Avloppsrening inom olje- och gasindustrin

• 1. Avloppsvatten från olje- och gasindustrin: en teknisk utmaning
  • 1.1 Lösningar för cirkulär ekonomi för återanvändning av vatten inom olje- och gasindustrin
  • 1.2 Avloppsvatten från olje- och gasindustrin samt alternativ för hantering av detta
• 2. SIGMA:s framgångsberättelse: vattenrening vid värmeproduktionsanläggningen UPT på Ibiza.
  • 2.1 Allmän information om projektet
  • 2.2 Beskrivning av avloppsreningsverket vid UPT på Ibiza
• 3. Referenser

1. Avloppsvatten frånolje- och gasindustrin: en teknisk utmaning

1.1 Lösningar för cirkulär ekonomi för återanvändning av vatten inom olje- och gasindustrin

Olje- och naturgasindustrin producerar den energi som behövs för att driva en rad olika mänskliga och industriella verksamheter.

Den stora vattenförbrukningen vid utvinning och bearbetning av olja och gas kräver att man utvecklar effektiva, hållbara och lönsamma lösningar för rening av avloppsvatten från raffinaderier samt av slam från utvinningsbrunnar. Dessa utsläpp har en direkt inverkan på hållbarheten hos vattenresurserna, miljön samt andra branscher och sektorer.

Ett av de viktigaste miljömålen inom olje- och gasindustrin äratt minska vattenförbrukningen, vilket innebär att man inför lösningar inom den cirkulära ekonomin som främjaråteranvändning av avloppsvattensamt sparande av resurser och råvaror, och därmed bidrar till ekonomisk och miljömässig hållbarhet.

Avloppsvatten som renats på rätt sätt kan återanvändas inom olika områden, till exempel:

• Bevattning av angränsande grönområden
• Brandbekämpningsnät
• Kylsystem
• Värmepannor
• Rengöringsvatten

1.2 Avloppsvatten från olje- och gasindustrin samt alternativ för hantering av detta

De tre huvudsakliga verksamhetsområdena inom denna bransch är:

• Utvinning av råolja och naturgas.
• Omvandling av råolja till dess olika fraktioner.
• Energiproduktion från petroleumprodukter och naturgas.

Avloppsvattnet från olje- och gasindustrin kan uppvisa mycket varierande egenskaper vid varje anläggning (oljeutvinning, krackning, användning av bränsle och gas m.m.), och dess sammansättning kan dessutom variera, men det har följande grundläggande egenskaper:

• Hög halt av fetter, oljor och kolväten.
• Upplöst organiskt material.
• Oljerester.
• Hög halt av suspenderade fasta ämnen.
• Betydande viskositet.
• Upplösta salter.
• Tungmetaller.

För att rena detta avloppsvatten krävs det att man utformar en effektiv, flexibel och robust process som integrerar olika tekniker.

De mest effektiva teknikerna som används för att separera oljor, fetter och kolväten är API-teknik, CPI-teknik och flotation med upplöst luft (DAF).

• API: specialbehållare där en naturlig separering av de tyngre sedimenten sker. De lätta ämnena, som har låg densitet och lätt flyter upp, samlas upp med hjälp av API-skrapor och avlägsnas från vattnet.
• CPI: CPI (corrugated plate interceptor, dvs. en avskiljare med korrugerade plattor) är en avskiljare med koalescerande plattor som används för att separera oljor och kolväten.

API- och CPI-teknikerna kan kombineras i samma tank för att optimera processen.

• DAF: DAF-systemen möjliggör flotation av suspenderade fasta ämnen och kolloidala ämnen för att separera dem från vattnet. Innan vattnet leds in i en DAF-anläggning krävs en koagulerings- och flockningsprocess för att samla dessa fasta ämnen och kolloider.

Andra, mindre vanliga men lika effektiva tekniker är cykloner/hydrocykloner och membranfiltreringssystem.

Tabell 1.Tekniker som används för avskiljning av oljor, fetter och kolväten.

Teknik	Egenskaper	Prestanda
Separata API:er	Utformningen måste anpassas efter uppehållstiden	Fungerar inte med emulgerade oljor
CPI-avskiljare	Den dimensioneras utifrån densitet, viskositet, temperatur och flödeshastighet. Uppehållstiderna är långa	Fungerar inte med emulgerade oljor. Används vanligtvis tillsammans med API-separatorn.
DAF-renare	Genom att tillföra trycksatt vatten som innehåller upplöst luft bildas mikrobubblor som gör att flockarna flyter upp.	Mycket hög separationsgrad för fasta ämnen, oljor, fetter och kolväten tack vare ett välkonstruerat koagulerings- och flockningssystem.
Hydrocykloner	Lämplig för höga oljekoncentrationer. Höga underhållskostnader.	Effektiviteten ökar när flera hydrocykloner placeras i serie.
Membranfiltrering	Porstorlekar på 0,01 µm	Extraherar effektivt spridda oljor och aromatiska föreningar.

De mest effektiva teknikerna för att avlägsna upplösta organiska föreningar är adsorptions-, extraktions- och avancerade oxidationssystem.

