplicações, destacam-se o uso como alternativa ao metal em

peças de automóveis, aplicações na indústria eletrónica e embalagens de alimentos.[38]

Para além da sua aplicação na produção de BPA, a acetona é usada em grande parte

como solvente, principalmente para plásticos, fibras sintéticas e em produtos de limpeza, ainda

com destaque na indústria cosmética e de higiene pessoal. A utilização de acetona como

solvente ou na produção de solventes corresponde a cerca de metade do consumo mundial de

acetona. O BPA é produzido consumindo cerca de 25% da acetona disponível, sendo o restante

utilizado quase na sua totalidade para produzir ciano-hidrinas.[39]

As ciano-hidrinas são utilizadas na produção de metil metacrilato (MMA), que tem como

principal aplicação (75% do consumo global de MMA) a produção do correspondente polímero,

polimetil metacrilato (PMMA), também conhecido por acrílico. Este polímero é usado como

ligantes, em cirurgias de atroplastia do quadril ou de joelho.[40]


12

2. Análise de Mercado

2.1. Indústria: Panorama global e tendências

A economia global sofreu um crescimento de 2,6% ao longo de 2019, mais lento quando

comparado com os anos anteriores (3,0 em 2018 e 3,1 em 2017). Esta desaceleração deve-se

principalmente às crescentes tensões nas trocas comerciais entre a China e os Estados Unidos,

ao impacto económico do Brexit na União Europeia e ao baixo investimento em mercados

emergentes e economias em desenvolvimento (EMDE’s).[41]

Espera-se que em 2020 o crescimento volte a recuperar para valores na ordem dos

2,7%, principalmente devido aos progressos na resolução dos conflitos nas trocas comerciais

entre a China e os Estados Unidos e ao desenvolvimento de melhores condições financeiras

esperado em vários países em desenvolvimento. No entanto, a tensão crescente entre os

Estados Unidos e o Irão pode ser um fator determinante na economia global durante 2020, devido

à recente subida do preço do petróleo em 4%, e ao possível corte de certas rotas de transporte

marítimas na região do Médio Oriente. Caso o conflito se mantenha, será acompanhado por um

agravamento das medidas referidas, resultando na redução do fornecimento de petrolífero e num

aumento ainda mais acentuado dos preços do petróleo.[42]

Apesar da incerteza em relação a este conflito, os fatores positivos são predominantes,

pelo que se mantém a tendência de que 2020 será um ano de recuperação e estabilização

relativamente a 2019.

Nos Estados Unidos é esperada um forte abrandamento no crescimento económico, de

2,5 em 2019 para 1,7 em 2020, resultado da diminuição do estímulo fiscal no país. O aumento

das tarifas impostas no último ano são um fator determinante neste abrandamento, mas o

crescimento continua a ser suportado pela política monetária, que aparenta ser favorável, e o

aumento da produtividade e da participação de mão-de-obra.

O crescimento económico na China tem sido gradualmente menos acentuado ao longo

dos últimos dois anos, devido à constante tensão nas trocas comerciais com os Estados Unidos

e à redução nos níveis de exportações, mas espera-se que comece a estabilizar em 2020. Após

uma queda no crescimento económico de 6,6 para 6,2, entre 2018 e 2019, o valor deve

estabilizar nos 6,1% em 2020. É importante referir que a situação atual do país devido ao surto

de COVID-19 pode ser determinante nas previsões para a evolução da economia chinesa.

A Índia deverá manter relativamente constante o seu elevado nível de crescimento,

devido à elevada procura doméstica na região. Em 2019, o crescimento económico da Índia

cifrou-se nos 7,5% e deve manter-se próximo desse valor nos próximos anos.


13

A zona Euro sofreu uma forte redução nos valores de crescimento económico dos últimos

dois anos, com uma evolução de 2,4% em 2017 para 1,2% em 2019. Esta redução deve-se

principalmente ao declínio nas exportações para o continente asiático e à leve diminuição da

procura doméstica, levando a menores taxas de ocupação nas fábricas. Algumas das principais

potências pertencentes à zona Euro acordaram planos para estimular o crescimento económico

europeu, e o Banco Central Europeu concedeu crédito low-cost a alguns bancos. Assim, espera-

se que em 2020 o crescimento económico da zona Euro atinja os 1,4%.

Segundo as projeções do Banco de Portugal, espera-se que a economia portuguesa

evolua no mesmo padrão que a zona Euro. Em 2019, o produto interno bruto (PIB) esteve

próximo dos 2%, e prevê-se que este atinja os 1,7% em 2020. Estes valores representam um

crescimento económico como resposta à recente recessão a que o país esteve sujeito, e a

tendência deve manter-se graças ao aumento dos níveis de exportação e ao turismo abundante

no país. No entanto, a diminuição da procura externa vai levar a um leve abrandamento nos

níveis de crescimento, seguindo as previsões apontadas à zona Euro.

2.2. Matérias Primas

• Benzeno

Sendo um subproduto proveniente de compostos como o petróleo bruto, a gasolina e o

xileno, o benzeno globalmente produzido depende fortemente das flutuações na procura desses

compostos, tornando o mercado de benzeno possivelmente instável. O benzeno é utilizado

principalmente na produção de estireno (52%), cumeno (16%), ciclo-hexanos e anilinas, com

diversas aplicações nos setores automóvel, eletrónico e da construção. Mais especificamente, o

benzeno é utilizado para produzir plásticos e polímeros com variadas características e

propriedades. A ExxonMobil, a Sinopec, a Dow e a Shell são algumas das principais produtoras

de benzeno a nível mundial.[43]


14

Benzeno, consumo por região (%)

1% 4%

17% 30%

20%

28%

China Resto Asia Europa USA America Sul Resto Mundo

Figura 2: Consumo de benzeno, por produto (2020)[44] – Consumo global de Benzeno: 53 433 kton.[45]

O benzeno é consumido maioritariamente na China, na Europa e nos Estados Unidos,

com destaque para outros países do continente asiático, como o Japão e a Coreia do Sul, que

começaram mais recentemente a investir na produção para consumo doméstico. Este consumo

tem sofrido nos últimos anos uma transição, com uma estabilização do consumo na Europa e

nos Estados Unidos, acompanhada por um crescimento significativo no continente asiático e

médio oriente. A redução na produção de gasolina em território americano e europeu vai ter um

impacto negativo na oferta interna de benzeno. A China, por exemplo, apresenta desde 2013

uma taxa de crescimento de consumo de benzeno próxima de 9% por ano, tornando-se no maior

consumidor do composto aromático a nível mundial.

Figura 3: Consumo de benzeno, por região (2018)[44] Consumo global de Benzeno: 53 433 kton.[45]


15

• Propileno

O propileno é o segundo composto químico mais produzido a nível mundial. Espera-se

que o seu consumo continue a sofrer um aumento nos próximos anos, graças ao crescimento do

mercado asiático na produção de propileno, especialmente na China, que é o seu principal

consumidor.[17] As alterações no consumo de combustível e os regulamentos associados ao IMO

(Organização Marítima Internacional) 2020 são alguns dos fatores chave que podem modificar

as projeções de produção do propileno. O polipropileno continuará a ser a principal aplicação do

propileno (67%), enquanto que o epoxipropano (7%), acrilonitrila (6%), ácido acrílico (5%) e o

cumeno (5%) se mantém com alguns dos restantes produtos em que o propano é utilizado como

matéria prima.[46]

Figura 4: Consumo de propileno, por produto (2015)[46]. Consumo global de Propileno: 106 000 kton.[47]

Durante 2018 observou-se uma ligeira queda nos preços do propileno, dado ao

crescimento da sua oferta e diminuição na procura dos seus derivados. No entanto, 2019 viu

uma recuperação na produção de propileno, com destaque para os Estados Unidos, onde se

observou um aumento substancial dos stocks comparativamente a 2018. Com receio de uma

escassez de oferta devido aos períodos de manutenção planeados para o início do segundo

semestre do ano, os principais mercados europeus aumentaram os níveis de importação de

propileno proveniente dos Estados Unidos. No continente asiático, o investimento em novas

unidades de produção de propileno foi o principal foco para 2019, com um aumento estimado de

capacidade de produção na China na ordem das 1,2 milhões de toneladas de propileno por ano.

Esta capacidade adicional deve-se ao início de funcionamento de duas unidades de

desidrogenação de propano, ambas com 600 toneladas métricas de capacidade anual,

permitindo uma maior oferta para consumo doméstico e reduzindo as importações.[48]


16

Figura 5: Consumo de propileno, por região (2019).[48] Consumo global de Propileno: 106 000 kton.[47]

2.3. Produtos e Derivados

• Fenol

O crescimento do mercado do fenol deve-se principalmente à crescente procura dos

seus produtos, principalmente nylons, BPA e resinas fenólicas. Como resposta às necessidades

do mercado, espera-se que as capacidades de fenol continuem a aumentar em 2020,

principalmente no continente asiático, de modo a equilibrar os mercados do cumeno e do fenol.[49]

O fenol é aplicado na sua maioria na produção de BPA, produção influenciada pelos

mercados dos seus dois principais produtos, os policarbonatos, um dos termoplásticos mais

utilizados a nível mundial e do as resinas epóxi, um dos plásticos termofixos mais importantes

na indústria química. A segunda maior aplicação do fenol é a produção das resinas fenólicas,

seguido do caprolactam (utilizado na produção de nylon-6), que tem sido uma das aplicações do

fenol com maior crescimento nos últimos anos como alternativa ao metal no ramo automóvel, e

alquilfenóis.[50]

Os mercados das aplicações do fenol variam principalmente com as flutuações no ramo

automóvel e da construção, onde a maior parte dos polímeros produzidos são utilizados. Como

estes ramos são mercados chave a nível mundial, espera-se um crescimento da sua procura dos

produtos nos próximos anos.


17

Figura 6: Consumo de fenol, por produto (2015)[51]. Consumo global de Fenol: 56 200 kton.[52]

A região em que se espera observar o maior crescimento do mercado de fenol é na

China, o país com maior consumo do produto a nível mundial, e onde existe uma grande fonte

de cumeno para aumentar esse consumo. Para além disso, a China é uma das maiores potências

mundiais no ramo automóvel, onde são aplicados em grande parte os produtos obtidos a partir

do fenol.

O mercado europeu do fenol é dominado pela INEOS Phenol, a maior produtora de fenol

e acetona a nível mundial, com uma produção próximas dos 1,5 milhões de toneladas de fenol

por ano na Europa.[53] A INEOS Phenol é também um dos produtores com maior importância no

mercado do fenol nos Estados Unidos. Nestas duas regiões o mercado do fenol está bastante

consolidado, pelo que é expectável que o crescimento na Europa e nos Estados Unidos seja

baixo ou mesmo nulo, sendo mais provável que se observe um período de estabilidade nestes

mercados.


18

Figura 7: Consumo de fenol, por região (2017). [49] Consumo global de Fenol: 56 200 kton. [52]

• Acetona

Uma vez que aproximadamente 96% da acetona produzida a nível mundial é proveniente

da sua coprodução com fenol, pelo que a evolução do mercado do fenol e do mercado da

acetona vão seguir tendências semelhantes. A acetona é utilizada principalmente na produção

de BPA e de solventes. Em relação ao mercado do BPA, é importante realçar que, apesar da

coprodução de fenol e acetona formar estes produtos numa proporção de 2:1, o BPA consome

fenol e acetona num rácio de 3 para 1. Outra aplicação da acetona que deve ser destacada é a

produção de ciano-hidrinas, que tem sofrido uma mudança nas tecnologias utilizadas nas novas

unidades de produção instaladas, com processos que não utilizam acetona como matéria prima,

mas sim etileno e metano, que são matérias primas obtidas ou até produzidas com custos

bastante baixos. Estas são as principais razões que justificam o excesso de oferta observado no

mercado da acetona.[53]

Apesar deste excesso de oferta, a procura continua a ser significativa. Esta procura é

dependente do estado dos mercados dos produtos finais da acetona, principalmente nos ramos

dos cuidados de higiene pessoal (mais especificamente na cosmética), construção, eletrónica e

automóvel. Estes são mercados que se encontram em crescimento, apesar de não satisfazerem

o excesso de oferta de acetona. O ramo da cosmética, uma das principais aplicações finais de

solventes de acetona, é propício a crescer nos próximos anos devido à preocupação com a pele

e procura por produtos antienvelhecimento.[54]


19

Figura 8: Consumo de acetona, por produto (2015).[51] Consumo global de Acetona: 37 100 kton. [52]

O consumo de acetona está centrado no sudeste asiático, mais especificamente China

e Japão, seguido dos Estados Unidos e do oeste europeu.

A região asiática, mais especificamente a China, Coreia do Sul e Japão, apresenta a

maior cota de consumo de acetona a nível mundial, devido aos baixos custos de produção e de

mão de obra. Outra das razões para o consumo nesta região ser tão elevado devem-se ao

crescimento da produção dos ramos dos ramos da cosmética, produtos para o lar e do ramo da

eletrónica.

Nos Estados Unidos, o mercado da acetona é principalmente movimentado pela indústria

automóvel, eletrónica, da construção e das pinturas e revestimentos. No entanto, os mercados

dos produtos farmacêuticos e da cosmética têm sofrido um crescimento tanto pelo aumento no

interesse pelos cuidados com a higiene pessoal como pelo investimento de grandes empresas

nesses ramos. No entanto, o Canadá apresenta perspetivas de crescimento pelas características

vantajosas em termos de preço das matérias primas, o que se espera que leva a várias empresas

com unidades de produção nos Estados Unidos a transitar os seus planos de produção para o

Canadá.

Na região europeia, as unidades de produção de acetona têm vindo a sofrer cortes nas

suas taxas de ocupação devido à diferença entre os custos de matérias primas a montante da

cadeia na região asiática e na Europa. Esta diferença levou a um aumento nos níveis de

importação de BPA da Coreia do Sul para a Europa, com vários dos fornecedores a mostrar

interesse em construir tanques de armazenamento no território europeu.[56]


20

Figura 9: Consumo de acetona, por região (2017).[54] Consumo global de Acetona: 37 100 kton. [52]

• Cumeno

O cumeno, sendo um composto intermediário, tem um mercado diretamente dependente

dos seus produtos, principalmente devido ao consumo quase exclusivo de cumeno para

produção de fenol e acetona.

O continente Europeu é um dos maiores consumidores de cumeno, devido

principalmente aos níveis elevados de produção de fenol e acetona já verificados anteriormente

na região. Os níveis de exportações na Europa chegaram aos 757 milhões de dólares em 2017,

enquanto que as importações quase atingiram 1 bilião de dólares.[57] É importante salientar que

que cerca de 23% e 22% das importações e exportações a nível mundial, respetivamente,

correspondem às trocas comerciais de cumeno entre a Bélgica e a Holanda. Os valores elevados

das importações aumentaram o interesse das empresas de produção de fenol e acetona em

montar unidades integradas. A INEOS Phenol decidiu, em julho de 2019, aumentar a capacidade

e expandir a sua unidade de produção de cumeno em Marl, na Alemanha, de 260 para 750 mil

toneladas métricas por ano, para realizar o fornecimento direto de cumeno às suas fábricas de

fenol e acetona em Gladbeck (Alemanha) e Antuérpia (Bélgica).[58]

Na região asiática, a dominância dos mercados do fenol e da acetona e o crescimento

dos ramos da construção e automóvel promovem a necessidade de cumeno em países como a

China, Indonésia, Japão e Índia.[59]


21

Figura 10: Consumo de cumeno, por região (2017).[60] Consumo global de Cumeno: 15 400 kton.[60]


22

3. O Processo

3.1. Descrição do processo

O processo de produção de cumeno[61] inicia-se no reator de alquilação, de leito fixo,

onde ocorre a reação exotérmica e em fase líquida de benzeno com propileno. O reator está

dividido em dois leitos, onde o benzeno é alimentado na sua totalidade ao reator no 1º leito,

enquanto que a alimentação de propileno é dividida e feita separadamente em cada leito. A

temperatura de reação é controlada através da corrente de propileno, que é alimentada ao reator

a uma temperatura mais baixa, e com recurso a um intercooler entre os leitos, compensando

assim o aumento de temperatura no 1º leito do reator.

