Monografia de Graduação - NUPEG · da concentração de poluentes nos efluentes gerados,...

Monografia de Graduao

Tratamento Foto-Bioqumico de guas Produzidas em Campos de Petrleo

Gabriela Miranda de Assis Cunha

Natal, fevereiro de 2007

Monografia ii

Cunha, Gabriela Miranda de Assis Tratamento Foto-Bioqumico de guas Produzidas em Campos de Petrleo. Monografia, UFRN, Departamento de Engenharia Qumica, Programa de Recursos Humanos PRH 14/ANP. reas de Concentrao: Engenharia de Petrleo, Natal/RN, Brasil. Orientador: Prof. Dr. Osvaldo Chiavone Filho Colaboradores: Msc. Douglas do Nascimento Silva, Alcivan Almeida Evangelista Neto, George Gonalves Dantas. RESUMO: Os processos biolgicos so caracterizados por possibilitarem o tratamento de grandes volumes de efluentes a um baixo custo operacional. Determinados efluentes industriais apresentam compostos orgnicos txicos e podem inviabilizar o tratamento em sistemas biolgicos, devido inibio do metabolismo dos microrganismos presentes no lodo ativado. Por sua vez, os processos oxidativos avanados (POAs), que fazem uso de radicais hidroxila como agentes oxidantes, permitem tratar tais efluentes, em alguns casos degradando completamente compostos orgnicos a CO2 e H2O. Porm, apresentam custo significativamente maior, podendo se tornar inviveis para o tratamento de grandes volumes. Uma alternativa interessante o emprego dos POAs como pr-tratamento para remoo de toxicidade. O presente trabalho tem como objetivo o estudo da viabilidade tcnica da integrao entre o POA, baseado na reao foto-Fenton, e o sistema de lodos ativados. Em uma primeira etapa um efluente sinttico, replicando a gua produzida em campos de petrleo, pr-tratado pelo processo foto-Fenton, atravs de um reator que utiliza a radiao solar como fonte de ftons. Espcies aromticas so convertidas a cidos orgnicos e outros compostos provavelmente menos agressivos, tornando o meio vivel atividade microbiana. Este efluente pr-tratado introduzido em um sistema contnuo de lodos ativados para complementar a oxidao da matria orgnica residual.

______________________________________ Palavras Chaves: gua Produzida, POA, Processo Biolgico.

Gabriela Miranda de Assis Cunha PRH 14 ANP Fevereiro/2007

iii

ABSTRACT

Biological degradation processes are able to treat a large volume of wastewaters a low cost. However the presence of highly toxic pollutants, in significant contents, may inhibit the microbial metabolism. Advanced oxidation processes (AOPs), based on the chemistry of non-selective hydroxyl radicals, can be used to treat such effluents, sometimes leading to the complete oxidation of recalcitrant compounds to CO2 and water. The high costs involved in the generation of UV radiation, however, impose serious limitations to these processes. A promising alternative is the application of AOPs as a pre-treatment stage for the abatement of the toxicity. In this work it has been studied the coupling between the photo-Fenton process and an activated-sludge system. Wastewater solution is treated, in a first stage, by the photo-Fenton system, using a parabolic reactor. In this phase, the conversion of aromatic compounds to acids and other less toxic compounds is verified, to get a better insight into the factors that govern the coupling between photochemical and biological processes.

iv

Esta monografia dedicada:

Aos meus pais, Agenor e Ftima, que

sacrificaram seus sonhos em favor dos meus, e

que no foram s pais, mas, amigos e

companheiros, mesmo nas horas em que meus

ideais pareciam distantes e inatingveis e o estudo,

um fardo pesado demais.

v

Agradecimentos

A Deus em primeiro lugar que me deu a oportunidade de iniciar este curso e foras para conclu-lo. Tenho certeza que sem ele nada disso seria possvel.

Aos meus pais Agenor e Ftima, minha fortaleza, que, mesmo com todas as dificuldades e limitaes, no pouparam esforos para me educar e oferecer as condies necessrias para que eu estudasse.

Aos meus irmos Daniela e Thiago pela amizade, companheirismo, carinho e amor, que foram fundamentais para minha vida.

Ao meu tio Batista que sempre esteve ao meu lado e me ajudou no que foi necessrio.

Ao meu esposo Saint-Clayr, pelo amor, companheirismo, compreenso e incentivo durante todo o curso, sempre acreditando que eu ia conseguir, estando ao meu lado em todos os momentos e nunca me deixando desistir diante dos obstculos que surgiram. Te amo muito!!

s amigas Indira e Julianna, pela amizade sincera construda ao longo do curso, sempre estando ao meu lado como irms, passando por momentos divertidos e me incentivando sempre.

Aos meus amigos do curso de Engenharia Qumica, em especial turma 2002.1, minha segunda famlia: Indira, Julianna, Rodrigo (vagabundo), Auberan (mestre Aubera), Z Hilton (da Mata), Diego, Antonio, Gerson e Gledson. Obrigada pela amizade e por tudo que passamos juntos, jamais esquecerei das noites em claro, dos finais de semana e feriados que passamos estudando e dos momentos de descontrao.

Aos amigos do laboratrio, em especial a Geraldine (Dine) por sua amizade sincera e por toda orientao e a Douglas, Doug sem a sua ajuda este trabalho jamais seria possvel, obrigada pela sua ajuda e principalmente pela sua amizade.

Aos bolsistas do PET Alcivan e George pelo auxlio na parte experimental e pela amizade.

A ANP, atravs da comisso gestora do PRH-14, pela concesso da bolsa, possibilitando ampliar os conhecimentos na rea de petrleo e complementar a formao profissional atravs da infra-estrutura e do apoio de toda a comisso gestora.

vi

Ao professor Osvaldo, pela amizade, dedicao e orientao. Ao professor Romualdo Vidal, por toda contribuio para nossa formao profissional, sua preocupao como se fssemos seus filhos, buscando estgios e oportunidades de empregos, dedicando-se constantemente ao PRH-14 da ANP, e a todos os professores do DEQ/UFRN que contriburam para minha formao profissional, por sua dedicao e empenho. empresa Petrleo Brasileiro S.A - PETROBRS pela oportunidade de estgio. Ao gerente do ST - EIPA Jos Henrique Patriota Soares pela concesso da vaga de estgio. Ao coordenador de estgio Ccero Sena Moreira Gomes, pela pacincia, ateno e amizade dedicadas durante o estgio, e por todos os ensinamentos passados que contriburam bastante para a minha formao pessoal e profissional. Aos amigos da PETROBRS, Mrcia, Gilce, Clio, Aurlio, Jocely, Faria, Viangre, Ivandi, Pacheco, Geraldinho, Fabiano, Odiletil, Franco, Celso, Almeida, Frana e Lus Henrique por me integrarem no grupo de trabalho, sendo sempre companheiros e colaborando comigo em todos os momentos. Um obrigada especial galera da cozinha que transformou o estgio ainda mais prazeroso, sem vocs o estgio no seria o mesmo: Ariel (por ter sido um anjo, sempre me ajudando e pela sua amizade sincera), Joo, Moiss, Dr.Vicente e Mrcia . Enfim, agradeo a todos que contriburam de alguma forma para a realizao deste trabalho. Muito Obrigada!

vii

ndice

1- INTRODUO............................................................................................................................................ 2 2- OBJETIVOS................................................................................................................................................. 5

2.1-OBJETIVOS ESPECFICOS ........................................................................................................................ 5 3- ASPECTOS TERICOS............................................................................................................................. 7

3.1 - O PETRLEO ......................................................................................................................................... 7 3.2 CONCEITOS BSICOS SOBRE GUA PRODUZIDA ................................................................................. 7

2.2.1 Impacto Ambiental ........................................................................................................................ 8 2.2.2 - Controle da Gerao da gua Produzida ..................................................................................... 9 2.2.3 - Disposio ..................................................................................................................................... 9

2.3 - OS PROCESSOS OXIDATIVOS AVANADOS ......................................................................................... 10 2.4-O PROCESSO FOTO-FENTON ................................................................................................................ 11 2.5 TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO....................................................................................................... 14

2.5.1 Tratamento Biolgico ................................................................................................................. 14 4- METODOLOGIA EXPERIMENTAL..................................................................................................... 17

4.1 PROCESSO FOTOQUMICO .................................................................................................................. 17 4.1.1 - Reagentes e materiais .................................................................................................................. 17 4.1.2 Caractersticas do sistema.......................................................................................................... 17 4.1.3 Procedimento Experimental Reator Lmpada......................................................................... 17 4.1.4 Procedimento Experimental Reator Solar ............................................................................... 18

4.2 PROCESSO BIOLGICO ....................................................................................................................... 18 4.2.1 Microorganismo e meio .............................................................................................................. 18 4.2.2 Processo Biolgico ..................................................................................................................... 19

