PRODUÇÃO DE AMÔNIA (4)

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ 
ESCOLA POLITÉCNICA 
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
BIANCA RIBAS 
HITAF WALID ZUKOVSKI MOUSFI 
ISABELLE PILATO 
MÁRCIO VINÍCIUS FALKOWSKI 
MARIA ISABEL DA SILVA CRUZ 
 
 
 
 
 
PRODUÇÃO DE AMÔNIA ATRAVÉS DA REFORMA AUTOTÉRMICA DO GÁS 
NATURAL 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2019
 
BIANCA RIBAS 
HITAF WALID ZUKOVSKI MOUSFI 
ISABELLE PILATO 
MÁRCIO VINÍCIUS FALKOWSKI 
MARIA ISABEL DA SILVA CRUZ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PRODUÇÃO DE AMÔNIA ATRAVÉS DA REFORMA AUTOTÉRMICA DO GÁS 
NATURAL 
 
Trabalho de Conclusão de Curso 
apresentado ao curso de Graduação em 
Engenharia Química da Pontifícia 
Universidade Católica do Paraná como 
requisito parcial à obtenção do título de 
Engenheiro Químico. 
 
Orientadora: Profa. Dra. Kamila Colombo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2019 
 
BIANCA RIBAS 
HITAF WALID ZUKOVSKI MOUSFI 
ISABELLE PILATO 
MÁRCIO VINÍCIUS FALKOWSKI 
MARIA ISABEL DA SILVA CRUZ 
 
 
PRODUÇÃO DE AMÔNIA ATRAVÉS DA REFORMA AUTOTÉRMICA DO GÁS 
NATURAL 
 
Trabalho de Conclusão de Curso 
apresentado ao curso de Graduação em 
Engenharia Química da Pontifícia 
Universidade Católica do Paraná como 
requisito parcial à obtenção do título de 
Engenheiro Químico. 
 
 
COMISSÃO EXAMINADORA 
 
 
 
_____________________________________ 
Profª. Dra. Kamila Colombo 
PUCPR 
 
 
 
_____________________________________ 
Profª. Msc. Camila Fukuda Gomes Santos 
PUCPR 
 
 
 
_____________________________________ 
Profª. Msc. Nara Maria Patias 
PUCPR 
 
 
 
Curitiba, 31 de maio de 2019. 
 
AGRADECIMENTOS 
O desenvolvimento desse trabalho – bem como a graduação como um todo – só se 
fez possível com o aporte de muitas pessoas que estiveram ao nosso lado ao longo 
desse percurso. A eles, gostaríamos de transmitir um singelo agradecimento: 
À Deus que nos deu a vida e, com seu amor infinito, nos cercou de pessoas de bem. 
Que nos suportou nas nossas dificuldades, nos tornando resilientes e fortes frente aos 
desafios dessa jornada. 
Às nossas famílias, nossa fonte de amor e inspiração, que tornaram possível a 
realização desse sonho e que fizeram tudo para tornar nossas dificuldades mais 
brandas. Incluímos aqui os ausentes, que seguem nos orientando e iluminando em 
outra dimensão e estarão sempre vivos dentro dos nossos corações. 
À professora Nara Patias que nos inspirou com sua personalidade e o seu sublime 
conhecimento em todas as disciplinas que nos lecionou. Durante este trabalho esteve 
presente tanto quanto pode, sem medir esforços para nos ensinar e não descansou 
enquanto não viu nossas melhores versões transformadas em um grande projeto. 
À professora e orientadora Kamila Colombo que acreditou em nosso potencial e nos 
instruiu com muita dedicação em horários extracurriculares. 
Aos colegas de curso que dividiram conosco aflições, alívios, maratonas de estudo e 
muito conhecimento durante os cinco anos de curso. 
Aos nossos amores, nossos companheiros e portos seguros que, muitas vezes 
contrariados, compreenderam, cederam e tranquilizaram nossos corações em 
momentos de nervosismo, estando sempre a postos para aplaudir esse momento de 
conclusão. 
Aos amigos que sentiram e compreenderam nossa ausência em função da elaboração 
desse trabalho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“O sucesso nasce do querer, da determinação 
e persistência em se chegar a um objetivo. 
Mesmo não atingindo o alvo, 
quem busca e vence obstáculos, 
no mínimo fará coisas admiráveis.” 
 
(José de Alencar) 
 
RESUMO 
 
A amônia tem diversas aplicações, tanto em sua forma gasosa quanto em sua forma 
líquida. Seu uso é destinado principalmente ao setor de fertilizantes, mas a substância 
também é encontrada em produtos de limpeza e cosméticos, além de ser aplicada 
como fluido refrigerante industrial. Industrialmente, sua síntese ocorre pelo processo 
de Haber-Bosch e no presente trabalho seguirá a tecnologia dada pela KBR 
PURIFIERplus™, que é a mais utilizada em escala industrial e apresenta menor custo 
de operação e investimento inicial. Sua produção ocorre a partir do gás natural obtido 
pela reforma autotérmica, e sua síntese é realizada por via catalítica. No cenário atual 
do país, sua produção interna ainda é insuficiente, visto que são importados cerca de 
20% do consumo total. Para tanto, o trabalho objetiva o dimensionamento, 
planejamento técnico, ambiental e econômico de uma planta de amônia que supra a 
quantidade demandada nacionalmente e atenda às necessidades mínimas das 
tecnologias de produção, produzindo 400 mil t/ano. O processo de produção de 
amônia divide-se em seis etapas principais até a etapa de sua síntese, sendo elas o 
pré-tratamento do gás natural, reforma primária, secundária, seção de shift, de 
remoção de dióxido de carbono e de metanação. Os equipamentos utilizados para 
esses processos compreendem as absorvedoras seguidas das colunas de destilação, 
o forno, cinco reatores, sistemas de condensação, trocadores de calor, chillers, 
compressores, bem como as turbinas. A unidade possui ainda uma estação de 
tratamento de efluentes, onde são utilizados o mecanismo de gradeamento e 
desarenação para o tratamento preliminar, decantador primário para o tratamento 
primário e o tanque de aeração (reator aeróbio) com lodo ativado para o tratamento 
secundário, objetivando a destinação final adequada ao corpo receptor. Ainda, a 
planta conta com uma estação de tratamento de água a fim de apropriá-la ao consumo 
humano e abastecimento do processo. 
 
Palavras-chave: Amônia. Reforma autotérmica. Síntese de Haber-Bosch. 
Fertilizantes. Gas natural. 
 
 
 
ABSTRACT 
 
Ammonia has several applications, both in its gaseous form and in its liquid form. Its 
use is mainly intended for the fertilizer industry, but the substance is also found in 
cleaning products and cosmetics, in addition to being applied as an industrial 
refrigerant fluid. Industrially, its synthesis occurs through the Haber-Bosch process and 
in the present work will follow the technology given by KBR PURIFIERplus ™, which 
is the most used on an industrial scale and presents lower operation cost and initial 
investment. Its production occurs from the natural gas obtained by the autothermal 
reform, and its synthesis is carried out by catalytic route. In the current scenario of the 
country, its domestic production is still insufficient, since about 20% of the total 
consumption is imported. Therefore, the work aims at the technical, environmental and 
economic planning of an ammonia plant that exceeds the quantity demanded 
nationally and meets the minimum needs of production technologies, producing 400 
thousand tons / year. The process of production of ammonia is divided into six main 
steps up to the stage of its synthesis, being the pretreatment of natural gas, primary 
reform, secondary reform, shift section, carbon dioxide removal and methanation. The 
equipment used for these processes comprises the absorbers followed by distillation 
columns, the furnace, five reactors, condensation systems, heat exchangers, chillers, 
compressors as well as turbines. The unit also has an effluent treatment plant, where 
the grading and desanding mechanism is used for the preliminary treatment, primary 
decanter for the primary treatment and the aeration tank (aerobic reactor) with sludge 
activated for the secondary treatment, aiming to the correct destination to the receiving 
body. In addition, the plant has a water treatment plant in order to appropriate it to 
human consumption and supply the process. 
 
Keywords: Ammonia. Autothermal reform. Synthesis of Haber-Bosch. Fertilizers. 
Natural gas. 
 
