Integração energética de uma planta petroquímica de aromáticos através da técnica de sítio total

Abstract

A eficiência energética dos processos produtivos, com foco na redução de custos e impactos ambientais, é um dos principais pilares de sustentabilidade da indústria contemporânea. Além da questão econômica, que é impulsionada pelo elevado custo da energia, há uma preocupação crescente com a escassez dos recursos naturais. Nos últimos 30 anos são inúmeros os trabalhos voltados para a utilização mais eficiente da energia nos processos industriais, com destaque especial para a área de integração energética. A partir do início da década de 80, com o surgimento da tecnologia pinch, o ramo da integração energética de processos se disseminou através da indústria, e evoluiu para técnicas avançadas de otimização na busca do consumo ótimo de energia. O objetivo deste trabalho foi determinar a máxima recuperação de energia possível de ser atingida em uma unidade petroquímica de Aromáticos, através do arranjo ótimo de troca térmica das correntes de processo constituintes da unidade. Para isto, foram utilizadas três abordagens distintas: avaliação do potencial de recuperação energética em cada área operacional da unidade, através da evolução das redes de trocadores de calor com o uso de métodos gráficos e heurísticos da tecnologia pinch; obtenção das combinações ótimas de troca térmica para a integração individual e total das áreas operacionais da unidade de Aromáticos, através da técnica de otimização sequencial com um algoritmo de Programação Linear (LP), seguido de um algoritmo de Programação Linear Inteira Mista (MILP); e por fim, a avaliação da integração energética total da unidade de Aromáticos (Sítio Total) através de um modelo de Programação Linear (LP), que considera o transbordo de energia entre blocos de áreas operacionais integrados individualmente. Assim, com a evolução das redes de trocadores de calor no cenário de integração individual das áreas operacionais, é possível atingir uma economia de 10% no consumo atual das utilidades quentes. Já para o cenário de integração total da unidade, é possível atingir uma redução de 42% no consumo atual das utilidades quentes. No entanto, como o reprojeto da rede de trocadores de calor instalada apresenta limitações físicas e operacionais, a nova rede proposta é capaz de reduzir em 33% o consumo energético atual das utilidades, considerando a possibilidade de integração entre correntes de diferentes áreas operacionais da unidade de Aromáticos.

The energy efficiency of production processes, with a focus on reducing costs and environmental impacts, is one of the main sustainability pillars of contemporary industry. In addition to the economic issue, which is driven by the high cost of energy, there is a growing concern about the scarcity of natural resources. In the last 30 years, there have been countless works aimed at the more efficient use of energy in industrial processes, with special emphasis on the area of energy integration. Since the beginning of the 1980s, with the emergence of pinch technology that the process energy integration has spread throughout the industries, and has evolved into advanced optimization techniques in the search for optimal energy consumption. The objective of this work was to determine the maximum energy recovery possible to be achieved in an aromatic petrochemical plant, through the optimal heat exchange arrangement of the process currents that make up the unit. For this, three different approaches were used: assessment of the potential for heat recovery in each operational area of the unit, through the evolution of heat exchanger networks by graphic and heuristic methods of pinch technology; determination of the optimal combinations of heat exchange in the individual and total integration of the operational areas of the unit, through the application of sequential optimization with a Linear Programming (LP) algorithm followed by an Integer Mixed Linear Programming (MILP) algorithm; and finally, the evaluation of the energy integration between blocks of operational areas, through a Linear Programming (LP) model based on the Total Site methodology, which considers the transfer of energy between the areas already integrated individually. From the applied techniques, it was determined that, with the evolution of heat exchanger network installed, it is possible to achieve savings of 10% in hot utilities consumption, for the scenario of individual integration of the areas, and 42% in the total site integration. However, as the redesign of the heat exchanger network installed has physical and operational limitations, the new proposed network is capable of recovering 33% of the total energy currently consumed, considering the possibility of integration between the currents of different operational areas.