BRPI0704075A2

BRPI0704075A2 - processo de tratamento de efluentes de indústria petrolìfera para descarte ou reutilização

Info

Publication number: BRPI0704075A2
Application number: BRPI0704075-0A
Authority: BR
Inventors: De Aquino Pereira Oswaldo; Jr.; Vasconcelos Melo Marcel; Jacinto Junior Agenor
Original assignee: Petróleo Brasileiro S/A - Petrobras
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2010-06-08
Also published as: US8052876B2; US20090134093A1; EP2058040A3; EP2058040A2; EP2058040B1; BRPI0704075B1

Abstract

descrito um processo de tratamento de efluentes de indústria petrolífera para descarte ou reutilização, para a remoção de óleo e outros contaminantes tóxicos solúveis como: sulfetos, benzenos, toluenos, xilenos e hidrocarbonetos poli-aromáticos, antes de descartar ou reutilizar esse efluente principalmente em ambiente marítimo. Esse processo de tratamento de efluente compreende uma etapa de mudança das condições termodinâmicas de equilíbrio de uma emulsão óleo em água, seguida de uma etapa de separação do óleo e da água, a serem realizadas em uma unidade marítima de produção de petróleo.

Description

PROCESSO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DE INDÚSTRIAPETROLÍFERA PARA DESCARTE OU REUTILIZAÇÃO

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção pertence ao campo dos processos detratamento de efluentes de indústria petrolífera. Mais especificamente apresente invenção descreve um processo de tratamento de efluente para aremoção de óleo e outros contaminantes tóxicos solúveis como: sulfetos,benzenos, toluenos, xilenos e hidrocarbonetos poli-aromáticos, antes dedescartar ou reutilizar esse efluente principalmente em ambiente marítimo.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Um grande problema da indústria petrolífera está relacionado com adestinação final da água oleosa produzida concomitantemente ao petróleoe dos líquidos de lavagem de equipamentos, instrumentos, unidades deprodução, dispositivos de armazenamento, entre outros, principalmenteem ambiente marítimo.

Tanto a água oleosa produzida como os líquidos de lavagem(considerados efluentes de uma indústria petrolífera) costumam conteralém de óleo, uma série de contaminantes tóxicos solúveis como: sulfetos,benzenos, toluenos, xilenos e hidrocarbonetos poli-aromáticos.

Esses efluentes podem ser descartados em alto mar ou injetadosem poços injetores para aumentar a recuperação de petróleo contido emum reservatório. Porém, antes disso, precisam ser tratados tanto porrazões ambientais ligadas ao descarte de líquidos em alto mar, como porrequisitos de processo de injeção de fluidos em poços injetores.

Em todo o mundo, a proteção ambiental vem se tornando cada vezmais discutida. As legislações sobre esse assunto impõem limites cadavez mais rígidos para as substâncias que podem ser lançadas ao mar. Porexemplo, no Brasil, o limite para a concentração de óleo em efluentesdescartados no mar é de 20 mg/L, enquanto que em outras partes domundo esse limite é de 40 mg/L. Os contaminantes tóxicos também devemser retirados da água produzida antes de descartá-la no mar, mas não sãotodos os países que tem uma legislação específica definindo os limitesmáximos de concentração desses contaminantes nos efluentes lançadosao mar. Atualmente, a legislação brasileira ainda não exige remoçãodestes contaminantes para descarte em alto mar, mas esta exigência jáocorre no Mar do Norte.

O tratamento prévio de líquidos a serem injetados no reservatório éimportante para não prejudicar a taxa de injetividade desse líquido noreservatório. A presença de óleo e sólidos na água produzida contribuipara a formação de depósitos no reservatório. Estes depósitos podemcausar perda de injetividade e, consequentemente, uma redução na vazãode petróleo.

Existem algumas dificuldades no tratamento de efluentes de umaindústria petrolífera, entre elas a presença de agentes estabilizadores deemulsões óleo em água. Dentre esses agentes estabilizadores podemoscitar o sulfeto ferroso (FeS), que é um produto de corrosão por H2S emtubulações e em equipamentos de produção. É muito comum a presençade H2S nos reservatórios de petróleo em ambiente marítimo, o queaumenta a corrosividade da água produzida concomitantemente ao óleocontido nesses reservatórios.