 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
Figura 1 - Fluxograma do processo KBR PURIFIERplus™. ..................................... 39 
Figura 2 - Fluxograma do processo Haldor Topsoe. ................................................. 41Figura 3 - Esquema do processo de reforma a vapor. .............................................. 44 
Figura 4 - Representação de um reator de reforma autotérmica............................... 48 
Figura 5 - Conversão do metano para diferentes catalisadores. .............................. 53 
Figura 6 - Comparativo entre catalisadores para a síntese de amônia. .................... 54 
Figura 7 - Trocador de Calor ..................................................................................... 75 
Figura 8 - Vaso Flash ................................................................................................ 76 
Figura 9 - Bombas ..................................................................................................... 78 
Figura 10 - Produção mundial de amônia. ................................................................ 80 
Figura 11 - Consumo global de amônia. ................................................................... 81 
Figura 12 - Principais países produtores de amônia. ................................................ 82 
Figura 13 - Projeção de matérias-primas na produção de amônia. ........................... 83 
Figura 14 - Preços globais do gás natural. ................................................................ 83 
Figura 15 - Preço da amônia vs. Custo de gás natural nos EUA. ............................. 84 
Figura 16 - Expansão do consumo industrial. ........................................................... 85 
Figura 17 - Consumo mundial de fertilizantes. .......................................................... 85 
Figura 18 - Evolução da capacidade de produção de amônia na China. .................. 86 
Figura 19 - Malha de gasodutos dos Estados Unidos. .............................................. 87 
Figura 20 - Produção vs. Disponibilidade do gás natural. ......................................... 90 
Figura 21 - Oferta de Gás Natural Nacional e Importada. ......................................... 90 
Figura 22 - Malha de dutos do Brasil. ........................................................................ 91 
Figura 23 - Projeto de oferta de gás natural no Brasil. .............................................. 91 
Figura 24 - Gasodutos em território nacional ............................................................ 94 
Figura 25 - Gasoduto Brasil-Bolívia. .......................................................................... 95 
Figura 26 - Principais empresas produtoras de fertilizantes ...................................... 96 
Figura 27 - Distribuição das indústrias de fertilizantes no país.................................. 97 
Figura 28 - Imagem de satélite do terreno para implantação da indústria de Amônia.
 ................................................................................................................................ 100 
Figura 29 – Diagrama de Blocos ............................................................................. 101 
Figura 30 - Coluna de absorção ABS-101 ............................................................... 116 
Figura 31 - Gráfico da vazão de H2S retirado pela vazão de solvente alimentado . 117 
 
Figura 32 - Vazão de H2S retirado em diferentes temperaturas do solvente .......... 117 
Figura 33 - Vazão de H2S retirado em diferentes pressões de operação ............... 118 
Figura 34 - Gráfico da vazão de CO2 retirado pela vazão de solvente alimentado. 121 
Figura 35 - Representação da coluna de destilação ............................................... 124 
Figura 36 - Gráfico da razãode refluxoem função do número de pratos ................. 126 
Figura 37 - Gráfico da razão de refluxo em função do prato de alimentação .......... 126 
Figura 38 - Gráfico da razão de refluxo em função do número de pratos ............... 128 
Figura 39 - Gráfico da razão de refluxo em função do prato de alimentação .......... 128 
Figura 40 - Análise cinética em função da massa de catalisador do Reator RR-101.
 ................................................................................................................................ 134 
Figura 41 – Relação da velocidade com a perda de carga no reator RR-101. ........ 135 
Figura 42 - Análise cinética em função da pressão no Reator RR-101. .................. 136 
Figura 43 - Análise cinética em função da temperatura do Reator RR-101. ........... 137 
Figura 44 - Perfis de concentração do reator RR-101. ............................................ 138 
Figura 45 - Catálogo de tubulação 1 ....................................................................... 143 
Figura 46 - Catálogo de tubulação 2 ....................................................................... 144 
Figura 47 - Gráfico da perda de carga em relação ao comprimento do RR-101 ..... 145 
Figura 48 - Arranjo dos tubos .................................................................................. 146 
Figura 49 – Relações espaciais dos tubos .............................................................. 147 
Figura 50 - Análise cinética em função da massa de catalisador do Reator RR-102.
 ................................................................................................................................ 151 
Figura 51 – Relação da velocidade com a perda de carga no reator RR-102. ........ 152 
Figura 52 - Análise cinética em função da massa de catalisador do Reator RR-102.
 ................................................................................................................................ 153 
Figura 53 – Perfis de concentração do Reator RR-102. .......................................... 154 
Figura 54 - Gráfico da curva de perda de carga em relação ao comprimento do RR-
102 .......................................................................................................................... 156 
Figura 55 - Análise cinética em função da massa de catalisador do Reator RR-103.
 ................................................................................................................................ 159 
Figura 56 – Relação da velocidade com a perda de carga no reator RR-103. ........ 160 
Figura 57 - Análise cinética em função da massa de catalisador do Reator RR-103.
 ................................................................................................................................ 160 
Figura 58 - Perda de carga em relação ao comprimento do RR-103. ..................... 163 
 
Figura 59 - Análise cinética em função da massa de catalisador do Reator RR-104.
 ................................................................................................................................ 170 
Figura 60 – Relação da velocidade com a perda de carga no reator RR-104. ........ 171 
Figura 61 - Análise cinética em função da pressão no Reator RR-105. .................. 172 
Figura 62 - Análise cinética em função da temperatura do Reator RR-105. ........... 173 
Figura 63 - Perfis de concentração do reator RR-105. ............................................ 174 
Figura 64 - Gráfico da curva de perda de carga em relação ao comprimento do RR-
105 .......................................................................................................................... 175 
Figura 65 - Curvas de temperatura do KT-101 ........................................................ 178 
Figura 66 - Modelo do trocador KT-101 .................................................................. 179 
Figura 67 - Gráfico das curvas de temperatura KT-102 .......................................... 182 
Figura 68 - Modelo do trocador KT-102 .................................................................. 182 
Figura 69 - Gráfico das curvas de temperatura do KT-103 ..................................... 185 
Figura 70 - Gráfico das curvas de temperaturas envolvidas no HX-101 e HX-102 . 185 
Figura 71 – Modelo dos trocadores HX-101 e HX-102 ............................................186 
Figura 72 - Perfil das curvas de temperaturas dos trocadores KT-104 e KT-105.... 189 
Figura 73 - Gráfico davariação de temperatura dos cascos e tubos dos trocadores 
HX-103 ao HX-106 .................................................................................................. 191 
Figura 74 - Modelo dos trocadores HX-103 ao HX-106 .......................................... 191 
Figura 75 - Perfil de temperaturas do trocador KT-106 ........................................... 194 
Figura 76 - Perfil de temperaturas do trocador KT-107 ........................................... 194 
Figura 77 - Perfis de temperaturas do trocador KT-108 .......................................... 196 
Figura 78 - Perfil de temperaturas do trocador HXD-101 ........................................ 197 
Figura 79 – Diagrama de Mollier R-717 com sistema de refrigeração aplicado ...... 209 
Figura 80 – Seção de dessulfurização do gás natural ............................................. 220 
Figura 81 - Gráfico para escolha de bombas centrífugas (BB-101). ....................... 229 
Figura 82 – Curva de eficiência da bomba (BB-101). .............................................. 230 
Figura 83 - NPSH e potência da bomba BB-101. .................................................... 230 
Figura 84 - Gráfico para escolha de bombas centrífugas (BB-102). ....................... 233 
Figura 85 - Curva de eficiência da bomba (BB-102). .............................................. 234 
Figura 86 - NPSH e potência da bomba BB-102. .................................................... 234 
Figura 87 - Componentes da caldeira aquatubular. ................................................ 240 
Figura 88 - Tabela de Vapor Saturado. ................................................................... 241 
Figura 89 - Funcionamento da Torre de Resfriamento ............................................ 242 
 
