Desmineralização de Água: Reconquista de clientes importantes

Tecnologia de resinas de troca iônica reconquista clientes importantes, como Petrobras

Apesar de ser um segmento amadurecido, cujas principais tecnologias – resinas de troca iônica e membranas de osmose reversa – já desenvolveram seus nichos de aplicação, é possível afirmar que no momento existem algumas movimentações apontando mudanças no mercado.

Isso se evidencia tanto no aspecto corporativo, com fusões e anúncios importantes feitos por competidores globais, como em termos tecnológicos, nesse caso no mercado brasileiro, que demonstra rever tendências de aplicação.

Mesmo que as fusões tenham relevância evidente – tendo em vista a integração da Rohm and Haas, a maior e mais tradicional produtora de resinas de troca iônica do mundo, pela Dow Chemical –, vale a pena começar pelo assunto mais polêmico, por dizer respeito direto ao mercado brasileiro.

Um fato recente tem despertado a atenção de profissionais ligados ao tratamento de água: a Petrobras, uma das primeiras entusiastas de sistemas de osmose reversa para desmineralização, motivo pelo qual instalou grandes unidades em algumas refinarias, demonstra rever esse conceito e tem retornado a contratar a tecnologia mais tradicional, de resinas de troca iônica, em suas várias obras novas no parque de refino.

Para os profissionais mais experientes, a volta à troca iônica na Petrobras – muito significativa não só pela grandeza das obras, mas também pelo papel difusor de tecnologias que a estatal tem no mercado industrial brasileiro – se deve à constatação de que a característica da água brasileira pode não ser muito favorável ao uso de membranas de osmose reversa.

De baixa salinidade, o que não justificaria o uso de uma técnica que aceita água de entrada com alta condutividade, e com muita matéria orgânica, o que aumenta a chance de ocorrer o chamado biofouling (incrustação biológica) das membranas, a água dos rios brasileiros encontraria na troca iônica o processo mais viável técnica e economicamente para ser desmineralizada e empregada em geração de vapor ou outros usos industriais.

Conhecimento padrão entre especialistas indica que as resinas são competitivas em águas com até 500 ppm de sólidos totais dissolvidos (TDS), enquanto a água brasileira média chega no máximo a 100 ppm de TDS.

Química e Derivados, Beatrice Louisa Bernhard, gerente de propostas da Enfil COntrole Ambiental, Desmineralização de Água - Tecnologia de resinas de troca iônica reconquista clientes importantes, como Petrobras
Beatrice: poucos sais e muita matéria orgânica desfavorecem uso de membranas

“A decisão por uma tecnologia precisa ser criteriosa, levar em conta disponibilidade de energia, água e insumos químicos. Mas de forma geral o que temos visto no cotidiano das indústrias é que o pré-tratamento da osmose reversa demanda muitos cuidados para evitar problemas nas membranas. Enquanto isso, a troca iônica aguenta bem melhor as oscilações operacionais e de água muito comuns na indústria”, disse Beatrice Louisa Bernhard, a gerente de propostas da Enfil Controle Ambiental, uma das principais empresas de engenharia da área.

Na sua explicação, havendo alteração na água de entrada e nas condições operacionais (temperatura, pressão), a única necessidade na troca iônica é aumentar a frequência da regeneração química das resinas, enquanto na osmose reversa, além dessas novas condições acarretarem danos mais difíceis de visualizar nas membranas, elas comprometem o fornecimento de água. “A planta passa a tratar menos água para evitar colapso do sistema”, explica Beatrice.

Só troca iônica – São conclusões desse tipo que levaram a Petrobras a especificar nas licitações de todas as suas últimas grandes obras as colunas compactas de desmineralização por troca iônica: na Refinaria Presidente Getúlio Vargas (Repar), em Araucária-PR, na Refinaria do Nordeste (Rnest), no Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro (Comperj) e no Plangás (Plano da Antecipação da Produção de Gás) na Refinaria de Duque de Caxias (Reduc), no Rio.

Nos dois primeiros casos, as refinarias utilizarão água de reúso para alimentar a desmineralização, o que pode ser considerado um motivo a mais para a opção pela troca iônica, ao se considerar o maior risco de contaminação biológica.

