Combustão do Gás Natural

Combustão do Gás Natural

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Julierme Gomes Correia de Oliveira2009

1. INTRODUÇÃO Durante os últimos anos a preocupação em recuperar locais contaminados e evitar riscos adicionais para o ambiente tem promovido o desenvolvimento de métodos efetivos para remoção de compostos orgânicos tóxicos. Apesar de contribuir economicamente para o desenvolvimento de diversas regiões no planeta através da geração de empregos e dos conseqüentes benefícios sociais, as refinarias de petróleo e as indústrias de síntese química e petroquímica geram quantidades de águas residuais que se tornam preocupantes, sendo essas, muitas vezes, poluídas por fenol, benzeno, metanol, xileno, assim como outras substâncias orgânicas voláteis. Estas indústrias foram protagonistas de diversos desastres ambientais do ultimo século, chamando a atenção de órgãos governamentais e da opinião pública para a busca de processos produtivos mais limpos (ALEMAGI 2007; GOWER, et al., 2008).

Aproximadamente 90 países no mundo são responsáveis pela produção anual de bilhões de toneladas de efluentes aquosos por ano. Um exemplo do impacto causado por esta excessiva produção são as refinarias européias, que produziram no ano de 2000, cerca de 2540 milhões de toneladas de efluentes (WAKE, 2005). Segundo a Oil Companies Association for Enviroment, Health and Safety in Refining Distribution, entre 1993 e 2000, estas refinarias européias descartaram cerca de 60 toneladas de fenol por ano (CONCAWE, 2004). Em julho de 2006, a comissão da União Européia publicou uma diretiva onde propõe a progressiva redução e, por fim, a total eliminação de substâncias classificadas por esta instituição como substâncias perigosas

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prioritárias. Dentre estas, estão o benzeno e seus derivados, incluindo o fenol (CONCAWE, 2007).

Várias tecnologias já comercializadas permitem tratar esses efluentes contaminados. Os processos desenvolvidos para o tratamento de resíduos líquidos podem ser divididos em três tipos: biológico, físico e químico. A eficiência dos processos biológicos em remover substâncias orgânicas pode ser bastante elevada podendo alcançar valores de até 97%. Entretanto, determinados fatores, tais como uma concentração da matéria orgânica acima de 500 mg.L-1 ou abaixo de 5 mg.L-1 , e/ou uma temperatura abaixo de 10°C, podem afetar negativamente a eficiência dos processos biológicos (GUY et al., 1997). Os processos físicos transferem a substância orgânica de uma fase para outra que apresenta facilidade de separação do soluto orgânico. Os processos físicos apresentam dois inconvenientes: eles são seletivos no tratamento de efluentes líquidos e requerem armazenamento e/ou disposição na eliminação dos contaminantes (FREIRE et al., 2000).

Alternativas aos processos físicos e biológicos incluem os processos

Químicos. Estes processos usam agentes de oxidação tais como o cloro, dióxido de cloro, permanganato de potássio, peróxido de hidrogênio, ozônio, radiações ultravioleta e outros. Eles são freqüentemente limitados com relação ao volume de resíduo líquido a ser tratado. A oxidação úmida que usa o ar como oxidante mostra alta eficiência, mas é restrito pelas severas condições de operação: pressão da ordem de 2 a 25 MPa (GUY et al., 1997).

Os processos de oxidação avançada (Advanced Oxidation Process - AOPs) parecem ser um campo promissor de estudo, isso porque os

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componentes orgânicos, que são termodinamicamente instáveis para a oxidação, são eliminados e não transferidos de uma fase a outra.

BENALI et al. (2000) apresentaram uma nova tecnologia de oxidação úmida, batizada como Tratamento Térmico por Contato Direto ou DiCTT, do inglês “Direct Contact Thermal Treatment”, desenvolvido originalmente no Centre de la Technologie de L’Energie de CANMET-Varennes (Canadá). Baseia-se no contato térmico direto entre o efluente contaminado e a chama da combustão de gás natural contendo os radicais livres hidroxila. Mais recentemente, BENALI e GUY (2007) demonstraram que os critérios de seleção para tratamento de efluentes líquidos por recuperação, ou por destruição, dos poluentes orgânicos são principalmente: taxa de fluxo da corrente do contaminante; composição química do resíduo líquido; concentração de poluentes orgânicos, e, limitações do processo de produção. Além disso, mostraram que a operacionalidade da oxidação termoquímica de águas residuais contaminadas pelo fenol, tolueno, xileno e acetonas, ocorrem em concentrações variando de 180 a 82.0 ppm, alcançando eficiência de 75 a 9%.