5- RESULTADOS E DISCUSSES ............................................................................................................. 21 6- CONCLUSO ............................................................................................................................................ 27 7- REFERNCIAS......................................................................................................................................... 29 8- CRONOGRAMA DE EXECUO ......................................................................................................... 34 9- RELATRIO DE ESTGIO.................................................................................................................... 36

Lista de Figuras

Figura 1 - Reservatrio Esquemtico de leo Figura 2 - Representao esquemtica do sistema de tratamento por lodos ativados Figura 3 Esquema de tratamento por reator fotoqumico Figura 4 Sistema de Lodos Ativados Figura 5 - Eficincia de degradao atravs do processo foto-Fenton em reator lmpada Figura 6 Degradao em reator solar com concentrao de 30ppm Figura 7 Degradao em reator solar com concentrao 250ppm Figura 8 - Cromatograma do extrato obtido a partir das emulses de petrleo em gua Figura 9 - Cromatograma obtido ao final do processo foto-Fenton

viii

Figura 10 - Aspectos da gua de produo antes, durante e aps o tratamento com o processo sugerido Lista de Tabelas

Tabela 1 Meio Sinttico Bsico Tabela 2 Anlise da gua aps o processo foto-Fenton

Captulo I

INTRODUO

Monografia 2

1- Introduo A gua um recurso fundamental, pois sua vasta gama de aplicao faz com que

seja utilizada para os mais diversos fins. Por isso, h uma tendncia de se racionalizar a

utilizao deste recurso, devido alta em sua demanda.

Durante a produo de petrleo comum a co-produo de gua. A conseqncia

desse fato a gerao de grandes volumes de gua a serem descartados no mar. Esta gua,

denominada gua produzida, geralmente, contm altos teores de sais e uma mistura

complexa de compostos orgnicos e inorgnicos, cuja composio varia durante a vida do

campo, e cujo volume tende a crescer medida que o campo envelhece.

Ao longo das ltimas dcadas, a indstria petrolfera tem feito um esforo, sempre

crescente, no sentido de prevenir danos ao meio ambiente e sade pblica em todas as

suas operaes. No entanto, ainda h muito a ser feito no sentido de reduzir o impacto dos

rejeitos oriundos das operaes da indstria petrolfera. O tratamento da gua de produo

necessrio uma vez que as quantidades de poluentes contidas em diferentes concentraes

no podem ser descarregadas no ambiente marinho.

Uma alternativa para tratar efluentes contendo cargas altamente txicas ao

metabolismo dos microrganismos promotores da oxidao a integrao entre os processos

fotoqumico e biolgico.

Nos sistemas integrados, o pr-tratamento atravs dos Processos Oxidativos

Avanados (POAs) tem como finalidade modificar estruturas dos poluentes, transformado-

os em intermedirios menos txicos e facilmente biodegradveis, os quais seguem para o

subseqente processo de degradao biolgica (tratamento convencional).

O pr-tratamento fotoqumico empregado foi o processo foto-Fenton, o qual

conhecido como um Processo Oxidativo Avanado (POA), caracterizado pelo uso do

radical hidroxila ( ) como agente oxidante. O seu uso pode ser justificado se os

intermedirios formados so facilmente degradados posteriormente por um tratamento

biolgico.

OH

O estudo foi realizado atravs de uma soluo sinttica que reproduz a gua

produzida nos campos de petrleo e teve como objetivo estudar a integrao entre os

processos fotoqumico e biolgico no tratamento de guas produzidas em campos de

petrleo, visando caracterizar sua viabilidade tcnica. O pr-tratamento fotoqumico


Monografia 3

baseado no processo foto-Fenton e o posterior tratamento biolgico realizado por um

sistema de lodos ativados.


Monografia 4

Captulo II

OBJETIVOS


Monografia 5

2- Objetivos O grande volume de gua produzida juntamente com o petrleo e a vasta incidncia solar no estado motivaram a realizao deste trabalho. Este trabalho prev a minimizao

do impacto ambiental causado pelos efluentes gerados pela indstria de petrleo e reduo

da concentrao de poluentes nos efluentes gerados, possibilitando a aplicao de um

posterior tratamento biolgico.

2.1-Objetivos especficos

Avaliar o processo combinado: Pr-tratamento com processo foto-Fenton e

posterior tratamento biolgico.


Monografia 6

Captulo III

ASPECTOS TERICOS


Monografia 7

3- Aspectos tericos 3.1 - O Petrleo

O petrleo consiste de uma mistura complexa de hidrocarbonetos gasosos, lquidos

e slidos, constituda por tomos de carbono e hidrognio, e propores pequenas de

heterocompostos com presena de nitrognio, enxofre, oxignio e alguns metais.

encontrado exclusivamente nas bacias sedimentares, formadas por rochas

sedimentares, e nos aparece na vida cotidiana sob a forma de produtos acabados

imediatamente utilizveis.

As bacias petrolferas podem ser encontradas tanto em terra quanto no mar, e a

extrao do petrleo diferenciada para cada uma delas. Nas plataformas, o petrleo

separado da gua, ocorrendo a adio de vrios produtos qumicos (inibidores de corroso,

anti-emulsionantes, anti-espumante e biocidas). Estes aditivos tm como objetivo a reduo

de problemas operacionais durante o processo. (Henderson, et al., 1999).

3.2 Conceitos Bsicos sobre gua Produzida

A origem bsica da gua Produzida juntamente com o petrleo est relacionada s

condies ambientais existentes durante a gnese do petrleo. Um ambiente geolgico

marinho ou lacustre, em que tenha havido intensa deposio de matria orgnica, associada

com posterior soterramento, e condies fsico-qumicas apropriadas tende a reunir os

condicionantes necessrios para o aparecimento do petrleo nas rochas matrizes.

O petrleo gerado migra ento para rochas permeveis adjacentes que, trapeadas

estruturalmente por rochas impermeveis, resultam em acumulaes nas rochas

reservatrio. Durante milhares de anos o petrleo se concentra, segregando-se da gua,

mas, mantendo muitas vezes, contato com os aqferos como pode ser observado na Figura

1.


Monografia 8

Figura 1 - Reservatrio Esquemtico de leo

A gua de produo a maior corrente na produo de petrleo offshore. Este

volume depende do local de explorao, assim como da idade do poo. (Faksness et al.,

2004). gua do mar pode ser injetada na bacia para manter a presso interna, facilitando a

extrao do petrleo. Portanto a gua de petrleo tem como caracterstica alta concentrao

de sais, tais como cloreto de sdio (NaCl), os sulfatos (principalmente BaSO4 e SrSO4) e

carbonatos (principalmente CaCO3), gerando um efluente de composio complexa

contendo leos dispersos, metais dissolvidos, radionucldeos, hidrocarbonetos semi-

solveis como benzeno, tolueno, etilbenzeno e xileno, hidrocarbonetos aromticos

policclicos, naftalenos, fenantrolina e dibenzotiofenos, cidos orgnicos, fenol. A

concentrao destes compostos depende do local de formao e idade do poo de extrao.

A salinidade da gua expressa como ons cloreto (Cl-), pode chegar a 120 g Cl-/L (Campos

et al., 2002).

2.2.1 Impacto Ambiental

A gua produzida potencialmente perigosa ao meio ambiente por causa dos vrios

elementos que a compem. A combinao de um ou mais desses elementos, a quantidade e

as caractersticas do local onde o efluente for descartado devem ser levados em conta para

avaliar um possvel impacto ambiental. Poder ocorrer poluio em rios, mar, lagos,

contaminao em aqferos e do solo, danos flora e fauna.


Monografia 9

As principais causas potenciais de perigo atribudas gua Produzida podem ser:

Alta salinidade;

Slidos suspensos;

Presena de metais pesados;

Presena de orgnicos insolveis;

Presena de orgnicos solveis;

Presena de produtos qumicos;

radioatividade

2.2.2 - Controle da Gerao da gua Produzida O controle da produo de gua produzida junto com o petrleo de grande

interesse para os produtores de petrleo. O custo da produo do petrleo inclui a produo

da gua, a separao leo/gua e a disposio da gua produzida, geralmente salgada, o que

impossibilita o seu descarte em operaes on-shore. A diminuio da produo de gua

pode levar a otimizao do custo com a produo do petrleo, refletindo nos processos de

separao e tratamento do leo.

Em resumo, a importncia do controle da produo de gua na extrao do petrleo

consiste em otimizar a produo do leo, e em minimizar os custos operacionais. A reduo

no volume de fluidos envolvidos no processo pode diminuir os riscos potenciais e os danos

ao meio ambiente.

2.2.3 - Disposio Segundo Kai (2005), o descarte no mar tem sido feito at o momento, de acordo

com critrios locais e, muitas vezes, no claramente definidos por rgos governamentais.

No mundo, companhias petrolferas adotam suas prprias normas, as quais nem sempre so

embasadas cientificamente. Tais procedimentos visam basicamente evitar possveis efeitos

visuais decorrentes do descarte. De acordo com Allen e Robinson (1993) a porcentagem

global de poluio pequena, porm as quantidades localizadas so enormes, e podem

causar danos ambientais prximos aos locais de lanamento.


