Remoção de compostos orgânicos solúveis de água produzida de petróleo por extração líquido-líquido em um misturador-decantador à inversão de fases

Abstract

O Petróleo é uma das mais importantes fontes de energia do planeta, além de ser peça chave na economia de diversos países. Apesar de sua importância, o processo de produção de petróleo gera grandes volumes de resíduos líquidos. A água separada, chamada de água produzida, representa a maior parte dos resíduos derivados, com dezenas de milhões de barris gerados diariamente em todo o mundo. E, devido à presença de compostos orgânicos solúveis e outros contaminantes, o tratamento da água produzida tornou-se uma grande preocupação para a indústria de petróleo, que tem o desafio de cumprir as normas de gerenciamento e descarte determinadas pelos órgãos ambientais. O presente trabalho investigou a remoção de compostos orgânicos solúveis da água produzida através do processo de extração líquido-líquido em um misturador-decantador à inversão de fases. Este equipamento apresenta como grande vantagem em relação aos separadores convencionais uma disposição vertical, que ocupa pouco espaço em unidades industriais, com elevada eficiência de separação de fases. Além disso, visando facilitar a logística de operação e diminuir os custos do processo, o presente trabalho investigou a possibilidade de utilização de uma corrente fluida coletada na própria plataforma de extração de petróleo como solvente de extração. Os resultados obtidos com esta abordagem inovadora foram comparados com solventes comerciais já utilizados na literatura. A eficiência da metodologia desenvolvida foi avaliada usando um efluente sintético e um efluente real inicialmente em um sistema em batelada, a partir do qual foram identificados os principais parâmetros que influenciam a eficiência do processo e selecionadas as condições ótimas para a implementação do sistema contínuo. Considerando 10% de condensado como solvente, pH 2 e uma vazão 10 L/h, foi observado que este processo tem potencial para remover compostos recalcitrantes, tais como o ácido ciclohexanocarboxílico, com uma eficiência de 64%. Nas mesmas condições, para o efluente real, observou-se que este processo alcançou até 80% de remoção de óleos e graxas. Além disso, foi observado que, em pH = 4, este processo é suficiente para enquadrar o efluente real às normas brasileiras de descarte com apenas uma etapa de extração, obtendo um teor de óleos e graxas pela análise gravimétrica em 20 mg/L. A metodologia proposta neste trabalho traz uma alternativa inovadora para superar um dos principais desafios enfrentados pela indústria do petróleo, uma vez que utiliza um solvente extrator que pode estar disponível nas plataformas e emprega um equipamento compacto de extração e separação operando em modo contínuo, facilitando a logística de operação.

Abstract: Petroleum is one of the most important energy source of the planet, besides its key player role in the economy of many countries. Despite its importance, oil production generates large volumes of liquid waste. The separated water, called produced water, represents the most of waste products, with tens of millions of barrels generated daily around the world. And due to the presence of soluble organic compounds and other contaminants, the produced water treatment has become a major concern for the oil industry, which has the challenge of complying with management and disposal standards, set by environmental agencies. The present work investigated the removal of soluble organic compounds from the produced water by the liquid-liquid extraction process in a mixer-settler based on phase inversion. This equipment has as great advantage over conventional separators a vertical arrangement, which occupies little space in industrial units, maintaining high phase separation efficiency. In addition, in order to facilitate the operation logistics and reduce the process costs, the present work investigated the possibility of using a fluid stream that could be collected in the oil extraction platform itself as extraction solvent. The results obtained with this innovative approach were compared with commercial solvents already used in the literature. The present project investigated the developed methodology efficiency using a synthetic effluent and a real effluent initially in a batch system, from which the main parameters that influence the process efficiency were identified and the optimal conditions for the continuous system implementation were selected. Considering the use of 10% of condensate as solvent, pH 2 and a flow rate of 10 L/h, it was observed that this process has the potential to remove recalcitrant compounds, such as the cyclohexanecarboxylic acid, with an efficiency of 64%. Under the same conditions with the real effluent, it was observed that this process reached up to 80% of oil and grease removal. In addition, it was observed that at pH = 4 this process is sufficient to fit the real effluent to the Brazilian disposal rules in only one treatment step, with oil and grease content obtained by a gravimetric analysis at 20 mg/L. The methodology proposed in this paper offers an alternative to overcome the main challenges faced by the oil industry by using a platform available extractor solvent and employing a compact continuous extraction and separation equipment, facilitating operation logistics.