Para além da reação principal, com a formação de cumeno, ocorre ainda a reação

secundária de formação de di-isopropilbenzeno, ou DIPB, produto da alquilação indesejada do

cumeno.

𝐶3𝐻6 + 𝐶6𝐻6 → 𝐶9𝐻12 (1)

𝐶3𝐻6 + 𝐶9𝐻12 → 𝐶12𝐻18 (2)

Adicionalmente, o DIPB pode sofrer uma alquilação adicional para formar tri-

isopropilbenzeno (TIPB).

𝐶3𝐻6 + 𝐶12𝐻18 → 𝐶15𝐻24 (3)

Alguns dos contaminantes das correntes de alimentação, nomeadamente a corrente de

benzeno, sofrem reações durante o processo de alquilação[62]. O catalisador do processo, ao

conseguir operar a temperaturas relativamente mais baixas, reduz as reações de oligomerização

e a formação de produtos pesados. Assim, a formação de produtos não desejados é residual e

quase desprezável. No entanto, consideraram-se as reações secundárias que envolvem o

etileno, buteno e ciclopropano, para formação de etilbenzeno, butilbenzeno e n-propilbenzeno,

respetivamente.

𝐶2𝐻4 + 𝐶6𝐻6 → 𝐶8𝐻10 (4)

𝐶4𝐻8 + 𝐶6𝐻6 → 𝐶10𝐻14 (5)

𝐶3𝐻6 + 𝐶6𝐻6(𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑜) → 𝐶9𝐻12(𝑛 − 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑖𝑙𝑏𝑒𝑛𝑧𝑒𝑛𝑜) (6)

O efluente segue para o despropanizador, onde o propano introduzido no processo com

a alimentação de propileno é separado. A corrente segue para uma segunda coluna de destilação

onde o benzeno vai ser separado para reciclagem ao processo. O resíduo resultante é

alimentado a uma última coluna, onde será retirado o cumeno, como produto final do processo.


23

Desta destilação resulta também uma corrente com DIPB e TIPB, que será alimentada

ao reator de transalquilação. O transalquilador é um reator multitubular, de leito fixo e adiabático,

onde ocorre uma reação entre o benzeno reciclado a este reator e o DIPB/TIPB para formar

cumeno adicional.

𝐶6𝐻6 + 𝐶12𝐻18 → 2𝐶9𝐻12 (7)

𝐶6𝐻6 + 𝐶15𝐻24 → 𝐶9𝐻12 + 𝐶12𝐻18 (8)

O efluente resultante da reação é misturado com a corrente que sai da base do

despropanizador, para posterior separação do benzeno.

3.2. História do processo Q-max[62]

O cumeno é produzido em termos comerciais através da alquilação de benzeno com

propileno. Uma das principais variantes ao longo dos anos, no que toca à reação referida, é o

tipo de catalisador utilizado no alquilador. A UOP apresenta, em 1933, o ácido fosfórico sólido

(SPA), um catalisador que iria permitir o desenvolvimento e produção em grande escala de

combustíveis com elevados índices de octano. Durante a 2ª Guerra Mundial, a produção destes

combustíveis para abastecer os aviões de combate foi crucial para as forças Aliadas

conseguirem uma vantagem em termos de superioridade aérea, uma vez que havia uma grande

escassez destes combustíveis para as forças inimigas. Atualmente a sua presença em

combustíveis é acidental, como subproduto da reação inevitável em certos processos de refinaria

como o cracking a vapor, ou reforming catalítico.[63]

Apesar de ter sido bastante vantajoso durante a época em que foi usado, o SPA possuía

algumas limitações, como a significativa oligomerização do propileno e formação de alquilados

pesados durante a reação e o facto de o catalisador não ser regenerável.

O crescente interesse em melhorar a qualidade do fenol e da acetona para produção de

policarbonatos e nylon obrigou os produtores de cumeno a tentar desenvolver cumeno com

melhor qualidade. Com o objetivo de eliminar as limitações do SPA, a UOP investiu no

desenvolvimento de um catalisador que fosse regenerável e com melhor seletividade para a

produção de cumeno. Em 1992, a UOP apresenta um catalisador regenerável, baseado em

zeólitos-beta – o catalisador QZ-2000, capaz de otimizar o processo de produção do cumeno,

denominado neste caso de processo Q-max. Para além das características referidas, o

catalisador favorece um menor caudal de benzeno na reação de alquilação e temperaturas mais

baixas que outros catalisadores.


24

O contínuo investimento em desenvolvimento e investigação por parte da UOP levou a

introdução do catalisador QZ-2001, em 2001. Uma versão melhorada do seu antecessor, o QZ-

2001 substituiu o QZ-2000 no reator de alquilação, passando o segundo a fazer parte apenas da

transalquilação. Mais recentemente, em 2013, a UOP voltou a apresentar uma nova geração de

catalisadores com a introdução no mercado do QZ-2500H, um catalisador capaz de operar com

um menor rácio benzeno/propileno e a temperaturas mais baixas que os catalisadores antes

referidos, o que se reflete num consumo elétrico mais reduzido.

3.3. Balanço Mássico

Sabendo a disponibilidade das matérias primas, e com base na patente do processo[61],

foi feito o balanço mássico ao processo – ver Anexos: Flowsheet e Diagrama P&I (estes ficheiros

são referentes a um projeto académico realizado anteriormente, acerca da produção de cumeno,

no âmbito da cadeira de Projeto de Engenharia Química II).

Foram feitas as seguintes considerações para o balanço mássico inicial ao

processo:

3.3.1. Os caudais de matérias primas alimentados ao processo foram

definidos com base nos dados de produção de benzeno e propileno

entre 2014 e 2016;

3.3.2. O rácio de benzeno/propileno na alimentação ao alquilador é de 1,5;

3.3.3. A conversão de propileno no alquilador é de 99,91%; mais

especificamente, as conversões em cumeno, DIPB, Oligomeros e TIPB

são 91,8%, 7,2%, 0,3% e 0,6%, respetivamente;

3.3.4. Em relação ao transalquilador, considerou-se uma razão

benzeno/DIPB de 3, com uma conversão de DIPB em cumeno de 90%,

tal como a conversão de TIPB;

3.3.5. A pureza do produto final do processo é superior a 99,95%;

3.3.6. Remoção da última coluna de separação (coluna de separação

de pesados), uma vez que se considera que a formação de pesados é

desprezável;

3.3.7. A formação de impurezas e venenos do catalisador é

residual, mesmo sabendo que os catalisadores têm elevada tolerância

aos mesmos.

A partir destes valores, definiu-se no simulador Aspen Plus V9 as correntes, os

equipamentos relevantes para o processo e a partir dos dados de alimentação das matérias


25

primas foi possível correr a simulação. Definem-se de seguida os balanços mássicos para os

principais equipamentos (reatores e colunas).

O primeiro equipamento a analisar é o reator de alquilação, dividido em dois leitos com

o intercooler entre os leitos para colmatar o aumento de temperatura na reação. O reator de leito

fixo, em fase líquida, opera a 160ºC e 35 barg, e a reação exotérmica provoca um aumento de

temperatura de 30ºC por leito. Tal como já foi referido na descrição do processo, o benzeno é

alimentado na sua totalidade logo no primeiro leito, enquanto que o propileno é alimentado

separadamente ao primeiro e segundo leito.

Figura 11: Esquema do reator de alquilação (via Aspen).

Tabela 1: Balanço mássico ao reator de alquilação.

Entrada Intercooler Saída

B-201 P-201 P-202 C-201 C-202 C-203

Temperatura (ºC) 160 39 39 190 160 190

Pressão (barg) 35 35 35 35 35

Caudal (ton/dia)

Benzeno 219,3 0 0 146,5 73,4

Propileno 0 41,0 41,0 0,2 0,2

Propano 0,1 9,1 9,1 9,2 18,2

Cumeno 0,1 0 0 107,7 215,7

M-DIPB 0 0 0 2,8 5,7

P-DIPB 0 0 0 2,8 5,7

TIPB 0 0 0 0,4 0,8

Outros <0,01 0 0 <0,01 <0,01

Total 319,7 269,6 319,7


26

Para além do alquilador, o processo tem também um reator de transalquilação. São

alimentados ao transalquilador os produtos secundários da alquilação – DIPB e TIPB – que são

separados do cumeno na última coluna de destilação do processo, e uma parte do benzeno que

sai do das correntes fresca e de reciclagem de benzeno. A corrente de saída do reator vai ser

misturada com a corrente de saída de fundo do despropanizador para alimentação à segunda

coluna de destilação do processo. O transalquilador é um reator multitubular, de leito fixo e

adiabático, que opera em fase líquida, a 200ºC e 35 barg.

Figura 12: Esquema do reator de transalquilação (via Aspen).

Tabela 2: Balanço mássico ao reator de transalquilação.

Entrada Saída

B-107 DIPB-201 B-202 C-205

Temperatura (ºC) 160 269 204 204

Pressão (barg) 35 35 35 35

Caudal (ton/dia)

Benzeno 18,0 0 18,0 12,6

Propileno 0 0 0 0

Propano <0,01 0 <0,02 <0,01

Cumeno <0,01 <0,01 <0,01 16,2

M-DIPB 0 5,6 5,6 0,6

P-DIPB 0 5,6 5,6 0,6

TIPB 0 0,8 0,8 0,1

Outros 0 <0,01 <0,01 <0,01

Total 30,0 30,0 30,0


27

A corrente que sai do reator de alquilação segue para o despropanizador depois de sofrer

arrefecimento e descompressão, para a remoção do propano do processo, a partir da corrente

de topo da coluna, para armazenamento na forma de GPL nas esferas com esse propósito. A

corrente de fundo segue para a coluna de separação do benzeno, juntamente com a corrente de

saída do transalquilador. O despropanizador tem 12 andares, atinge os 258ºC e opera a 14 barg.

A corrente de alimentação entra no 4º andar do equipamento.

Figura 13: Esquema do despropanizador (via Aspen).

Tabela 3: Balanço mássico ao despropanizador.

Entrada Saída

C-301 PROP-301 C-302

Temperatura (ºC) 131 44 257

Pressão (barg) 14 14 14

Caudal (ton/dia)

Benzeno 73,4 73,3 0,1

Propileno 0,2 0 0,2

Propano 18,2 0,1 18,1

Cumeno 215,7 215,7 0

M-DIPB 5,7 5,7 0

P-DIPB 5,7 5,7 0

TIPB 0,8 0,8 0

Outros <0,01 <0,01 0

Total 319,7 319,7

A segunda coluna de destilação realização a separação de benzeno, na corrente de topo,

para ser misturado com a corrente fresca de benzeno para ser reciclado ao processo. A corrente

de resíduo vai ser alimentada à terceira e última coluna, para separação do produto final e da

alimentação dos poli-isopropilbenzenos (PIPB) ao transalquilador. Esta coluna, com 18 pratos,

opera a 4 barg e atinge os 229ºC. A corrente de entrada é alimentada à coluna pelo 7º prato do

equipamento.


28

Figura 14: Esquema da coluna de destilação para separação do benzeno (via Aspen).

Tabela 4: Balanço mássico à segunda coluna de destilação do processo.

Entrada Saída

C-305 B-301 C-306



Caudal (ton/dia)

Benzeno 85,9 85,9 0

Propileno 0 0 0

Propano 0,1 0,1 0

Cumeno 231,9 0,1 231,8

M-DIPB 6,3 0 6,3

P-DIPB 6,3 0 6,3

TIPB 0,9 0 0,9

Outros <0,01 0 <0,01

Total 331,4 331,4

A terceira e última coluna de destilação do processo tem como objetivo a separação do

cumeno, que é depois preparado para o armazenamento como produto final, e dos DIPB e TIPB

que são alimentados ao transalquilador. A coluna possui 20 andares, e opera a 262ºC e a 2 barg.

A entrada da corrente de alimentação é feita no 8º andar da coluna.


29

Figura 15: Esquema da coluna de destilação para separação do produto final (via Aspen).

Tabela 5: Balanço mássico da terceira coluna de destilação do processo.

Entrada Saída

C-308 C-309 DIPB-301



Caudal (ton/dia)

Benzeno <0,02 <0,02 0

Propileno 0 0 0

Propano 0 0 0

Cumeno 231,8 231,8 <0,01

M-DIPB 6,3 0,1 6,2

P-DIPB 6,3 <0,01 6,3

TIPB 0,9 0 0,9

Outros <0,01 0 <0,01

Total 245,3 245,3


30

3.4. Materiais de Construção

Na escolha dos materiais a utilizar na construção dos equipamentos do processo, foi

necessário realizar uma análise rigorosa à compatibilidade dos materiais a utilizar com os

compostos do processo[64], e concluir se as propriedades mecânicas dos materiais selecionados

suportam as condições operatórias dos equipamentos nos quais são utilizados.

As correntes e equipamentos principais do processo podem ser construidos com aço-

carbono, enquanto que a circulação de água de arrefecimento tem que ser feita com recurso ao

aço inoxidável. As compatibilidades referidas podem ser verificadas na tabela 6.

Tabela 6: Compatibilidade entre os principais compostos do processo e os materiais de construção utilizados.[64]

Composto \ Material Carbon Steel Stainless Steel SS304

Benzeno A B

Propileno A B

Cumeno B B

Água de Arrefecimento C A

Em relação às propriedades mecânicas do aço-carbono, estas suportam as condições

operatórias de todo o processo. Nos reatores, correspondentes à zona do processo com

condições operatórias mais exigentes, o aço carbono suporta com facilidade as condições

operatórias do equipamento – o stress mecânico suportado à temperatura de 190ºC é muito

superior à pressão operacional dos reatores de 35 barg.


31

4. Dimensionamento do Equipamento

A escolha do equipamento que se considerou adequado para reutilizar no processo foi

precedida do dimensionamento do equipamento baseado na simulação realizada. Para esta

seleção é necessário o cálculo das dimensões e das condições operatórias para os diferentes

equipamentos do processo.

4.1. Tanques e Esferas de armazenamento

O dimensionamento dos tanques e esferas de armazenamento foi realizado com base

nas fórmulas apresentadas[65][66] (equações 9 a 11). Os volumes foram cálculados a partir do

caudal volumétrico da corrente a alimentar ao processo, no caso das matérias primas, ou da

corrente a armazenar proveniente do processo, no caso dos produtos obtidos (QV) ou compostos

removidos do processo, e do tempo de residência (t) definido para cada equipamento. Ao volume

obtido é aplicado um sobredimensionamento de 20%.

𝑉𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒/𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 = 1,2 × 𝑄𝑣 × 𝑡 (9)

Para os tanques, teve-se em conta os rácios altura/diâmetro recomendados na tabela 7,

correspondentes a diferentes gamas de volumes. Recorrendo às equações, chegam-se aos

valores de altura e diâmetro dos tanques, e de diâmetro nas esferas.

Tabela 7: Valores tabelados da razão altura/diâmetro para gamas de volume de tanques de armazenamento.[67]

Até 100 m3 100 – 10 000 m3 Mais de 10 000 m3

Altura/Diâmetro 3 - 4 1 1/5 – 1/6

𝑉 𝐷𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒

2

𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 = 𝐻 × 𝜋 ( 2

) (10)

𝑉 4 𝐷𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎

3

𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 = 3

× 𝜋 ( 2

) (11)


32

O benzeno já se encontra armazenado na refinaria, e sabe-se que a sua disponibilidade

satisfaz as necessidades do processo com base no balanço de massa realizado. O propano

separado do processo considerou-se apto para ser armazenado nas esferas de propano com

esse objetivo, já existentes na refinaria. Por essa razão, foi apenas necessário dimensionar os

tanques para armazenamento de cumeno dentro e fora de especificação, e as esferas de

armazenamento do propileno. Também foram definidas as condições operatórias para estes

equipamentos – Anexo A1.

