Planejamento de produção de uma central de matérias primas petroquímicas através do uso de técnicas de otimização. - Gubitoso, Fábio (2004)
A presente dissertação trata da aplicação de técnicas de otimização da produção em uma indústria petroquímica que tem como principal produto o etileno e como matéria prima a nafta. Ao mesmo tempo em que é produzido o etileno, outros produtos de grande valor comercial são gerados como, por exemplo, propileno grau químico e polímero, benzeno, tolueno, orto xileno e butadieno. O volume gerado de cada produto pode, até certo ponto, ser modificado pela colocação em operação de unidades específicas, pela alteração de parâmetros operacionais ou pela utilização de algumas correntes na formulação da gasolina tipo A. O volume gerado de cada produto também é função do tipo de nafta processada. Essa flexibilidade operacional permite, portanto, a utilização de métodos de otimização para auxiliar no planejamento da produção. O trabalho é desenvolvido com base no processo instalado na Petroquímica União, indústria localizada em Santo André na Grande São Paulo. Para possibilitar uma visão geral da empresa e uma melhor compreensão do modelo, a dissertação inclui a descrição do processo que se divide basicamente nas áreas de olefinas (onde é produzido o etileno, a gasolina não hidrogenada, o propileno e o butadieno entre outros produtos) e aromáticos (que engloba as unidades de reforma catalítica, hidrogenação da gasolina de pirólise, isomerização de xilenos, hidrodesalquilação de tolueno, extração e fracionamento de aromáticos entre outras). A modelagem é feita a partir da representação do processo através de um grafo direcionado em que os nós representam pontos onde ocorrem transformações físico-químicas (separação, geração ou consumo) e correspondem a, por exemplo, tanques, torres de destilação, unidades de processamento, misturadores e separadores. O balanço material global é obedecido em todos os nós onde estão presentes simultaneamente arcos de entrada e de saída. ) A partir do momento em que se tem a definição da vazão do reformado e da vazão da gasolina de pirólise, o modelo passa a considerar um sistema multicomponente (8 compostos) o que resulta num sistema não linear contendo termos bilineares ou seja, produtos entre duas variáveis na forma linear. Para resolução do modelo utilizou-se a linguagem GAMS e os solvers MINOS, DICOPT e SNOPT. Apesar dos termos bilineares serem aparentemente simples, o sistema é não convexo e a resolução exige alguns cuidados. Dessa forma, é incluído um pré-processamento que considera apenas as vazões globais e gera uma condição inicial que passa a ser o ponto de partida para a otimização do modelo como um todo. Resultados são apresentados sob diversas situações em que a utilização do modelo permite quantificar as margens e encontrar a melhor alternativa do ponto de vista econômico. A função objetivo considera a maximização da margem definida como sendo a receita menos os custos variáveis que compreendem a compra da matéria prima (nafta basicamente) e os custos com utilidades, estimado como sendo proporcional à vazão que passa em cada nó do grafo. O modelo resultante é composto por 2246 restrições e 2628 variáveis.