A influência do FeS na estabilidade de emulsões óleo em água érelevante uma vez que estando em sua forma coloidal (partículas comtamanhos da ordem de nanômetros), este migra para a interface óleo-águaformando uma barreira física e elétrica que impede o contato entre asgotículas de óleo, prejudicando a coalescência e promovendo uma maiorestabilização da emulsão óleo em água. Além disso, o tempo de contatoda interface óleo-água afeta significativamente a estabilidade da emulsão.À medida que a interface óleo-água "envelhece", a adsorção desubstâncias emulsionantes (como asfaltenos e aromáticos polinucleados)se completa e a rigidez da película interfacial aumenta. Comoconseqüência, uma emulsão "envelhecida" associada à existência deagentes estabilizadores sob forma coloidal confere ao efluente oleoso umaelevada estabilidade, resultando em um efluente de difícil tratamento portécnicas convencionais.

Um exemplo de tratamento de líquido proveniente da indústriapetrolífera utilizado nos dias de hoje pelas organizações é descrito nodocumento de patente brasileiro PI 9509389. No referido documento édescrito um método de tratamento de água contaminada por óleo emunidades de produção de petróleo. O método descrito utiliza agitadoresmecânicos e dois produtos químicos para promover a floculação e umaquantidade de ar para a flotação do material contaminante. Desta forma, ométodo descrito apresenta complexidades na sua operação, uma grandequantidade de gás dissolvido no fluxo, e necessidade de alto investimentopara desenvolvimento do método de tratamento. Além disso, todo estetratamento convencional só remove sólidos e óleo disperso, permitindo apassagem para o meio ambiente receptor, de todos os contaminantestóxicos presentes no efluente, devido a presença de derivados solúveisnão removidos pela referida técnica.

O documento de patente norte-americano US 5,207,920 descreveum equipamento para separação de fluidos ou partículas de fluidos emsolução por meio da ação da força centrifuga juntamente com a ação deum gás de flotação. Dito equipamento promove a separação das gotículasde óleo dispersas com o mínimo de movimentos das ditas gotículas demaneira a minimizar os efeitos do mecanismo funcional. Embora taltécnica de tratamento represente um avanço em relação à técnica anteriorpor utilizar equipamentos compactos e sem partes móveis para uso emambiente marítimo, também não contempla a remoção de contaminantestóxicos solúveis presentes no efluente nem é capaz de tratarsatisfatoriamente emulsões óleo em água estabilizadas por colóides desulfeto ferroso.Portanto, é de conhecimento que os métodos e equipamentos doestado da técnica apresentam como deficiência a não retirada decontaminantes tóxicos solúveis como sulfetos, benzenos, toluenos, xilenose hidrocarbonetos poli-aromáticos, presentes em efluentes de indústriaspetrolíferas, especialmente em ambiente marítimo. Adicionalmente, emfunção da alta estabilidade das emulsões de óleo em água conferida pelapresença de materiais coloidais e particulados finamente divididos, astécnicas de tratamento convencionais não são capazes de removersatisfatoriamente óleo disperso desses efluentes. Na indústria de petróleo,principalmente em instalações antigas, materiais coloidais provenientes deprocessos corrosivos tais como sulfeto ferroso e oxido ferroso atuammajoritariamente neste efeito.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção descreve um processo de tratamento deefluentes de indústria petrolífera para descarte ou reutilização, para aremoção de óleo e outros contaminantes tóxicos solúveis como: sulfetos,benzenos, toluenos, xilenos e hidrocarbonetos poli-aromáticos, antes dedescartar ou reutilizar esse efluente principalmente em ambiente marítimo.

Esse processo de tratamento de efluente compreende uma etapa demudança das condições termodinâmicas de equilíbrio de uma emulsãoóleo em água, seguida de uma etapa de separação do óleo e da água, aserem realizadas em uma unidade marítima de produção de petróleo.

A mudança das condições termodinâmicas de equilíbrio da emulsãoé conseguida por intermédio de uma ou mais reações de oxi-redução,mediante a adição de agentes oxidantes específicos (peróxido dehidrogênio (H202) ou hipoclorito de sódio (NaCIO), por exemplo).

Com a mudança das condições termodinâmicas de equilíbrio, hátambém a oxidação dos contaminantes tóxicos solúveis derivados dopetróleo, que migram para a fase oleosa do efluente tratado e sãoseparados da água juntamente com o óleo, reduzindo assim a toxicidadefinal do efluente. Esse processo de tratamento de efluentes minimiza osefeitos poluidores, diminuindo os custos operacionais e os riscos deimpacto ambiental.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As características do processo de tratamento de efluentes deindústria petrolífera para descarte ou reutilização, objeto da presenteinvenção, serão melhor percebidas a partir da descrição detalhada que sefará a seguir, a mero título de exemplo, associada ao desenho abaixoreferenciado, o qual é parte integrante do presente relatório.

