Dominar a separação óleo/água: Métodos e aplicações

Introdução à separação óleo-água

Hoje em dia, no mundo, a separação de óleo e água é uma questão importante a tratar, especialmente quando estão envolvidos processos na indústria que afectam grandemente o ambiente. Quer se trate da limpeza de um derrame de óleo ou do tratamento de efluentes da indústria, a importância dos métodos de separação óleo/água é imensa. Neste artigo de instruções, iremos investigar os fundamentos da separação de óleo e água, ilustrar as diferentes técnicas disponíveis e apresentar a sua utilização em várias indústrias. Portanto, vamos dar um passo de cada vez e aprender como podemos abordar este problema complicado da melhor maneira possível!

Compreender a ciência da separação de óleo e água

Para separar com sucesso o óleo da água, é importante conhecer primeiro as suas propriedades básicas. O óleo e a água não se misturam e, no domínio da ciência dos materiais, são designados por líquidos imiscíveis. Isto deve-se às diferenças estruturais na sua composição molecular e às forças intermoleculares presentes. As moléculas de água são polares e podem ligar-se umas às outras através de ligações de hidrogénio, enquanto as moléculas de óleo são apolares e tendem a ligar-se entre si através de forças de van der Waals. Este conjunto de atributos diferentes determinará ainda mais o processo de separação óleo/água.

Outro princípio fundamental da separação do óleo e da água é a variação das gravidades específicas do óleo e da água. A água tem uma densidade maior do que o óleo, pelo que o óleo assenta confortavelmente no topo da água. Este princípio é utilizado em vários métodos de separação, por exemplo, tanques de decantação por gravidade. Além disso, a lei de Stokes, que define a velocidade de sedimentação de uma partícula num fluido, entra em jogo. Em geral, quanto maiores forem as gotículas de óleo e quanto maior for a diferença de densidade em relação à água, mais rápida será a separação.

Um dos problemas mais comuns relacionados com a separação óleo/água é o facto de ser difícil separar as emulsões de óleo e água, como a emulsão de petróleo bruto. As emulsões são fluidos misturados que contêm gotículas de um líquido que são normalmente demasiado pequenas para serem distinguidas noutro líquido. São classificadas como óleo em água (O/W) ou água em óleo (W/O). Um exemplo de uma emulsão óleo em água é o leite, que contém glóbulos de gordura dispersos num meio aquoso. Para facilitar a separação efectiva, é necessário quebrar estas emulsões e, para este efeito, são utilizadas diferentes técnicas, tais como métodos térmicos, químicos, mecânicos e centrifugação, especialmente na indústria do gás natural.

Técnicas de separação de água e óleo por gravidade

Uma das técnicas mais utilizadas para separar o óleo da água é a separação por gravidade. Trata-se de uma técnica que utiliza o princípio de que o óleo é menos denso do que a água e, por conseguinte, sobe à superfície e forma uma camada, enquanto a água permanece no fundo. Um separador de água e óleo do tipo gravidade comummente utilizado é o separador do Instituto Americano do Petróleo (API), no qual existem vários compartimentos dentro de um grande tanque que desempenha a função de separação de água e óleo por fases. Quando uma emulsão de óleo e água passa através de um separador deste tipo, o óleo sai sempre na superfície superior da água, enquanto a água está no fundo e é activada a partir da abertura inferior. Muitos são da opinião de que os separadores por gravidade são bastante rudimentares, menos dispendiosos e adequados para a separação de grandes quantidades de óleo em água.

Abordagens mecânicas de separação de óleo e água

Separação centrífuga: Princípios de Centrífugas e Equipamentos

A separação do óleo e da água também pode ser efectuada facilmente através da separação centrífuga. Este método utiliza a energia centrífuga para melhorar o processo de separação. A mistura de óleo e água é introduzida na centrífuga de rotação rápida e, uma vez que a água é mais pesada do que o óleo, é forçada para a extremidade enquanto o óleo é mantido no meio. Para este efeito, são frequentemente utilizadas a centrífuga de pilha de discos e a centrífuga de decantação. A separação centrífuga é muito eficiente e, mais ainda, as emulsões com gotículas de óleo de pequenas dimensões podem ser utilizadas mais do que nos métodos baseados na gravidade.