Monografia 10

A gua produzida tende a ser disposta sem tratamento prvio no solo com resultados

previsveis, tais como: contaminao de aqferos e cursos de gua, deposio de sal no

solo tornando-o improdutivo para a agricultura. A remediao do solo difcil e tem custo

elevado, alm do impacto sobre as guas subterrneas muitas vezes usadas como fonte de

abastecimento para o consumo humano. Segundo Allen e Robinson (1993), aps o

tratamento adequado, o uso da gua de produo para irrigao pode suplementar as

reservas de gua de regies de baixo ndice pluviomtrico.

2.3 - Os processos Oxidativos Avanados

Processos Oxidativos Avanados (POAs) so mtodos alternativos atrativos,

promissores e efetivos para a remediao de contaminantes (dissolvidos ou dispersos)

contendo poluentes orgnicos no biodegradveis presentes nas guas, nos solos e nas

superfcies (Legrini et al., 2003; Fahmi et al., 2003; Kavitha e Palanivelu, 2004; Will et al.,

2004).

POAs so caracterizados pelas suas propriedades catalticas, fotoqumica e reaes

de degradao oxidativas (qumicas) (Legrini et al., 1993; Maciel et al., 2004). Baseiam-se

na destruio do poluente, em vez de transferi-los para outra fase (Sanz et al., 2002).

Embora faa uso de diferentes tipos de sistemas de reao, os POAs so todos

caracterizados pela presena de radicais OH. A versatilidade destes processos tambm

aumentada pelo fato de oferecerem diferentes opes para produo de radicais hidroxila,

permitindo adaptar os requerimentos a tratamentos especficos.

Os POAs dependem da gerao de radicais orgnicos, os quais so produzidos por

fotlise de substrato orgnico e/ou por reaes com radicais hidroxilas (Kavitha e

Palanivelu, 2004) a partir de um dos oxidantes utilizados: H2O2, O3 ou O2 (Gimenez et al.,

1999; Espulgas et al., 2002; Rodrigues et al., 2002), sendo o perxido de hidrognio o mais

comumente usado (Sanz et al, 2002).

Os radicais hidroxilas (OH) gerados so intermedirios reativos e tm alto

potencial de oxidao (2,8V) (Venkatadri e Peters, 1993) e baixa seletividade de ataque,

degradando compostos orgnicos e inorgnicos presentes nas guas produzidas (Laat et

al.,1999; Benitez et al., 2001; Abderrazik et al., 2002;Will et al., 2004). Estes radicais

atacam molculas orgnicas, abstraindo tomos de hidrognio ou adiconando-se as ligaes


Monografia 11

duplas. Os radicais hidroxila atacam as molculas da matria orgnica dissolvida,

produzindo uma melhoria na biodegradabilidade como resultado da reduo do contedo

orgnico ou a gerao de intermedirios bem menos txicos (Scheck e Frimmel, 1995; Sanz

et al., 2002; Fahmi et al ., 2003). As molculas orgnicas podem, em casos favorveis,

serem totalmente mineralizadas (oxidao total) para dixido de carbono e gua (Huston e

Pignatello, 1999; Rodrigues et al, 2002; Will et al., 2004).

Os principais POAs usam agentes oxidantes em presena de um catalisador

apropriado e/ou luz ultravioleta (Legrini et al., 1993) para oxidar ou degradar o

contaminante de interesse. Eles so classificados em processos homogneos e

heterogneos. Denomina-se sistema heterogneo aquele que utiliza semicondutores no

estado slido, que catalisam a gerao do radical OH. Nos sistemas homogneos, os

catalisadores esto dissolvidos. Comparando com os POAs heterogneos, os processos

homogneos possuem baixa resistncia transferncia de massa entre as fases e rpida

degradao dos poluentes (Kavitha e Palanivelu, 2004).

Dentre os POAs, os sistemas combinados TiO2/H2O2/UV e Fe2+/H2O2/UV so

considerados os mais promissores para a remediao dos contaminantes da gua.(Gimenez

et al., 1999; Espulgas et al., 2002; Rodrigues et al., 2002).

Os POAs so alternativas interessantes, desde que produtos nocivos no sejam

gerados, e sim, minimizados a teores compatveis ou eliminados, favorecendo os processos

seguintes tais como tratamento biolgico.(Will et al., 2004).

2.4-O Processo foto-Fenton

O reagente de Fenton consiste de uma mistura oxidante que contm ons de ferro e

perxido de hidrognio. O mecanismo exato da reao de Fenton trmica ainda motivo de

discusso (Bossmann et al., 1998). Em uma primeira etapa ocorre a reao 2.1 de oxidao

do Fe2+ para Fe3+, conhecida como reao de Fenton, produzindo radicais hidroxila em

quantidade estequiomtrica, os quais so extremamente reativos e no seletivos (Oliveros et

al., 1997; Maciel et al., 2004).

OHOHFeOHFe +++ ++ 3222 (2.1)


Monografia 12

Esta reao pode ser reescrita de maneira mais rigorosa, levando em considerao a formao de complexos aquosos:

[ ] [ ] OHOHOHFeOHOHOHFe + ++ 3224222 )()())()(( (2.2)

Na ausncia de luz, o on Fe3+ produzido pela reao 2.1 reduzido para Fe2+

conforme a equao 2.3:

++++ +++ 232

2223 HOOHFeOHOHFe (2.3)

Esta reduo trmica a etapa limitante da cintica global do processo Fenton por

ser muito mais lenta que a reao de oxidao (reao 2.1). Segundo Bossamann et

al.(1998), a rao de reduo ocorre em trs etapas:

Formao de um complexo hidratado [ ]( )++ 422223 ))()(( OHHOOHFeOHFe , conforme a reao 2.4:

[ ] [ ] +++ ++ OHOHHOOHFeOHOHOHFe 342222252 ))()(())(( (2.4)

Reduo do Fe3+ a Fe2+ nesse complexo (reao 2.5):

[ ] [ ] ++ ++ 2522422 ))(())()(( HOOHOHFeOHOHHOOHFe (2.5)

Reao de transferncia de eltrons, entre um segundo complexo aquoso Fe3+

[ ]( )+252 ))(( OHOHFe e o radical hidroperoxil (HO2) que tambm regenera a espcie Fe2+ [ ]( )+52 ))(( OHOHFe de acordo com a reao 2.6:

[ ] [ ] +++ ++++ OHOOHOHFeHOOHOHOHFe 325222252 ))(())(( (2.6)


Monografia 13

provvel que complexos de Fe3+ sejam os responsveis pela interrupo do

processo de mineralizao, desde que estes complexos, estveis na ausncia de irradiao,

dificultem a regenerao do Fe2+. Assim, a reao Fenton retardada aps a converso

completa de Fe2+ a Fe3+.

Os radicais OH podem ser consumidos conforme as equaes 2.7-2.9 (Lu et al.

1997).

++ ++ OHFeFeOH 32 (2.7)

++ 2222 HOOHOHOH (2.8)

++ ROHRHOH 2 (2.9)

Onde RH representa uma molcula orgnica.

Geralmente, radicais HO2 no tm papel importante nestes processos de oxidao,

pois apresentam menor reatividade quando comparados aos radicais OH (Nadtochenko e

Kiwi, 1998; Maciel et al., 2004). Um ponto importante a ser considerado a quantidade de

H2O2 requerida para obter a melhor eficincia do tratamento, j que excesso de H2O2 pode

reagir com OH competindo com os compostos orgnicos diminuindo assim a eficincia do

tratamento.

Por outro lado, na reao foto-Fenton, radicais OH so gerados pela reao de Fe2+

com H2O2, e pela reduo do Fe3+ com luz UV. Verifica-se que a irradiao UV eleve

significantemente a eficincia dos reagentes Fenton, aumentando a velocidade de

degradao de poluentes orgnicos (Moraes et al., 2001).

Este comportamento sob a ao da luz atribui reduo dos ons Fe3+ para Fe2+

segundo a reao 2.10:

(2.10)

OHHFeOHFe hv +++ +++ 223


Monografia 14

Esta equao pode ser mais rigorosamente representada considerando a formao

dos complexos de Fe3+ (reaes 2.11 e 2.12), que alm de regenerarem o on Fe2+ tambm

produzem radicais OH:

(2.11) OHFeOHFe hv + ++ 22)(

(2.12) OHFeOHOHFe hv + ++2)(

A reao 2.11 favorece o aumento da concentrao de ons Fe2+ em soluo que

combinando com a reao 2.1 produz mais radicais OH que o processo Fenton ou UV-

perxido.

