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| 1. - INTRODUÇÃO |
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| O crescimento industrial torna oportuno o avanço tecnológico viabilizando métodos eficientes para resolução de problemáticas distintas a cada setor industrial. |
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| Assim, na indústria de petróleo se reconhece a condição do efluente residual gerado de forma exponencial, sabendo que este é nocivo ao meio ambiente, diante desta situação se faz necessário desenvolver e aprimorar métodos de tratamento para todos esses resíduos. |
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| Podemos destacar a quantidade de águas de produção geradas em todas as etapas do processo, desde a produção do óleo até seu refino, esta água apresenta alto teor de óleo, sais e uma mistura complexa de compostos orgânicos e inorgânicos que são altamente nocivos aos seres humanos e a fauna. |
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| Há uma diversidade de métodos de tratamento para as águas de produção, entre eles: vasos gravitacionais, sistemas de filtração em meio granular, flotação, centrifugação e utilização de hidrociclones, podendo haver combinação destes . |
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| Assim, as petroleiras são obrigadas pela legislação ambiental e pelas agências fiscalizadoras a tratarem toda a água produzida que produzem seja ela para descarte em corpos d’água ou para injeção nos reservatórios de hidrocarbonetos, com a finalidade principal de mantê-los pressurizados, aumentando os níveis de recuperação de óleo e gás. |
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| Atualmente a flotação tem mostrado bastante eficiência, pois os outros métodos não conseguem remover grande parte do óleo emulsionado devido ao diâmetro crítico das gotas de óleo, enquanto que ela separa as partículas baseado no contato entre as bolhas de gás e as gotas de óleo. |
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| Como as fases de gás e óleo são menos densas do que a água, ambas tenderão a ascender naturalmente. |
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| Especificamente para descarte em atividades offshore aplica-se a resolução 393/2007 do CONAMA, que estabelece a média aritmética simples mensal do teor de óleos e graxas de até 29 mg/L, com valor máximo diário de 42 mg/L. |
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| Para injeção em campos produtores o limite do TOG não deverá exceder as 5 mg/L. |
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| Diante deste contexto o presente trabalho tem por objetivo estudar um método de tratamento de água de produção com o emprego de um tensoativo e depois desta avaliação fazer um estudo da combinação do emprego do tensoativo seguido por uma filtraçao em meio poroso. |
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| Assim, o trabalho visa enfocar a eficiência da remoção do óleo e metais presentes na água produzida, onde atualmente a indústria almeja viabilidade econômica em afinidade com a produção, em diversos setores, obtendo eficiência e lucro em parceria e em paralelo trabalhando com uma tecnologia limpa, contribuindo com o meio ambiente. |
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| Os objetivos específicos desse trabalho são : • Estudar a influência do tensoativo na redução do TOG da água produzida ; • Encontrar uma concentração ótima de tensoativo para que se tenha uma máxima eficiência na extração do óleo ; • Estudar a influência de remoção de óleo na água produzida através de um processo de extração utilizando tensoativo em conjunto com uma filtração . |
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| 2. - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA |
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| 2.1. Água Produzida |
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| O termo água de produção é dada a toda água produzida (carreada) junto com o óleo, sendo originária da formação geológica (água de formação) ou água de injeção de água dos processos de recuperação de petróleo (FERNANDES JR., 2002). |
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| Água produzida é responsável pelo maior volume único de resíduos gerados pela indústria de petróleo e gás. |
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| Estas águas são produzidas simultaneamente durante a produção de petróleo e gás natural, em operações onshore e offshore. |
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| A quantidade de água produzida gerada é dependente do método de recuperação, e a natureza da formação (TELLEZ, 2002). |
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| O volume de efluente gerado está ligado diretamente ao mecanismo natural e artificial de produção, bem como o estágio de vida do campo de produção. |
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| Ramalho (2008) explica que, no mecanismo natural, a água é encontrada naturalmente na formação geológica produtora, devido à existência de aquíferos subjacentes ao petróleo, devido à água conata, residente nos poros da rocha reservatórios. |
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| No mecanismo artificial, quando o poço estar depletando, à água é injetada artificialmente, para manter as condições de pressão do reservatório, forçando o petróleo a migrar. |
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| Esse método é conhecido por recuperação secundária de petróleo (ou recuperação convencional), é um método utilizado no aumento do fator de recuperação de um campo, sendo, em alguns casos, responsável pela viabilidade econômica do seu projeto de desenvolvimento. |
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| Veil (2004) explica que, a origem da água produzida se dá nas formações subterrâneas produtoras, que geralmente são permeadas por diferentes fluidos, tais como óleo, gás e água com alto teor de salinidade. |
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| O hidrocarboneto presente no poro da rocha está saturado com uma água com alto teor de sal. . |
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| Os hidrocarbonetos com menor densidade são deslocados para as armadilhas geológicas pela salmora existente na própria formação. |
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| Por último a rocha reservatório acumula à água salina e os hidrocarbonetos (óleo e gás). |
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| Existem três fontes de água salina: aquela que está presente nos aquíferos subjacentes à zona produtora de petróleo, a que se desloca no interior da zona produtora e a que é oriunda de fluidos injetados na formação com objetivo de aumentar a produção. |
