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PRODUÇÃO DE CUMENO
Inês Vilarinho nº 57204Tiago Braz nº 54064Teresa Parracho nº 52632Vanessa Olival nº 52604
Lisboa, 22 de Fevereiro 2010
2
Análise de Mercado
• Produção de cumeno a partir da alquilação do benzeno com propileno;
C6H6 + C3H6 C6H5[CH(CH3)2]
• Utilizado essencialmente na produção de fenol e do co-produto acetona;
• O mercado do cumeno é condicionado pelo consumo de fenol.
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Análise de Mercado
Situação Actual Disponibilidade de matérias-primas;
Existência de mercado Europeu; Encontra-se em fase de
maturação;
Situação Futura Poderá tender para uma fase de declínio;
Encontra-se em desenvolvimento uma forma de produção de fenol directamente a partir de benzeno;
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Análise de Mercado
• Apesar das ameaças considerou-se viável a implementação de uma unidade de produção de cumeno;
Localização: - Fornecimento de matérias-primas;- Consumo do produto;- União Europeia (livre circulação de
capitais).
SINES
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Análise de Mercado
Fornecimento de matérias-primas: - Benzeno (Antuérpia);
- Propileno (Repsol, Sines).
Capacidade: - Mercado do produto; - Fase do produto (maturação);
- Análises das capacidades já implementadas.
200 Kton/ano
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Processos de produção
Quatro processos de produção: - Polimeri; - Exxon Mobil; - CdTech; - UOP (Q-Max®).
Escolha do processo de produção: - Número de unidades implementadas;
- Características do zeólito;
- Características do processo.
Processo da UOP
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Flowsheet do processo
Zona de Reacção
Zona de Separação
8
Zona de Reacção
Reacção de alquilação: C6H6 + C3H6 C6H5[CH(CH3)2]
Reacções de transalquilação: C6H4[CH(CH3)2]2 + C6H6 2 C6H5[CH(CH3)2]
C6H3[CH(CH3)2]3 + C6H6 C6H4[CH(CH3)2]2 + C6H5[CH(CH3)2]
Ocorrem reacções secundárias, nos alquiladores, que produzem DIPB, TIPB, hexeno, cimeno, xileno e DMC.
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Zona de Reacção• Reactor R-201: Constituído por um transalquilador e dois alquiladores; Reactor R-202:Constituído por quatro alquiladores;
Transalquilador:Conversão dos PIPB em cumeno por reacção com o benzeno;
Alquiladores: Alquilação do benzeno com propileno, para produzir cumeno;
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Zona de Separação
• Coluna CD-304Separação do cumeno e recuperação dos DIPB e TIPB;Opera a vácuo de 0,5 atm.
• Coluna CD-301Separação do propano dos restantes constituintes;A corrente do topo entra no SGL-301 onde há separação da fase líquida orgânica da fase aquosa e da fase gasosa.
• Coluna CD-302Separação do benzeno;
• Coluna CD-303 Separação do cumeno;
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Balanços de Massa e Entálpicos
Objectivo: Produção de 200 Kton/ano de cumeno dentro das especificações e uma actividade anual da fábrica de 333 dias.
Pureza: 99,94% (mínimo)Índice de Bromo < 5Etilbenzeno < 100 ppmN-propilbenzeno < 200 ppmButilbenzeno < 100 ppm
Dados
Transalquilador Alquilador
Reagente limitante DIPB PropilenoProporção reagente limitante/Benzeno
1:2 1:8
Conversão (%) 100 100
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Balanços de Massa e Entálpicos
Selectividades do propileno nas reacções de alquilação:
Cumeno: 88,3%DIPB: 11%Outros: 0,7%
Balanços de massa: efectuados no Aspen Plus 2006.5.
Balanços Entálpicos: - Temperatura de referência: 25 ºC; - Pressão: 1 atm;
- Estado de Agregação: compostos no estado líquido;
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Dimensionamento
Dimensionamento dos reactores R-201 e R-202:- Reactores tubulares catalíticos de leito fixo;
R-201 R-202
- Catalisador QZ-2001® ;- Suporte de esferas cerâmicas;- Dispersores;- Pratos perfurados;- Colector de mistura;- Tubagens de descarga do catalisador.