Mas já no Comperj e no Plangás serão utilizadas água de rio, demonstrando que a Petrobras não se rendeu à troca iônica apenas por causa dos riscos do reúso, mas possivelmente em virtude de nova diretriz técnica embasada nas suas últimas experiências com a osmose reversa. Não por menos, também na Refinaria Presidente Bernardes (RPBC), de Cubatão-SP, está prevista para os próximos três anos uma nova unidade de desmineralização por troca iônica para substituir a existente, atendendo ao plano de ampliação da refinaria.

O fato de usar água de reúso não significa também que a desmineralização das duas refinarias citadas será alimentada por esgoto. Pelo contrário, na Repar, por exemplo, depois de os efluentes passarem por uma estação de biorreator a membranas (MBR), a corrente passará por uma estação de eletrodiálise reversa (EDR), um sistema robusto de membranas, regenerado por corrente elétrica.

Trata-se de equipamento que, ao contrário da osmose reversa, aceita muito mais contaminações orgânicas e, melhor ainda, tolera o cloro e outros oxidantes. Além de não precisar de produto químico para lavagens periódicas e de pré-tratamento rigoroso como na osmose, a EDR remove de 80% a 85% dos sais da água, abaixando a condutividade de 3.500 mS/cm para 200 mS/cm.

Depois disso, o rejeito salino será descartado e o permeado, cerca de 200 m3/h, seguirá para a unidade de desmineralização por troca iônica, que terá um leito com carvão ativado, seguido por um compacto de resinas catiônicas, uma torre de descarbonatação, um leito aniônico e, por fim, o polimento misto com resinas.

Química e Derivados, Eduardo Hiroshi, engenheiro da área de otimização, Desmineralização de Água - Tecnologia de resinas de troca iônica reconquista clientes importantes, como Petrobras
Hiroshi: leito misto alugado atende transição na refinaria

A própria escolha pela EDR, considerada ideal para remoções não tão radicais de sais e para operações “brutas” como a petroquímica, demonstra que a osmose reversa, com sua alta sensibilidade a orgânicos e ao cloro e seus cuidados rigorosos, pode não ser uma boa alternativa nesses ambientes.

Seguindo essa mesma linha, aliás, a Rnest, em Ipojuca-PE, também tratará seus efluentes com MBR, os quais prosseguirão em uma vazão aproximada de 400 m3/h, junto com a purga das torres de resfriamento (180 m3/h), para pré-desmineralização em um EDR.

Depois, a corrente é destinada a uma estação com resinas de troca iônica, com seis leitos de polimento misto de resinas. Para atender aos padrões de salinidade mais baixos requeridos pela troca iônica, segundo Beatrice Bernhard, a gerente da Enfil, empresa responsável pela obra, a alta salinidade da água em Pernambuco fez com que a EDR precisasse contar com quatro pilhas em séries.

Relativizar é preciso – Uma argumentação muito utilizada para apontar as desvantagens da troca iônica, a do alto consumo de soda cáustica e ácido para as regenerações feitas quase diariamente, pode não ter o mesmo peso em vários casos.

Principalmente para empresas que precisem de qualquer forma lidar com essas commodities, como indústrias de papel e celulose, químicas e petroquímicas, e siderúrgicas, que além de serem habituadas com a manipulação de químicos conseguem negociar preços melhores, diminuindo o custo operacional das regenerações.

Nesse sentido, apenas indústrias muito afastadas dos grandes centros, como usinas de açúcar e álcool, podem atestar gastos muito elevados com o transporte de soda e ácido.

Mas mesmo assim não são só essas análises preliminares que desqualificam uma ou outra tecnologia. Isso por vários motivos, mas os principais podem ser o fato de o custo do pré-tratamento de osmose reversa, com consumo também considerável de produtos químicos, ser alto e muitas vezes complicado tecnicamente.