Figura 90 - Comparação entre fluxo contracorrente e cruzado ............................... 243 
Figura 91 - Torre de resfriamento com três células. ................................................ 245 
Figura 92 - Padrões de Cores para Coleta Seletiva. ............................................... 256 
Figura 93 - Fluxograma da ETE. ............................................................................. 271 
Figura 94 - Tratamento preliminar de efluentes....................................................... 271 
Figura 95 - Decantador primário. ............................................................................. 273 
Figura 96 - Tratamento secundário de efluentes líquidos. ...................................... 275 
Figura 97 - Tanques pressurizados com resinas catiônicas e aniônicas. ................ 277 
Figura 98 - Empilhadeira ......................................................................................... 281 
Figura 99 - Organograma de cargos Amoniara ....................................................... 299 
Figura 100 - Gráfico do ponto de equilíbrio ............................................................. 301 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 1 - Propriedades físicas do catalisador de Níquel ......................................... 52 
Tabela 2 - Propriedades físicas do catalisador de Ferro ........................................... 54 
Tabela 3 – Composição do gás natural. .................................................................... 57 
Tabela 4 - Propriedades da Amônia .......................................................................... 58 
Tabela 5 - Propriedades do Metano .......................................................................... 59 
Tabela 6 - Propriedades do Etano ............................................ 59 
Tabela 7 - Propriedades do Propano ........................................................................ 60 
Tabela 8 - Propriedades do Oxigênio ........................................................................ 61 
Tabela 9 - Propriedades do Hidrogênio ..................................................................... 61 
Tabela 10 - Propriedades do Nitrogênio 62 
Tabela 11 - Propriedades do Monóxido de Carbono ................................................. 63 
Tabela 12 - Propriedades do Dióxido de Carbono .................................................... 64 
Tabela 13 - Propriedades da Água ............................................................................ 65 
Tabela 14 - Propriedades do Sulfeto de Hidrogênio .................................................. 65 
Tabela 15 – Constantes da equação de Cp das espécies químicas envolvidas no 
processo. ................................................................................................................... 66 
Tabela 16 – Estequiometria e variação da entalpia a 298K das reações envolvidas 
na produção de amônia. ............................................................................................ 67 
Tabela 17 - Produção Nacional de Fertilizantes Intermediários (em toneladas de 
produto). .................................................................................................................... 88 
Tabela 18 - Importação de Fertilizantes Intermediários (em toneladas de produto). . 88 
Tabela 19 - Tarifas de Energia Elétrica e Distribuição .............................................. 99 
Tabela 20 - Tarifas de Água e Esgoto para categoria Industrial ................................ 99 
Tabela 21 - Médias de dados climáticos, referentes ao período de 1992 a 2010. .. 100 
Tabela 22 – Composição do gás natural utilizada no balanço material. .................. 115 
Tabela 23 – Vazões e composições de entrada e saída da absorvedora ABS-101 119 
Tabela 24 - Balanço de energia da ABS-101 .......................................................... 119 
Tabela 25 - Dimensções da absorvedora ABS-101 ................................................ 120 
Tabela 26 – Vazões e composições de entrada e saída da absorvedora ABS-102 121 
Tabela 27 - Balanço de energia da ABS-102 e ABS-103 ........................................ 122 
Tabela 28 - Dimensões das absorvedoras ABS-102 e ABS-103 ............................ 122 
Tabela 29 – Balanço de massa global da absorvedora TD-101 .............................. 124 
 
Tabela 30- Balanço de energia TD-101 .................................................................. 125 
Tabela 31 - Calores do condensador e refervedor .................................................. 125 
Tabela 32 – Balanço de massa global das destiladoras TD-102 e TD-103 ............. 127 
Tabela 33 -Balanço de energia TD-102 .................................................................. 127 
Tabela 34 – Vazões e composições da corrente de alimentação de ar do processo.
 ................................................................................................................................ 130 
Tabela 35 – Iterações e passo variável no início da análise cinética do reator RR-101
 ................................................................................................................................ 132 
Tabela 36 – Conversões parciais no reator RR- 101 nas condições ótimas. .......... 138 
Tabela 37 – Taxas de consumo e formação da reação principal no reator RR-101.
 ................................................................................................................................ 139 
Tabela 38 – Taxas de consumo e formação da reação secundária no reator RR-101.
 ................................................................................................................................ 139 
Tabela 39 – Vazões e composições de entrada e saída do reator RR-101. ........... 140 
Tabela 40 – Temperaturas teóricas envolvidas nas reações .................................. 141 
Tabela 41 – Entalpias envolvidas no RR-101..........................................................142 
Tabela 42 - Propriedades e dimensões do RR-101 ................................................ 149 
Tabela 43 – Taxas de consumo e formação de reagentes e produtos no reator RR-
101. ......................................................................................................................... 154 
Tabela 44 – Vazões e composições de entrada e saída do reator RR-102. ........... 155 
Tabela 45 Temperaturas e entalpias envolvidas no RR-102 ................................... 155 
Tabela 46 - Propriedades e dimensões do RR-102 ................................................ 157 
Tabela 47 – Taxas de consumo e formação de reagentes e produtos no reator RR-
101. ......................................................................................................................... 161 
Tabela 48 – Vazões e composições de entrada e saída do reator RR-103. ........... 161 
Tabela 49 – Entalpias envolvidas no RR-103.......................................................... 162 
Tabela 50 - Parâmetros termodinâmicos para capacidade calorífica da água líquida
 ................................................................................................................................ 162 
Tabela 51 - Parâmetros para cálculo da água de refrigeração RR-103 .................. 163 
Tabela 52 - Propriedades e dimensões do RR-103 ................................................ 164 
Tabela 53 – Taxas de consumo e formação de reagentes e produtos no reator RR-
101. ......................................................................................................................... 165 
Tabela 54 – Vazões e composições de entrada e saída do reator RR-104. ........... 166 
Tabela 55 - Entalpias envolvidas no RR-104 .......................................................... 166 
 
Tabela 56 - Parâmetros para cálculo da água de refrigeração RR-104 .................. 167 
Tabela 57 – Taxas de consumo e formação de reagentes e produtos no reator RR-
101. ......................................................................................................................... 168 
Tabela 58 – Vazões e composições de entrada e saída do reator RR-105. ........... 169 
Tabela 59 - Entalpias envolvidas no reator RR-105 ................................................ 174 
Tabela 60 - Parâmetros para cálculo da água de refrigeração RR-105 .................. 175 
.Tabela 61 - Propriedades e dimensões do RR-105 ............................................... 176 
Tabela 62 - Balanço de energia do KT-101 ............................................................. 178 
Tabela 63 – Dimensões dos tubos do trocador KT-101 .......................................... 180 
Tabela 64 - Dimensões do casco do trocador KT-101 ............................................ 180 
Tabela 65 -Balanço de energia do trocador KT-102 ............................................... 181 
Tabela 66 - Dimensões dos tubos do trocador KT-102 ........................................... 183 
Tabela 67 - Dimensões do casco do trocador KT-102 ............................................ 183 
Tabela 68 - Balanço de energia do trocador KT-103 ............................................... 184 
Tabela 69 - Balanço de energia do trocador HX-101 e HX-102 .............................. 184 
Tabela 70 - Dimensões dos tubos dos trocadores KT-103, HX-101 e HX-102 ....... 187 
Tabela 71 - Dimensões dos cascos dos trocadores KT-103, HX-101 e HX-102 ..... 187 
Tabela 72 - Balanço de energia dos trocadores KT-104 e KT-105 ......................... 188 
Tabela 73 - Dimensões dos tubos dos trocadores KT-104 e KT-105 ...................... 189 
Tabela 74 - Dimensões do casco dos trocadores KT-104 e KT-105 ....................... 190 
Tabela 75 - Balanço de energia dos trocadores HX-103 ao HX-106 ....................... 190 
Tabela 76 - Dimensões para os tubos dos trocadores HX-103 ao HX-106 ............. 192 
Tabela 77 - Dimensões para os cascos dos trocadores HX-103 ao HX-106 .......... 192 
Tabela 78 - Balanço de energia do trocador KT-106 ............................................... 193 
Tabela 79 - Balanço de energia do trocador KT-107 ............................................... 193 
Tabela 80 - Dimensões dos tubos dos trocadores KT-106 e KT-107 ...................... 195 
Tabela 81 - Dimensões dos cascos dostrocadores KT-106 e KT-107 .................... 195 
Tabela 82 - Balanço de energia do trocador KT-108 ............................................... 196 
Tabela 83 - Balanço de energia do trocador HXD-101 ............................................ 197 
Tabela 84 - Dimensões dos tubos do trocador HXD-101 ........................................ 198 
Tabela 85 - Dimensões para o casco do trocador HXD-101 ................................... 198 
Tabela 86 - Correntes aquecidas no Forno FR-101............................................. ... 199 
Tabela 87 - Balanço de energia no forno de processo F-101 ................................. 201 
 
