BRPI0720039B1 - métodos para tratar água produzida derivada de uma operação de recuperação de óleo e contendo contaminantes e para tratar águas residuais que contêm contaminantes - Google Patents

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Abstract

método para tratar água produzida derivada de uma operação de recuperação do óleo e contendo contaminantes, para amolecer águas residuais e para condicionar águas residuais para tratamento adicional, e para tratar águas residuais que contêm contaminantes um método ou processo para tratar águas residuais contendo elevado teor de produtos orgânicos, sílica, boro, dureza e sólidos em suspensão e dissolvidos. o método inclui desgaseificar as águas residuais para a remoção de gases dissolvidos e, em seguida, amolecer quimicamente as águas residuais. após a etapa de amolecimento químico, as águas residuais são direcionadas através de um filtro de mídia ou membrana que remove sólidos e precipitados adicionais. em seguida, as águas residuais são direcionadas através de uma troca de íon de sódio que amolece ainda mais as águas residuais. o efluente da troca iônica é direcionado através de um filtro de cartucho e o efluente proveniente do filtro de cartucho é direcionado através de uma ou mais unidades de osmose reversa. em uma fase selecionada do processo, antes das águas residuais atingirem a unidade ou unidades de osmose reversa, o ph das águas residuais é elevado e mantido de modo que o ph das águas residuais atingindo uma unidade de osmose reversa esteja a um ph maior do que 10,5.

Description

“MÉTODOS PARA TRATAR ÁGUA PRODUZIDA DERIVADA DE UMA
OPERAÇÃO DE RECUPERAÇÃO DE ÓLEO E CONTENDO
CONTAMINANTES E PARA TRATAR ÁGUAS RESIDUAIS QUE
CONTÊM CONTAMINANTES”
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [1] Numerosos tipos de águas residuais ou de água produzida têm concentrações relativamente elevadas de produtos orgânicos, sílica, boro, dureza, sólidos em suspensão e dissolvidos. Por exemplo, as operações de recuperação de óleo produzem água que inclui concentrações elevadas destes contaminantes. Se tais águas residuais ou água produzida forem usadas em aplicações de pureza elevada, tais como, suprimento a uma caldeira ou também para um gerador de vapor ou como água de processo, então deverá haver uma redução substancial em sílica, dureza total, sólidos dissolvidos e produtos orgânicos.
[2] Processos de troca de íons e os processos de osmose reversa tem sido usados para dessalinização de água produzida ou de águas residuais. As práticas atuais que envolvem a operação de sistemas de osmose reversa mantêm, geralmente, uma condição neutra de pH, que é um pH de, aproximadamente, 6-8. No caso de água de alimentação produzida por operações de óleo e gás, a recuperação através dos sistemas de osmose reversa é limitada, frequentemente, por formação de escamas, devido à sílica, ou incrustações devido a produtos orgânicos. Ou seja, concentrações elevadas de sílica na água de alimentação tendem a formar escamas nas membranas da osmose reversa, devido à concentração de sílica exceder limites de solubilidade. Os produtos orgânicos que excedem os limites de solubilidade tendem, igualmente, a incrustar nas membranas de osmose reversa. Formação de escamas devido à sílica e incrustações devido aos produtos orgânicos podem causar tempo ocioso substancial de máquina da unidade ou das unidades de osmose reversa, exigindo
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2/15 limpeza, substituição e manutenção frequentes. A manutenção é, obviamente, cara e o tempo ocioso da máquina é dispendioso e ineficiente.
[3] Além disso, no caso de água produzida, por exemplo, os processos são projetados para remover silica e boro. Estes contaminantes estão frequentemente presentes em forma de sais fracamente ionizados, ácido silícico e ácido bórico, e as membranas de osmose reversa geralmente não são eficientes em rejeitar tais sais fracamente ionizados.
[4] Consequentemente, houve e continua a haver a necessidade de um processo econômico para tratar águas residuais ou água produzida que reduza incrustações devido a produtos orgânicos, reduza a formação de escamas devido à silica, e que reduza eficientemente as concentrações de silica, produtos orgânicos, sólidos dissolvidos e dureza nas águas residuais ou na água produzida.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [5] A presente invenção envolve um método ou processo para tratar água produzida ou águas residuais pela utilização de unidades de osmose reversa para remover dureza, silica dissolvida e sólidos em suspensão e boro, e que mantém o pH da água produzida ou águas residuais, que entram na unidade da osmose reversa, acima de 10,5.
