Uso integrado de programação matemática e métodos algorítmicos para a minimização do consumo de água e da geração de efluentes em refinarias de petróleo

• Autor(a) principal: Sá, Nathalia Corrêa de
• Data de Publicação: 2014
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRJ
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11422/23952
• topic: Água; Consumo de água; Diagrama de Fontes de Água; DFA; Programação não-linear; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::AGUA

Um dos recursos naturais mais valiosos para a vida e para a indústria, a água tem sido foco de vários estudos devido à possibilidade de sua escassez. A geração de efluentes também é uma preocupação, pois quanto maior o volume gerado, maior o custo do tratamento adequado para a disposição final. Em processos químicos, o primeiro passo para reduzir o consumo de água e os efluentes aquosos é a implantação de modificações no processo, seja em infraestrutura, equipamentos, condições operacionais ou reagentes, de forma a influenciar essas duas variáveis indiretamente. Entretanto, em refinarias de petróleo, isso não se verifica com frequência. Seguindo os princípios da Química Verde, as alternativas seguintes e as mais empregadas na Engenharia de Processos são o reuso, o reciclo e a regeneração. As técnicas empregadas para a minimização do consumo de água podem ser divididas em dois grandes grupos: técnicas de Programação Matemática e Algoritmos Heurísticos. O primeiro busca a otimização de uma função objetivo (custo ou vazão de água) usando softwares para determinar um ponto ótimo. Nesse caso, a qualidade da solução depende da escolha adequada do modelo a ser empregado. Entre os modelos de programação matemática mais usados para o reuso de água estão a Programação NãoLinear (PNL) e Programação Linear (PL). O segundo grupo utiliza-se de regras heurísticas, obtidas com a experiência e com base em conceitos básicos de transferência de massa. O método heurístico considerado nesse trabalho é o Diagrama de Fontes de Água (DFA), derivado do Pinch energético, que divide o problema em intervalos de concentração e usa balanços de massa para determinar a rede de água com máximo reuso. Diversos trabalhos anteriores já mostraram a aplicação de ambos os tipos de técnicas. Esse trabalho tem como objetivo promover a integração dos métodos DFA e Programação Não-Linear. Os resultados obtidos pelo Diagrama de Fontes de Água são aqui usados como estimativas iniciais nos problemas de otimização implementados no software GAMS, e é feita então a comparação com diferentes estimativas iniciais. Como base tem-se três estudos de caso apresentados em trabalhos anteriores, todos com múltiplos contaminantes e aplicados a refinarias de petróleo, mas cada um abordando casos diferentes: máximo reuso, regeneração, reciclo e perdas de processo. Esse procedimento foi capaz de chegar ao ponto ótimo com menos iterações e contornar problemas de não-convexidade dos modelos matemáticos, fornecendo estimativas iniciais dentro da região viável. É notada a influência tanto da estrutura da rede da estimativa inicial e quanto do contaminante de referência usado para o DFA no resultado final. Em alguns casos, mesmo com estruturas de rede significativamente diferentes daquela no ponto ótimo, o método consegue chegar à solução desejada.