Combinação de processos com membranas para remoção de sulfato da água do mar para injeção em reservatórios de petróleo / Combination of membrane processes for desulfation of seawater used for injection in oilfields

RESUMO Água do mar é comumente utilizada como fluido de injeção em plataformas offshore na recuperação secundária do petróleo. Porém, a presença de sulfato causa diversos inconvenientes, como a formação de precipitados, que podem se depositar em diversas partes da plataforma de produção. Atualmente, a dessulfatação é realizada em unidades removedoras de sulfato (URS) por processo de nanofiltração (NF), cujas amostras precisam ser pré-tratadas, usualmente em filtros cartuchos. Os sólidos suspensos e os microrganismos que não foram retidos pelo sistema de filtração podem depositar sobre a superfície das membranas de NF, diminuindo a produtividade do sistema e reduzindo o tempo de vida das membranas. O processo de microfiltração (MF) pode ser utilizado como pré-tratamento alternativo e possibilitaria a remoção desses elementos. Neste estudo, foi desenvolvido um processo combinado de MF e NF para a dessulfatação da água do mar, visando a sua injeção em reservatórios de petróleo. Módulos de permeação contendo membranas de poli(imida) no formato de fibras ocas foram utilizados na construção de um sistema piloto de MF integrado a um sistema piloto de NF similar aos já atualmente utilizados nas plataformas. O desempenho dos sistemas foi avaliado por meio do acompanhamento da permeabilidade de ambos durante a filtração da água do mar. Parâmetros como grau de recuperação de água, frequência e eficiência de procedimentos de retrolavagem e limpeza química também foram estudados. Os resultados demonstraram que o pré-tratamento da água do mar por MF é uma alternativa eficaz para a dessulfatação por NF.

ABSTRACT Seawater is commonly used in offshore platforms as an injection fluid in secondary oil recovery. However, the sulfate found in seawater has been the cause of many inconveniences, such as the formation of precipitates, which can settle in various parts of the production platform. Nowadays, nanofiltration (NF) is used in sulfate removal units for seawater desulfation, where cartridge filters are commonly used for seawater pretreatment. Suspended solids and microorganisms that have not been retained by the filtration system may deposit on the surface of NF membranes, decreasing system productivity and reducing membrane life. The microfiltration (MF) process can be used as an alternative pretreatment and would allow the removal of these elements. In this study, a combined process of MF and NF for seawater desulfation was developed for injection into oil reservoirs. Permeation modules containing hollow fiber shaped poly (imide) membranes were used in the construction of an MF pilot system, integrated with an NF pilot system similar to those already used on platforms. The performance of the systems was evaluated by monitoring the permeability of both during seawater filtration. Parameters such as degree of water recovery, frequency, and efficiency of backwash procedures and chemical cleaning were also studied. The results showed that MF seawater pretreatment is an effective alternative for NF desulfation.

Avaliação de parâmetros operacionais de um sistema de membranas para tratamento de efluentes oleosos / Evaluation of a membrane system's operational parameters for oily effluent treatment

RESUMO O objetivo deste trabalho foi discutir os principais parâmetros de controle de um sistema de membranas de microfiltração para remoção de óleo de efluentes com base em ensaios experimentais. Os ensaios utilizaram efluentes sintéticos com diâmetros de gotas de óleo entre 4 e 8 µm. As membranas usadas foram do tipo fibra oca com módulo submerso. Foram testados os seguintes parâmetros: concentrações de óleos e graxas na alimentação das membranas (O&Gam) entre 100 e 260 mg.L-1; taxas de recuperação de água (Rec) de 0,75 e 0,90; e pressões através das membranas (Δp) de -0,20 e -0,30 bar. Os resultados mostraram que as membranas produzem um permeado com uma qualidade boa a ponto de possibilitar o seu reúso em atividades industriais diversas. Foi também observado que a elevação da O&Gam e da Rec acentuam o declínio de fluxo com o tempo e que a elevação da Δp aumenta o valor do fluxo no tempo de seis horas.

ABSTRACT The aim of this paper is to discuss the main control parameters of a microfiltration membranes system for oil removal from effluent on experimental bases. The experiments were conducted by using synthetic effluent with oil droplets diameter ranging from 4 to 8 microns. The membranes used were hollow fiber-type which were assembled in a submerged module. The following parameters were tested: Oil and grease concentration in the feed stream (O&Gf ) of 100 and 200 mg.L-1, Water recovery rates (WRR) of 0.75 and 0.90, and Transmembrane pressure (TMP) of -0.20 and -0.30 bar. The results showed that the membranes produced a permeate with a good quality to the point of enabling their reuse in several industrial activities. It was also observed that the elevation of O&Gf and WRR increase the flux decline over time and that the increase of TMP increases the flow value in time of 6 hours.