[6] Em um modo de realização, a presente invenção envolve direcionar a água de alimentação (águas residuais ou água produzida) através de um processo de amolecimento químico que reduz a dureza, reduz a concentração de silica e de metais solúveis, e remove ao menos alguns dos sólidos em suspensão. Durante o processo de amolecimento químico, um ou mais reagentes alcalinos são adicionados à água de alimentação, com a finalidade de elevar o pH acima de 10,5. Após a sujeição ao amolecimento químico, a água de alimentação é submetida à filtragem adicional e a um amolecimento adicional através de umas ou várias unidades de troca de
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3/15 íons. Após a filtragem adicional e o amolecimento, a água de alimentação com um pH acima de 10,5 é dirigida através de umas ou mais unidades de osmose reversa. Umas ou mais unidades de osmose reversa são eficazes para substancialmente reduzir os sólidos dissolvidos totais, o boro, e o sílica na água de alimentação.
[7] Outro objetivo da presente invenção é prover um sistema para tratar águas residuais que inclui uma unidade ou um subsistema de amolecimento químico tendo uma série de reatores e um clarificador. Associada a um ou mais dos reatores, há uma série de Unhas da injeção para a injeção de um coagulante, um ou mais reagentes alcahnos, e um polímero. Dispostas a jusante dos reatores e do clarificador, há uma ou mais unidades da filtragem e uma ou mais unidades de troca de íons para filtração adicional da água de alimentação e reduzindo ainda mais a sua dureza.
[8] Outros objetivos e vantagens da presente invenção tomar-se-ão aparentes e óbvios de um estudo da descrição a seguir e dos desenhos anexos que são meramente ilustrativos de tal invenção.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS [9] A Figura 1 é uma ilustração esquemática do processo da presente invenção.
[10] A figura IA ilustra o uso de um misturador de tubo vertical no processo da presente invenção.
[11] A Figura 2 é uma ilustração esquemática do processo de tratamento de águas residuais mostrado na figura 1, mas ilustrando um número de processos opcionais.
[12] A Figura 3 é um gráfico que mostra a relação entre a solubilidade de produtos orgânicos e o pH.
[13] A Figura 4 é um gráfico que mostra a relação entre solubilidade da sílica e pH.
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DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [14] A presente invenção refere-se a um processo de tratamento de águas residuais para tratar águas residuais ou produzir água contendo produtos orgânicos, silica, boro, sólidos dissolvidos e sólidos suspensos. Vários tipos e formas de águas residuais podem conter estes contaminantes. Por exemplo, na indústria do petróleo, a água produzida descarregada das operações de recuperação de óleo inclui tipicamente estes contaminantes. O tratamento desta água produzida para atender às regulações de descarga do governo é desafiador. Como aqui usado, o termo “águas residuais” significa em temos amplos, uma corrente aquosa que inclui contaminantes, a ser renovada pelo tratamento, e que inclui, por exemplo, água produzida, água de superfície e água de poço.
[15] Como descrito aqui, subsequentemente, o processo da presente invenção envolve amolecer e clarificar quimicamente águas residuais em um processo que remova a dureza e, através de um clarificador, remova sólidos suspensos e precipitantes. Depois disto as águas residuais são submetidas à filtração e amolecimento adicionais. Finalmente, as águas residuais, tratadas e condicionadas, são direcionadas através de uma ou mais unidades de osmose reversa. Para evitar descamação e incrustação das membranas das unidades de osmose reversa, o pH das águas residuais é controlado e mantido acima de 10,5.
[16] Voltando à Figura 1, o sistema de tratamento de águas residuais da presente invenção está aqui mostrado e indicado, de modo geral, pelo numeral 10. O sistema inclui uma unidade de amolecimento químico 30, uma unidade de filtração multimídia 40, uma unidade de filtração de troca iônica50, uma unidade de filtração por cartucho 60, e pelo menos uma unidade de osmose reversa de passagem única 70.
[17] Constituindo parte da unidade de amolecimento químico 30, temos uma série de reatores 31, 32, 33 e 34, e um clarificador 35. Cada um
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5/15 dos reatores 31, 32, 33 e 34 inclui um misturador. O clarificador 35, disposto a jusante dos reatores 31, 32, 33 e 34, é de projeto convencional e, no modo de realização aqui ilustrado, inclui um tanque de adaptação com lamelas, ou placas de separação, e um raspador de fundo. Uma linha de pasta fluida de retomo 36 se estende a partir do clarificador 35 até primeiro reator 31, ou segundo reator 32. Uma linha de pasta fluida de águas residuais 37 também de estende a partir do clarificador 35.