Tabela 8: Resultados do dimensionamento dos tanques e esferas de armazenamento.

Volume (m3) Diâmetro (m) Altura (m) Tempo de Residência

Propileno, p/esfera (3

esferas)

928 6,1 - 7 dias

Cumeno, p/ tanque (2

tanques)

1200 11,4 11,4 7 dias

Cumeno (fora de

especificação)

1000 10,7 10,7 3 dias

4.2. Acumuladores de balanço e de refluxo

Antes de cada coluna, e na junção das correntes fresca e de reciclagem de benzeno,

utilizam-se acumuladores de balanço que permitem controlar os caudais nas principais fases do

processo. Para além dos acumuladores de balanço, são também necessários acumuladores de

refluxo no topo dos colunas.

Os acumuladores foram dimensionados com base nas fórmulas apresentadas (equações

12 e 13). Os cálculos são semelhantes aos realizados para os tanques de armazenamento, com

algumas diferenças:

4.2.1. O tempo de residência considerado foi de 20 minutos;

4.2.2. Considerou-se um rácio comprimento/diâmetro (L/D) de 3;

4.2.3. O Volume das cabeças torisféricas é calculado segundo a equação 12:

𝑉𝑐𝑎𝑏𝑒ç𝑎𝑠 = 2 × 0,778 × 𝐷3 (12)


33

𝑉𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 = 1,2 × 𝑄𝑣 × 𝑡 (13)

𝑉 = 𝐿 𝐷 2

(14) 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 × 𝜋 (

2) + 𝑉𝑐𝑎𝑏𝑒ç𝑎𝑠

Calcularam-se as dimensões dos acumuladores, e definiram-se as condições

operatórias e de design destes equipamentos – Anexo A2.

Tabela 9: Resultados do dimensionamento dos acumuladores de balanço e refluxo.

Acumuladores Nomenclatura Volume (m3) Diâmetro (m) Altura (m)

Balanço

Alimentação

Benzeno D-1001 5,0 1,3 3,9

Coluna 1 D-3001 7,5 1,5 4,5

Coluna 2 D-3003 8,0 1,5 4,4

Coluna 3 D-3005 5,5 1,3 4,0

Refluxo

Coluna 1 D-3002 30 2,3 7

Coluna 2 D-3004 7 1,4 4,3

Coluna 3 D-3006 18 2 5,9

4.3. Colunas de destilação

As colunas de destilação do processo foram dimensionadas com base nos cálculos

sugeridos na literatura[68]. O processo de dimensionamento das colunas consiste em:

4.3.1. Cálculo do Diâmetro da Coluna;

A partir do software Aspen Plus, foram definidos alguns parâmetros iniciais para cada

coluna, necessários para a simulação (os valores estão apresentados na tabela 10).

Tabela 10: resultados, obtidos a partir do software Aspen, necessários para o dimensionamento das colunas.

Condensador Nº de pratos Prato Entrada Razão de Refluxo Razão Destilado/Alimentação

T-3001 Total 12 4 2,2 0,06

T-3002 Total 18 7 2,2 0,26

T-3003 Total 20 8 2,2 0,95


34

Na secção Column Internals associada às opções de configuração das colunas, é

possível obter valores simulados de diâmetro da zona de retificação e da zona de esgotamento,

caudais e parâmetros termodinâmicos ao longo dos pratos, que vão ser utilizados para os

cálculos do diâmetro das colunas. Estes valores são depois comparados com os diâmetros

simulados para verificar se estão concordantes, e posteriormente comparados entre secções,

para verificar se a coluna deve ter duas secções com diferentes diâmetros. Não se justifica, em

nenhum dos casos, o dimensionamento das colunas para diferentes diâmetros, e considerou-se

apenas o diâmetro calculado de maior dimensão.

4.3.2. Cálculo do Altura da Coluna- Anexo A3;

A altura da coluna foi calculada a partir da fórmula da literatura (equação 15[68]) em que

se considerou o nº de pratos (Npratos), espassamento entre os pratos (tpratos), altura adicional no

topo e na base da coluna (∆h) e espessura dos pratos (l).

𝐻𝑐𝑜𝑙𝑢𝑛𝑎 = (𝑁𝑝𝑟𝑎𝑡𝑜𝑠 − 1) × 𝑡𝑝𝑟𝑎𝑡𝑜𝑠 + ∆ℎ + 𝑁𝑝𝑟𝑎𝑡𝑜𝑠 × 𝑙 (15)

4.3.3. Verificação da ocorrência de Inundação na Coluna;

A inundação é um problema derivado da acumulação excessiva de líquido numa região

específica – um prato, por exemplo – ou mesmo em toda a coluna. Consequentemente, a

capacidade máxima da coluna pode diminuir, tal como a pressão diferencial e a eficiência da

separação no processo. Este fenómeno pode ocorrer por diversas razões: se a velocidade do

gás for demasiado alta, pode levar a arrastaento de líquido para o andar superior; se a altura do

canal de descida (orienta o fluxo de líquido para o prato abaixo na coluna) ou do weir do prato

(pequena barreira no limite do prato que controla o nível de líquido no prato) não for a adequada,

os tempos de retenção do líquido nos pratos pode provocar a inundação dos mesmos.

Assim, verificaram-se as perdas de carga, tal como recomendado na literatura e com

base nas equações 16 a 20[68], ao longo da coluna.

ℎ𝑡𝑜𝑡 = ℎ3 + (ℎ𝑙 + ℎ𝑤) (16)

Em que htot é a perda de carga de líquido na conduta descendente, obtida através da

soma da altura do líquido na conduta descendente (h3) e as cargas de líquido nos pratos (hl e

hw). O valor de h3 é calculado somando a carga do líquido à entrada do prato (hG) com a carga

do vapor através do prato (h2).


35

ℎ3 = ℎ𝐺 + ℎ2 (17)

O cálculo da carga de líquido à entrada do prato, hG, é dividido e três parcelas: perda de

carga seca (hD), a perda de carga devido à altura do líquido (hL) e a perda de carga associada à

tensão superficial (hσ).

ℎ𝐺 = ℎ𝐷 + ℎ𝐿 + ℎ𝜎 (18)

O valor de htot obtido corresponde a uma mistura de líquido e espuma com bolhas de

vapor. Isto significa que as perdas de carga na conduta são maiores devido à instabilidade da

mistura. Por essa razão, deve-se considerar o valor da densidade da mistura (ρmist=0,5 segundo

a literatura) para ajustar o valor das perdas de carga (htot,mist):

ℎ𝑡𝑜𝑡,𝑚𝑖𝑠𝑡 = ℎ𝑡𝑜𝑡

𝜌𝑚𝑖𝑠𝑡 (19)

Para se admitir que não ocorre inundação, deve-se cumprir a seguinte condição:

ℎ𝑡𝑜𝑡,𝑚𝑖𝑠𝑡 < 𝑡

2 (20)

Em que t se refere ao espaçamento entre pratos. Após os cálculos, confirmou-se que a

condição é cumprida e não ocorre inundação em nenhuma das colunas.

4.3.4. Verificação da ocorrência de Gotejamento de Líquido;

O gotejamento de líquido ocorre quando o vapor circula a um caudal baixo o suficiente

para o líquido gotejar através dos furos do prato, reduzindo a eficiência da destilação. Concluiu-

se que as colunas não tinham problemas com gotejamento de líquido.

4.3.5. Verificação da ocorrência de Arrastamento de Vapor.

O arrastamento de vapor ocorre quando o líquido arrasta consigo algum do vapor para

o prato inferior, sendo que o vapor acaba por diluir o líquido e diminuir a eficiência da separação.

Confirmou-se que não ocorria arrastamento de vapor nas colunas.


36

4.4. Equipamentos de transferência de calor

4.4.1. Permutadores de caixa e tubos

Os permutadores de caixa e tubos vão realizar as principais operações de transferência

de calor no processo. O dimensionamento dos permutadores – Anexo A4 – considerou os

seguintes pressupostos[66]:

• para a utilidade fria (água de arrefecimento), assume-se uma diferença de

temperatura de 5ºC;

• a velocidade da água ou de outra corrente orgânica nos tubos deve-se encontrar

entre 0,9 e 2,4 m/s, e na caixa entre 0,3 e 1 m/s;

• a água de arrefecimento, quando utilizada, vai circular nos tubos de modo a

cumprir com a gama de velocidades na caixa permitida;

• uma vez que a água circula nos tubos, a disposição triangular dos tubos é a mais

favorável

• definiu-se que os permutadores iriam funcionar em contracorrente para

aumentar a eficiência da transferência de calor;

• a velocidade do vapor (de alta pressão) deve estar 5 e 10 m/s;

• aos equipamentos é aplicado um fator de sobredimensionamento de 20%;

• a razão entre o comprimento dos tubos e o diâmetro da caixa deve-se encontrar

entre 5 e 15, preferencialmente entre 8 e 12[67];

• uma vez que se utiliza água de arrefecimento na maioria destes equipamentos,

as tubagens desses permutadores foram construídas com aço inoxidável, de

modo a evitar a corrosão.

Para o dimensionamento dos permutadores, foi necessário retirar as propriedades físicas

das correntes de entrada e saída e o calor transferido (q) no equipamento, com recurso ao Aspen,

e arbitrar um valor inicial para o coeficiente global de transferência de calor (U) com base na

literatura[66]. Considerou-se o coeficiente global inicial para arrefecedores com solventes

orgânicos e água de arrefecimento como fluídos quente e frio, respetivamente (entre 250 e 750,

logo 500 W/m2.ºC. No entanto, o primeiro permutador considerado utiliza vapor de água para

aquecer a corrente, pelo que o valor inicial de U se cifrou em 750 W/m2.ºC. Os dados são depois

utilizados para calcular a área de transferência de calor (A) a partir da equação de projeto

(equação 21[66]):


37

𝑞 = 𝑈𝐴∆𝑇𝑙𝑛 (21)

Em que ∆Tln é a diferença logarítmica de temperaturas.

Sabendo a área, e arbitrando um comprimento inicial para os tubos (Ltubo), é necessário

definir as restantes dimensões e número de tubos e as suas passagens, tal como as dimensões

da caixa do permutador. Para tal, recorre-se ao catálogo do fabricante[67]: definem-se quais os

diâmetros interno e externo (di e do) e o pitch dos tubos de acordo com as dimensões disponíveis

no catálogo; de seguida, com base no número mínimo de tubos necessários, escolhem-se o

número de tubos (ntubos) e o número de passagens (npassagens), aos quais vai estar associado um

diâmetro de caixa.

Deve-se verificar se a velocidade da corrente que circula nos tubos (vtubos – equação

22[64]) cumpre com as gamas definidas para o dimensionamento, e caso a velocidade não se

encontre dentro dos limites impostos, testa-se outro número de tubos e correspondente número

de passagens.

𝑣 = 𝑄𝑉,𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 (22)

𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 𝑑𝑖 2

𝑛𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠

𝜋( 2

) ×𝑛𝑝𝑎𝑠𝑠𝑎𝑔𝑒𝑛𝑠

Em que QV,tubos corresponde ao caudal volumétrico da corrente que circula nos tubos.

Com base no comprimento dos tubos e em valores heurísticos, definiram-se o número

de chicanas (Nb) e espaçamento entre as mesmas (lb), com base na equação 23[66].

𝑁𝑏 = 𝐿𝑡𝑢𝑏𝑜 − 1 (23)

𝑙𝑏

É necessário agora recalcular o coeficiente global de transferência de calor para avaliar

o erro relativo ao U arbitrado inicialmente. Este cálculo é feito através da equação da soma das

resistências individuais (equação 24[66]).

1 =

1 + 𝑅′′ + 𝑑

ln(

𝑑𝑜)

× 𝑑𝑖

+ 𝑑𝑜 × 𝑅′′ +

𝑑𝑜 × 1

(24)

𝑈 ℎ𝑜 𝑜 𝑜 2𝑘𝑤 𝑑𝑖 𝑖 𝑑𝑖

ℎ𝑖


38

Em que ho e hi correspondem aos coeficientes parciais de transferência de calor do lado

da caixa e do lado dos tubos, respetivamente e Ro’’ e Ri’’ são os índices de sujidade do lado da

caixa e do lado dos tubos, respetivamente. Os índices de sujidade e a condutividade dos tubos

(kw) são retiradas da base de dados[66], com base no material utilizado (aço inoxidável 304).

Os coeficientes parciais são calculados a partir das correlações da literatura (equações

25 e 26[66]).

4200(1,35+0,02𝑇𝑚é𝑑𝑖𝑎)𝑢0,8

ℎ𝑖 = 0,2 𝑖

𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 (25)

ℎ𝑜𝑑𝑒𝑞,𝑐𝑎𝑖𝑥𝑎 = 𝑗 𝑅𝑒 𝑃𝑟0,33 𝜇𝑐𝑎𝑖𝑥𝑎 0,14 (26)

𝑘 𝐻 𝑐𝑎𝑖𝑥𝑎 𝑐𝑎𝑖𝑥𝑎 × ( ) 𝜇𝑤

Para o cálculo dos coeficientes é necessária a temperatura média da corrente que circula

nos tubos (Tmédia), o diâmetro equivalente para pitch triangular, número de Reynolds e de Prantl

do lado da caixa (deq,caixa, Recaixa e Prcaixa, respetivamente), a condutividade térmica (k) da corrente

a circular na caixa e o fator de transferência de calor do lado da caixa (jH, obtido a partir da figura

disponível na literatura[66]). A parcela das viscosidades no cálculo do ho é desprezável uma vez

que em todos os casos considerados, a viscosidade da corrente que circula na caixa (µcaixa),

constituída por compostos orgânicos, era semelhante à viscosidade da água (µw).

Para terminar, caso o erro relativo do coeficiente global for aceitável (inferior a 20%),

pode-se avançar para o sobredimensionamento do permutador e terminar os cálculos com a

correção das perdas de carga.

Tabela 11: Resultados do dimensionamento dos permutadores de caixa e tubos.

Corrente Fria (tubos) Corrente Quente (caixa) q (kW)

H-1001 Orgânicos Medium Pressure Steam 444

H-2001 Água de Arrefecimento Orgânicos 221





𝑑


39

ℎ

4.4.2. Condensadores

Os condensadores no topo das colunas são dimensionados de forma semelhante aos

permutadores de caixa e tubos – Anexo A5. Optou-se por condensadores horizontais, onde a

condensação ocorre do lado da caixa.

No entanto, a ocorrência de condensação obriga a alterações no processo de

dimensionamento:

• o valor inicial do coeficiente global de transferência foi cifrado a 850 W/m2.ºC

(valor médio para condensadores com vapores orgânicos como fluído quente e água de

arrefecimento como fluído frio).

• no cálculo da média logarítmica da temperatura, as temperaturas de entrada e

saída da corrente quente são substituidas pela temperatura de saturação uma vez que o calor

sensível é desprezável em relação ao calor latente. Desta maneira, apenas se considera o calor

cedido pela corrente quente para a mudança de fase.

• o cálculo do espaçamento entre chicanas, em vez de ser 20 a 50% do diâmetro

da caixa, passa a ser igual ao diâmetro da caixa.

• O cálculo do coeficiente parcial da transferência de calor do lado da caixa, ho,

passa a considerar a ocorrência de condensação – equação 27[66]:

ℎ = 0,95 × 𝑘

1

[ 𝜌𝐿(𝜌𝐿−𝜌𝐺)𝑔

]3 𝑁

−1

6 (27) 𝑜 𝐿 𝜇𝐿Γℎ 𝑅

em que, para além de algumas das propriedades da corrente quente, tanto líquida como

gasosa, é necessário saber o valor do fator Γh, associado à quantidade de condensado em cada

tubo (equação 28[66]), e NR que é o fator de correção ao tipo de escoamento. Esse fator de

correção é desprezado uma vez que o fluído a circular é muito pouco viscoso.