Utilização de coalescedor com leito de resinas de trocas catiônicas para pré-tratamento de óleo emulsionado em efluentes líquidos / Use of coalescer with a bed made of cationic exchange resins for pre-treatment of emulsified oil from oily wastewater

O tratamento de efluentes com coalescedor de leito consiste em induzir o aumento das gotas de óleo, pela passagem da emulsão por um leito poroso, para que elas possam, posteriormente, flotar por processo de separação gravitacional. O objetivo deste artigo foi apresentar considerações técnicas e experimentais sobre o uso do coalescedor de leito granular, com leito constituído por resinas de trocas catiônicas, visando o pré-tratamento de óleo emulsionado em efluentes líquidos. Os testes ocorreram em uma unidade em escala de bancada alimentada com emulsão óleo em água (O/A) com um teor de óleos e graxas (TOG) entre 200 e 400 mg.L-1 e diâmetro de gotas entre 3 a 8 μm. As velocidades do fluido (v) testadas foram entre 4,4 e 17,4 m.h-1. A altura do leito do coalescedor foi fixada em 5 cm. Os parâmetros usados para avaliar a eficiência dos testes foram eficiência de remoção de óleo (%E), pressão diferencial através do leito (Δp) e permeabilidade do leito (ko). Os resultados mostraram que o processo operou em estado estacionário e que os valores de TOG testados influenciaram no processo, bem como as velocidades do fluido, cuja elevação reduziu a eficiência significativamente. Os valores aproximados de %E obtidos foram 50 e 20-30%, para valores de v de 4,4 e 17,4 m.h-1, respectivamente.

The wastewater treatment with a bed coalescer consists of inducing the increase of oil droplets by passing the emulsion through a porous bed, so they can flote by gravitational separation process. The objective of this paper is to present technical and experimental considerations on the use of a granular bed coalescer, with a bed made of cationic exchange resins, for pre-treatment of emulsified oil from oily wastewater. Tests were conducted on a bench scale unit, which was fed with oil in water emulsion with oil and grease concentration (O & G) between 200 and 400 mg.L-1 and oil droplet diameter between 3 and 8 μm. The fluid velocities (v) tested were between 4.4 and 17.4 m.h-1. The coalescer bed height was fixed at 5 cm. The parameters used for assessing the tests efficiency were oil removal efficiency percentage (%E), differential pressure across the bed and, bed permeability. Results showed that the process operates in a steady-state condition and that the influent O&G affected the process efficiency, as well as the fluid velocities which reduced the efficiency significantly, with its increasing. The %E values obtained ​​were between 50 and 20-30% to v between 4.4 and 17.4 m.h-1, respectively.

Tratamento de água produzida de petróleo para remoção de óleo por processos de separação por membranas: revisão / Produced water treatment for oil removal by membrane separation process: review

O gerenciamento da água produzida (AP) de petróleo se constitui em um enorme desafio para as empresas petrolíferas. As alternativas usualmente adotadas para o seu destino são o descarte, injeção e o reúso. Em todos os casos é necessário tratamento da AP, a fim de evitar danos ao meio ambiente e às instalações de produção ou a fim de permitir o seu reúso sem causar prejuízos aos processos nos quais a AP será utilizada. Os processos de separação por membranas (PSM) têm se mostrado capazes de tratar efluentes que apresentam elevados teores de óleo em emulsão e de partículas com tamanhos médios e pequenos, competindo, assim, com tecnologias de tratamento mais complexas, tais como flotação. O objetivo deste artigo foi apresentar uma revisão sobre o tratamento de AP utilizando os PSM discutindo os principais aspectos da AP e os aspectos conceituais dos PSM, com ênfase para sua aplicação para remoção de óleo da AP.

The management of oil produced water (PW) constitutes a major challenge to oil companies. The options usually adopted for PW are disposal, injection and reuse. In all cases, a PW treatment is required in order to avoid damages to the environment and to production facilities or to allow its reuse without causing damage to processes in which the PW is used. The membrane separation processes (MSP) has been shown to be capable of treating effluent with high content of emulsified oil and with medium and small sizes particle, competing well with more complex treatment technologies such as flotation. The aim of this paper was to present a review of the PW treatment by MSP, discussing the main aspects of the PW and the conceptual aspects of the MSP, with emphasis on their application for removal of oil from the PW.