Mestrado em celulose e papel

UNIARA – Centro Universitário de Araraquara Programa de Mestrado Profissional em Engenharia de Produção MODELO PARA AVALIAÇÃO DO CONSUMO ESPECÍFICO DE MADEIRA E INSUMOS ENERGÉTICOS NO PROCESSO DE PRODUÇÃO DE CELULOSE E PAPEL Francisco de Assis Bertini Moraes Orientador : Prof. Dr. Claudio Luis Piratelli Araraquara, SP Dezembro / 2010

SUMÁRIO DA APRESENTAÇÃO ,[object Object]

MOTIVAÇÃO PARA O TEMA ABORDADO

JUSTIFICATIVA DA ESCOLHA DO TEMA

CONSTRUÇÃO DO MODELO ESTRUTURAL

MODELAGEM DO PROCESSO DE CELULOSE E PAPEL

CONTEXTUALIZAÇÃO ,[object Object],- 3,7 milhões dehectares de eucalipto em reflorestamento, 14,3 milhões ton, 3,5% do PIB, - US$ 4,8bilhões em impostos e US$ 6,1 bilhões emexportações - Emprega 4,6 milhões depessoas ou 5% da população economicamenteativa do Brasil ,[object Object]

4º. Maior produtor mundial de celulose,

100% da produção de celulose com reflorestamento,

Estado da arte na tecnologia implantada,

Crescimento de 50% na produção até 2022, Investimentos US$ 20 bilhões, 22 milhões toneladas ,[object Object],- Aumento na produtividade florestal de 25 para 40 a 60 m3-madeira/hectare.ano, - O aprimoramento genético do eucalipto emelhoria de tecnologia de produção : > rendimento Maior rendimento : Maior produção de celulose com menorquantidadede madeira, Menor consumo específico de madeira (m3 de madeira por tonelada de celulose produzida). ,[object Object],Óleo combustível, Gás natural, Madeira para energia e Energia elétrica, Perfil energético adequado aosprocessos mais eficientes de cogeração e autosuficiência, Desenvolvimento tecnológico para a utilização de biomassa e queima de licor negro, Investimentos para se ter uma indústria com alta eficiência na assimilaçãode carbono. 3

MOTIVAÇÃO PARA O TEMA ABORDADO ,[object Object], Linha de Fibras, Recuperação & Utilidades e Produção de Papel, - Prática da gestão operacional sem a suficiente análise de interação entre estas áreas, podendo representar benefícios para uma área e prejuízos para outra, sendo o resultado obtido nem sempre favorável ao negócio como um todo. ,[object Object],(Barrichelo, 1985), (Foelkel, 1990), (Garcia, 1995), (Colodetteet al., 2002), (Trugilhoet al., 2004), (Gomide et al., 2005), (Sansigoloet al., 2007), (Silva et al., 2007), (Saconet al., 2007), (Ribeiro, 2007), (Polowski, 2009), (Mokfienskiet al., 2008) ,[object Object],Poucas pesquisas nos setores da linha de fibras e produção de papel para ações de redução no consumo de vapor e sem analisar o impacto no processo como um todo. (Brito e Barrichelo, 1978), (Muramotoet al., 1983), (Coelho et al., 1996), (Cardoso, 1998), (CGEE– Secretária Técnica do Fundo Setorial de Energia, 2001), (Silva, 2002), (Quirino et al., 2004), (Barcellos et al., 2005), (Muller et al., 2006), (Velázquez, 2006), (Brand, 2007), (Rendeiro et al., 2008), (Berniet al., 2008), (Francis et al., 2008), (Bajayet al., 2010). ,[object Object]

Identifica-se, portanto, oportunidade de elaboração de estudo avaliando o impacto econômico na utilização da madeira de eucalipto como fonte de matéria prima e energia na indústria de celulose e papel e as influências das inúmeras variáveis do processo. 4

OBJETIVOS DO TRABALHO ,[object Object], relaçãoao seu consumoespecífico de madeira e de insumos energéticos, direcionando melhor seus recursos para ações deredução de custos , tanto parainiciativas de ações combaixo ou nenhum investimento ou para viabilizar projetosde dispêndio de capital. 5 Nesta dissertação, pretende-se : ,[object Object], asdiversas variáveis queinfluenciam noconsumo específico de madeira para celulose e noconsumo de insumos energéticos comprados(madeira para energia, óleocombustível eenergia elétrica) do objeto de estudo, ,[object Object],papel, uma visão maisabrangente ecrítica de inter-relação das variáveis de influência nos custos de produção, através da técnica de regressão linear múltipla aplicadaà construção de modelos de predição para um caso real (este é o maior aportedesta dissertação), e

JUSTIFICATIVA DA ESCOLHA DO TEMA ,[object Object]

Modelos com regressão linear múltipla como alternativa aos modelos teóricos com base fenomenológica, permitindo estimar uma série de equações por regressão múltipla separadas, mas interdependentes, simultaneamente, pela especificação do modelo estrutural previamente construído pelo pesquisador. 6 ,[object Object]

Menor dependência : de grandes áreas florestais e da compra de insumos energéticos

Gerenciamento pela produção de madeira, atuando-se diretamente na gestão florestal.

