Estratégias de otimização em tempo real (RTO: Real Time Optimization) são utilizadas para avaliar e determinar as condições ótimas operacionais de uma planta em estado estacionario, maximizando a produtividade econômica do processo sujeita a restrições operacionais. Esse problema de otimização engloba toda a planta e pode ser resolvido utilizando um só modelo para todo o processo que maximize o lucro bruto operacional considerando os preços de mercado das correntes de entrada e saída do processo. No entanto, na prática, essa abordagem centralizada muitas vezes não pode ser aplicada, devido ao tamanho e complexidade do problema de otimização, a que é muito difícil que todas as unidades da planta estejam em estado estacionário ao mesmo tempo e a que as unidades de processo não estão sincronizadas já que em muitos processos não existe armazenamento intermediário. Uma solução é utilizar uma estrutura distribuída, na qual o problema de otimização deve ser decomposto em subproblemas com reduzida complexidade numérica. Tal decomposição, no entanto, exige que o preço das correntes de entrada e saída de cada subproblema sejam adequadamente determinados. Com este proposito, neste trabalho, serão aplicadas técnicas de decomposição em uma unidade de produção de propeno da refinaria REPLAN (Refinaria de Paulínia, São Paulo) da PETROBRAS. Essa unidade será modelada, simulada e otimizada no software orientado a equações EMSO (Environment for Modeling, Simulation and Optimization). Com o objetivo de testar as técnicas de decomposição, a unidade será decomposta em três divisões que são: depropanizadora, deetanizadora e C3 splitter. Mostra-se que duas técnicas tradicionais chamadas de relaxação Lagrangiana e Lagrangeano aumentado não conseguem convergir em uma solução devido a duas causas. A primeira causa é que o processo estudado contém divisões indiferentes, o que significa que não existe dependência linear entre a função objetivo e as restrições complicadoras. A segunda causa é que os subproblemas de otimização que representam cada uma das divisões da unidade têm funções objetivos lineares, neste caso, a restrição ativa de cada subproblema irá ser sempre a capacidade de produção máxima ou mínima de cada divisão e não uma vazão intermediária. Uma técnica alternativa, Pricing Interprocess Streams Using Slack Auctions, também foi aplicada ao processo estudado. Essa técnica define uma folga de recurso entre as correntes 2 intermediárias das divisões e utiliza leilões para ajustar o preço dos produtos intermediários. Mostra-se que esse último abordagem também apresenta problemas na sua aplicação, porque todas as divisões estudadas têm dois produtos diferentes, isso significa que a técnica produzirá sempre a vazão máxima do produto final (vazão que tem preço de mercado) de cada divisão e não assim do produto intermediário (vazão que vai de uma divisão para outra). Identificados os problemas nessas técnicas de decomposição, é proposta uma modificação do algoritmo de relaxação Lagrangeana. Para o qual é considerada uma nova variável denominada limite de produção disponível (LPD) e uma restrição para as vazões de carga de cada uma das divisões, a qual será atualizada a cada iteração. Essa modificação no algoritmo consegue superar os problemas apresentados para a resolução do problema de otimização para a unidade estudada considerando uma estrutura distribuída. / Real time optimization strategies (RTO) are used to evaluate and determine the optimum operating conditions of a plant, maximizing the economic productivity of the process which is subject to operational constraints. This optimization framework encompasses the entire plant, and can be solved using one model for the entire process that maximizes the operating gross profit considering the market prices of input and output stream`s process. However, in practice this centralized approach often cannot be applied due to the size and complexity of the optimization problem. One solution is to use a distributed structure, in which the optimization problem must be broken into sub-problems with reduced numerical complexity. Such decomposition, however, requires that the price of input and output stream of each sub-problem should be adequately determined. With this purpose, in this work, decomposition techniques is applied in a propylene production unit at the refinery REPLAN (Refinaria de Paulínia, São Paulo) owned by PETROBRAS. This unit is modeled, simulated and optimized in an equation oriented software EMSO (Environment for Modeling, Simulation and Optimization). In order to test the decomposition techniques, the unit is decomposed into three divisions, which are depropanizer, deethanizer and C3 splitter. It is shown that two traditional techniques called Lagrangian relaxation and augmented Lagrangian cannot converge on a solution due to two causes. The first cause is that the studied process contains indifferent divisions, which means that there is no linear dependence between the objective function and the complicating constraints. The second cause is that the optimization sub-problem that represent each divisions has linear objective functions, in this case, the active constraint of each sub-problem will always be the maximum or minimum production capacity of each division and not an intermediate flow rate. An alternative technique Pricing Interprocess Streams Using Slack Auctions was also applied to the studied process. This technique defines a resource slack between the intermediary streams and use auctions for adjusting the price of intermediary products. It is shown that this technique also presents problems in its applications because all divisions studied has two different products, this means that this technique will always produce the maximum flow rate of the final product (flow rate that has a market price) of each division, and not the intermediate product (flow rate that goes from one division another). Identified problems in these decomposition 4 techniques, the proposed approach extended the Lagrangian relaxation algorithm, in which a new variable called \"available production limit\" (LPD) and a restriction to the feed flow rate from each divisions are considered, which will be updated at every iteration. This change in the algorithm can overcome the issues presented for solving the optimization problem for the unit studied considering a distributed structure.