O presente trabalho de pesquisa teve como objetivo o estudo do efeito da combustão do gás natural sobre a degradação de poluentes orgânicos em efluentes líquidos industriais, numa planta piloto usando o método DiCTT. Numa primeira etapa, foi realizada uma análise prévia com aplicação da técnica da fluidodinâmica computacional – CFD – para obtenção de um banco de informações detalhadas dos fenômenos de transferência de calor e geração de radicais livres •OH envolvidos no processo. Avaliou-se o efeito do excesso de AR e da vazão de gás natural no sistema de combustão não pré-misturada

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sobre as características da chama. Procurou-se, numa etapa final, realizar uma validação experimental dos resultados simulados através de medidas longitudinais de temperatura, na parede externa do reator, com o uso de uma câmera de infravermelho, e das temperaturas dos gases de combustão por meio de termopares instalados ao longo do comprimento do reator.

ALEMAGI, DIEUDONNE. “The oil industry along the Atlantic coast of Cameroon:Assessing impacts and possible solutions.” Resources Policy 32, 135-145, 2007.

BENALI, M., C. GUY. “Thermochemical oxidation of phenolic-laden liquid effluent models.” Journal of Environmental Engineering Science 6, 543-552, 2007:

BENALI, M.; HUGRON, I.; MORIN, M.; GUY, C. - Novel gas technology for treatment of hazardous aqueous waste streams. Symposium on Energy Engineering, January 9-13, Hong Kong, 2000.

CONCAWE. “Trends in Oil Discharged with Aqueous Effluents from Oil Refineries in Europe.”, 4/04. 2004:

CONCAWE. “Water Environmental Quality Standards.” 16(1),1, . 2007.

FREIRE, R.S.; PELEGRINI, R.; KUBOTA, L. T.; DURÁN, N.; ZAMORA, P. P. - Novas tendências para o tratamento de resíduos industriais contendo espécies organocloradas. Química nova, 23 (4), 504-511. 2000:

GOWER, STEPHANIE, JOHN HICKS, JOHN SHORTREED, LORRAINE CRAIG, E STEPHEN MCCOLL. “Development of a health effects-based priority ranking system for air emissions reductions from oil refineries in Canada.” Journal of Toxicology and Enviromental Health-Part A-Current Issues 71,: 81- 85. 2008.

GUY, C.; BENALI, M.; OSTIGUY, E. – Free radical oxidation process and installation for treating liquid effluents contaminated by organic substances. US patent, 5,614,412., 1997. WAKE, H. “Oil refineries: a review of their ecological impacts on the aquatic environment.” Estuarine, Coastal and Shelf Science 62,: 131-140. 2005.

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Capítulo 2:

Revisão da Literatura

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2. REVISÃO DA LITERATURA 2.1. TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS 2.1.1. IMPACTOS AMBIENTAIS E USO DA ÁGUA EM REFINARIAS

Um dos principais impactos ambientais do refino do petróleo é a geração de efluentes líquidos. Durante os processos de refino, são consumidas grandes quantidades de água, pois praticamente todas as operações, desde a destilação primária até os tratamentos finais, requerem grandes volumes aquosos. Estes processos geram também misturas de substâncias químicas complexas e potencialmente poluidoras dos corpos hídricos, sendo algumas contendo compostos de difícil eliminação (Weiczorek et al., 2005). A demanda total de água de uma refinaria de petróleo e a quantidade de seus efluentes líquidos gerados são apresentadas na Tabela 1, segundo dados fornecidos por Szklo (2005) e Barbosa (2007).

Tabela 1 - Demanda Total de Água e Geração de seus Efluentes Líquidos em Refinarias de Petróleo.

Demanda total de água 250 a 350 litros por barril processado, ou cerca de

2 litros de água por litro de óleo processado;

Quantidade de efluentes líquidos gerados 0,40 a 1,60 m3 de efluente por m3 de óleo refinado na planta.

