Óleo & Gás: Novos sistemas tratam água oriunda da extração do petróleo

Química e Derivados, Óleo & Gás: Novos sistemas tratam água oriunda da extração do petróleo
Com a promessa de ser a salvação futura do mercado industrial brasileiro, sobretudo fornecedores de bens de capital e EPCistas, a exploração e produção de petróleo, principalmente a offshore, cria muita expectativa entre fornecedores de sistemas para tratamento de água e efluentes. Um caso específico, que desperta o interesse de vários grandes grupos já atuantes no país e de outros com ofertas iniciais, é o de tratamento de água produzida de petróleo, o efluente resultante da extração dos poços.

Trata-se na verdade de um dos principais problemas ambientais da atividade petrolífera, para o qual é preciso criar soluções na produção offshore, onshore e em terminais para remover os vários contaminantes que vêm junto com a água contida no petróleo. Os residuais mais importantes de ser eliminados são os particulados (sólidos suspensos) e o teor de óleos e graxas, mas com eles também há a presença de orgânicos insolúveis e solúveis, produtos químicos oriundos da água de injeção (biocidas, inibidores de incrustação e sequestrantes de cloro e oxigênio), alta salinidade e até mesmo compostos radioativos.

Os hidrocarbonetos na água produzida merecem o foco maior de atenção, pois são de difícil remoção, em razão da sua estabilidade ao calor e à luz e da sua não biodegradabilidade. Isso ocorre mesmo quando estão em teores baixos. Em todas as ocasiões, essas suas características dificultam a ação do oxidante natural do ar atmosférico.

A separação de óleo e água visa a adequar a água para o descarte, único parâmetro atualmente regulamentado, que em alto-mar é de 27 ppm de óleo. Várias tecnologias podem ser utilizadas, muitas estão sendo estudadas, mas ultimamente a Petrobras emprega filtros de cascas de nozes precedidos de hidrociclones para remoção dos particulados. A tendência é de melhorias no processo, por causa do aumento da fiscalização dos órgãos ambientais e porque mesmo depois do tratamento permanecem gotículas de óleo na água.

Natural e artificial – Além de ser fruto da água de injeção – atualmente tratada com membranas de nanofiltração para remoção de sulfatos (ver QD-524, agosto de 2012) e com a adição de produtos químicos, que visam a aumentar a pressão de extração dos poços –, a água produzida também tem origem natural. Isso porque o óleo na profundidade do mar está em contato com a água por períodos extensos e suficientes para solubilizar orgânicos.

E isso tende a aumentar com o tempo de existência e a diminuição de óleo e gás nos poços, já que a água começa a se encontrar em maior quantidade.

Hoje, parte da água produzida é tratada e reaproveitada na injeção nos poços, por isso a tendência é de melhora no tratamento; e a outra parte é descartada. As duas destinações colaboraram para o uso de melhores tecnologias, tanto para preparar a água para o novo tratamento com membranas de nanofiltração como para diminuir os impactos no meio ambiente.

HRT – Além dos tratamentos hoje mais empregados, como os hidrociclones e os filtros de cascas de nozes, há várias outras alternativas para a água produzida. No momento, por exemplo, a norte-americana Pentair Filtration and Process, com filial em Jundiaí-SP, acabou de se qualificar para fornecer para a Petrobras um novo sistema denominado HRT (Hydrocarbon Recovery Technology), que reúne duas unidades de filtragem: a primeira, com filtros de cartuchos especiais para separação de sólidos particulados; e a segunda, um filtro coalescente.

Química e Derivados, Cassiana homologou sistema com filtro cartucho e coalescente
Cassiana homologou sistema com filtro cartucho e coalescente

De acordo com a gerente de vendas da Pentair, Cassiana Marocci, o sistema segue essa rota porque a remoção de óleo por coalescência não aceita particulados. “O filtro de cartucho reduz em 99,98% o teor de particulados”, disse. Funcionando em série, a água tratada previamente segue para o filtro coalescente, onde o nível de óleos e graxas cai para 5 ppm. “É muito abaixo do exigido para a Petrobras, de cerca de 27 ppm”, complementou.