Tabell 2.Tekniker som används för att avlägsna lösta organiska föreningar.

Tabell 2.1. Absorption

Huvudkomponent	Egenskaper	Prestanda
Aktivt kol	Avskiljning av bensen, toluen och spår av kurdu. Använder långa uppehållstider och beror på kiselgelens porstorlek.	Det krävs en aktiveringsprocess av kolet. Reningsgrad på mellan 50 och 75 procent.
Zeolit	Avskiljning av BTEX (bensen, toluen, etylbensen och xylen). Kompakta moduler tillverkas.	Avskiljning på 70–80 %. Höga regenereringskostnader. Beror på föreningarnas hydrofobicitet.
Valnöt	Avlägsnande av olja och spår av ostmassa.	Avfallssnitt på 60–80 %. Låga råvarukostnader.
Nanokompositer	Avlägsnande av olja och spår av ostmassa.	50 % kortare kontakttid.
Polymer	Avlägsnande av bensen, toluen och spår av kurdu. De kan vara tillverkade av PET (polyetentereftalat) eller polystyren.	Upp till 99 % av bakterierna avlägsnas.

Tabell 2.2. Utvinning

Huvudkomponent	Egenskaper	Prestanda
Lösningsmedel	Avlägsnande av fria och/eller upplösta fetter.	Effektiv men kostsam på grund av återvinningen av lösningsmedlet. Lösningsmedlet måste hanteras som avfall.

Tabell 2.3. Oxidation

Huvudkomponent	Egenskaper	Prestanda
Fotokatalytisk	Avskiljning av COT, fenoler, BTEX och TPH (totala petroleumkolväten). Stor påverkan av pH-värdet. Katalysator: TiO2	Avskiljning av >80 % av BTEX, >95 % av TOC, >60 % av fenoler, >75 % av TPH.
UV / 03	Avlägsnande av syra, ammoniak och aromatiska kolväten från bensin. pH-värdet får inte vara alkaliskt. Ogynnsamt vid höga halter av bikarbonater och Cl-.	Utslag >80 %.

Det slam som uppstår vid avloppsreningen måste hanteras som specialavfall. För att torka ut och stabilisera slammet används högeffektiva separationstekniker, såsom filterpressar och centrifuger.

2. SIGMA:s framgångsberättelse: vattenrening vid värmeproduktionsanläggningen UPT på Ibiza.

2.1 Allmän information om projektet

• PROJEKTETS PLATS: Värmeverket på Ibiza.
• ÄGARE: Endesa.
• DRIFTSANSVARIG: Endesa Generación.
• PROJEKTÅR: 2012–2013.

ANLÄGGNINGENS DRIFT: Värmekraftverket, eller UPT, på Ibiza är en konventionell värmekraftanläggning belägen i kommunen Ibiza. Den har 13 aktiva värmeenheter med en sammanlagd effekt på 270 MW (sex motorer, fyra gasturbiner och tre dubbla gasturbiner), som använder naturgas som huvudbränsle och diesel som reservbränsle:

2 motorer à 216 MW

4 motorer à 18,4 MW

1 gas- och ångturbin på 25 MW

1 x 14 MW gasturbin

2 gas- och ångturbiner à 25 MW

3 st. dubbla gasturbiner à 25 MW

SYFTET MED RENINGEN: att avlägsna oljor, kolväten och suspenderade fasta ämnen från avloppsvattnet från UPT. 

VATTETS EGENSKAPER: hög halt av oljor och kolväten samt suspenderade ämnen: 1100 mg/l.

PROCESSUTFORMNING: Avloppsreningen är uppdelad i följande steg, vars huvudsakliga syfte är att avlägsna suspenderade fasta ämnen, oljor och kolväten från vattnet:

• Grovseparering av brännolja och kolväten med hjälp av API + CPI-teknik
• Process för separering av fasta ämnen genom siktning och sandavskiljning
• Process för finseparation av kolväten
• Doseringsprocess för reagenser: koagulering – flockning
• DAF-flotationsrening (utrustning av typen SIGMADAF FPAC-20-S)

PRESTANDA:De installerade anläggningarna möjliggör koncentrationer under 55 mg/l av totala suspenderade fasta ämnen, oljor och fetter, vilket innebär en reningsgrad på 95 %.

2.2 Beskrivning av avloppsreningsverket vid UPT på Ibiza

GROVSEPARERING AV BRÄNSLE OCH KOLVÄTEN, API + CPI-TEKNIK.

Det system som utvecklats av SIGMA WATER GROUP använder CPI-separatorplattor för att separera kolväten i tanken.

Tanken är en rektangulär behållare med sluttande botten, utrustad med en skruv för borttagning av sedimenterade fasta ämnen samt ett skimmersystem för avskiljning av kolväten och oljor baserat på API-teknik.

Den är utrustad med ett värmesystem som drivs med varmvatten och är tillverkat av stål av mycket hög kvalitet.

AVSKILJNING AV FAST MATERIAL GENOM SIKTNING OCH SANERING

Den är utrustad med ett lutande sikt och en axellös skruv för transport av de avskilda fasta ämnena. Sandavskiljningsdelen är utrustad med en horisontell sandtransportskruv.