Tabela 88 - Relação comprimento e diâmetro de vasos de processo em relação a 
pressão ................................................................................................................... 202 
Tabela 89 – Vazões e composições de entrada e saída VF-101. ........................... 203 
Tabela 90 - Dados para o dimensionamento de VF-101 ......................................... 203 
Tabela 91 – Vazões e composições de entrada e saída VF-102. ........................... 204 
Tabela 92 - Dados para o dimensionamento de VF-102 ......................................... 204 
Tabela 93 – Vazões e composições de entrada e saída VF-103 ............................ 205 
Tabela 94 - Dados para o dimensionamento de VF-103 ......................................... 205 
Tabela 95 – Vazões e composições das correntes de entrada e saída de VF-104. 206 
Tabela 96 - Dados para o dimensionamento de VF-104............................. ............ 206 
Tabela 97 - Propriedades de saturação de Amônia nas pressões alta e baixa dos 
Chillers .................................................................................................................... 208 
Tabela 98 – Dados do circuito de refrigeração do fluido R717 ................................ 209 
Tabela 99 - Balanço de energia global para fluido refrigerante R-717 em CHL-101 
..... ........................................................................................................................... 210 
Tabela 100 - Vazão e pressão dos compressores .................................................. 211 
Tabela 101 - Variáveis compressor CP-101 ............................................................ 214 
Tabela 102 - Variáveis compressor CP-102 ............................................................ 214 
Tabela 103 – Vazões e composições das correntes de entrada e saída do 
compressor CP-103. ............................................................................................... 215 
Tabela 104 - Variáveis compressor CP-103........................... ................................. 215 
Tabela 105 - Propriedades do vapor de entrada e saída da TB-101 e TB-102 ....... 217 
Tabela 106 - Balanço de energia TB-101 e TB-102 ................................................ 218 
Tabela 107 - Propriedades do vapor de entrada e saída da TB-103 ....................... 218 
Tabela 108 - Balanço de energia TB-103 ................................................................ 218 
Tabela 109 - Variáveis expansor EX-101 ................................................................ 219 
Tabela 110 – Características das correntes envolvidas na dessulfurização do gás 
natural. .................................................................................................................... 221 
Tabela 111 – Dimensões das tubulações da seção de dessulfurização pelo método 
das velocidades economicas. ..................................................................................223 
Tabela 112 – Comprimentos equivalentes de acessórios de tubulações. ............... 223 
Tabela 113 – Fator de atrito de tubulações. ............................................................ 224 
Tabela 114 – Acessórios e comprimento equivalente das tubulações da seção de 
dessulfurização. ...................................................................................................... 224 
 
Tabela 115 – Dimensões das tubulações da seção de dessulfurização ................. 225 
Tabela 116 – Dimensões das tubulações da seção de dessulfurização pelo método 
das velocidades econômicas, considerando a perda de carga. .............................. 226 
Tabela 117 – Propriedades da corrente 3. .............................................................. 227 
Tabela 118 – Comprimentos equivalentes de acessórios de tubulações (BB-101). 228 
Tabela 119 – Comprimentos equivalentes de acessórios na sucção e descarga da 
bomba BB-101. ....................................................................................................... 228 
Tabela 120 – Propriedades da bomba BB-101. ...................................................... 231 
Tabela 121 – Propriedades da corrente 9. .............................................................. 231 
Tabela 122 – Comprimentos equivalentes de acessórios de tubulações (BB-102). 232 
Tabela 123 – Comprimentos equivalentes na sucção. ............................................ 232 
Tabela 124 – Propriedades da bomba BB-102. ...................................................... 235 
Tabela 125 – Propriedades para o cálculo das válvulas de controle. ...................... 236 
Tabela 126 - Classificação do Vapor de Água ........................................................ 238 
Tabela 127 - Vazão de vapor do processo. ............................................................. 239 
Tabela 128 - Dados do balanço de energia da caldeira. ......................................... 241 
Tabela 129 - Vazão de Água requerida por equipamento. ...................................... 244 
Tabela 130 - Dados do dimensionamento da tancagem ......................................... 247 
Tabela 131 - Padrões de Qualidade do Ar. ............................................................. 260 
Tabela 132 - Efluentes gasosos do processo.......................................................... 260 
Tabela 133 - Limites de emissões gasosas provindas da combustão do gás natural.
 ................................................................................................................................ 261 
Tabela 134 - Composição dos efluentes gasosos do gerador de vapor. ................. 262 
Tabela 135 - Comparativo entre a emissão de NOx e a legislação vigente. ........... 262 
Tabela 136 - Concentração de emissão após lavagem de gás. .............................. 263 
Tabela 137 - Padrões de lançamento de efluentes ao corpo receptor. ................... 264 
Tabela 138 - Variáveis para cálculo de vazões do esgoto sanitário. ....................... 265 
Tabela 139 - Resultados do efluente doméstico. .................................................... 266 
Tabela 140 - Variáveis para o cálculo do blowdown da torre de resfriamento. ....... 267 
Tabela 141 - Variáveis para o cálculo do blowdown da caldeira. ............................ 268 
Tabela 142 - Vazão de blowdown dos equipamentos. ............................................ 268 
Tabela 143 - Vazão de efluentes líquidos do processo. ........... ............................268 
Tabela 144 - DBO, DQO e SS enviados à ETE ...................................................... 270 
Tabela 145 - Classificação de porte de ETE. .......................................................... 274 
 
Tabela 146 - Índices de custos de Plantas de Engenharia Química ....................... 280 
Tabela 147 - Variáveis para cálculo de custo das bombas BB-101 e BB-102 ........ 282 
Tabela 148 - Variáveis para cálculo de custo das bombas BB-103, BB-104, BB-105, 
BB-106 e BB-107 .................................................................................................... 282 
Tabela 149 - Variáveis para cálculo de custo do forno e caldeira ........................... 283 
Tabela 150 - Variáveis para cálculo de custo do Chiller .......................................... 284 
Tabela 151 - Variáveis para cálculo de custo das torres de absorção .................... 284 
Tabela 152 - Variáveis para cálculo de custo das torres de destilação ................... 285 
Tabela 153 - Variáveis para cálculo de custo dos compressores e expansor ......... 285 
Tabela 154 - Variáveis para cálculo de custo dos trocadores de calor ................... 286 
Tabela 155 - Variáveis para cálculo de custo dos reatores ..................................... 286 
Tabela 156 - Variáveis para cálculo de custo da torre de refrigeração ................... 287 
Tabela 157 - Variáveis para cálculo de custo dos vasos de separação bifásica ..... 287 
Tabela 158 - Variáveis para cálculo de custo da tancagem TQ-101 ....................... 288 
Tabela 159 - Variáveis para cálculo de custo das torres Quench ........................... 288 
Tabela 160 - Custo e depreciação dos equipamentos .. 288 
Tabela 161 - EPI's fornecidos ................................................................................. 291 
Tabela 162 - Custo de despesas pré-operacionais ................................................. 291 
Tabela 163 - Custo total de investimento ................................................................ 292 
Tabela 164 - Sistema de Amortização Constante ............................... 293 
Tabela 165 - Sistema de Amortização Frânces ........................... 295 
Tabela 166 - Cargo operacionais 297 
Tabela 167 - Cargo administrativos ......................................................................... 298 
Tabela 168 - Custos e despesas mensais .............................................................. 300 
Tabela 169 - Alíquotas para empregados (INSS) .................................................... 304 
Tabela 170 - Alíquotas para empregados (IRRF) .................................................... 305 
 
 
 
LISTA DE QUADROS 
 
Quadro 1 - Comparativo de tecnologias. ................................................................... 42 
Quadro 2 - Comparativo de rotas de produção do gás de síntese. ................. 48 
Quadro 3 - Comparativo de metais puros para a síntese de amônia. ....................... 55 
Quadro 4 - Efeito da adição de promotores à reação de síntese de amônia. ........... 56 
Quadro 5 - Variáveis de Controle ................................................................. 108 
Quadro 6 - Comparativo entre vantagens e desvantagens das caldeiras. .............. 238 
Quadro 7 - Resíduos sólidos gerados pela Amoniara. ............................................ 255 
Quadro 8 - Destinação Final de Resíduos Sólidos. ................................................. 259 
Quadro 9 - Fatores de Lang .................................................................................... 289 
 
 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
 
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas 
ABEGÁS Associação Brasileira de Distribuidoras de Gás Canalizado 
aMDEA Metildietanolamina ativada 
ANDA Associação Nacional Para Difusão de Adubos 
ANP Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis 
API American Pretoleum Institute 
Ar 
atm 
Argônio 
Atmosférico 
ATR Auto Thermal Reformer 
bar Unidade de Pressão Equivalente a 105Pa 
BASF Badische Anilin & Soda Fabrik. 
C Carbono 
C2H6 Etano 
C3H8 Propano 
CDG Companhias Distribuidoras Locais 
CEAT/DI Centro Empresarial de Alta Tecnologia/ Distrito Industrial 
CETESB CompanhiaAmbiental do Estado de São Paulo 
CH4 Metano 
CO Monóxido de Carbono 
CO2 Dióxido de Carbono 
CONAMA Conselho Nacional de Meio Ambiente 
CONSEMA Conselho Estadual de Meio Ambiente 
CONTRAN Conselho Nacional de Trânsito 
Cp Calor Específico 
CPFL 
DEA 
Companhia Paulista de Força e Luz 
Dietanolamina 
DNER 
EDO 
Departamento Nacional de Estradas e Rodagem 
Equação Diferencial Ordinária 
EFMA European Fertilizer Manufacturers Association 
EIA Energy Information Administration 
EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária 
 
