Para ajudar os produtores de biocombustíveis a aumentar a produção de diesel renovável, a ExxonMobil implementou a tecnologia ExxonMobil Renewable Diesel (EMRD). Com o AVEVA PRO/II Simulation, a ExxonMobil desenvolveu o EMRD, que mais tarde foi incorporado à instalação de diesel renovável de Strathcona e produz 20 mil barris de combustível por dia, fazendo da Strathcona a maior instalação de diesel renovável do Canadá. Espera-se que essa nova instalação ajude o setor de transportes canadense a reduzir suas emissões de CO2 em 3 milhões de toneladas métricas por ano.
Desafios
Produção de novos combustíveis sustentáveis para atender às necessidades energéticas do mundo
Os produtores de combustível sustentável precisam atender às especificações avançadas de fluxo em baixa temperatura, além de maximizar o rendimento
A otimização de diversas variáveis no processo de diesel renovável, como temperaturas de operação e locais de estágio de alimentação, exige ferramentas de simulação avançadas e personalizáveis
Resultados
O novo processo da ExxonMobil Renewable Diesel (EMRD) proporciona maior controle, otimizando a produção atendendo às rigorosas especificações do produto.
20.000
barris de diesel renovável por dia esperados na instalação de diesel de Strathcona com o EMRD
3 milhões
toneladas métricas de emissões de CO2 reduzidas por ano nesta instalação
ExxonMobil Renewable Diesel (EMRD)
O setor de transportes é responsável por cerca de um quarto das emissões de CO2 do mundo. E com a intensificação da necessidade e da urgência da ação climática, nossa necessidade de transportar a nós mesmos, bens e serviços não está reduzindo. A população mundial continuará crescendo e, com ela, aumentará também a nossa necessidade de transporte e nossa demanda por energia.
É por isso que a líder do setor de petróleo e gás está traçando um novo caminho com o ExxonMobil Renewable Diesel (EMRD), tecnologia de processo proprietária concebida para ajudar os produtores de biocombustível a aperfeiçoar a produção de diesel renovável, além de atender às rigorosas especificações do produto. Para projetar e otimizar o EMRD, a ExxonMobil utilizou o AVEVA™ PRO/II Simulation.
Novas fontes de combustível sustentáveis exigem novos processos
"O cultivo de combustíveis sustentáveis exigirá muitos processos novos", comentou o Dr. Trivedi. Dessa forma, a questão passa a ser: como devo proceder para sintetizar esse novo processo? A resposta é: com muita atenção aos detalhes e às ferramentas avançadas de simulação. É dessa forma que a síntese de processos se apresenta em resumo: o primeiro passo é identificar a química que transformará sua matéria-prima (neste caso, óleo de canola) no produto desejado (diesel renovável). Com a química definida, o próximo passo é encontrar um catalisador para acelerar a reação, resultando em um nível de produção constante e comercialmente viável. Com isso, é hora de projetar os reatores que transformarão essa matéria-prima em produto.
Nesta etapa, além do produto, seus reatores estarão gerando subprodutos indesejados e provavelmente também restará alguma matéria-prima não reagida. Isso significa que é hora de projetar a fase de separação e purificação do seu processo.
O subproduto deve ser removido e a matéria-prima não reagida deve ser reciclada no reator para evitar perda de rendimento. Agora que você entende os parâmetros operacionais do reator (pressão, temperatura, fluxo etc.), pode utilizar todas essas informações para projetar a rede de troca térmica. Em seguida, você projeta o sistema utilitário que informa, no portão da refinaria ou no portão da unidade, quanta energia será necessário importar, quanto combustível, vapor etc. Por fim, você transforma tudo isso em P&IDs, sai da simulação e começa a construir.
O design e a otimização de cada uma dessas fases do processo são incrivelmente complexos e precisam de tecnologias de simulação sofisticadas. Este é o papel do AVEVA PRO/II Simulation.
Solução
O AVEVA PRO/II Simulation é um simulador estacionário que otimiza o desempenho da instalação melhorando o projeto do processo, a análise operacional e a realização de estudos de engenharia.