A FIGURA 1 anexa ilustra a análise de concentração de óleo naágua antes e após a adição de um agente oxidante, em função do tempode residência para a água produzida em uma unidade marítima de umprimeiro campo de produção de petróleo, aqui nesse texto referenciadacomo "plataforma A".

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

O processo de tratamento de efluentes de indústria petrolífera paradescarte ou reutilização, objeto da presente invenção, descreve umprocesso de tratamento de efluente para a remoção de óleo e outroscontaminantes tóxicos solúveis como: sulfetos, benzenos, toluenos,xilenos e hidrocarbonetos poli-aromáticos, antes de descartar ou reutilizaresse efluente, principalmente em ambiente marítimo.

O principal agente que dificulta o tratamento de efluentes de umaindústria petrolífera pelos métodos tradicionais é o sulfeto ferroso (FeS).Citado anteriormente, o sulfeto ferroso sob a forma coloidal é responsávelpor uma alta estabilidade da emulsão óleo em água presente nos efluentesde uma indústria petrolífera.De acordo com o processo de tratamento proposto por essainvenção, o sulfeto ferroso (FeS) pode mudar sua forma coloidal para umaforma solúvel reagindo com agentes oxidantes (H202 ou NaCIO) pelasreações 1 ou 2, mostradas abaixo:

2 • FeS (s) + 9 • H202 (I) 2 • Fe+3(aq) + 2 • SO^aq) + 8 • H20 (aq) + 2 • Ol-r(aq) (1)2 • FeS (s) + 9 • NaCIO (1) + H 20 (1) ->

-> 2 • Fe+3 (aq) + 2 ■ SOf (aq) + 9 ■ Cl~(aq) + 9-Na+(aq) + 2-OH~ (aq)

A mudança das condições termodinâmicas de equilíbrio permite acoalescencia das gotículas de óleo pela desestabilizaçâo da emulsão e aseparação das fases, reduzindo, portanto, a concentração de óleo noefluente.

Além da redução da concentração de óleo no efluente, a mudançadas condições termodinâmicas de equilíbrio promove também a oxidaçãodos contaminantes tóxicos solúveis derivados do petróleo, que migrampara a fase oleosa do efluente tratado e são separados da águajuntamente com o óleo, reduzindo assim a toxicidade final do efluente.

As etapas do processo de tratamento de efluentes de uma indústriapetrolífera, proposto por essa invenção, compreendem:

a) bombear um efluente, contendo uma emulsão óleo emágua e contaminantes tóxicos solúveis, proveniente de um primeirotanque de armazenamento por uma primeira linha de alimentação;

b) bombear um agente oxidante proveniente de um segundotanque de armazenamento por uma segunda linha de alimentação;

c) confluir a primeira linha de alimentação e a segunda linhade alimentação em uma terceira linha de alimentação para promoveruma primeira mistura entre o efluente e o agente oxidante;

d) verter a mistura entre o efluente e o agente oxidanteproveniente da terceira linha de alimentação em um equipamentomisturador, preferencialmente um floculador pneumático;e) promover a agitação da mistura entre o efluente e o agenteoxidante para que ocorra pelo menos uma reação de oxi-redução ea conseqüente desestabilização da emulsão óleo em água;

f) conduzir o conteúdo do equipamento misturador por meiode uma linha de transferência para um equipamento separador,preferencialmente um flotador;

g) separar o efluente tratado, por meio do equipamentoseparador, em duas fases distintas: uma primeira fase contendopredominantemente água e uma segunda fase contendo óleo e oscontaminantes tóxicos solúveis.

O equipamento misturador do tipo floculador pneumático, sugeridona presente invenção, trata-se de um misturador estático tipo serpentinaque recebe uma injeção de gás natural para promover a turbulêncianecessária para a mistura do efluente e do agente oxidante. A injeção degás natural, além de proporcionar uma boa mistura, também propicia aformação de agregados envolvendo bolhas de gás natural e gotículas deóleo desestabilizadas em função da adição do agente oxidante.