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Dimensionamento
Transalquilador
Alquiladores
P (bar) 32 29T (ºC) 135 127
WHSV (h-1) 7,3 4Tempo contacto
(h)0,14 0,25
Condições Operatórias:
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Dimensionamento Catalisador:
- Esferas com 2 mm de diâmetro;- Densidade a granel (Kg/m3): 645;
Dimensionamento do reactor
Cálculo do volume de leito catalítico:
Massa de catalisador
Volume do leito catalítico
)(
)/()( 1
KgCatMass
hKgCaudalhWHSV
Catgranel
CatMassaCatleitoV
16
Dimensionamento
L, D Delta P
Determinação das perdas de carga:
Método de Carman:
Re’: Reynolds modificadof: factor de atritoρ: densidade da mistura reaccionalε : porosidade do leitoa: área específicaL: altura do leitou: velocidade da mistura reaccionalμ: viscosidade da mistura reaccional
LD
V4
2
)1(
Re'
a
u
1,0Re'
4,0
Re'
5f
23
..)1(
.. uLafP
17
DimensionamentoValores obtidos no dimensionamento:
Transalquilador
Alquiladores
M catalisador/leito (Kg) 329 382
V leito catalisador (m3) 0,5 0,6
L leito (m) 0,5 0,6
Δ P (Pa) 5229 11907R-201 R-202
D (m) 1,4 1,4L Total (m) 5,2 5
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Controlo e Instrumentação
Objectivos: - Manter as variáveis do processo dentro dos limites de
segurança dos equipamentos; - Maximizar o volume de produção e a qualidade do produto.
Nomenclatura do equipamento de controlo: Equipamento Local Equipamento presente na sala
Linha de sinal eléctrico
Linha pneumática
de controlo
Válvula pneumática automática
Válvula manual
Válvula de corte
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Controlo e Instrumentação
Variáveis a controlar:
- Caudal de
alimentação- Pressão no topo da coluna;
- Diferencial de pressão ao longo da coluna;
- Temperatura no topo e base da coluna;
- Nível de líquido na coluna;
- Controlo de nível no SGL;
- Nível no reebulidor.
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Layout
Objectivos:
- Minimizar o custo de construção e futuras expansões da fábrica;- Proporcionar um fluxo económico de materiais e pessoas;- Facilitar a manutenção e o funcionamento da unidade;- Minimizar a ocorrência de acidentes;- Respeitar as distâncias exigidas face ao processo em estudo;
21
Layout
Distâncias típicas de segurança
Área do Processo- Entre zonas processuais: 15 m- Entre equipamento principal: 10 m - Entre permutadores adjacentes: 1 m
Áreas de armazenagem:- Entre tanques: 20 m- Distância da área de processo: 30 m
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Utilidades e circuitos anexos
Electricidade:-Indispensável no controlo e no fornecimento de energia a bombas, ventilador.
Vapor de água:- Proveniente da rede;- Aquecimento de permutadores de calor e reebulidores.
Água de arrefecimento:-Arrefecimento de permutadores de calor e condensadores.
Ar comprimido:- Utilizado nos controladores pneumáticos.
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Avaliação EconómicaEstimativa do Investimento Total
Custos directos: Capital fixo corpóreo Equipamento base, utilidades, instrumentação e controlo, custo do terreno, edifícios.
Custos indirectos: Capital fixo incorpóreo Projecto e fiscalização, despesas de
empreitada, provisão para imprevistos.Capital circulante: Capital necessário para garantir o
funcionamento da instalação Custos das matérias-primas, dos produtos em laboração, stocks.Juros intercalares: Juros a pagar do crédito obtido do banco durante a fase de implementação e arranque da fábrica.