E ainda pode-se debitar na conta das dúvidas o fato de a osmose reversa não dar conta sozinha do principal inimigo da água desmineralizada em caldeiras: a sílica. Para se controlar o teor do contaminante para níveis de ppb (entre 10 e 20 partes por bilhão), as estações acrescentam um leito misto de resinas ou em algumas situações um duplo passo de osmose, o que normalmente encarece muito o investimento.

Caso emblemático ocorre na Refinaria Henrique Lage (Revap), em São José dos Campos-SP, que possui uma estação de osmose reversa de duplo passo, mas que necessita ainda de leito misto de resinas para assegurar a integridade das caldeiras no referente à sílica. Isso significa que, mesmo em menor volume, com o leito misto as empresas precisarão manipular os regenerantes ácidos e alcalinos.

Química e Derivados, Mario Fernando Porto, gerente setorial de otimização de processos da RPBC, Desmineralização de Água - Tecnologia de resinas de troca iônica reconquista clientes importantes, como Petrobras
Porto: estação com resinas será trocada até 2013 pela mesma tecnologia

Um outro ponto a se considerar nas análises seria a energética. Caso haja energia de sobra na indústria, a osmose reversa pode ser atraente, o que ocorre muito atualmente em usinas de açúcar e álcool, que contam com turbinas de cogeração pelo bagaço de cana.

Por esse motivo, aliado ao custo logístico de transporte de regenerantes, muitas dessas empresas compraram estações de osmose reversa para desmineralização. Isso sem falar que o setor sucroalcooleiro não é grande consumidor de água, podendo se dar ao luxo de ter um rejeito salino de 25% da osmose reversa, contra 5% da troca iônica.

Em Cubatão – Apesar da questão energética, é interessante a Refinaria Presidente Bernardes, de Cubatão, palco da construção da usina termelétrica (UTE) Euzébio Rocha, não considerar a osmose reversa nos seus planos, mesmo com a disponibilidade de energia que em breve terá.

De acordo com o gerente setorial de otimização de processos da RPBC, Mario Fernando Porto, a atual unidade de desmineralização com leito convencional de resinas, apesar de antiga (década de 70), supre plenamente as necessidades da refinaria e da UTE em início de operação. Ela apenas será trocada até 2013, por outra de mesma tecnologia, por causa da nova planta de hidrotratamento de diesel, que demandará mais 100 m3/h de água desmi e que está prevista para a antiga refinaria de Cubatão (com 55 anos completados em 16 de abril).

Para se ter uma ideia de como a unidade de desmineralização por troca iônica resistiu ao tempo na RPBC, somente com a construção e inauguração da UTE Euzébio Rocha em fevereiro ela precisou de um up-grade e mesmo assim temporário.

E aí a necessidade foi acrescentar mais um leito de polimento misto de resinas para aumentar a quantidade de água desmineralizada e assim suportar o momento de transição, no qual as caldeiras da refinaria e as da usina termelétrica a gás gerarão vapor em paralelo.

Para atender a essa demanda, a estatal lançou concorrência para alugar um leito misto. O edital foi vencido pela Fluid Brasil, de Jundiaí-SP, que instalou no final de 2009 um vaso com capacidade para polir 70 m3/h de água.

Segundo o engenheiro da área de otimização, Eduardo Hiroshi, o novo leito misto alugado visa à operação com folga na unidade por um período de um ano, até que a UTE opere de maneira totalmente controlada. “Nessa fase inicial de ajustes precisamos ter água desmi sobrando”, disse Hiroshi.

Na transição, a média de consumo deve passar de 420 m3/h, sendo que antes do aluguel do leito misto a operação nominal da planta é de 380 m3/h. Em picos de demanda, para a geração de vapor necessária da refinaria e da UTE, o consumo pode subir para 460 m3/h.

Química e Derivados, Polimento misto, Desmineralização de Água - Tecnologia de resinas de troca iônica reconquista clientes importantes, como Petrobras
Polimento misto na RPPBC: mais 70m3/h de água desmi

Quando a operação for normalizada, de acordo com o gerente Porto, as cinco caldeiras da RPBC serão desativadas e serão mantidas as três novas caldeiras da usina termelétrica, muito mais modernas e capazes. Nesse momento, complementou o engenheiro Rodrigo Paiva, da Petrobras, também o leito misto da Fluid poderá ser desativado.