O tipo do agente oxidante (H202 ou NaCIO) é escolhido através detestes de bancada na própria unidade marítima de acordo com acomposição do efluente previamente caracterizado por testes emlaboratório. A caracterização química e físico-química serve para identificara concentração de sólidos (suspensos e coloidais), de óleo disperso e decontaminantes tóxicos solúveis presentes no efluente a ser tratado. Ostestes de bancada além de definir o tipo do agente oxidante a ser utilizado,também indicam a dosagem ótima desse agente para o tratamento doefluente.

O ajuste da dosagem ótima do agente oxidante e o tempo de reaçãoideal para o tratamento do efluente pode ser feito por testes em escalapiloto na própria unidade marítima. Para isso, uma fração do efluentepassa pelo processo de tratamento descrito acima, recebendo diferentesdosagens do agente oxidante com valores próximos da dosagem ótimadefinida pelos testes de bancada.

Nestes testes em escala piloto são tomadas amostras na entrada(efluente a ser tratado) e na saída do processo (água tratada), para medira concentração de óleo e contaminantes presentes e assim avaliar ocomportamento do agente oxidante em condições operacionais. Caso sejanecessário, é realizado então o ajuste na dosagem ótima do agenteoxidante.

O equipamento separador do tipo flotador, sugerido na presenteinvenção, responsável pela separação dos agregados envolvendo asbolhas de gás natural e as gotículas de óleo desestabilizadas, pode sersubstituído alternativamente por vasos degaseificadores convencionais outanques gravitacionais adaptados para separação de gás. No caso deausência destes equipamentos ou por questões de limitação de espaço naunidade marítima, podem ser projetados separadores ciclônicos cilíndricospara a vazão de efluente a ser tratado. Nos separadores do tipo flotador afase rica em óleo e gás é removida pela saída de topo enquanto que afase contendo predominantemente água é removida pelo fundo doequipamento.

O processo de tratamento da presente invenção envolveequipamentos que podem perfeitamente ser utilizados em uma unidademarítima, sem interferir nas demais instalações necessárias para aprodução de petróleo em alto mar.

A água tratada, por causa de seus baixos níveis de concentração deóleo e de contaminantes tóxicos solúveis, pode ser destinada a diversosfins, dentre eles o descarte seguro em alto mar e a injeção em poçosinjetores de fluido para a recuperação de petróleo. Outro destino que podeser dado a água tratada pelo processo aqui descrito é a irrigação deplantações de culturas não comestíveis costa adentro, como por exemplo,a cultura de mamona.A presente invenção será ilustrada a seguir por um Exemplo, quenão deve ser considerado limitativo.

EXEMPLO

O processo de tratamento de efluentes de indústria petrolífera paradescarte ou reutilização foi testado em planta piloto em uma unidademarítima de um primeiro campo de produção de petróleo, doravantereferenciada como "plataforma A"; e em escala de bancada em umaunidade marítima de um segundo campo de produção de petróleo, nesteexemplo referenciada como "plataforma B".

Os contaminantes tóxicos solúveis foram monitorados quanto aeficiência de remoção por intermédio de análises químicas específicas acada um de acordo com metodologias atualmente praticadas erecomendadas no meio científico internacional.

A Figura 1 compara as análises de concentração de óleo dispersoantes e depois da adição do agente oxidante peróxido de hidrogênio naágua produzida bruta da "plataforma A", em função do tempo de repouso.

Nota-se que, a partir da referida adição (tempo de repouso igual a 1 hora),ocorreu uma queda na concentração do óleo na água produzida (tempo derepouso igual a 2, 3, 4 e 5 horas), chegando a valores próximos de zero(tempo de repouso igual a 6 horas). Esta queda ratifica a oxidação dosagentes estabilizadores sob forma coloidal (principalmente o sulfetoferro so), permitindo uma rápida separação da fase oleosa via processogravitacional.

Adicionalmente, a Tabela 1 compara a qualidade da água produzidana "plataforma A" em relação a concentração de benzenos, toluenos exilenos antes e após o tratamento com peróxido de hidrogênio. Verifica-setambém uma redução na concentração destas espécies na água após otratamento, refletindo uma menor toxicidade da mesma. Ainda na Tabela1, cabe dizer que a Amostra 1 representa o efluente antes do tratamento eAmostra 2 representa a água tratada.TABELA 1

<table>table see original document page 11</column></row><table>

Na Tabela 1, a sigla "ND" significa que o contaminante tóxicoanalisado não foi detectado na amostra. A sigla "J" significa que o analitofoi detectado, mas está abaixo do Limite de Detecção do Aparelho (3,3LDMs). E a sigla "LDM" representa o Limite de Detecção do Método.