Sistemas de filtragem de óleo para integração de óleo com água

A filtração é a abordagem mais comum para a separação de óleo e água e considera principalmente a presença de gotas de óleo mais pequenas ou a emulsificação. Dependendo do tipo de aplicação específica em que se trabalha, são utilizados filtros de coalescência, multimédia e de membrana. As pequenas gotas de óleo podem ser aumentadas através da utilização de filtros de coalescência, o que facilita a separação. Os filtros multimédia utilizam areia, antracite e granadas, entre outros materiais, para capturar as partículas de óleo. Existem filtros de membrana que incluem a ultrafiltração e a nanofiltração que utilizam membranas semi-permeáveis para remover o óleo da água.

Separadores coalescentes: Ajudando na separação de água e óleo

Proporcionando uma eficiência inigualável na separação de água e óleo, os separadores de coalescência são equipamentos especializados concebidos principalmente para melhorar a fusão de gotículas de óleo. A função básica da separação por placas de coalescência é proporcionar uma grande área de superfície para que as partículas possam colidir e fundir-se. Com o aumento do tamanho das gotículas, estas tendem a subir mais rapidamente para a superfície, permitindo uma separação mais fácil. Os separadores coalescentes são normalmente utilizados em conjunto com uma ou mais técnicas de separação, incluindo a decantação por gravidade ou a separação centrífuga.

Métodos químicos e biológicos para a separação de óleo e água

Desemulsificantes químicos e emulsões

Os desemulsificantes são agentes químicos utilizados na separação de óleo e água e na quebra de emulsões. Estes produtos químicos funcionam com base no princípio de enfraquecer a estabilidade das emulsões para que as duas fases de óleo e água possam ser separadas com facilidade. A instalação de desemulsionantes depende do tipo de emulsão, bem como das caraterísticas do óleo e da água. Podem ser colocados na mistura óleo-água sequencialmente ou podem ser injectados no dispositivo de separação. A sua aplicação aumenta drasticamente a eficiência dos processos de separação óleo-água.

Técnicas de flotação: Microbolhas e recuperação de petróleo

A flotação utiliza microbolhas para elevar as gotículas de óleo à superfície, o que facilita a separação do óleo. Neste tipo de método, as microbolhas de ar são misturadas com o mistura de óleo e água e, quando sobem, transportam consigo as gotículas de óleo. Estas espumas contendo óleos são então escumadas, deixando água limpa no fundo. A flotação por ar dissolvido (DAF) e a flotação por gás induzido (IGF) são duas técnicas de flotação comuns utilizadas na separação óleo/água. Para a remoção de pequenas gotículas de óleo, a flotação é excecionalmente eficaz e, se necessário, pode ser combinada com outros modos de separação.

Tratamento biológico: Remoção de Poluentes de Óleo com Microorganismos

Os métodos biológicos incluem a bioremediação, que utiliza microrganismos para eliminar os poluentes petrolíferos na água. Algumas bactérias e fungos especializados podem utilizar os hidrocarbonetos como alimento e transformá-los em água e dióxido de carbono inofensivo. O tratamento biológico pode ser in-situ, em que a água contaminada por hidrocarbonetos é injectada com microorganismos, ou ex-situ, em que a água é removida e colocada num bioreactor. No entanto, vale a pena mencionar que o tratamento biológico é um método mais lento do que os métodos físicos e químicos, embora constitua uma forma eficiente e económica de separação óleo/água.

Tecnologias térmicas e avançadas

Métodos térmicos: Destilação e Evaporação

As técnicas térmicas, como a destilação e a evaporação, podem ser aplicadas para separar o óleo da água devido à diferença dos seus pontos de ebulição. Na destilação, a emulsão de óleo em água é fervida sob calor até que a água se vaporize e o óleo se desprenda. A água vaporizada é depois recolhida separadamente por condensação. Pelo contrário, a evaporação é a técnica que emprega calor, em que a água na mistura é evaporada e removida por vácuo ou por ar. Os métodos térmicos são dispendiosos em termos de energia mas, quando aplicados, são eficazes na separação de óleos com pontos de ebulição elevados da água.

Tecnologia de membrana para remoção completa de óleo

A tecnologia de membranas tem sido o foco de muitos investigadores nas últimas duas décadas devido ao seu potencial para a remoção completa do óleo da água. As tecnologias de membranas empregam os princípios da separação de fases com base na passagem selectiva da água enquanto retêm o óleo através das membranas. Dependendo do tamanho das gotículas de óleo, são utilizados diferentes tipos de membranas de microfiltração, ultrafiltração e nanofiltração. A tecnologia de membranas tem como caraterísticas uma elevada eficiência de separação, baixos requisitos energéticos e pode adaptar-se a uma vasta gama de concentrações de óleo. No entanto, a desvantagem das tecnologias de membranas é o facto de estarem sujeitas a incrustações nas membranas, pelo que requerem limpeza e manutenção regulares.

