Tratamento de água produzida

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Processamento primário de petróleo
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Tratamento de água produzida
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Tratamento de água produzida
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A água separada do petróleo é um efluente que, quer seja destinada
ao descarte ou ao seu reúso (reinjeção ou outra utilização, como por
exemplo geração de vapor ou até irrigação), deve ser tratada.
Em média, para cada barril de petróleo produzido são gerados 3 a 7
barris de água e quanto mais maduros os campos, maior a quantidade
de água produzida.
Nas atividades do E&P a água produzida responde por 98% de todos os
efluentes gerados.
A água produzida destinada ao tratamento, pode conter
concentrações de óleo que variam de 50 a 5000 ppm, possui elevada
salinidade (entre 40.000 e 150.000 mg/L de NaCl) e pode conter teor
de sólidos suspensos (TSS) variando entre 5 a 2000 ppm.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Tratamento de água produzida
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Caso a água seja descartada, condição comumente adotada em
campos marítimos (offshore), inevitavelmente deverá ser tratada para
atender as normas ambientais brasileiras, que atualmente exigem
uma concentração limite de óleos e graxas (TOG) de 29 mg/L.
Além desta especificação, caso a água seja descartada em corpos
hídricos em terra (caso das refinarias, terminais e unidades onshore)
outros requisitos específicos da CONAMA 357/2005 devem ser
atendidos relativos, por exemplo, à presença de compostos orgânicos
e inorgânicos dissolvidos.
Caso a água seja reinjetada, condição desejável e adotada hoje
principalmente pelos campos terrestres, o tratamento deverá atingir
padrões de qualidade que não comprometam a injetividade dos
reservatórios e integridade dos equipamentos relacionados.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Tratamento de água produzida
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Alguns arranjos de tratamento de água produzida são consagrados. A
grande maioria das unidades onshore da tratam a água produzida
visando reinjeção (recuperação secundária de petróleo). Quando não
existe esta possibilidade, toda a água produzida (tratada ou não) é
enviada para outras unidades de processamento visando tratamento
mais refinado e subsequente descarte via emissário submarino.
Ao contrário das unidades offshore, espaço não é um problema tão
crítico nas unidades em terra. Consequentemente é comum utilizar
nestas unidades, separadores do tipo API (para remoção de óleo
livre), seguido de flotadores naturais (grandes tanques que utilizam
parte do gás proveniente da água para flotar gotículas de óleo
emulsionadas) ou por gás dissolvido e filtros, antes da reinjeção.
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Tratamento de água produzida
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Em unidades offshore é comum o uso de hidrociclones seguido de
flotador para tratamento de água produzida. Em alguns casos, apenas
a passagem pela bateria de hidrociclones é suficiente para o
enquadramento do efluente para seu descarte.
Dessa forma, esse arranjo será o aprofundaremos nesse curso:
Hidrociclones + Flotador.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Tratamento de água produzida - Hidrociclones
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Fluxograma de processamento primário de petróleo, destacando os 
hidrociclones.
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Tratamento de água produzida – Hidrociclones
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O princípio de operação por trás do hidrociclone é relativamente
simples. Dois líquidos insolúveis com gravidades específicas diferentes
têm uma tendência inerente de se separarem sob a força da
gravidade normal.
Essa tendência de separação é aumentada com forças de gravidade
(g) superiores. Usando a geometria interna, a água com petróleo
entra no hidrociclone tangencialmente sob pressão por uma entrada.
A energia de pressão que o fluido possui é transformada em energia
cinética e, através da forma de entrada do fluido no equipamento, é
criado uma força centrífuga de grande intensidade, da ordem de 100
a 1.000 g de gravidade.
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Tratamento de água produzida – Hidrociclones
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Um vórtice de velocidade superior é criado pelo redirecionamento da
velocidade tangencial ao longo do comprimento do hidrociclone. A
água mais pesada é forçada até o perímetro externo, deixando o
petróleo mais leve no núcleo central.
O petróleo é removido pelo orifício de rejeição usando uma pressão
diferencial (pressão de alimentação – pressão de rejeição de petróleo)
ao longo do cone. A água limpa é retirada pelo inferior, por meio da
saída de água tratada.
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Tratamento de água produzida – Hidrociclones
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A eficiência da unidade depende principalmente do tamanho das
gotas do óleo e do diferencial específico da gravidade entre
óleo e a água na qual ele está suspenso. Quanto maior for
a gota e o diferencial de gravidade, maior será a eficiência da
separação.