[18] Se estendendo entre o clarificador 35 e o filtro multimídia 40, temos uma linha de conexão 41. O efluente clarificado do clarificador 35 é direcionado pela linha 41 para o filtro multimídia 40. Como visto na Figura 1, um local de injeção de coagulante pode ser provido na linha 41. Em alguns casos, pode ser desejável injetar e misturar um coagulante com as águas residuais passando na linha 41.
[19] Vários tipos de filtros de mídia podem ser utilizados. Por exemplo, uma unidade da filtraçâo por membrana, que poderia ser de ultrafiltração, ou micro filtraçâo, poderia ser usada. No caso do modo de realização aqui ilustrado é contemplado que o filtro multimídia 40 que seria utilizado empregaria camadas de antracito, areia e granada para remover sólidos suspensos e precipitantes nas águas residuais passando pelo filtro. Como seria apreciado de porções subsequentes desta apresentação, uma corrente residual seria produzida pelo filtro multimídia 40 e esta corrente residual seria reciclada através da linha de retomo 42 para ser misturada com água de alimentação afluente que é direcionada pela linha 11 para a unidade de amolecimento químico 30. Além disso, estendendo-se a partir do filtro multimídia 40 temos uma linha residual 43 que descarrega pelo menos alguma da corrente ou pasta fluida expelida a partir do filtro multimídia 40.
[20] Estendendo-se a partir do filtro multimídia 40 para a unidade de troca iônica 50, temos uma linha de conexão 45. Efluente purificado saindo do filtro multimídia40 é direcionado através da linha 45 para a unidade de
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6/15 troca iônica 50. A unidade de troca iônica 50 inclui uma linha de entrada de produtos químicos 46 para a regeneração da resina de troca iônica por exaustão e uma linha de retomo residual reciclável 47. A parcela reciclável do resíduo de regeneração é reciclada para a unidade de amolecimento químico. Haverá águas residuais não-recicláveis saindo do amolecedor de troca iônica pela linha 48.
[21] Conectada entre a unidade de troca iônica 50 e o filtro de cartucho 60, temos outra linha de conexão 49. Efluente tratado ou purificado da unidade de troca iônica 50 é direcionado através da linha 49 para o filtro de cartucho 60. O filtro de cartucho 60 filtra adicionalmente as águas residuais e produz uma corrente residual, ou de contaminante, que é descarregada pela linha 51. Um antiescamante, ou dispersante, é adicionado antes do filtro de cartucho 60 para prover um equilíbrio químico solúvel para os compostos formadores de escama através da unidade de osmose reversa 20.
[22] Conectada entre o filtro de cartucho 60 e a unidade de osmose reversa 70, temos uma linha de conexão 52. Efluente tratado, ou purificado, do filtro de cartucho 60 é direcionado através da linha 52 para a unidade de osmose reversa 70. A unidade de osmose reversa 70 produz um efluente tratado, ou uma água de produto, que é direcionada da unidade de osmose reversa 70 pela linha 72 para uma área de descarga, ou para um ponto onde as águas residuais tratadas são submetidas a tratamento adicional. Saindo da unidade de osmose reversa 70 temos uma linha de rejeição de rejeitos 71 que descarrega uma corrente de rejeição de rejeitos produzida pela unidade de osmose reversa 70.
[23] Com referência à Figura 1 e ao processo aqui descrito, uma água de alimentação, ou afluente de águas residuais, é direcionada através da linha 11 para a unidade de amolecimento químico 30. Neste modo de realização, um coagulante é misturado com a água de alimentação no reator
31. O coagulante atua para desestabilizar os sólidos gerados durante o
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[24] Após o coagulante ter sido misturado com a água de alimentação no reator 31, a água de alimentação é direcionada a montante para os reatores 32 e 33. Em um modo de realização, cal é adicionada à água de alimentação no reator 32 e cáustico é adicionado à água de alimentação no reator 33. A cal e o cáustico são misturados com a água de alimentação. A cal converte o dióxido de carbono a íons de bicarbonato e também neutraliza a alcalinidade do bicarbonato da água de alimentação e remove a dureza do carbonato de cálcio. O cáustico remove a dureza do magnésio presente na água de alimentação e aumenta o pH da água de alimentação. O pH da água de alimentação é aumentado para acima de 10,5. Em muitos casos é preferível manter o pH da água de alimentação na faixa de 10,5 a 11,5. O significado deste controle do pH será referido aqui, subsequentemente. A dosagem da cal e do cáustico depende da alcalinidade da água de alimentação. Em casos típicos, a cal será adicionada na taxa de aproximadamente 100-300 mg/1 e o cáustico será adicionado na taxa de 300-500 mg/1. Outros reagentes alcalinos como óxido de magnésio e carbonato de sódio podem ser usados. Em alguns casos, cal, óxido de magnésio, e cáustico podem ser adicionados à água de alimentação. Em outros casos, cal, barrilha e cáustico são adicionados à água de alimentação. Para aplicações de alcalinidade baixa pode ser desejável adicionar barrilha no reator 32, por exemplo, para remover a dureza do cálcio não-carbonato presente na água de alimentação.