Para atender às exigências da Petrobras, além de garantir os 70 m3/h de tratamento, o leito precisou contar com um silicômetro, medidor de sílica que precisa atestar o limite de 3 ppb do contaminante. Bom acrescentar que só esse equipamento custa US$ 40 mil. Depois do tratamento, a condutividade de sais tem o limite de 0.20 mS/cm.

Osmose no Nordeste – A despeito da competitividade da troca iônica em se falando de condições de operação no Brasil, há situações em que a osmose reversa tem muitas chances de ser a escolhida ou, indo mais longe, de ser praticamente a melhor opção. Seria o caso da dessalinização de água do mar, campo em que a troca iônica tem limitações de salinidade na água de entrada que tornam o processo inviável. Mundialmente, a osmose reversa vem crescendo seu uso nessa aplicação, começando a fazer frente à tecnologia térmica de destilação, ainda a mais empregada.

Química e Derivados, Rodrigo Paiva, Engenheiro, Desmineralização de Água - Tecnologia de resinas de troca iônica reconquista clientes importantes, como Petrobras
Paiva: com UTE à plena carga, leito é desativado

No Brasil, embora ainda não exista grande demanda na área de dessalinização (a não ser de poços de água salobra no Nordeste, que já utilizam bastante as membranas de 4 polegadas de osmose reversa), uma primeira grande obra para a área industrial está em curso.

Trata-se de fornecimento da Fluid Brasil para a Usina Termoelétrica Itaqui, em São Luís, no Maranhão, do grupo MPX. Uma estação para 200 m3/h, a ser entregue até outubro, está em fase de elaboração.

Segundo o gerente-comercial da Fluid, Francisco Faus, a estação contempla um primeiro passo com membranas de osmose reversa de dessalinização da Dow Chemical, que reduzirá a água clarificada do mar de uma taxa de salinidade de 30 mil ppm de sais para 400 ppm.

Depois disso, uma unidade de osmose reversa convencional reduzirá para os sais a 20 ppm. Por fim, um leito misto de resinas garantirá condutividade de 0,1 mS/cm e 10 ppb de sílica.

Essa unidade pegará apenas parte do total de 2.500 m3/h de água do mar captada que será tratada por unidade de clarificação construída pela Enfil (ver QD-492), cujos 2.300 m3/h serão utilizados no sistema de resfriamento da usina a carvão.

Muito rica em matéria orgânica, no ponto de captação a água sofrerá uma supercloração de 20 mg/l de cloro gerado in-situ por um gerador eletrolítico que utiliza a própria água do mar como insumo da eletrólise do cloreto de sódio.

Mas uma prova de que a osmose reversa precisa mesmo encontrar nichos desse tipo para crescer no Brasil é o fato de a mesma Fluid fornecer para a mesma MPX uma estação de desmineralização de troca iônica para outra usina térmica do grupo em Pecem, no Ceará. Isso porque, nesse projeto, o tratamento será de água de rio, com salinidade relativamente baixa.

São duas unidades de 75 m3/h, que contam com clarificação anterior e unidade com vasos catiônico, aniônico, torre de descarbonatação e leito misto. A água de entrada tem condutividade de 520 mS/cm, TDS de 370 mg/l. Depois do tratamento, a condutividade cai para 0,1 mS/cm, o teor de sílica para 10 ppb. Projetada na tecnologia de leito compacto da Dow UpCore, segundo Francisco Faus a previsão de entrega da obra é ainda no primeiro semestre.

Química e Derivados, Francisco Faus, gerente-comercial da Fluid, Desmineralização de Água - Tecnologia de resinas de troca iônica reconquista clientes importantes, como Petrobras
Faus: membranas em seu uso ideal, a dessalinização

Controle – Além de procurar mercados em água de alta salinidade ou em setores com restrições ao uso de regenerantes, como o mercado farmacêutico ou de microeletrônica, outra alternativa para a osmose reversa é investir em controle de parâmetros para evitar problemas operacionais ou então radicalizar e assumir as unidades, recebendo pela água tratada e se encarregando pelo gerenciamento operacional.