A Tabela 2 compara as análises de concentração de óleo dispersoda água produzida da "plataforma B" antes e após a adição do oxidantehipoclorito de sódio em função do tempo de residência. Assim como nocaso anterior, a adição de um agente oxidante, no caso agora o hipocloritode sódio, tem papel decisivo na desestabilização química da emulsão,permitindo o tratamento da água mediante baixos tempos de residência.Em referência a Tabela 2 vale ressaltar que a concentração de óleo naágua bruta era de 57 ppm.

TABELA 2

<table>table see original document page 11</column></row><table>Adicionalmente, a Tabela 3 compara a qualidade da água produzida na"plataforma B" em relação a concentração de sulfeto antes (amostra número 1) edepois do tratamento (demais amostras) utilizando peróxido de hidrogênio ehipoclorito de sódio como agentes oxidantes. As amostras foram analisadas com60 minutos de repouso após a dosagem do agente oxidante. Verifica-se tambémuma redução na concentração destas espécies na água após o tratamento,refletindo uma menor toxicidade da mesma.

TABELA 3

<table>table see original document page 12</column></row><table>

A descrição que se fez até aqui do processo de tratamento deefluentes de indústria petrolífera para descarte ou reutilização, objeto dapresente invenção, deve ser considerada apenas como uma possívelconcretização, e quaisquer características particulares nela introduzidasdevem ser entendidas apenas como algo que foi escrito para facilitar acompreensão. Desta forma, não podem de forma alguma ser consideradascomo limitantes da invenção, a qual está limitada ao escopo dasreivindicações que seguem.

Claims

1. Processo de tratamento de efluentes de indústria petrolífera para aremoção de óleo e outros contaminantes tóxicos solúveis comosulfetos, benzenos, toluenos, xilenos e hidrocarbonetos poli-aromáticos,antes de descartar ou reutilizar esse efluente, principalmente emambiente marítimo, caracterizado por compreender as seguintesetapas:a) bombear um efluente, contendo uma emulsão óleo emágua e contaminantes tóxicos solúveis, proveniente de um primeirotanque de armazenamento por uma primeira linha de alimentação;b) bombear um agente oxidante proveniente de um segundotanque de armazenamento por uma segunda linha de alimentação;c) confluir a primeira linha de alimentação e a segunda linhade alimentação em uma terceira linha de alimentação para promoveruma primeira mistura entre o efluente e o agente oxidante;d) verter a mistura entre o efluente e o agente oxidanteproveniente da terceira linha de alimentação em um equipamentomisturador;e) promover a agitação da mistura entre o efluente e o agenteoxidante para que ocorra pelo menos uma reação de oxi-redução ea conseqüente desestabilização da emulsão óleo em água;f) conduzir o conteúdo do equipamento misturador por meiode uma linha de transferência para um equipamento separador;g) separar o efluente tratado, por meio do equipamentoseparador, em duas fases distintas: uma primeira fase contendopredominantemente água e uma segunda fase contendo óleo e oscontaminantes tóxicos solúveis.

2. Processo de tratamento de efluentes de indústria petrolífera de acordocom a reivindicação 1, caracterizado por o agente oxidante poder seruma das seguintes substâncias:a) peróxido de hidrogênio (H202);b) hipoclorito de sódio (NaCIO).

3. Processo de tratamento de efluentes de indústria petrolífera de acordocom a reivindicação 1, caracterizado por o agente oxidante poder serescolhido através de testes de bancada na própria unidade marítima deacordo com a composição do efluente previamente identificados portestes em laboratório.

4. Processo de tratamento de efluentes de indústria petrolífera de acordocom a reivindicação 1, caracterizado por o agente oxidante ter suadosagem ótima ajustada por meio de testes em escala piloto na própriaunidade marítima.

5. Processo de tratamento de efluentes de indústria petrolífera de acordocom a reivindicação 1, caracterizado por a reação de oxi-redução terseu tempo de reação ideal definido por meio de testes em escala pilotona própria unidade marítima.

6. Processo de tratamento de efluentes de indústria petrolífera de acordocom a reivindicação 1, caracterizado por o equipamento misturadorpoder ser um floculador pneumático.

7. Processo de tratamento de efluentes de indústria petrolífera de acordocom a reivindicação 1, caracterizado por o equipamento separadorpoder ser um dos seguintes equipamentos:a) flotadores;b) vasos degaseificadores convencionais;c) tanques gravitacionais adaptados para separação de gás;d) separadores ciclônicos cilíndricos.