O processamento de petróleo e seus derivados é analisado pela aplicação combinada e sistemática da Primeira e da Segunda Lei da Termodinâmica, análise exergética, permitindo a localização dos principais processos destruidores da capacidade de realização de trabalho ao longo da cadeia de processamento. Após a localização das irreversibilidades, diversas opções para melhoria dos processos são avaliadas. A exergia consumida nos processos é dividida em renovável e não renovável e posteriormente repartida, junto com as respectivas emissões de CO2, entre as diversas correntes de cada unidade de processamento. Para uma repartição racional dos fluxos exergéticos e de CO2, a análise exergoeconômica foi utilizada. Um sistema, que permite interações cíclicas entre a cadeia produtiva dos principais combustíveis utilizados no Brasil e a produção de eletricidade, foi elaborado a fim de permitir uma comparação entre os diversos combustíveis levando em consideração toda a cadeia produtiva. Esta comparação está fundamentada no consumo de exergia renovável e não renovável e nas emissões de CO2. Pode-se concluir que o coque de petróleo é o combustível que mais emite CO2, em seguida, encontram-se o carvão e a gasolina. O diesel hidrotratado vem após a gasolina, devido principalmente ao consumo de hidrogênio pelo hidrotratamento. Embora o diesel convencional emita mais SOx e NOx, este diesel exige menos exergia não renovável e emite menos CO2 que o diesel hidrotratado. O hidrogênio, se produzido da forma convencional (reforma a vapor de hidrocarbonetos leves), é o combustível mais intenso em exergia não renovável e com emissão de CO2 próxima ao valor da gasolina e maior que o valor obtido para o diesel convencional. O etanol se mostra uma boa alternativa ao uso dos derivados de petróleo, mesmo considerando configurações típicas para as usinas sucroalcooleiras. / The oil processing is analyzed by the combined and systematic application of the First and Second Laws of Thermodynamics, exergy analysis, allowing the location of the processes responsable for the main destructions of work capability along the processing chain. After the location of irreversibilities, several options for improving processes efficiency are evaluated. The exergy consumed in the processes is divided into renewable and non-renewable and then distributed, along with their CO2 emissions, among the various currents of each processing unit. For a rational distribution of the exergy and CO2 flows, exergoeconomy analysis takes place. A system that allows cyclical interactions between the productive chain of the main fuels used in Brazil and electricity production, is designed to allow the comparison among different fuels taking into account the entire production chain. This comparison is based on renewable and non-renewable exergy consumption and CO2 emissions. It can be concluded that the petroleum coke is the fuel that emits more CO2 followed by coal and gasoline. The hydrotreated diesel comes after gasoline, mainly due to the consumption of hydrogen for hydrotreating. Although conventional diesel emit more NOx and SOx, this diesel requires less non-renewable exergy and emits less CO2 than hydrotreated diesel. Hydrogen, if produced in the conventional way (steam reforming of light hydrocarbons) is the fuel most intense in nonrenewable exergy consumption and has CO2 emission near the value of gasoline and higher than the value obtained for conventional diesel. Ethanol is a good alternative to the use of petroleum derived fuels, even considering typical configurations for sugarcane mills.

[pt] O mercado brasileiro de combustíveis apresenta uma nova realidade com a mudança na política de preços praticados por sua principal empresa de petróleo, onde até o ano de 2016 foi caracterizado pelo monopólio devido aos preços artificiais impostos por esta de modo a controlar a inflação no país. Atualmente os preços dos produtos nas refinarias nacionais estão alinhados ao mercado internacional de commodities, viabilizando a entrada de novos competidores para atender a demanda do país. Com este cenário, surgem questões relativas a utilização do refino e níveis de preços a serem adotados no mercado interno de forma a trazer maior competitividade no mercado de forma duradoura e sustentável. Modelos de otimização são utilizados para suportar a tomada de decisão no planejamento da cadeia de downstream e definir a melhor utilização dos recursos disponíveis. Clientes e fornecedores possuem objetivos e custos diferentes, e a necessidade de integrar modelos que dialoguem entre as cadeias de abastecimento destes grupos faz-se necessária, onde os resultados da empresa são impactados de acordo com suas decisões de produção e participação no mercado. O experimento consistiu na construção uma modelagem de rede para a cadeia de distribuição de combustíveis no Brasil a partir de duas ferramentas de otimização existentes, uma delas utilizando-se SIG. Assim, esta modelagem traz uma aplicação eficaz para a empresa, pois a auxilia na quantificação de seus resultados em um cenário de competição em que a mesma se encontra inserida, considerando as singularidades do mercado e indústria no país. / [en] A recent change in the national Brazilian oil company price policy introduced a new market reality as the imposed artificial prices scheme used in order to control inflation was abandoned. Currently, refined products prices in the national territory are matched to the international commodities market, allowing the entry of new competitors to meet national demands. According to this scenario issues relating to infrastructure and a new set of prices to be adopted by the Brazilian domestic market aiming for increased competitiveness on the national market on a long-lasting and sustainable basis begin to appear. Optimization models are used to support the downstream supply chain planning decisionmaking and to ensure the best use of available production resources. Customers and suppliers have different objectives and costs, and it is necessary to integrate models which allow supply chain groups to dialogue among themselves, where the company s result are affected according to their production decisions and market share. The experiment described here consists of the building of a network modelling for the Brazilian fuel distribution chain starting from two optimization tools already available, one of them using GIS. Thus, this modelling brings an effective application to the company, as it assists in the quantification of its results in a competition scenario in which it is inserted, considering the singularities of the Brazilian market and industry.