Segundo a gerente, o sistema está homologado para a Petrobras com CRCC e pela Onip com Cadfor (cadastro para EPCistas). E já há uma planta piloto com vazão de 5 gpm/min pronta em Macaé-RJ para testes em plataformas offshore da estatal, revelou Cassiana. De acordo com ela, o equipamento é muito versátil e começou a ser utilizado nas refinarias, para unidades de amina. “A empresa viu com o passar dos anos que ele poderia ser utilizado no upstream, tanto offshore como onshore. E também em qualquer outro tipo de tratamento de efluente com água oleosa”, disse. Isso vale para planta química ou petroquímica.

Apesar da versatilidade, o plano da Pentair foi começar a sua divulgação no Brasil no mercado offshore. Nos Estados Unidos, uma aplicação em que ele está ganhando muita força é para tratamento de água produzida da exploração de shale gas. Até por conta disso, a Pentair realiza um trabalho de divulgação na Argentina para o mesmo uso, uma vez que o país vizinho já mapeou sua reserva de óleo de xisto e deve começar a entrar nesse mercado em breve.

Alternativa – O propósito da Pentair, segundo Cassiana, é ofertar alternativas para tecnologias convencionais, como os hidrociclones e os filtros de cascas de nozes, que ocupam muito espaço nas plataformas. “O nosso equipamento é bem menor do que esses sistemas. É difícil mensurar a diferença porque depende da quantidade de particulados da água produzida. Se houver muita, precisaremos colocar mais unidades com filtros cartucho, mas mesmo assim vai ocupar muito menos espaço”, revelou.

Segundo ela, tudo vai depender da qualidade da água. E isso vai direcionar o projeto da estação, que por ser modular poderá tanto unir as duas unidades em uma só estação como separá-las em locais diferentes da plataforma. Todo esse trabalho de análise da água e de criação do projeto é feito pela equipe de engenharia especializada da Pentair nos Estados Unidos.

Outra vantagem é a geração de passivos, bem menor do que a do sistema convencional. Os filtros de cartucho são elementos sem núcleos, que ficam fixos no equipamento, o que demanda a troca apenas dos elementos flexíveis de celulose. “Você remove facilmente o elemento saturado com particulados e repõe com um quarto de volta. Como ele está sem núcleo rígido, você pode compactá-lo em um volume equivalente a 20% do seu tamanho original”, disse. Essa característica facilita o armazenamento e o futuro descarte dos elementos. E como se trata de celulose com óleo, a estatal pode queimar como combustível.

Química e Derivados, HRT da Pentair remove particulados e óleos e graxas da água produzida
HRT da Pentair remove particulados e óleos e graxas da água produzida

Ainda segundo Cassiana, uma diferença grande sobre o filtro de casca de nozes é não sofrer a variação da quantidade de óleo da entrada. “Independentemente de quanto entra de óleo no filtro, ele segura. A única coisa que vai acontecer é que será necessário trocar o elemento do particulado com mais frequência”, disse. “Com qualquer quantidade de óleo, a água de saída permanece exatamente a mesma da acordada com o cliente”, completou a gerente. Por diferencial de pressão, o cliente fica sabendo quando precisa trocar os cartuchos de 1.5 micra.

Há um ano em certificação no Brasil, a expectativa é de boa aceitação da estatal e de EPCistas fornecedores da área. “Eles estão atrás de novas tecnologias na área, porque o filtro de cascas de nozes gera muitos resíduos e é muito grande para embarcar”, disse.

Para aplicações onshore, a ideia da Pentair, já aplicada em outras partes do mundo, é utilizar a água produzida tratada para irrigação. Nesses casos, utiliza-se o HRT agregado com outras tecnologias da Pentair, como ultrafiltração e osmose reversa. Não custa lembrar que a empresa é dona da holandesa Norit, tradicional fabricante de membranas adquirida há dois anos. Da empresa, aliás, a Pentair também herdou linha de membranas de nanofiltração, que são usadas para remoção de sulfatos para água de injeção em poços.