EUA Estados Unidos da América 
FAFEN Fábrica de Fertilizantes Nitrogenados 
GASBOL Gasoduto Brasil/Bolívia 
GN Gás Natural 
H2 Hidrogênio 
H2O Água 
H2S Sulfeto de Hidrogênio 
HTS High Temperature Shift 
IBAMA Instituto Brasileiro do Meio Ambiente 
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística 
ICMS Imposto sobre a Circulação de Mercadorias e Serviços 
IPTU Imposto Predial e Territorial Urbano 
ISSQN Imposto Sobre Serviço de Qualquer Natureza 
KBR Kellogg Brown & Root 
KRES KBR Reformer Exchanger System 
LI Licença de Instalação 
LMTD Logarithmic Mean Temperature Diferrence 
LO Licença de Operação 
LP Licença Prévia 
LTS 
mcl 
Low Temperature Shift 
Coluna de líquido 
MDCI Ministério da Indústria, Comércio Exterior e Serviços 
MDEA Metildietanolamina 
mg Miligrama 
MMA Ministério do Meio Ambiente 
N Nitrogênio 
N2 Gás Nitrogênio 
NBR Norma Brasileira Regulamentadora 
NH3 Amônia 
O2 
PCI 
Gás Oxigênio 
Poder Calorífico Inferior 
PCS Poder Calorífico Superior 
PFD Process Flow Diagram 
 
POA Ponto de Orvalho da Água 
POH Ponto de Orvalho de Hidrocarboneto 
Ppb Parte por bilhão 
PVC 
P&ID 
Q 
Policloreto de Vinila 
Piping and Instrumentation Diagram 
Vazão volumétrica 
R Constante Universal dos Gases 
RASF Gás de Resíduo Asfáltico 
SAAE Sistema Autônomo de água e Esgoto 
SISNAMA Sistema Nacional do Meio Ambiente 
Tcf Trilhões de pés cúbicos 
TE Tarifa de Energia 
TUSD Tarifa de Uso do Sistema de Distribuição 
UFSCAR Universidade Federal de São Carlos 
USP 
 
Universidade de São Paulo 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 30 
 OBJETIVO GERAL ............................................................................................. 30 
 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................... 30 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................ 32 
 DEFINIÇÃO ........................................................................................................ 32 
 APLICAÇÃO DA AMÔNIA .................................................................................. 32 
 TOXICIDADE DA AMÔNIA ................................................................................. 33 
 LEGISLAÇÃO ..................................................................................................... 34 
 TECNOLOGIAS PARA OBTENÇÃO DA AMÔNIA ............................................. 38 
2.5.1 Tecnologias KBR ............................................................................................ 38 
2.5.1.1 KBR PURIFIERplus™ .................................................................................. 39 
2.5.1.2 KBR KAAPplus™.......................................................................................... 40 
2.5.2 Tecnologia CASALE ....................................................................................... 40 
2.5.3 Tecnologia Haldor Topsoe ............................................................................. 40 
2.5.4 Tecnologia Linde ............................................................................................ 41 
2.5.5 Comparativo de tecnologias de produção de amônia ................................. 41 
 ROTAS DE OBTENÇÃO DE AMÔNIA................................................................ 42 
2.6.1 Rotas de obtenção do Gás de Síntese .......................................................... 43 
2.6.1.1 Reforma de hidrocarbonetos a vapor ........................................................... 43 
2.6.1.2 Reforma Seca ............................................................................................... 45 
2.6.1.3 Oxidação Parcial do Metano ......................................................................... 45 
2.6.1.4 Reforma Autotérmica do Metano .................................................................. 46 
2.6.2 Comparativo de rotas ..................................................................................... 48 
 PURIFICAÇÃO DO GÁS DE SÍNTESE .............................................................. 49 
 SÍNTESE DA AMÔNIA........................................................................................ 50 
 CATALISADORES .............................................................................................. 51 
2.9.1 Catalisadores do RR-101, RR-102, RR-103 e RR-104 ................................... 51 
2.9.2 Catalisador do RR-105 .................................................................................... 53 
 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS E TERMODINÂMICAS......................... 57 
2.10.1 Propriedades físico-químicas ...................................................................... 57 
2.10.1.1 Gás natural ................................................................................................. 57 
2.10.1.2 Amônia ....................................................................................................... 58 
 
2.10.1.3 Metano ....................................................................................................... 58 
2.10.1.4 Etano .......................................................................................................... 59 
2.10.1.5 Propano ...................................................................................................... 60 
2.10.1.6 Oxigênio ..................................................................................................... 60 
2.10.1.7 Hidrogênio .................................................................................................. 61 
2.10.1.8 Nitrogênio ................................................................................................... 62 
2.10.1.9 Monóxido de Carbono ................................................................................ 63 
2.10.1.10 Dióxido de Carbono ............................................................................... 64 
2.10.1.11 Água ...................................................................................................... 64 
2.10.1.12 Sulfeto de Hidrogênio ............................................................................ 65 
2.10.2 Propriedades termodinâmicas .................................................................... 66 
 CINÉTICA DAS REAÇÕES QUÍMICAS ............................................................ 67 
2.11.1 Reforma autotérmica .................................................................................... 67 
2.11.2 Metanação ..................................................................................................... 70 
2.11.3 Síntese da amônia ........................................................................................ 71 
 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS ....................................................................... 72 
2.12.1 Torres de Absorção e Destilação ................................................................ 72 
2.12.2 Compressores ............................................................................................... 73 
2.12.3 Reatores ........................................................................................................ 74 
2.12.4 Trocadores de calor......................................................................................74 
2.12.5 Aquecedor por combustão (forno) .............................................................. 76 
2.12.6 Vaso de separação bifásica (flash) ............................................................. 76 
2.12.7 Bombas .......................................................................................................... 77 
2.12.8 Sistema de refrigeração Chiller ................................................................... 78 
 MÉTODOS NUMÉRICOS ................................................................................. 78 
2.13.1 Método de Euler ............................................................................................ 78 
3 ANÁLISE DE MERCADO E CAPACIDADE DA UNIDADE DE PRODUÇÃO DE 
AMÔNIA .................................................................................................................... 80 
 MERCADO INTERNACIONAL ............................................................................ 80 
 MERCADO NACIONAL ...................................................................................... 87 
 CAPACIDADE DA UNIDADE .............................................................................. 92 
4 LOCALIZAÇÃO DA PLANTA .............................................................................. 93 
 MATÉRIA PRIMA PARA PRODUÇÃO DE AMÔNIA .......................................... 93 
 MERCADO CONSUMIDOR ................................................................................ 96 
 
 REGIÃO DE INSTALAÇÃO DA PLANTA ............................................................ 97 
5 DESCRITIVO DE PROCESSO ........................................................................... 101 
 PRÉ-TRATAMENTO ......................................................................................... 102 
 REFORMA PRIMÁRIA ...................................................................................... 103 
 REFORMA SECUNDÁRIA ................................................................................ 104 
 SEÇÃO DE SHIFT ............................................................................................ 104 
 SEÇÃO DE REMOÇÃO DE DIÓXIDO DE CARBONO ..................................... 105 
 SEÇÃO DE METANAÇÃO ................................................................................ 105 
 SEÇÃO DE SÍNTESE DE AMÔNIA .................................................................. 106 
6 FLUXOGRAMA DE PROCESSO E ENGENHARIA ........................................... 108 
7 BALANÇO DE MASSA, BALANÇO DE ENERGIA E DIMENSIONAMENTO DOS 
EQUIPAMENTOS ................................................................................................... 114 
 COLUNAS DE ABSORÇÃO ............................................................................. 115 
7.1.1 Coluna de absorção ABS-101 ...................................................................... 115 
7.1.1.1 Balanço de massa e energia ABS-101 ....................................................... 115 
7.1.1.2 Dimensionamento ABS-10 ......................................................................... 119 
7.1.2 Coluna de absorção ABS-102 e ABS-103 ................................................... 120 
7.1.2.1 Balanço de massa e energia ABS-102 e ABS-103 ..................................... 120 
7.1.2.2 Dimensionamento ABS-102 e ABS-103 ..................................................... 122 
 COLUNAS DE DESTILAÇÃO ........................................................................... 122 
7.2.1 Coluna de Destilação TD-101 ....................................................................... 123 
7.2.1.1 Balanço de massa e energia TD-101 ......................................................... 123 
7.2.1.2 Dimensionamento TD-101 .......................................................................... 125 
7.2.2 Coluna de Destilação TD-102 e TD-103 ....................................................... 127 
7.2.2.1 Dimensionamento TD-102 e TD-103 .......................................................... 127 
 REATORES ...................................................................................................... 129 
7.3.1 Reator ATR RR-101 ....................................................................................... 129 
7.3.1.1 Balanço de massa e energia RR-101 ......................................................... 129 
7.3.1.2 Dimensionamento RR-101 ......................................................................... 142 
7.3.2 Reator KRES RR-102 .................................................................................... 150 
7.3.2.1 Balaço de massa e energia RR-102 ........................................................... 150 
7.3.2.2 Dimensionamento RR-102 ......................................................................... 156 
7.3.3 Reator LTS RR-103 ....................................................................................... 158 
7.3.3.1 Balanço de massa e energia RR-103 ......................................................... 158 
 