A faixa de pH neste sistema tem um efeito significativo na taxa de degradao pois

os ons de ferro precipitam na forma de hidrxido, quando o pH do meio aumentado, por

outro lado, quando este abaixado a concentrao das espcies foto-ativas baixa. O pH

timo da reao foto-Fenton situa-se entre 2,8 e 3,0. (Pignatello e Sun, 1995; Oliveros et

al., 1997).

2.5 Tecnologias de Tratamento Existe hoje uma grande diversidade de alternativas para o tratamento de gua

residuria. Sua escolha depende da composio e do tipo de poluente contido nessas guas

e do custo do tratamento. O custo deste processo pode inviabilizar o processo mesmo este

sendo efetivo.

2.5.1 Tratamento Biolgico O tratamento biolgico o processo mais econmico conhecido, alm de apresentar

a capacidade de tratar grandes volumes de efluente. Contudo, a aplicao do processo de

tratamento biolgico em geral requer a adaptao (aclimatao) dos microorganismos ao

efluente a ser degradado. Quando o efluente tem alta toxicidade, ou tenha uma composio

complexa, a utilizao do processo biolgico dificultada, pois poder ocorrer morte dos

microorganismos. Diversas pesquisas tm estudado a aplicao de processos de tratamentos


Monografia 15

integrados, ou seja, a implantao de mais de um tipo de tratamento para serem atendidos

os parmetros de despejo impostos pelos rgos fiscalizadores.

Um exemplo de tratamento biolgico o tratamento de lodos ativados, que consiste

em um tanque de aerao ou reator biolgico, no qual acontece remoo de matria

orgnica contida no efluente, um tanque de decantao para a separao do lodo e efluente,

do qual o lodo recirculado para o reator biolgico e o excesso retirado para um digestor

de lodo, onde o seu volume reduzido e estabilizado para a sua destinao final. (VON

SPERLING, 2002).

Figura 2 - Representao esquemtica do sistema de tratamento por lodos ativados


Monografia 16

Captulo IV

METODOLOGIA EXPERIMENTAL


Monografia 17

4- Metodologia experimental

4.1 Processo fotoqumico

4.1.1 - Reagentes e materiais Para a realizao do pr-tratamento fotoqumico atravs do processo foto-Fenton

foram utilizados soluo sinttica de gua de produo (com concentraes de 50, 100, 150

e 200ppm), perxido de hidrognio (H2O2, 30% m/m), sulfato ferroso heptahidratado

(FeSO4. 7H2O, < 98% Reatec). Todos os reagentes foram de grau analtico. Uma bomba

dosadora (Ismatec, modelo IPC-4) foi utilizada para a adio contnua do perxido de

hidrognio (H2O2, 30% m/m) com uma vazo de alimentao de 0,2 L.h-1.

4.1.2 Caractersticas do sistema Utilizou-se o reator fotoqumico, de geometria anular com um volume de lquido de

1L, colocado em uma caixa de madeira fechada, com a finalidade de evitar a sada de

radiao luminosa do seu interior. Este reator foi conectado a um tanque de recirculao,

com um volume de lquido de 5L, sendo a temperatura do mesmo controlada por meio de

um banho termosttico (Q.215. D2BS, Quimis) e monitorada por um termopar digital (SP

G21C*,IOPE), o pH foi monitorado e controlado dependendo das condies experimentais

por um pHgmetro digital (Quimis). A fonte de radiao usada foi uma lmpada de vapor

de mercrio de mdia presso (Hanovia 679A36, 450W), a qual foi posicionada no eixo

longitudinal do reator, no interior de uma camisa constituda de borossilicato ou quartzo,

em que circulava gua com a finalidade de resfriar a lmpada.

Para o sistema fotoqumico solar, utilizou-se um reator fotoqumico parablico,

constitudo de paredes espelhadas com tubos de vidro de borosilicato pelo qual passa o

efluente a ser tratado. O reator acoplado a um tanque de mistura (8L) e conectado a uma

bomba centrfuga que permite a recirculao do efluente.

4.1.3 Procedimento Experimental Reator Lmpada Inicialmente o procedimento experimental consistiu no preenchimento do tanque de

mistura com 4,8 L de soluo sinttica de gua de produo. Em seguida, a bomba de

recirculao e a lmpada foram acionadas. A contagem do tempo de reao era iniciada,


Monografia 18

executando-se, simultaneamente, as adies das solues de sulfato ferroso heptahidratado

(FeSO4. 7H2O; 1mmol. L-1 em um balo de 100mL) e perxido de hidrognio (H2O2, 30%

m/m; 100mmol. L-1), sendo este adicionado por meio de uma bomba peristltica (Ismatec,

modelo IPC-4) com uma vazo de alimentao de 0,2 L.h-1.

Coletaram-se amostras nos seguintes tempos: 0, 5, 10, 15, 30, 60 e 120 minutos.

Extraiu-se com clorofrmio na proporo de amostra: clorofrmio de 2:10 v/v.

Figura 3 Esquema de tratamento por reator fotoqumico

4.1.4 Procedimento Experimental Reator Solar

Inicialmente o procedimento experimental consistiu no preenchimento do tanque de

mistura com 7,8L de soluo sinttica de gua de produo. Em seguida, a bomba de

recirculao foi acionada. A contagem do tempo de reao era iniciada, executando-se,

simultaneamente, as adies das solues de sulfato ferroso heptahidratado (FeSO4. 7H2O;

1mmol. L-1 em um balo de 100mL) e perxido de hidrognio (H2O2, 30% m/m; 100mmol.

L-1), sendo este adicionado por meio de uma bomba peristltica (Ismatec, modelo IPC-4)

com uma vazo de alimentao de 0,2 L.h-1.

Coletaram-se amostras nos seguintes tempos: 0, 5, 10, 15, 30, 60 e 120 minutos.

Extraiu-se com clorofrmio na proporo de amostra: clorofrmio de 2:10 v/v.

4.2 Processo biolgico

4.2.1 Microorganismo e meio


Monografia 19

O material biolgico foi coletado de um Sistema de Lodos Ativados pertencente a

uma Refinaria de Petrleo. O meio sinttico bsico que foi utilizado nestes experimentos

est descrito na Tabela 1 (Xiong etal., 1998).

Tabela 1 Meio Sinttico Bsico

4.2.2 Processo Biolgico Um sistema de lodo ativado (Figura 4), operando de modo contnuo, consistindo de

um tanque aerado com um volume de 5 L conectado a um decantador de 3 L, foi utilizado

durante todo o perodo experimental. Uma bomba peristltica foi utilizada para alimentao

do reator e recirculao do lodo do decantador para o tanque aerado, caracterizando uma

recirculao de 1:1. Ar foi fornecido atravs de pedras porosas do tipo utilizadas em

aqurios. O afluente consistia de uma soluo sinttica de gua produzida em campos de

petrleo. Um lodo no adaptado, cedido por uma Refinaria de Petrleo, foi utilizado como

inculo para o sistema de lodos ativados conforme mencionado anteriormente.

Figura 4 Sistema de Lodos Ativados


Monografia 20

Captulo V

RESULTADOS E DISCUSSES


Monografia 21

5- Resultados e discusses Os estudos exploratrios realizados constituem-se de experimentos com concentraes de contaminante de 30, 50, 100, 150, 200 e 250 ppm.

Eficincia de Degradao - Reator Lmpada

0,0000

0,2000

0,4000

0,6000

0,8000

1,0000

1,2000

0 20 40 60 80 100 120 140Tempo(min)

C/C0

50ppm

100ppm

150ppm

200ppm

Figura 5 - Eficincia de degradao atravs do processo foto-Fenton em reator lmpada

Os resultados apresentados na figura 5.1, mostram a eficincia de degradao da

soluo sinttica de gua de produo em reator lmpada a diferentes concentraes.

Os experimentos foram realizados durante o mesmo intervalo de tempo (120

minutos) e possvel observar que medida que a concentrao de contaminante aumenta a

eficincia do mtodo diminui. Podem-se observar percentuais de degradao de at 80%

para concentrao inicial de 50ppm e de 40% para concentraes de 200ppm.

A radiao ultravioleta proporciona uma cintica de degradao mais favorvel,

principalmente nos primeiros minutos da reao. Trata-se de um resultado esperado, uma

vez que alm de catalisar a fotorreduo dos ons Fe3+ (Fe3+ + H2O+ hvFe2+ + H++OH) a

radiao ultravioleta permite a decomposio do perxido de hidrognio. Aps 15 minutos

de reao a converso ferroso-frrico desvia do padro dos minutos iniciais provavelmente

em razo da baixa concentrao residual de perxido de hidrognio.


Monografia 22

Eficincia de Degradao - Conc.Inicial 30ppm

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

0 20 40 60 80Tempo (min)

Con

cent

ra

o de

le

o (p

pm)

Figura 6 Degradao em reator solar com concentrao de 30ppm

A figura 6 mostra a degradabilidade da gua de produo utilizando reator solar a

uma concentrao de 30ppm. possvel observar a completa degradao da soluo a esta

concentrao. No incio da reao, tempo 15 minutos, observa-se uma degradao mais

favorvel, este fato deve-se ao efeito do perxido. Uma variao no perfil de degradao

pode ser observada devido ao fato que as anlises foram realizadas em espectrofotmetro,

que como todo equipamento apresenta um erro normal, ao perxido que tambm apresenta

leitura e tambm a variaes climticas como presena de nuvens, pois os experimentos

foram realizados no reator solar.

