Flotação para o tratamento de águas oleosas : projeto e caracterização de parâmetros operacionais

Abstract

A água extraída na indústria petrolífera - o efluente recuperado dos poços de produção juntamente ao petróleo denomina-se água produzida, constituído de diversos compostos químicos nocivos ao meio ambiente. Este é gerado em grandes quantidades em plataformas offshore, sendo destinado para reinjeção no poço ou descarte no mar. O presente estudo visa qualificar uma unidade de floculação-flotação (com inovação pela injeção de nanobolhas) para o tratamento de água produzida originada no processo de extração de petróleo em alto mar (offshore). O trabalho insere-se no Projeto Tecnova, financiado pela FAPERGS e FINEP, e executado no Laboratório de Tecnologia Mineral e Ambiental LTM/DEMIN/UFRGS. Foram desenvolvidos estudos teóricos e práticos acerca da geração e caracterização de bolhas com bomba centrifuga multifásica (BCM) para o processo de flotação (escala semi-piloto), preparação de emulsões oleosas e qualificação de flotação de óleos em escala de bancada, visando a montagem e operação de planta-piloto de flotação de óleos. Foram avaliados parâmetros de dispersão de ar Diâmetro de Sauter (d32), holdup, velocidade superficial de ar (Jg), e fluxo de área superficial de bolhas (Sb) em escala semi-piloto. Foi verificado que fixando tensão superficial em aproximadamente 72 mN/m, temperatura em 22°C, e variando a pressão de saturação (Psat) de 3-6 atm e razão ar/líquido de 5-10%, não foram observadas variações no D32, que ficou entre 60-70 μm. O uso de agente tensoativo propiciou altos valores de holdup e Sb, 6,8% e 235 s-1, respectivamente. A condição ótima de operação da BCM foi definida em pressão de operação de 4atm e razão ar/líquido de 7,5%. Foram avaliados os efeitos da pressão da pressão de descarga e ciclos de geração na concentração de nanobolhas produzidas por uma BCM. Uma metodologia para geração de emulsão oleosa em bancada foi desenvolvida, e a avaliação da flotação em bancada concluiu que a dosagem ideal do floculante Dismulgan é de 5 mg.L-1. As pressões de saturação de 3,5, 5 e 6 atm durante a FAD resultaram em efluentes tratados com concentração residual de óleo abaixo da meta técnica, menores que 29 mg.L-1. Foi montada uma planta piloto para estudo de tratamento de água produzida, composta por unidade de geração de emulsão sintética e por sistema de floculação-flotação em coluna. Acredita-se que com este estudo será possível o desenvolvimento de uma unidade de tratamento de água produzida por flotação compacta e de alta taxa de aplicação, para plataformas marítimas de extração de petróleo.

The water extracted in the oil industry - effluent recovered from oil wells with petroleum, denominated as produced water, consists of several chemical compounds harmful to the environment. It is generated in large amounts at offshore platforms, being intended for reinjection into the well or disposal at sea after adequate treatment. This study aims to qualify a unit of flocculation-flotation (with innovation by injecting nanobubbles) for the treatment of produced water originated in the oil extraction process at maritime platforms (offshore). This work is part of the Tecnova Project, funded by FAPERGS and FINEP, and run on Mineral Technology Laboratory and Environmental LTM / DEMIN / UFRGS. Theoretical and practical studies on the generation and characterization of bubbles were developed with multiphase centrifugal pump (MCP) for the flotation process (semi-pilot scale), preparing of oil emulsions and qualification of flotation oils in bench scale, aiming assembly and operation of a oil flotation pilot-plant. Were evaluated air dispersion parameters Sauter diameter (d32), holdup, superficial air velocity (Jg), and surface area flow of bubbles (Sb) in a semi-pilot scale. It was found that setting the surface tension of approximately 72 mN / m, water temperature at 22 ° C, and varying Psat from 3-6 atm and air/liquid ratio of 5-10%, no variations were observed in D32, which was 60-70 micrometers. The use of strained active agent led to high holdup and Sb values , 6.8% and 235 s-1, respectively. The optimum condition of the MCP operation is set to 4atm saturation pressure and air/liquid ratio of 7.5%. The effects of the discharge pressure and generation cycles in the nanobubbles concentration produced by a MCP were evaluated. A method for generating bench oil emulsion was developed, and the evaluation of bench flotation concluded that the optimal dosage of Dismulgan flocculant is 5 mg.L-1. Saturation pressures of 3.5, 5, and 6 atm during dissolved air flotation (DAF) resulted in treated effluent with residual oil concentration below the technical goal, less than 29 mg.L-1. A pilot plant for produced water treatment study, composed of synthetic emulsion unit generation and flocculation-flotation in column system was set up. It is believed that this study will contribute to develop a compact produced water flotation treatment unit with high application rate for offshore oil extraction.