[25] No reator 34, um polímero é injetado e misturado com a água de alimentação. Um polímero típico utilizado é um polímero catiônico.
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Entretanto, um polímero aniônico também pode ser usado em aplicações de tratamento de águas residuais dependendo da natureza dos sólidos contidos nas águas residuais. Uma dosagem típica para o polímero seria ao redor de 25 mg/1. No reator 34, onde o polímero é adicionado, muitos dos contaminantes de interesse estarão em uma forma precipitada e, devido ao coagulante e ao polímero, estes precipitantes e sólidos tenderão a se agregar e formar flocos.
[26] Disposto no reator 34, em um modo de realização, temos um misturador do tipo tubo de descarga vertical 100 que promove a formação eficiente de flocos constituídos de precipitantes e sólidos suspensos e, consequentemente, provoca a cristalização e o adensamento destes sólidos. Em referência à figura IA, é mostrado o misturador de tubo de descarga vertical 100. O misturador de tubo de descarga 100 inclui um tubo 102 que é alargado no topo e inclui extremidades opostas abertas. Disposto intemamente dentro do tubo 102 temos um misturador acionado 104. Disposto acima da porção de topo do tubo 102 temos um anel de alimentação anular 106. Como ilustrado na figura IA, o polímero, ou floculante, é alimentado para o anel anular 106 e o anel anular dispersa o polímero, ou floculante, a partir daí, sobre o tubo 102. No caso do modo de realização mostrado na figura IA, o misturador é referido como um misturador do tipo tubo de descarga descendente devido às águas residuais serem movidas da parte superior do tubo 102, para baixo, pelo tubo. Note-se que, como ilustrado com as setas na Figura IA, as águas residuais são circuladas continuamente para baixo pelo tubo 102 e, de volta, ascendentemente, para fora do tubo, para onde as águas residuais reentram na porção superior do tubo 102. Isto mistura eficientemente o polímero, ou floculante, com as águas residuais no reator 34. O fluxo de águas residuais pelo tubo 102 pode ser controlado e regulado de modo a controlar a concentração de polímero, ou floculante, adicionado.
[27] Do reator 34, a água de alimentação é direcionada para o
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9/15 clarificador 35. O clarificador 35 compreende um tanque de adaptação e, neste modo de realização; disposta sobre o tanque de adaptação temos a lamela 35A. Formado no fundo do tanque de adaptação temos um raspador de pasta fluida. Uma vez que a água de alimentação alcança o tanque de adaptação do clarificador 35, sólidos, na forma de precipitantes e sólidos suspensos, se depositarão no fundo do tanque de adaptação para formar pasta fluida. A pasta fluida é bombeada do fundo do tanque de adaptação do clarificador 35, com alguma pasta fluida sendo direcionada através da linha de reciclagem 36 de volta para o primeiro reator 31, ou 32, enquanto alguma porção de pasta fluida pode ser rejeitada através da linha residual 37. As características da pasta fluida produzida são dependentes das características da água de alimentação que está sendo tratada, como a dureza, os metais contidos na água de alimentação, e a alcalinidade da água de alimentação. Tipicamente, em um processo de tratamento de água de alimentação de uma operação produzindo óleo, a pasta fluida terá, aproximadamente, 60% a 70%, de carbonato de cálcio, cerca de 20% de hidróxido de magnésio e cerca de 10% de composições de hidróxidos de metal. As taxas de recirculação podem variar. Entretanto, geralmente, pelo menos aproximadamente 5% a 10% do fluxo da água da alimentação são reciclados como pasta fluida. E contemplado que seja reciclado pasta fluida suficiente para manter aproximadamente uma relação de 1 para 20 dos sólidos secos gerados. Por exemplo, se o processo gera 600mg/l de sólidos secos por precipitação, a pasta fluida do clarificador 35 seria reciclada de modo a manter, aproximadamente, 6.000 a 12.000 mg/1 de sólidos suspensos totais (TSS) no clarificador 35. Como com os processos convencionais de tratamento de águas residuais, alguma da pasta fluida seria considerada como pasta fluida e direcionada para tratamento posterior. Em relação a isto, a pasta fluida de rejeito saindo pela linha 37 seria direcionada tipicamente para uma estação de dessecação onde a pasta fluida seria dessecada de modo que a concentração
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10/15 de pasta fluida dessecada estaria, tipicamente, acima de 35%, por peso.