250 ppm

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

0 50 100 150 200

Tempo (min)

Conc

entra

o

de

leo

(ppm

)

250 ppm


Monografia 23

Figura 7 Degradao em reator solar com concentrao 250ppm

Atravs da figura 7 possvel observar a degradao da gua de produo com

elevadas concentraes de contaminante. Este experimento foi realizado para mostrar que

mesmo com concentraes bastante elevadas o mtodo apresenta uma eficincia de quase

50%. Devido elevada concentrao de contaminante, o efeito do perxido mascarado.

Como aps o tratamento fotoqumico ainda ser aplicado o tratamento biolgico, o mtodo

se mostra bastante eficiente.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Tempo (minutos)

Figura 8 - Cromatograma do extrato obtido a partir das emulses de petrleo em gua

A figura 8 mostra um cromatograma do extrato obtido a partir das emulses de

petrleo em gua, antes do tratamento. Pode-se observar a grande quantidade de

substncias presentes em soluo.


Monografia 24

0 5 10 15 20 25 30

Tempo (min)

Figura 9 - Cromatograma obtido ao final do processo foto-Fenton.

A figura 9 mostra o cromatograma ao final do processo foto-Fenton. Observa-se que

os compostos presentes so oxidados, no sendo detectados pelo mtodo cromatogrfico

usado. Os compostos orgnicos so oxidados a lcool, aldedos e cidos orgnicos. Os

cidos orgnicos, em geral, podem servir de extrato para um processo biolgico. Atravs da

Figura 10 possvel observar o aspecto da gua de produo antes, durante e aps o

tratamento com o processo Foto-Fenton.

Figura 10 - Aspectos da gua de produo antes, durante e aps o tratamento com o processo sugerido.

(1) Incio do processo; (2) Durante o processo; (3) Aspecto da gua aps o tratamento; (4) Sedimentao do Ferro aps o processo; (5) e (6) Aspecto da

gua aps o tratamento (observar limpidez e transparncia).

O ferro sedimentado pode ser retirado atravs de processo de floculao, no sendo

necessrio assim esperar algum tempo para que sedimente.


Monografia 25

Foram realizadas anlises da gua, ficando demonstrada a possibilidade de

utilizao na agricultura, apresentando-se fora do padro de potabilidade apenas no teor de

nitrognio, que ser corrigido atravs do processo biolgico, que se alimenta basicamente

de nitrognio. Os resultados encontram-se na tabela 2.

Tabela 2 Anlise da gua aps o processo foto-Fenton.

Anlise fsico-qumica Valor mximo

(gua potvel)

Valor mximo

(gua para irrigao)

Valor obtido

neste trabalho

Nitrito (mg/L) 1,0 1,0 0,1

Nitrato (mg/L) 10,0 20,0 14,3

Nitrognio Amoniacal

(mg/L) 3,7 para pH

Monografia 26

Captulo VI

CONCLUSO


Monografia 27

6- Concluso Neste trabalho estudou-se a degradao da gua de produo atravs do processo

foto-Fenton e estudos sobre o processo combinado fotoqumico/biolgico foram realizados

constatando-se a possibilidade da utilizao do mtodo combinado, porm no foram

obtidos resultados relevantes em virtude dos microorganismos apresentarem difcil

adaptao.

Os experimentos permitiram verificar a eficincia do mtodo utilizando o processo

foto-Fenton. Obteve-se a degradabilidade, avaliada atravs de anlises espectrofotomtricas

e cromatogrficas da soluo de gua de produo. O processo Foto-Fenton mostrou-se

bastante eficaz, obtendo-se remoes significativas de hidrocarbonetos entre 65% e 99%,

produzindo um efluente com concentraes de poluentes dentro dos limites estabelecidos

para descarte ou reaproveitamento.

Este trabalho apresenta grande aplicabilidade e importncia, pois o tratamento

utilizado atualmente no apresenta nveis de emisso para rios, apresentando benefcios

econmicos, sociais e ambientais. Econmicos, porque os custos com bombeamento at os

emissrios sero reduzidos, visto que a gua aps o tratamento apresenta nveis aceitveis

para emisso de acordo com os rgos regulamentadores. Sociais, pois se a regio

circunvizinha apresentar escassez de gua aps o tratamento a gua poder ser utilizada

para irrigao. Ambiental, pois no apresenta nveis de poluio ao meio ambiente.

Imaginemos que, mesmo sendo descartada em alto mar, a gua tratada pelos mtodos

convencionais, utilizados atualmente, representa um grande volume devido vazo diria

que cerca de 100.000m3, quando somados os volumes descartados representam um grande

risco de dano ambiental.


Monografia 28

Captulo VII

REFERNCIAS


Monografia 29

7- Referncias

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Monografia 33

Captulo VIII

CRONOGRAMA DE EXECUO


Monografia 34

8- Cronograma de Execuo

1Semestre 2Semestre 3Semestre 4Semestre Pesquisa Bibliogrfica OK OK

Montagem do sistema fotoqumico

OK

Realizao de Experimentos no reator fotoqumico

OK OK OK

Montagem do sistema biolgico

OK

Ensaios no reator biolgico

OK OK

Disciplinas OK OK OK OK Trabalhos de Congressos OK OK OK OK

Redao da Monografia OK


Monografia 35

Captulo IX

RELATRIO DE ESTGIO


Monografia 36

9- Relatrio de Estgio


Universidade Federal do Rio Grande do Norte Centro de Tecnologia

Departamento de Engenharia Qumica

Relatrio de Estgio Supervisionado Empresa:

Avaliao de Compressores

Aluna: Gabriela Miranda de Assis Cunha Orientador de Estgio: Profo Joo Fernandes de Sousa Supervisor de Estgio: Eng. Processamento Ccero Sena Moreira Gomes

Natal, 22 de Novembro de 2006.

Relatrio de Estgio

Gabriela Miranda de Assis Cunha

Relatrio de Estgio Supervisionado

Relatrio apresentado junto ao Departamento de Engenharia Qumica da UFRN como pr-requisito para obteno do conceito na disciplina DEQ0330 Estgio Supervisionado, visando a concluso do curso de graduao em Engenharia Qumica.

Natal/RN

Novembro de 2006.

Gabriela Miranda de Assis Cunha UFRN / DEQ-2006 2

Relatrio de Estgio

Resumo

O presente relatrio visa relatar as atividades realizadas pela estagiria Gabriela Miranda de Assis Cunha, aluna do curso de Engenharia Qumica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN, na empresa Petrleo Brasileiro S.A. - PETROBRAS, na rea correspondente ao Suporte Tcnico da Engenharia de Instalaes, Processamento e Automao da Unidade de Negcios do Rio Grande do Norte e Cear (UN-RNCE), durante o perodo de 16 de janeiro de 2006 a 22 de novembro de 2006, com uma carga horria total superior a 360 horas, sendo supervisionado pelo Engenheiro de Processamento Ccero Sena Moreira Gomes e orientado pelo Prof. Dr. Joo Fernandes de Sousa, professor do Departamento de Engenharia Qumica da UFRN.

A disciplina de estgio supervisionado tem como objetivo possibilitar que o aluno possa vivenciar o dia-a-dia de uma indstria, facilitando a sua insero no mercado de trabalho. Durante o estgio o aluno pode expor seus conhecimentos adquiridos durante a sua vida acadmica, adquirir conhecimentos no s no trabalho, como tambm de vida e participar da rotina da empresa.