É com esse propósito que a norte-americana Nalco tenta vender no mercado brasileiro seus contratos de BOT de unidades de desmineralização para a indústria, pelos quais a empresa financia a construção ou reforma de estações, responsabilizando-se pela operação por um período contratado.

“Como somos nós que vamos operar a unidade é nosso interesse manter todos os parâmetros sob controle para aumentar a vida útil das membranas e fornecer a água dentro do acordado com o cliente”, disse o diretor da divisão de soluções integradas da Nalco, Jorge Augello.

Para isso, segundo ele, a empresa conta, além da sua linha Permacare de produtos para pré-tratamento da osmose (anti-incrustantes, biocidas), com sistemas automatizados de controle que se baseiam na tecnologia de traçantes por fluorescências Trasar.

Segundo Augello, o controle se inicia com o PT Trasar, voltado para o pré-tratamento. Nesse caso, o polímero EPDM tem a molécula do traçante que, por meio dela, é possível identificar on-line, de forma contínua e por meio da diferença de fluorescência, se está havendo deposição na água.

Química e Derivados, Eduardo Pacheco, gerente técnico, Desmineralização de Água - Tecnologia de resinas de troca iônica reconquista clientes importantes, como Petrobras
Pacheco: BOT com controle total da operação

“Enquanto uma empresa normalmente baseia a dosagem dos anti-incrustantes por um jar-test, o que determinará um tratamento estanque, o Trasar altera continuamente a dosagem dos produtos conforme as alterações da água de entrada”, completou o gerente técnico Eduardo Pacheco.

O segundo passo do controle se dá por meio do RO Trasar, que controla vários parâmetros durante a desmineralização por membranas: biofouling, oxidação (ORP, potencial Redox), deposição e fouling pelo polímero anti-incrustante. Esse monitoramento de risco, por meio de traçante presente no polímero anti-incrustante e controlado por instrumento, identifica, por exemplo, se a membrana sofre oxidação.

“Se isso ocorre, há a dosagem automática de metabissulfito de sódio para neutralização”, disse Pacheco. Isso além do controle de dosagem a mais ou a menos de anti-incrustante para evitar fouling por cálcio ou pelo próprio polímero, respectivamente, segundo completou o gerente técnico.

Química e Derivados, Jorge Augello, diretor da divisão de soluções integradas da Nalco, Desmineralização de Água - Tecnologia de resinas de troca iônica reconquista clientes importantes, como Petrobras
Augello: Nalco assume riscos da osmose reversa

A outra ferramenta de controle da Nalco, para manter seus sistemas sob condições ideais, é o ROeye, que controla todos os equipamentos da planta, elaborando relatórios constantes sobre a operação, identificando falhas mecânicas para dar subsídios a mudanças operacionais.

Por enquanto, desse tipo de contrato BOT (cinco anos), a Nalco só vendeu uma planta na Argentina, para a usina termelétrica CCA, com membranas de osmose reversa para 25 m3/h e polimento misto que reduz o teor de sílica de 55 ppm a 6 ppb, em operação desde agosto de 2009 com quatro funcionários da Nalco full-time na unidade.

Integrações – A outra grande mudança do mercado de desmineralização de água sem dúvida responde pela integração dos negócios da Rohm and Haas pela Dow, maior fabricante de membranas de osmose reversa e também forte em resinas de troca iônica.

Processo longo que foi adiado por causa da crise econômica, desde julho do ano passado as empresas se organizam para harmonizar as estruturas técnico-comerciais e, possivelmente, em breve deverão ser anunciadas mudanças mais significativas, como fechamentos de fábricas.

No Brasil, o pessoal da Rohm and Haas já foi incorporado à Dow e reforça o time latino-americano com a antiga liderança na venda de resinas de troca iônica. André Belarmino Sousa, ex-gerente-comercial da Rohm and Haas, e agora gerente de resinas para o Brasil da Dow, acredita que a fusão deu 70% do mercado para a Dow Water Solutions.