7.3.3.2 Dimensionamento RR-103 ......................................................................... 163 
7.3.4 Reator de metanação RR-104 ...................................................................... 165 
7.3.4.1 Balanço de massa e energia RR-104 ......................................................... 165 
7.3.5 Reator de síntese de amônia RR-105 .......................................................... 167 
7.3.5.1 Balanço de massa e energia RR-105 ......................................................... 167 
7.3.5.2 Dimensionamento RR-105 ......................................................................... 175 
 TROCADORES DE CALOR ............................................................................. 177 
7.4.1 Trocador de calor KT-101: Chiller ............................................................... 177 
7.4.1.1 Balanço de massa e energia KT-101.......................................................... 177 
7.4.1.2 Dimensionamento KT-101 .......................................................................... 178 
7.4.2 Trocador de calor KT-102 ............................................................................. 181 
7.4.2.1 Balanço de massa e energia KT-102.......................................................... 181 
7.4.2.2 Dimensionamento KT-102 .......................................................................... 182 
7.4.3 Trocador de calor KT-103, HX-101 e HX-102............................................... 184 
7.4.3.1 Balanço de massa e energia KT-103, HX-101 e HX-102 ........................... 184 
7.4.3.2 Dimensionamento KT-103, HX-101 e HX-102 ............................................ 186 
7.4.4 Trocador de calor KT-104 e KT-105: Chiller................................................ 188 
7.4.4.1 Balanço de massa e energia KT-104 e KT-105 .......................................... 188 
7.4.4.2 Dimensionamento KT-104 e KT-105 .......................................................... 189 
7.4.5 Trocador de calor HX-103, HX-104, HX-105 e HX-106 ................................ 190 
7.4.5.1 Balanço de massa e energia HX-103, HX-104, HX-105 e HX-106 ............. 190 
7.4.5.2 Dimensionamento HX-103, HX-104, HX-105 e HX-106 ............................. 191 
7.4.6 Trocador de calor KT-106 e KT-107 ............................................................. 193 
7.4.6.1 Balanço de massa e energia KT-106 e KT-107 .......................................... 193 
7.4.6.2 Dimensionamento KT-106 e KT-107 .......................................................... 194 
7.4.7 Trocador de calor KT-108: Chiller ............................................................... 196 
7.4.7.1 Balanço de massa e energia KT-108.......................................................... 196 
7.4.8 Trocadores de calor da TD-101 .................................................................... 197 
7.4.8.1Balanço de massa e energia HXD-101 ....................................................... 197 
7.4.8.2 Dimensionamento HXD-101 ....................................................................... 198 
 FORNO DO PROCESSO (FR-101) .................................................................. 199 
7.5.1 Balanço de massa e energia FR-101 ........................................................... 199 
 VASOS DE PROCESSO .................................................................................. 201 
7.6.1 Vaso de separação líquido-gás flash VF-101 ............................................. 202 
 
7.6.2 Vaso de separação líquido-gás flash VF-102 ............................................. 203 
7.6.3 Vaso de separação líquido-gás flash VF-103 ............................................. 204 
7.6.4 Vaso de separação líquido-gás flash VF-104 ............................................. 205 
 SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO: CHILLER ...................................................... 207 
 COMPRESSORES ........................................................................................... 211 
7.8.1 Compressor duplo efeito CP-101 ................................................................ 213 
7.8.2 Compressor duplo efeito CP-102 ................................................................ 214 
7.8.3 Compressor duplo efeito CP-103 ................................................................ 215 
 TURBINAS E EXPANSOR ................................................................................ 216 
7.9.1 Turbinas TB-101 e TB-102 ............................................................................ 217 
7.9.2 Turbina TB-103 .............................................................................................. 218 
7.9.3 Expansor EX-101 ........................................................................................... 218 
8 TUBULAÇÕES, BOMBAS E VÁLVULAS .......................................................... 220 
 TUBULAÇÕES .................................................................................................. 220 
 BOMBAS ........................................................................................................... 226 
8.2.1 Bomba BB-101 .............................................................................................. 227 
8.2.2 Bomba BB-102 .............................................................................................. 231 
 VÁLVULAS ....................................................................................................... 235 
9 SISTEMA DE UTILIDADES ................................................................................ 237 
 GERAÇÃO DE VAPOR..................................................................................... 237 
 TORRE DE RESFRIAMENTO .......................................................................... 241 
10 DIMENSIONAMENTO DA TANCAGEM ............................................................ 246 
 ARMAZENAMENTO DA MATÉRIA PRIMA .................................................... 246 
 ARMAZENAMENTO DO PRODUTO ACABADO ........................................... 246 
11 PLANO DIRETOR E LAYOUT ........................................................................... 248 
12 PROJETO AMBIENTAL ..................................................................................... 250 
 GESTÃO AMBIENTAL .................................................................................... 251 
 LICENCIAMENTO AMBIENTAL ..................................................................... 251 
 FONTE ABASTECEDORA E CORPO RECEPTOR ....................................... 252 
 RESÍDUOS SÓLIDOS .................................................................................... 254 
12.4.1 Separação dos resíduos sólidos ............................................................... 255 
12.4.1.2 Separação do catalisador ....................................................................... 256 
12.4.2 Armazenamento e transporte de resíduos sólidos ................................. 256 
12.4.3 Destinação e disposição final ................................................................... 257 
 
 EMISSÕES GASOSAS ................................................................................... 259 
 EFLUENTES LÍQUIDOS ................................................................................. 263 
12.6.1 Água residuária doméstica ........................................................................ 264 
12.6.2 Índice pluviométrico de São Carlos .......................................................... 266 
12.6.3 Águas de Infiltração.................................................................................... 266 
12.6.4 Despejos industriais líquidos .................................................................... 267 
 TRATAMENTO DOS EFLUENTES LÍQUIDOS .............................................. 270 
12.7.1 Tratamento preliminar ................................................................................ 271 
12.7.2 Tratamento primário ................................................................................... 272 
12.7.3 Tratamento secundário .............................................................................. 273 
 ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA ...................................................... 275 
12.8.1 Tratamento de água para geradores de vapor ......................................... 277 
12.8.2 Tratamento de água para torres de resfriamento .................................... 277 
13 PROJETO ECONÔMICO ................................................................................... 279 
 ORÇAMENTO DO PROJETO ........................................................................ 280 
13.1.1 Equipamentos ............................................................................................. 280 
13.1.1.1 Balança rodoviária .................................................................................... 280 
13.1.1.2 Empilhadeira ............................................................................................. 281 
13.1.1.3 Bombas .................................................................................................... 282 
13.1.1.4 Caldeira e Forno ....................................................................................... 283 
13.1.1.5 Sistema de refrigeração: Chiller ............................................................... 284 
13.1.1.6 Torre de absorção .................................................................................... 284 
13.1.1.7 Coluna de Destilação ............................................................................... 284 
13.1.1.8 Compressores e expansor........................................................................ 285 
13.1.1.9 Trocadores de Calor e Reatores .............................................................. 285 
13.1.1.10 Torre de Resfriamento ......................................................................... 287 
13.1.1.11 Vasos de Pressão ................................................................................ 287 
13.1.1.12 Colunas Quench .................................................................................. 288 
13.1.2 Consolidação ativos fixos e aplicação do método dos fatores de Lang 
para aproximação do capital investido ....................................................... 288 
13.1.3 Outras despesas pré-operacionais ........................................................... 289 
13.1.3.1 Terreno ..................................................................................................... 290 
13.1.3.2 EPI’s – Equipamentos de Proteção Individual .......................................... 290 
13.1.3.3 Consolidação Despesas Pré Operacionais .............................................. 291 
 
