Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na ... - TECLIM

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ESCOLA POLITÉCNICA
DEPTº DE ENGENHARIA AMBIENTAL - DEA
MESTRADO PROFISSIONAL EM
GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS
AMBIENTAIS NO PROCESSO PRODUTIVO
TAKAYOSHI OGATA
APLICAÇÃO DO CONCEITO DE PRODUÇÃO MAIS
LIMPA NA OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE
PRODUÇÃO DE ÁLCOOL BUTÍLICO
SALVADOR
2004

UFBA
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ESCOLA POLITÉCNICA
DEPTº DE ENGENHARIA AMBIENTAL - DEA
MESTRADO PROFISSIONAL EM GERENCIAMENTO E
TECNOLOGIAS
AMBIENTAIS NO PROCESSO PRODUTIVO
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Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
DEDICATÓRIA
Ao meu pai Ogata Masatugu (in memoriam), a minha mãe Yuhiko Tsukumi
Ogata, a Vito Giuseppe Gravina (in memoriam) e a Filomena Giannuzzi
Gravina por terem me mostrado o caminho da importância da educação.
Aos meus filhos, Mayumi, Marina, Leonardo e Nara responsáveis pela minha
motivação e esperança. E, finalmente, dedico este trabalho à Maria Gravina
Ogata, minha companheira de tantos anos pelo incentivo, paciência, amor e
parceria.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
AGRADECIMENTOS
Agradeço àqueles que direta ou indiretamente colaboraram para abreviar a
conclusão deste trabalho, iniciado há dois anos.
Em primeiro lugar ao meu orientador Prof. Dr. Emerson Andrade Sales pelo
incentivo e, principalmente, pela paciente e minuciosa leitura do texto e
sobretudo, pela orientação dirigida, que proporcionou a conclusão desse
trabalho tão sonhado.
Aos professores do Curso de Mestrado, que não mediram esforços em nos
transmitir novos conhecimentos, os quais abriram novos caminhos e
horizontes para os alunos.
À Teclim, pelos recursos bibliográficos que tornou disponíveis o que, sem
dúvida, abreviou a busca de literatura especializada.
Aos meus colegas de trabalho, engenheiros e técnicos, pela colaboração no
resgate dos documentos primários, na simulação do processo e na
elaboração do balanço material. Aos meus companheiros operadores que se
empenharam na realização dos testes reais na planta elaborados com muita
dedicação e zelo.
À ELEKEIROZ S.A. que me incentivou e possibilitou a conclusão deste
trabalho.
TAKAYOSHI OGATA

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

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

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS 11
LISTA DE TABELAS 12
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 13
INTRODUÇÃO 14
Estrutura do Trabalho 17
CAPITULO-1: CARACTERIZAÇÃO DO PROBLEMA
Princípios Gerais
1.1 A Empresa 19
1.2 Situação Problema 22
CAPÍTULO-2: FUNDAMENTOS TEÓRICOS E METODOLÓGICOS
2.1 Procedimentos Metodológicos 26
2.2 Marco Teórico e Conceitual 28
2.3 Equação Mestra e o Fator 10 29
2.4 Produção Mais Limpa (PML) 33
2.4.1. Abordagem Corretiva versus Estratégias Preventivas 35
2.4.2. Sociedade Sustentável 38
2.4.3. Técnicas para Redução da Poluição segundo
LAGREGA
2.4.4. Estratégias Ambientais 50
47
CAPÍTULO-3: ESTADO DA ARTE DE PRODUÇÃO DE ÁLCOOIS
3.1 Produção de Oxo-Álcoois 53
3.2 Produção de Butilaldeídos 54
3.3 Processo de Produção de Butanol ou Álcool Butílico 55
3.3.1. - Hidrogenação na Fase Vapor 56
3.3.2. - Hidrogenação na Fase Líquida 58
3.4 Formação de Éter 61
3.5 Acidez em Catalisadores Sólidos 66
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
CAPÍTULO-4: APLICAÇÃO DA PML NA OTIMIZAÇÃO DE PROCESSO
4.1 Levantamento da Situação Inicial 70
4.1.1 - Plano de Análises 71
4.1.2 - Balanço Material 71
4.2 Repurificação do Produto – Solução de Fim de Tubo 75
4.2.1 - Balanço Material 77
4.3 Projeto para Aumento de Capacidade com redução no teor
de butil éter
4.3.1 – Base do Estudo 80
4.3.2 – Resultado da Avaliação 82
4.4 Injeção de um Promotor – Caminhando da solução de Fim
de Tubo para a Solução Preventiva
4.4.1 - Balanço Material 87
4.5 Resultado Comparativo: Fim de Tubo versus PML 91
4.5.1 – Especificação do Produto Obtido 91
4.5.2 – Balanço Econômico 91
4.5.3 – Impacto da mudança no processo sobre o meio
ambiente
80
84
93
CAPÍTULO-5: CONSIDERAÇÕES FINAIS E PERSPECTIVAS
5.1 Considerações Finais 95
5.2 Conclusões e Recomendações 99
REFERÊNCIAS 101
BIBLIOGRAFIA 104
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Fluxo de Produção 20
Figura 2 -
Sociedade Sustentáveis – Do Fim do Tubo à
Sustentabilidade Ambiental
38
Figura 3 - Tratamento de Efluentes com Coluna Esgotadora 40
Figura 4 - Sistema Linear de Produção Industrial 41
Figura 5 -
Reforma Catalítica de Gás Natural com Recuperação
Energética e de Gás Carbônico
43
Figura 6 - Estratégia preventiva – Visão Circular de Produção 44
Figura 7 -
Figura 8 -
Figura 9 -
Figura 10 -
Figura 11-
Figura 12
Figura 13
Figura 14
Técnicas para Redução da Poluição - Organograma
mestre das ações para prevenção e controle da
poluição, baseado em LAGREGA.
Fluxograma simplificado de processo de produção de
butanol – Hidrogenação em Fase Vapor
Fluxograma simplificado de processo de produção de
butanol – Hidrogenação em Fase Líquida
Balanço Material de produção de Butanol - Antes da
modificação no processo
Balanço Material da Coluna de Repurificação de
Butanol
Efeito do promotor na redução da formação de DNBE,
teste realizado em escala piloto
Formação do DNBE em função da concentração de
Nitrogênio Básico no Reator de Hidrogenação de n-
butil aldeído
Balanço Material de Hidrogenação de Butanol - Depois
da modificação no processo
49
57
60
74
78
85
87
88
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Especificação do Butanol (BuOH). 23
Tabela 2 - Nova Especificação do Normal Butanol (BuOH) 24
Tabela 3 -
Abordagens Corretivas versus Estratégias
Preventivas, segundo PENEDA.
36
Tabela 4 - Características das Estratégias Ambientais 52
Tabela 5 - Plano de Análises 71
Tabela 6 - Especificação do Butanol pelo Balanço Material 73
Tabela 7 - Especificação de BuOH com Nova Especificação 75
Tabela 8 -
Tabela 9 -
Tabela 10 -
Tabela 11 -
Resultado da Simulação da Coluna de Repurificação
T5
Resultado da Simulação sem a Coluna de
Repurificação
Resultado da avaliação dos principais equipamentos
considerando a nova especificação
Orçamento de adequação da planta de butanol na
nova especificação sem a coluna de repurificação
76
82
83
84
Tabela 12 - Especificação do Butanol com adição do promotor 90
Tabela 13 -
Comparativo de Especificação Típica do Produto
Obtido
91
Tabela 14 - Balanço Econômico 92
Tabela 15 -
Comparativo de Especificações antes e depois da
mudança no processo
97
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABIQUIM – Associação Brasileira de Industria Química
BM – Balanço Material
BuOH – Butanol
BVQI – Bureau Viritas Quality International
CETREL – Central de Tratamento de Efluentes S.A.
CIQUINE ou CPQ – Ciquine Companhia Petroquímica S.A.
COPENE – Companhia Petroquímica do Nordeste S.A.
DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio
DfE – Projeto para o Meio Ambiente ou “Design for Environment”
DNBE – Di-normal butil éter ou dibutil éter ou butil éter
DQO – Demanda Química de Oxigênio
HE – “heavy end” ou pesados
IBAL – Iso-butil aldeído
i-BuOH - Isobutanol
LE – “light end” ou leves
MS – Material em suspensão
NBAL – Normal butil aldeído
PGQB – Prêmio Gestão Qualidade Bahia
PL – Produção Limpa
P+L ou PML – Produção Mais Limpa
P2 ou PP – Prevenção da Poluição
Q - Vazão
UNEP – Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente
UNIDO – Organização das Nações Unidas para o Desenvolvimento Industrial
UNIB – Unidade de Insumos Básicos
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
14
INTRODUÇÃO
“Raramente são os novos paradigmas que nos despertam
para transformações: a crença em transformação, a
vontade de transformar e o compromisso ético, existencial
e espontâneo de sermos transformadores é que nos levam
a buscar novos paradigmas”. (Demóstenes Romano Filho,
Patrícia Sartini e Margarida Maria Ferreira)
A poluição do meio ambiente tornou-se assunto de interesse
mundial. Não apenas os países desenvolvidos vêm sendo afetados pelos
problemas ambientais, mas também as nações em desenvolvimento
começam a sofrer os graves impactos da poluição em todos os seguimentos
da produção, seja na agricultura, nos serviços e na indústria. Isso decorre de
um rápido crescimento econômico associado à exploração de recursos
naturais, alguns até então intocáveis. Na origem dos crescentes problemas
provocados pela contaminação do meio ambiente, estão os processos de
produção utilizados para extrair matérias-primas e para transformá-las em
uma multiplicidade de produtos para fins de consumo em escala
internacional.
Embora se registrem progressos no setor das técnicas de controle
da poluição, para vários desses campos da indústria de extração e de
transformação, ainda não se chegou a métodos que propiciem um controle
efetivo das emissões de resíduos. É inegável, porém, a urgência de serem
adotadas medidas de controle mais voltadas para a prevenção a fim de se
assegurar a não ocorrência de prejuízos irreparáveis, sob o ponto de vista do
meio ambiente.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
15
Mas, se há uma palavra-chave que possa caracterizar a época atual, essa
palavra é mudança. Mudança sob todos os aspectos possíveis e imagináveis:
de caráter político, social, econômico, tecnológico, organizacional e, também,
no comportamento das pessoas com relação ao meio ambiente. O que talvez
mais surpreenda e choque não é apenas a mudança dos procedimentos
tradicionais, mas como essa mudança se processa, de modo profundo e
radical.
Conforme KIPERSTOK (1999), “a necessária velocidade com que a
redução do impacto ambiental das atividades produtivas deve se dar exige
uma mudança na forma de se pensar a relação destas com o meio ambiente.
Deve-se evoluir das práticas de fim de tubo para atitudes de prevenção da
poluição. Esta mudança exige uma participação tanto do setor produtivo como
das agências reguladoras”. Sem dúvida, ainda existem dificuldades
tecnológicas, econômicas, e até de informação, mas para uma mudança
radical, o mais importante é a mudança de atitudes das pessoas.
Este trabalho tem como objetivo mostrar um exemplo típico de
problema na área industrial, real, que adotou inicialmente uma solução de
fim de tubo, e que, evoluiu para a prevenção, mais precisamente para a
mudança no processo, com o intuito de minimizar uma reação secundária
indesejável, com conseqüente redução na carga orgânica dos seus efluentes.
Essa atitude foi induzida por fatores econômicos e comerciais, mas
que, aliada aos novos paradigmas da administração de produção, a
abordagem do problema foi evoluindo.
O estudo de otimização e redução de poluentes na fonte apresenta
uma grande importância não só do ponto de vista ambiental, mas econômica
e social também. A acirrada competição de mercado mundial com grau de
exigência severa na qualidade do produto, aliada ao alto custo dispendido
para o tratamento dos seus efluentes e com investimentos adicionais, por si
só justifica a realização do presente trabalho, do ponto de vista econômico.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
16
BAAS (1996) apud KIPERSTOK(2001), salienta que “a prevenção da
Poluição e minimização de resíduos representa uma mudança de atitude onde
o foco é mudado do uso de tecnologias para o controle da poluição para uma
atitude pró-ativa de prevenção ao longo de todo o processo produtivo. A
adoção destas práticas converge com a viabilização econômica da produção
por aliar aspectos ambientais com lucratividade econômica”.
O presente estudo tem o intuito de ser um exemplo de Aplicação de
Produção Mais Limpa na empresa com mudanças no processo e de atitude
das pessoas e põe foco no processo de Produção de Álcool Butílico produzido
na Elekeiroz S.A. 1 . Cumpre ressaltar que a conceituação e o delineamento do
raciocínio com relação à minimização de poluentes com conseqüente
melhoria nos rendimentos da reação, poderão ser aplicados em qualquer
processo produtivo.
Sem dúvida, os conceitos de Produção Mais Limpa (PML) aplicados
na solução do referido problema enriqueceram o resultado obtido,
proporcionando uma visão mais abrangente do processo de otimização da
planta. Da solução de engenharia de processo, o resultado foi visualizado
com a utilização racional de matéria-prima, minimizando a formação de
reações secundárias, com a conseqüente redução de sub-produtos
minimizando a utilização de insumos, utilidades e descartes de efluentes, ou
seja, reduzindo em vários aspectos, o impacto ambiental.
No nível empresarial, percebe-se a mudança de atitudes e
comportamentos de gestores, propiciando uma nova cultura para resolução
de problemas futuros. A base cultural de Produção Mais Limpa (PML) e a
metodologia de sua aplicação absorvidas durante o Curso de Mestrado em
Gerenciamento e Tecnologia Limpa no Processo Produtivo, foi de suma
importância para o alerta e visualização dos problemas relacionados ao meio
ambiente.
1 Anteriormente a razão social dessa empresa era Ciquine Companhia Petroquímica. Mudou para ELEKEIROZ
S.A. em agosto/2003.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
17
Espera-se que este trabalho seja de alguma forma, um referencial
de aplicação de Produção Mais Limpa para as futuras gerações de técnicos e
engenheiros da empresa.
Estrutura do trabalho
A dissertação está dividida em cinco capítulos. O primeiro trata da
caracterização do problema industrial, das principais questões que foram
abordadas e relevantes para o seu equacionamento, bem como dos
princípios gerais que foram adotados.
O segundo capítulo descreve os fundamentos teóricos e
metodológicos que norteiam a condução do problema em foco. Os conceitos
de Controle da Poluição, Prevenção da Poluição, Produção Limpa, Produção
Mais Limpa, são discutidos mediante o enfoque de abordagens corretivas
versus estratégias preventivas. Analisa as principais técnicas de fim de tubo
e de prevenção. Conceitua as estratégias ambientais e suas características.
O capítulo terceiro discorre sobre o estado da arte na produção de oxoálcoois
com enfoque no processo e na reação que foi otimizada. Explica
também o mecanismo das reações secundárias.
O quarto capítulo mostra os resultados do estudo da Aplicação da
Produção Mais Limpa na otimização do processo, simulação de processo, e
os testes reais em operação da planta com um promotor. Mais
especificamente, mostra a simulação de operação modificada com os novos
equipamentos (abordagem de fim de tubo), balanços materiais da unidade de
produção de butanol, antes de qualquer intervenção e após a instalação de
novos equipamentos; testes reais de operação da planta com o uso de um
promotor reacional (abordagem de PML) e balanço material completo desta
nova situação. No final deste capítulo, foi realizada uma análise comparativa
das soluções de Fim de Tubo com a de Produção Mais Limpa, envolvendo
aspecto econômico e ambiental.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
18
O quinto capítulo trata das considerações finais e das perspectivas
futuras: discussão dos resultados dos testes, discussão da aplicação dos
conceitos de Produção Mais Limpa, conclusões e recomendações.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
19
CAPÍTULO 1
CARACTERIZAÇÃO DO PROBLEMA – Princípios Gerais
“O mundo não vai superar sua crise atual usando o
mesmo pensamento que criou essa situação.”
Albert Einstein
1.1) A Empresa
A Elekeiroz é uma empresa de segunda geração que produz
produtos petroquímicos intermediários e tem como objetivo social a
industrialização e a comercialização de produtos petroquímicos e
plastificantes em geral, localizada em três regiões: a matriz em Várzea
Paulista em São Paulo, uma planta em Taubaté, S.P. e um conjunto de
plantas no Complexo Básico do Pólo Petroquímico do Nordeste, no Município
de Camaçari, Bahia. Neste trabalho, enfocaremos apenas as plantas
localizadas em Camaçari, BA.