Relatrio de Estgio

ndice

1 - INTRODUO.................................................................................................................................... 11 2 - A EMPRESA......................................................................................................................................... 13

2.1 - HISTRICO DA EMPRESA................................................................................................................. 14 2.2-ATIVIDADES DA PETROBRAS ......................................................................................................... 17

2.2.1 Explorao e Produo ................................................................................................... 17 2.2.2 Gs Natural ......................................................................................................................... 18 2.2.3 Energia ................................................................................................................................. 18 2.2.4 Refino .................................................................................................................................... 18 2.2.5 Transporte e Armazenamento ..................................................................................... 19 2.2.6 Distribuio ......................................................................................................................... 19

2.3 A PETROBRS EM NMEROS ........................................................................................................... 19 2.4 A AUTO-SUFICINCIA ...................................................................................................................... 19 2.5-ATIVIDADES DA PETROBRAS NA BACIA POTIGUAR ..................................................................... 21

2.5.1 Ativos .................................................................................................................................... 22 2.5.2 - O Suporte Tcnico............................................................................................................. 22

3 - FUNDAMENTAO TERICA .................................................................................................... 25 3.1 - A ORIGEM DO PETRLEO ................................................................................................................ 25 3.2 - CLASSIFICAO DO PETRLEO........................................................................................................ 25 3.3 - FLUIDOS PRODUZIDOS..................................................................................................................... 26

3.3.1 O gs natural ..................................................................................................................... 26 3.3.1.1 Tipos de gs natural ................................................................................................................ 27

3.3.1.1.1 Gs Rico .............................................................................................................................. 28 3.3.1.1.2 Gs Pobre ........................................................................................................................... 28 3.3.1.1.3 Gs Industrial.................................................................................................................... 28 3.3.1.1.4 Gs Natural Liquefeito (GNL) ...................................................................................... 28 3.3.1.1.4 Gs Natural Comprimido (GNC) ................................................................................. 28

3.3.2 O leo ................................................................................................................................... 28 3.3.3 A gua .................................................................................................................................. 29

3.4 PROCESSAMENTO DE HIDROCARBONETOS .................................................................................... 29 3.4.1 - Transporte de Hidrocarbonetos ................................................................................... 29 3.4.2 - Separao de Hidrocarbonetos .................................................................................... 29

3.5 PROPRIEDADES FSICAS DOS FLUIDOS ......................................................................................... 30 3.5.1 Viscosidade Dinmica ou Absoluta............................................................................. 30 3.5.2 - Massa Especfica (Densidade) ...................................................................................... 31 3.5.3 - Fator de Compressibilidade ........................................................................................... 32

3.6 - PERDA DE CARGA............................................................................................................................. 32 3.6.1 -Tipos de perda de carga .................................................................................................. 32 3.6.2 - Expresso geral da perda de carga distribuda...................................................... 33 3.6.3 - Expresso geral da perda de carga localizada ....................................................... 33 3.6.4 Escoamento de Gases Combustveis Frmula de Weymouth ...................... 35

3.7 - EQUAES DE ESTADO.................................................................................................................... 35 3.7.1 - Van Der Waals.................................................................................................................... 36 3.7.2 - Princpios de Estados Correspondentes .................................................................... 36

3.8 - SIMULADORES .................................................................................................................................. 37 3.9 EQUIPAMENTOS ............................................................................................................................... 38

3.9.1 Compressores .................................................................................................................... 38


Relatrio de Estgio

3.9.1.1 Tipos de Compressores........................................................................................................... 39 3.9.1.1.1 Compressores Alternativos .......................................................................................... 39

3.9.1.1.1.1 Elementos Bsicos do Compressor Alternativo ........................................... 40 3.9.1.1.1.2 Princpio de Funcionamento................................................................................ 40 3.9.1.1.1.3 Razo de Compresso .......................................................................................... 42 3.9.1.1.1.4 Vazo do Compressor Alternativo .................................................................... 44 3.9.1.1.1.5 Rendimento Volumtrico...................................................................................... 44 3.9.1.1.1.6 Potncia consumida na compresso................................................................ 45 3.9.1.1.1.6 Temperatura de descarga ................................................................................... 46 3.9.1.1.1.7 Carga na Haste de compresso......................................................................... 46 3.9.1.1.1.8 Carga na Haste de trao.................................................................................... 46 3.9.1.1.1.9 Potncia de eixo ...................................................................................................... 46

3.9.1.1.2 Compressores Centrfugos ........................................................................................... 46 3.9.2 Vlvulas ................................................................................................................................ 47

3.9.2.1 Vlvulas Globo ........................................................................................................................... 47 3.9.2.2 Dimensionamento de Vlvulas............................................................................................. 48 3.9.2.3 Coeficiente de Vazo (Cv) ..................................................................................................... 48

4 - ATIVIDADES REALIZADAS ........................................................................................................ 53 4.1 ATIVIDADES PROPOSTAS.................................................................................................................... 53 4.2 ATIVIDADES DESENVOLVIDAS ........................................................................................................... 53

4.2.1 - Avaliao do desempenho de um compressor alternativo ................................ 54 4.2.1.1 - Introduo .................................................................................................................................... 54 4.2.1.2 - Premissas do Processo............................................................................................................. 54 4.2.1.3 Condies de operao ........................................................................................................... 56 4.2.1.4 Clculo do nmero de estgios............................................................................................ 57 4.2.1.5 Resultados e Discusses ........................................................................................................ 57

4.2.1.5.1 Duplo efeito 2 cilindros caso A............................................................................ 57 4.2.1.5.2 Simples efeito 2 cilindros caso B........................................................................ 59

4.2.2 - Avaliao do teste de Performance de compressor centrfugo........................ 59 4.2.2.1 - Objetivo ......................................................................................................................................... 59 4.2.2.2 Premissas bsicas ..................................................................................................................... 59 4.2.2.3 Memria de Clculo .................................................................................................................. 61

4.2.3 - Elaborao de Memorial Descritivo ............................................................................ 63 4.2.4 - Clculo da Perda de Carga............................................................................................. 63

4.2.4.1 Perda de carga em lquidos ................................................................................................... 63 4.2.5.2 Perda de carga em gases....................................................................................................... 64

4.2.6 - Realizao de Relatrios Tcnicos Econmicos...................................................... 65 4.2.7 - Pesquisa de Dados e Construo de uma Planilha para Clculo de Propriedades ...................................................................................................................................... 65 4.2.8 Avaliao das vlvulas redutoras de presso ........................................................ 65

4.2.8.1 Premissas bsicas ..................................................................................................................... 66 4.2.8.2 Memria de Clculo .................................................................................................................. 67 4.2.8.3 Concluses................................................................................................................................... 68

4.2.9 Elaborao de Projeto Conceitual............................................................................... 68 4.2.10 Elaborao de Relatrios Tcnicos .......................................................................... 69 4.2.11 - Visitas Tcnicas ............................................................................................................... 69

4.2.11.1 - Plo de Guamar ..................................................................................................................... 69 4.2.11.2 - Plataforma.................................................................................................................................. 71 4.2.11.3 rea Sul de Mossor.............................................................................................................. 72

5 - CONCLUSES .................................................................................................................................... 74 6 - REFERNCIAS ................................................................................................................................... 76 6 - ANEXO I ............................................................................................................................................... 78


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Lista de Figuras

FIGURA 1 ORGANOGRAMA SIMPLIFICADO DO RGO DE LOTAO DO ESTGIO .. 22 FIGURA 2. PLACAS PLANAS CONTENDO ENTRE SI UM FLUIDO .............................................. 30 FIGURA 3 TELA DE APRESENTAO DO COMPRESS ............................................................... 38 FIGURA 4 COMPRESSOR ALTERNATIVO PISTO................................................................... 39 FIGURA 5 ETAPAS NO FUNCIONAMENTO DO COMPRESSOR ALTERNATIVO .................. 41 FIGURA 6 CICLO TERMODINMICO DE UM COMPRESSOR ................................................... 42 FIGURA 7 ESQUEMA SIMPLIFICADO DE UM PROCESSO DE COMPRESSO.................... 42 FIGURA 8 VLVULA GLOBO ............................................................................................................... 48 FIGURA 9 ESQUEMA DO PROCESSO MENCIONADO................................................................. 55 FIGURA 10 REGIO DE OPERAO DO COMPRESSOR FAIXAS DE PRESSO............ 57 FIGURA 11 REGIO DE OPERAO POTNCIA ...................................................................... 58 FIGURA 13 REGIO DE OPERAO POTNCIA ...................................................................... 59 FIGURA 14 - LOCALIZAO GEOGRFICA DO PLO DE GUAMAR ...................................... 70 FIGURA 15 - PLO INDUSTRIAL DE GUAMAR.............................................................................. 70 FIGURA 16- PLATAFORMA DE UBARANA 2 (PUB-02) .................................................................. 71 FIGURA 17 CAMPO DA REA SUL DE MOSSOR....................................................................... 72 FIGURA 18 LAYOUT DA PLANILHA DESENVOLVIDA PARA O CLCULO DA PERDA DE CARGA EM LQUIDOS............................................................................................................................... 90 FIGURA 19 LAYOUT DA PLANILHA DESENVOLVIDA PARA O CLCULO DE PROPRIEDADES DO GS NATURAL..................................................................................................... 90 FIGURA 20 LAYOUT DA PLANILHA DESENVOLVIDA PARA O CLCULO DA PERDA DE CARGA EM GASES ..................................................................................................................................... 91 FIGURA 21 LAYOUT DA PLANILHA DESENVOLVIDA PARA O CLCULO DO CV DA VLVULA........................................................................................................................................................ 91 FIGURA 22. CURVA CARACTERSTICA DA VLVULA EXISTENTE NA EV-A PARA UMA PRESSO MONTANTE DE 35 KGF/CM2 ......................................................................................... 93 FIGURA 23. CURVA CARACTERSTICA DA VLVULA EXISTENTE NA EV-A PARA UMA PRESSO MONTANTE DE 35 KGF/CM2 , OPERANDO EM CONDIES LIMITES DE VAZO............................................................................................................................................................ 93 FIGURA 24. CURVA CARACTERSTICA DA VLVULA EXISTENTE NA EV-BPARA UMA PRESSO MONTANTE DE 35 KGF/CM2 ......................................................................................... 94 FIGURA 25. CURVA CARACTERSTICA DA VLVULA EXISTENTE NA EV-VII-ET PARA UMA PRESSO MONTANTE DE 35 KGF/CM2 , OPERANDO EM CONDIES LIMITES DE VAZO..................................................................................................................................................... 94