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Análise Económica
Equipamento BaseQuantida
deCusto (m€
2009)
Condensador 4 103
Permutador 8 42Reebulidor 4 127
Bomba 14 29
Torre de arrefecimento 1 636
Reactor 2 19
Coluna de destilação 4 774
Tanque 14 1921
Separador gás-liq 1 3
Ejector 1 25Total 3679
Custo do equipamento base
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Análise EconómicaParcelas dos custos directos:
Capital Fixo Corpóreo
Valor (M€ 2009)
Equipamento Base
3,7
Montagem total 1,3
Condutas 2,4Utilidades e
serviços1,5
Aparelhagem e instrumentação
1,1
Instalações eléctricas
0,4
Terreno 0,5 Edifícios 1,7
Isolamentos térmicos
0,4
Preparação do terreno
0,05
Total 13
29%
10%
19%
11%
9%
3%
3%
13%
3%
Equipamento Base
Montagem to-tal
Condutas
Utilidades e serviços
Aparelhagem e instrumentação
Instalaçoes electricas
Terreno
Edificios
Isolamentos térmicos
Preparação do terreno
27
Análise Económica
Parcelas dos custos indirectos
% Custos Custo (M€ 2009)
Projecto e fiscalização15% Custos
directos1,93
Despesas de empreitada15% Custos
directos 1,93
Provisão para imprevistos 10% Custos fixos 1,92
Total 5,8
Parcelas dos custos indirectos:
Investimento Fixo: 18,6 M€
28
Análise Económica
Valor (M €2009)
% Desvio
Método de “Lang” 17,4 6,5Método de “Lang” melhorado 14,4 22,5
Método de “Cran” 12,7 31,9Regra de
“Williams”1º caso 20,3 8,72º caso 14,3 23,2
-Método dos factores “Lang”: IF = 4,74 x CEB
- Método dos factores de “Lang” melhorado: IF = ∑ Ki x Ci
- Método dos factores de “Cran”: IF = 3,45 x CEB
- Regra de “Williams”:
7,0
Lfl
f
Q
Q
I
I
29
Análise EconómicaCapital Circulante
- Reserva de matérias primas: Preço do benzeno e propileno, 1 mês de stock
- Stock de produtos fabricados: Preço de produção do produto, 1 mês
- Condições de crédito oferecidas: Preço de venda do produto, 1 mês
- Condições de crédito obtidas: Custo de fabrico, 1 mês
- Fundo de maneio: 7,5% das parcelas anteriores do capital circulante
30
Análise Económica
Capital circulante Valor (m€ 2009)Reserva de matérias-
primas1788
Quantitativo de produtos em laboração
54
Stock de produtos fabricados
2169
Condições de crédito oferecidas
10467
Condições de crédito obtidas
-4813
Fundo de maneio 1553Total 11218
Capital Circulante
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Análise EconómicaJuros Intercalares
-Capital alheio: 65% do Investimento Total- Capital próprio: 35% do Investimento Total- Taxa de juro: Euribor a 12 meses 1%
ParcelasValor (M€
2009)
Capital Fixo
Corpóreo (custos directos)
12,9
Incorpóreo (custos indirectos)
5,8
Total 18,6Capital circulante 11,2
Juros durante a fase de investimento
0,2
Investimento Total 30,6
32
Análise Económica
Custos de
produção
Directos
Matérias-primas Catalisador
Mão-de-obra de fabrico e supervisão
Manutenção, patentes e royalties
Utilidades e fornecimentos diversos
Indirectos
Laboratório de controlo
Serviços sociais
Serviços técnicos
Fixos
Amortizações
SegurosImpostos
locais
Despesas Gerais
Custos administrativo
sCustos
comerciaisI&D
Encargos financeiros
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Análise Económica
Distribuição dos custos de produção
Custos directosCustos indi-rectosCustos FixosDespesas gerais
2%69%
24%
5%
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Análise EconómicaAnálise do ponto crítico de capacidade
Valor mínimo de capacidade a partir do qual o projecto se torna lucrativo
VP
CQ fixos
Q – Ponto crítico em capacidadeC fixos – Custos fixos P – Preço unitário de vendaV – Custo variável unitário
Custos fixos 37,5 M€/ano
Custo variável unitário 181 €/ton
Preço unitário de venda do cumeno
628 €/ton
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Análise Económica
Q=85 Kton/ano < Produção anual de 200 Kton/ano
Processo viável, boa margem de segurança
0 50000 100000 150000 2000000
20000000
40000000
60000000
80000000
100000000
120000000
140000000
Receita
Custos totais
Capacidade (Kton)
Cu
sto
s (M
ilhõ
es
de
e
uro
s)
36
Análise EconómicaAnálise de rentabilidade
- Contraposição do investimento com os benefícios obtidos durante o período de vida útil do projecto;
- Tem que assegurar a remuneração do investimento, cobrir os juros e remunerar os intervenientes;
- Permite avaliar se o projecto é rentável.