[28] A finalidade do processo de amolecimento químico descrito acima, e que ocorre nos reatores 31, 32, 33 e 34 e no clarificador 35, é reduzir substancialmente a dureza total na água de alimentação para limites de solubilidade expressos, tipicamente, como menor do que, aproximadamente, 55 mg/1, como CaCCb. Além disso, o processo de amolecimento, em muitos casos, removerá parciaimente a sílica. Adicionalmente, o processo de amolecimento reduzirá as concentrações de metais solúveis, como ferro, magnésio, bário, estrôncio e os particulados presentes na água de alimentação.
[29] Apresentado abaixo na Tabela 1 temos um resumo de dados coletados de testes preliminares. Note-se que a dureza total (expressa como CaCCb) foi reduzida no processo de amolecimento químico de 2100 mg/1 a menos de 20 mg/1. Além disso, a sílica foi reduzida de 100 mg/1 a 20 mg/1 e os sólidos suspensos totais (TSS) foram reduzidos de 48 mg/1 a menos de 20 mg/1. De modo importante, o pH, no processo de amolecimento químico foi aumentado de 7,5 para 11,4.
Tabela 1
Critério Unidades Água de Alimentação Saída de Amolecimento Químico Saída do Filtro Saída da Troca Iônica Saída do Filtro de cartucho Saída da RO
Dureza total CaCO3 mg/1 2.100 <20 <20 <0,5 <0,5 -
Alcalinidade total CaCO3 mg/1 600 1.600 1.600 1.600 1.600 68
Sílica mg/1 100 20 20 20 20 <0,5
Boro mg/1 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 <0,1
Orgânicos mg/1 32 25 25 25 25 <0,5
TDS mg/1 17.000 17.200 17.200 17.200 17.200 <150
TSS mg/1 48 <20 <0,2 <0,2 <0,1 -
PH s.u 7,5 11,4 11,4 11,4 11,4 10,7
[30] A unidade de amolecimento químico 30 é eficaz para reduzir a dureza total e reduzir a concentração de outros contaminantes por diversas razões. Primeiramente, os reatores 31, 32, 33 e 34, em um modo de realização preferido, são integrados com o clarificador 35. Além disso, o reator 34, que está disposto imediatamente a montante do clarificador e que recebe o
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11/15 floculante, inclui um misturador de tubo de descarga descendente que, efetivamente, forma flocos feitos de precipitantes e sólidos suspensos e produz a cristalização e o adensamento destes sólidos. Preferivelmente, o clarificador 35 inclui a lamela 35A. Tudo isso, incluindo o misturador de tubo de descarga descendente e o clarificador com a lamela, aumenta substancialmente a velocidade de deposição dentro do clarificador comparado aos sistemas de clarificação convencionais.
[31] Efluente clarificado, saindo do clarificador 35, é direcionado através da linha 41 para o filtro multimídia 40. Opcionalmente um coagulante pode ser injetado na corrente de água residual passando pela linha 41 antes de entrar no filtro multimídia. A finalidade do filtro é filtrar adicionalmente a água de alimentação e remover sólidos suspensos e não-dissolvidos das águas residuais. A função do filtro multimídia 40 é reduzir o total de sólidos suspensos da água de alimentação para menos de 0.5mg/l. O filtro multimídia 40 é retrolavado periodicamente com água filtrada para limpar o mesmo. Esta corrente de retrolavagem, ou residual, é direcionada através da linha 42 para a linha de entrada 11 onde a mesma é misturada com a água de alimentação sendo direcionada para a unidade de amolecimento de água 30.
