Aumento da Rentabilidade na Produção de Resinas de Base Formaldeído

Abstract

Atualmente, as empresas vivem num mercado cada vez mais global, competitivo e exigente, o que obriga à constante melhoria de produtos e processos. Apenas recorrendo a processos de melhoria, e por vezes de verdadeiras reinvenções, é que se conseguem destacar nos seus segmentos. O grupo Sonae Arauco não é alheio a esta realidade, e através de uma das suas empresas, a EuroResinas – Indústrias Químicas S.A., promoveu o presente trabalho de doutoramento com o objetivo de aumentar a rentabilidade na produção de resinas de base formaldeído. Ao longo desta tese foram desenvolvidas análises pormenorizadas dos vários processos presentes na cadeia de produção de resinas sintéticas, não sendo descurada uma análise pormenorizada ao sistema de utilidades que garante o estabelecimento das condições processuais necessárias à produção, com vista à maximização da rentabilidade da unidade. Esta análise foi efetuada aos vários processos, obtendo-se assim uma abordagem holística à unidade. As melhorias apresentadas ao longo desta tese, apesar de baseadas em análises técnicas, são em parte aplicadas numa perspetiva de gestão de produção, não tendo sido efetuada uma otimização pura com base em modelos matemáticos e com o objetivo da promoção de alterações processuais profundas. Dos estudos efetuados, destacam-se as análises à qualidade de formaldeído e resinas produzidos, aos desperdícios gerados na produção de formaldeído e resinas, assim como as análises aos consumos de energia elétrica e térmica, e à produção de energia elétrica. Acompanhando as análises efetuadas aos processos encontram-se estudos de melhorias que foram implementados durante o programa de doutoramento, ou que se encontram em fase de preparação para execução. Por exemplo, na análise da Fábrica de Formaldeído promoveu-se o estudo da qualidade das soluções de formaldeído tendo-se proposto medidas concretas para a melhoria deste parâmetro, baseadas no melhor controlo processual das temperaturas de reação, na redução da concentração das soluções após realização de estudo de envelhecimento de soluções, e na alteração do modo de doseamento de soda cáustica ao processo. Por sua vez, a nível de medidas de redução de consumo de energia, procedeu-se à análise exaustiva das melhores condições de funcionamento da Fábrica de Formaldeído, originando uma proposta disruptiva de escalonamento da unidade face à prática vigente. Finalmente, numa ótica de redução de desperdícios gerados na unidade, efetuaram-se estudos de melhoria que permitiram a intensificação da produção de formaldeído, minimizando a produção de subprodutos. Na Fábrica de Resinas foram promovidos estudos que permitiram a melhoria da qualidade de resinas. Também aqui se verificaram formas de reduzir o consumo de energia, tendo-se identificado e implementado alguns destes estudos, dos quais se destaca a aplicação de variação regulável no sistema de vácuo durante a produção de resinas. Finalmente procedeu-se também à análise de desperdícios tendo-se identificado dois grandes desperdícios: água resultante de processos de extração; e recuperação de paraformaldeído. Para ambas as situações foram definidas medidas para a sua minimização. Foi ainda efetuada uma análise exaustiva ao sistema de utilidades, tendo sido nesta área que se obtiveram os maiores ganhos, por aplicação de projetos que visavam a sua melhoria quer a nível de consumo de energia elétrica e térmica, quer na produção de energia elétrica. Desta forma, foram desenvolvidos estudos que permitiram a alteração do modo de funcionamento da torre de arrefecimento e da central térmica. Destes estudos destaca-se por exemplo o projeto que visou a introdução de variadores de velocidades nos motores afetos à torre de arrefecimento, outro projeto que garantiu a redução do consumo de combustíveis por se recorrer a integração energética, e finalmente um terceiro estudo que permitiu aumentar a produção de vapor na Fábrica de Formaldeído, e consequentemente permitiu aumentar a produção de energia elétrica. Durante este trabalho foi ainda possível aplicar novas metodologias de gestão industrial, através da introdução do overall equipment effectiveness na Fábrica de Formaldeído e na Fábrica de Resinas, melhorando as ferramentas de avaliação de desempenho disponíveis, facilitando a definição de ações com o objetivo de melhorar os processos, e assim a rentabilidade dos mesmos. Destas análises surgiram melhorias cujos impactos na rentabilidade da unidade se encontram expostos através de métricas de desempenho, tendo-se por exemplo reduzido o consumo específico de energia elétrica em cerca de 11,7% e do consumo específico de fuelóleo na Fábrica de Resinas em cerca de 77,7%. Por sua vez, verificou-se um aumento de cerca de 23,7% na produção especifica de energia elétrica.