“Continuamos atuando da mesma forma, mas é claro que agora aproveitamos melhor a afinidade tecnológica entre membranas e resinas, com um leque de ofertas muito mais ampliado para o cliente”, disse Sousa.

É bom lembrar que, além das resinas e das membranas de osmose reversa, a Dow tem membranas de nano e ultrafiltração, EDIs (eletrodeionização) e também skids de biorreatores a membrana (MBR).

Para o especialista técnico para América Latina da Dow, Renato Ramos, mesmo reforçados nas resinas, os avanços técnicos nas membranas continuam a ser o foco do grupo, de onde por sinal surgiu a primeira de osmose reversa do mundo, de marca Filmtec.

Química e Derivados, André Belarmino Sousa, Renato Ramos, gerente de resinas para o Brasil da Dow e especialista técnico para América Latina da Dow respectivamente, Desmineralização de Água - Tecnologia de resinas de troca iônica reconquista clientes importantes, como Petrobras
Belarmino(esq.) e Ramos: Rohm and Haas e Dow juntas

“Conseguimos com novas tecnologias programar a limpeza química de membranas instaladas na Repar (Refinaria do Paraná da Petrobras) para cada seis meses”, disse Ramos.

Isso foi possível, segundo explica, por causa de novo espaçador com melhor dispersão hidráulica e também em virtude do sistema de conexão entre as membranas.

Outra aposta recente da Dow que colhe bons resultados é no ramo da ultrafiltração, empregada principalmente para pré-tratamento de osmose reversa. Segundo Renato Ramos, já há nove plantas instaladas no Brasil, por meio da ação de dois OEMs (Fluid e Yete).

“A qualidade da água é excelente, com turbidez abaixo de 0.1 NTU”, disse. Interessante nesse sentido é o fato de a Petrobras ter dimensionado a ultrafiltração para pré-tratamento da unidade de troca iônica na Reduc, de Duque de Caxias-RJ. Apesar de não ser a fornecedora dessa obra, a Dow já está com sua ultrafiltração no vendor-list da estatal do petróleo.

Química e Derivados, Resina catiônica, Desmineralização de Água - Tecnologia de resinas de troca iônica reconquista clientes importantes, como Petrobras
Resina catiônica S108: negra para melhor visualização

Além da união Dow-Rohm and Haas, um sinal de que contar com várias alternativas tecnológicas para a desmineralização é uma boa estratégia comercial pode ser notada no anúncio da alemã Lanxess, produtora de resinas de troca iônica, de construção de fábrica de membranas no seu site multipropósito de Bitterfeld na Alemanha. Segundo o gerente da Lanxess, Klaus Axthelm, serão investidos 30 milhões de euros para concluir a fábrica até o final de 2011.

Embora a empresa não revele muitos detalhes, Axthelm sugere que serão feitas membranas de osmose reversa com algum diferencial de mercado.

Química e Derivados, Klaus Axthelm, gerente da Lanxess, Desmineralização de Água - Tecnologia de resinas de troca iônica reconquista clientes importantes, como Petrobras
Axthelm: Lanxess também vai produzir membranas

“É política da empresa fazer algo inovador, não lançar tecnologia já existente”, disse.

Para ilustrar essa política, Axthelm chama a atenção para o crescimento de 10% nos investimentos em pesquisa e desenvolvimento da empresa.

Na área de resinas, a Lanxess também inaugura nova fábrica em Jhagadia, na Índia, que entra em operação no final de 2010. Outro investimento na área é o lançamento da nova resina catiônica Lewatit Monoplus S108, que vem a se tornar a partir desse ano o carro-chefe da empresa.

Por meio de novo processo produtivo, a resina com mesma origem química das demais (estireno divinil benzeno com agrupamento sulfônico) ganhou capacidade de troca iônica 10% superior ao grade antigo que será substituído (S100).

Com cor negra, a nova resina também tem vantagem no leito misto de resinas. “Antes a coloração das catiônicas e das aniônicas eram iguais, o que dificulta a visualização na regeneração. A nova resina começou a ser produzida em abril em Bitterfeld e os primeiros lotes começam a chegar ao país.

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