Γ = 𝑊𝑐

𝐿n𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 (28)

Na equação apresentada, WC é o caudal mássico do condensado.


40

Tabela 12: Resultados do dimensionamento dos condensadores.

Corrente Fria (tubos) Corrente Quente (caixa) q (kW)

C-3001 Água de Arrefecimento Orgânicos 206



4.4.3. Ebulidores

Os ebulidores do processo, presentes no fundo de cada coluna de destilação, foram

escolhidos como ebulidores kettle. Este tipo de ebulidor é, de certo modo, semelhante a um

permutador de caixa e tubos. Contudo, o formato da caixa e dos tubos é alterado (ver figura 16):

a corrente sai do fundo da coluna e entra no ebulidor; na zona dos tubos, que se dispõem em U,

o líquido sofre ebulição, o vapor é realimentado à coluna e o restante líquido segue para o resto

do processo.

Figura 16: esquema de um ebulidor kettle, com utilização de Hot oil como utilidade.

Em relação à utilidade a usar nos ebulidores, escolheu-se hot oil. A utilização de vapor

de água não se apresentou como uma opção viável devido às elevadas temperaturas atingidas

para ocorrer ebulição.

Para o dimensionamento destes equipamentos, foi necesssário retirar o calor trocado,

propriedades físicas, caudais e temperaturas das correntes que circulam no ebulidor, a partir do

Aspen. O procedimento inicial é semelhante ao utilizado para os permutadores de caixa e tubos,

com a utilização da equação de projeto, a definição do valor inicial do coeficiente global de

transferência de calor (escolheu-se 100 W/m2.ºC).


41

Passando ao dimensionamento relacionado com os tubos, escolheu-se um pitch

triangular, 1,5 vezes superior ao diâmetro exterior dos tubos, proporcionando mais espaço para

evitar a cobertura de vapor. A escolha do número de tubos tem em conta a dobra mínima dos

tubos, dependentes do diâmetro e espessura dos mesmos (considerou-se 3 vezes o diâmetro

exterior), e as tabelas específicas para este formato e pitch[69]. Uma vez que o ebulidor kettle tem

uma estrutura bastante específica, é necessário calcular o diâmetro do feixe de tubos (Db) que

vai ser utilizado no equipamento. Com base na disposição dos tubos e número de passagens,

escolhem-se os parâmetros K1 e n1, e calcula-se o valor de Db (equação 29[66]).

D𝑏

= 𝑑𝑜

( 𝐾1

n𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠

1

)𝑛1 (29)

Calcula-se também o número de tubos na fileira central, que se vai subtrair ao número

total de tubos, para se contabilizar o formato em U dos tubos dos ebulidores.

Para o dimensionamento da caixa do ebulidor (Ds), definiu-se primeiro a razão entre o

diâmetro da caixa do ebulidor e o diâmetro da caixa do permutador (Db), com base nos valores

dados pela literatura. A partir dessa razão é possível calcular o Ds e definir o espaço livre (ɸ)

entre o nível de líquido proveniente da coluna (z) e o diâmetro Ds, de acordo com a figura 17 (o

valor de ɸ deve ser no mínimo 0,25 metros).

Figura 17: Esquema da secção do ebulidor kettle.

Após ter todas as dimensões definidas, verifca-se a ocorrência de arrastamento de vapor

através do cálculo da velocidade do vapor na caixa (uv). O valor máximo que o vapor pode atingir

é definido pela equação 30:

𝜌𝐿−𝜌𝑉

0,5

u𝑣 < 0,2 ( ) 𝜌𝑉

(30)


42

O cálculo do novo coeficiente global de transferência de calor é feito a partir dos

coeficientes parciais. O coeficiente do lado dos tubo foi fixado em 8000 W/m2.ºC, o valor tipico

para a circulação de vapor de água nos tubos[66]. Do lado da caixa, utilizou-se a correlação para

“ebulição em lago” (equação 31[66]), em que é necessário saber a pressão crítica da mistura (Pc)

e o fluxo de calor do ebulidor (qc).

ℎ = 0,104𝑃0,69𝑞0,7 𝑃 0,17

𝑃 1,2

𝑃 10

(31) 𝑜 𝑐 (1,8 ( )

𝑃𝑐 + 4 ( )

𝑃𝑐 + 10 ( ) )

𝑃𝑐

A correlação utilizada só é válida para misturas com pontos de ebulição menores a 5ºC,

pelo que se utiliza um fator de correção (fm – equação 32[66]), em que Tbo e Tbi correspondem à

temperatura da mistura em vapor a sair do ebulidor e à temperatura da corrente líquida que entra

no ebulidor, respetivamente.

ℎ𝑜′ = ℎ𝑜 × 𝑓𝑚 , 𝑓𝑚 = exp(−0,083(𝑇𝑏𝑜 − 𝑇𝑏𝑖)) (32)

O valor do coeficiente de sujidade do lado da caixa escolhido corresponde ao valor dos

líquidos orgânicos e do lado dos tubos utilizou-se um valor dentro da gama recomendada para

vapor de água (5000 e 8000 W/m2.ºC, respetivamente).

Calculou-se ainda o fluxo de calor máximo para o feixe de tubos (equação 33[66])

considerado depois com um fator de segurança de 70%. Para a ebulição ser estável, o fluxo de

calor deve ser inferior ao máximo considerado com o fator de segurança. É necessário saber o

valor da constante Kb para o pitch triangular, o calor latente da mistura (λ) e a tensão superficial

(σ).

𝑞 𝑃𝑇

𝜆 [ (

) 2]0,25

𝑐𝑏 = 𝐾𝑏 (𝑑 ) (

𝑛0,5 ) 𝜎𝑔 𝜌𝐿 − 𝜌𝑉 𝜌𝑉 (33) 𝑜 𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠

Termina-se os cálculos da mesma maneira que nos permutadores, com a determinação

do novo coeficiente global, verificação do desvio em relação ao valor inicialmente arbitrado e

sobredimensionamento final – Anexo A6.

𝑐


43

Tabela 13: Resultados do dimensionamento dos ebulidores.

Corrente Fria (caixa) Corrente Quente (tubos) q (kW)

RB-3001 Orgânicos Hot Oil 206



4.5. Reatores

4.5.1. Reator de Alquilação

A partir da informação fornecida acerca do reator de alquilação na patente[61] e em artigos

acerca do processo da UOP[62], é sugerido que o reator de alquilação seja um reator de leito fixo,

com vários leitos em série (considerou-se que para a escala de produção justificava a utilização

de dois leitos em série). Uma vez que a reação é altamente exotérmica, e também por sugestão

do artigo, decidiu-se utilizar um permutador para arrefecimento intermédio (intercooler) com o

objetivo de controlar a temperatura máxima de reação. Outra característica do processo para

controlo de temperatura, tal como já foi referido na descrição do processo, é a alimentação do

propileno separadamente a cada leito, enquanto que o benzeno é alimentado na sua totalidade

ao primeiro leito.

Ao correr a simulação, foram obtidos os caudais de cada leito, necessários para definir

as condições da reação.

Para o cálculo das condições da reação, começou-se por fazer o balanço entálpico aos

leitos (equação 34). Os leitos do reator são adiabáticos e o intercooler realiza as trocas de calor

necessárias, pelo que o calor trocado é nulo.

∆𝐻𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 + 𝑄𝑡𝑟𝑜𝑐𝑎𝑑𝑜 = ∆𝐻𝑠𝑎í𝑑𝑎 + 𝑄𝑟𝑒𝑎çã𝑜 (34)

O calor de reação, Qreação, (equação 35) é calculado a partir da entalpia da reação de

alquilação (∆Hr) e da quantidade de produto formado a partir da reação de alquilação (nformado). A

entalpia da reação foi calculada, para as temperaturas requeridas, a partir da Lei de Kirchhoff

(equação 36[70]), e com recurso ao valor da literatura da entalpia da reação a 250 ºC[70]. A

quantidade de produto formado, como a estequiometria da reação é 1:1, corresponde ao caudal

molar de propileno uma vez que se considera a conversão total do propileno.


44

𝑄𝑟𝑒𝑎çã𝑜 = 𝑛𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑑𝑜 × ∆𝐻𝑟 (35)

∆𝐻 (𝑇 ) = ∆𝐻 (𝑇 ) + ∫𝑇2 ∆𝐶 𝑑𝑇 (36)

𝑟 2 𝑟 1 𝑇1 𝑝

Em que ∆Cp é calculado a partir da equação 37, a partir das capacidades caloríficas dos

reagentes e produtos da reação de alquilação, valores retirados do software Aspen:

∆𝐶𝑝 = ∑ 𝐶𝑝,𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜𝑠 − 𝐶𝑝,𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 (37)

A variação de temperatura de cada leito foi calculada (equação 38) a partir do calor da

reação, da capacidade calorífica da mistura e o caudal molar de saída de cada leito. É a partir

desta variação que se obtém a temperatura de saída das correntes dos leitos, e posteriormente

a temperatura média nesses mesmos leitos (equação 38).

∆𝑇 = 𝑄𝑟𝑒𝑎çã𝑜

𝐶𝑝,𝑚𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑎×𝐹𝑠,𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

(38)

Os valores obtidos à saída de cada leito, ligeiramente acima dos 200 ºC, justificam a

utilização de um intercooler, de modo a controlar a temperatura. Sem este equipamento, a

temperatura poderia atingir valores que levassem à vaporização do propileno, dificultando a

reação em fase líquida.

Passando à cinética da reação, considerou-se que a reação ocorre segundo um

mecanismo de Rideal-Eley, com base num artigo científico[71] sobre a reação de alquilação do

benzeno com propileno em reatores de leito fixo, com base na equação 39[71]:

𝑘′𝑜 × 𝐾𝑎 × 𝐶𝑎

𝑟𝑎 = (1 + 𝐾 × 𝐶𝑎 )

(39) 𝑎


45

Em que ra é a velocidade de reação, k’0 é a constante de velocidade, Ka a constante de

adsorção do propileno e Ca a concentração de propileno no reator. O artigo[71] fornece ainda as

constantes cinéticas da reação, apresentadas na tabela 13.

Tabela 14: Valores de constantes cinéticas fornecidos pelo artigo[71], e valores do Ka obtido para o mecanismo em questão.


k0’ (h-1) 14,4 31,3 97,9 166,7

KaCb (mol h-1) 36,7 15 3,1 2,9

Ka 5,2 2,1 0,4 0,4

Com estes dados, foi possível definir expressões para obter o valor das constantes com

base na temperatura da reação (equações 40 e 41[71]):

𝑘′0 = 149442 × 𝑒 −1492

𝑇 (40)

1639

𝐾𝑎 = 0,0002 × 𝑒− 𝑇 (41)

Com as temperaturas médias de cada leito, calcularam-se as constantes cinéticas e a

partir da equação 42, referente ao reator pistão, foi possível obter a massa de catalisador

necessária para a reação:

𝑥𝑎=0

𝑚𝑐𝑎𝑡𝑎𝑙𝑖𝑠𝑎𝑑𝑜𝑟 = ∫ 𝑑𝑥𝑎

(42) 𝐹𝑎,0

𝑥𝑎=𝑥𝑎 𝑟𝑎

Em que Fa,0 é o caudal molar de propileno. A partir do caudal mássico total à entrada de

cada leito, e da massa de catalisador obtida, calculou-se o weight hourly space velocity (WHSV).

O valor total deste parâmetro deve estar dentro da gama fornecida no artigo[72] (total entre 2 e 10

h-1).


46

𝑚𝑐𝑎𝑡𝑎𝑙𝑖𝑠𝑎𝑑𝑜𝑟 =

𝑄𝑚,𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (42)

𝑊𝐻𝑆𝑉

Tabela 15: massa de catalisador utilizada em cada leito e correspondente WHSV (weight hourly space velocity).

mcatalisdador (kg) WHSV (h-1)

1º leito 838 13,7

2º leito 637 21,3

Total 1 476 8,4

Com todos os parâmetros determinados da cinética, procedeu-se ao cálculo das

dimensões dos leitos – Anexo A8, a partir das propriedades conhecidas do catalisador[73] QZ-

2001, apresentadas na tabela 15.

Tabela 16: Características e propriedades do catalisador QZ-2001.

Catalisador QZ-2001

Forma Esférica

Diâmetro nominal (mm) 2,2

Densidade (média) (kg/m3) 645

A partir da equação 43, calculou-se o volume total dos dois leitos (Vreator), que foi

posteriormente sobredimensionado, para se obter a massa de catalisador final para o novo

volume – ver tabela 16.

𝑉𝑟𝑒𝑎𝑡𝑜𝑟 = 𝑚𝑐𝑎𝑡𝑎𝑙𝑖𝑠𝑎𝑑𝑜𝑟,𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

𝜌𝑐𝑎𝑡𝑎𝑙𝑖𝑠𝑎𝑑𝑜𝑟

(43)


47

𝑒𝑞

Tabela 17: Volume total dos leitos, com respetivo sobredimensionamento e massa de catalisador final.

Vreator (m3) 2,3

Sobredimensionamento (%) 20

Vreator, sobredim. (m3) 2,7

mcatalisador, final (kg) 1 771

Para terminar o dimensionamento, é necessário definir a geometria dos leitos e as perdas

de carga associadas. A geometria escolhida deve maximizar o número de Reynolds e permitir o

fluxo turbulento nos leitos, de modo a minimizar os efeitos das limitações difusionais externas à

transferência de massa junto do catalisador.

Calculou-se então o volume (Vp), a área superficial das partículas do catalisador (Ap) e o

diâmetro equivalente (deq), para se obter a esfericidade (φ), área superficial das partículas do

leito (a) e a porosidade do leito (ε)[74] (equações 44 a 46[74]).

𝜑 = 𝜋 × 𝑑2

𝐴𝑝

(44)

𝑎 = 𝐴𝑝

𝑉𝑝

(45)

𝜀 = (0,1504 + 0,2024

) + 𝜑

𝑑 1,0814

2 (46)

( 𝑡 𝑑𝑒𝑞

+ 0,1226)

Em que dt/deq corresponde à razão entre o diâmetro do tubo (este valor foi arbitrado para

o dimensionamento) e o diâmetro das particulas do catalisador. Foram ainda calculados o

comprimento total dos leitos, com base no volume e na diâmetro dos mesmos, e a área da secção

do tubo para obter a velocidade superficial do fluído nos leitos.

A existência de dois leitos exige o cálculo das perdas de carga e das características da

circulação do fluído separadamente para cada leito. Calculou-se o número de Reynolds

modificado para leitos porosos, mais adequado para a verificação do regime do fluxo para o caso

em questão:


48

𝑅𝑒′ = 𝑢𝜌𝑙

𝑎(1 − 𝜀)

(47)

Para obter o número de Reynolds modificado é necessário saber a densidade e

viscosidade do fluído em cada leito (valores retirados a partir do Aspen), e a velocidade

superficial do fluído (u).

Tabela 18: Cálculo do número de Reynolds modificado para cada leito.

1º leito 2º leito

u (x10-3 m/s) 6,17 7,33

µ (x10-4 Pa/s) 1,44 0,89

ρ (kg/m3) 708 619

Re’ 17 29

Após a verificação do número de Reynolds, procedeu-se ao cálculo das perdas de carga

em cada leito do reator de alquilação. Para tal, utiliza-se a equação de Ergun para leitos porosos

(equação 48). Como o diâmetro do tubo é muito superior ao diâmetro equivalente das partículas,

o efeito de parede na perda de carga é desprezável.