The rice is one of the cereals most consumed in world, consumption carried out mostly in the form of grains whose processing generates by-products such a rice bran, from which is obtained the rice bran oil. Due the presence of phospholipids, gums, waxes, this oil has a darker color and higher viscosity as compared to other vegetable oils. Also contains γ-orizanol, composed absent in other oils, which have been assigned antioxidants and hypocholesterolemics effects; but to become fit for consumed, the rice bran oil needs to be refined. The refining method modifies the oil composition; the chemical refining cause significant losses or changes in composition of rice bran oil; in the physical refining loss of these components is minimized, however the rice bran oil must have a phosphorus content below to 10 mg.kg-1 before to desodorization step, for to perform the physical refining. Thus, the aim of this study was to conduct studies on the degumming in order to make it fit the physical refining; and on the clarification, so that besides fit the physical refining, this is attractive to the consumer. Clarifying activity tests were performed two clarifiers lands: Tonsil ® Supreme 180 FF Tonsil ® and Actisil FF 280 added in different proportions (1.0, 1.5 and 2.0); degumming with water (0.6 and 5%) and phosphoric acid (0.2%), citric (0.5%); and clarification tests using the land and proportions that showed the best clarifying activity. There was the physicochemical characterization of crude, degummed oil and clarified oil with 2% of the earth Tonsil ® Supreme 180 FF and profile of fatty acids, γ-oryzanol content, tocopherols and tocotrienols content. The clarifier earth Tonsil ® Supreme 180 FF was the one with the best clarifying activity in the proportion of 2%, and when added at the rate of 1.5% showed the same activity clarifying that the earth Tonsil ® Actisil 280 FF added at a ratio of 2 0%; which was verified both in the clarifier activity tests, for the clarification test. The degumming with 5% water caused a reduction of the phosphorus content to less than 10 mg.kg-1. Thus, the degumming with 5% water, followed by clarification test using citric acid (50%) in the proportion of 0.5% to 2.0% addition of the clarifier earth Tonsil ® Supreme 180 FF, to provide a suitable oil physical refining, and the physical and chemical characteristics similar to crude oil and within the requirements specified by law. / O arroz é um dos cereais mais consumidos no mundo, principalmente na forma de grãos. O beneficiamento gera subprodutos, como o farelo de arroz, de onde se obtém o óleo bruto de arroz. Devido a presença de fosfolipídios, gomas, ceras este óleo apresenta uma coloração escura e maior viscosidade, quando comparado a outros óleos vegetais. Além disso, contem 1-2% de γ-orizanol, composto ausente em outros óleos, ao qual têm-se atribuído efeitos antioxidantes e hipocolesterolêmicos. Para tornar-se apto ao consumo, o óleo bruto necessita ser refinado. O método de refino modifica a composição do óleo; no refino químico, há perdas significativas de componentes durante o processo; no refino físico a perda desses componentes é minimizada, porém é necessário que o óleo chegue na etapa de desodorização com um teor de fósforo inferior a 10 mg.kg-1, para que seja possível realizar o refino físico. Portanto,o objetivo deste trabalho foi realizar estudos sobre a degomagem, a fim de torná-lo apto ao refino físico, e sobre a clarificação, para que este seja atraente para o consumidor. Foram realizados testes de atividade clarificante utilizando duas terras clarificantes: Tonsil ® Supreme 180 FF e Tonsil ® Actisil 280 FF adicionadas em diferentes proporções (1,0; 1,5; e 2,0%); de degomagem com água (0,6 e 5%) e ácidos fósforico (0,2%) e cítrico (0,5%); e testes de clarificação utilizando as terras e proporções que apresentaram a melhor atividade clarificante. Realizou-se a caracterização físico-química do óleo bruto, óleo degomado e óleo clarificado com 2% da terra Tonsil ® Supreme 180 FF, bem como perfil de ácidos graxos, teor de γ-orizanol, teor de tocoferóis e tocotrienóis. A terra clarificante Tonsil ® Supreme 180 FF foi a que apresentou a melhor atividade clarificante na proporção de 2%, e quando adicionada na proporção de 1,5% apresentou a mesma atividade clarificante que a terra Tonsil ® Actisil 280 FF adicionada na proporção de 2,0%; o que foi verificado tanto nos testes de atividade clarificante, quanto no teste de clarificação. A degomagem com 5% de água promoveu a redução do conteúdo de fósforo para valores menores que 10 mg.kg-1. Assim, a degomagem com 5% de água, seguida da clarificação utilizando ácido cítrico (50%) na proporção de 0,5% e adição de 2,0 % da terra clarificante Tonsil ® Supreme 180 FF, forneceram um óleo apto ao refino físico e com as características físico-químicas semelhantes ao óleo bruto e dentro dos requisitos especificados pela legislação.