As plantas da Elekeiroz Camaçari, são responsáveis pela produção
de Oxo-Álcoois, Anidrido Ftálico, Ácido Fumárico e Plastificantes Ftálicos ,
conforme o Fluxo de Produção, mostrado na Figura-1, correspondendo a
uma produção de cerca de 280 mil t/ano de produtos químicos e
petroquímicos, o que coloca a empresa como uma das maiores em volume de
produção no Pólo Petroquímico do Nordeste e oferece uma diversificada
gama de produtos.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
20
MATERIAS PRIMAS
ELEKEIROZ
N
A
F
T
A
PROPENO
ALCOOIS
SOLVENTES
LUBRICANTES
COMPOSTOS
SAPATOS
BRINQUEDOS
BRASKEM
ORTO-
XILENO
ANIDRIDO
FTÁLICO
PLASTIFICANTES
TINTAS
RESINAS
POLIESTER
EFLUENTES
ADESIVOS
RESINAS
POLIESTER
BENZENO
ANIDRIDO
MALEICO
ÁCIDO
FUMARICO
TINTAS
RESINAS
POLIESTER
ADESIVOS
Figura-1: Fluxo de Produção
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
21
Fabricados em um Complexo de Plantas, os Oxo-Álcoois
produzidos na Elekeiroz Camaçari, são o Octanol (2-etil-hexanol), o Butanol
e o Iso Butanol, utilizando como matérias-primas o Propeno e o Gás Natural.
A produção total desses álcoois é de 120.000 t/ano.
Da associação desses três produtos com o Anidrido Ftálico, surgem
os Plastificantes Ftálicos, cuja capacidade de produção da empresa é de 100
mil t/ano. O Anidrido Ftálico, com produção de 36 mil t/ano, é o anidrido
mais utilizado em todo o mundo, em função de sua diversificada aplicação. A
matéria-prima principal é o Ortoxileno, adquirido da Copene 2 e transportado
através de dutovia para a Elekeiroz.
Outro produto da empresa é o Ácido Fumárico, produzido com
tecnologia própria a partir do Ácido Maleico, oriundo dos efluentes da Planta
de Anidrido Ftálico. A capacidade de produção é de 1,2 mil t/ano.
O maior faturamento da empresa vem da produção de Oxo-
Álcoois, com duas plantas em operação. As plantas de oxo-álcoois foram
instaladas em duas fases temporais distintas: A primeira, com início de
operação em 1973, denominada de Planta-1, atualmente produz o Butanol e
o Iso Butanol e, a segunda, denominada de Planta-2, com início de operação
em 1984, onde se produz o Octanol.
Os efluentes das Unidades de Anidrido Ftálico e Plastificantes
Ftálicos são ácidos que se juntam com os efluentes das Unidades de Álcoois
(efluentes básicos), realizando um pré-tratamento, antes de seguir para a
CETREL 3 .
É considerada empresa de médio porte no âmbito da sua força de
trabalho. Em produção de oxo-álcoois é a principal empresa da América
Latina, a única do Brasil e a maior empresa nacional em Plastificantes.
2 Copene – Companhia Petroquímica do Nordeste, é uma empresa do Pólo Petroquímico do Nordeste,
fornecedora de matérias-primas e utilidades, para as empresas do Complexo Básico. À partir de 2003, a
COPENE passou a chamar-se UNIB, Unidade de Insumos Básicos da BRASKEM S.A.
3 Cetrel – Central de Tratamento de Efluentes, é uma empresa do Pólo Petroquímico do Nordeste, responsável
por tratamento de todos os efluentes gerados no Pólo, antes da sua disposição final.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
22
A empresa foi certificada na Norma ISO 9002 pela BVQI, em 1996,
tendo nesse período atingido elevado grau de amadurecimento nos processos
requeridos e introduzido inúmeras melhorias no sistema.
Em 1996, implantou o Sistema de Gestão pela Qualidade Total,
incorporando todos os processos e programas da empresa voltados para a
qualidade.
Em 1999 e 2000, foi avaliada através dos critérios do Prêmio
Gestão Qualidade Bahia (PGQB), sendo premiada com Diploma e Placa,
respectivamente.
Cumpre as legislações federal, estadual e municipal no tocante a
Legislação Ambiental. Transcende às exigências legais, por conta de sua
participação no Programa de Atuação Responsável, liderado pela Associação
Brasileira de Indústria Química (ABIQUIM), para, através das práticas
gerenciais nele estabelecidas, melhorar continuamente o seu desempenho
nas áreas de segurança , saúde ocupacional e meio ambiente.
1.2) Situação Problema
O presente trabalho foi realizado na Unidade de Produção de Oxo-
Álcoois, especificamente na produção de Normal Butanol da Elekeiroz,
situada em Camaçari, Bahia.
O Normal Butanol (BuOH) ou simplesmente Butanol, é produzido
na Planta-1, através da hidrogenação de Normal Butil Aldeído (NBAL) num
reator catalítico de leito fixo, objeto do nosso estudo. O NBAL e o solvente
(com uma parte do BuOH que é reciclada) são enviados, em uma relação
definida, ao reator R. Lá ocorre a reação de hidrogenação na presença de
catalisador de níquel/cromo suportado em alumina, gerando o BuOH cru.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
23
CH 3 CH 2 CH 2 CHO + H 2
n-butilaldeído
(NBAL)
CH 3 CH 2 CH 2 COH
n-butanol
(BuOH)
Além do produto principal, ocorrem reações secundarias, gerando
compostos indesejáveis, tais como, iso-butanol (i-BuOH), dibutil éter (DNBE)
e produtos pesados. O fluxo proveniente do reator de hidrogenação é então
enviado para a Seção de Purificação do produto da reação.
Da Seção de Purificação, o Butanol é extraído com a seguinte
especificação, constante no catálogo comercial da empresa:
Tabela–1 - Especificação do Butanol (BuOH).
ESPECIFICAÇÃO ATUAL
BuOH - PUREZA
i-BuOH - Iso Butanol
DNBE – Di Butil Eter
99,30 % P min.
0,20 % P máx
3000 ppm máx.
Fonte: Elaboração própria com base no catálogo Elekeiroz Camaçari.
Até meados de 2001, essa especificação atendia a 100% dos
clientes. Com a chegada de um novo cliente multinacional, o mesmo exigiu
uma especificação mais rigorosa com a pureza mínima de Butanol de
99,70%, teor de Iso-Butanol de 0,10% máximo e teor de DNBE máximo de
200 ppm. Além disso, o referido cliente entrou com o pedido de importação
ao governo brasileiro, referente ao mesmo produto produzido na sua matriz
no exterior, solicitando isenção dos impostos de importação, que na época
eram cerca de 15%. A alegação era de que a Elekeiroz não teria capacidade
técnica para cumprir a exigência da especificação solicitada. O órgão
competente do governo concedeu para a empresa, um prazo de 3 meses para
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
24
a devida solução, sob pena de aprovar a importação do referido produto com
imposto reduzido.
Tabela 2 – Nova Especificação do Butanol (BuOH).
ESPECIFICAÇÃO
ATUAL
ANÁLISE
TÍPICA
NOVA
ESPECIFICAÇÃO
BuOH - PUREZA 99,30 % P min. 99,65% P 99,70% P
i-BuOH - Iso Butanol 0,20 % P máx 0,06% P 0,10% P
DNBE – Di Butil Eter 3000 ppm máx. 2000 ppm 200 ppm
Fonte: Elaborado pelo autor
Ocorre que a Elekeiroz para atender o novo cliente, já havia
realizado investimento parcial de desengargalamento, com adicional de
18.000 t/ano em aldeídos, representando 15% da sua capacidade anterior,
mas sem levar em conta a exigência da qualidade restritiva. Atender a nova
especificação implicaria em reduzir a produção, ou seja, o investimento
realizado tornaria sem efeito ou investiria em desengargalamento das
colunas de destilação. Por outro lado, conseguir manter esse cliente seria
questão de sobrevivência da empresa, face às dificuldades de mercado.
A empresa mobilizou o seu corpo técnico para analisar o problema
e encontrou algumas soluções que poderiam atender à especificação exigida.
Colocou em teste a solução mais rápida, a qualquer custo, isto é,
repurificando o produto final em uma coluna ociosa já instalada na planta: a
Coluna de Repurificação do Butanol. Foram realizadas várias simulações de
processo, chegando-se a conclusão de que, com pequena modificação nos
equipamentos e tubulações, seria possível chegar ao intento.
Foi colocada em operação a coluna estudada, obtendo sucesso com
a repurificação do produto, atingindo-se a especificação exigida pelo cliente,
no entanto, a um custo de produção oneroso e, também, com aumento de
efluentes. É típico da solução de fim de tubo (“end of pipe”). Por pressão do
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
25
mercado, a empresa adotou, temporariamente, esta solução, apesar da
consciência em torno da causa econômica e ambiental.
Também, com a demanda do mercado e atender o novo cliente, a
empresa teria que aumentar a capacidade das colunas de destilação
investindo em modificações das mesmas. Lembrando que quanto maior a
produção maior será também a geração de DNBE, portanto, essas colunas
teriam que absorver maior fluxo na alimentação e ter maior capacidade de
separação.
Enquanto produzia o produto especial para o novo cliente, neste
trabalho buscou-se também, uma solução tecnológica mais racional que
tivesse uma melhoria não só econômica, mas ambiental também.
KIPERSTOK (1999, p.45-51) afirma que “dois elementos podem contribuir
para uma aceleração de processos de melhoria de desempenho ambiental no
âmbito das empresas: a capacidade de identificar mudanças tecnológicas que
impliquem em concomitantes reduções de custos (isto é, ganhar dinheiro a
partir da redução da geração de resíduos); e, o esclarecimento do ritmo de
melhoria necessário para tornar o processo ambientalmente sustentável”.
Nessa busca de novos conceitos, os novos paradigmas da Produção Mais
Limpa e Tecnologia Limpa absorvidos no Curso de Mestrado, foram decisivos
para a tomada de decisão.
Nesta pesquisa reanalisou-se os seus trabalhos, procurando
soluções tecnológicas, resgatando notas de reuniões técnicas do passado
com os técnicos do detentor de tecnologia de Hidrogenação de NBAL, a
Mitsubishi Chemical Corporation 4 . A injeção de compostos orgânicos
funcionando como promotores, foi identificada como uma das soluções para
minimizar a formação de compostos pesados, dentre eles o dibutil éter
(DNBE), ou simplesmente butil éter.
4 A Mitsubishi Chemical Corporation é uma empresa japonesa e uma das maiores empresas petroquímicas
mundiais. É também detentora do “know-how” do processo de produção de oxo álcoois utilizado pela Elekeiroz.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
26
CAPÍTULO 2–
FUNDAMENTOS TEÓRICOS E METODOLÓGICOS
“Nunca duvide da capacidade de um pequeno grupo de
dedicados cidadãos para mudar os rumos do Planeta. Na
verdade, eles são a única esperança de que isto possa
ocorrer.”
Margareth Mead
2.1) Procedimentos Metodológicos
Este trabalho foi desenvolvido através dos seguintes procedimentos
metodológicos, que constaram de cinco etapas:
A primeira etapa consistiu na pesquisa documental (fontes
primárias) e levantamento bibliográfico (fontes secundárias), referentes aos
estudos que dão suporte teórico a esta pesquisa. Nas fontes primárias
buscou-se documentos de arquivos particulares do autor deste trabalho,
anotações de visitas às plantas industriais no exterior, busca de registros
técnicos e dados de testes realizados em escala piloto. No levantamento
bibliográfico, tratou-se de conhecer os conceitos e as visões sobre o controle
na fonte, principalmente a Produção Mais Limpa (PML) que, nos últimos
anos, vem tomando impulso e um destaque especial na gestão de
administração de produção fazendo compreender com que os antigos
paradigmas na gestão industrial não consigam se manter nos dias de hoje.
A segunda etapa consistiu na realização da simulação de todo o
sistema de Hidrogenação de n-butilaldeído e sua purificação, utilizando um
programa de simulação de processo PDPlus. As simulações das condições de
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
27
operação antes da mudança do processo já existiam, os quais foram
complementados com novas simulações das condições após a mudança no
processo.
A terceira etapa refere-se a realização de pesquisa de campo com o
objetivo de conseguir informações e conhecimentos acerca do problema. A
pesquisa de campo adotada, insere-se na categoria experimental que
consiste em investigação de pesquisa empírica cujo objetivo principal foi a
confirmação dos resultados do teste em escala piloto.
O teste propriamente dito, partiu de uma situação real na
empresa, cujos resultados foram colhidos de forma criteriosa na própria
planta comercial de produção de butanol, utilizando toda a conceituação da
Operação Evolucionária, mais conhecida como EVOP (Evolutionary
Operation). Como a EVOP se aplica a um processo industrial em pleno
funcionamento, qualquer perturbação deve ser feita com muita cautela, para
não se correr o risco de fabricar um produto não desejável ou causar
problemas operacionais graves.
Conforme BARROS NETO (2001), a EVOP ... “é muito diferente de
um planejamento experimental feito em laboratório, onde os fatores podem ser
variados à vontade, não importando muito se o produto final prestará ou não.
Na operação evolucionária, ao contrário, o que estamos buscando é um ajuste
fino. Todo cuidado é pouco. As perturbações, além de suaves, devem ser
realizadas de forma cuidadosamente planejada, para que seja possível extrair
delas alguma informação útil”. Portanto, foi de suma importância a busca da
melhor dosagem, dos insumos e ponto de operação, desde o seu início.
A quarta etapa do trabalho foi a montagem do Balanço Material da
unidade, antes da mudança no processo, da Coluna de Repurificação do
produto e por fim do sistema após a mudança no processo.
Com base nas quatro etapas anteriores, a quinta e última etapa
tratou de consolidar e analisar os dados obtidos, realizando um resumo
comparativo das duas soluções adotadas, a do Fim de Tubo e da Produção
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
28
Mais Limpa. Nessa última etapa foram inseridas também as conclusões da
pesquisa e as perspectivas futuras.
2.2) Marco Teórico e Conceitual
O rápido crescimento econômico e a resultante expansão da
estrutura industrial no mundo todo, tem sido acompanhados por grandes
consumos de recursos naturais. O estilo de vida das pessoas mudou
também em todo o mundo com o advento da chamada sociedade de
“consumo em massa”, como simboliza a popularização dos veículos a motor.
Estes fatores tem também contribuído para a considerável ruptura do
equilíbrio ambiental nos últimos anos.
A inserção de substâncias tóxicas na cadeia alimentar representa
uma ameaça de desequilíbrio ambiental. A origem dos contaminantes pode
ser: lixiviamento de solos agrícolas, água subterrânea contaminada, água de
sedimentos contaminados, córregos urbanos, descargas atmosféricas,
deposição de sedimentos, resíduos industriais, esgoto doméstico e depósitos
de lixo. (KIPERSTOK et al, 2002).
A divulgação dos problemas causados com grandes acidentes
ecológicos e com o conseqüente aumento da consciência ambiental da
sociedade nas últimas décadas, têm revelado grandes pressões nos setores
produtivos, pela proteção ao meio ambiente. A legislação ambiental tem se
tornado gradativamente mais restritiva em relação à manipulação e geração
de produtos tóxicos e perigosos e à restituição de resíduos à natureza.
Tem aumentado a responsabilidade civil e criminal das empresas,
do ponto de vista legal, ante o reconhecimento do risco relacionado com
determinadas atividades. A Constituição Federal de 1988, no inciso 3 o . do
artigo 225, no Capítulo do Meio Ambiente, define que a pessoa jurídica é
passível de responsabilidade civil, administrativa e penal. A partir de então,
não somente as pessoas físicas podem ser penalizadas, do ponto de vista
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
29
criminal, mas também as pessoas jurídicas. Em fevereiro de 1998, a Lei n.
9.605 de 1 de fevereiro de 1998, que trata dos crimes ambientais, estabelece
com rigor as penalidades, na área criminal e administrativa, para as pessoas
jurídicas. Segundo SHEN (1995) apud MARINHO (2001, p.52), “... como
conseqüência, os custos dos procedimentos de fim de tubo para atender as
essas exigências, tem se tornado igualmente crescentes assim como os riscos
financeiros relativos a não conformidade com a legislação, recuperação ou
indenização de danos”.
O marco teórico e conceitual deste estudo se apóia nos conceitos
de Produção Mais Limpa. Sem dúvida, este marco teórico é o que existe de
mais atual no que diz respeito à prevenção da degradação ambiental na fonte
e, porque não dizer, de gestão de produção competitiva.
Para dar embasamento às modificações de processo, recorreu-se
também aos registros técnicos, relatórios corporativos, notas de reuniões,
manuais de operação e de processo, projetos básicos e detalhados da planta
de processo, visando dar uma descrição clara do processo de produção de
oxo-álcoois da empresa, mais especificamente do processo de produção de
butanol.
2.3) A Equação Mestra e o Fator 10
Com o rápido desenvolvimento industrial no mundo, trouxe para a
humanidade muito conforto e bem estar. Mas essa transformação trouxe
também questionamentos quanto ao uso exagerado dos recursos naturais
limitados. A velocidade do uso desses recursos com transformações de
matérias-primas para o produto final é sempre questionada pelos vários
seguimentos da sociedade.