Transformação da química em processo
“A química do diesel renovável é bem conhecida e entendida”, afirma o Dr. Trivedi. Mas entender a química não é o mesmo que utilizar essa química para produzir 20 mil barris de diesel renovável por dia. Com o AVEVA PRO/II Simulation, a ExxonMobil desenvolveu sua tecnologia de processamento avançada, o EMRD. Ao contrário de outros processos de produção de diesel renovável no mercado, que geralmente são processos de um estágio, o EMRD ocorre em dois estágios. O hidrotratamento e a desparafinação são controlados em separado, o que oferece aos produtores de biocombustíveis o maior controle necessário para atender às propriedades avançadas de fluxo em baixa temperatura, maximizando também seu rendimento. Com maior refração, o EMRD pode também produzir combustível de aviação sustentável como um produto secundário.
O componente predominante da matéria-prima biológica (o óleo vegetal ou óleo de cozinha usado) é o triglicerídeo, molécula composta por três glicerídeos conectados em uma extremidade. Este é o mesmo triglicerídeo encontrado no nosso sangue, explica o Dr. Trivedi. A ExxonMobil utiliza o EMRD para converter esses triglicerídeos e hidrogênio em n-parafinas, além de propano, água, monóxido de carbono e dióxido de carbono. As n-parafinas, ou parafinas normais, fervem na mesma faixa que o diesel e os combustíveis de aviação, mas ainda há um problema: com a queda da temperatura, essas parafinas começam a se solidificar. "Isso não pode acontecer a 30 mil pés de altitude de jeito nenhum", alerta o Dr. Trivedi.
Com o AVEVA PRO/II Simulation, a equipe assegura que o diesel renovável que está produzindo atende às propriedades do combustível convencional. Uma solução possível é quebrar essas longas e pesadas moléculas de carbono para melhorar as propriedades do fluxo nas temperaturas baixas das n-parafinas. Essa estratégia, no entanto, reduz o rendimento. Com o AVEVA PRO/II Simulation, a ExxonMobil desenvolveu um processo para converter parafinas em isoparafinas, preservando o rendimento e melhorando o ponto de névoa do diesel resultante, a temperatura mais baixa em que se observa a formação de cristais no biodiesel como uma suspensão turva.
“Ter várias maneiras de prever as situações no simulador nos ajuda a identificar os limites com rapidez e, assim, a criar um projeto robusto”.
—Dra. Kirtan Trivedi, Projetos Globais, ExxonMobil
Ferramentas essenciais para o design de processos otimizados
Do projeto dos reatores e do sistema de resfriamento à otimização da rede de trocadores de calor por meio da análise de pinch, o processo de produção de diesel renovável é extremamente intrincado e complexo. Com o AVEVA PRO/II Simulation, a ExxonMobil dispunha das ferramentas avançadas de simulação necessárias para simplificar o processo. Como resultado, a equipe reduz o tempo de construção e cálculo do modelo e melhora o entendimento básico de como o modelo opera e como seus componentes interagem.
Outra vantagem do AVEVA PRO/II Simulation é a capacidade de incorporar propriedades dos componentes dos dados da sua própria instalação na simulação. Com o AVEVA PRO/II Simulation, explica o Dr. Trivedi, a ExxonMobil pode encontrar os "limites" do modelo de projeto incorporando diversos métodos de cálculo de ponto de fulgor na simulação e com isso a equipe consegue criar um projeto de alta qualidade. Isso é fundamental para garantir que o sistema hidráulico consiga tratar os produtos que a ExxonMobil produz, explica o Dr. Trivedi. "Com a estrutura pronta não queremos que uma dessas coisas nos impeça de maximizar nosso lucro", comenta o Dr. Trivedi.
Conclusão
Agora que a ExxonMobil sintetizou e otimizou sua tecnologia de processo de EMRD com o AVEVA PRO/II Simulation, é hora de sair do simulador e, como diz o Dr. Trivedi, "arriscar". Como parte do plano da empresa de investir cerca de US$ 17 bilhões em iniciativas de combustíveis de baixa emissão até 2027, a ExxonMobil vai incorporar sua tecnologia EMRD à unidade de diesel renovável Strathcona da Imperial. A refinaria fará uso de óleo de canola de origem local como matéria-prima para produzir cerca de 20 mil barris de combustível por dia, o que fará da Strathcona a maior instalação de diesel renovável do Canadá. Quando estiver em operação, as estimativas sugerem que essa nova instalação poderá ajudar o setor de transporte canadense a reduzir suas emissões de gases de efeito estufa em cerca de 3 milhões de toneladas métricas por ano.
Destaques do produto
AVEVA PRO/II Simulation — Simulador de processo estacionário confiável
Antiga Pro/II Process Engineering
Um simulador que otimiza o desempenho da planta melhora os processos do projeto e a análise operacional, realizando estudos de engenharia.