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Lista de Tabelas

TABELA 1 FAIXAS DE APLICAO DOS COMPRESSORES...................................................... 39 TABELA 2 - COMPOSIO DO GS USADA NA SIMULAO DO COMPRESSOR ALTERNATIVO ............................................................................................................................................. 56 TABELA 3 PRESSES DE SUCO E DESCARGA AVALIADAS PARA OS CASOS A E B 57 TABELA 4 - FAIXAS DE VAZO E PRESSO, OBTIDOS A PARTIR DE DADOS DE PROJETO........................................................................................................................................................ 60 TABELA 5. COMPOSIO DO GS NA SUCO DO PRIMEIRO ESTGIO ............................ 60 TABELA 6 RESULTADOS DA SIMULAO TESTE DE FBRICA ............................................. 61 TABELA 7 - RESULTADOS SIMULAO TESTES EM CAMPO...................................................... 62 TABELA 8. FAIXAS DE VAZO E PRESSO, OBTIDOS A PARTIR DE DADOS DE PROJETO.......................................................................................................................................................................... 66 TABELA 9. COMPOSIO DO GS RICO UTILIZADO NA ALIMENTAO DA EV-A E EV-B.......................................................................................................................................................................... 66 TABELA 10. PROPRIEDADES FSICAS E TERMODINMICAS DO GS ................................... 67 TABELA 11. PARMETROS CALCULADOS E CONDIES DE OPERAO DO SISTEMA.. 68 TABELA 12 COMPARAO ENTRE OS PARMETROS INICIAIS FORNECIDOS PELA FD COM O VALOR SIMULADO ...................................................................................................................... 78


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Introduo


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1 1 - Introduo

Neste relatrio sero apresentadas as atividades desenvolvidas referentes ao estgio supervisionado realizado na PETROBRAS, no Setor de Engenharia de Instalaes, Processamento e Automao, do Suporte Tcnico da Unidade de Negcios do Rio Grande do Norte e Cear - UN-RNCE.

As atividades foram realizadas como intuito de avaliar compressores

alternativos e centrfugos, que so utilizados na empresa com a finalidade de proporcionar a elevao da presso de um gs ou em escoamento gasoso. Alm dessas atividades, outras foram realizadas com o objetivo de adquirir conhecimentos na rea de Engenharia de Processamento, participar de pareceres tcnicos, e resolver problemas operacionais que ocorrem eventualmente no campo.


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A empresa


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2 2 - A Empresa

A Petrobrs foi a indstria de petrleo pioneira no Brasil, e este pioneirismo foi o responsvel por vrias dificuldades, entre as quais a falta de infra-estrutura e de tecnologias adequadas. Nos anos 50 e 60, a empresa construiu suas primeiras refinarias, que em conjunto com os campos descobertos e explorados no solo baiano iriam formar o ncleo de crescimento de uma das mais importantes empresas da Amrica Latina.

A indstria nacional era, ento, pouco desenvolvida, e a Petrobrs contribuiu, assim, para estimular seu crescimento.

Naquela poca, com a necessidade de dotar o Brasil de uma infra-estrutura adequada, o Governo brasileiro optou pela substituio de importaes e pelo incentivo instalao de empresas estrangeiras no Brasil.

No incio da dcada de 80, este modelo foi substitudo, na Petrobrs, pelo Sistema de Nacionalizao. Alm da substituio da importao de itens prioritrios, este sistema passou a buscar fornecedores alternativos e uma maior autonomia de deciso da empresa nos aspectos tecnolgicos e industriais.

A demanda por materiais altamente sofisticados era crescente, principalmente pela necessidade de viabilizar a extrao do leo e do gs em guas cada vez mais profundas, situao em que, muitas vezes, no havia, no mundo, tecnologias disponveis para esse propsito.

No final da mesma dcada, com a legislao que previa a modernizao e o aumento da competitividade do parque industrial no Brasil, foram criados mecanismos de estmulo ao desenvolvimento tecnolgico. O mercado interno, a esta altura, j atendia a 94% das necessidades da Petrobrs.

Em 1997, a Petrobras passou a atuar em um novo cenrio de competio institudo pela Lei 9478, que abriu as atividades da indstria petrolfera no


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Brasil iniciativa privada. Nesse mesmo ano, o Brasil ingressou no seleto grupo de 16 pases que produz mais de 1 milho de barris de leo por dia. Com a lei, foram criados a Agncia Nacional do Petrleo (ANP), encarregada de regular, contratar e fiscalizar as atividades do setor e o Conselho Nacional de Poltica Energtica, um rgo formulador da poltica pblica de energia.

Em 1998, a Petrobras ocupava a posio de 14 maior empresa de petrleo do mundo e a stima maior entre as empresas de capital aberto, segundo a pesquisa divulgada pela Petroleum Intelligence Weekly.

Com sede localizada na cidade do Rio de Janeiro, a Petrobrs possui escritrios e gerncias de administrao em importantes cidades brasileiras como Salvador, Braslia e So Paulo. Devido alta competitividade do novo cenrio da indstria de energia, a Petrobrs reposicionou-se em relao ao futuro, utilizando os mais modernos instrumentos de gesto.

A Petrobrs desenvolve diversas atividades no exterior e mantm uma consistente atividade internacional, tal como: compra e venda de petrleo, tecnologias, equipamentos, materiais e servios; acompanhamento do desenvolvimento da economia americana e europia; operao financeira com bancos e bolsa de valores; recrutamento de pessoal especializado; afretamento de navios; apoio em eventos internacionais, entre outros.

Alm de estar presente em diversos pases da Amrica (Argentina,

Bolvia, Colmbia e Estados Unidos) e frica (Angola e Nigria), a Petrobras conta ainda com o apoio de seus escritrios no exterior como em Nova Iorque (ESNOR), e no Japo (ESJAP).

Alm disso, existe ainda o Centro de Pesquisas da Petrobras CENPES que possui uma das mais avanadas tecnologias na rea de petrleo, desenvolvendo tcnicas e mtodos prprios. As pesquisas realizadas posicionam o Brasil entre os pases de tecnologia de ponta da indstria do petrleo.

2.1 - Histrico da Empresa

Em outubro de 1953, atravs da Lei 2.004, a criao da Petrobrs foi autorizada com o objetivo de executar as atividades do setor petrleo no Brasil em nome da Unio.


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A Petrleo Brasileiro S/A iniciou suas atividades com o acervo recebido do antigo Conselho Nacional do Petrleo (CNP), que manteve sua funo fiscalizadora sobre o setor:

Campos de petrleo com capacidade para produzir 2.700 barris por dia (bpd);

Bens da Comisso de Industrializao do Xisto Betuminoso; Refinaria de Mataripe-BA (atual RELAM), processando 5.000 bpd; Refinaria em fase de montagem, em Cubato-SP (atual RPBC); Vinte petroleiros com capacidade para transportar 221 mil toneladas; Reservas recuperveis de 15 milhes de barris; Consumo de derivados de 137.000 bpd; Fbrica de fertilizantes em construo (Cubato - SP).

Ao longo de quatro dcadas, tornou-se lder em distribuio de derivados no Pas, num mercado competitivo fora do monoplio da Unio, colocando-se entre as quinze maiores empresas petrolferas na avaliao internacional. Detentora de uma das tecnologias mais avanadas do mundo para a produo de petrleo em guas profundas e ultraprofundas, por isso a Companhia foi premiada duas vezes, em 1992 e 2001, pela Offshore Technology Conference (OTC) (*), o mais importante prmio do setor.

Em 1997, o Brasil, atravs da Petrobras, ingressou no seleto grupo de 16 pases que produz mais de um milho de barris de leo por dia. Nesse mesmo ano foi promulgada a Lei n 9.478, que abriu as atividades da indstria petrolfera no Brasil iniciativa privada.

Com a lei, foram criados a Agncia Nacional do Petrleo (ANP) (*), encarregada de regular, contratar e fiscalizar as atividades do setor e o Conselho Nacional de Poltica Energtica, um rgo formulador da poltica pblica de energia.

Desde ento a Petrobrs dobrou sua produo e em 2003 ultrapassou a marca de dois milhes de barris de leo e gs natural por dia. E continuar crescendo.

A explicao para o sucesso da Petrobras est na eficincia de suas unidades espalhadas por todo o Brasil: nas refinarias, reas de explorao e de produo, dutos, terminais, gerncias regionais e na sua grande frota petroleira.