Submitted by Cassia Cavalcanti da Silva null (cassiacavalcanti@terra.com.br) on 2016-08-01T22:46:23Z No. of bitstreams: 1 Silva_Cássia_2016.pdf: 9369604 bytes, checksum: d9e7dedc0ffe91324f392628a9e5c12f (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-08-03T16:09:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silvia_cc_dr_guara.pdf: 9369604 bytes, checksum: d9e7dedc0ffe91324f392628a9e5c12f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-03T16:09:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silvia_cc_dr_guara.pdf: 9369604 bytes, checksum: d9e7dedc0ffe91324f392628a9e5c12f (MD5) Previous issue date: 2016-07-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A liga AA 356 é uma liga Al-Si amplamente utilizada tanto na indústria automobilística como na aeronáutica. Para melhorar suas propriedades mecânicas, são usados inoculantes para o refino de grão e para modificação eutética. Os componentes solidificados em moldes metálicos, que são mais eficientes na extração de calor, em geral, têm propriedades mecânicas superiores àqueles solidificados em moldes de areia que apresentam uma menor taxa de extração de calor. A curva de resfriamento que é uma curva da temperatura em função do tempo obtida da extremidade de um termopar localizado no centro do molde e conectado a um sistema de aquisição de dados é uma ferramenta que permite avaliar tanto o refino de grão quanto a modificação eutética. Essa ferramenta permite observar também a formação de fases intermetálicas, e é influenciada por fatores como a taxa de resfriamento. A primeira derivada da curva de resfriamento que representa a taxa de resfriamento é parte da ferramenta, pois melhora a precisão dos dados obtidos com a curva de resfriamento. Para o desenvolvimento desse trabalho foram preparados lingotes variando-se o material do molde (areia e aço), o teor de modificador de eutético e a adição de refinador de grão, ambos na forma de ligas-mãe (ante-liga) Al-10Sr e Al-5Ti-1B, respectivamente. Os valores para traçar as curvas de resfriamento foram obtidos monitorando a temperatura do metal desde o vazamento até sua completa solidificação e posterior resfriamento. Amostras do material foram preparadas para metalografia e obtidas imagens de macroestrutura e microestrutura. Da microestrutura foram obtidas as imagens com o ataque químico convencional e o ataque químico profundo; foram realizadas medidas de fração de porosidade por área, por técnica de microscopia, além de medidas de dureza Vickers e Brinell. Os resultados confirmam que a técnica da análise térmica da curva de resfriamento é uma excelente ferramenta, pois além de fornecer as temperaturas solidus e liquidus, as temperaturas de transformações de fases e informações sobre a eficácia do refino de grão e modificação eutética, pode ser utilizada na avaliação da presença de impurezas e na identificação de fases presentes nas ligas, tanto da liga primária quanto da liga reciclada. / The alloy AA 356 is an Al-Si alloy widely used in the automotive and aeronautics industry. To improve the mechanical properties of this alloy inoculants are used to grain refine and eutectic modification. The solidified components in metal mold, with a higher heat extraction rate, generally have mechanical properties superior to those solidified in sand mold with a lower heat extraction rate. The cooling curve is a curve of temperature versus time obtained in the end of a thermocouple located in the center of the mold and connected to a data acquisition system. It is a tool to evaluate both the grain refinement as the eutectic modification. This tool also can also be used to observe the formation of intermetallic phases, and is influenced by factors such as the cooling rate. The first derivative of the curve representing the cooling rate is part of the tool because it improves the accuracy of the data obtained from the curve. For the development of this work ingots were prepared varying the mold material (sand and steel), the content of eutectic modifier and the grain refiner addition , both in the form of master alloys Al-10Sr and Al-5Ti-1B, respectively.The data for plotting the cooling curves were obtained experimentally during solidification; Samples of the material were prepared for metallography and macrostructure and microstructure images were obtained. Through microstructure images obtained with conventional etching and deep etching. Porosity fraction area was measured by microscopy technique and hardness measurements were performed by Vickers and Brinell metdhod. The results confirm that the thermal analysis of the cooling curve is an excellent tool because provides the solidus and liquidus temperatures and the phase transformations on the effectiveness of the grain refining and eutectic modification and it can be used to assess the presence of impurities in the phase identification, for both the primary alloy and the recycled alloy.