[32] Efluente clarificado do filtro multimídia 40 é direcionado através da linha 45 para a unidade de troca iônica 50. A função da unidade de troca iônica é reduzir ainda mais a dureza total das águas residuais e reduzir a concentração de outros metais solúveis presentes nas águas residuais. Na unidade de troca iônica 50, íons de cálcio e magnésio são removidos por meio de um processo que emprega um ácido fraco, ou resina catiônica de ácido forte, em um forma de sódio. As água reciclável da unidade de troca iônica 50, como resíduos de retrolavagem/compactação e enxágue rápido são direcionadas através da linha 47 e linha 42 de volta à linha de alimentação 11 onde os resíduos são misturados com a corrente de água de alimentação afluente. Novamente, porções de resíduos, resíduos não-recicláveis, da
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12/15 unidade de troca iônica 50, como resíduos regenerantes gastos e resíduos de enxágue lento são descartados.
[33] A água amolecida de troca iônica é direcionada a partir da unidade de troca iônica 50 pela linha 49 para um ou mais filtros de cartucho 60 para remover quaisquer particulados finos presentes na água de alimentação. Um antiescamante, ou dispersante, é adicionado antes do filtro de cartucho para manter um equilíbrio químico solúvel através da unidade de RO, a jusante. Afluente do filtro de cartucho 60 é direcionado para uma unidade de osmose reversa de passagem única 70. A unidade de osmose reversa 70 reduz produtos orgânicos, sílica, boro, e sólidos dissolvidos totais presentes nos resíduos.
[34] Em referência à Tabela 1, a dureza total da água de alimentação é reduzida, ainda mais, para menos de, aproximadamente, 0,5 mg/1 (CaCCh) na unidade de troca iônica 50. A alcalinidade total da água de alimentação é realmente aumentada durante o processo de amolecimento químico e permanece geralmente a mesma até que a água de alimentação alcança a unidade de osmose reversa 70. Lá, a alcalinidade total, expressa como mg/1 de CaCCL é reduzida para 68. Igualmente, a unidade de osmose reversa 70 reduz a sílica de 20 mg/1 para menos de 0,5 mg/1. Note-se, também, que a unidade de osmose reversa 70 reduz o boro de 2,6 mg/1 para menos de 0,1 mg/1 e reduz os produtos orgânicos de 25 mg/1 para menos de 0,5 mg/1. Além disso, a unidade de osmose reversa 70 reduz matérias sólidas dissolvidas totais de 17.200 mg/1 para menos de 150 mg/1. Agua de produto, produzida pela unidade de osmose reversa 70 tem um pH de 10,7. Como notado na Tabela 1, o pH das águas residuais sendo tratadas foi realmente reduzido pela unidade de osmose reversa 70. Isto é devido à corrente de rejeição de rejeito da osmose reversa poder incluir alcalinidade de carbonato e hidroxila que estavam presentes na água de alimentação.
[35] O sistema mostrado na Figura 1 pode ser modificado para
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13/15 incluir outros subsistemas ou processos. A Figura 2 ilustra diversos subsistemas ou processos opcionais que podem ser incorporados no processo básico descrito acima. Por exemplo, antes de amolecer quimicamente a água de alimentação, a água de alimentação pode ser submetida a um processo de desgaseificação. Como mostrado na Figura 2, é provida uma unidade de desgaseificação, indicada de modo geral, pelo numeral 80, disposta a montante da unidade de amolecimento químico 30. Uma linha de injeção de ácido 82 é provida a montante da unidade de desgaseificação 80. Como notado acima, o processo de desgaseificação é um tratamento opcional e é particularmente útil para águas de alimentação contendo alcalinidade em excesso e gases dissolvidos. Nesses casos, um ácido é injetado através da linha 82 e misturado com a água de alimentação para converter parcialmente os bicarbonatos presentes na água de alimentação a dióxido de carbono e para manter o sulfeto de hidrogênio, ou outros gases dissolvidos, em um estado gasoso. Isto ajustará eficazmente o pH da água de alimentação antes do processo de desgaseificação e após o processo de desgaseificação. Neste modo de realização, o processo de desgaseificação utilizará um desgaseificador de descarga à força ou, extrator DOX de modo a reduzir o dióxido de carbono e o sulfeto de hidrogênio presentes na água de alimentação. Outros tipos de desgaseificadores, como do tipo a vácuo, ou membrana, ou depurador, também podem ser usados para esta aplicação.
[36] A desgaseificação pode ser executada antes do processo de amolecimento químico sobre água com concentrações elevadas de gases dissolvidos e alcalinidade de bicarbonato em excesso com a adição de ácido para reduzir a quantidade de pasta fluida gerada e a demanda de álcali associada com o aumento do pH no processo de amolecimento químico. Tipicamente, o pH é reduzido para uma faixa de 4,5 a 6,5 antes do desgaseificador e a água de produto do desgaseificador está tipicamente na faixa de pH de 5,0 - 7,0.