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| Oliveira & Oliveira (2000) explica que, os componentes da água de produção, geralmente, incluem minerais dissolvidos oriundos da formação produtora, constituintes oleosos dissolvidos e dispersos, produtos químicos empregados durante o processo de produção, sólidos e gases dissolvidos. |
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| Partes destes compostos dissolvidos são bastante refratários aos processos de tratamento convencionais. |
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| Diferentes fatores podem influenciar na quantidade de óleo presente nas águas de produção. |
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| Dentre estes fatores destacam-se a composição do óleo, o pH, a salinidade, a temperatura, a razão óleo/água e o tipo e a quantidade de produtos químicos adicionados durante o processo de produção. |
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| O óleo livre representa as dispersões grosseiras constituídas por gotas com diâmetro superior a 150 µ m. . |
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| Este tipo de dispersão é facilmente removido por meios de processos convencionais de separação gravitacionais. |
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| Contudo, a separação nesse caso dependerá essencialmente da distribuição dos diâmetros das gotas e da presença ou não de agentes estabilizantes. |
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| No caso do óleo emulsificado, o diâmetro das gotas situa-se abaixo de 50µm, o que dificulta a separação por meios gravitacionais. |
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| Geralmente o tratamento de óleo emulsificado requer a utilização de processos mais sofisticados tais como: a centrifugação ou flotação, associado ao uso de produtos químicos. |
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| Finalmente o óleo pode está dissolvido na água sendo extremamente difícil a sua remoção, requerendo o uso de tratamentos químicos especiais tais como: precipitação, troca iônica, tratamento biológico, filtração por membrana, adsorção em zeólitos sintéticos, adsorção em carvão ativado e stripping, que é o borbulhamento de gás. |
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| 2.1.1. |
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| Compostos dissolvidos na água produzida |
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| 2.1.1.1. Compostos Inorgânicos |
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| As águas produzidas apresentam em sua constituição diferentes concentrações de cátions (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Ba2+, Sr2+, Fe2+) e ânions (Cl-, SO4 2-, S2-, CO3 2-, HCO3), sendo estes íons responsáveis pelo potencial de incrustação destas águas. |
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| As concentrações médias de constituintes aniônicos da água produzida e da água do mar são mostradas na Tabela 3.3. |
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| Oliveira e Oliveira (2000) explicam que, além destes íons, estas águas também contêm traços de vários metais pesados. |
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| Os radionuclídeos encontrados nas águas produzidas nos campos de petróleo estão normalmente associados às ocorrências naturais de materiais radioativos. |
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| A radioatividade dessas águas se deve a presença de traços dos íons de K40, U238, Th232, Ra226 e Ra228. |
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| Em presença dos ânions SO4 2e CO3 2-, o Ra226 íons de K40, U238, Th232, Ra226 e Ra228. |
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| Em presença dos ânions SO4 2e CO3 pode coprecipitar com os cátions Ca2+, Ba2+ e Sr2+, formando incrustações radioativas nas tubulações e facilidades de produção. |
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| 2.1.1.2. Compostos Orgânicos |
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| Oliveira e Oliveira (2000) explicam que, os compostos orgânicos naturais presentes nas águas produzidas podem ser divididos em quatro grupos principais: alifáticos (incluindo os naftênicos), aromáticos, polares e ácidos graxos. |
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| A quantidade relativa e a distribuição de peso molecular destes compostos variam de poço para poço. |
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| Os compostos alifáticos de maior interesse são aqueles mais leves (< C5), pois são os mais solúveis em água e contribuem para o total de carbono orgânico volátil. |
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| Compostos aromáticos, tais como: benzeno, tolueno, xileno e naftalenos, são relativamente solúveis na água, estando ainda presentes em pequenas quantidades os hidrocarbonetos aromáticos polinucleares de alto peso molecular. |
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| Os compostos aromáticos juntamente com os alifáticos, constituem os chamados hidrocarbonetos da água produzida. |
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| Os compostos polares, como os fenóis, também são relativamente solúveis na água. |
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| Todavia, como estes compostos estão presentes em pequenas quantidades no petróleo, sua concentração na água produzida é menor do que a dos compostos aromáticos. |
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| 2.1.1.3. Produtos químicos adicionados |
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| Oliveira e Oliveira (2000) explicam que, além dos compostos naturais presentes nas águas produzidas, uma grande variedade de produtos químicos é adicionada durante o processo de produção. |
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| Os produtos químicos são, geralmente, chamados de aditivos e são empregados para resolver ou prevenir problemas operacionais. |
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| Cada sistema de produção tem uma necessidade de utilização destes aditivos, gerando, desta forma, efluentes com diferentes características físico-químicas. |
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| Os principais aditivos adicionados durante o processo de produção de petróleo são: inibidores de incrustação, inibidores de corrosão, biocidas, desemulsificantes, aditivos para o tratamento da água (coagulantes e floculantes), inibidores de deposição de parafinas/asfaltenos e antiespumantes. |
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| 2.2. Tratamento da água produzida |