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JosiniraAA.pdf: 2069893 bytes, checksum: f72b269f6b8b693ef45bd7120dd46ee5 (MD5) Previous issue date: 2007-11-26 / The composition of petroleum may change from well to well and its resulting characteristics influence significantly the refine products. Therefore, it is important to characterize the oil in order to know its properties and send it adequately for processing. Since petroleum is a multicomponent mixture, the use of synthetic mixtures that are representative of oil fractions provides a better understand of the real mixture behavior. One way for characterization is usually obtained through correlation of physico-chemical properties of easy measurement, such as density, specific gravity, viscosity, and refractive index. In this work new measurements were obtained for density, specific gravity, viscosity, and refractive index of the following binary mixtures: n-heptane + hexadecane, cyclohexane + hexadecane, and benzene + hexadecane. These measurements were accomplished at low pressure and temperatures in the range 288.15 K to 310.95 K. These data were applied in the development of a new method of oil characterization. Furthermore, a series of measurements of density at high pressure and temperature of the binary mixture cyclohexane + n-hexadecane were performed. The ranges of pressure and temperature were 6.895 to 62.053 MPa and 318.15 to 413.15 K, respectively. Based on these experimental data of compressed liquid mixtures, a thermodynamic modeling was proposed using the Peng-Robinson equation of state (EOS). The EOS was modified with scaling of volume and a relatively reduced number of parameters were employed. The results were satisfactory demonstrating accuracy not only for density data, but also for isobaric thermal expansion and isothermal compressibility coefficients. This thesis aims to contribute in a scientific manner to the technological problem of refining heavy fractions of oil. This problem was treated in two steps, i.e., characterization and search of the processes that can produce streams with economical interest, such as solvent extraction at high pressure and temperature. In order to determine phase equilibrium data in these conditions, conceptual projects of two new experimental apparatus were developed. These devices consist of cells of variable volume together with a analytical static device. Therefore, this thesis contributed with the subject of characterization of hydrocarbons mixtures and with development of equilibrium cells operating at high pressure and temperature. These contributions are focused on the technological problem of refining heavy oil fractions / A composi??o do petr?leo pode variar de po?o para po?o e as suas caracter?sticas influenciam significativamente os produtos obtidos no processo de refino. Sendo assim, ? de suma import?ncia caracterizar o petr?leo para que se possam conhecer suas caracter?sticas e assim destin?-lo de maneira adequada para o seu processamento. Como o petr?leo ? uma mistura multicomponente, utilizar misturas sint?ticas representativas das fra??es proporciona um melhor entendimento do comportamento da mistura. Um caminho para a caracteriza??o de fra??es ? geralmente atrav?s de correla??o entre propriedades f?sicoqu?micas de f?cil medi??o em que algumas dessas propriedades como massa espec?fica, densidade, viscosidade e ?ndice de refra??o s?o freq?entemente utilizadas. Visando a caracteriza??o de fra??es de petr?leo, neste trabalho foram obtidos dados de massa espec?fica, viscosidade e ?ndice de refra??o de misturas bin?rias n-heptano + hexadecano, ciclohexano + hexadecano e benzeno + hexadecano em baixa press?o e temperaturas de 288,15 K a 310,95 K e esses dados foram utilizados no desenvolvimento de uma proposta de caracteriza??o de fra??es de fra??es de petr?leo atrav?s da rela??o de propriedades f?sico-qu?micas com a composi??o. Os resultados obtidos mostraram uma ferramenta promissora e flex?vel na caracteriza??o termof?sica de misturas de hidrocarbonetos. Adicionalmente, foi realizada a medi??o de massa espec?fica em alta press?o e temperatura da mistura bin?ria ciclohexano + n-hexadecano numa faixa de 6,895 a 62,053 MPa e 318,15 a 413,15 K e a partir desses dados, uma proposta de modelagem de densidade de l?quidos comprimidos utilizando o modelo de Peng-Robinson e escalonamento de volume foi desenvolvida, utilizando um n?mero menor