Mas, o questionamento que se faz é onde está o vilão da história?
Imediatamente, a mente das pessoas voltam-se para a indústria. No entanto,
será que somente a fase de processamento de um produto na indústria é que
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
30
causa o impacto ambiental? Será que a fase da extração das matériasprimas,
como minérios, petróleo ou carvão não causam maior ou menor
impacto na natureza? E a fase de distribuição, destino final ou mesmo a
sociedade consumista não causa maior impacto ao meio ambiente? Quando
se questiona a quantidade e a disposição final do lixo industrial e também
lixo doméstico, certamente o comportamento do consumo das pessoas, tem
muito a ser analisado. Adotar soluções econômica e ecologicamente
sustentáveis, tornar as empresas ecoeficientes, implica numa mudança
radical de comportamentos e atitudes tanto dos produtores, como das
pessoas.
Uma abordagem freqüente para estimar o impacto das atividades
humanas sobre o ambiente é o Fator 10.
O Fator 10 é um conceito relativamente novo, desenvolvido com
base na equação mestra (Master Equation) de impacto ambiental:
“Impacto ambiental = (população) X (PIB/pessoa) X (impacto
ambiental/unidade de PIB)”
É um conceito utilizado por GRAEDEL e ALLENBY (1998, p.8) que
incentiva o aumento da eficiência nas questões ambientais, econômicas e
sociais da produção e consumo em 10 vezes em 50 anos. Este conceito é
divulgado para chamar a atenção da sociedade para a necessidade de se
aumentar o ritmo da melhoria do aproveitamento dos recursos naturais,
uma vez que são limitados.
Analisando a referida equação, o primeiro e o segundo fator
chamam a atenção da sociedade no sentido de controle da população e de
renda per capta.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
31
O primeiro fator, a população mundial, continua crescendo
rapidamente, ainda que a taxa de crescimento venha se reduzindo nos
últimos anos. Apesar da dificuldade de se elaborar previsões, tem sido
considerada como razoável a estimativa de um pico de população da ordem
de 10 a 12 bilhões de pessoas até a metade do século XXI, o que significa
que o primeiro fator da equação será multiplicado por 2, nesse período. O
segundo fator decorre do conhecimento de que o aumento da renda per
capita , ainda que esta não implique necessariamente em elevação da
qualidade de vida para todos, tem implicado na elevação proporcional da
pressão sobre o ambiente ou até em uma proporção maior. À revelia das
desigualdades entre países e indivíduos, a tendência predominante é de
aumento da renda per capita na maior parte do globo. Estimativas
grosseiras sugerem uma elevação da ordem de 3 a 5 vezes nos próximos 50
anos. (GRAEDEL e ALLENBY, 1998).
O terceiro fator é o único que, ao menos no curto prazo, pode ser
significativamente reduzido pelo desenvolvimento tecnológico. Com as
projeções acima, a redução precisaria ser de 6 a 10 vezes, no mesmo
intervalo, para que seja mantido o impacto ambiental de hoje. Entretanto,
como o grau atual dos impactos já é considerado insustentável por muitos, o
terceiro fator, eventualmente, precisaria sofrer uma redução de 20 a 50
vezes, para assegurar a sustentabilidade. (GRAEDEL e ALLENBY, 1998
p.16). Este fator, impacto ambiental provocado por unidade de produção, é
da responsabilidade direta dos setores produtivos.
Diante dessas considerações, resulta a idéia de um Fator X, como
a razão necessária de redução do impacto ambiental por unidade de produto
para garantir a estabilidade do planeta. As hipóteses quanto ao valor X, tem
variado entre 4 e 10, em função de diferentes previsões de crescimento dos
dois primeiros fatores da equação, predominando o Fator 10. (SHIMIDT-
BLEEK; GRAEDEL ALLEMBY; O’RIORDAN, 1997, 1998, 2000 apud
MARINHO, 2001).
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
32
Este conceito é muito interessante na medida em que chama a
atenção dos perigos incontroláveis levando à degradação do meio ambiente e
à conseqüente piora na qualidade de vida provocada pelo desenvolvimento
acelerado de novos produtos e desenfreado consumo dos mesmos nos países
desenvolvidos.
Existem países sem nenhum controle populacional, à beira do
caos, com pouquíssimos recursos econômicos como a África e Índia, mas há
também países como o Japão, pobre de recursos naturais e, devido às
dificuldades vivida no pós segunda guerra, o próprio Estado se encarregou
de conscientizar a população sobre a necessidade do não desperdício.
Atualmente, naquele país, o lançamento dos efluentes é
extremamente questionado e limitado através de uma legislação rigorosa.
Existem empresas como a Mitsubishi Chemical Corp., que está empenhada
em mudança e otimização de processos de plantas antigas, que conseguiu
uma redução drástica de seus efluentes em 1/10 em 10 anos (Planta de
Hidroformilação de Olefinas), fato observado pessoalmente por este autor
naquela empresa.
No entanto, nem sempre os setores produtivos daquele país agiram
assim. A Baía de Minamata que o diga, com a contaminação da baía por
mercúrio lançado pela empresa Chisso, provocando mortes e cujos
descendentes da população contaminada há mais de 40 anos, sofrem as
suas conseqüências até hoje. (MASHIMO, 1996).
No caso do Japão, há um forte componente para resultados
positivos em programas como o de Qualidade Total ou conceito de Fator 10.
É a disciplina e a alta conscientização da população com relação ao limitado
recurso natural existente naquele país. Todos são educados para o não
desperdício, cuja conscientização da população começa no berço de cada
família, em razão das dificuldades que historicamente tem passado, aliado
ao pequeno espaço geográfico que dispõe, com alta densidade demográfica.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
33
O Fator 10 também pode ser interiorizado caso se pense em,
mesmo com dados conservadores de crescimento populacional e de renda,
ter como objetivo a redução do nível de impacto ambiental, daqui a 50 anos,
para a metade do atual. Este raciocínio levou à criação do Clube do Fator 10
em 1993 (WEAVER et al, 2000 apud KIPERSTOK, mimeo 2002).
Na indústria, esse conceito pode ser transportado para cada
modificação no processo, para cada otimização no processo, tal como
redução de reações secundárias no processo produtivo o que na prática
redunda em melhor utilização de matérias-primas, insumos e utilidades.
A maior divulgação do conceito de Fator 10, através de campanhas,
capacitação de técnicos, educação e conscientização da população,
certamente trará benefícios às futuras gerações. A necessidade é imediata e
trata-se de questão de sobrevivência da espécie humana.
2.4) Produção Mais Limpa (PML)
Como conseqüência da degradação contínua e acelerada do
ambiente, as autoridades mundiais tem se preocupado cada vez mais com a
sobrevivência do planeta. A divulgação dessa preocupação tem se dado
através de congressos, palestras, cursos e meios modernos de comunicação
como a “internet”. Cada vez mais as empresas estão convencidas de que o
único caminho para a sobrevivência de todos é tornar seus processos
produtivos não poluentes através de sua prevenção.
KIPERSTOK et al. (2002, p.21), diz que “o ritmo de expansão do
processo de degradação ambiental cresce dia a dia. Por outro lado, cresce a
consciência ambiental da população e das corporações. Está estabelecida uma
corrida entre estes dois processos. Do resultado dela depende o futuro dos
nossos descendentes. Como em toda corrida, ganha quem supera os
concorrentes. O corredor que corre tudo quanto pode poderá se sentir satisfeito
com o seu desempenho e dormir tranqüilo depois, mas não ganha
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
34
necessariamente a corrida, e esta é uma corrida que não podemos nos dar ao
luxo de perder”.
Várias estratégias e abordagens são divulgadas a nível mundial por
entidades preocupadas com o tema. Podemos sintetizar aqui os mais citados
nas literaturas atuais:
• P2 – Prevenção da Poluição, divulgada pela EPA,
Environmental Protection Agency, focaliza especificamente a questão da
geração de resíduos poluentes e sua prevenção;
• PL – Produção Limpa, divulgada pela maioria das
entidades ambientalistas. Segundo o Greenpeace, é uma aplicação
sistemática de princípios que permitem satisfazer as necessidades da
sociedade por produtos ambientalmente corretos, através do uso de sistemas
de energia eficientes e renováveis e materiais que não ofereçam risco, nem
ameacem a biodiversidade do planeta.
• P+L – Produção Mais Limpa, amplamente divulgada em
conjunto pela Organização das Nações Unidas para o Desenvolvimento
Industrial (UNIDO) e Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente
(UNEP). Segundo a UNEP (2002), a Produção Mais Limpa, consiste na
“aplicação contínua de uma estratégia ambiental integrada em processos
produtos e serviços, incorporando o uso mais eficiente de recursos naturais e
minimizando resíduos e poluição, da mesma forma que os riscos para a saúde
humana e segurança”.
Segundo FURTADO (2002), PL - Produção Limpa (Clean
Production) e PML - Produção Mais Limpa (Cleaner Production), são
ferramentas de gestão do sistema de produção de bens e serviços que
oferecem ampla gama de critérios, estratégias e instrumentos para aumentar
a lucratividade das organizações. Segundo o mesmo autor, PL supera a PML,
do ponto de vista tecnológico, ambiental e social.
Na prática, o que é importante para as indústrias é que os antigos
paradigmas da produção não são mais aplicáveis nos dias de hoje. Tanto PL
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
35
como PML, enfatizam a prevenção como o caminho para se atingir a
competitividade e o desenvolvimento das empresas.
Para a PML, no nível de processos e tecnologias de produção, visa a
utilização racional de matérias primas, energia e água, e gerar poupanças à
empresa, a eliminação da periculosidade e toxicidade das emissões e
resíduos antes de deixarem o processo.
No nível de produtos, atua na redução dos elementos impactantes
ao longo de todo o ciclo de vida dos produtos, desde a extração de matérias
primas até a disposição final dos resíduos gerados na sua produção.
E, no nível de gestão, influencia nas atitudes e comportamentos de
todos os níveis hierárquicos das organizações produtivas, propiciando uma
nova abordagem empresarial.
2.4.1) Abordagem Corretiva versus Estratégias Preventivas
O conceito é bastante abrangente. Para compreender melhor esse
conceito encontram-se itemizados na Tabela-3 a seguir, as principais
diferenças entre as abordagens corretivas e as estratégias preventivas,
segundo PENEDA (1996).
Nesta síntese, PENEDA (1996) mostra os dois tipos de
comportamento de uma indústria. Na abordagem corretiva, a indústria “suja
e limpa”, ou seja, polui por sua tecnologia obsoleta, produzindo emissões
atmosféricas, resíduos sólidos e efluentes líquidos. Por conseguinte, faz
investimentos para se enquadrar às exigências da legislação ambiental,
inserindo vários equipamentos de controle de poluição, muitas vezes
adicionando insumos para ajustar os seus efluentes nos padrões exigidos.
São equipamentos de correção de fim de linha que exigem,
também, gastos em manutenção.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
36
Tabela - 3 – Abordagens Corretivas versus Estratégias Preventivas,
segundo PENEDA
Abordagem Corretiva
Tecnologias de Tratamento
(Adicionadas em Fim de Tubo)
• Análise da poluição focalizada
apenas nas emissões e resíduos
(saídas) do processo produtivo;
• Tratamento dos efeitos da
poluição ao invés das suas
causas;
• Tratamento da poluição como
fator de custos adicionais;
• Questões ambientais
consideradas apenas como
constrangimento e exclusivamente
do foro dos peritos em ambiente;
• Salvaguarda ambiental apenas
como questão de tecnologia;
• Melhoria do ambiente para
cumprir a regulamentação;
• Qualidade ambiental dos
processos, produtos e serviços
geralmente não considerada;
• Adoção de soluções reativas e
externas ao processo de
produção;
• Aceitação da produção de
resíduos como fato inevitável.
Fonte: PENEDA (1996)
Estratégias Preventivas
Produção Mais Limpa
(Integradas no Sistema de Produção)
• Considera entradas e saídas das
várias operações unitárias;
• Prevenção e minimização da
formação de poluentes na origem,
através de medidas integradas e
como parte integrante dos
produtos, processos e serviços;
• Resíduos considerados como
defeitos da produção e como
recursos potenciais;
• Melhorias ambientais como
responsabilidade de todos os
elementos da empresa e fator de
oportunidades;
• Salvaguarda do ambiente,
incluindo medidas não técnicas,
técnicas, organizacionais e de
gestão;
• Melhoria do ambiente como
processo contínuo para se
assegurar os mais elevados
padrões de qualidade e gerar
dividendos;
• Qualidade Ambiental integrada na
Qualidade Total, significando
produtos com perfil ecológico
diferenciado;
• Adoção de soluções pró-ativas
integradas no sistema de
produção;
• Prioridade à prevenção ou, pelo
menos, a minimização de resíduos.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
37
Nesta abordagem, evidentemente o custo de produção aumenta,
diminuindo a sua competitividade frente à sua concorrência. É um tipo de
abordagem sem uma visão integrada dos problemas ambientais da empresa,
e muito menos do seu negócio. Neste tipo de abordagem não há
preocupações ambientais e os produtos e processos foram projetados sob o
paradigma de que a geração de resíduo faz parte integrante do processo
produtivo.
As Estratégias Preventivas levam em conta a prevenção das
emissões na fonte, numa atitude pró-ativa ou, pelo menos, em uma atitude
de minimização radical, integra o ambiente nos processos produtivos através
de aplicação de tecnologias mais limpas, considerando os conceitos de PML.
A adoção de medidas preventivas leva as empresas a serem mais
competitivas, com mínimo possível em investimentos, insumos e
manutenções desnecessários. O uso racional de energia, matérias-primas,
água, mão-de-obra torna a produção mais simples, e conseqüentemente,
traz a redução de custos de produção.
Cada vez mais empresas tem dado resultados econômico e
ambiental positivos ao aplicar esse conceito. Essas empresas abraçaram
uma nova filosofia e mentalidade em adotar a produção de bens e serviços de
forma a evitar a degradação do ambiente, prevenindo ou gerando o menor
impacto ambiental possível.
No caso da empresa em análise, cujas características e condutas
foram explanadas no item 1.2, para resolver um problema de especificação
do produto, pressionada por um cliente, passou de uma solução de “fim de
tubo” utilizada inicialmente, para a busca de uma solução tecnológica,
quando se deu uma mudança no processo, adicionando um promotor,
alterando totalmente o enfoque dado à primeira solução. Assim, passou da
solução de fim de tubo para a solução de prevenção na fonte.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
38
2.4.2) Sociedade Sustentável
Esta nova abordagem na solução do problema tem, na origem, um
fundamento teórico elaborado por KIPERSTOK et al (mimeo, cap.3, 2002),
com base na Figura-2.
SOCIEDADE SUSTENTÁVEL
Consumo Sustentável
Ecologia Industrial
Modificação do Produto
Tendências
Modificação do Processo
Melhoria na Operação
Prevenção
Reciclagem
Tratamento
Fim de Tubo
Disposição de
Resíduos
Figura-2: Sociedade Sustentável - Do Fim do Tubo à Sustentabilidade
Ambiental
Fonte: KIPERSTOK et al (2002, p.86).
A abordagem do tema denominada de Sociedade Sustentável, é
realizada sugerindo uma evolução na resolução de problemas relacionados
com a produção de resíduos em geral. Aqui, a conotação resíduos significa,
resíduos sólidos, líquidos e gasosos. A Figura-2 mostra os tipos de soluções
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
39
de problemas divididos em três grupos. À medida que sobe o degrau, maior é
a eficiência, a racionalidade e a produtividade no uso de recursos naturais,
caminhando da solução do fim de tubo, passando pela prevenção e,
finalmente, seguindo para a otimização de todo o mecanismo de
ecoeficiência que KIPERSTOK denominou de Tendências.
Segundo HENRIQUES (1997) apud KIPERSTOK et al (mimeo,
2002), a eco-eficiência aborda não só a eficiência nas questões ambientais e
econômicas, mas também nas questões sociais. Também, PENEDA (1996
p.5), relata que, de acordo com o organismo das Nações Unidas, “ Business
Council for Sustainable Development”, a ecoeficiência, atinge-se pela oferta
de bens e serviços financeiramente competitivos, que satisfaçam as
necessidades humanas e a qualidade de vida, ao mesmo tempo que reduzem
progressivamente os impactantes ecológicos e a intensidade de recursos ao
longo do ciclo de vida dos produtos atendendo à capacidade de sustentação
do ambiente.
Fim de Tubo
O primeiro grupo denominado de Fim de Tubo, compõe de duas
soluções: a de Disposição e Tratamento de Resíduos.
O primeiro degrau apresentado na Figura-2, é a Disposição de
Resíduos. A indústria sem uma visão integrada do meio ambiente, gera uma
enorme quantidade de resíduos, realizando a sua disposição no fundo do seu
terreno. Um dia ela constata e observa que o seu terreno também tem limite.