Calcula-se:- Conta de exploração previsional: Sistematização dos proveitos e custos anuais;
- Cash-Flow de exploração: Diferença entre receitas e despesas associadas a um projecto;
- Orçamento de tesouraria: Evidencia as necessidades de liquidez a curto prazo.
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Análise EconómicaCritérios de Rentabilidade
Valor Líquido Actual (VLA)- Somatório dos cash-flow anuais actualizados a uma taxa de 4%, e deduzidos no montante actualizado à mesma taxa dos investimentos;
- Maior VLA Investimento mais favorável
VLA
38
Análise Económica
Taxa Interna de Rentabilidade (TIR)
- Utilizada quando se desconhecem as condições específicas de financiamento relativamente a juros;
- O projecto será tanto mais justificável quanto mais elevada for a TIR;
TIR =91% Investimento favorável
0)1(0
n
kkkk
TIR
ICFVLA
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Análise Económica Período de Recuperação de Capital (PRC)
-Tem em conta o factor tempo;
-Período após o qual se recupera o investimento.
PRC= 3 anos
t
k
t
kk
kk
k
i
I
i
CFPRC
0 0 )1()1(
40
Análise EconómicaRácios de Rentabilidade
-Traduzem de uma forma geral a relação lucros/capital;- Utilizados na pré-selecção de projectos de investimento;
-RCP (rentabilidade do capital próprio) – Resultado líquido/Capital próprio
-ROI (Rentabilidade do investimento) – Resultado líquido/Investimento total
-RV (Rentabilidade das vendas) – Resultado líquido/Valor das vendas
-ER (Rotação do capital próprio) – Valor das vendas/Capital próprioRPC 3,50
ROI 1,23
RV 0,61
ER 5,71
41
Análise EconómicaAnálises de sensibilidade
Preço das matérias-primas
Preço do produto principal
VariaçãoCusto do
Benzeno (€/ano)Custo do
Propileno (€/ano)
Custo de produção (M€/ano)
VAL (M€/ano) TIR
20% 109 173 77,0 259 85%
0% 91 144 72,7 285 91%
-20% 73 115 68,3 312 100%
VariaçãoCusto do cumeno
(€/ano)Custo de produção
(M€/ano)VAL (M€/ano) TIR
10% 691 72,7 361 114%
0% 628 72,7 285 91%
-10% 565 72,3 214 76%
42
Análise Económica
Preço do equipamento base
VariaçãoCusto do EB
(M€/ano)Custo de produção
(M€/ano)VAL (M€/ano) TIR
20% 4,4 73,4 278 83%
0% 3,7 72,7 285 91%
-20% 2,9 71,9 293 103%
Preço da mão-de-obra
VariaçãoCusto da mão-de-
obra (M€/ano)Custo de produção
(M€/ano)VAL (M€/ano) TIR
20% 25,7 74,6 275 89%
0% 21,5 72,7 285 91%
-20% 17,2 70,8 297 95%
43
Análise Económica
Parâmetros analisados por ordem de importância
Preço do produto principal
Preço do equipamento base
Preço das matérias-primas
Preço da mão-de-obra
+
-
44
Análise Económica
Conclusões
- O projecto é economicamente rentável;
- Recuperação do investimento no terceiro ano;
- O projecto é essencialmente influenciado pelo preço do produto e do equipamento base;
- A rentabilidade é suficientemente elevada para cobrir os capitais próprios e alheios.