13.1.4 Investimento Total ......................................................................................292 
 SISTEMA DE AMOTIZAÇÃO .......................................................................... 292 
13.2.1 Sistema de Amortização Constante (SAC) ............................................... 292 
13.2.2 Sistema de Amortização Francês (SAF) ................................................... 295 
13.2.3 Comparação entre sistema de amortização SAC e SAF ......................... 297 
 DESCRIÇÃO DE CARGOS E ORGANOGRAMA ........................................... 297 
 GESTÃO DE CUSTOS ................................................................................... 300 
13.4.1 Custos e despesas fixos e variáveis ......................................................... 300 
13.4.2 Ponto de equilíbrio ..................................................................................... 301 
13.4.3 Impostos e contribuições federais ............................................................ 302 
13.4.3.1 Imposto sobre Produtos Industrializados (IPI) .......................................... 302 
13.4.3.2 Programa de Integração Social (PIS) ....................................................... 302 
13.4.3.3 Contribuição Social para o Financiamento da Seguridade Social (CONFIS)
 302 
13.4.3.4 Imposto de Circulação de Mercadorias e Serviços (ICMS) ...................... 303 
13.4.3.5 Imposto Predial e Territorial Urbano (IPTU) ............................................. 303 
13.4.3.6 Instituto Nacional do Seguro Social (INSS) .............................................. 303 
13.4.3.7 Fundo de Garantia por Tempo de Serviço (FGTS) ................................... 304 
13.4.3.8 Imposto de Renda Pessoa Jurídica (IRPJ) ............................................... 304 
13.4.3.9 Contribuição Social sobre o Lucro Líquido (CSLL) ................................... 304 
13.4.3.10 Imposto de Renda Retido na Fonte (IRF) ............................................ 304 
 PREÇO DE VENDA ........................................................................................ 305 
 ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA DO PROJETO ............................ 305 
13.6.1 Receita Bruta ............................................................................................... 305 
13.6.2 Demonstração de Resultado do Exercício (DRE) .................................... 306 
13.6.3 Fluxo de caixa ............................................................................................. 306 
13.6.4 Taxa Mínima de Atratividade – TMA .......................................................... 306 
13.6.5 Valor Presente Líquido – VPL .................................................................... 307 
13.6.6 Taxa Interna de Retorno – TIR ................................................................... 307 
13.6.7 Payback ....................................................................................................... 307 
13.6.8 Análise de sensibilidade do projeto .......................................................... 308 
14 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................ 310 
REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 312 
APÊNDICE A – PFD: SEÇÃO 1 ............................................................................. 335 
 
APÊNDICE A – PFD: SEÇÃO 2 ............................................................................. 336 
APÊNDICE A – PFD: SEÇÃO 3 ............................................................................. 337 
APÊNDICE B – P&ID SEÇÃO 1 ............................................................................. 338 
APÊNDICE B – P&ID SEÇÃO 2 ............................................................................. 339 
APÊNDICE B – P&ID SEÇÃO 3 ............................................................................. 340 
APÊNDICE C – PLANO DIRETOR ......................................................................... 341 
APÊNDICE D – LAYOUT........................................................................................ 342 
APÊNDICE E – CORTE TRANSVERSAL DA SEÇÃO DE TRATAMENTO E 
REAÇÕES 1 ............................................................................................................ 343 
APÊNDICE F – CORTE TRANSVERSAL DA SEÇÃO DE TRATAMENTO E 
REAÇÕES 2 ............................................................................................................ 344 
APÊNDICE G – ISOMÉTRICO DAS TUBULAÇÕES PARTE 1 ............................. 345 
APÊNDICE G – ISOMÉTRICO DAS TUBULAÇÕES ............................................. 347 
APÊNDICE H – DATA SHEET DA COLUNA DE ABSORÇÃO ABS-101 ............. 348 
APÊNDICE I – DATA SHEET DA COLUNA DE ABSORÇÃO ABS-102 E ABS-103
 350 
APÊNDICE J – DATA SHEET DA COLUNA DE DESTILAÇÃO TD-101 .............. 352 
APÊNDICE K – DATA SHEET DA COLUNA DE DESTILAÇÃO TD-102 E TD-103
 354 
APÊNDICE L – ITERAÇÕES DA ANÁLISE CINÉTICA DO REATOR RR-101 ..... 356 
APÊNDICE M – DATA SHEET REATOR RR-101 .................................................. 357 
APÊNDICE N – ITERAÇÕES DA ANÁLISE CINÉTICA DO REATOR RR-102 ..... 359 
APÊNDICE O – DATA SHEET REATOR RR-102 .................................................. 360 
APÊNDICE P – ITERAÇÕES DA ANÁLISE CINÉTICA DO REATOR RR-103 ..... 362 
APÊNDICE Q – DATA SHEET REATOR RR-103 .................................................. 363 
APÊNDICE R – ITERAÇÕES DA ANÁLISE CINÉTICA DO REATOR RR-105 ..... 365 
APÊNDICE S – DATA SHEET REATOR RR-105 .................................................. 366 
APÊNDICE T – DATA SHEET TROCADOR DE CALOR KT-101 .......................... 368 
APÊNDICE U – DATA SHEET TROCADOR DE CALOR KT-102 ......................... 370 
APÊNDICE V – DATA SHEET TROCADOR DE CALOR KT-103 ......................... 372 
APÊNDICE W – DATA SHEET TROCADOR DE CALOR HX-101 E HX-102 ........ 374 
APÊNDICE X – DATA SHEET TROCADOR DE CALOR HX-102 AO HX-106 ...... 376 
APÊNDICE Y – DATA SHEET TROCADOR DE CALOR KT-106 ......................... 378 
APÊNDICE Z – DATA SHEET TROCADOR DE CALOR KT-107 .......................... 380 
 
APÊNDICE AA – DATA SHEET TROCADOR DE CALOR HXD-101 .................... 382 
APÊNDICE AB – DATA SHEET VASO DE SEPARAÇÃO VF-101 ....................... 384 
APÊNDICE AC – DATA SHEET VASO DE SEPARAÇÃO VF-102 ....................... 385 
APÊNDICE AD – DATA SHEET VASO DE SEPARAÇÃO VF-103 ....................... 386 
APÊNDICE AE – DATA SHEET VASO DE SEPARAÇÃO VF-104 ....................... 387 
APÊNDICE AF – DATA SHEET BOMBA BB-101 ................................................. 388 
APÊNDICE AG – DATA SHEET BOMBA BB-102 ................................................. 389 
APÊNDICE AH – DATA SHEET DO GERADOR DE VAPOR ................................ 390 
APÊNDICE AI – DATA SHEET DA TORRE DE RESFRIAMENTO ....................... 391 
APÊNDICE AJ – DATA SHEET DO TANQUE DE ARMAZENAMENTO ............... 392 
APÊNDICE AK - SALÁRIO E ENCARGOS TRABALHISTAS E SOCIAIS ........... 393 
APÊNDICE AL - DEMONSTRAÇÃO DO RESULTADO DE EXERCÍCIO .............. 396 
APÊNDICE AM – FLUXO DE CAIXA ..................................................................... 400 
ANEXO A – FICHA DE INFORMAÇÃO DE SEGURANÇA DA DIETANOLAMINA
 401 
ANEXO B – FICHA DE INFORMAÇÃO DE SEGURANÇA DO GÁS NATURAL .. 410 
 
 
 