O pesquisador baseia-se em teoria, experiência prévia e nos objetivos da pesquisa, para distinguir quais variáveis independentes prevêem cada variável dependente.

METODOLOGIA De acordo com a classificação de Silva e Menezes (2001), ,[object Object]

Considerando a forma de abordagem do problema, essa pesquisa é quantitativa, pois visa coletar e analisar variáveis dependentes e independentes por meio de técnicas estatísticas.

Com relação aos seus objetivos, essa pesquisa é classificada como descritiva, pois visa descrever o estabelecimento de relações entre variáveis através da construção de um modelo matemático.

Do ponto de vista dos procedimentos técnicos essa pesquisa caracteriza-se como pesquisa bibliográfica e estudo de caso, pois o conhecimento dos fenômenos são articulados de forma teórica usando conceitos, modelos, experiência prévia e proposições bem definidos. Neste caso, o tratamento dos dados é conduzido com o objetivo específico de testar a adequação dos conceitos desenvolvidos e a validade das fronteiras dos modelos (modelo estrutural). 7

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA , Madeira de Eucalipto A madeira : ~75% de polissacarídeos (50 a 80% de celulose e 5 a 30% de hemicelulose) e 25% de lignina. A maior concentração de lignina encontra-se na lamela média e a de celulose na parede secundária, no entanto, apesar da menor concentração, a maior quantidade de lignina encontra-se também na parede secundária, existindo uma forte interação entre lignina-hemicelulose-celulose. 8

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA , Madeira de Eucalipto para Celulose 100 kg (base seca) de madeira de Eucalyptusgrandis Polpa oriunda de 10 clones distintos de eucaliptos Cozimento para kappa = 18 na polpa (Teor Lignina ~ 3,5 %) Cinzas 0,4 kg Extrativos 2,1 kg Lignina 26,5 kg Hemicelulose 20,8 kg Celulose 50,2 kg Cozimento kraft com #kappa 16 (3,2 % lignina) e Rendimento 50% 50 kg (base seca) de Fibras Marrons (50% de rendimento) Extrativos 0,15 kg (7,1%) Cinzas 0,1 kg (25,0%) Lignina 0,75 kg (2,8%) Hemicelulose 8,0 kg (38,5%) Celulose 41,0 kg (81,7%) Carga de Álcali Efetivo, % (Proporcional ao teor de lignina na madeira) 50 kg (base seca) dissolvidos no licor preto Extrativos 1,95 kg (92,9%) Cinzas 0,3 kg (75,0%) Lignina 25,75 kg (97,2%) Hemicelulose 12,8 kg (61,5%) Celulose 9,2 kg (18,3%) Quanto menor o teor de lignina na madeira, menor o requisito de álcali (soda cáustica e sulfeto de sódio) requerido para o cozimento (polpação) e consequentemente maior o rendimento obtido. 9

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA , Madeira de Eucalipto para Energia % Carbono Fixo, Carvão Vegetal 10 espécies de eucaliptos PoderCalorífero, kcal/kg PCS PCI % Lignina na madeira, base seca (Brito e Barrichelo, 1977) Teor de umidadedamadeira, % ,[object Object], carvão produzido e consequentemente maior teor energético é obtido da madeira. ,[object Object], madeira e consequente um cozimento mais uniforme com maior rendimento. No entanto, na madeira destinada a produção de energia o maior teor de umidade reduz consideravelmente o poder calorífero. 10

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA , Processo de fabricação de celulose O processo kraftde produção de celulose tem como função dissolver e extrair a lignina da madeira, com o objetivo de liberar as fibras com o mínimo de degradação dos carboidratos (celulose e hemicelulose). Óleo Combustível Toras de Madeira Água Tratada Cascas e Resíduos Preparação de Madeira Tratamento Água - Caldeira Vapor Alta Pressão Cavacos p/ Energia Caldeira de Biomassa Cavacos p/ Cel. Turbo Gerador Energia Elétrica Gerada Energia Elétrica Comprada Cozimento Vapor Baixa Pressão O processo, pode ser dividido em Vapor Alta Pressão Polpa Marrom e Licor Preto ,[object Object],Filtrado Rejeitos ,[object Object],Cadeira de Recuperação Evaporador Pré Lavagem e Depuração Licor Preto Licor Preto RCH-Na ,[object Object]