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14/15 [37] Outra opção para o sistema da presente invenção é a provisão de unidades de troca iônica duplas. Na Figura 2, duas unidades de troca iônica 50 e 50' estão dispostas entre o filtro multimídia40 e o filtro de cartucho 60. O uso das unidades de troca iônica duplas 50 e 50' servirá para reduzir, ainda mais, a dureza das águas residuais, e reduzirá particularmente o teor de magnésio e carbono das águas residuais que passam através delas. A aplicação das unidades de troca iônica únicas, ou duplas, é determinada primariamente pelo fundo de sólidos dissolvidos da água de alimentação. O sistema de troca iônica pode utilizar uma resina catiônica de ácido forte na forma de sódio, ou uma resina catiônica de ácido fraco na forma de sódio.
[38] Finalmente, em alguns casos, o sistema pode ser provido com unidades de osmose reversa duplas (RO) 70 e 70'. Isto está ilustrado na Figura
2. Em determinados casos, devido à natureza e às características da água de alimentação, pode ser útil utilizar duas unidades de osmose reversa em vez de uma, de modo a remover eficientemente silica, boro, produtos orgânicos, e sólidos suspensos totais. Quando se usa unidades RO duplas 70 e 70' pode ser necessário um ajuste do pH entre as duas unidades. Consequentemente, a linha 73 é provida para injetar um cáustico no efluente da primeira unidade de RO 70. A quantidade de cáustico injetada é calculada para manter o pH maior do que 10,5.
[39] Como explicado acima, o presente processo tem por objetivo controlar o pH das águas residuais, passando através de uma ou mais unidades de osmose reversa 70 ou 70', acima de 10,5. Isto reduzirá substancialmente incrustações orgânicas e escamação da silica das membranas nas unidades de osmose reversa. Como visto na Figura 3, a solubilidade dos produtos orgânicos geralmente aumenta com o pH. Por exemplo, em um pH acima de 10 a solubilidade dos produtos orgânicos é aproximadamente 350 mg/1. Entretanto, em um pH de 6 a solubilidade dos produtos orgânicos está logo acima de 50 mg/1. A mesma relação é verdadeira para a solubilidade da silica,
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15/15 como mostrado na Figura 4. Note-se que a solubilidade da sílica aumenta dramaticamente para pHs acima de 10. De fato, como mostrado na Figura 4, a solubilidade da sílica em um pH de aproximadamente 10,5 é quase 900 mg/1. Isto deve ser contrastado com a solubilidade da sílica em um pH de 8 que é, aproximadamente, 100 mg/1. Desse modo, mantendo-se o pH da água de alimentação acima de 10,5, estes contaminantes de escamação e incrustações são mantidos em solução e podem ser rejeitados por uma ou mais unidades de osmose reversa 70 ou 70' sem escamação e incrustação.

Claims (7)

1. Método para tratar água produzida derivada de uma operação de recuperação de óleo e contendo contaminantes, tais como, produtos orgânicos, sílica, boro, dureza, sólidos dissolvidos, e sólidos em suspensão, caracterizado pelo fato de compreender:
a. remover dureza da água produzida mediante amolecimento da água produzida em uma série de reatores por:
i. em um reator (31), misturar um coagulante com água produzida e desestabilizar sólidos contidos na água produzida;
ii. em um reator (32), misturar cal com água produzida, e converter dióxido de carbono em íons de bicarbonato e neutralizar alcalinidade de bicarbonato;
iii. em um reator (33), misturar um cáustico com água produzida, e onde a cal e o cáustico fazem com que o pH da água produzida seja elevado acima de 10,5;
iv. em um reator (34), misturar um polímero com a água produzida para facilitar a separação de sólidos na água produzida;
v. clarificar a água produzida separando a pasta fluida da água produzida; e, vi. direcionar ao menos uma porção da pasta fluida para pelo menos um reator e misturar a pasta fluida com a água produzida;
b. após o amolecimento químico, filtrar a água produzida com uma unidade de filtragem multimídia (40) para separar ainda sólidos em suspensão da água produzida para produzir água produzida filtrada e uma primeira corrente residual;
c. reciclar pelo menos uma porção da primeira corrente residual para pelo menos um dos reatores;
d. após ter filtrado a água produzida com o filtro multimídia, amolecer a água produzida por meio do direcionamento da água produzida
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2/4 através de uma unidade de amolecimento de troca de íons (50) onde os íons de cálcio e de magnésio são deslocados pelos íons do sódio supridos por um produto químico adicionado, produzindo a água produzida mais amolecida e uma segunda corrente residual;
e. reciclar pelo menos uma porção da segunda corrente residual;
f. após o amolecimento por troca de íons, direcionar a água produzida através de uma unidade de filtragem por cartucho (60) para separar sólidos em suspensão da água produzida; e
g. direcionar a água produzida da unidade de filtragem de cartucho para pelo menos uma unidade da osmose reversa (70) e remover os produtos orgânicos, boro, sílica e sólidos dissolvidos da água produzida e produzir a água de produto.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada um dentre coagulante, cáustico, e polímero serem misturados com água produzida em reatores separados; e em que cada um dentre coagulante, cáustico, e polímero serem misturados sequencialmente com água produzida, com o coagulante sendo misturado primeiramente, o cáustico sendo misturado em seguida, e o polímero sendo misturado em seguida.
