Floculação de emulsão óleo em água utilizando tensoativo aniônico e poliacrilamida catiônica aplicada ao tratamento de águas produzidas de petróleo

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Scharnberg, Allan Ramone de Araujo
• Orientador(a): Azevedo, André Camargo de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Águas residuais : Tratamento; Floculação; Flotação; Poços de petróleo
• Palavras-chave em Inglês: Produced water; Flocculation-flotation; TOG; SDBS; PSCs
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/283532

As Águas Produzidas de Petróleo (AP) constituem efluentes líquidos caracterizados por emulsões oleosas geradas durante as fases de extração e beneficiamento primário de óleo e gás, as quais requerem tratamento para a remoção eficaz do Teor de óleos e graxas (TOG) antes do descarte final. O gerenciamento dessas águas é complexo, pois o volume gerado está ligado à idade do poço de petróleo, podendo exceder em até dez vezes o volume de óleo extraído. Além disso, há variações nos parâmetros de caracterização dessas águas, como salinidade, dureza e temperatura, de acordo com a idade e profundidade dos poços extratores. Diante desse cenário desafiador, torna-se crucial desenvolver processos robustos e avançados para o tratamento eficiente dessas emulsões oleosas. Esses processos devem apresentar alta capacidade de processamento e eficiência na remoção de gotículas dispersas e compostos dissolvidos. Nesse contexto, o objetivo geral desta tese é desenvolver e avaliar uma técnica química de floculação de gotículas oleosas dispersas em meio salino (água produzida simulada), por meio da combinação de tensoativos e poliacrilamidas de cargas opostas, seguida de separação por flotação por ar dissolvido (FAD). Nos ensaios em bancada, as emulsões oleosas foram preparadas utilizando o emulsificador Ultraturrax, com óleo bruto de °API = 23 e solução salina de composição variada. Os estudos de floculação-flotação por ar dissolvido (FAD) foram conduzidos combinando surfactantes e poliacrilamidas (PAA) de cargas opostas, avaliando diversos parâmetros operacionais (salinidade, temperatura, pH, dosagens). A técnica foi validada através do tratamento de água produzida real de uma plataforma brasileira, incluindo uma caracterização completa da qualidade do efluente tratado. Foram avaliados o teor residual de surfactante, a fração dissolvida presente no TOG (SGAHEM) e o carbono orgânico total. Em escala de bancada, os melhores resultados foram obtidos com o uso de 20 mg/L de dodecil-benzeno-sulfonato de sódio (SDBS, sigla em inglês) associado com 20 mg/L de uma poliacrilamida catiônica de alto peso molecular (6 – 9 Mda) e densidade de carga moderada (15%), alcançando valores de TOG residual abaixo de 10 mg/L, com tempos de floculação da ordem de poucos segundos (~5s). Os efeitos negativos da temperatura e dureza (teor de Ca2+ e Mg2+) na eficiência de tratamento foi possível de ser superado a partir do aumento de concentração de SDBS para valores até 40 mg/L. Águas produzidas com elevadas salinidades (120 g/L de NaCl) não foram possíveis de serem eficientemente tratadas com essa técnica utilizando concentrações de SDBS até 100 mg/L. Estudos contínuos em planta piloto foram conduzidos nas dependências do LTM com capacidade de até 330 L/h, e os resultados indicam uma rápida floculação-flotação da emulsão oleosa, com TOG residual inferior a 15 mg/L, operando com taxas de aplicação superficial de até 100 m3/m2.h. O processo ocorre sequencialmente: a emulsão oleosa é condicionada com SDBS, formando espécies micelares que adsorvem rapidamente na interface óleo-água. Após a adição de poliacrilamida catiônica, tanto os grupos polares quanto a cadeia hidrofóbica do surfactante interagem rapidamente com a cadeia polimérica e complexos polímero-surfactante (PSCs, sigla em inglês) são rapidamente formados na superfície do óleo, aglomerando as gotículas oleosas e formando estruturas macroscópicas e oleosas com rápida e fácil separação de fase. As bolhas geradas pelo processo de FAD aderem aos agregados de PSCs com óleo, acelerando e facilitando o processo de separação. Concluindo, os resultados desta pesquisa sugerem a viabilidade da técnica, destacando seu potencial para a rápida floculação de gotas de óleo. Isso representa uma contribuição significativa para o tratamento mais eficiente de águas produzidas e um possível incremento significativo na capacidade de tratamento das unidades instaladas de tratamento de água produzida em plataformas offshore, sem necessidade de ampliação das estações de tratamento.