Já a indústria que adota a solução de tratamento, na grande
maioria está movida pela pressão da legislação. Também com uma visão
míope do seu negócio, aumenta o seu custo de produção, conforme discutido
no item anterior, abordagem segundo PENEDA (1996).
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
40
Como exemplo, pode-se citar a instalação de uma coluna
esgotadora de efluentes em uma planta, conforme mostra a Figura-3.
Numa planta de processo, temos como entrada, as matériasprimas,
insumos e utilidades. Como resultado do seu processamento, temos
como saída, as emissões atmosféricas, o produto final para a comercialização
e os efluentes. O Efluente-1 indicado na Figura-3, é resultado da má
utilização das matérias-primas, insumos e utilidades, com a vazão Q 1 e carga
orgânica com a Demanda Química de Oxigênio, DQO 1.
Emissões Atmosféricas
Matérias-Primas
Insumos
Utilidades
PLANTA DE
PROCESSO
Produtos
Efluentes-1
Q 1
DQO 1
Separador
de Óleo
Efluentes-2
Q 2
DQO 2
Coluna
Esgotadora
Oleo Recuperado
Figura-3: Tratamento de Efluentes com Coluna Esgotadora
Fonte: Construção própria.
A depender da planta de processo, lançar esse efluente no meio
ambiente tem restrições pela legislação, portanto, utiliza-se técnicas de seu
tratamento como a instalação de um separador de óleo e posteriormente
uma Coluna Esgotadora. Pela base da coluna, é separado o óleo que é
TAKAYOSHI OGATA

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41
recuperado para posterior utilização como combustível. Pelo topo da coluna,
é retirado um efluente com a carga orgânica menor do que o efluente
alimentado (Efluente-1), com redução da ordem de 80% a 90%, conforme
experiência do autor.
Nesta solução, além de continuar com a emissão de efluente,
embora com menor carga orgânica (DQO 2 menor do que DQO 1 ), tem-se um
aumento do custo de produção, com gastos em vapor e energia e aumento de
custo unitário Matéria-prima/Produto Final, conforme abordagem corretiva
apresentada no item anterior. Além disso, observa-se que nessa abordagem,
a indústria realiza investimentos adicionais de produção. É típico da
tecnologia designada de Fim de Linha.
Esta solução é muito utilizada nas indústrias, que aceitam a
geração de resíduos como um fato inevitável, denominado por PENEDA
(1996) de Estratégia Empresarial Curativa, com Processo Linear de
Produção. Na Figura-4, podemos visualizar o Sistema Linear de Produção
Industrial, dita convencional, segundo THORPE (1999). Nessa estratégia, não
há uma otimização na utilização de matérias-primas e utilidades, e os
resíduos gerados não são reaproveitados. Também, não há uma preocupação
na recuperação energética ou de insumos. É um sistema de produção, dita
Linear ou “one way”.
MATÉRIAS-
PRIMAS
PROCESSAMENTO
PRODUTOS TÓXICOS
CICLO CURTO
RESÍDUOS NÃO APROVEITÁVEIS
RECURSOS
NÃO RENOVÁVEIS
Disposição Final de
RESÍDUOS TÓXICOS
Figura-4: SISTEMA LINEAR DE PRODUÇÃO INDUSTRIAL
Fonte: Construção própria, adaptada de THORPE (1999).
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42
Prevenção
Melhor do que esses dois tratamentos de fim de tubo, tem-se o
segundo grupo que compõe de reciclagem, da melhoria na operação e
modificação no processo.
Na Reciclagem, os resíduos gerados podem ser reaproveitados
como matéria-prima para o mesmo produto ou para produto diferente.
Subindo o degrau, já na atitude de prevenção, depara-se com a Melhoria na
Operação e Modificação no Processo. O primeiro procura melhorar a
operação continuamente, adotando a filosofia KAIZEN 5 , evitando desperdício
de matérias-primas, energia e água, a maioria, atuando na origem. No caso
da Modificação no Processo, visa uma ação integrada do processo com o
meio ambiente, procurando melhores soluções de operações unitárias,
atuando na fonte para minimizar a geração de seus resíduos.
Pode-se citar como um bom exemplo de Recuperação Energética e
Recuperação de Matérias-Primas, o processo de produção de gás de síntese
ou oxo-gás.
O Gás de Síntese é produzido através da reforma catalítica do gás
natural, gás carbônico e vapor d´água (Figura-5). O Gás de síntese é uma
mistura de hidrogênio e monóxido de carbono, em proporção molar de 1:1. O
gás natural é misturado com o gás carbônico (CO 2 ) e vapor d´água e
alimentado nos tubos da fornalha de reforma carregados com catalisador à
base de níquel.
CH 4 + H 2 O CO + 3 H 2
C0 2 + H 2 CO + H 2 O
CH 4 + CO 2 2 CO + 2 H 2
GÁS NATURAL
GÁS DE SÍNTESE
5 KAIZEN é definido como pequena modificação para tornar fácil o seu trabalho diário. É uma filosofia de
melhoria contínua que teve a sua origem nas empresas japonesas. (FUJITA, 1997).
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43
Esta reação é endotérmica, ou seja, para que ocorra a reação, há
necessidade de fornecimento de energia externa. Essa energia é fornecida
pela queima de combustível, que pode ser o próprio gás natural, externo ao
tubo do reformador.
Combustível
Gás Natural
Vapor
Vapor
Gerado
CO 2
Recuperado
1000 0 C
Gás de
Síntese
Água
Figura-5: Reforma Catalítica de Gás Natural com Recuperação
Energética e de Gás Carbônico.
O produto da queima é o gás de combustão com temperatura de
1000 0 C, rico em gás carbônico (CO 2 ). Esse calor é recuperado numa
Caldeira Recuperadora de Calor, instalada na saída do Reformador, gerando
um vapor de 30 a 40 bar de pressão. O fluxo resfriado, segue para a seção de
Recuperação de CO 2 por absorção utilizando aminas. O CO 2 recuperado é
reciclado, e é utilizado junto com o gás natural e vapor como matéria-prima.
Esta solução apresenta uma dupla recuperação de emissões, a
Recuperação Energética e o Gás Carbônico aproveitado como matéria-prima.
É um Processo Cíclico de Produção e se enquadra nas Estratégias
Preventivas, segundo a classificação apresentada por PENEDO (1996 p.10).
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44
THORPE (1999), apresenta a definição de Produção Limpa, com base no
conceito circular de ciclo de vida dos produtos, conforme Figura-6, a seguir:
MANUFATURA
PRODUTOS
CONSUMO
RESÍDUOS
MATERIAS-PRIMAS,
ENERGIA
RECURSOS
Renováveis
UTILIZAÇÃO
Produtos
Reutilizáveis,
Recicláveis,
Necessários.
RESÍDUOS
Figura-6: Estratégia Preventiva – Visão Circular de Produção
Fonte: Construção própria, adaptada de PENEDA (1996) e THORPE (1999)
Apesar da geração de resíduos, nessa estratégia, há uma
preocupação em minimizar a geração de resíduos atuando na sua origem. A
utilização de Recursos Renováveis é incentivada e a própria matéria-prima e
energia, ou parte delas, são oriundos da reciclagem, ou reaproveitamento
energético dos resíduos gerados.
Tendências
No estágio mais avançado, conforme constata na Figura-2, tem-se
as tendências que englobam a de Mudança de Produto, Ecologia Industrial e
Consumo Sustentável.
A Mudança de Produto é uma atitude radical que abandona um
produto que gera muitos resíduos por um outro de melhor eco-eficiência.
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45
Pode ser citado o caso das baterias descartáveis substituídas por
recarregáveis, produto orgânico de um “spray” por uma formulação solúvel
em água e líquido refrigerante cloro flúor carbono (CFC) por amônia ou um
produto ambientalmente seguro. (VIGNESWARAN, JEGATHEESAN e
VISVANATHAN, 1999).
A partir desse ponto, as técnicas de prevenção, transcendem o
limite de atuação de apenas uma indústria. Poderá haver uma sinergia entre
a industria geradora de resíduos e uma outra que necessita do mesmo
resíduo. Por exemplo, uma empresa que gera um efluente básico poderá
enviar o mesmo para uma indústria que gera efluente ácido e, quando
juntado, produz um efluente que atenda os requisitos do descarte.
Na definição tradicional, resíduo é qualquer material não
aproveitado que será posteriormente recolhido e disposto como lixo. O campo
emergente da ecologia industrial, limita a perspectiva de escolher,
independentemente de considerar o problema dos resíduos, o projeto dos
produtos e respectivos processos de fabricação. Na visão agora em
desenvolvimento, os projetistas tentam incorporar, em seus projetos, a
prevenção de problemas potenciais de perdas e desperdícios, segundo
FROSCH (1997).
Segundo GRAEDEL e ALLEMBY (1998, p.19), a Ecologia Industrial
é o estudo do meio através do qual a humanidade pode, deliberada e
racionalmente, aproximar e manter uma capacidade de carga adequada, com
uma contínua evolução econômica, cultural e tecnológica. O conceito requer
que o sistema industrial seja visto não isoladamente com os sistemas que
estão à sua volta, mas fazendo parte deles. É uma visão de sistema na qual
procura-se otimizar o ciclo total dos materiais, do material virgem ao
material acabado, produtos, produtos obsoletos e disposição final. Os fatores
a serem otimizados incluem os recursos naturais, energia e capital.
A Ecologia Industrial propõe uma visão sistêmica integrada do
setor produtivo e, desse, com o meio ambiente como caminho para a
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46
otimização do aproveitamento dos recursos naturais. Valoriza a consideração
de todas as inter relações da organização social e econômica, e desta com a
natureza, como meio de identificação de novos arranjos que conduzam a
essa otimização (MARINHO, 2001, p.107).
Observa-se nesses conceitos que, mesmo com o projeto dos novos
processos e produtos com os sistemas voltados para a redução dos resíduos,
aceita-se a perda ou desperdício de energia e de material. No primeiro
momento, percebe-se que há um conflito entre as propostas da Produção
Mais Limpa com as propostas da Ecologia Industrial. No entanto, a idéia da
ecologia industrial é de que os resíduos gerados na concepção tradicional, ao
invés de serem descartados automaticamente, se constituam em matériasprimas
e utilidades, para outros processos e produtos em outras plantas. O
resíduo de uma indústria poderá ser útil como matéria-prima para outra
indústria.
MARINHO e KIPERSTOK (2003), fazem referência a diferentes
pontos de vista de alguns autores à esse respeito. OLDENBURG e GEISER
(1997) apud MARINHO e KIPERSTOK (2003), consideram que a prevenção da
poluição já tem um histórico de resultados a apresentar e seus mecanismos
já conseguiram um significativo ganho ambiental nos processos produtivos.
Forçadas por regulamentos e pela opinião pública, a reduzir as pressões
sobre o meio ambiente, as empresas obtiveram, em paralelo, ganhos
econômicos pelo aumento da eficiência dos processos. Essa experiência, que
já permite somar ganhos ambientais com a melhoria da imagem das
empresas perante os consumidores e ganhos econômicos, mantida a pressão
legal, determinaria um movimento crescente do sistema produtivo no sentido
da adoção de tecnologias limpas.
Segundo os mesmos autores, as incompatibilidades da Ecologia
Industrial com a Prevenção da Poluição seriam a valorização da reciclagem, a
redução da eficiência no uso dos materiais nos processos e o aumento dos
riscos.
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47
MARINHO e KIPERSTOK (op. cit.), complementam que os riscos
seriam devidos à admissão da produção e manejo de produtos perigosos,
para alimentação de outro processo ou reciclagem, inclusive por áreas
externas às zonas industriais, o que submeteria a risco tanto os
trabalhadores envolvidos com os processos como as comunidades vizinhas.
Na opinião desses autores, é que admitindo-se e incentivando-se a
reciclagem, a Ecologia Industrial estaria defendendo um procedimento já
considerado em um degrau inferior na hierarquia das alternativas para a
redução dos impactos ambientais.
Continuando a análise do conteúdo apresentado na Figura-2,
nota-se que nos degraus superiores os conceitos ficam mais abrangentes não
se limitando ao interior de uma fábrica. Há um alcance maior envolvendo os
setores produtivos com o mercado consumidor. Necessariamente, procura
uma otimização desde a utilização racional das matérias-primas e energias
até a integração da produção com o meio ambiente, buscando o equilíbrio
entre a demanda humana com o equilíbrio dos ecosistemas, ou seja, com a
sua sustentabilidade.
2.4.3) Técnicas para Redução de Poluição, segundo LAGREGA
Para enfatizar este enfoque da Sociedade Sustentável, LAGREGA,
BUCKINGHAM e EVANS (1994), apresentam um organograma mestre das
ações para prevenção e controle da poluição, conforme Figura-7.
Este organograma mostra as possíveis soluções de tecnologia,
atitudes gerenciais e técnicas indo desde o fim de tubo, tais como, disposição
final, incineração, passando por reciclagem, boas práticas operacionais
(housekeeping), mudanças na tecnologia, insumos, até chegar na prevenção,
e redução na fonte. Mostra também que, quanto mais à sua esquerda e mais
acima, as soluções se encontram voltadas para a prevenção, portanto, são
melhores do ponto de vista de eco-eficiência.
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48
Pode-se observar que nas duas abordagens citadas, a solução
adotada pela empresa em foco, se enquadra na prevenção de geração de
poluentes, mais propriamente na modificação do processo. São abordagens
modernas que nas literaturas mais antigas não havia qualquer referência
dessa natureza.
Por exemplo, segundo BRAILE e CAVALCANTI (1979),...”o nível de
controle, necessário ou imposto, é freqüentemente definido em termos da
melhor tecnologia disponível, cuja determinação depende de dois fatores
primordiais: informação disponível e condições econômicas. Diante da
necessidade de controle, torna-se lógico que se deve considerar a melhor
tecnologia disponível quando ela oferecer vantagens significativas em
comparação com outras técnicas. Entretanto, a fim de identifica-la e aplica-la,
é indispensável contar com informações que definam as condições de
aplicabilidade e desenvolvimento da tecnologia de controle da poluição”.
As idéias do Braile e Cavalcanti resolviam, em parte, os problemas
ambientais, cujo enfoque era mais para a solução de fim de tubo, isto é a
necessidade de controle com a melhor tecnologia disponível na época, após a
ocorrência do fato. São soluções localizadas, sem uma visão sistêmica como
os conceitos mais modernos abordados em Produção Mais Limpa.
A pressão da sociedade, aliada à pressão das exigências legais e
comerciais, tem levado as empresas a repensarem na estratégia de produção
e na melhoria de processo. A conceituação da Produção Mais Limpa tem
demonstrado que processo poluidor é sinal de ineficiência dos processos e,
sobretudo, dos administradores. O processo poluidor é sinal de prejuízo, da
não competitividade dos seus produtos, é um atraso de vida para as
empresas.
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Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
49
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Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
50
Segundo MARINHO (2001 p.51), “...o conceito de Produção Mais
Limpa tem sido experimentado em empresas de diferentes portes e
características, em países diversos, confirmando as vantagens ambientais e
econômicas previstas. Os resultados já obtidos mostram ser o conceito
amplamente acessível, ainda que a amplitude dos programas dependa,
naturalmente, das capacidades econômica e gerencial de cada empresa”.
As duas abordagens feitas por KIPERSTOK et al. (mimeo, 2002),
acima, mostram uma clara mudança na lógica da estratégia de produção,
com ação integrada de uso racional de matéria-prima e energia, com o
mínimo de desperdício de utilidades e, acima de tudo, uma gestão
administrativa de produção avançada voltada ao bem estar de todos.
Vale observar que a base fundamental de toda essa estratégia,
simplesmente, são as boas práticas operacionais. Na experiência vivida pelo
autor deste trabalho no Japão, essas práticas têm na origem o conhecido
Programa 5S, que tem no seu bojo a mudança de atitudes, posturas e
hábitos e, conseqüentemente, a mudança de cultura. Os japoneses são
conduzidos a essa prática, desde o seu berço.
SILVA (1995) define o 5S como um sistema de qualidade pessoal
que enfatiza a prática dos bons hábitos apreciados por todo o ser humano.
Essa mudança na lógica da estratégia de produção, tem se
traduzido em vantagens competitivas para as corporações que já
experimentaram e incorporaram o conceito de Produção Mais Limpa.
2.4.4) Estratégias Ambientais
ANDRADE (1997), observa que a evolução das tecnologias e
procedimentos conforme ilustrado por LaGrega na Figura-7, reflete as
mudanças de estratégias adotadas pelas organizações na medida em que se
desenvolve o processo de internalização da dimensão ambiental.
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51
Do ponto de vista do MEREDITH (1994) apud ANDRADE (1997),
este processo evolutivo começa com a estratégia reativa ou defensiva, passa
depois por um estágio intermediário que é a estratégia ofensiva e termina
com a estratégia inovativa.