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Entrada Fluxo inferior Rejeição
Tratamento de água produzida - Hidrociclones
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Diferentes arranjos de hidrociclones.
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Existem 2 principais tipos de arranjo de hidrociclones: tipo Petrobras
e em vaso de pressão.
Tratamento de água produzida – Hidrociclones
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Dentre as vantagens do uso de hidrociclones para tratamento de água
oleosa destacam-se:
 São compactos;
 Apresentam grande capacidade por área instalada;
 Não requer dosagem de polieletrólitos;
 Não possuem partes móveis, requerendo baixa manutenção
mecânica e baixo consumo de energia;
 Não sofrem efeito do balanço, pois operam a elevadas velocidades
lineares.
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Tratamento de água produzida – Hidrociclones
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Em contrapartida, os hidrociclones também apresentam algumas
desvantagens:
 Em uma passagem, dificilmente conseguem enquadrar o TOG em
20 mg/L;
 Podem sofrer abrasão comprometendo a estrutura interna dos
liners;
 São muito susceptíveis a incrustação devido ao pequeno diâmetro
dos liners.
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Tratamento de água produzida – Flotador
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Fluxograma de processamento primário de petróleo, destacando o flotador.
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Tratamento de água produzida – Flotador
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Historicamente, a flotação corresponde ao processo de separação de
sólidos finamente divididos, em geral aplicada ao beneficiamento de
minérios.
A flotação tem sido aplicada ao tratamento de efluentes oleosos pois
é um processo de fácil implantação, operação e manutenção e
consiste basicamente nas seguintes etapas:
 Geração das bolhas gasosas (pode ser ar ou gás, como nas unidades
de produção) no interior do efluente;
 Colisão das bolhas de gás com as gotas de óleo dispersas na água;
 Adesão das bolhas de gás nas gotículas de óleo;
 Ascensão dos agregados bolha-gotícula até a superfície, onde o
óleo é recuperado.
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Tratamento de água produzida – Flotador
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O gás pode ser injetado na forma dissolvida e o processo denomina-se
Flotação por Gás Dissolvido - FGD ou por gás induzido – FGI:
 No primeiro processo, o gás é dissolvido em água em um saturador
sob pressão (2 a 6 kgf/cm²) e esta água saturada com gás é
injetada à pressão atmosférica, através de uma válvulano tanque
flotador propriamente dito e as bolhas geradas são bem pequenas.
 Na FGI as bolhas são geradas por agitação mecânica combinada
com injeção de ar ou gás ou por borbulhamento através de meio
poroso. Este processo tem a vantagem, de permitir que grande
quantidade de fase gasosa seja admitida no sistema, entretanto o
tamanho das bolhas geradas é relativamente grande (1 a 2 mm),
diminuindo a eficiência de remoção de partículas pequenas.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Tratamento de água produzida – Flotador
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A FGI é a tecnologia mais largamente utilizada em ambiente offshore,
por resultarem em unidades mais compactas (trabalham com elevada
relação gás/líquido), embora não sejam tão eficientes (em um único
estágio) quando comparada à FGD.
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Tratamento de água produzida – Flotador
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Os flocos de petróleo/sólidos são dispersados radialmente na direção
da borda externa do recipiente.
O petróleo é periodicamente escumado do recipiente quando um sinal
elétrico/pneumático aciona a válvula de controle de nível.
O controlador aumenta o ponto definido do nível e faz com que o
nível aumente no recipiente acima da calha de escumação.
A frequência e a duração podem ser controladas por um timer de
repetição de ciclo. Quando um ciclo de escumação é concluído, o
ponto definido de nível é redefinido e a unidade retorna à operação
normal.
As velocidades dos mecanismos do eductor e do dispersor são
essenciais e devem ser mantidas em um fluxo quase constante para
proporcionar a eficiência máxima.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Tratamento de água produzida – Flotador
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Tratamento de água produzida – Flotador
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A FGI pode exigir a adição de floculante e/ou químicos coagulantes
para melhorar a remoção do petróleo e dos sólidos suspendidos.
Para o petróleo, é útil injetar o químico o mais montante possível da
entrada do flotador, para permitir que o químico tenha o tempo de
reação mais longo possível.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Tratamento de água produzida
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FIM
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