O aumento da demanda energética aliado à forte preocupação com as questões ambientais e legislações mais rigorosas em relação a emissões de óxidos de enxofre (SOx) pressionam as refinarias de petróleo em relação à especificação dos combustíveis. O hidrotratamento (HDT) de diversas correntes do petróleo para a remoção de contaminantes, como organossulfurados e nitrogenados, é um dos mais importantes processos catalíticos na indústria de refino do petróleo. O objetivo deste trabalho foi a modelagem, simulação e estimação dos parâmetros cinéticos no processo de HDT em uma planta piloto. Utilizou-se a técnica de planejamento de experimentos para relacionar as variáveis operacionais relevantes no processo de HDT, tais como a temperatura e vazão de carga, com os parâmetros cinéticos do modelo matemático proposto. Os resultados da estimação de parâmetros mostraram que o modelo proposto foi capaz de reproduzir as diversas condições de operação da planta piloto.