Na estratégia reativa as empresas se limitam a um atendimento
mínimo e relutante da legislação ambiental. Não fazem modificações na sua
estrutura produtiva e nos seus produtos, limitando-se somente à
incorporação de equipamentos de controle da poluição na saída dos
efluentes para o meio ambiente (tecnologia de fim de tubo). A dimensão
ambiental é percebida como um custo a mais e desta forma representa uma
ameaça à competitividade empresarial.
Na estratégia ofensiva, os princípios orientadores passam a ser a
prevenção da poluição, a redução do consumo de recursos naturais e o
cumprimento além das exigências da legislação. Neste sentido são
implementadas mudanças incrementais nos processos, produtos ou
serviços, de modo a vender uma boa imagem para o consumidor
conscientizado para a questão ambiental bem como para reduzir custos. O
objetivo é obter vantagem competitiva, onde possível, sem muito
investimento. A dimensão ambiental, muito embora seja gerenciada pela
área de produção, já é encarada como uma oportunidade de redução de
custos de produção.
Na estratégia inovativa, o princípio básico adotado é a integração
entre as estratégias ambientais e de negócios de tal forma que elas passam a
ser quase indiferenciáveis. As empresas se antecipam aos problemas
ambientais futuros, através da sua resolução, simultaneamente com o
fortalecimento de suas posições no mercado. A excelência ambiental passa a
ser condição necessária para o sucesso da empresa, mas não é suficiente.
Torna-se necessária a integração da excelência ambiental com a comercial
através do desenvolvimento, produção e comercialização de produtos com
mudanças substanciais de performance ambiental e o gerenciamento dos
ciclos de vida dos mesmos. A dimensão ambiental passa a ser uma função
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Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
52
de toda a administração e é percebida simultaneamente como uma alta
ameaça e uma alta oportunidade.
FERNANDES et al. (2001), concentrou as características das
estratégias ambientais à partir de ANDRADE (1997), conforme mostra a
Tabela-4.
Tabela-4: Características das Estratégias Ambientais
CARACTERÍSTICA
DEFENSIVA OU
REATIVA
ESTRATÉGIA AMBIENTAL
OFENSIVA
Legislação Atendimento mínimo Superação das
exigências
Tecnologia
Estrutura de
Produção
Controle na saída dos
efluentes
Produtos e processos
sem alterações
Prevenção da
poluição e redução do
consumo de recursos
naturais através de
mudanças
incrementais
Processos e produtos
convencionais mas
ambientalmente
corretos e visando
menor custo de
produção
Objetivo Sobrevivência Aumento da
competitividade
Posição
organizacional da
variável ambiental
Percepção da
variável ambiental
Fonte: FERNANDES et al. (2001)
INOVATIVA
Fator de
diferenciação e
competitividade
Prevenção da
poluição e redução do
consumo de recursos
naturais através de
inovações
tecnológicas
Novos processos e
produtos com alta
performance
ambiental e
gerenciamento do
ciclo de vida dos
mesmos.
Assimetria
competitiva
Operacional Negócio Corporativa
Ameaça Oportunidade Alta ameaça e alta
oportunidade
A escalada progressiva de uma indústria através das três
estratégias apresentadas, exige uma disciplina e uma definição de metas
muito bem consolidada. É preciso um desvencilhamento radical das
estratégias empresariais tradicionais.
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53
CAPÍTULO-3
ESTADO DA ARTE EM PRODUÇÃO DE ÁLCOOIS
“Só será atingida uma consistente melhoria da
qualidade dos efluentes, se as indústrias levarem a
sério o compromisso de aprimorar seus processos
produtivos”.
Asher Kiperstok
3.1) Produção de Oxo-Álcoois
As informações a seguir são adaptadas pelo autor, com base nas
informações contidas nas seguintes referências: CORNILS e MULLEN (1980),
CIQUINE (1981, 1983, 1986), MITSUBISHI (1970, 1979, 1980) e MORRISON
e BOYD (1978).
Os álcoois primários de 4 a 15 carbonos tem a sua aplicação
principalmente em solventes, e como matéria-prima para a produção de
plastificantes e detergentes, dependendo do comprimento da corrente
molecular e ramificações. Uma pequena quantidade de butanois (álcool com
4 carbonos) e octanol (álcool com 8 carbonos) são derivados do acetaldeído,
seguido de condensação aldoolica e hidrogenação. Uma quantidade mínima
de álcoois C 12 e C 14 são obtidos dos produtos naturais como côco. (CIQUINE,
1981).
O Processo Oxo ou normalmente conhecido como Hidroformilação,
é uma reação de olefinas com monóxido de carborno e hidrogênio
produzindo um aldeído. Esta reação foi descoberta pelo químico alemão
Otto Roelen da Ruhrchemie (atualmente parte da Celanese) na década de 30.
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54
O processo envolve a adição de monóxido de carbono e hidrogênio
quebrando a dupla ligação de uma olefina.
seguintes:
As principais reações de hidroformilação de olefinas são as
RCH=CH 2 + CO + H 2
(olefinas)
R(CH 2 ) 2 CHO
(aldeídos)
RCH=CH 2 + CO + 2H 2
(olefinas)
R(CH 2 ) 3 OH
(álcoois)
Sendo, R representado por um grupo alkil tendo de 1 a 12 atomos
de carbonos. As equações acima, representam a maioria das conversões de
olefinas para aldeídos e álcoois. Nessas equações são representadas também
simultaneamente a formação de normal aldeídos e seus isômeros, o isoaldeídos
e os álcoois correspondentes, normal álcoois e iso-álcoois. A relação
molar de normal aldeídos com iso-aldeídos, depende do catalisador e seu
ligante utilizado. (Morrison & Boyd, 1978).
3.2) Produção de Butilaldeídos
Assim, a hidroformilação de propeno, produz-se o normal
butilaldeído e o iso-butilaldeído, conforme equação a seguir (Morrison &
Boyd, 1978 e CIQUINE, 1981 e 1983):
catalisador
CH 3 CH=CH 2 + CO + H 2
CH 3 CH 2 CH 2 CHO + (CH 3 ) 2 CHCHO
(propeno) (n-butilaldeído) (iso-butilaldeído)
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55
A relação molar de n-butilaldeído com iso-butilaldeído é
determinado pela concentração de catalisador e seu ligante. Atualmente
existem no mundo alguns processos consagrados de hidroformilação de
olefinas e essa relação molar normalmente varia de 6 a 20. Mas, sabe-se que
existem pesquisas realizadas com essa relação chegando a 80.
Na década de 70, a Celanese iniciou a produção de butilaldeídos
utilizando o catalisador ródio e posteriormente a Union Carbide/Davy McKee
e Johnson Matthey licenciaram a tecnologia utilizando o catalisador
ródio/fosfina. Atualmente, o butilaldeído é produzido pela hidroformilação de
propeno utilizando vários tipos de fosfinas com catalisador ródio. A BASF e a
Mitsubishi Chemicals introduziram a sua tecnologia ródio/fosfina na
Europa, Japão e América do Sul. A Ruhrchemie que usava o catalisador
cobalto, juntou-se com a Rhone Poulanc e desenvolveu o processo de
produção de butilaldeído utilizando o ródio/fosfina solúvel em água.
Existem diversos processos de produção de aldeídos utilizados por
muitos fabricantes no mundo. Para a maioria dos produtores, o n-
butiladeído é produzido como intermediário para a produção de butanol.
3.3) Processo de produção de Butanol (Álcool Butílico)
Utilizando o processo de hidrogenação desses aldeídos produz-se
os álcoois correspondentes, isto é, do n-butilaldeído produz-se o n-butanol e
do iso-butilaldeído, produz-se o iso-butanol. (Morrison & Boyd, 1978).
CH 3 CH 2 CH 2 CHO + H 2
(n-butilaldeído)
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH
(n-butanol)
CH 3 CH 2 CHO + H 2 CH 3 CH 2 CH 2 OH
CH 3 CH 3
(Iso-Butilaldeído)
(iso-butanol)
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56
Basicamente, existem duas linhas de processos de produção de
butanol produzido através da hidrogenação de n-butilaldeído: O primeiro
processo, a hidrogenação ocorre em fase vapor e o segundo processo, ocorre
em fase líquida utilizando um catalisador de leito fixo. A Union
Carbide/Davy McKee/Johnson Matthey, utilizam a tecnologia de
hidrogenação na fase vapor com catalisador à base de CuO/ZnO. Todos os
outros, como a Celanese, Mitsubishi Chemicals utilizam a tecnologia de
hidrogenação na fase líquida com o catalisador à base de Ni/Cr. Hoje, as
patentes desses processos de produção são todas de domínio público.
(CIQUINE, mimeo1981 e 1983)
3.3.1) Hidrogenação em Fase Vapor
Conforme mostra a Figura-8, o n-butilaldeído é hidrogenado
adiabaticamente através de tecnologia na fase vapor desenvolvida pela Union
Carbide. O reator é do tipo multi-tubular, utilizando o catalisador CuO/ZnO.
Inicialmente o n-butilaldeído líquido proveniente da hidroformilação de
propeno, é alimentado em contra-corrente com a corrente de gás contendo o
hidrogênio e o gás de reciclo no vaporizador. O calor de vaporização é
proveniente parte do gás e parte do calor externo.
O efluente gasoso proveniente do vaporizador é aquecido antes de
alimentar o reator de hidrogenação. A reação ocorre a uma temperatura T e
a pressão P. O produto da reação é condensado posteriormente. Neste
resfriamento há uma recuperação de calor, produzindo vapor.
O produto da reação contendo butanol, após condensado e
degaseificado, onde os aldeídos não reagidos voltam na forma de vapor para
o vaporizador antes do reator.
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Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
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Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
58
O produto líquido é alimentado no Reator ( R2 ) de alta pressão de
10 a 20 kg/cm 2 , com catalisador de Ni/Cr. O produto da reação separado é
então enviado à seção de purificação, onde são utilizadas técnicas de
destilação convencional para a separação de butanol.
O vapor produzido na condensação do produto após o reator é
utilizado nos refervedores das colunas de destilação e é um item de grande
mérito no custo de produção.
3.3.2) Hidrogenação em Fase Líquida
As informações a seguir foram adaptadas pelo autor, com base
nas informações contidas nas seguintes referências de domínio público:
Mitsubishi (1970, 1979,1980).
Conforme a Figura-9, o n-butilaldeído é hidrogenado
adiabaticamente através de tecnologia na fase líquida desenvolvida pela
Celanese e também pela Mitsubishi Chemicals a uma temperatura de 120 0 C
a 170 0 C e pressão de 30 kg/cm 2 a 100 kg/cm 2 . O reator é do tipo tubular
com 3 ou 4 leitos, utilizando o catalisador Ni/Cr suportado em alumina.
Inicialmente o n-butilaldeído líquido proveniente da hidroformilação de
propeno, e o solvente é alimentado no reator com o hidrogênio. O solvente é
o próprio butanol especificado e tem a função de remover o calor da reação
do aldeído com o hidrogênio. Neste processo não tem a recuperação de calor
gerando vapor. (CIQUINE, 1981).
O produto da reação além do produto principal BuOH, contém os
produtos resultantes das reações secundarias, tais como, i-BuOH – iso
butanol, DNBE – dibutil éter e produtos pesados. O fluxo proveniente do
reator de hidrogenação é enviado para a Seção de Purificação. A purificação
do butanol ocorre em uma seqüência de destilações utilizando técnicas
convencionais.
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59
Primeiramente o produto da reação é alimentado na coluna de
desidratação (T1). Pela base é retirado o principal produto BuOH e seus
pesados e pelo topo os leves. O produto de base é alimentado na Torre do
Produto Principal (T2). O produto do topo dessa coluna é o butanol.
Pela base da coluna de butanol (T2), retira-se o BuOH não
especificado, alimentando na coluna de pesados (T4). O produto de topo
dessa coluna é um butanol não especificado, que é enviado para o tanque de
solvente para posterior reaproveitamento no reator. E o produto da base da
coluna de pesados (T4) é descartado como efluente para o Separador de
Óleo. Após separação do óleo, a parte aquosa é enviada para uma coluna de
esgotamento, daí o efluente segue para ao tratamento na CETREL.
Os leves retirados da coluna de desidratação (T1) é um azeótropo
ternário, formado por DNBE – di normal butil éter, butanol e água. Portanto,
para ter uma boa retirada do DNBE pelo topo, há necessidade de alimentar
água junto com a alimentação da torre. O produto de topo após passar por
um condensador é enviado a um separador. A fase aquosa é descartada
como efluente para o separador de óleo e posteriormente para a Coluna
Esgotadora e o efluente separado segue também para a CETREL. A fase
oleosa é enviada para a coluna de leves (T3); o produto de fundo é enviado
para o tanque de solvente e o produto de topo após separação, a fase oleosa
é enviado para o tanque de solvente e a fase aquosa é descartada como
efluente para o Separador de Óleo, seguindo para a mesma coluna
esgotadora e após para a CETREL.
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60
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61
3.4) Formação de Eter
A produção de Butanol para utilização como solvente, produção de
plastificantes e detergentes é de suma importância na indústria
petroquímica. Como vimos, o Butanol é obtido através da hidrogenação
catalítica de normal butil aldeido (NBAL), passando pelo catalisador de Ni/Cr
para o caso do processo na fase líquida. Face à reação exotérmica a
temperatura é controlada fazendo uma mistura de Álcool Butílico/N butil
aldeído (BuOH/NBAL) numa temperatura T e pressão P.
As informações a seguir são adaptadas pelo autor, com base no
artigo do CORNILS e MULLEN (1980). O produto da reação principal, como
vimos é o butanol, obtido através da hidrogenação de normal butil aldeído,
conforme a reação:
C H 3
C
O
H
n-butilaldeído
+ H 2
catalisador
HC 3
butanol
O H
Como na maioria das reações químicas em escala industrial,
ocorrem também reações secundárias, as reações indesejáveis, tais como:
• Reação de desidratação:
C H 3
butanol
O H
C H
+ 2 H 2
3
+
C H
H 3 2 O
butano
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• Reação de Decarbonilação:
C H 3
C
O
H
n-butilaldeído
C H 3
C H 3
propano
+ CO
• Reação de Dehidroximetilação:
C H 3 O H + 2 H C H 2
3 CH 3 + C H 4
+
butanol
propano
H 2
O
• Reação de Aldoolização:
C H 3
C H O
2 3
C
H
n-butilaldeído
catalisador
básico
C H 3
O H
C8 aldol
C
O
H
• Formação de C 8 diol
C H 3
C H 3
C H 3
O H
C
O
H
+ H 2 catalisador
C H 3
O H
OH
C8 aldol
C8 diol
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• Reação de Esterificação
C H 3
C H 3
C H 3
O
C
H
O H
C8 aldol
+
C H O
3
C
H
n-butilaldeído
cat.
C H 3
O
O H O
Ester C12
CH 3
C H O C H 3 O H
C H 3 O C H 3
3 +
C
cat.
O H
O
Ácido Butílico butanol
Ester C 8
Complementando as reações secundárias, temos a formação de um
éter, denominado Di-butil éter (DNBE) ou simplesmente butil éter. A
formação desse éter traz um problema bastante grande na especificação do
produto principal.
Numa reação química, a formação de éter é favorecida pelo
ambiente reacional muito ácido. Neste caso, essa formação é resultante da
disponibilidade do sitio ácido no suporte de alumina do catalisador de
hidrogenação com alta temperatura.
Nesse ambiente favorável, o di-butil éter é formado por duas
reações, conforme segue:
1 0 ) Formação de éter através do álcool
2
C H 3
butanol
O H
catalisador
C H
meio ácido 3
O
di-butil éter
CH 3
+ H 2
O
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64
2 0 ) Formação de éter através do Acetal
Nesta rota em primeiro lugar o álcool reage com o n-butilaldeído
formando o hemiacetal, por sua vez reage com outra molécula de butanol,
formando o C 12 acetal mais água. O acetal formado reage com o hidrogênio,
formando o butanol e di-butil éter.
A) Formação de Acetal
C H
3
butanol
O H
+ C H O
3
C
n-butilaldeído H
Catalisador
Meio ácido
CH 3
O
HO
hemiacetal
C H
CH 3 O CH 3
O
C12 acetal
CH 3
Catalisador CH 3
+ H 2 O
butanol
+
O H
B) Formação de éter através do Acetal
CH 3
O H
CH 3 O CH 3
Catalisador
butanol
+ H 2
+
Meio ácido
O
C12 acetal H
CH 3
3
O CH 3
di-butil éter
O catalisador de leito fixo utilizado na Hidrogenação de Aldeídos,
quando novo, inicia-se com uma temperatura baixa em torno de 100 0 C a
125 0 C . Com a utilização ao longo do seu período de produção, a sua
atividade diminui aumentando o não reagido de aldeídos. Para que não haja
um aumento de formação de não reagidos de aldeídos, aumenta-se a
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65
temperatura gradativamente de grau em grau. Mas, com o aumento da
temperatura e o meio ácido do suporte de alumina do catalisador favorece
cada vez mais a formação do éter. Em outras palavras, há maior conversão
do aldeído em álcool, porém aumenta também a reação secundária. Nas
análises diárias esse equilíbrio técnico-econômico é um dos trabalhos de um
Engenheiro Químico.