Nowadays, companies live in increasingly global, competitive and demanding markets, forcing them to constant improvement of products and processes. Only by resorting to systematic improvement procedures, and sometimes to true reinventions, they can remain leaders of their segments. The group Sonae Arauco is no stranger to this reality, and through one of its companies, EuroResinas - Indústrias Químicas S.A., promoted the present PhD project with the aim of increasing the profitability of the production of formaldehyde-based resins. This thesis develops detailed analyses of the various processes involved in the production chain of synthetic resins. A detailed analysis of the utility system that ensures the establishment of the necessary conditions for production was also performed, with the goal of process optimization and thus to maximizing the profitability of the unit. This work was implemented in several processes, thus obtaining a holistic approach to the industrial site. The optimization studies presented in this thesis, despite based on technical analysis, are partly applied considering a production management perspective, instead of a pure optimization one, based on mathematical models, and focused on promoting structural process changes. Of the various studies carried out, we highlight the analysis of the quality of formaldehyde and resins produced, the waste generated in the production of formaldehyde and resins, as well as the analysis of the consumption of electric and thermal energy and the production of electric energy. For example, during the analysis of the Formaldehyde Plant, a study of quality of formaldehyde solutions was promoted and concrete actions for the improvement of this parameter were proposed: better control of reaction temperatures; reduction of formaldehyde solutions concentration based on a study of solutions aging; and improvement of base-dosing method to the processes. In terms of actions for reduction of the energy consumption, a detailed analysis of the best operating conditions for the Formaldehyde Plant was carried out, resulting in a disruptive proposal for plant scheduling compared to the current practice. Finally, in order to reduce the waste generated in the unit, some improvement studies were carried out allowing the intensification of formaldehyde production, and minimizing the by-products production. Similarly to the Formaldehyde Plant, various studies were promoted in the Resin Plant that enabled resin quality improvements. Additionally, specific measures to reduce the energy consumption in this area were identified and implemented, e.g., the application of velocity frequency variation in the vacuum system during the production of resins. Finally, the waste production was also analyzed, and two major wastes were identified: water resulting from the extraction processes; and the paraformaldehyde recovery process. For both situations, measures were defined to minimize these wastes. As mentioned above, an exhaustive analysis of the utility system was also carried out. In this area the largest gains were obtained by applying measures that aimed at improving the electric and thermal energy consumption and the improvement of electric energy production. Thus, some studies were developed that allowed a change in the cooling tower and the thermal station operating modes. These studies include, for example, a project of introduction of speed variators in the cooling tower motors, and another project that ensured a reduction in fuel oil consumption through energy integration between steam and hot water, and finally a third study/project that allowed the increase of steam production in the Formaldehyde Plant, and consequently the increase of electric energy production. During this work it was also possible to apply new industrial management methodologies by introducing the overall equipment effectiveness index in Formaldehyde and Resin Plants. This new methodology improves the available working tools, simplifying the definition of actions with the objective of improving processes, and thus their profitability. From these analysis came improvements whose impacts on the profitability of the unit are exposed through performance metrics. These improvements can be translated in a reduction of the specific consumption of electricity by 11,7% and the specific consumption of fuel oil by the Resins Plant of approximately 77,7%. In turn, there was an increase of 23,7% in the specific production of electricity.