Os efluentes líquidos gerados nas refinarias são constituídos essencialmente de águas contaminadas coletadas a céu aberto, água de refrigeração, água de processo e efluentes sanitários, e variam, tanto em qualidade e quantidade, em função do tipo de petróleo processado, das

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unidades de processamento que compõem a refinaria e do modo de operação dessas unidades.

2.1.2. CONTAMINAÇÃO POR COMPOSTOS ORGÂNICOS TÓXICOS

A ocorrência de incidentes envolvendo poluição ambiental tem aumentado nos últimos anos devido ao crescimento da atividade industrial. Grande parte destes incidentes envolve atividades ligadas à extração, beneficiamento e distribuição de produtos derivados de petróleo. Muitas das operações de refino do petróleo produzem efluentes líquidos ricos em compostos orgânicos que devem ser removidos antes de sua descarga final (Bhargava et al., 2006).

Os processos de tratamento de efluentes industriais líquidos que habilitam a reciclagem da água estão se tornando cada vez mais importantes, pois a quantidade (e a qualidade) da água doce disponível em certas regiões do mundo continua a diminuir devido a períodos longos de seca e/ou crescente demanda de água. Além disso, padrões crescentemente mais rígidos de descarga de efluentes continuam a ser implementados na escala do planeta, em um esforço para reduzir os impactos ambientais dos processos industriais.

O fenol e seus derivados são prejudiciais à saúde humana, carcinogênicos e tóxicos, causando necrose, problemas digestivos, danos ao fígado e aos rins. Quando presentes em água, eles são altamente perigosos à vida aquática, podendo causar odor desagradável, mesmo em baixas concentrações (U.S.EPA 2007; Chen et al., 2004; Tor et al., 2006).

Numerosos estudos foram conduzidos nas ultimas três décadas sobre a oxidação úmida (WO) de fenol e outros álcoois aromáticos (Bhargava et al.,

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2006). O fenol, em particular, tem sido o assunto de estudo considerável, pois ele é encontrado freqüentemente em efluentes aquosos de petroquímica e indústrias petrolíferas, indústrias de plástico, têxtil e além de atividades como a produção de insumos agrícolas. Por ser um composto tóxico, a mineralização do fenol em águas residuais e efluentes tem sido amplamente estudada desde que os processos oxidativos avançados começaram a ser investigados. Desde então este composto orgânico tem sido alvo de trabalhos que utilizam uma série de processos para sua destruição/eliminação (Teixeira, 2002; Al-Monani, 2003; Chen et al., 2004; Tor et al., 2006).

Do ponto de vista ambiental, vários grupos de hidrocarbonetos merecem maior cuidado pela sua potencialidade em causar danos ao meio ambiente e a saúde humana, alguns destes merecem lugar de destaque entre os poluentes prioritários da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (US EPA) (US EPA, 2007). No Brasil a legislação ambiental através da resolução N°357 do Conselho Nacional de Meio Ambiente – CONAMA de 2005 estabelece como valor máximo para a presença de substâncias orgânicas em efluentes, tais como, clorofórmio, dicloroeteno, tetracloreto de carbono e tricloroeteno, o limite de 1,0mg.L-1 e para a presença de fenóis totais o limite máximo de 0,5mg.L-1 .

2.1.3. PRINCIPAIS PROCESSOS DE TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS A grande diversidade e complexidade dos efluentes industriais exigem por parte dos profissionais envolvidos, um estudo individual para encontrar a solução adequada. Em muitos casos é necessária a utilização de mais de um tipo de tratamento em consórcio. Segundo Freire et al. (2000), deve-se

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procurar uma solução que permita, não somente a remoção das substâncias contaminantes, mas a sua mineralização completa. Os principais métodos de tratamento de efluentes industriais estão esquematizados na Figura 1.

Figura 1 – Organograma com os métodos de tratamento de efluentes líquidos industriais.

2.1.3.1. PROCESSOS FÍSICOS

Segundo Freire et al. (2000) os processos físicos de tratamentos se baseiam em:

• Separação de fases: sedimentação, decantação, filtração, centrifugação e flotação. Separação molecular: hiperfiltração, ultrafiltração, osmose reversa e diálise.

• Transmissão de fases: destilação, evaporação, cristalização;

• Transferência de fases: adsorção, “air stripping”, extração por solventes;

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