Aqui cabe definir os conceitos de não reagidos, conversão e
seletividade de aldeídos utilizados neste trabalho:
1) O não reagido de aldeídos significa os aldeídos alimentados que
não conseguiram reagir com o hidrogênio e não conseguiram
transformar-se em outros componentes;
2) Conversão de Aldeídos é quanto dos aldeídos alimentados no
reator foram reagidos e transformados em outros componentes;
3) Seletividade em Álcoois, significa, quanto dos aldeídos
alimentados no reator foram transformados em álcoois.
Para minimizar a formação de éter sem prejudicar a seletividade
dos aldeídos em álcoois, é usual aplicar os seguintes meios:
1) Alimenta-se uma pequena quantidade de água juntamente com
a alimentação de aldeído no reator. A reação de formação de
álcool para éter é reversível. Então, em determinadas condições
de processo, há um deslocamento da reação de éter para o
álcool, com a alimentação de água;
2) Alteração da acidez do catalisador, com alimentação de um
promotor no meio reacional.
A primeira solução já vem sendo utilizada há muitos anos na
empresa e atendia plenamente a exigência do mercado com referência à
especificação do éter. No entanto, pela experiência dos últimos anos pelo
próprio autor desse estudo, a primeira solução atende em parte a reversão
do éter para o álcool, mas à medida que o catalisador perde a sua atividade e
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66
a temperatura aumentando, somente a alimentação de água não soluciona
o problema de formação de pesados.
A segunda solução é mais eficiente para atender as novas
exigências do mercado. O promotor utilizado geralmente é um composto
orgânico de cadeias longas com peso molecular muito maior do que o do
produto e ponto de ebulição muito distante um do outro, ou seja a diferença
de volatilidade de um componente em relação a outro é grande, o que facilita
a sua separação na coluna de destilação, evitando assim a sua
contaminação. A grande vantagem da utilização do promotor é que ele
colmata o próprio catalisador, evitando ou minimizando assim a formação de
éter na fonte.
3.5) Acidez em Catalisadores Sólidos
As informações a seguir foram adaptadas pelo autor, com base nas
informações contidas nas seguintes referências: PERI (1960, 1965, 1984),
BENESI (1957), ANDERSON e BOUDART (1981).
Muitos catalisadores possuem superfícies ácidas, o que determina
as possíveis rotas reacionais, e conseqüentemente a formacão dos diversos
produtos desejáveis ou não. Esta acidez é localizada em sítios específicos,
cuja descrição envolve sua natureza e quantidade, ambas dependendo da
natureza do sólido e do procedimento usado na preparação e ativação do
mesmo.
Quanto à natureza, os sítios ácido-base em sólidos, podem ser
classificados em dois tipos distintos como Lowry-BrÖnsted (ácidos doam
prótons e base os aceitam) ou sítios do tipo Lewis (bases doam elétrons e
ácidos os aceitam), de maneira análoga à química ácido-base em solução
homogênea.
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67
Na alumina, Al 2 O 3 , que é um dos constituintes do catalisador
usado neste estudo, estes sítios podem ser visualizados como seguem,
conforme explica TANABE (1981 p.250):
H H +
OH OH
calor +
O -
O - O -
- O – Al – O - Al - - O – Al – O - Al - - O – Al – O - Al -
-H2O
+H2O
(I) (III) (II)
Sendo;
(I) Sítio ácido de Lewis
(II) Sítio ácido de BrÖnsted
(III) Sítio Básico
Se na preparação houver contato com HCl por exemplo, a alumina
pode ter sua superfície clorada, com substituição de alguns grupos hidroxila
superficiais:
Al – OH + HCl Al - Cl + H 2 O
O que por sua vez altera a densidade eletrônica do seu entorno,
elevando a força ácida dos sítios vizinhos. A adição de potássio ou sódio,
teria portanto um efeito contrário.
Íons carbônio são intermediários de várias reações envolvendo
hidrocarbonetos, tais como craqueamento, isomerização, desidratação e
polimerização. Eles podem ser formados por reação entre os hidrocarbonetos
e ácidos. Se o ácido for do tipo de BrÖnsted, o íon é formado por adição do
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68
próton a alguma parte insaturada da molécula do hidrocarboneto. Se o ácido
é do tipo Lewis, o íon carbônio é formado por abstração de hidreto da
molécula do hidrocarboneto.
O principal produto indesejável deste estudo, no processo de
hidrogenação do n-butilaldeído, o dibutil éter, é formado provavelmente
pelas rotas descritas no item 3.4, adaptadas do CORNILS e MULLEN (1980),
ambas envolvendo a formação de íons carbônio nos sítios ácidos da alumina.
A alumina é um constituinte estrutural importante na formação do
catalisador em estudo, pois confere alta superfície específica, boa resistência
mecânica e estabilidade térmica ao mesmo, mas apresenta inerentemente
uma grande quantidade de sítios ácidos, que pode atingir a densidade de
10 12 /cm 2 . Em algumas reações, esta acidez é desejável, mas neste processo,
é uma característica indesejável.
Conforme explicado no item anterior, a formação do éter pode ser
minimizada com a adição de água ao sistema reacional, visando reverter a
desidratação, mas este recurso perde sua eficácia quando a temperatura é
elevada para compensar a perda de atividade do catalisador, conforme
experiência em escala industrial do autor. Cabe portanto, a alteração do
meio ácido, pela adição de reagentes dopantes, capazes de neutralizar a ação
indesejável dos sítios ácidos de alumina.
A maioria dos métodos de caracterização dos sítios ácidos em
sólidos são incapazes de distinguir os dois tipos de sítios; eles simplesmente
medem o total de sítios ácidos independentemente da natureza, e algum
distinguem os sítios em termos de força ácida, através da medida da energia
de ligação. Contudo, existem métodos que são capazes de identificar a
natureza dos sítios, monitorando a adsorção de moléculas-sonda por
espectroscopia infra-vermelho.
De uma forma geral, os métodos usados para caracterizar os sítios
ácidos, baseiam-se na adsorção de moléculas sonda gasosas básicas, que
interagem com os vários tipos de sítios e a seguir é feita sua quantificação,
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69
e/ou análise espectroscópica, com variação da temperatura para avaliar a
distribuição da força ácida. As moléculas mais comumente empregadas são
amônia e aminas, como a n-butil amina, a piridina e seus derivados, mas
existem trabalhos fundamentais baseados no estudo da superfície, apenas
utilizando tratamentos térmicos, como os pioneiros estudos de PERI (1960),
sobre a água adsorvida e os grupos hidroxilas superficiais da γ-alumina.
Neste trabalho foram utilizadas moléculas, chamadas aqui de
promotores, capazes de minimizar a acidez da alumina constituinte do
catalisador, por formação de uma ligação forte com os sítios ácidos dos dois
tipos, neutralizando-os. Foi escolhido um composto orgânico de cadeia
longa, com propriedades básicas, e com volatilidade bem distinta dos
produtos envolvidos, butanol e n-butilaldeído, para evitar contaminação.
Este promotor foi adicionado em quantidades controladas no meio reacional,
conforme será explicado adiante.
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70
CAPÍTULO-4 -
APLICAÇÃO DA PML NA OTIMIZAÇÃO DE PROCESSO
“Há hoje um descompasso entre a mente humana e o
mundo que as pessoas habitam...
Precisamos ser alfabetizados em disciplinas inteiramente
novas...
Precisamos substituir por novas as nossas velhas
mentes.”
Paulo Ehrlich e Robert Ornstein
4.1) Levantamento da situação inicial
A Unidade de Produção de Butanol da Elekeiroz funciona desde a
sua partida, em 1972. Conforme já descrito no Capítulo 2, item 2.7.2, o
processo de produção é de Hidrogenação de Butilaldeído. O processo é da
Mitsubishi Chemical Corporation muito conhecido no nível mundial, cuja
patente já expirou.
Desde a sua partida, a planta operou à plena carga, com qualidade
adequada às necessidades do mercado e fiel ao objetivo da qualidade
definido na empresa: “O objetivo da Elekeiroz é produzir produtos de
qualidade assegurada adequados à necessidade do mercado”.
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71
4.1.1) Plano de Análises
Para o levantamento da situação inicial da planta, tomou-se como
referência, a planta em operação normal de rotina.
O Plano de análises foi elaborado, levando em consideração as
práticas diárias existentes com adição de análises extras de tal forma que,
com os resultados, pudesse realizar o balanço material e de energia de toda
a planta. Aparentemente isso é fácil, mas na prática, face aos recursos
humanos e econômicos escassos disponíveis, há entraves naturais. No
entanto, foi realizado um plano de análises que atendesse aos interesses do
momento, conforme segue:
Tabela-5 : Plano de Análises
Ponto de Amostragem Freqüência Componentes de
interesse
Entrada do Reator 2 a e 4 a feiras NBAL, BuOH, DNBE,
HE, i-BuOH
Saida do Reator 2 a e 4 a feiras NBAL, NBuOH, DNBE,
HE, i-BuOH
Coluna T1 – Base 2 a e 4 a feiras NBAL, NBuOH, DNBE,
HE, i-BuOH
Coluna T2 – Topo 2 a e 4 a feiras BuOH, i-BuOH, DNBE
Coluna T3 – Fase oleosa 2 a e 4 a feiras BuOH, DNBE
Coluna T3 – Fase
aquosa
2 a e 4 a feiras DQO, MS
Coluna T4 - Base 2 a e 4 a feiras BuOH, HE
Coluna T5 - Topo 2 a e 4 a feiras DQO, BuOH,
Coluna T5 - Base 2 a e 4 a feiras BuOH, i-BuOH, DNBE
4.1.2) Balanço Material
O Balanço Material apresentado na Figura-10 foi realizado antes
do problema em questão. Foi elaborado um Plano de Análises de rotina,
conforme apresentado no item anterior. Como pode ser observado, as
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72
análises foram realizadas de todos os pontos de entradas e saídas de
equipamentos principais para possibilitar o fechamento do Balanço Material.
Vale ressaltar que o Balanço Material é pontual de um dia, cujas amostras
dos pontos definidos, foram tiradas no mesmo horário. As vazões dos
produtos indicadas, foram baseadas nos resultados de análises e medições
de vazão na hora da retirada das amostras. Algumas vazões foram ajustadas
para fechar o Balanço Material, de acordo com os critérios geralmente
adotados para tal.
Nem todos os componentes foram citados com nomes conhecidos
na empresa. Foram mencionados somente aqueles importantes para o foco
em questão. No entanto, foi mantido o resultado das análises dos principais
componentes que interessaram no presente trabalho, extraído da análise
cromatográfica realizada pelo laboratório da empresa. As análises qualiquantitativas
de todas as amostras foram completas como de rotina. O
resultado obtido representa um valor pontual mas típico da unidade.
importantes:
Pelo Balanço Material, pode-se observar os seguintes pontos
• A concentração de DNBE na alimentação foi de 0,151 % saindo do reator
com 0,223 %. Para a carga do momento da amostragem, a formação de
DNBE foi de 12,41 kg/h;
• A água utilizada na alimentação do reator é importante e tem a função de
minimizar a formação de pesados como o C 12 Acetal. Conforme foi visto
capítulo 2, o álcool reage com o aldeído, produzindo o hemiacetal e álcool.
Por sua vez, favorecida por meio ácido e alta temperatura, há formação de
acetal mais água. Essa reação é reversível, portanto, a alimentação de
água desloca a reação para a produção de álcool e aldeído;
• A água utilizada na alimentação da Coluna de leves T1, tem a função de
formar com BuOH e DNBE uma mistura de azeótropo ternária e ser
retirada pelo topo da coluna. Esta mistura é separada no Balão de
Refluxo das torres T1 e T3. Essas duas correntes oleosas são enviadas a
um Separador de Óleo tipo API, sendo a fase oleosa com características de
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73
óleo combustível é comercializado e a fase aquosa é enviada a uma
Coluna Esgotadora para separação do óleo remanescente e o restante
enviado para a CETREL.
• Os dois fluxos da fase aquosa das colunas T1 e T3, são as correntes 4a e
8a, com 200 kg/h e 150 kg/h, respectivamente. A carga orgânica total
desses efluentes soma 56,25 kg/h para a produção de 4.050 kg/h de
produto final, isto é, 13,89 kg de geração de carga orgânica, por tonelada
de butanol produzido.
• Conforme análise cromatográfica, a especificação do produto final
(corrente 8) foi de:
Tabela-6: Especificação do BuOH pelo Balanço Material
ESPECIFICAÇÃO ANÁLISE DO
PRODUTO
BuOH - PUREZA 99,30 % P min. 99,74% P
i-BuOH – Iso-Butanol 0,20 % P máx 0,09% P
DNBE – Dibutil éter 3000 ppm máx. 1400 ppm
Fonte: Elaboração própria.
• Para a realização do Balanço Material foram realizadas análise
cromatográfica completa de 11 pontos da planta durante 5 dias a um
custo total de R$ 11.000,00. A mão de obra de engenharia, de execução e
coordenação foi de 200 homens-hora a um custo total de R$ 10.000,00.
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75
4.2) Repurificação do Produto - Solução de Fim de Tubo
Este resultado de análise do produto é uma situação típica da
planta. Desde o inicio de operação da unidade, a especificação original era o
padrão e aceita pela totalidade dos clientes.
Com a exigência do novo cliente, a empresa decidiu repurificar o
butanol já produzido. Identificou uma coluna de destilação em desuso, que
poderia ser colocada em operação para a repurificação do produto. Foi
simulada a coluna nas condições solicitadas pelo cliente, ou seja para a
especificação de 99,70% de pureza mínima de butanol (BuOH), 0,10% em
peso máximo de Iso-butanol (i-BuOH) e teor máximo de dibutil éter (DNBE)
de 200 ppm. É uma especificação muito severa, principalmente no que se
refere ao componente éter. Observa-se que houve uma redução de 3000 ppm
para 200 ppm.
Tabela-7: Especificação do BuOH com nova especificação
ESPECIFICAÇÃO
NOVA
ESPECIFICAÇÃO
BuOH - PUREZA 99,30 % P min. 99,70% P min.
i-BuOH – Iso-Butanol 0,20 % P máx 0,10% P máx.
DNBE – Dibutil Eter 3000 ppm máx. 200 ppm máx.
Fonte: Elaboração própria.
Para a construção do Balanço Material e de Energia, foi utilizado o
PDPlus Chemical Process Simulator, um software desenvolvido pela
Deerhaven Technical Software – Massachusets, EUA e para o cálculo da
hidráulica da coluna foi utilizado um software fornecido pela ACS Industries,
LP dos Estados Unidos, fabricante de bandejas de torres de destilação.
O programa foi montado com base no balanço material da seção de
purificação da Hidrogenação de Butanol em operação, inserindo os
requisitos da nova especificação. A coluna de repurificação de Butanol que
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76
foi batizado de T5 tem 700 mm de diâmetro e 55 pratos valvulados da Koch
Glitch 6 . A base de cálculo para o balanço material da coluna foi para a
alimentação de 1.500 kg/h de Butanol especificado na Coluna de Produto
T3. Essa alimentação é menor do que a capacidade de produção de Butanol
em condições normais, pois a intenção da empresa foi de repurificar apenas
a quantidade necessária para o novo cliente, cuja exigência era diferenciado
dos demais.
A simulação apresentou um resultado bastante favorável e
demonstrou uma esperança que poderia atender ao cliente em pouco tempo.
O produto repurificado foi extraído com 99,95 % de pureza em butanol,
0,049 % em iso-butanol e apenas 38 ppm em DNBE, portanto, muito menor
do que o máximo exigido pelo novo cliente.
Tabela-8 : Resultado da Simulação da Torre de Repurificação T5
Componentes BuOH
BuOH Especificação
Alimentado Repurificado Exigida
BuOH 99,70 % 99,95 % 99,70% min.
i-BuOH 0,10 % 0,049% 0,10% max.
DNBE 600 ppm 38 ppm 200 ppm max.
Fonte: Elaboração própria.
A coluna, os seus periféricos como refervedor, condensador, vasos
e tubulações estavam em desuso por vários anos. Portanto, houve
necessidade de um trabalho muito criterioso de engenharia com
modificações nos alinhamentos de tubulação, revisão nos instrumentos,
inspeções e manutenção nos equipamentos, o que demandou um
investimento da ordem de R$ 100 mil.
6 Koch Glitch é fabricante de bandejas de torres de destilação.
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77
Finalmente foi colocada em operação todo o conjunto, iniciando
com uma cuidadosa alimentação, pois a matéria-prima era o próprio produto
final com base na especificação anterior. Em poucas horas, o produto saiu
com a nova especificação, conforme mostra o balanço material a seguir.