de par?metros que outros modelos da literatura. Os resultados foram satisfat?rios mostrando a acur?cia do modelo n?o apenas para massa espec?fica, mas tamb?m para coeficiente de expans?o t?rmica e compressibilidade isot?rmica. Esta tese visou contribuir de maneira cientifica com o problema tecnol?gico de refino de ?leos pesados, que pode ser configurado como um problema de caracteriza??o e de busca de processos que possibilitem a obten??o de correntes fracionadas com interesse comercial, como por exemplo a extra??o com solventes em alta temperatura e press?o. Visando obter dados de equil?brio de fases nessas condi??es, foram desenvolvidos projetos conceituais de dois dispositivos experimentais, que consiste de uma c?lula de volume vari?vel como componente de um aparato de equil?brio est?tico anal?tico. Sendo assim, essa tese contribuiu com propostas de caracteriza??o de misturas de hidrocarbonetos e com projetos de montagem de uma c?lula de equil?brio operando em alta temperatura e alta press?o, o que pode contribuir para o problema tecnol?gico de refino de ?leos pesados

O processamento de petróleo e seus derivados é analisado pela aplicação combinada e sistemática da Primeira e da Segunda Lei da Termodinâmica, análise exergética, permitindo a localização dos principais processos destruidores da capacidade de realização de trabalho ao longo da cadeia de processamento. Após a localização das irreversibilidades, diversas opções para melhoria dos processos são avaliadas. A exergia consumida nos processos é dividida em renovável e não renovável e posteriormente repartida, junto com as respectivas emissões de CO2, entre as diversas correntes de cada unidade de processamento. Para uma repartição racional dos fluxos exergéticos e de CO2, a análise exergoeconômica foi utilizada. Um sistema, que permite interações cíclicas entre a cadeia produtiva dos principais combustíveis utilizados no Brasil e a produção de eletricidade, foi elaborado a fim de permitir uma comparação entre os diversos combustíveis levando em consideração toda a cadeia produtiva. Esta comparação está fundamentada no consumo de exergia renovável e não renovável e nas emissões de CO2. Pode-se concluir que o coque de petróleo é o combustível que mais emite CO2, em seguida, encontram-se o carvão e a gasolina. O diesel hidrotratado vem após a gasolina, devido principalmente ao consumo de hidrogênio pelo hidrotratamento. Embora o diesel convencional emita mais SOx e NOx, este diesel exige menos exergia não renovável e emite menos CO2 que o diesel hidrotratado. O hidrogênio, se produzido da forma convencional (reforma a vapor de hidrocarbonetos leves), é o combustível mais intenso em exergia não renovável e com emissão de CO2 próxima ao valor da gasolina e maior que o valor obtido para o diesel convencional. O etanol se mostra uma boa alternativa ao uso dos derivados de petróleo, mesmo considerando configurações típicas para as usinas sucroalcooleiras. / The oil processing is analyzed by the combined and systematic application of the First and Second Laws of Thermodynamics, exergy analysis, allowing the location of the processes responsable for the main destructions of work capability along the processing chain. After the location of irreversibilities, several options for improving processes efficiency are evaluated. The exergy consumed in the processes is divided into renewable and non-renewable and then distributed, along with their CO2 emissions, among the various currents of each processing unit. For a rational distribution of the exergy and CO2 flows, exergoeconomy analysis takes place. A system that allows cyclical interactions between the productive chain of the main fuels used in Brazil and electricity production, is designed to allow the comparison among different fuels taking into account the entire production chain. This comparison is based on renewable and non-renewable exergy consumption and CO2 emissions. It can be concluded that the petroleum coke is the fuel that emits more CO2 followed by coal and gasoline. The hydrotreated diesel comes after gasoline, mainly due to the consumption of hydrogen for hydrotreating. Although conventional diesel emit more NOx and SOx, this diesel requires less non-renewable exergy and emits less CO2 than hydrotreated diesel. Hydrogen, if produced in the conventional way (steam reforming of light hydrocarbons) is the fuel most intense in nonrenewable exergy consumption and has CO2 emission near the value of gasoline and higher than the value obtained for conventional diesel. Ethanol is a good alternative to the use of petroleum derived fuels, even considering typical configurations for sugarcane mills.