Máquina de PapelLicor Verde Na2CO3 Na2S Polpa Marrom Deslignificação com Oxigênio Licor Branco NaOH Na2S Filtrado Caustificação Na2CO3 + CaO NaOH + CaCO3 Oxidação de Licor Branco NaOH Lama Cal CaCO3 Cal CaO Tratamento de Água Pós Lavagem Água Bruta Água Tratada Produção de Oxigênio Ar O2 Forno de Cal CaCO3  CaO + CO2 Polpa Marrom Deslignificada Rio Tratamento de Efluentes Produção de Dióxido de Cloro Branqueamento Clorato Sódio Ácido Sulfúrico Metanol ClO2 Efluente Tratado Efluente Óleo Combustível Celulose Branqueada Gás Carbônico CO2 Produção de Carbonato de Cálcio Secagem Máquina de Papel Carbonato de Cálcio CaCO3 11

Fábrica de Celulose , 1200 t/d celulose e 1000 t/d de papel para impressão REVISÃO BIBLIOGRÁFICA , Distribuição de vapor e energia elétrica Total 60 MW Total 60 MW 0 MW 4 bar 4 bar 45 t/h 45 t/h Energia Elétrica para Mercado 160 t/h 15 MW 50 t/h 15 MW Linha de Fibras Condensador 50 t/h Linha de Fibras Caldeira de Recuperação Caldeira de Recuperação Licor Preto Licor Preto 220 t/h 220 t/h 10 t/h 1740 tss/d 10 t/h Vapor 1740 tss/d Vapor Secadora de Celulose 200 t/d 3 MW 243 t/h 243 t/h Secadora de Celulose 200 t/d 3 MW 2 t/h 2 t/h 34 t/d Turbina 92 t/h 65 t/h 34 t/d Turbina 92 t/h 65 t/h Recuperação Química 15 t/h 13 MW Óleo Combustível Forno de Cal 490 t/h Recuperação Química 15 t/h 13 MW Óleo Combustível Forno de Cal 335 t/h Caldeira de Biomassa Caldeira de Biomassa 270 t/h 23 t/h Biomassa 23 t/h 115 t/h Biomassa 9 MW Vapor 15 t/h Utilidades 9 MW Vapor 15 t/h Utilidades Gerador Cascas e Resíduos 0 MW Gerador Cavacos de Madeira 100 t/h 22 MW 100 t/h Cavacos de Madeira Cascas e Resíduos 20 MW 20 MW 10 t/h Energia Elétrica de Mercado Máquinas de Papel 10 t/h Energia Elétrica de Mercado Máquinas de Papel 60 bar 60 bar 12 bar 2200 m3-sólido/dia 12 bar 720 m3-sólido/dia 60 MW 535 t.seca/dia 535 t.seca/dia 38 MW Energia Elétrica Gerada Energia Elétrica Gerada cogeração com turbina a extração, contrapressão e condensação (CEST) cogeração com turbina a extração e contrapressão 12

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA , Modelagem com regressão linear múltipla A modelagem fornece a técnica de estimação para uma série de equações de regressão múltipla separadas estimadas simultaneamente O modelo estruturalé o modelo de “caminhos”, que relaciona variáveis independentes com dependentes. Em tais situações, teoria, experiência prévia ou outras orientações permitem ao pesquisador distinguir quais variáveis independentes prevêem cada variável dependente. O modelo de mensuração permite ao pesquisador examinar uma série de relações de dependência simultaneamente, sendo particularmente útil quando uma variável dependente se torna independente em subseqüentes relações de dependência. 13

OBJETO DO ESTUDO DE CASO A IP - InternationalPaper do Brasil Ltda., (Mogi Guaçu-SP, Luiz Antonio-SP e Três Lagoas-MS) possui capacidade de 820 mil toneladas/ano de celulose e 1,0 milhão de toneladas/ano de papelpara imprimir e escrever.Cerca de 50% das vendas são destinadas ao mercado externo. Unidade Luiz Antonio,que atualmente atua de forma integradacomprodução de 1200 t/d de celulose e 1000 t/d de papel, com linha única de produção de celulose e 2 máquinas de papel. 100% do suprimento de madeira de eucalipto para produção de celulose e energia, provém de florestas plantadas (90% próprias) oriundas de um raio médio de 40 km (80% clones , urograndis). 14

CONSTRUÇÃO DO MODELO ESTRUTURAL Cadeia de suprimentos de madeira e insumos energéticos para o processo de fabricação de celulose e papel. 15

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