3. Método de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o amolecimento químico incluir uma fase em que a água produzida é misturada utilizando um misturador do tipo de tubo de descarga (100) que causa a cristalização e o adensamento dos sólidos contidos na água produzida.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir desgaseificar a água produzida antes de amolecer quimicamente a água produzida.
5. Método para tratar águas residuais que contêm contaminantes, tais como, produtos orgânicos, sílica, boro, dureza, sólidos
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3/4 dissolvidos, e sólidos em suspensão, caracterizado pelo fato de compreender:
a. remover dureza da água produzida mediante amolecer quimicamente as águas residuais em uma série de reatores mediante:
i. em um reator (31), misturar um coagulante com águas residuais e desestabilizar os sólidos contidos nas águas residuais;
ii. em um reator (32), misturar cal com águas residuais, e converter o dióxido de carbono em íons do bicarbonato e neutralizar a alcalinidade do bicarbonato;
iii. em um reator (33), misturar um cáustico com águas residuais e onde a cal e o cáustico fazem com que o pH das águas residuais seja elevado acima de 10,5;
iv. em um reator (34), misturar um polímero com águas residuais para facilitar a separação de sólidos nas águas residuais;
v. clarificar a água produzida separando a pasta fluida das águas residuais; e, vi. direcionar ao menos uma porção da pasta fluida para pelo menos um reator e misturar a pasta fluida com as águas residuais;
b. após o amolecimento químico, filtrar as águas residuais com uma unidade de filtragem multimídia (40) para separar ainda sólidos em suspensão das águas residuais para produzir águas residuais filtradas e uma primeira corrente residual;
c. reciclar pelo menos uma porção da primeira corrente residual para pelo menos um dos reatores;
d. após ter filtrado as águas residuais com o filtro multimídia, amolecer ainda as águas residuais por meio do direcionamento das águas residuais através de uma unidade de amolecimento por troca de íons (50), onde os íons de cálcio e de magnésio são deslocados pelos íons do sódio supridos por um produto químico adicionado, produzindo águas residuais mais amolecidas e uma segunda corrente residual,
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e. reciclar pelo menos uma porção da segunda corrente residual;
f. após o amolecimento por troca de íons, direcionar as águas residuais através de uma unidade de filtragem por cartucho (60) para separar sólidos em suspensão das águas residuais; e
g. direcionar as águas residuais da unidade de filtração de cartucho para pelo menos uma unidade de osmose reversa (70) e remover os produtos orgânicos, boro, silica e sólidos dissolvidos das águas residuais e produzir água de produto.
6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de cada um dentre coagulante, cáustico, e polímero, serem misturados com águas residuais em reatores separados, e em que cada um dentre coagulante, cáustico, e polímero serem misturados sequencialmente com as águas residuais, com o coagulante sendo misturado primeiro, o cáustico sendo misturado em seguida, e o polímero sendo misturado depois.
7. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de:
a. incluir o direcionamento das águas residuais através de duas unidades de osmose reversa (70, 70’) em série;
b. em que o amolecimento químico inclui uma fase em que as águas residuais são misturadas utilizando um misturador do tipo de tubo de descarga (100) que causa a cristalização e o adensamento dos sólidos contidos nas águas residuais; e
c. em que o amolecimento das águas residuais pela filtragem por troca de íons inclui o direcionamento das águas residuais através de duas unidades de filtragem por troca de íons em série.
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