Estratégias de otimização em tempo real (RTO: Real Time Optimization) são utilizadas para avaliar e determinar as condições ótimas operacionais de uma planta em estado estacionario, maximizando a produtividade econômica do processo sujeita a restrições operacionais. Esse problema de otimização engloba toda a planta e pode ser resolvido utilizando um só modelo para todo o processo que maximize o lucro bruto operacional considerando os preços de mercado das correntes de entrada e saída do processo. No entanto, na prática, essa abordagem centralizada muitas vezes não pode ser aplicada, devido ao tamanho e complexidade do problema de otimização, a que é muito difícil que todas as unidades da planta estejam em estado estacionário ao mesmo tempo e a que as unidades de processo não estão sincronizadas já que em muitos processos não existe armazenamento intermediário. Uma solução é utilizar uma estrutura distribuída, na qual o problema de otimização deve ser decomposto em subproblemas com reduzida complexidade numérica. Tal decomposição, no entanto, exige que o preço das correntes de entrada e saída de cada subproblema sejam adequadamente determinados. Com este proposito, neste trabalho, serão aplicadas técnicas de decomposição em uma unidade de produção de propeno da refinaria REPLAN (Refinaria de Paulínia, São Paulo) da PETROBRAS. Essa unidade será modelada, simulada e otimizada no software orientado a equações EMSO (Environment for Modeling, Simulation and Optimization). Com o objetivo de testar as técnicas de decomposição, a unidade será decomposta em três divisões que são: depropanizadora, deetanizadora e C3 splitter. Mostra-se que duas técnicas tradicionais chamadas de relaxação Lagrangiana e Lagrangeano aumentado não conseguem convergir em uma solução devido a duas causas. A primeira causa é que o processo estudado contém divisões indiferentes, o que significa que não existe dependência linear entre a função objetivo e as restrições complicadoras. A segunda causa é que os subproblemas de otimização que representam cada uma das divisões da unidade têm funções objetivos lineares, neste caso, a restrição ativa de cada subproblema irá ser sempre a capacidade de produção máxima ou mínima de cada divisão e não uma vazão intermediária. Uma técnica alternativa, Pricing Interprocess Streams Using Slack Auctions, também foi aplicada ao processo estudado. Essa técnica define uma folga de recurso entre as correntes 2 intermediárias das divisões e utiliza leilões para ajustar o preço dos produtos intermediários. Mostra-se que esse último abordagem também apresenta problemas na sua aplicação, porque todas as divisões estudadas têm dois produtos diferentes, isso significa que a técnica produzirá sempre a vazão máxima do produto final (vazão que tem preço de mercado) de cada divisão e não assim do produto intermediário (vazão que vai de uma divisão para outra). Identificados os problemas nessas técnicas de decomposição, é proposta uma modificação do algoritmo de relaxação Lagrangeana. Para o qual é considerada uma nova variável denominada limite de produção disponível (LPD) e uma restrição para as vazões de carga de cada uma das divisões, a qual será atualizada a cada iteração. Essa modificação no algoritmo consegue superar os problemas apresentados para a resolução do problema de otimização para a unidade estudada considerando uma estrutura distribuída. / Real time optimization strategies (RTO) are used to evaluate and determine the optimum operating conditions of a plant, maximizing the economic productivity of the process which is subject to operational constraints. This optimization framework encompasses the entire plant, and can be solved using one model for the entire process that maximizes the operating gross profit considering the market prices of input and output stream`s process. However, in practice this centralized approach often cannot be applied due to the size and complexity of the optimization problem. One solution is to use a distributed structure, in which the optimization problem must be broken into sub-problems with reduced numerical complexity. Such decomposition, however, requires that the price of input and output stream of each sub-problem should be adequately determined. With this purpose, in this work, decomposition techniques is applied in a propylene production unit at the refinery REPLAN (Refinaria de Paulínia, São Paulo) owned by PETROBRAS. This unit is modeled, simulated and optimized in an equation oriented software EMSO (Environment for Modeling, Simulation and Optimization). In order to test the decomposition techniques, the unit is decomposed into three divisions, which are depropanizer, deethanizer and C3 splitter. It is shown that two traditional techniques called Lagrangian relaxation and augmented Lagrangian cannot converge on a solution due to two causes. The first cause is that the studied process contains indifferent divisions, which means that there is no linear dependence between the objective function and the complicating constraints. The second cause is that the optimization sub-problem that represent each divisions has linear objective functions, in this case, the active constraint of each sub-problem will always be the maximum or minimum production capacity of each division and not an intermediate flow rate. An alternative technique Pricing Interprocess Streams Using Slack Auctions was also applied to the studied process. This technique defines a resource slack between the intermediary streams and use auctions for adjusting the price of intermediary products. It is shown that this technique also presents problems in its applications because all divisions studied has two different products, this means that this technique will always produce the maximum flow rate of the final product (flow rate that has a market price) of each division, and not the intermediate product (flow rate that goes from one division another). Identified problems in these decomposition 4 techniques, the proposed approach extended the Lagrangian relaxation algorithm, in which a new variable called \"available production limit\" (LPD) and a restriction to the feed flow rate from each divisions are considered, which will be updated at every iteration. This change in the algorithm can overcome the issues presented for solving the optimization problem for the unit studied considering a distributed structure.