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Alm das atividades da holding, o Sistema Petrobras inclui subsidirias - empresas independentes com diretorias prprias, interligadas Sede. So elas:

Petrobras Gs S.A - Gaspetro, subsidiria responsvel pela comercializao do gs natural nacional e importado.

Petrobras Qumica S.A - Petroquisa, que atua na indstria petroqumica; Petrobras Distribuidora S.A. - BR, na distribuio de derivados de

petrleo; Petrobras Internacional S.A. - Braspetro, que atua nas atividades de

explorao e produo e na prestao de servios tcnicos e administrativos no exterior;

Petrobras Transporte S.A. - Transpetro, criada para executar as atividades de transporte martimo e dutovirio da Companhia.

Braspetro Oil Services Company - BRASOIL, que atua, principalmente, na prestao de servios em todas as reas da indstria do petrleo, bem como no comrcio de petrleo e de seus derivados.

Braspetro Oil Company - BOC, que atua na pesquisa, lavra, industrializao, comrcio, transporte, armazenamento, importao e exportao de petrleo e de seus derivados.

Petrobras International Braspetro B.V. - PIB, participa em sociedades que atuam em pesquisa, lavra, industrializao, comrcio, transporte armazenamento, importao e exportao de petrleo e de seus derivados.

Petrobras Negcios Eletrnicos S.A., participa no capital social de outras sociedades que tenham por objetivo atividades realizadas pela Internet ou meios eletrnicos.

Petrobras Comercializadora de Energia Ltda, que permite a atuao da Companhia nas novas atividades da indstria de energia eltrica no Brasil

Petrobras International Finance Company PIFCO, criada com o objetivo de facilitar a importao de leo e produtos derivados de petrleo. A histria da Petrobras se confunde com a prpria histria do petrleo

brasileiro. Uma empresa que inicia o sculo XXI enfrentando todos os desafios com muita eficincia.

A Petrleo Brasileiro S/A :

Uma companhia integrada que atua na explorao, produo, refino, comercializao e transporte de petrleo e seus derivados no Brasil e no exterior.

Uma empresa de energia com enorme responsabilidade social e profundamente preocupada com a preservao do meio ambiente.


http://www.gaspetro.com.br/http://www.petroquisa.com.br/http://www2.petrobras.com.br/Petrobras/portugues/grupo/%20http:/www.br.com.brhttp://www2.petrobras.com.br/petrobras/portugues/perfil/braspetro/per_braspetro.htmhttp://www.transpetro.com.br/http://www2.petrobras.com.br/energia/portugues/index.htm

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Uma companhia que tem a sua trajetria de conquistas premiada por inmeros recordes e pelo reconhecimento internacional.

Uma nova estrutura, forte e bem posicionada, est fazendo com que a

empresa alcance suas metas estratgicas de expanso, internacionalizao, rentabilidade e produtividade.

De acordo com o modelo de estrutura organizacional, a Companhia passa a funcionar com quatro reas de negcio - E&P (Explorao e Produo), Abastecimento, Gs & Energia e Internacional -, duas de apoio - Financeira e Servios - e as unidades corporativas ligadas diretamente ao presidente. Alm de melhorar todo aspecto operacional e os resultados da empresa, a nova estrutura abre espao para que os empregados desenvolvam seu potencial e se beneficiem do valor agregado ao negcio.

A Petrobras desenvolve diversas atividades no exterior e mantm uma

consistente atividade internacional, tal como: compra e venda de petrleo, tecnologias, equipamentos, materiais e servios; acompanhamento do desenvolvimento da economia americana e europia; operao financeira com bancos e bolsa de valores; recrutamento de pessoal especializado; afretamento de navios; apoio de seus escritrios no exterior como em Nova Iorque (ESNOR), e no Japo (ESJAP).

Alm disso, h o CENPES , o centro de pesquisas da Petrobras, que

possui uma das mais avanadas tecnologias do mundo e reconhecido internacionalmente pela sua grande competncia.

2.2-Atividades da PETROBRAS

2.2.1 Explorao e Produo A Petrobrs, desfrutando do reconhecimento internacional, com tecnologia prpria para guas ultra-profundas, est produzindo petrleo a preos competitivos em campos offshore a profundidades cada vez maiores, atraindo o interesse de companhias petrolferas de todo o mundo, com as quais est assinando acordos de parceria para a explorao e produo de suas reservas na enorme plataforma submarina brasileira. A abertura da rea de explorao e produo de suas reservas na enorme plataforma submarina brasileira. A abertura da rea de explorao e produo para parceiros internacionais gerou, por sua vez, oportunidades E&P em outras partes do mundo, principalmente onde o know how da Petrobrs possa contribuir para a realizao de negcios. Um exemplo disso a expanso da presena da


http://www2.petrobras.com.br/Petrobras/portugues/perfil/per_eep.htmhttp://www2.petrobras.com.br/Petrobras/portugues/perfil/per_abastecimento.htmhttp://www2.petrobras.com.br/Petrobras/portugues/perfil/gas_energia/per_energia.htmhttp://www2.petrobras.com.br/Petrobras/portugues/perfil/per_exterior.htmhttp://www2.petrobras.com.br/Petrobras/portugues/perfil/per_index.htm##http://www2.petrobras.com.br/Petrobras/portugues/perfil/per_index.htm##http://www2.petrobras.com.br/portal/frame_ri.asp?pagina=/tecnologia/portugues/centro_cenpes/centro_cenpes.stm

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Companhia no Golfo do Mxico e na costa Oeste da frica, onde sua experincia em guas profundas adiciona valor aos empreendimentos. 2.2.2 Gs Natural O gs natural um combustvel limpo, um produto sem restries ambientais e que reduz significativamente os ndices de poluio. O combustvel do futuro, como j est sendo chamado, colabora diretamente para a melhoria da qualidade de vida nas grandes metrpoles. Utilizado como matria-prima nas indstrias siderrgica, qumica, petroqumica e de fertilizantes, o gs natural fornece calor, gera eletricidade e fora motriz. Na rea de transportes tem a capacidade de substituir o leo diesel, a gasolina e o lcool, participando assim direta e indiretamente da vida de toda a populao. O gs natural uma nova e promissora fronteira que se abre no horizonte energtico brasileiro. Por todas as suas virtudes energticas, econmicas e ambientais, o gs natural dever multiplicar a sua presena na matriz energtica brasileira, saltando dos atuais 8,9% para 12% em 2015. Alm disso, a rea de Gs & Energia atua no desenvolvimento de fontes alternativas de energia e energia renovvel como forma de agregar valor aos seus negcios. 2.2.3 Energia No incio deste novo milnio a Petrobrs comeou a implementar um importante plano de reestruturao com o objetivo de se tornar uma Empresa de Energia. Ao investir em energias renovveis (elica, solar, hdrica, geotermia, biomassa, biocombustveis), a companhia ajuda a diversificar a matriz energtica brasileira. A Petrobrs produz energia para o conforto do homem e usa toda a tecnologia a seu alcance para transformar as diferentes fontes energticas em progresso e crescimento. Essas aes fazem parte do Plano Estratgico da Petrobrs que entre suas metas, prev para 2010, que 10% da energia eltrica consumida em toda companhia seja obtida a partir de fontes renovveis.

2.2.4 Refino O refino vem acompanhando de perto as transformaes que a Petrobrs vivencia nos ltimos anos, adequando-se ao novo modelo de mercado do setor no Brasil. O desafio de processar a crescente produo de leo pesado brasileiro, permitindo a converso para derivados de alto valor agregado, vem sendo vencido com investimentos e grandes avanos tecnolgicos. A Petrobrs tem batido sucessivos recordes em suas refinarias, desenvolvendo tecnologia prpria e possibilitando que o petrleo nacional, de caracterstica mais pesada, possa render uma percentagem maior de produtos nobres e aumentar a rentabilidade do negcio.


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A atuao do downstream (abastecimento) fundamental para consolidar os objetivos estratgicos da Petrobrs, que caminha para se transformar numa corporao de alto desempenho na rea de energia. A inteno firmar sua liderana no mercado brasileiro, alm de expandir suas atividades no exterior, sobretudo em outros pases da Amrica Latina, onde j dispe de refinarias na Bolvia e na Argentina. 2.2.5 Transporte e Armazenamento A empresa subsidiria da Petrobrs responsvel pelas atividades de transporte e armazenamento a Petrobrs Transporte S.A., a Transpetro. A empresa tem como misso atuar de forma rentvel na indstria de petrleo e gs, nos mercados nacional e internacional, como fornecedora de servios de transporte e armazenamento, respeitando o meio ambiente, considerando os interesses dos seus acionistas e contribuindo para o desenvolvimento do Pas. 2.2.6 Distribuio Prestar sem

Monografia de Graduação - NUPEG · da concentração de poluentes nos efluentes gerados,...

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