4.2.1) Balanço Material
A Figura-11, mostra o Balanço Material completo da coluna de
repurificação do álcool em funcionamento. O balanço é pontual, isto é, os
valores de leitura de dados e análises quali-quantitativa dos componentes
foram no mesmo horário de um dia, mas representa perfeitamente a
condição típica contínua da operação.
De maneira análoga, neste Balanço Material, nem todos os
componentes foram citados com nomes conhecidos na empresa. Assim,
também foi mantido o resultado de análises dos componentes principais que
interessaram ao presente trabalho, extraído da análise cromatográfica
realizada pelo laboratório da empresa. O número de cada componente
indicado na situação inicial, foi mantido para o mesmo componente neste
balanço material.
importantes:
Pelo Balanço Material, pode-se observar os seguintes pontos
• A alimentação da coluna no momento da coleta da amostra era de 1000
kg/h, portanto, diferente da adotada na simulação;
• A especificação obtida foi de 99,96 % em pureza de BuOH, 0,0006 % em
i-BuOH e apenas 47 ppm em DNBE, portanto muito abaixo dos 200 ppm
exigidos pelo cliente e com pureza melhor do que obtido na simulação;
A água alimentada é para formar o azeótropo com o álcool e o éter,
com o objetivo principal de retirar este último pelo topo da torre e seguir
como efluente.
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É uma situação típica de solução do fim de tubo (end of pipe). A
empresa para atender ao exigente mercado, apenas focou o problema de
mercado/cliente e também aceitou a produção de efluentes como fato
inevitável. É um paradigma típico da situação de controle. Evidentemente
isto traz além do problema ambiental, o custo adicional de produção em
tratamento, o custo adicional de vapor para a destilação e perda de butanol
no efluente. Para se ter uma idéia o que uma atitude como esta representa
no custo do produto, levantou-se os principais parâmetros:
• Vapor - Levantamento realizado para uma produção de 600 kg/h de
Butanol Repurificado, foram consumidos 950 kg/h de vapor, cujo o valor
atualizado é de R$ 55,00/ton. Portanto, o custo adicional de vapor gasto
foi de R$ 87,00/ton de butanol;
• Efluentes - Além do gasto adicional de vapor, considerou-se a geração de
efluente, separado no topo da coluna de repurificação estudado. Para
uma produção real levantada de 432 ton, foram gerados 16,21 kg de DBO
– Demanda Bioquímica de Oxigênio por tonelada de butanol. A CETREL
cobra pelo tratamento de seus efluentes, considerando três parâmetros: a
DBO - Demanda Bioquímica de Oxigênio, a vazão Q e material em
suspensão MS. Para o efluente da empresa, cerca de 90% do custo de
tratamento se deve ao custo de DBO, portanto, para o caso em foco foi
considerado apenas esse parâmetro. Com base no valor cobrado pela
CETREL, o valor atualizado da DBO é de R$ 0,95/kg DBO. Portanto, o
custo adicional para o tratamento de efluente foi de R$ 15,40/t de
butanol. Ressalta-se que os 16,21 kg/t da carga orgânica gerada, deve ser
adicionada aos 13,89 kg/t gerados na condição inicial, ou seja, gerou-se
16,21 + 13,89 = 30,10 kg de carga orgânica por tonelada de butanol
produzido;
• Butanol perdido – Observa-se pelo balanço material que há perda
através do efluente de 6,14 kg/h de butanol para 600 kg/h de butanol
produzido (repurificado), ou seja, índice de 0,01023 ton BuOH perdido
por ton BuOH produzido, o que representa cerca de R$ 15,34/t BuOH;
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80
Totalizando os três parâmetros, foi apurado um aumento nos
custos de produção em cerca de 7% a 9%.
Para a realização do Balanço Material foram realizadas análise
cromatográfica completa de 5 pontos do novo sistema durante 5 dias a um
custo total de R$ 5.000,00. A mão de obra de engenharia, de execução e
coordenação foi de 200 homens-hora a um custo total de R$ 10.000,00.
4.3) Projeto para Aumento da Capacidade com redução do teor de Butil
Éter
Para atender a demanda do mercado, foi realizado um projeto de
“desengargalamento” de toda a unidade desde a Hidroformilação de
Propeno. Especificamente a Seção de Hidrogenação de Butil Aldeído para a
produção de Butanol e a sua seção de purificação, havia capacidade
suficiente para a produção adicional se mantida a especificação anterior.
Com a nova especificação, houve necessidade de rever todo o
estudo conceitual do projeto. O resultado desse estudo consta no trabalho
intitulado “Avaliação do Sistema de Reação do Reator de Hidrogenação de
Butil Aldeído para 36.000 t/ano de capacidade de produção com baixo teor
de Butil Éter” (CELEGHIN, 2001). Toda essa avaliação contou com a
participação ativa do autor desta dissertação.
4.3.1) Base do Estudo
Nessa avaliação foi mantida a capacidade de 36.000 t/ano, mas
com baixo teor de Butil éter. Novamente para a Simulação de Processo, foi
utilizado o PDPlus Chemical Process Simulator, já citado. No curso do
trabalho foi feita a adequação da simulação da planta para o caso de baixo
teor de butil éter no Butanol, estudou-se o caso de se utilizar o Butanol ou
Octanol como solvente e finalmente, procedeu-se a verificação dos
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81
equipamentos principais da planta nas novas condições. Para este estudo,
considerar-se-á apenas o caso de utilização de Butanol como solvente.
Dados de Equilíbrio - Em virtude da criticidade da distribuição do
Dibutil-éter nas colunas de desidratação e de leves, foi ampliada a base dos
dados do equilíbrio líquido vapor de forma a melhor representar as
separações. Os dados de operação do equilíbrio dibutil-éter/butanol/água,
foi confrontado com os dados de literatura. Realizou-se uma bateria de
ensaios na seção de destilação colocando à disposição uma massa
importante de informação. Os parâmetros foram analisados resultando num
conjunto de dados que melhor representasse este sistema ternário.
Para os pares de equilíbrio não disponíveis na literatura, foi feita a
predição, utilizando o método Unifac e Asog sendo escolhido o método que
melhor representasse o sistema estudado.
Reator – Para a simulação do reator de hidrogenação de normal
butil aldeído foram consideradas as seguintes reações:
- Hidrogenação de NBAL para BuOH, a conversão adotada foi de
0,99 do NBAL alimentado;
- Hidrogenação do IBAL para i-BuOH, a conversão adotada foi de
1,00 do iso-butil aldeído alimentado;
- Formação de Acetal BuOH/NBAL, com conversão de 0,0007 do
NBAL alimentado;
- Formação de DNBE, com conversão de 0,00175 do NBAL
alimentado.
Estas condições refletem a experiência real da empresa na
hidrogenação de NBAL.
Na Seção de Purificação seguiu-se a avaliação normal como
conseqüência dos resultados das novas condições.
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82
4.3.2) Resultado da Avaliação
A simulação apresentou um resultado que atendesse à nova
especificação, sem a torre de repurificação, cuja corrente do produto
principal teve a seguinte qualidade:
Tabela-9 : Resultado da Simulação sem a Coluna de Repurificação
Componentes
Especificação do Butanol
(Simulado)
BuOH 99,90%
i-BuOH 0,0095%
DNBE
54 ppm
Fonte: Elaboração própria.
Para conseguir esta especificação foram avaliados os equipamentos
principais quanto às suas capacidades de processamento. A tabela a seguir
apresenta alterações mais significativas a serem feitas na planta e reflete a
verificação preliminar que foi realizada no Balanço Material da unidade,
conforme a simulação citada. Como vimos, a estrutura do processo,
evidentemente foi mantida, isto é, o processo de produção de butanol
utilizando da Hidrogenacão em Fase Líquida.
Com base nessa avaliação, realizou-se um trabalho de engenharia.
Com cotações de novos equipamentos, novos recheios de colunas,
modificações nas tubulações, ajustes de novos instrumentos e adequação
desses instrumentos no SDCD – Sistema Digital de Controle Distribuído, foi
obtido o seguinte orçamento para adequar toda a Planta de Produção de
Butanol na nova especificação sem a Torre de Repurificação.
O total do investimento para atendimento às novas exigências da
especificação, foi orçado em quase R$ 2 milhões, conforme mostra a Tabela-
11.
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83
Tabela-10: Resultado da avaliação dos principais equipamentos
considerando a nova especificação.
Colunas
Equipamentos
T1 – Coluna de Desidratação
T2 - Coluna de Butanol
T3 – Coluna de Leves
T4 – Coluna de Pesados
Trocadores de Calor
Equipamentos
Pré-Aquecedor de Alimentação
Condensador do Separador
Refervedor da T1
Condensador da T1
Refervedor da T2
Condensador da T2
Refervedor da T3
Condensador da T3
Refervedor da T4
Condensador da T4
Bombas
Bomba de alimentação
Bomba de Fundo da T1
Bomba de Refluxo da T1
Bomba de Fundo da T2
Bomba de Refluxo da T2
Bomba de Fundo da T3
Bomba de Refluxo da T3
Bomba de Fundo da T4
Bomba de Refluxo da T4
Fonte: Elaboração própria.
Atende
Avaliação
Fica Instável – Trocar as Bandejas
Substituir Recheio
Atende
Atende
Atende
Avaliação
Não Atende - Substituir
Não Atende - Substituir
Fica no Limite sem folga
Atende
Não Atende – Substituir
Não Atende - Substituir
Não Atende - Substituir
Atende
Não Atende
Atende
Atende
Atende
Atende
Atende
Atende
Atende
Não Atende - Substituir
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84
Tabela-11: Orçamento da Adequação da Planta de Butanol na nova
especificação sem a Coluna de Repurificação
Discriminação
Valores em Reais
Equipamentos Principais 640.000
Engenharia Básica 100.000
Engenharia Detalhada 200.000
Construção Civil/Fundação 19.200
Instrumentação 100.000
Materiais 224.000
Montagem 320.000
Assistência Técnica 20.480
Administração E Organização 64.000
TOTAL-A (REAIS) 1.687.680
Pré-Operação 12.800
Frete, Seguro E Taxas 25.600
Impostos 96.000
Eventuais 100.000
Total do Investimento (R$) 1.922.080
Fonte: Elaboração própria.
Nessa fase do estudo com apenas uma avaliação de processo e
avaliação preliminar de equipamentos principais o valor do investimento
apurado também poderá ter uma variação de cerca de mais ou menos 30%,
segundo PETERS e TIMMERHAUS (1981) e também os autores RASE e
BARROW(1973).
4.4. Injeção de um promotor – caminhando da solução de “fim de tubo”
para a solução preventiva
“Transforme o seu medo numa curiosidade a
experimentar.”
Jean Claude Obry
A injeção de um promotor teve a origem no teste de bancada
realizada nos laboratórios do detentor da tecnologia de Processo de Produção
de Butanol. A fundamentação do propósito desse teste era de que a formação
das reações secundárias formando pesados como C 12 Acetal e por
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85
conseguinte a formação de DNBE no segundo momento, era devido à
existência de sítios ácidos no suporte da alumina do catalisador de
hidrogenação com alta temperatura.
Foi resgatado o resultado desse teste realizado nos anos 80 que
teve a conformação, conforme mostra a Figura-12:
RESULTADO DO TESTE EM ESCALA
PILOTO
Formação de HB (%)
110
90
70
50
30
10
-5
-10
0 5 10 15 20 25 30
N básico (Y ppm)
Figura-12 : Efeito do promotor na redução da formação de HB (pesados).
Teste realizado em escala piloto.
Fonte: Ciquine (1986), adaptado pelo autor.
A concentração do promotor está expresso em nitrogênio básico e
está multiplicado por um fator Y por questão de sigilo da empresa. E a
Formação de HB (pesados) está representado em porcentagem em relação ao
total de HB formado. Entende-se por HB, todos os pesados incluindo o
Acetal e Dibutil-éter. Observa-se nesse gráfico, uma queda brusca na
formação de pesados, mesmo com pequena concentração de promotor,
expresso em nitrogênio básico. Essa queda na formação de reações
secundárias, significa que a matéria-prima foi melhor utilizada para a
obtenção do produto principal.
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Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
86
Com base nessa experiência do passado pelo detentor de
tecnologia, o teste foi realizado na planta comercial utilizando os conceitos
da EVOP – operação evolucionária. A cada passo e ajuste fino foi realizado
com muito cuidado. Apesar do conhecimento prévio dos resultados positivos
em escala piloto pelo detentor de tecnologia, esse teste envolvia fatores que
exigiam cuidados especiais, pois uma única falha poderia comprometer toda
a produção e com o risco de desativar o catalisador.
O ponto principal da amostragem para a análise dos resultados foi
a entrada e a saída do reator, onde poderia ser medida diretamente a
eficiência do promotor.
Inicialmente, antes da alimentação do promotor foram realizadas
análises de 5 dias distintos.
Após obtenção desses resultados sem o promotor, iniciamos o
teste, alimentando o mesmo em bateladas de 100 a 200 litros cada. O
promotor foi alimentado no tanque de solvente de álcoois, com circulação
contínua do mesmo para o reator de hidrogenação.
A cada alimentação, foi realizada a determinação da concentração
do promotor, expressa em nitrogênio básico e análises de DNBE na entrada e
saída do reator, obtendo assim a formação do referido éter correspondente. A
freqüência de determinação do DNBE para a elaboração do Balanço Material
no entorno do reator foi de 3 a 5 dias. Obteve-se assim, um conjunto de
resultados bastante satisfatório, conforme pode ser observado na Figura-13.
O gráfico foi representado pela Formação de DNBE em função da
concentração de N básico. A formação de DNBE está representada em
porcentagem em relação ao total de DNBE formado. E, a concentração de
Nitrogênio Básico está multiplicado por um fator Y por questão de sigilo.
Entretanto, para o propósito deste trabalho pode-se notar que um
incremento muito pequeno do referido nitrogênio da ordem de ppm, obtido
com a adição do promotor, a redução na formação de DNBE – dibutil éter é
drástica.
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Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
87
RESULTADO DO TESTE NA PLANTA
Formação de DNBE (%)
110
90
70
50
30
10
-10
0 1 2 3 4 5
N básico (Y ppm)
Figura-13 : Formação do DNBE em função da concentração de
Nitrogênio Básico no Reator de Hidrogenação de n-butil aldeído.
Fonte: Ciquine (2001), adaptado pelo autor.
Nota-se também que à partir de 1,5 Y ppm, a formação de DNBE
quase não se altera, ficando no nível de 0,02 % do total de DNBE formado.
Foi recomendado manter uma concentração 2,0 Y ppm de Nitrogênio Básico
no sistema.
4.4.1) Balanço Material
Com base nesse teste, foi realizado o Balanço Material e o
resultado apresentado na Figura-14. Como de rotina, foi mantido o Plano de
Análises, conforme apresentado anteriormente. Novamente pode ser
observado que as análises foram realizadas de todos os pontos de entradas e
saídas de equipamentos principais para possibilitar o fechamento do
Balanço Material. Neste caso também o Balanço Material é pontual de um
dia, cujas amostras dos pontos definidos, foram tiradas no mesmo horário.
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88
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Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
89
As vazões dos produtos indicadas, foram com base nos resultados de
análises e medições de vazão na hora da retirada das amostras.
Nem todos os componentes foram citados com nomes conhecidos
na empresa. Foram citados somente aqueles importantes para o foco em
questão, no entanto, foi mantido o resultado de componentes com análise
quantitativa correspondente extraída da análise cromatográfica realizada
pelo laboratório da empresa. As análises quali-quantitativas de todas as
amostras, foram completas como de rotina.
O resultado obtido representa um valor pontual mas típico da
unidade com catalisador em final de campanha. Pelo Balanço Material, podese
observar os seguintes pontos importantes:
• A concentração de DNBE na alimentação foi de 0,0089 % saindo do
reator com 0,0127 %. Para a carga do momento da amostragem, a
formação de DNBE foi de 0,61 kg/h;
• Os dois fluxos da fase aquosa das colunas T1 e T3, são as correntes 4a e
8a, com 90 kg/h e 60 kg/h, respectivamente. A carga orgânica total
desses efluentes soma 20,45 kg/h para a produção de 4.000 kg/h de
butanol produzido, isto é, 5,11 kg de geração de carga orgânica por
tonelada de produto final produzido. Portanto, a geração de carga
orgânica de efluentes por tonelada de butanol, reduziu de 13,89 kg para
5,11 kg, considerando a situação inicial e após a mudança no processo.
Ressalta-se que se considerar com base na condição de repurificação do
produto (solução de fim de tubo), discutida no item anterior, a carga
orgânica reduziu de 30,10 kg para 5,11 kg por tonelada de butanol.
Considerando uma produção de 25.000 ton/ano de butanol, essa redução
representa cerca de R$ 600 mil/ano.