O processo de tomada de decisão que envolve a priorização e a seleção de projetos de investimentos na indústria do petróleo está longe de ser uma tarefa trivial. Ao mesmo tempo em que a empresa deve buscar relações favoráveis entre risco e retorno econômico-financeiro também deve se alinhar cada vez mais aos princípios do desenvolvimento sustentável em seus negócios. Em se tratando do caso da indústria petrolífera brasileira, formada essencialmente por um monopólio estatal, esta tarefa se torna ainda mais difícil, já que uma série de interesses públicos relacionados ao investimento também devem ser considerados. Sendo assim, o objetivo principal desta pesquisa foi o desenvolvimento e a aplicação de um modelo original de análise usando múltiplos critérios que auxiliasse na priorização e na seleção de projetos de investimentos nas refinarias de petróleo brasileiras. Utilizou-se uma metodologia de pesquisa quantitativa com o uso de diversos artefatos de matemática aplicada capazes de lidar adequadamente com as avaliações muitas vezes incompletas e subjetivas que caracterizam o problema da análise de investimentos em refinarias de petróleo. Ao final do trabalho, conseguiu-se obter um modelo suficientemente simples, ao ponto de ser facilmente implementado em uma planilha eletrônica, robusto, ao ser capaz de lidar de maneira bastante adequada com as principais peculiaridades que envolvem o setor do refino de petróleo no Brasil e flexível, de maneira que os critérios de análise e as alternativas de decisão pudessem ser facilmente adicionados, removidos ou alterados de acordo com as necessidades específicas exigidas para cada caso. / The decision-making process involving the prioritization and selection of investment projects in the oil industry is far from being a trivial task. At the same time that the company must seek for a favorable relationship between risk and economic-financial return it must also be more and more aligned to the principles of sustainable development in their business. Regarding to the case of the Brazilian oil industry, essentially formed by a state monopoly, this task becomes even more difficult, since a number of public interests related to investment should also be considered. Thus, the main objective of this research was the development and application of an original analysis model using multiple criteria that help in the prioritization and selection of investment projects on the Brazilian oil refineries. We used a quantitative research methodology using various applied mathematical tools capable of dealing properly with often incomplete and subjective valuations of investment analysis in oil refineries. At the end, it was possible to obtain a sufficiently simple model, that could be easily implemented in a spreadsheet, robust, to deal in a properly way with the main peculiarities involving the oil refining sector in Brazil and sufficiently flexible so that the criteria for analysis and decision alternatives could be easily added, removed or modified in accordance with the specific needs required for each case.

[pt] A matriz energética brasileira vem se modificando seguindo a tendência mundial por fontes de energia mais limpas. A queda do mercado interno de óleo combustível aliada à sazonalidade da demanda de asfalto implica em redução dos indicadores de desempenho. As importações de derivados tiveram forte alta nos últimos anos para atender à crescente demanda o que contribui para o desequilíbrio da balança comercial brasileira. Diante desse cenário, a Petrobras traçou metas desafiadoras para mitigar esse problema, que dentre outras, envolve a maximização da utilização dos ativos instalados. A modelagem desenvolvida servirá de suporte para decisões de ações corretivas e preventivas permitindo um bom desempenho operacional de uma refinaria da Petrobras, permitindo maior produção de derivados claros (diesel, querosene de aviação e gasolina) de alto valor agregado. Um modelo PNLIM (programação não linear inteira mista) foi desenvolvido e aplicado no subsistema em análise (suprimento de petróleo, refino e comercialização) sem êxito. Técnicas de linearização foram aplicadas a fim de se obter um modelo PLIM que foi utilizado com sucesso. As soluções obtidas no estudo de caso indicam que a busca pela minimização das importações de derivados claros garantem um elevado fator operacional para refinaria em análise. Dentre as variáveis de decisão avaliadas o investimento em uma nova unidade de Coqueamento (unidade de conversão) é a que apresenta maior valor marginal. O trabalho teve uma ampla abordagem dentro da cadeia de suprimento permeando as decisões no nível estratégico e tático da organização se caracterizando como uma excelente ferramenta para apoio de decisões. / [en] The Brazilian energy matrix is changing following the global trend towards cleaner sources of energy. Decrease of domestic fuel oil market combined with the seasonality of asphalt demand implies a reduction of performance indicators. Imports of oil products rose sharply in recent years to meet the growing demand which contributes to the imbalance of Brazil s trade balance. Given this scenario, Petrobras traced challenging targets to mitigate this problem, which among others involves maximizing the use of assets installed. The model developed will support decisions for corrective and preventive actions allowing a good operating performance of a Petrobras refinery, allowing greater production of light oil products (diesel, jet fuel and gasoline) with high added value. A MINLP (mixed integer nonlinear programming) model was developed and applied in the analysis subsystem (upstream, midstream, downstream) without success. Linearization techniques were applied in order to obtain a MILP model that has been successfully used. The solutions obtained in the case study indicate that the search for the minimization of imports of lights derivatives provide a high operating factor for refinery analysis. Among the decision variables evaluated investment in a new Delayed Coking plant (conversion unit) is has the highest marginal value. The work had a broad approach within the supply chain permeating the strategic and tactical decisions in the organization is characterized as an excellent tool to support decisions.