Vários meios – Embora o grosso das aplicações para água produzida pela Petrobras seja via hidrociclones e filtros de cascas de nozes, há, além da tecnologia apresentada pela Pentair, outras formas de realizar o serviço. No portfólio de opções, é possível encontrar alternativas como processos eletroquímicos e diferentes formas de adsorção e flotação.

Da adsorção faz parte o filtro de cascas de nozes, mas também a sílica-gel e as peneiras ativadas. A base de atuação das tecnologias é por meio do contato do fluido com uma superfície sólida, que agrega as moléculas do soluto por meio da tensão superficial, da temperatura e da afinidade entre os contaminantes e os materiais. Nas cascas de nozes, por exemplo, a água oleosa introduzida faz com que o óleo seja adsorvido nas nozes e recuperado na lavagem automática com água sob pressão. O princípio também funciona no carvão ativado e na peneira ativada.

A flotação funciona por meio da separação por gravidade, que utiliza a formação de bolhas de gás para haver contato com as gotículas de óleo para remoção, o que acontece por causa do diferencial de densidade das fases. O tamanho controlado das bolhas formadas por sistemas de aeração melhora a remoção. Há uma variante da tecnologia, a eletroflotação, que utiliza reator eletroquímico para formar microbolhas, o que aperfeiçoa a remoção de óleos e graxas.

No ramo da eletroquímica, outras opções estão sendo estudadas para usar reações oxirredutoras com o objetivo de diminuir a toxidez das substâncias contidas na água produzida. Esses processos ainda estão na fase de pesquisa, mas são considerados com bom futuro, por serem processos a frio, automatizados e compactos, o que torna fácil seu emprego em plataformas de petróleo.

Também entram nas possibilidades de novas tecnologias para água produzida as membranas filtrantes. Além de já serem amplamente empregadas as de nanofiltração para remoção de sulfato, há o uso de estações de membrana de osmose reversa para produção de água para diluição de óleo (fresh water maker oil dilution), inclusive no Brasil. Especialistas também acreditam que as de micro e ultrafiltração podem vir a ser usadas para remover coloides e sólidos suspensos.

Sistema também visa Shale Gas

A Pentair pretende vender a mesma tecnologia HRT para a exploração de shale gas na Argentina. A própria matriz da empresa nos Estados Unidos está empenhada em abrir novos negócios no país vizinho, usando seu know-how de tratamento de água produzida e de injeção para extração do gás não convencional.

A descoberta de um enorme depósito de gás e petróleo de xisto na Argentina, La Vaca Muerta, chamou a atenção da empresa. A bacia de Neuquén poderia aumentar as reservas de petróleo do país em mais de 750 milhões de barris. Estima-se que a região também tenha 4,5 trilhões de pés cúbicos de gás natural. Na verdade, esta descoberta faz da Argentina potencialmente a terceira maior provedora de gás de xisto no mundo, depois dos EUA e da China.

Cerca de 50% do gás de xisto recuperável da Argentina se encontra na bacia de Neuquén. A produção convencional ocorre há mais de 20 anos nessa região, fornecendo a infraestrutura existente. A produção não convencional (xisto) está na fase inicial e ainda não “decolou”, segundo afirmou Justin Love, gerente de desenvolvimento de mercado da Pentair. Mas em breve deverá gerar bons negócios para o grupo.

Para Love, uma estratégia inteligente no controle de água será um dos fatores determinantes para o sucesso do desenvolvimento da produção não convencional da Argentina. Isso estaria ligado ao uso de tecnologia de ponta relacionada à água, já que cinco milhões de galões de água são necessários para perfurar e fracionar um único poço de xisto.

O cuidado com a água, segundo ele, é ainda mais importante quando se sabe que ela é escassa em algumas áreas de Neuquén. “Os custos para transporte/descarte de água podem ser excessivos, o que demanda o uso racional e medidas de reúso”, disse.

As soluções de gerenciamento de água produzida da Pentair abrangem uma gama de tratamentos, de controle de sólidos, secundário e terciário até polimento, e os avançados. Além do HRT, um sistema compacto, modular e estável, que melhora o controle de sólidos e a recuperação de hidrocarbonetos dos fluxos de água de processo, as tecnologias de membranas podem complementar as necessidades argentinas.

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