• Conforme ocorreu com a redução na formação de éter, também a
formação dos pesados diminuíram, a ponto de retirar a Coluna de
Pesados (T4) de operação. Esta retirada representou uma redução no
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Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
90
consumo de vapor em 300 kg/h. Uma economia de cerca de R$ 150
mil/ano;
• Menor geração de carga orgânica nos efluentes e redução na geração de
pesados, significa menor formação de reações secundárias. Ou seja, a
matéria-prima e utilidades estão sendo utilizadas de forma racional com
redução de desperdícios. Nesta fase do trabalho, não foi possível apurar
com exatidão essa economia, no entanto, uma estimativa conservadora
indica uma redução no custo variável em torno de R$ 200 mil/ano,
somente com este item.
• A Tabela-12 mostra a especificação do produto final.
Tabela-12: Especificação do Butanol com adição do promotor
ANÁLISE OBTIDA
BuOH - PUREZA
i-BuOH – Iso-Butanol
DNBE – Dibutil Eter
99,83% P
0,09% P
127 ppm
Fonte: Elaboração própria.
Por tanto, o produto foi produzido atendendo à nova especificação
sem utilizar a coluna de repurificação. É o resultado de uma mudança no
processo atuando na fonte.
Para a realização do Balanço Material foram realizadas análise
cromatográfica completa em 11 pontos da planta durante 5 dias a um custo
total de R$ 11.000,00. A mão de obra de engenharia, de execução e
coordenação foi de 200 homens-hora a um custo total de R$ 10.000,00.
Especificamente as análises de entrada e saída para a apuração da formação
de DNBE nas novas condições com a adição do promotor, foram realizadas
em 30 dias distintos, portanto 60 análises a um custo total de R$ 9.000,00.
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Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
91
4.5. Resultado comparativo: Fim de Tubo versus PML
Consolidando as duas soluções estudadas neste capítulo, foi
realizada uma análise comparativa, considerando os seguintes aspectos:
4.5.1. Especificação do Produto Obtido
Conforme mostra a Tabela-13, as duas soluções adotadas,
atenderam plenamente o propósito do estudo e com especificação muito
melhor do que a situação inicial. A Solução de Fim de Tubo, quando foi
repurificado o produto já especificado na situação inicial, teve o resultado da
especificação melhor, no entanto como foi visto, a um custo de produção
muito elevado.
Tabela-13: Comparativo de Especificação Típica do Produto Obtido
COMPONENTES
SITUAÇÃO
INICIAL
SOLUÇÃO DE
FIM DE TUBO
SOLUÇÃO PML
Butanol (%) 99,74 99,95 99,83
i-BuOH (%) 0,09 0,049 0,09
DNBE (ppm) 1354 38 127
Fonte: Elaboração própria.
4.5.2. Balanço Econômico
Na Tabela-14 a seguir, foram consolidados todos os méritos e
deméritos das duas soluções.
Observa-se que na solução de Fim de Tubo, houve um aumento de
custo de produção pela geração adicional da carga orgânica nos seus
efluentes, pelo aumento de consumo de vapor devido à inclusão de uma
nova coluna e pela perda do produto, devido à formação de azeótropo
ternário formado por butanol, DNBE e água. Também se insistisse nesta
solução, haveria necessidade inevitável de investimentos adicionais. Não há
retorno para esses investimentos.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
92
Tabela-14: Balanço Econômico
Do Balanço Material
SITUAÇÃO
INCIAL
SOLUÇÃO DE
FIM DE TUBO
SOLUÇÃO DE
PML
Base: Produção de Butanol (t/ano) 25.000 25.000 25.000
Formação de DNBE (kg/h) 12,41 12,41 0,61
Carga Orgânica Gerada (kg/ton
produto)
Quantidade Adicional de Vapor
(kg/ton produto)
Quantidade de Butanol perdido
(kg/ton produto)
Redução de Vapor devido a retirada
da T4 (kg/ton produto)
Do Acréscimo/Redução do Custo de Produção
13,89 30,10 5,11
158
0,01023
(105,1)
Carga Orgânica ( mil R$/ano) 330 715 121
Vapor Adicional/Redução (mil
R$/ano)
Butanol Perdido (Butanol Perdido (mil
R$/ano)
217 (145)
384
Total (em mil R$/ano) 330 1.316 (24)
Diferença (em mil R$/ano) 986 (354)
Diferença em (mil R$/ano)
(Fim de Tubo) – (PML)
Do Investimento
(1340)
Curso de Mestrado (mil R$) 12
Engenharia de Processo (mil R$) 10 10 10
Análises de Laboratório (mil R$) 11 11+5=16 11+9=20
Melhorias em Coluna T5 (mil R$) 100
Melhorias em Colunas (mil R$) 2.000 0
Total do Investimento (mil R$) 2.126 42
Retorno de Investimento Simples
(Pay-Back) em meses....................
Fonte: Elaboração Própria
x 1,4
Por outro lado com a adoção da solução aplicando os conceitos de
Produção Mais Limpa, atuando na fonte geradora de reações secundárias,
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
93
houve uma redução drástica na formação de DNBE, menor geração de carga
orgânica total, melhor utilização de matérias-primas com conseqüente
redução nos gastos em vapor, obtendo assim, substancialmente maior
produtividade no uso de recursos disponíveis e maior lucratividade com
redução no custo de produção do produto. Também não houve necessidade
de investimentos adicionais em instalações. Estes benefícios foram
denominados pelo PORTER (1995) de “duplo dividendo”.
4.5.3. Impacto da mudança no processo sobre o meio ambiente
Considerando o conceito de Fator 10 discutido no capítulo 2, e
transpondo o mesmo para a redução do impacto da atividade de processo
industrial sobre o meio ambiente, observa-se o seguinte:
• A redução de DNBE, sem dúvida é um benefício para a redução do
impacto ambiental, uma vez que há uma melhor utilização da matériaprima,
reduzindo a formação de reações secundárias. Tomando por base
os valores pontuais de redução de 1.354 ppm antes da mudança de
processo para 127 ppm após a mudança no processo na especificação
final do produto, obtém-se um Fator de 1.354/127 = 10,66;
• Se tomar por base a formação de DNBE no reator, observa-se que houve
uma redução de 12,41 kg/h para 0,61 kg/h. Assim, obtém-se um Fator
de 12,41/0,61 = 20,3;
• E se tomar por base a especificação de garantia, houve uma redução de
3000 ppm para 200 ppm, o que resulta num Fator de 3000/200 = 15;
• Se tomar por base a geração unitária da carga orgânica, ou seja, carga
orgânica gerada por unidade de produto, houve uma redução de 13,89
kg/ton para 5,11 kg/ton, considerando antes e depois da mudança no
processo. Obtém-se assim um Fator de 13,89/5,11 = 2,7. Neste mesmo
parâmetro, se for considerada a carga orgânica gerada com a solução do
fim de tubo em relação à solução de PML, obtém-se um Fator de
30,10/5,11 = 5,9.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
94
Pode-se observar que qualquer que seja o critério adotado, houve
uma sensível melhora no impacto da atividade de processo sobre o ambiente.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
95
CAPÍTULO 5
CONSIDERAÇÕES FINAIS E PERSPECTIVAS
“A vida é cheia e transbordante do novo.
Mas é necessário esvaziar o velho para dar
espaço à entrada do novo”.
Eileen Caddy
Footprints on the Path
5.1) Considerações Finais
Como acontece com certa freqüência nos problemas industriais,
este é mais um caso que os técnicos e engenheiros de uma fábrica se
deparam no seu dia a dia.
No entanto, para uma empresa que sempre assegurou a qualidade
dos seus produtos atendendo à necessidade dos seus clientes, de repente ser
obrigada a mudar a sua especificação num patamar bastante elevado, sem
dúvida houve um esforço muito grande por parte dos envolvidos. O desafio
da mudança do teor de DNBE de 3000 ppm para 200 ppm, significa atingir o
Fator 15, transpondo o conceito do Fator 10, discutido no capítulo 4. Para
superar um desafio dessa natureza, é necessário que esse esforço não seja
apenas na resolução de problemas técnicos, mas também que haja uma
superação dos conceitos tradicionais e obsoletos de administração. É preciso
entender que os antigos paradigmas não respondem mais aos desafios de
natureza complexa de hoje.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
96
Analisando a primeira solução, quando foi instalada a Coluna de
Repurificação do Butanol, nota-se claramente que a mesma foi adotada sob
um clima de pressão, optando por uma imediata abordagem corretiva. Essa
abordagem, conforme discutido no item 2.4, Produção Mais Limpa, a
indústria utilizou de forma inadequada a sua matéria-prima, e por sua
tecnologia obsoleta, produziu resíduos desnecessários e aceitou o mesmo
como fato inevitável. Como conseqüência, os custos de produção
aumentaram, diminuindo a sua competitividade. Na solução adotada, houve
uma geração adicional de efluentes com carga orgânica elevada com
aumento de gastos em vapor e perda de produto.
Além disso, insistindo nesse paradigma de que a produção de
resíduos ou reações secundárias são inevitáveis, tem-se como conseqüência
a inevitável necessidade de investimentos desnecessários, conforme o caso
estudado. As modificações nos equipamentos do sistema de Hidrogenação e
Purificação exigiam investimentos razoáveis para a sua implementação, para
atender a nova especificação, conforme discutido no item 4.3.2.
Porém, no momento seguinte, com mudança no processo, foi
redirecionado o enfoque de uma abordagem corretiva para uma abordagem
preventiva, atuando na fonte do problema. A alimentação do promotor,
trouxe como conseqüência a redução na formação de reações secundárias. A
utilização mais racional da matéria-prima e utilidades foi marcante,
reduzindo drasticamente o seu custo de produção. Conforme o organograma
mestre das ações para a prevenção e controle da poluição, baseado em
LAGREGA (1994), discutido no item 2.4.3, onde foram abordadas as
Técnicas para a Redução de Poluição, a empresa caminhou da solução de
fim de tubo para a prevenção, atuando na fonte.
Do ponto de vista dos resultados dos testes na planta, observou-se
que as concentrações expressas em nitrogênio básico, ficaram diferentes dos
resultados obtidos em escala piloto. Isto é explicável, pois no teste realizado
em escala piloto pelo detentor de tecnologia, foi determinado o total de
pesados (HB) incluindo o DNBE. Também deve ser levado em conta que o
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
97
teste foi realizado num ambiente isento de impurezas e interferências
externas com medições de acuracidade elevada, o que não se caracteriza
num ambiente industrial.
No entanto, observando as duas curvas de tendências (Figura-12 e
Figura-13), o resultado do teste é perfeitamente aceitável pela semelhança do
comportamento e o mais importante é que na prática, o resultado atendeu
perfeitamente o propósito da empresa e atendeu a um dos objetivos deste
trabalho. A empresa evoluiu o seu comportamento pela ação dos envolvidos
da abordagem corretiva para a abordagem preventiva utilizando os conceitos
de Produção Mais Limpa, o resultado final é bastante claro conforme mostra
a Tabela-15 .
Ainda observando a formação do dibutil éter (DNBE) no reator,
antes e depois da adição do promotor, o teor de éter caiu drasticamente de
0,223% para 0,0127%, isto é, reduziu em 95% à formação inicial.
Tabela-15: Comparativo de Especificações antes e depois da mudança
no processo
COMPONENTES ESPECIFICAÇÃO
ANTES
ESPECIFICAÇÃO
APÓS
ESPECIFICAÇÃO
TÍPICA - ANTES
ESPECIFICAÇÃO
TÍPICA – APÓS
Butanol (%) 99,30 99,70 99,74 99,83
i-BuOH (%) 0,20 máx. 0,10 0,09 0,09
DNBE (ppm) 3.000 máx 200 1354 127
Esse decréscimo de DNBE, indica que houve uma redução na
mesma proporção de outros leves e pesados da reação a ponto de conseguir
uma folga de operação na coluna de desidratação (T1) e coluna de leves (T3),
e a retirada de operação das colunas de pesados (T4). Com essa folga, não
houve necessidade de investimento citado no item 4.3.
Conforme foi analisado no item 4.5.3, houve uma evolução
bastante grande no que se refere à redução do impacto da atividade de
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
98
processo industrial sobre o ambiente, com base nos conceitos discutidos no
item 2.3, a Equação Mestra e o Fator 10.
Do ponto de vista das Estratégias Ambientais da empresa, foram
observados os seguintes pontos, com base nas características apresentadas
por ANDRADE (1997), discutidas no item 2.4.4.:
• Legislação – A empresa que tinha um comportamento de atendimento
mínimo à legislação e está caminhando para a superação das exigências
dos órgãos reguladores;
• Tecnologia – A empresa se preocupava apenas com o controle na saída
dos efluentes. Agora com essa experiência, caminha para a prevenção da
poluição e redução do consumo de recursos através de mudanças
incrementais. Há disposição, mas ainda não chegou a prevenção da
poluição e redução dos consumos de recursos naturais através de
inovações tecnológicas;
• Estrutura de Produção – A empresa desde o seu início de produção em
1973 manteve os seus produtos e processos sem alterações. Este trabalho
trouxe para a mesma, um horizonte em melhorias na estrutura de
produção visando reduzir os seus custos e impactos;
• Objetivo – Sem dúvida com essa mudança houve um aumento de
competitividade melhorando o seu desempenho financeiro;
• Percepção da variável ambiental – Hoje a empresa ainda que
timidamente, está despertando para a dimensão ambiental como uma
oportunidade de redução de custos de produção.
Do ponto de vista econômico, a aplicação do conceito de
Produção Mais Limpa para a resolução do problema em foco, apresentou um
resultado muito atraente. O mérito da redução no custo anual de produção
de R$ 1.340 mil é incomparável frente a um investimento de apenas R$ 42
mil.
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
99
5.2) Conclusões e Recomendações
A mudança de abordagem para a resolução do problema, chamou
a atenção dos envolvidos nas decisões estratégicas da empresa. Do ponto de
vista de atendimento ao cliente superou todas as expectativas, garantindo
assim a manutenção do mercado e redução do custo de produção.
Vale ressaltar que mesmo sem a exigência de uma especificação
mais rígida, a solução de Produção Mais Limpa apontou resultados mais
eficientes do ponto de vista tecnológico e mais competitivo do ponto de vista
de custo de produção.
Do ponto de vista das Estratégias Ambientais, com essa mudança
no processo, os envolvidos começaram a encarar a dimensão ambiental
como uma oportunidade de redução de custos de produção, ou seja há
possibilidade em futuro próximo, a empresa passar do comportamento
reativo ou defensivo e tender para a característica ofensiva, com base na
classificação adotada por MEREDITH (1994), discutido em Estratégias
Ambientais, no item 2.4.4.
em várias frentes:
Esta experiência abriu espaço para uma oportunidade de melhoria
a) Outros três reatores de hidrogenação também estão sendo preparados
para a adição do promotor com o intuito de reduzir as reações
secundárias;
b) A necessidade de otimização de matérias-primas, insumos e utilidades
ficaram evidentes para a redução do desperdício com conseqüente
redução do seu custo de produção e impactos das atividades industriais
sobre o meio ambiente. O último Balanço Material apresentado, retrata
uma situação pontual após a mudança no processo, portanto sem uma
otimização da operação das colunas. A empresa deverá continuar com
esse trabalho, canalizando os seus esforços para essa melhoria. Há muita
oportunidade de melhoria nessa área;
TAKAYOSHI OGATA

Aplicação do conceito de Produção Mais Limpa na otimização do processo de produção de Álcool Butílico
100
c) A adição do promotor é uma solução de mudança no processo que teve
uma resposta quase que imediata do ponto de vista da compreensão da
necessidade de atuação na fonte. No entanto, essa solução pode ser
aprimorada. Considerando que a formação de pesados da reação, tais
como acetais e éteres é favorecida por sítios ácidos do suporte de alumina
do catalisador a alta temperatura da reação, é desejável uma pesquisa
para a produção de um novo catalisador que tenha essas vantagens;
d) Todas essas vantagens estudadas neste trabalho, se constituem em
subsídios bastante importantes para as futuras plantas envolvendo
processo químico. Do ponto de vista econômico, haverá uma substancial
redução no custo variável e sobretudo no custo de investimento. É
imprescindível a introdução do conceito de Projeto para o Meio Ambiente,
mais conhecido como “Design for Environment” (DfE) nos novos projetos,
onde são considerados fatores diversos com o objetivo de reduzir impactos
ambientais e custos, buscando a eficiência do processo e sua
sustentabilidade desde o seu nascedouro;
e) Apesar da compreensão momentânea dos líderes da empresa no que
tange a necessidade de mudança de paradigma da administração de
produção, é preciso um aprimoramento maior na assimilação do conceito
e prática de Produção Mais Limpa no seu dia a dia. É preciso que esse
programa seja melhor disseminado em toda a empresa desde o topo da
administração até os ajudantes de operadores. É preciso compreender
profundamente que os velhos paradigmas da produção não respondem
mais aos novos desafios da concorrência e exigência do mercado.
TAKAYOSHI OGATA

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101
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