Tratamento Combinado da Agua Residual pirogenica obtida na industria de shale oil

TRATAMENTO COMBINADO DA ÁGUA RESIDUAL PIROGÊNICA GERADA NO PROCESSO DE QUEIMA DO OIL SHALE

Universidade Federal do Rio de Janeiro

COQ 780 – Tratamento de Efluentes

Aluna: Ana Paula Teixeira Santuzzi

05/09/2019

1. INTRODUÇÃO

O shale oil/gas ou óleo/gás de folhelho é produzido a partir de reservatórios não convencionais de folhelhos que, por sua vez, são rochas sedimentares compostas de sólidos muito finos e que contêm grande quantidade de petróleo e gás. Estes reservatórios são denominados não convencionais pois a rocha geradora é também a rocha reservatório, a qual apresenta baixa permeabilidade, inviabilizando a extração de petróleo pelos métodos convencionais, já que o óleo/gás não flui naturalmente até a superfície. Ao passo que, nos resrevatórios convencionais o petróleo se forma na rocha geradora e migra até a reservatório, que apresenta elevada porosidade e permeabilidade, se acumulando nesta devido à presença de uma rocha selante e trapas. Desta forma, os reservatórios não convencionais são muito mais difíceis e dispendiosos de se produzir do que os convencionais.

Com a descoberta de grandes reservas de shale gas/oil no mundo e a demanda crescente de energia nas indústrias e residências, diversas pesquisas foram realizadas no intuito de viabilizar economicamente a produção do gás e óleo a partir dos reservatórios não convencionais. Grande parte das reservas de shale gas descobertas estão nos EUA, de maneira que o país, que antes importava gás de todo o mundo, atualmente se tornou um exportador. Nos dias atuais, a extração de petróleo de reservas não convencionais tornou-se um aspecto importante na determinação do preço mundial do petróleo

O estudo em questão foi realizado na Estônia, que abriga aproximadamente 5 bilhões de toneladas de oil shale, das quais 1,5 bilhões são consideradas extraíveis e estão geralmente envoltas por rochas calcárias. O país é responsável por aproximadamente 70% da produção mundial de shale oil. A extração de shale oil permitiu que a Estônia se tornasse amplamente independente em termos de energia, utilizando o shale oil também para a produção de materiais sintéticos (WIRTGEN GROUP, 2011).

A principal tecnologia utilizada no mundo para extração e produção do shale oil/gas em poços profundos é o fraturamento hidráulico, que consiste na injeçāo de água com produtos químicos no poço perfurado sob alta pressão. Após o fraturamento, é realizada a pirólise da rocha em superfície.

Existem três métodos para extração do shale oil/gas em reservas próximas à superfície, como ocorre na Estônia: perfuração e explosão, mineração semi-seletiva e mineração de superfície. O método mais eficiente e vantajoso é o da mineração em superfície, já que nos demais ocorre uma mistura do folhelho (rocha geradora e reservatório) com o calcário existente ao redor, além disso é necessário triturar o material retirado antes de seguir para o tratamento posterior.  

O processo de mineração em superfície é realizado através de máquinas que extraem as diversas camadas de rocha com precisão centimétrica usando um tambor de corte giratório. Elas trabalham de forma seletiva, sendo capazes de extrair separadamente oil shale e a rocha calcária. Esses equipamentos extraem, trituram e transportam o material até o reator onde ocorre a pirólise em um só processo, não sendo necessários trituradores à parte. Durante a pirólise, ocorre a separação entre o querogênio (matéria orgânica) e a rocha por decomposição térmica.

Os principais métodos existentes para realizar a decomposição térmica são o de Kiviter e Galoter (ambos desenvolvidos na Estônia), o Fushun (desenvolvido na China) e o PetroSix (desenvolvido no Brasil). A diferença entre os métodos desenvolvidos na Estônia está no material transportador de calor utilizado na pirólise, sendo este gasoso no método de Kiviter e sólido no desenvolvido por Galoter. O método de Galoter é o mais utilizado atualmente, visto sua maior eficiência e menor produção de resíduos.

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Figura 1: Diagrama do processo de Galoter

Ao se submeter a matéria orgânica (querogênio) à pirólise, esta se decompõe em 4 componentes: shale oil, gás, semi-coque e água residuária pirogênica. O gás geralmente é utilizado na própria locação como fonte de energia; o óleo é transportado para as refinarias para processamento; e o semi-coque é reutilizado no processo como sólido carreador de calor, retornando para o reator; o excesso deste (cinzas) é reprocessado e removido do sistema, sendo geralmente descartado no solo onde foi extraída a rocha.

Além da água obtida a partir da decomposição térmica do querogênio (2-3 ton por hora no reator modelo UTT-3000, Golubev, 2003), que apresenta grande quantidade de fenol, durante o processo é necessário utilizar água para resfriamento, limpeza e remoção de poeira. Esta água residual é misturada à água fenólica produzida e partir daí se obtém como subproduto a água residuária pirogênica, que apresenta altos teores de DQO, DBO, fenóis, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs), ácidos carboxílicos, cetonas, amônio e sulfatos. Além disso, a água é classificada como pirogênica quando contém endotoxinas bacterianas que causam efeito patogênico nos seres humanos e animais. De forma que, esta necessita sofrer um tratamento adequado para enquadramento dessas propriedades antes de ser reutilizada ou descartada.

Uma quantidade substancial de água residuária é produzida a partir da pirólise do oil shale e nada tem sido feito para identificar métodos de despoluição da mesma. Este estudo propõe um tratamento combinado prontamente aplicável, composto pelas seguintes etapas: air stripping, coagulação-floculação, destilação, tratamento biológico primário, oxidação de Fenton e tratamento biológico secundário.

2. APRESENTAÇĀO DO PROBLEMA

No que se refere às reservas de oil shale encontradas em prufundidades próximas à superfície, como ocorre na Estônia, o principal método utilizado para extração e produção do shale oil é a mineração de superfície. Em seguida, a rocha triturada passa pelo processo de decomposição térmica para separar a matéria orgânica da parte mineral.

No método de Galoter, a rocha triturada é processada primeiramente por um secador, que utiliza gás aquecido proveniente do oil shale já processado. Depois disso, passa por um ciclone para retirar o gás e, em seguida, é misturada às cinzas de oil shale processado e aquecido a cerca de 800˚C. A proporção de “cinzas” para oil shale bruto é de 2,8-3:1. A mistura é transportada para o reator, também chamado de retorta, que se trata de um tambor rotativo. Neste ocorre a pirólise da rocha a cerca de 500ºC em ambiente isento de oxigênio, fazendo com que o querogênio se torne líquido e separe da rocha. Na sequência, o material segue para um separador, no qual a parte sólida, denominada semi-coque a partir de então, é separada e aquecida para ser reciclada e utilizada como sólido carreador de calor no reator. Já os vapores de óleo e gás são transportados para os condensadores.