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| Tomas (2004) explica que, a quantidade de água produzida associada com óleo varia muito, podendo até alcançar valores na ordem de 50% em volume ou até mesmo próximo de 100% ao fim da vida econômica dos poços. |
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| O tratamento da água tem por finalidade recuperar parte do óleo nela presente em emulsão e condicioná-la para reinjeção ou descarte. |
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| 2.2.1. Separação óleo/água/gás |
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| Thomas (2004) explica que, a produção offshore primeiramente trata as misturas óleo/água por meio de separação mecânica dos fluidos. |
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| Os fluidos produzidos (água/óleo/gás) passam, inicialmente, por separadores, que podem ser bifásicos ou trifásicos, atuando em série ou paralelo. |
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| No separador bifásico (figura 2.3) ocorre a separação gás/líquido, enquanto que no separador trifásico (figura 2.4) ocorre, também, a separação óleo/água. |
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| Thomas (2004) explica que, nas plataformas marítimas, a água proveniente dos separadores e tratadores de óleo é enviada para um vaso degaseificador, com a função de remover traços de gás ainda presentes no líquido. |
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| Em seguida a água passa por um separador água/óleo e finalmente em um tubo de despejo. |
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| Depois da remoção da maior parte do óleo, a água produzida é tipicamente descartada abaixo da superfície do mar (Figura 2.5). |
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| Todo o óleo recuperado nessas etapas é recolhido em um tanque para sua recuperação. |
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| 2.2.2. Métodos de remoção de compostos dispersos |
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| Neste caso são utilizados tanques de decantação de maiores dimensões e tempo de repouso, tornado a separação mais eficiente. |
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| Ao final do processo de separação gravitacional, a água produzida ainda possui uma elevada concentração de hidrocarbonetos que precisam ser removidos antes do seu descarte. |
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| Dentre os processos convencionais de tratamento, citam-se os vasos gravitacionais, os sistemas de filtração em meio granular, a flotação por gás dissolvido ou induzido, a centrifugação e o emprego de hidrociclones. |
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| Na prática, estes métodos são utilizados de forma combinada para aumentar a eficiência do tratamento. |
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| 2.2.2.1. Flotação |
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| Flotação é um dos processos de separação óleo/água atualmente mais utilizados pela indústria do petróleo. |
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| A flotação remove apenas resíduos particulados, óleos e graxas, sendo o processo pouco eficiente para remoção de sais e metais, uma vez que a separação é gravitacional. |
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| O processo de separação de emulsões por flotação está baseado na ocorrência de contato enre as bolhas de gás e as gotas de óleo. |
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| Esse método é bastante empregado no tratamento da água produzida tanto em terra como no mar. |
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| Como as fases gás e o óleo são menos densas do que a água, ambas tenderam a ascender naturalmente. |
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| Contudo, como a densidade do gás é muito menor do que a densidade do óleo, é de se esperar que as bolhas ascendam com uma velocidade maior do que as gotas de óleo. |
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| Essa diferença possibilita a ocorrência do contato bolha-gota. |
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| As particulas de óleo e sólidos suspensos são carreadas pelas bolhas de ar para a superficie do flotador de onde são removidas. |
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| A flotação pode ser por gás induzido (FGI) ou por gás dissolvido (FGD). |
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| Na primeira o gás é introduzido no efluente a ser tratado através de um tubo com um dispersor na extremidade normalmente as bolhas produzidas possuem um diâmetro de 104µm. |
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| Na segunda parte do efluente a ser tratado é previamente saturada com gás (ar) sob pressão em um reator de saturação. |
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| Em seguida o efluente saturado de ar sofre despressurização em uma câmara de flotação. |
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| O diâmetro da bolhas produzidas é inferior a 102µm. |
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| 2.2.2.2. Hidrociclones |
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| Os hidrociclones são equipamentos destinados à separação líquido-líquido aplicados em larga escala para sepação do óleo/água, podem ser do tipo vertical ou horizontal (figura 2.7). |
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| Por equipamentos compactos e não sofrerem influencia do balanço provocado pelas marés são largamente aplicados nas plataformas ou navios de produção FPSO. |
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| A água oleosa é introduzida sob pressão tangencialmente no trecho de maior diâmetro do hidrociclone e direcionada internamente em fluxo espiral em direção ao trecho de menor diâmentro. |
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| O fluxo é acelerado pelo contínuo decréscimo de diâmetro, criando uma força centrifuga que força os componentes mais pesados (água e sólidos) contra as paredes. |
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| Devido ao seu formato cônico e ao diferencial de pressão existente entre as paredes e o centro, ocorre na parte central do equipamento um fluxoaxial reverso. |
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| Esta fase líquida central contendo óleo em maior proporção é chamada rejeito (THOMAS, 2001). |
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| A principal desvantagem desse tipo de tratamento é que nos sistemas marítimos o pouco tempo de residência faz com que parte do óleo emulsionado não seja removido e consequentmente não atingindo os valores exigidos pela legislação (TOG < 29 mg/L). |
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| 2.2.2.3. Tanques Gravitacionais |