30 
1 INTRODUÇÃO 
A amônia (NH3) é um gás incolor, que se liquefaz facilmente se comprimida ou 
a temperaturas abaixo de -33°C, possui odor forte e é bastante tóxico e pode causar 
problemas respiratórios se inalada em altas concentrações (PEREIRA, 2009; EGUTE, 
2010). 
É um produto com diversas aplicações, em forma líquida ou gasosa, sendo seu 
maior uso no setor de fertilizantes. Sua demanda é maior que a oferta em território 
nacional, por esse motivo, e um setor muito dependente de exportação, produzindo 
em média 1.250 t/ano, e importando cerca de 20% da amônia que consome (LINS et 
al., 2008; EGUTE, 2010;IHS MARKIT, 2017). 
A produção de amônia requer a disponibilidade de matérias-primas como gás 
natural ou gás liquefeito de petróleo. As plantas modernas que produzem o composto 
primeiro convertem o gás em hidrogênio, operação feita pela remoção de compostos 
de enxofre do gás natural. O gás também pode ser produzido usando outras fontes 
como gaseificação do carvão e por alternativas que são economicamente 
impraticáveis em larga escala. O hidrogênio obtido é, então, reagido cataliticamente 
com nitrogênio (derivado do processamento de ar) para formar a amônia, 
comercialmente conhecida como amônia anidra (LIMA, 2007; OLIVEIRA, 2015; 
OBERZINER, 2016). 
 OBJETIVO GERAL 
O presente projeto tem como objetivo geral o desenvolvimento de uma planta 
industrial de produção de amônia, desde seu dimensionamento, análise econômica e 
ambiental, com meta de produção de aproximadamente 400 mil toneladas por ano 
através da reforma autotérmica do metano, operando 345 dias por ano. 
 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
Os objetivos específicos do trabalho são: 
 Estudar as diferentes rotas de produção; 
 Realizar a análise do mercado a fim de compreender as dinâmicas de 
produção e venda da amônia; 
 Estudar a área de implantação da planta e do processo produtivo; 
 
 
31 
 Realizar os balanços de massa e energia na unidade; 
 Realizar a análise ambiental e econômica a fim de identificar a sua 
viabilidade; 
 Elaborar os fluxogramas de processo (PFD), diagrama de blocos (BFD) 
e fluxograma de engenharia (P&D); 
 Estabelecer o Layout da unidade; 
 Dimensionar os equipamentos e tubulações necessários para a 
produção de amônia; 
 Dimensionar a tancagem da matéria-prima e do produto final; 
 Analisar o licenciamento ambiental. 
 
 
32 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
A revisão da literatura é muito importante na estruturação de um trabalho, pois 
uma ampla busca bibliográfica sobre do tema de pesquisa colabora na tarefa de 
delimitação da unidade de leitura. Portanto, dentro do tema escolhido é apresentado 
pesquisas, para auxiliar a captação de fontes de ideias para novas investigações, 
orientar em relação ao que já é conhecido, na percepção de temas e problemas pouco 
pesquisados e a perceber o momento em que a situação problema está esclarecida 
(ECHER, 2001). 
 DEFINIÇÃO 
A amônia (NH3) é composta por três pontes de hidrogênio em uma molécula de 
nitrogênio. Seu processo reacional baseia-se em quantidades estequiométricas de 
hidrogênio e nitrogênio com elevadas pressões e temperaturas, conhecida como o 
processo de Haber-Bosch (LORENA, 2018). 
 APLICAÇÃO DA AMÔNIA 
Atualmente, é facilmente encontrado produtos de limpeza com amoníaco, 
sendo considerado um desinfetante, como detergentes e amaciantes de roupas, onde 
atua em uma limpeza mais profunda como manchas nos pisos, roupas e utensílios 
domésticos, além de nódoas complicadas, sendo aplicável tanto em uso doméstico 
quanto industrial (REMOVER MANCHAS, 2018). 
No ramo de fertilizantes, campo dominante na aplicação de amônia, o produto 
é responsável pelos adubos nitrogenados, ou seja, faz a correção do solo aumentando 
o teor de nitrogênio, formando aminoácidos, fixador biológico, regulador de pH e entre 
outros. Devido seus benefícios pode-se aumentar a produtividade agrícola mundial 
(MACHADO, 2018). 
No século 19, a amônia tornou-se o fluido refrigerante industrial mais confiável 
pertinente às suas propriedades termodinâmicas, resultando em uma aplicação 
segura e de alta eficiência energética de refrigeração. Sendo aplicável a todos os 
processos envolvidos na preservação alimentícia e instalações industriais com 
operações com troca térmica (DANFOSS, 2018). 
 
 
33 
Na obtenção da pólvora, a amônia também está presente. Neste caso, ocorre 
a reação por oxidação, produzindo o ácido nítrico, no qual foi primeiramente 
implementado na história por conta do seu baixo custo de desenvolvimento, sendo 
ainda destinado para produção de explosivos (RW ENGENHARIA, 2018). 
Em diversos produtos na área cosmética é utilizado o amoníaco como matéria 
prima, como alisamentos e tinturas de cabelo. No entanto, por ser um produto tóxico 
e volátil, a Anvisa permite uma porcentagem segura para sua aplicação. Não obstante, 
tais cosméticos devem ser evitados por gestantes podendo dispor perigo ao feto. Além 
disso, ele é aplicável para produção de polímeros e fibras poliméricas (RW 
ENGENHARIA, 2018). 
 TOXICIDADE DA AMÔNIA 
A amônia, um produto alcalino que em reação com ácido emite calor, se inalada 
em grandes concentrações, em sua forma gasosa, pode inibir os reflexos 
respiratórios, como broncoespasmo, bronquites crônicas, asfixia, edema pulmonar e 
dores torácicas, e causar a morte (FOSFERTIL, 2018). 
Por ser altamente solúvel em água, a amônia se dissolve nas mucosas dos 
olhos e trato respiratório superior, resultando em um efeito irritante intenso e dano 
celular pela sua ação cáustica alcalina, gerando queimaduras nas mucosas da boca, 
faringe e laringe e salivação. Além disso, em seu estado líquido, pode causar severas 
queimaduras nos olhos e na pele, sendo capaz de causar cegueiras permanentes. 
Contudo, segundo a International Agency for Research in Cancer não tem efeito 
carcinogênico (FOSFERTIL, 2018). 
No meio ambiente o produto é extremamente contaminante em correntezas, 
deixando a água imprópria para qualquer finalidade e, em altas concentrações na 
atmosfera, forma uma nuvem gasosa pela sua rápida dissipação, gerando hidróxido 
de amônio, podendo causar danos à todas as espécies animais e vegetais (RIBEIRO; 
GOMES e OLIVEIRA, 2018). 
Em seu estado gasoso, ela se apresenta com densidade muito baixa, porém é 
estável quando armazenada e de fácil manuseio e estocagem sob condições normais 
com sistema de ventilação diluidora adequada, exaustor de controle e remoção de 
fonte de ignição em todo o sistema. No entanto, em temperaturas superiores a 450 
 
 
34 
oC, libera nitrogênio e hidrogênio sofrendo decomposição. Apesar disso, não se 
polimeriza (FOSFERTIL, 2018 e LORENA, 2018). 
Os halogênios, 1,2-dicloroetano, triclorato de nitrogênio, platina, óxidos de 
etileno, boro, fortes oxidantes, metais pesados e seus compostos em contato com 
amoníaco ocasionam reações violentas ou até mesmo explosões. Com cloro e seus 
compostos provoca liberação de gás cloroamina. Não obstante, deve-se, também, 
evitar contato com aldeído acético, acroleína, hidrazina e ferrocianeto de potássio 
(FOSFERTIL, 2018). 
Caso haja algum acidente com contaminação, é necessário a busca de 
bloqueio do vazamento ou transferir o produto. A evacuação da área é primordial, e é 
importante que os envolvidos se posicionem de costas contra o vento (RIBEIRO; 
GOMES e OLIVEIRA, 2018). 
Por isso, o acesso de pessoas nos locais, principalmente contaminados, deve 
ser realizado apenas utilizando roupas de proteção de Policloreto de Vinila (PVC), 
máscaras com filtro químico adequado ou com suplemento de ar, luvas PVC de cano 
longo e óculos de segurança contra produtos químicos ou protetor facial. No caso de 
combate à incêndios, utiliza-se pó químico ou CO2, quando envolve amônia líquida, 
ou água para redução de sua concentração, em seu estado gás (RIBEIRO; GOMES 
e OLIVEIRA, 2018). 
Seu armazenamento adequado deve seguir a orientação do fabricante do 
equipamento, utilizando aço carbono nas tubulações (ASTM A 106) e nos tanques 
(ASTM A 285 / A 515 / A 516). Contendo sempre evidentes sinalizações de “Produto 
Tóxico” na planta (FOSFERTIL, 2018). 
 LEGISLAÇÃO 
Segundo o Decreto no 96.044, de maio de 1988, o regulamento para o transporte 
rodoviário de produtos perigosos, capítulo II, sobre as condições do transporte, seção 
I dos veículos e dos equipamentos abordam: 
 Art. 2º Durante as operações de carga, transporte, descarga, transbordo, 
limpeza e descontaminação os veículos e equipamentos utilizados no 
transporte de produto perigoso deverão portar