∆𝑃 −

𝐿𝑙𝑒𝑖𝑡𝑜

= 150

𝜇𝑢(1 − 𝜀)2

2

𝜑(𝑑𝑝𝑒) 𝜀3

𝜌 𝑢2(1 − 𝜀) + 1,75 𝑙

𝜑𝑑𝑝𝑒𝜀3

(48)

Para além da expressão apresentada, existe outra forma da equação de Ergun que

recorre ao fator de atrito (f’), calculado a partir do Reynolds modificado (equações 49 e 50). A

utilização desta alternativa permite verificar se os resultados são semelhantes nos dois casos.

𝑓′ = 4,17

+ 0,29 (49) 𝑅𝑒′


49

∆𝑃 −

𝐿𝑙𝑒𝑖𝑡𝑜

𝑓′𝑎(1 − 𝜀)𝑢2𝜌𝑙 =

𝑎(1 − 𝜀)𝜇

(50)

Tabela 19: Perdas de carga ao longo do reator, em bar.

1º leito 2º leito

Ergun, eq. 48

∆P (bar) 0,02 0,02

∆P, total (bar) 0,04

Ergun, eq. 50

∆P (bar) 0,02 0,02

∆P, total (bar) 0,04

As perdas de carga são basicamente iguais para os dois casos, e pelo valor obtido, é

desprezável quando comparada com a pressão a que ocorre a reação (35 barg).

É importante acrescentar que, em relação ao comprimento do reator, foram adicionados

20 cm ao topo e à base do equipamento, para instalar os suportes do catalisador e as entradas

e saídas do reator.

4.5.2. Reator de Transalquilação

O dimensionamento do reator de transalquilação foi feito com base na informação

fornecida pela patente. Apesar da falta de dados acerca do dimensionamento do transalquilador,

sabe-se que a reação ocorre num reator de leito fixo, em regime adiabático – o calor libertado na

reação é quase nulo – e com um valor de WHSV de 2 h-1, que foi arbitrado com base nos limites

impostos pelo artigo da patente.

O dimensionamento do reator de transalquilação segue o mesmo procedimento que o

do alquilador, com a obtenção dos caudais e cálculo do volume do reator com base na massa

de catalisador necessária. Para tal, foi necessário utilizar os dados referentes às características

do catalisador utilizado na reação, o QZ-2000.


50

Tabela 20: Características físicas do catalisador QZ-2000.

Catalisador QZ-2000

Forma Extrudido

Diâmetro nominal (mm) 1,6

Densidade (média) (kg/m3) 550

Em relação à forma do catalisador, um produto extrudido tem uma forma predefinida por

uma matriz, onde o produto é forçado a adquirir um formato na secção transversal, que é

constante.

Tabela 21: Volume total, com respetivo sobredimensionamento e massa de catalisador final.

V (m3) 1,1

Sobredimensionamento (%) 20

Vsobredim. (m3) 1,4

mcatalisador, final (kg) 751

Devido aos baixos valores dos caudais a circular no processo, a geometria do reator

exige um diâmetro de tubo muito reduzido para controlo das perdas de carga e aumento do

número de Reynolds. Por essa razão, optou-se por dimensionar um reator multitubular, sem

trocas de calor, para proporcionar um aumento no número de Reynolds sem por em causa o

comprimento do leito.

Após o cálculo das características adicionais para os tubos, entre elas as dimensões,

número de tubos e passagens (com base nos dados das tabelas[68]), calculam-se as dimensões

da caixa e a velocidade nos tubos, com base numa razão entre diâmetro da caixa e comprimento

de tubos de 3. É importante referir que a falta de informação sobre este reator pode obrigar a

futuras alterações no seu dimensionamento – Anexo A8.

Tabela 22: Dimensões finais do reator e configuração dos tubos.

Reator de Transalquilação R-2002

Comprimento (m) 1,2

Diâmetro (m) 0,4

Nº tubos 140

Nº passagens 4


51

Tal como no capítulo anterior, foram calculadas as perdas de carga ao longo do reator,

através das mesmas fórmulas utilizadas (equação de Ergun), obtendo os valores para cada

passagem e o valor total de perda de carga – tabela 23.

Tabela 23: Resultados das perdas de carga por cada passagem dos tubos e valor total de perdas de carga no reator.

Por passagem Total

Ergun, eq. 48

∆P (bar) 0,12 0,46

Ergun, eq. 50

∆P (bar) 0,11 0,46


52

5. Integração de Equipamentos

O principal ponto de interesse neste estudo é a possibilidade de integração no processo

de equipamentos presentes em unidades agora desativadas, uma vez que esta integração pode

resultar numa redução significativa no investimento necessário. A FAR possui duas unidades

desativadas (U300 e U400) onde se realizavam dois processos patenteados pela UOP,

denominados de ISOMAR e PAREX.

O processo ISOMAR (U400) consiste na isomerização de meta-xileno, e na conversão

de etilbenzeno em benzeno e xileno, para formar para e orto-xileno, resultando numa mistura de

isómeros deste composto em equilíbrio. A unidade recebe a corrente já isente de para-xileno do

processo PAREX, que entra no reator de isomerização. O efluente, composto por uma mistura

em equilíbrio dos isómeros de xileno, segue para um Deheptanizer, onde são separados no topo

da coluna os hidrocarbonetos leves presentes na corrente. O produto de fundo resultante é

alimentado ao splitter de xilenos, onde a corrente de topo é reciclada à unidade PAREX, e a

corrente de fundo é alimentada a um separador onde os orto-xilenos são separados dos

aromáticos mais pesados.

Na unidade U300 é realizado o processo Parex, onde o para-xileno é separado da

mistura de xilenos via adsorção seletiva. Os sólidos presentes nas colunas do processo vão

adsorver o para-xileno presente na corrente proveniente do splitter. O para-xileno é

posteriormente desadsorvido com recurso a uma lavagem usando para-dietilbenzeno –

denominado por desadsorvente –, um hidrocarboneto com um ponto de ebulição mais alto,

resultando numa maior afinidade com o para-xileno relativamente aos outros isómeros.

Uma vez que o movimento do adsorvente sólido poderia provocar danos no equipamento

por erosão, e dificultar as condições de fluxo dentro do equipamento, recorre-se a uma simulação

desse movimento. A simulação é obtida a partir de uma válvula rotativa que modifica de forma

alternada e cíclica a entrada de alimentação (ou desadsorvente) e a saída de refinado (ou

extrato) dos vários leitos ao longo dos adsorvedores.


53

5.1. Acumuladores

5.1.1. D-0403: Acumulador dos Produtos de Topo da T-0401

O D-0403 é um acumulador cilíndrico horizontal que funcionava como acumulador de

refluxo do Deheptanizer T-0401. Esta coluna recebia a corrente proveniente do reator R-0401, e

separava os hidrocarbonetos leves, formados durante o craqueamento, da corrente de processo.

Durante a inspeção técnica de 2012, foram realizadas reparações nos maciços e fixos

do apoio do acumulador, devido à existência de fissuras e destacamentos de betão. A proteção

anticorrosiva estava ligeiramente degradada. O equipamento foi considerado apto para serviço.

Este acumulador vai ser integrado no processo no lugar do acumulador que mistura a

corrente de alimentação fresca de benzeno com a corrente de benzeno recuperado no topo da

coluna de destilação T-0302.

Tabela 24: Comparação entre as características técnicas do acumulador a integrar D-0403 e o acumulador dimensionado D-1001.

D-0403 D-1001

Diâmetro (m) 1,6 Diâmetro (m) 1,3

Altura (m) 4,3 Altura (m) 3,9

Capacidade (m3) 9,4 Capacidade (m3) 5

Pressão design (kg/cm2.g) 8,1 Pressão design (kg/cm2.g) 5,8

Temperatura design (ºC) 121 Temperatura design (ºC) 99

Figura 18: Desenho técnico do acumulador D-0403.


54

5.1.2. D-0301: Acumulador de Refinado

O D-0301 é um acumulador cilíndrico horizontal, que recebia a corrente de alimentação

da coluna de refinado T-0303.

Segundo o relatório de inspeção referente à paragem técnica de 2012, o equipamento

não apresentava perda de espessura assinalável, apesar da proteção anticorrosiva estar já

totalmente degradada. Procedeu-se no decorrer da inspeção à pintura do equipamento e à

substituição integral do isolamento térmico. O equipamento foi considerado apto para serviço.

Este acumulador vai ser utilizado no lugar do acumulador de balanço do

despropanizador, D-0303.


D-0301 D-3003



Capacidade (m3) 15,9 Capacidade (m3) 5,5





55

5.1.3. D-0302: Acumulador do Produto de Topo da T-0303

O D-0302 é um acumulador cilíndrico horizontal que recebia o produto de topo

proveniente da coluna de refinado T-0303.

Na paragem técnica de 2012 registaram-se perdas significativas por corrosão externa no

equipamento, tal como a existência de dois poros, um na soldadura de tubuladuras e outro na

ligação de tubuladuras. Pintou-se a proteção anticorrosiva, que estava totalmente degradada,

realizou-se a substituição do isolamento térmico do acumulador e repararam-se as peças onde

se detetaram os poros. O equipamento encontra-se apto para o serviço, no entanto ficaram

anotadas como recomendações a substituição de várias tubuladuras e a medição de espessuras

numa futura paragem para avaliar a taxa de corrosão do equipamento.

O acumulador D-0302 vai ser reutilizado como acumulador de balanço na terceira coluna

de destilação.


D-0302 D-3005


Altura (m) 7,5 Altura (m) 4

Capacidade (m3) 33,5 Capacidade (m3) 7





56

5.1.4. D-0303: Acumulador de Mistura da Alimentação de Extrato

O acumulador cilíndrico horizontal D-0303 servia como acumulador da corrente de

extrato antes desta ser alimentada à coluna T-0306.

Na inspeção técnica de 2012, observou-se uma ligeira perda de espessura no corpo e

nas tubuladuras do acumulador, tendo sido substituída a proteção anticorrosiva, tal como o

isolamento térmico. Também se procedeu à reparação de fissuras nos maciços de apoio do

equipamento. No final da inspeção, o acumulador foi considerado apto para serviço.

Este equipamento vai ser integrado no processo como o acumulador de refluxo da

segunda coluna de destilação.


D-0303 D-3004



Capacidade (m3) 9,9 Capacidade (m3) 7,5





57

5.2. Colunas de destilação

5.2.1. T-0306: Coluna de Extrato

A coluna T-0306 era a coluna de Extrato do processo Parex.

Durante a paragem técnica de 2012, verificou-se que algumas virolas e cutelos inferiores

apresentavam redução de espessura, e as pernas de suporte encontravam-se bastante

corroídas. Constatou-se ainda a falta de campânulas em quase todos os pratos, estando alguns

parafusos de fixação ausentes ou desapertados. Realizou-se a pintura e a colocação de

isolamento novo na coluna, tal como reparação com chapas de reforço. A falta de campânulas e

de parafusos de fixação foi retificada durante o fecho dos pratos. Foi recomendado que se

substituíssem as pernas de fixação e de alguns cutelos, tal como a realização de um recalculo

do equipamento. Concluiu-se que a coluna se encontrava em condições e sem nenhuma

situação de risco para o meio ambiente ou para o equipamento.

Esta coluna vai ser integrada no processo no lugar da terceira coluna de destilação, que

separa o cumeno do processo, T-3003.

Tabela 28: Comparação entre as características técnicas da coluna a integrar T-0306 e a coluna de destilação

dimensionada T-3003.

T-0306

Diâmetro (m) 2,8

Altura (m) 35

Pressão design (kg/cm2.g) 3,5

Temperatura design (ºC) 288

Número de Pratos 50

Prato de Alimentação (nº) 25

T-3003

Diâmetro (m) 1,8

Altura (m) 14,4

Pressão design (kg/cm2.g) 3,8


Número de Pratos 20

Prato de Alimentação (nº) 8

Figura 22: Desenho técnico da coluna de destilação T- 0306.


58

Em termos das alterações necessárias à coluna a integrar, segundo a Inspeção da RM

e com base no API 510 (American Petroleum Institute), destacam-se as seguintes:

• Abertura e inspeção completa do equipamento. A coluna está fora de serviço há

vários anos, pelo que a sua reutilização exige este procedimento.

• Corte de parte superior da coluna. A coluna T-0306 têm uma altura/nº de pratos

muito superior ao necessário.

• Criação de um novo nozzle para a entrada lateral da corrente de alimentação.

• Teste e certificação de equipamento.

A reutilização desta coluna é uma opção económica, uma vez que estas alterações

e verificações são possíveis de realizar, no entanto os custos de uma coluna mais pequena, feita

e testada no fabricante de origem, podem ser mais baixos que as alterações referidas.

Nesta situação, pode-se então decidir efetuar as alterações à coluna, acompanhadas

das devidas ispeções, ou a utilização de uma coluna nova. No caso de se optar pela segunda

alternativa, é possível aproveitar a sapata já existente. Esta reutilização é aplicável uma vez que

a nova coluna é mais pequena e mais leve que a existente.

5.3. Permutadores de calor

5.3.1. E-0308 B

O permutador de calor E-0308 B era utilizado no arrefecimento da corrente de fundo de

para-xilenos. Pretende-se utilizar este permutador como condensador no despropanizador.

Segundo a inspeção técnica realizada em 2012, obsevou-se alguma degradação e

corrosão no corpo do permutador, perda de espessura nas tubuladoras e presença de resíduos

processuais no feixo tubular. Os ensaios realizados apresentaram resultados satisfatórios, pelo

que está apto para serviço dentro das condições para as quais foi projetado. Recomendou-se a

monitorização da perda de espessura e a substituição da tubuladura com perda de espessura.

Tabela 29: Capacidade e condições de design do permutador de calor E-0308 B.

E-0308 B

Capacidade (m3) 1000

Pressão design (kg/cm2.g) 21



59

5.3.2. E-0403 A

O permutador de calor E-0403 A era utilizado na condensação de hidrocarbonetos.

O equipamento era de elevado interesse para integração no processo de produção de

cumeno como condensador da corrente de topo de despropanizador, no entanto foi concluído

que o equipamento não estava em condições de ser utilizado para serviço, tendo sido

recomendada a substituição completa do permutador. Isto deveu-se principalmente ao severo

estado de degradação e de corrosão observado no interior e exterior da antecâmara e do corpo

do equipamento, aos resíduos encontrados e aos tubos tamponados e degolados do

equipamento.

Tabela 30: Capacidade e condições de design do permutador de calor E-0403 A.

E-0403 A




5.4. Tanques de Armazenamento

5.4.1. TK-6101 A/B/C/D/E: Esferas de Armazenamento de Propano

As esferas TK-6101 são utilizadas no armazenamento de propano.

Tabela 31: Capacidade e condições de design das esferas de armazenamento de propano.

TK-6101





60

Figura 23: Desenho técnico de esfera de armazenamento de propano TK-6101.

5.4.2. TK-0811 e TK-0812: Tanques de Armazenamento de Benzeno

Os tanques TK-0811 e TK-0812 são utilizados para armazenar o benzeno produzido na

refinaria, e onde se irá montar a linha necessária para alimentar a matéria prima ao processo.

Tabela 32: Capacidade e condições de design dos tanques de armazenamento de benzeno.

TK-0811


Pressão design (kg/cm2.g) atm.


TK-0812

Capacidade (m3) 600




61

Figura 24: Desenho técnico do tanque de armazenamento TK-0811.

5.4.3. TK-0819 A/B: Tanque de Armazenamento de Para-Xileno (Teste)

Os tanques de teste TK-0819 A e B eram utilizados para armazenar para-xileno

proveniente do processo PAREX. O objetivo será utilizar os tanques para armazenar cumeno

fora de especificação.

O TK-0819 A encontra-se, de momento, fora de serviço. De acordo com inspeção, é

necessário realizar reparações no fundo do tanque.

O TK-0819 B está a ser utilizado para receção de mistura de xilenos, no entanto pode

ser alocado para receção de cumeno, fazendo uma mudança das linhas, caso seja necessário.

Tabela 33: Capacidade e condições de design dos tanques de armazenamento de para-xileno TK-0819 A/B.

