Remoção de óleo da água produzida por adsorção: estudo de adsorventes, comparação entre processos e proposição de aumento de escala

Nowadays, many residues were generated, from oil and gas production and exploration activities, like produced water. This water needs to be discarded or injected (EOR) according to limits established by environmental laws. In this work, the adsorptive capacity of sugarcane bagasse and commercial activated carbon in emulsified oil removal in produced water was studied, investigating batch operation, continuous contact in fixed bed column and scaleup procedure. The internal morphology and organization of the bagasse were verified by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The adsorbent porous structure by N2 adsorption at 77 K was obtained. Microporous area, external surface area, pore diameter and micropores volume were obtained from BET and Langmuir methodology. The methodology for detection of oil content was not able to quantify the oil remaining in tests involving bagasse. For activated carbon, adsorption isotherm obtained at 25 ºC in finite bath was statistically significant for the Freundlich model and indicated a favorable adsorptive process. The initial oil concentration in produced water was 228 mg/L. The Breakthrough curve was obtained through experiments carried out in a glass column of 3.2 cm internal diameter and activated carbon mass of 8.0068 g, reaching a fast adsorbent saturation. The results showed a continuous oil removal capacity of 90%. A good fit for Thomas and Yoon-Nelson models were observed. For the same organic load, batch process in one stirred tank needed 9 times more activated carbon than the continuous process. For two tanks in series, batch process needed 4.4 times more adsorbent. From breakthrough volume, VRUP = 13.5 L, and column exhaustion volume, VEXA = 15.5 L, could be calculated the fraction of capacity left unused bed (LUB = 12.9 %), the adsorptive capacity demonstrated by column (qCOL = 442.34 mg/g) and the total amount of effluent that can be treated per day in laboratory scale (VLAB = 209.1 L/day). Thus, the best scaleup propose for a efluente filtration rate constant of 1000 L/day was keeping constant the superficial velocity and taking the ratio height of the bed-column diameter equal to 20. Then, the column had 7 cm diameter, 140 cm of bed height, breakthrough time of 4.69 days and a activated carbono rate consumption of 0.58 kg/day.Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP)Muitos resíduos são gerados na indústria petroquímica, dentre os quais destaca-se a água produzida. Esta deve ser descartada ou reinjetada obedecendo parâmetros estabelecidos por legislação. Neste trabalho, investigou-se a capacidade adsortiva do bagaço de cana-de-açúcar e do carvão ativado comercial na remoção do querosene emulsionado na água produzida, avaliando as condições de operação em batelada, em leito fixo e propondo um aumento de escala. A morfologia e a organização interna do bagaço foram verificadas a partir da difração de raios-x (DRX) e da microscopia eletrônica de varredura (MEV). A estrutura porosa do carvão ativado foi determinada a partir da adsorção de N2 à 77 K, obtendo a área porosa, a área microporosa, a área superficial externa, o diâmetro médio poroso e o volume de microporos, a partir da metodologia de BET e Langmuir. A metodologia de detecção do teor de óleos e graxas adotada não conseguiu quantificar o óleo remanescente nos ensaios envolvendo o bagaço. Para o carvão ativado, a isoterma de adsorção obtida à 25 ºC em banho finito foi estatisticamente significativa para o modelo de Freundlich e indicou um processo adsortivo favorável. A água produzida utilizada nos ensaios em coluna apresentou uma concentração de óleo inicial de 228 mg/L. A curva de ruptura para uma massa de 8,0068 g de carvão ativado foi obtida em uma coluna de vidro de 3,2 cm de diâmetro interno, de modo a haver uma rápida saturação do adsorvente. Obteve-se uma capacidade de remoção contínua de querosene na ordem de 90 % até a chegada ao ponto de ruptura. Os modelos de Thomas e de Yoon-Nelson representaram bem a região de ruptura. Para uma mesma carga orgânica, a batelada em um tanque agitado necessitou de uma massa de carvão 9 vezes maior do que o processo em contato contínuo. Para a operação com dois tanques em série, foi necessária uma massa 4,4 vezes maior. A partir dos valores do volume de ruptura (VRUP = 13,5 L) e do volume de saturação da coluna (VSAT = 15,5 L), calculou-se a porcentagem de leito não utilizada (LUB = 12,9 %), a capacidade adsortiva da coluna (qCOL = 442,34 mg de óleo/g de carvão) e o volume de efluente que poderia ser tratado por dia (VLAB = 209,09 L/dia). A melhor proposta para o aumento de escala, no tratamento de 1000 L/dia de efluente, foi conservar a velocidade superficial e assumir a razão altura do leito-diâmetro da coluna igual a 20. Isto resultou em uma coluna com 7 cm de diâmetro, uma altura de leito de 140 cm, um tempo de ruptura de 4,69 dias e uma taxa de consumo de carvão de 0,58 kg/dia