Peneiras moleculares na separação óleo-água

As peneiras moleculares são cruciais nos processos de separação óleo/água, uma vez que removem a água do óleo, melhorando o estado do óleo, facilitando assim a sua translocação e refinação. O que os torna tão eficazes é o facto de terem áreas que atraem átomos de hidrogénio e oxigénio, bem como poros optimizados que apenas permitem a passagem de certas moléculas de água, enquanto as moléculas de óleo são demasiado grandes. Devido à elevada área de superfície e ao volume dos poros das peneiras moleculares, estas são capazes de absorver grandes quantidades de água, o que as torna eficientes na redução da água, de modo a que o petróleo esteja dentro dos padrões exigidos.

Os crivos moleculares são normalmente utilizados em conjunto com os métodos convencionais de separação óleo/água para obter os melhores resultados em situações práticas. Por exemplo, no processamento de petróleo bruto, os crivos moleculares podem ser utilizados como uma operação de polimento após a decantação por gravidade ou a separação centrífuga para extrair o teor de água residual. Do mesmo modo, no caso do tratamento de águas residuais oleosas das refinarias, os crivos moleculares podem ser aplicados juntamente com a flotação ou a filtração para adsorver a água dissolvida, aumentando assim a eficiência do processo de separação global. Assim, ao efetuar uma separação eficaz do óleo e da água através da aplicação de peneiras moleculares específicas, bem como de técnicas de separação tradicionais, podem ser obtidas grandes melhorias na qualidade dos produtos petrolíferos.

As indústrias que procuram soluções duradouras e eficazes de peneiras moleculares não devem procurar mais do que a Jalon. Tendo uma visão do mercado e das necessidades dos clientes, a Jalon fornece peneiras moleculares personalizadas para vários processos de separação de água e óleo. A capacidade de fornecer peneiras moleculares de alta qualidade a preços competitivos, combinada com um excelente serviço, consolidou ainda mais a Jalon como um parceiro de soluções na indústria.

Separação óleo-água na indústria de petróleo e gás

A separação óleo/água é um dos principais processos utilizados na indústria petrolífera. Existe sempre uma elevada percentagem de água co-produzida durante o processo de exploração e produção de petróleo, que tem de ser separada do óleo antes do seu processamento ou transporte. A água produzida refere-se à água oleosa obtida após a extração do petróleo e inclui várias formas de contaminação, incluindo óleo, gordura e sais. Os desafios ambientais definem o quadro para assegurar a separação óleo/água e a água produzida pode ser reutilizada ou eliminada de forma segura. Para separar eficazmente o óleo e a água, a indústria utiliza separadores de gravidade, hidrociclones, unidades de flutuação, etc. Estas técnicas são ineficazes, pelo que é realizada uma investigação contínua para desenvolver processos de separação mais eficientes e económicos com um melhor tempo de retenção para várias aplicações industriais.

Conclusão e tendências futuras na separação óleo-água

Em conclusão, a separação óleo-água é um processo importante que é utilizado em vários sectores, nomeadamente petróleo e gás, tratamento de águas residuais industriais, etc. O método de separação depende principalmente do tipo de óleo, da concentração de óleo, da eficiência de separação necessária e dos recursos disponíveis. A separação óleo-água através de técnicas como a separação centrífuga e a decantação por gravidade são algumas das práticas mais comuns, enquanto novas tecnologias como a filtração por membranas ou peneiras moleculares estão a surgir devido à sua maior seletividade e eficácia.

Nas próximas décadas, registar-se-á certamente um avanço significativo nas técnicas de separação óleo-água, porque haverá uma necessidade urgente de técnicas mais ecológicas e sustentáveis. A melhoria do desempenho da separação pode ser conseguida através do desenvolvimento de materiais inovadores, tais como membranas funcionalizadas e adsorventes avançados bem estruturados. A tecnologia de sensores inteligentes mais integrada com a tecnologia de automação pode ajudar na otimização da separação e minimizar a intervenção humana. A indústria de separação óleo-água terá de se adaptar para resolver os pontos fracos da separação óleo-água de uma forma ambientalmente responsável, uma vez que as políticas ambientais serão mais rigorosas do que antes.