TK-0819 A/B





62


5.4.4. TK-0817: Tanque de Armazenamento de Para-Xileno

O tanque TK-0817 era utilizado para armazenamento de para-xileno da unidade.

Pretende-se integrar os tanques no processo para armazenamento do produto final, o cumeno.

Tabela 34: Capacidade e condições de design dos tanques de armazenamento de para-xileno TK-0817.

TK-0817






63

5.4.5. TK-0822: Tanque de Armazenamento de Para-Xileno

O tanque TK-0822, tal como o tanque TK-0817, era utilizado para armazenamento de

para-xileno, e tal como o tanque TK-0817, é uma opção viável para ser integrado como tanque

de armazenamento de cumeno.

Tabela 35: Capacidade e condições de design do tanque de armazenamento de para-xileno TK-0822.

TK-0822






64

5.5. Bombas

Durante o estudo para a reutilização de bombas, teve-se em conta que as bombas

disponíveis estavam em bom estado, o que se confirmou durante a visita às unidades U300 e

U400. Na análise de integração de equipamentos concluiu-se que seriam reutilizadas as bombas

P-0405, P-0407, P-0474 e P-0475, para integrarem o processo na alimentação de benzeno (P-

0405) e no refluxo das correntes de topo das colunas (P-0407, P-0474 e P-0475) – Anexo A7.

Esta integração teve em conta o cumprimento dos valores requeridos de caudal mínimo,

NPSH e condições operatórias habituais (pressão e temperatura).

Tabela 36: Características e condições de design das bombas que serão integradas no processo de produção de cumeno.

Bomba P-0405 P-0407 P-0474 P-0475

Caudal mínimo (m3/h) 0,9 0,9 10,0 1,5

NPSH requerido (m) 1,4 1,4 1,1 1,5

Pressão descarga (kg/cm2.g) 6,1 24,3 8,4 5,8


Differencial Head (m) 22,5 22,5 105,0 38,2


65

6. Análise Económica

A análise económica é o fundamento principal na decisão de investimento num

projeto. Este estudo é essencial para determinar a viabilidade económica do projeto em causa.

O primeiro passo foca-se no cálculo investimento inicial para a construção da unidade,

onde se incluem os custos relativos ao equipamento, tubagens e respetiva montagem, gastos

em desenvolvimento e fiscalização do projeto, juntamente com o capital circulante, que engloba

os gastos operacionais (reservas de matérias-primas, fundo de maneio, entre outros), e ainda os

juros intercalares relativos ao empréstimo bancário.

Os gastos associados ao período de vida útil do projeto, como os custos de produção do

cumeno, estão incluídos nas contas de exploração provisionais. É nesta fase da análise

económica que são obtidos os Cash Flows Provisionais do projeto, correspondentes ao

excedente líquido obtido ao longo do tempo de vida do projeto, derivado das receitas e despesas

da empresa nesse âmbito. Os cálculos associados ao custo de produção são essenciais para

descobrir o Break-even point do processo, correspondente ao valor de taxa de ocupação da

unidade a partir do qual o projeto começa a gerar lucros.

Com estes dados, é possível calcular os critérios de rentabilidade, parte fulcral das

conclusões referentes à viabilidade do investimento, complementado as mesmas com uma

análise de sensibilidade a possíveis variações nos principais parâmetros do projeto.

• A análise económica teve em conta os seguintes pressupostos, aplicados da

mesma maneira para as diferentes abordagens realizadas:

• O projeto tem um tempo de vida de 10 anos;

• Considerou-se que no ano 0 a fábrica é construída e no ano 1 inicia o seu

funcionamento;

• A capacidade de produção aumenta de forma constante até ao seu valor

máximo, nos primeiros 6 anos de funcionamento;

• O preço das matérias primas e dos produtos mantém-se constantes ao longo do

tempo de vida do projeto;

• Os stocks de matérias primas e de produto acabado foi definido para 7 dias;

• Um ano de fabrico foi aproximado a 330 dias.


66

6.1. Preço de matéria prima e de produtos

6.1.1. Matérias Primas

Os preços de venda de benzeno e propileno foram calculados com base nos valores

disponibilizados nos relatórios da Argus Media[77][78], para janeiro de 2018. A atualização dos

preços para outubro de 2019 teve em conta os índices disponíveis no site da S&P Global[79][80].

Tabela 37: Preços atualizados das matérias primas do processo, em euros por tonelada métrica.

Matéria Prima Preço, €/tonne

(jan/18) Índice (jan/18) Índice (out/19)

Preço, €/tonne

(out/19)

Benzeno 792 910 626 570

Propileno 890 993 822 737

6.1.2. Produtos

O preço do cumeno foi obtido a partir da base de dados da companhia Echemi[81], para

o mês de outubro, e o preço do propano, tal como para as matérias primas, foi calculado com

base num relatório da Argus Media[82]. Por falta de dados, não foi possível atualizar o seu preço,

mas não será determinante nos valores finais da análise económica, uma vez que é removido

do processo uma pequena quantidade de propano.

Tabela 38: Preço dos produtos obtidos, em euros por tonelada métrica.

Produto Preço, €/tonne Data

Cumeno 1040 Outubro, 2019

Propano 467 Janeiro, 2018

6.2. Análise Económica para o Projeto de Raiz

6.2.1. Estimativa de Investimento Total

O primeiro passo da análise económica passa pela determinação do investimento inicial

necessário para arrancar o projeto. Este cálculo engloba o Capital Fixo, dividido em Custos

Diretos e Indiretos, e o Capital Circulante.


67

6.2.1.1. Capital Fixo

O Capital Fixo de um projeto corresponde ao investimento necessário para a instalação

do projeto de engenharia. Este divide-se em: Custos Diretos, que são os custos associados aos

equipamentos, tubagens, montagens, entre outros, e os Custos Indiretos, que não estão

diretamente relacionados com a produção em si e onde se incluem os gastos no desenvolvimento

do projeto, fiscalização, empreitada e possíveis imprevistos.

6.2.1.1.1. Custos Diretos

O primeiro passo para o cálculo dos Custos Diretos é estimar o custo dos equipamentos

base. Recorreu-se a curvas de custo genéricas para os diversos equipamentos[83], em função de

variáveis associadas aos mesmos. Uma vez que as curvas datam de janeiro de 2002, recorreu-

se ao índice CEPCI (Chemical Engineering Plant Cost Index) para atualizar os preços de acordo

com a taxa de inflação. Este índice é de caráter geral, pelo que foi aplicado da mesma forma em

todos os equipamentos considerados. Assim, aos preços obtidos aplicou-se a razão entre o

CEPCI de setembro de 2019 e janeiro de 2002. Para os equipamentos que não tinham uma

curva de custo disponível, como as esferas de armazenamento, foi utilizado o site Matches[84]

(preços de 2014), e nos casos em que a capacidade do equipamento não estava dentro da gama

de valores disponíveis nas curvas de custo, recorreu-se à regra de Williams para fazer o ajuste,

tendo em conta os expoentes adequados. Os custos de transporte e seguro dos equipamentos

foram englobados no custo aplicando um fator de 1,1 ao valor final obtido.

Tabela 39: Índices CEPCI utilizados na Análise Económica.

Data Índice CEPCI

Janeiro 2002 395,6

Janeiro 2014 576,1

Setembro 2019 603,4


68

Equipamento Base - 8,5 Milhões € 3% 4%

3%

13%

60% 18%

Tanques e Esferas de Armazenamento

Colunas

Acumuladores

Reatores

Reboilers

Outros

De modo a justificar alguns dos cálculos realizados foram tomadas as seguintes

considerações:

• O custo do alquilador foi tirado a partir de uma fórmula específica para reatores

de leito fixo[85], enquanto que o custo do transalquilador foi associado à curva de preços dos

permutadores de caixa e tubos, uma vez que se trata de um reator multitubular.

• No custo de cada bomba, teve-se em conta a existência de uma segunda bomba

disponível para realizar a mesma operação.

Tabela 40: Custo dos equipamentos do processo, em milhares de euros.

Equipamento Quantidade Preço (Milhares €)

Reatores (+ catalisador) 2 1 495

Acumuladores (Balanço + Refluxo) 7 258

Colunas 3 1 116

Condensadores 3 91

Ebulidores 3 270

Permutadores de Calor 6 161

Bombas 6 60

Tanques de armazenamento 3 933

Esferas de armazenamento 3 4 135

Total 8 517

Figura 28: Percentagem de cada tipo de equipamento no Custo de Equipamento Base, para o Projeto de raiz.


69

Os custos com tanques e esferas de armazenamento representam mais de metade do

custo total em equipamentos, com destaque para as esferas de armazenamento que englobam

mais de 80% da parcela dos custos de equipamento de armazenamento.

A partir do custo de equipamento base, recorreu-se ao Método dos Fatores para

determinar os restantes custos necessários, conforme os intervalos percentuais sugeridos na

literatura.[86] A escolha dos fatores dentro dos intervalos considerados foi feita tendo em conta

que a unidade será relativamente pequena e sem equipamentos de grande complexidade. O

custo dos sistemas de produção e distribuição de utilidades, tal como o custo dos edifícios e

instalações elétricas, foram considerados nulos, uma vez que são já parte integrante da refinaria.

Assim, para além dos custos em equipamento base, foram considerados os custos de

montagem, tubagem, instrumentação e controlo, preparação do terreno e isolamentos térmicos

para o cálculo dos custos diretos.

Tabela 41: Valores das parcelas dos Custos Diretos, em milhares de euros.

Custos Diretos Custo (Milhares €)

Equipamento Base 8 517

Montagem 3 833

Tubagens 5 536

Controlo 1 703

Preparação do Terreno 1 916

Isolamentos Térmicos 852

Total 22 358

6.2.1.1.2. Custos Indiretos

Os custos indiretos são calculados com base no valor dos custos diretos, a partir de

fatores associados às seguintes parcelas: o custo do projeto e fiscalização, associados em

grande parte aos gastos logísticos com o projeto e monitorização de todo o processo até ao

arranque da fábrica, o custo de empreitada e as provisões para imprevistos. Na escolha dos

fatores a utilizar considerou-se o “worst case scenario”, uma vez que se podia optar pelo cálculo

a partir do valor dos custos diretos ou a partir dos custos de equipamento base.


70

Tabela 42: Valores das parcelas dos Custos Diretos, em milhares de euros.

Custos Indiretos Custo (Milhares €)

Projeto e Fiscalização 3 354

Empreitada 3 354

Imprevistos 5 900

Total 12 607

Tabela 43: Cálculo do Capital Fixo, em milhares de euros.

Custo (Milhares €)

Custos Diretos 22 358

Custos Indiretos 12 607

Capital Fixo 34 965

6.2.1.2. Capital Circulante

O capital circulante é necessário para assegurar que operações e funcionamento da

fábrica se mantém com normalidade. Dentro deste capital, estão incluídas as reservas de

matérias primas e de produtos fabricados, os produtos em vias de fabrico, condições de crédito

associadas ao intervalo para entrega de produto e aos serviços recebidos para o funcionamento

da fábrica, e o fundo de maneio para quaisquer atrasos ou quedas nas vendas de produtos.

Consideraram-se os seguintes pressupostos:

• O cálculo das reservas de matérias primas e de produtos fabricados foi feito

assumindo os tanques de armazenamento completamente cheios.

• Assumiu-se para o cálculo dos produtos em vias de fabrico que o tempo passado

nas tubagens corresponde a 50% do ciclo de fabrico nos equipamentos. O valor

dos custos de fabrico será abordado num capítulo mais adiante.

• As condições de crédito foram consideradas para 30 dias de produção.


71

Tabela 44: Valores das parcelas do Capital Circulante, em milhares de euros.

Capital Circulante Custo (Milhares €)

Reservas de Matérias Primas

Produtos em vias de fabrico

Reservas de Produtos Fabricados

Condições de crédito oferecidas

Condições de crédito obtidas

Fundo de Maneio

Total

5 152

44

7 331

7 535

- 4 950

5 464

20 575

Sabendo o Capital Fixo e Circulante, é possível chegar ao valor estimado para o

Investimento Total. Os Juros Intercalares, que também integram este valor, foram calculados

como parte das Despesas Gerais (ver capítulo 7.2.2.).

O Capital Próprio e Capital Alheio são calculados com base no valor de

Investimento Total. O Capital Próprio representa o património líquido da empresa,

correspondente à diferença entre os seus ativos e passivos financeiros. Considerou-se que este

será 35% do Investimento Total estimado. O Capital Alheio corresponde a quaisquer

financiamentos que sejam obtidos por fontes externas à empresa, onde se destacam os

empréstimos de financiamento. O Capital Próprio é necessário no cálculo dos Cash Flows

financeiros.

Tabela 45:Cálculo do Capital Próprio e Alheio a partir do Investimento Total, em milhares de euros.

Custo (Milhares €)

Capital Fixo 34 965

Capital Circulante 20 575

Juros Intercalares 132

Investimento Total 56 862

Capital próprio 19 902

Capital Alheio 36 960


72

6.2.2. Custos de produção

O cálculo dos custos de fabrico e de produção é o primeiro passo na obtenção das

Contas de Exploração Previsionais. É neste cálculo que se determina quais serão os gastos

necessários no processo de fabrico (Custos de fabrico) e venda do produto, tal como atividades

da empresa relacionadas com a produção (Despesas Gerais).

𝐶𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢çã𝑜 = 𝐶𝑓𝑎𝑏𝑟𝑖𝑐𝑜 + 𝐷𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑎𝑠 𝐺𝑒𝑟𝑎𝑖𝑠 (51)

Os custos de fabrico dividem-se em três parcelas: custos de fabrico diretos, indiretos e

fixos.

Dentro dos custos de fabrico diretos, incluem-se as matérias primas, utilidades,

manutenção dos equipamentos, royalties associadas à patente do processo, custos de

catalisadores entre outros fornecimentos necessários. No contexto real deste projeto, não se

consideraram custos com mão de obra, uma vez que seriam mobilizados trabalhadores já

existentes na refinaria para a mão de obra de fabrico, e o controlo do processo seria feito na

central de controlo destacada para a Fábrica de Aromáticos.

O custo das matérias primas é calculado a partir das quantidades anuais necessárias

para o processo e do seu respetivo preço. Uma vez que no primeiro ano de produção, a unidade

não irá operar na sua capacidade máxima, considerou-se que nesse mesmo ano, a taxa de

ocupação será de 70%, com um aumento anual de 5% até ao 6º ano, em que se atingi a taxa de

ocupação máxima da fábrica.

Tabela 46: Custo anual das matérias primas do processo, para uma taxa de ocupação de 100%, em milhares de

euros por ano.

Matéria Prima Preço (€/tonne) Consumo (tonne/ano) Custo anual, ocupação

100% (milhares €/ano)

Benzeno 570 52 800 30 091

Propileno 737 33 065 24 363

Total 54 454

Os custos das utilidades foram calculados a partir de uma equação disponível num

artigo[87] publicado na revista Chemical Engineering, onde se aborda o cálculo de custos de

utilidades.

𝐶𝑆,𝑢 = 𝑎(𝐶𝐸𝑃𝐶𝐼) + 𝑏(𝐶𝑆,𝑓) (52)


73

Onde CS,u é o custo unitário da utilidade, a e b são coeficientes calculados a partir de

fórmulas presentes no artigo, em função de parâmetros da utilidade em questão, o índice CEPCI,

que já foi aplicado na Estimativa de Investimento Total (ver tabela 34), e o CS,f é o preço

energético do combustível. Esse preço energético foi calculado a partir do preço do

combustível[88], que se converteu depois em preço energético. A partir do software Aspen Plus e

dos cálculos realizados no dimensionamento, retiraram-se as quantidades de utilidades

necessárias ao processo, e calculou-se o custo anual para cada uma dessas utilidades.

Tabela 47: Custo anual das utilidades do processo, em milhares de euros por ano.

Utilidade Custo (Milhares €/ano)

Água de Arrefecimento 995

Medium Pressure Steam (MPS) 359

Hot Oil 617

Eletricidade 18

Total 1 990

Os custos de manutenção dos equipamentos são calculados a partir do valor de

investimento fixo, e estes custos aumentam gradualmente ao longo do tempo de vida do projeto.

Já o custo de royalties da patente, valor pago anualmente em função do volume de produção, é

dependente do custo de fabrico e calculado a partir deste.

Os catalisadores utilizados têm um ciclo de vida superior ao tempo de vida do projeto,

pelo que os custos de fabrico apenas incluem o custo dos catalisadores no primeiro ano de

atividade. O custo destes foi definido a partir de valores aproximados fornecidos pela UOP.

Os fornecimentos para outros materiais e operações necessárias ao longo do período de

funcionamento da unidade são contabilizados a partir do valor dos custos de manutenção.

Tabela 48: Método de cálculo das parcelas dos Custos de Fabrico Diretos.

Custos de Fabrico Diretos

Manutenção (3 a 7% do Investimento Fixo)

Royalties (3% do Investimento Fixo)

Catalisadores (1º ano) 310 000 €

Fornecimentos Diversos (15% do custo de manutenção)


74

Os custos de fabrico indiretos, relacionados com a mão de obra e manutenção, foram

estimados a partir dos custos de manutenção calculados. Considerou-se que correspondiam a

70% dos custos de manutenção.

Os custos de fabrico fixos dividem-se em: amortizações, correspondentes à

desvalorização considerada linear do projeto (3 anos) e dos equipamentos (10 anos), devido ao

uso, degradação e avanços tecnológicos; os seguros de risco, pagos anualmente e impostos

locais, dependentes da localização da fábrica.

Tabela 49: Valores anuais das parcelas dos Custos de Fabrico Fixos, em milhões de euros por ano.

Custos de Fabrico Fixos Custo (Milhares €/ano)

Amortização (Projeto, 3 anos) 1 208

Amortização (Equipamentos, 10 anos) 1 050

Seguros (1% Investimento Fixo) 350

Impostos Locais (1% Investimento Fixo) 350

As despesas gerais apenas englobam neste caso os serviços de marketing, venda e

distribuição e os encargos financeiros. A primeira parcela contém todos os gastos logísticos no

processo de armazenamento para transporte e distribuição, venda do produto e respetivas

comissões. Assumiu-se que esta parcela correspondia a 10% dos custos de produção para cada

ano. Os encargos financeiros, que correspondem ao pagamento anual do capital em dívida ao

longo do período de vida útil da fábrica. Estes englobam ainda os juros de empréstimo e imposto

de selo[89]. Considera-se um período de carência de 2 anos seguidos de um período de

reembolso de 10 anos.

Tabela 50: Valores das parcelas dos Custos de Produção referentes ao 10º ano de produção, em milhares de euros.

Custos (referentes ao 10º ano) Custo (Milhares €)

Custos de Fabrico Diretos 60 307

Custos de Fabrico Indiretos 1 713

Custos de Fabrico Fixos 1 749

Despesas Gerais 9 431

Custos de Produção 73 200

Os custos de fabrico diretos representam mais de 80% dos custos de produção, onde as

matérias primas são a principal fonte de gastos.


75

6.2.3. Demonstração de Resultados

A representação dos resultados que se esperam obter durante o período de vida útil do

projeto permite avaliar o desempenho financeiro anual previsto do projeto. Optou-se por fazer a

demonstração de resultados na forma de naturezas, isto é, em que os resultados calculados são

obtidos com os proveitos e os custos agrupados pela sua natureza. Com este propósito, cada

parcela dos custos de produção foi associada a uma das linhas da demonstração de resultados:

Tabela 51: Parcelas da Demonstração de Resultados e Custos de Produção associados a cada parcela.

Demonstração de Resultados Custo (Milhares €/ano)

CMVMC (custo de mercadorias

vendidas e matérias consumidas) Matérias primas

FSE (fornecimentos e serviços

externos)

Utilidades, catalisadores, fornecimentos

diversos, manutenção, vendas, custos indiretos

Outros rendimentos e gastos Seguros e impostos locais

Gastos e Reversões de

depreciação/amortização Amortizações

Juros e gastos similares Encargos Financeiros

Os impostos sobre o rendimento do período (IRP) foram considerados 25% do resultado

obtido antes de se descontar os mesmos impostos.

Tabela 52: Demonstração de Resultados para os 10 anos de vida útil do projeto, em milhões de euros por ano.


76

Observa-se um crescimento do resultado obtido com o aumento da taxa de ocupação da

fábrica, e uma suave estabilização nos anos em que a unidade opera com capacidade máxima.

6.2.4. Cash Flow Provisional

Os Cash Flows permitem obter o saldo entre as entradas e saídas de capital no projeto,

a partir do qual se mede a rentabilidade do mesmo. O cálculo desse excedente financeiro líquido

ao longo do tempo de vida do projeto é feito num Mapa de Fluxos, onde se registam os dados

necessários para o cálculo dos fluxos de caixa.

A avaliação dos Cash Flows do projeto considerou a ótica do investidor, em que se

determina a valia financeira do projeto, de modo a considerar os capitais alheios. No Mapa de

Fluxos, são consideradas duas parcelas: o Cash Flow de exploração e o Cash Flow de

investimento. A primeira parcela refere-se ao fluxo financeiro gerado do projeto para os sócios e

investidores, obtido através da soma dos resultados líquido do período (RLP) calculados na

Demonstração de Resultados com as amortizações, e subtrai-se a amortização da dívida por ser

um pagamento necessário. A parcela de investimento provém da entrada de sócios juntamente

com o capital gerado pelo projeto, e no último ano de vida do projeto considera-se o valor residual

do investimento (VRI), que geralmente corresponde a valor inicial do capital circulante somado

com o valor não amortizado do investimento fixo.

Os Cash Flows obtidos necessitam de ser atualizados para o ano correspondente, de

modo a acompanhar a evolução da moeda ao longo dos anos. Recorreu-se ao Custo Médio

Ponderado do Capital (WACC – equação 53[90]), como taxa de atualização, que corresponde à

média ponderada das taxas referentes a diferentes fontes de financiamento.

𝑊𝐴𝐶𝐶 = 𝑟

𝐸 + 𝑟

(1 − 𝐼𝑅𝐶(%)) (53) 𝑘 𝐷+𝐸 𝑑

𝐸+𝐷

Onde rk e rd são os custos de capital próprio e capital alheio, respetivamente, e E e D são

o capital próprio e alheio do projeto. O cálculo foi feito com base em valores da literatura[90] e

considerando o valor de IRC em Portugal para atividades de natureza industrial[91], chegou-se a

um WACC de 8,6%.


77

Tabela 53: Cash Flows para os 10 anos de vida útil do projeto, em milhões de euros por ano.

A inviabilidade do projeto começa a ser cada vez mais evidente nesta fase da análise.

Os valores dos fluxos de caixa acumulados ao longo do tempo de vida do projeto mostram que

o excedente líquido obtido ao longo desse tempo não é sequer suficiente para compensar o

investimento inicial realizado.

6.3. Comparação entre Projeto de Raiz e Projeto com Integração de

equipamentos

Seguiram-se os mesmos passos para a análise económica considerando a integração

de equipamento. Esta integração vai levar a menos custos com equipamento base e outras

parcelas do investimento fixo calculadas a partir desses custos – Anexo B1. Consideraram-se

duas situações diferentes em que se justificou analisar a viabilidade económica: a integração dos

equipamentos incluindo as esferas de armazenamento e excluindo a integração das esferas.


78

Tabela 54: Custos em Equipamento Base e Investimento Fixo para cada alternativa de projeto.

Equipamento Base

(Milhões €)

Investimento Fixo

(Milhões €)

Projeto de Raiz

8,5

35,0

Integração de Equipamento

(excluindo Esferas) 7,1 32,0


(incluindo Esferas) 2,8 16,2

A integração das esferas de armazenamento leva a uma redução significativa nos custos

do Equipamento Base e consequentemente no Investimento Fixo. Considerando que os custos

de produção são semelhantes para os 3 casos, os valores obtidos na Demonstração de

Resultados e nos Cash-Flows vão ser diretamente influenciados pelo valor do Investimento Fixo.

Assim, é importante comparar os valores dos Cash-Flows acumulados até ao último ano

para as várias opções e de seguida verificar os critérios de rentabilidade para concluir acerca

dos casos que se podem considerar viáveis em termos económicos – Anexo B2.

Tabela 55: Cash Flow Líquido Acumulado, correspondente ao último ano de projeto, para cada alternativa, em milhões de euros.

Cash-Flow Líquido Acumulados (ano 10)

Projeto de Raiz

-5,8


(excluindo Esferas) 0,7


(incluindo Esferas) 14,0


79

6.4. Critérios de Rentabilidade

A análise do projeto consiste na utilização dos valores de Cash Flow calculados para

concluir acerca da viabilidade económica do projeto e causa. Aplicando esses valores em

determinados critérios, cada um com um objetivo concreto, pode-se fazer uma previsão inicial

acerca do desempenho esperado do projeto. Esses critérios compartimentam os pontos fortes e

os pontos fracos do projeto, em termos económicos, e permitem assim decidir se é viável, ou

não, avançar com a construção da unidade. A comparação destes critérios entre as três análises

consideradas é essencial para entender qual o impacto da integração dos equipamentos na

viabilidade económica do projeto em causa.

6.4.1. Valor Atual Líquido (VAL)

O valor atual líquido é o somatório dos Cash Flows atualizados, de onde se retira o

excedente financeiro do projeto, caso o seu valor seja positivo. Se o VAL for superior a 0, significa

que o projeto consegue cobrir o investimento inicial realizado e toda a remuneração mínima

exigida pelo investidor. Se, pelo contrário, o valor atual líquido for negativo, o projeto é

considerado inviável e deve ser rejeitado.

6.4.2. Taxa Interna de Rentabilidade (TIR)

A taxa interna de rentabilidade representa a taxa de atualização para a qual a soma dos

Cash Flows atualizados iguala o valor dos investimentos feitos. Assim, quanto maior a TIR, maior

é a margem em relação a taxa de atualização considerada para o projeto, logo este é mais

rentável.

Esta taxa está diretamente relacionada com o valor atual líquido, uma vez que se o VAL

é positivo, a taxa interna de rentabilidade será superior à taxa de atualização.


80

6.4.3. Prazo de Retorno de Investimento ou Payback Period (PB)

Este critério corresponde ao tempo necessário para o projeto conseguir recuperar o

investimento em capital fixo. Representando graficamente a variação temporal dos Cash Flows

acumulados, ao longo do tempo de vida do projeto, o prazo de retorno de investimento vai ser

igual ao ponto para o qual os Cash Flows são nulos – o projeto igualou o investimento feito. Para

o projeto se considerar economicamente viável, espera-se que o payback period seja o mais

curto possível, preferencialmente abaixo dos 5 anos de funcionamento da fábrica.

6.4.4. Índice de Rentabilidade do Projeto (IR)

O índice de rentabilidade do projeto, ou rácio custo-benefício, representa a razão entre

a soma dos Cash Flows de exploração atualizados e a soma dos Cash Flows de Investimento

atualizados. A viabilidade do projeto é defendida por este critério caso o índice de rentabilidade

seja superior a 1.

6.4.5. Break-Even Point (BE)

O break-even point corresponde ao valor de taxa de ocupação da unidade para o qual

os custos totais da produção igualam as receitas obtidas a partir desse nível de produção. É uma

variável importante para determinar a taxa de ocupação a que a fábrica deve operar em

momentos diferentes do seu funcionamento.

Tabela 56: Comparação dos Critérios de Rentabilidade e Break-Even Point para cada Análise Económica.

VAL TIR PB IR BE

Projeto de Raiz

-5,8

-2,1%

11 anos

0,6

84%

Integração de

Equipamento

(excluindo Esferas)

0,7

0,3%

10 anos

0,8

77%

Integração de

Equipamento

(incluindo Esferas)

14,0

6,7%

8 anos

1,3

53%


81

Para o projeto de raiz, todos os critérios de rentabilidade defendem que esta alternativa

não é economicamente viável. O investimento necessário é muito elevado neste caso, devido

principalmente aos custos na compra de equipamento base, pelo que se espera que a integração

dos equipamentos disponíveis seja um fator-chave para conseguir atingir a viabilidade do projeto.

A diferença significativa dos custos do equipamento base entre a segunda e terceira

alternativa é evidenciada nos valores dos critérios de rentabilidade. Apesar de ambos os casos

apresentarem resultados mais favoráveis do que o projeto de raiz, as conclusões tiradas para as

duas alternativas são distintas. Da primeira para a segunda opção, os valores dos critérios

melhoram, mas continuam a prever um projeto economicamente inviável. No entanto, sendo

possível a integração das esferas de armazenamento existentes na refinaria para o projeto, os

valores dos critérios para esta alternativa evidenciam a sua viabilidade económica. De todos

esses critérios, o menos favorável é o prazo de retorno do investimento de quase 8 anos, acima

dos 5 anos definidos como um prazo favorável.

A análise económica termina com apenas uma alternativa de projeto a ser considerada

viável. A integração dos equipamentos anteriormente referidos, incluindo as esferas de

armazenamento, apresenta as condições económicas mais favoráveis para a execução do

projeto. No entanto, a integração de esferas de armazenamento apresenta alguns obstáculos e

possíveis soluções


82

7. Troubleshooting

7.1. Armazenamento de propileno

Tal como já foi referido, o propileno necessário para alimentar a nova unidade de

produção de cumeno é transportado via navio da RS para a RM. O processo de transporte e de

transferência do composto via pipeline, do Porto de Leixões para as esferas de armazenamento,

é uma atividade regular quando se faz o mesmo procedimento com propano, por exemplo.

Na RM existem atualmente 5 esferas, de 450 toneladas cada, que estão a ser utilizadas

para armazenamento de propano. Para alimentar a nova unidade de produção de cumeno, seria

necessário alocar 3 dessas esferas para acomodar a receção de propileno proveniente do navio:

uma esfera para alimentar a matéria prima à unidade e duas para receber o propileno a

armazenar. As duas restantes esferas não são suficientes para as necessidades de

armazenamento de propano, pelo que é fundamental disponibilizar armazenagem adicional para

um dos compostos.

A construção de esferas adicionais, para além de envolver custos elevados, deve

respeitar distâncias mínimas de segurança recomendadas, pelo que se analisou o layout do

parque de gases da RM, especificamente junto aos reservatórios de GPL. Existe uma zona

dentro da área dos reservatórios disponível para a construção da esfera, no entanto não cumpre

com as distâncias mínimas consideradas (DEP 80.00.10.11 on onshore facilities) – Anexo C:

• Edifícios ocupados – 100 m;

• Limite de perímetro da instalação (rede) – 60 m.

O não cumprimento destes requisitos vai levar a um processo complicado para conseguir

autorização para a construção das esferas, pelo que se procurou uma alternativa mais viável

para resolver este problema.

O Parque de Perafita, pertencente à Pergás, é um parque de armazenagem de GPL

situado próximo da RM. As cargas de propano e butano provenientes do Porto de Leixões,

alimentadas às esferas presentes no parque, são feitas via pipeline que atravessa todo o

comprimento da Refinaria. Existe assim a hipótese de explorar a transferência do local de

armazenamento do propano presente na Refinaria para o Parque, disponibilizando as esferas da

Refinaria para alocar o propileno proveniente de Sines. A principal razão para explorar esta

alternativa deve-se às esferas presentes no Parque que não estão a ser utilizadas para

armazenamento. A Pergás não está afiliada à Galp, pelo que se pode explorar a possibilidade

do aluguer de esferas presentes no Parque de Perafita. Apesar das necessidades atuais de

armazenamento da Pergás não exigirem que estejam mais esferas a ser utilizadas para além


83

das ocupadas, é esperado que esta situação seja temporária e que a ocupação das esferas do

Parque seja mais elevada nos próximos meses.


84

8. Conclusão

Como foi referido no primeiro capítulo, ao longo da dissertação procurou-se concluir

acerca da viabilidade da implementação de uma unidade de produção de cumeno na RM, com

o objetivo de entender se, com todos os aspetos estudados, a aprovação deste projeto é uma

decisão vantajosa para a Galp.

Para tal, estudaram-se os compostos envolvidos no processo, produtos finais da cadeia

de valor do cumeno e os seus mercados mundiais, com análise por regiões da evolução atual e

projeções futuras às matérias primas e produtos principais resultantes do produto intermediário

em análise, o cumeno. Através dos balanços mássicos e cálculos relativos ao processo,

procedeu-se ao dimensionamento dos principais equipamentos, para verificar se seria possível

utilizar no seu lugar alguns dos equipamentos que se encontram desativados na RM. Finalizou-

se este estudo com a análise económica ao projeto de raíz e ao projeto com integração de

equipamentos para tirar conclusões acerca da viabilidade das duas alternativas, através dos

valores de Cash-Flows acumulados e do estudo dos critérios de rentabilidade.

Avaliaram-se três opções de projeto: sem integração de equipamento, com integração

de equipamento excluíndo esferas de armazenamento e com integração de equipamento

incluíndo esferas de armazenamento. A reutilização dos equipamentos permite uma redução de

17% nos custos em equipamento base, e caso se consigam integrar as esferas de

armazenamento essa redução passa a ser de 67%. Os Cash-Flows acumulados obtidos para

cada caso foram -5,8, 0,7 e 14 milhões de euros, respetivamente. Os critérios de rentabilidade

apresentaram-se desfavoráveis para o primeiro caso, para o segundo caso sofreram uma

melhoria relativa mas sem alcançar resultados que garantissem viabilidade ao projeto, enquanto

que para o terceiro caso os critérios de rentabilidade apresentaram prespetivas razoavelmente

boas para o projeto.

O processo de produção de cumeno, por ser todo ele em fase líquida e sem necessidade

de equipamentos de elevada complexidade, é um processo simples e economicamente não

apresenta custos elevados. No entanto, a capacidade de produção associada ao projeto

discutido é baixa quando comparada com a gama de capacidades das principais unidades de

produção de cumeno a nível global. Uma vez que as flutuações de preço são semelhantes entre

matérias primas e produto, a margem de lucro do projeto fica dependente dos níveis de produção

de cumeno, e se estes níveis não atingirem valores altos o suficiente, podem por em causa a

viabilidade do projeto, como se observou nos resultados para o projeto de raíz (sem integração

de equipamentos).

A viabilidade do projeto fica assim assente na integração de esferas de armazenamento

no processo. O custo associados a aquisição deste tipo de equipamentos é bastante elevado

(cerca de 50% da totalidade dos custos em equipamento base) e esse custo reflete-se nos


85

resultados obtidos, como se verifica nas tabelas dos Cash-Flows acumulados. Os critérios de

rentabilidade referentes a este caso encontram-se todos dentro dos valores que aprovam a

viabilidade económica do projeto, apesar de não garantirem uma segurança definitiva à

aprovação do projeto. O período de retorno, que geralmente é considerado um bom indicador de

viabilidade caso se encontre abaixo dos 6 anos, apresenta para este projeto um valor próximo

dos 8 anos, pelo que a possível aprovação do projeto deve ser observada com algumas reservas.

Os problemas associados à integração de esferas de armazenamento para o

fornecimento de propileno da RS são evidentes. As esferas existentes na RM estão em utilização

para armazenamento de propano, e para além do espaço reduzido e dos custos elevados para

a instalação de novas esferas, essa mesma instalação implicaria o incumprimento das distancias

mínimas aconselhadas, tornando difícil todo o processo logístico relativo às esferas. O parque

de Perafita foi a principal solução encontrada para este problema, pela existência de esferas que

atualmente não estão a ser utilizadas, e pela existência de uma linha que faz a distribuição via

pipeline desde o Porto de Leixões até ao parque em questão que passa nas instalações da

refinaria. Assim, o propileno proveniente de Sines era enviado para o parque de Perafita, de onde

seria encaminhado para a unidade de produção de cumeno. No entanto, tal como foi verificado,

a Pergás informou que as esferas em questão, apesar de não estarem a ser utilizadas, não estão

desativadas e eventualmente serão necessárias para armazenamento de propano ou butano.

O projeto para a construção da unidade de produção de cumeno apresenta diversas

vantagens para a Galp e para a RM, onde se destaca a rentabilização de equipamento que neste

momento está parado dentro das instalações e que, a partir deste projeto, permite a alocação

desses recursos, que ainda se encontram em condições, em vez de permanecerem parados e

sem qualquer utilidade. No entanto, é fulcral analisar as limitações do mesmo, como a baixa

capacidade de produção e a importância da utilização de esferas de armazenamento já

existentes na zona para a viabilidade económica do projeto. Pode-se explorar, caso se considere

adequado, a integração de uma unidade de produção de fenol, seguindo o exemplo da INEOS

Phenol[21], que integra a sua produção de cumeno com as unidades de produção de fenol na

região da Alemanha. Uma vez que a Ásia tem apresentado o maior foco na construção de novas

unidades de produção de fenol[92], o preço do produto na região é relativamente mais baixo

quando comparado com o mesmo preço no continente europeu. Assim, pode ser vantajoso

instalar uma nova unidade de produção de fenol para aumentar a oferta do produto a nível

europeu.

Para uma futura análise deste projeto, e de modo a complementar os resultados

alcançados neste trabalho, aconselha-se um estudo mais aprofundado aos dados operatórios

das reações de alquilação e transalquilação, tal como a análise de equipamentos que possam

apresentar características mais adequadas para as reações do processo em questão. Na

integração de equipamento, foram apenas analisados os equipamentos presentes nas unidades

U300 e U400 da FAR, pelo que podem existir equipamentos que não estão a ser utilizados em


86

diferentes unidades e que seriam de interesse para o projeto. Para finalizar, a análise económica

foi realizada com base em dados fornecidos de forma gratuita ou por cedência autorizada de

algumas entidades, pelo que os resultados obtidos encontram-se associados a um erro derivado

da informação obtida, mas não serão muito afastados da realidade económica para o projeto.

O cumeno é um dos produtos intermediários mais importantes na indústria química

mundial. O seu impacto nos principais mercados de plásticos e em setor de elevada relavância

económica, como o setor automóvel ou eletrónico, fazem com que seja um produto fortemente

estabelecido a longo prazo no panorama global da economia. Assim, apesar das suas limitações,

o projeto analisado na dissertação é, sem dúvida, uma possibilidade realista para o futuro da

Refinaria de Matosinhos, e uma aposta que vai ao encontro dos padrões e objetivos da Galp.


87

9. Referências

[1] Presença no mundo – Atividades da empresa | Galp https://www.galp.com/corp/pt/sobre-

nos/presenca-no-mundo

[2] Aprovisionamento, refinação e logísticahttps://www.galp.com/corp/pt/sobre-nos/o-que-

fazemos/refinacao-distribuicao/aprovisionamento-refinacao-e-logistica

[3] Refinaria de Matosinhos, Databook de segurança, saúde e ambiente 2011

https://www.galpenergia.com/PT/investidor/ConhecerGalpEnergia/Os-nossos-

negocios/Refinacao-

Distribuicao/ARL/Refinacao/RefinariaMatosinhos/Documents/AF_Databook_Matosinhos_2011_

PT.pdf

[4] Foureman, G.; Concise International Chemical Assessment Document 18, Cumene; World

Health Organization; Genebra; 1999 https://www.who.int/ipcs/publications/cicad/en/cicad18.pdf

[5] Cumene – Cargo Handbook – the world’s largest cargo transport guidelines website

https://cargohandbook.com/Cumene

[6] Propane | Chemical Compound | Britannica https://www.britannica.com/science/propane

[7] Propane | C3H8 – PubChem https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Propane

[8] Propane Market | Growth, Trends and Forecast (2020-2025)

https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/propane-market

[9] Benzene – Wisconsin Department of Health Services

https://www.dhs.wisconsin.gov/chemical/benzene.htm

[10] CDC | Facts About Benzenehttps://emergency.cdc.gov/agent/benzene/basics/facts.asp

[11] How Benzene is Made https://sciencing.com/make-benzene-5164625.html

[12] Benzene Production and Manufacturing Process | ICIS

https://www.icis.com/explore/resources/news/2007/11/01/9075160/benzene-production-and-

manufacturing-process/

[13] Benzene Cyclic Hydrocarbon Production Methods

https://www.worldofchemicals.com/410/chemistry-articles/benzene-production-from-coal-

tar.html

[14] Styrene | Chemical Compound | Britannica https://www.britannica.com/science/styrene

[15] Benzene – Cargo Handbook – the world’s largest cargo transport guidelines website

https://cargohandbook.com/Benzene

[16] Propene (Propylene) https://www.essentialchemicalindustry.org/chemicals/propene.html

[17] Propylene | C3H6 – PubChem

https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Propylene#section=Overview

[18] Poly(propene) (Polypropylene)

https://www.essentialchemicalindustry.org/polymers/polypropene.html

[19] Phenol https://www.essentialchemicalindustry.org/chemicals/phenol.html

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93

10. Anexos

10.1. Anexos A – Dados de Dimensionamento

10.1.1. Anexo A1 – Dimensionamento dos tanques e esferas de armazenamento

Tabela 57: Condições de design dos tanques e esferas de armazenamento dimensionados.

Temperatura

(ºC) Pressão (bar)

Propileno, p/esfera (3

esferas)

44

15

Cumeno, p/ tanque (2

tanques)

35

1

Cumeno (fora de

especificação)

35

1

10.1.2. Anexo A2 – Dimensionamento dos acumuladores de balanço e refluxo

Tabela 58: Condições operatórias e de design dos acumuladores de balanço e de refluxo dimensionados.

Operação Design

Acumuladores Nomenclatura

Temperatura

(ºC)

Pressão

(barg)

Temperatura

(ºC)

Pressão

(barg)

Balanço

Alimentação

Benzeno D-1001 74 4,0 99 5,8

Coluna 1 D-3001 130 14,0 156 15,8

Coluna 2 D-3003 150 4,0 175 5,8

Coluna 3 D-3005 130 2,0 155 3,8

Refluxo

Coluna 1 D-3002 44 14,0 69 15,8

Coluna 2 D-3004 143 4,0 168 5,8

Coluna 3 D-3006 200 2,0 225 3,8


94

10.1.3. Anexo A3 – Dimensionamento das colunas de destilação

Tabela 59: Dimensões das colunas de destilação dimensionadas.

Diâmetro (m) Altura (m)

T-3001 1 9,6

T-3002 1,2 13,2

T-3003 1,8 14,4

Tabela 60: Condições operatórias e de design das colunas de destilação dimensionadas.

Operação Design

Temperatura

(ºC)

Pressão (barg)

Temperatura

(ºC)

Pressão (barg)

T-3001 257,6 14,4 282,6 16,2

T-3002 228,9 4,2 253,9 6,0

T-3003 262,3 2,1 287,3 3,9

10.1.4. Anexo A4 – Dimensionamento dos permutadores de caixa e tubos

Tabela 61: Condições operatórias e composições das correntes quente e fria dos permutadores de caixa e tubos dimensionados.

Corrente Quente Corrente Fria

H-1001

H-2001

H-2002

H-3001

H-3002

H-3003

Composição Temp. (ºC) Pressão (barg) Composição Temp. (ºC) Pressão (barg)

M.P. Steam 175,0 8,5 Benzeno 160,0 4,0

Orgânicos 190,0 35,0 Água (arref.) 25,0 1,0




Cumeno 180,0 2,0 Água (arref.) 25,0 1,0


95

Tabela 62: Organização de caixa e tubos dos permutadores, incluindo número de passagens em cada lado e número de tubos.

Caixa Passagens Tubos Passagens Nº tubos

H-1001 Quente 1 Frio 6 74

H-2001 Frio 1 Quente 2 14





10.1.5. Anexo A5 – Dimensionamento dos condensadores

Tabela 63: Condições operatórias e composições das correntes quente e fria dos condensadores dimensionados.



C-3001 Orgânicos 160,0 14,0 Hot Oil 280,0 2,0



Tabela 64: Organização de caixa e tubos dos condensadores, incluindo número de passagens em cada lado e número de tubos.


C-3001 Quente 1 Frio 6 270

C-3002 Frio 1 Quente 2 158

C-3003 Frio 1 Quente 1 406


96

10.1.6. Anexo A6 – Dimensionamento dos ebulidores

Tabela 65: Condições operatórias e composições das correntes quente e fria dos ebulidores dimensionados.



RB-3001 Orgânicos 61,0 14,0 Água (arref.) 25,0 1,0



Tabela 66: Organização de caixa e tubos dos ebulidores, incluindo número de passagens em cada lado e número de tubos.


RB-3001 Quente 1 Frio 2 0



10.1.7. Anexo A7 – Dimensionamento das bombas centrífugas do processo

Tabela 67: Resultados do dimensionamento das bombas centrífugas do processo.

Bomba P-1001 P-1002 P-1003 P-3001 P-3002 P-3003 P-3004

Caudal (m3/h) 12,42 8,59 0,67 7,73 5,30 15,50 44,68

NPSH (m) 37,1 22,8 32,1 11,2 30,6 7,1 4,3

Pressão descarga

(kg/cm2.g) 35,0 35,0 35,0 4,0 14,0 4,0 2,0

Temperatura (ºC) 195,0 65,0 265,0 60,0 69,0 168,0 226,0

Differencial Head (m) 328,7 211,4 341,0 39,5 4,6 2,5 3,4


97

Equipamento Base (Integração excluíndo as Esferas de Armazenamento) - 7,1 Milhões €

4% 2% 4%

9%

22% 60%

Tanques e Esferas de Armazenamento Reatores

Colunas Reboilers

Acumuladores Outros

10.1.8. Anexo A8 – Dimensionamento dos reatores de alquilação e

transalquilação

Tabela 68: Resultados do dimensionamento dos reatores, incluindo dimensões, massa de catalisador total necessária e condições de design.

Diâmetro (m) Altura (m) mcatalisador (kg) Temperatura (ºC) Pressão (barg)

R-2001 1 3,9 1476 231 36,8

R-2002 0,4 1,2 751 225 36,8

10.2. Anexos B – Dados da Análise Económica

10.2.1. Anexo B1– Percentagem de cada tipo de equipamento no Custo de

Equipamento Base

Figura 29: Percentagem de cada tipo de equipamento no Custo de Equipamento Base, para o Projeto com Integração de Equipamento, excluindo a integração das Esferas de Armazenamento.


98

5% 3%

6%

10%

22%

Figura 30: Percentagem de cada tipo de equipamento no Custo de Equipamento Base, para o Projeto com Integração de Equipamento, incluindo a integração das Esferas de Armazenamento.

10.2.2. Anexo B2– Tabelas de Cash-flows para projeto com integração de

equipamento.

Tabela 69: Cash- Flows para Projeto com integração de equipamento, excluindo as esferas de armazenamento.

Reatores Colunas Reboilers PC Tanques Outros

54%

Equipamento Base (Integração incluíndo as Esferas de Armazenamento) - 2,8 Milhões €


99

Tabela 70: Cash- Flows para Projeto com integração de equipamento, incluindo as esferas de armazenamento.

10.3. Anexos C – Esferas de Armazenamento: Cumprimento de

Distâncias para instalação de novas esferas de armazenamento

Figura 31: Distâncias entre a zona disponível para instalação de novas esferas de armazenamento e o perímetro de instalação e edifícios habitados.


100

Figura 32: Vista aérea da Refinaria de Matosinhos e Parque de Perafita.