FINSEPARERING AV KOLVÄTEN

Den består av en rektangulär tank med trapesformad botten, utrustad med en uppsättning fristående koalescerande lameller för optimal vattenfördelning. Den har ett skimmersystem för avskiljning av kolväten och oljor. Den är försedd med ett värmesystem som drivs med varmvatten.

Denna utrustning ingår i sikt- och sandavskiljningsanläggningen och kompletterar ett kompakt system tillverkat av stål av mycket hög kvalitet.

Fysikalisk-kemisk behandling och DAF-rening

Den fysikalisk-kemiska behandlingen består i tillsats av koagulerings- och flockningsmedel för att bilda flockar som fäster vid de suspenderade fasta partiklarna i vattnet, vilka på grund av sin låga densitet inte kan avskiljas naturligt genom sedimentering. Denna process underlättar också den partiella elimineringen av det organiska materialet som är bundet till dessa fasta partiklar samt elimineringen av rester av oljor och kolväten som kan ha blivit kvar efter den tidigare behandlingen.

Tillsatsen av koagulerings- och flockningsmedel sker i en seriekopplad tank med omrörning, tillverkad av stål av mycket hög kvalitet. Ett doseringssystem som är särskilt utformat för att hantera dessa föroreningar tillhandahålls. Doserna fastställs genom förhandsförsök med flockning som utförs i laboratoriet, varefter doseringen justeras för industriell skala.

De bildade flockarnaavskiljs från vattnet med hjälp av ett system för flotation med upplöst luft (DAF). För reningsverket vid UPT på Ibiza tillverkas och installeras en SIGMADAF-anläggning av modell FPAC 20.

ModellenSIGMA DAF FPACär ett system för flotation med upplöst luft avsett för rening av avloppsvatten. Det rör sig om utrustning för korsflödesseparation med stor fri yta där det uppflötna slammet kan samlas upp. De fungerar med små eller medelstora flöden (mellan 5 och 200 m³/h) och med mycket höga föroreningshalter (totala suspenderade fasta ämnen, oljor och fetter, organisk belastning).

DAF FPAC-systemenärsärskilt utformade för att behandla avloppsvatten med mycket höga halter av fasta ämnen (upp till 40 kg fasta ämnen per m² fri yta i systemet) som inte flyter och därför kräver en stor yta för att kunna flyta upp och separeras.

Flotationsluften behövs för att förbättra flockulernas flytförmåga när blandningen av emulsioner, oljor och fasta ämnen påverkar den specifika vikten.

En recirkulationspump leder en del av det renade vattnet till ett trycksättnings- och mättningssystem som är placerat vid utloppet från DAF-enheten. Det recirkulerade vattnet trycksätts av pumpen till cirka 6 bar och blandas med tryckluft. På så sätt mättas det trycksatta vattnet med tryckluft. Under dessa tryckförhållanden löses luften upp i vattnet.

Inuti DAF-utrustningens tank sker ett tryckavlastning, vilket leder till att mikrobubblor bildas. De upplöstamikrobubblornamöjliggör avskiljning av fasta ämnen, fettpartiklar, oljor, kolväten och andra föroreningar som inte har tillräcklig flytkraft. Bubblorna har en diameter på mellan 30 och 50 mikrometer, vilket är avgörande för att flotationen ska vara effektiv. Bubblorna fäster snabbt vid partiklar av liknande eller större storlek och stiger upp till ytan.

Denna blandning av vatten och bubblor fördelas jämnt i inloppskammaren till DAF-enheten. De uppflytande partiklarna leds direkt till avvattningssystemet i enhetens övre del, där de avlägsnas med hjälp av skumavskiljare. Slam, oljor, fetter och kolväten som flyter upp i form av skum leds ut ur enheten och samlas upp i en slambehållare.

De flytande floculerna lämnar anläggningen i form av skum via ett skumavskiljningssystem och samlas upp i en slambehållare.

Det sedimenterbara materialet sjunker ner till sedimentkammaren, som är placerad i botten av DAF-enheten, och avlägsnas med hjälp av skruvtransportören.

Det renade vattnet lämnar anläggningen via ett justerbart system för avskiljning av överskott. En del av detta renade vatten omdirigeras av återcirkulationspumpen till det tidigare beskrivna kompressions- och mättningssystemet.

3. Referenser 

Lavariega L. 2011, Reningsprocesser för vatten från oljeindustrin. Akademiska avdelningen för biologiska vetenskaper, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco. 17(33), 25–28.

Mesa S.L., Orjuela J.M., Ortega A.T., Sandoval J.A. 2018. En översikt över den aktuella situationen när det gäller hanteringen av produktionsvatten inom den colombianska oljeindustrin. Gestión y Ambiente. 21(1), 87–98.

Tidskriften Petroquímica On Line. 2017. Olje- och gasindustrin – en av världens mest ”kritiska” branscher.

Villegas J.P., Arcila N., Ortega D., Franco C.A., Cortés F.B. 2017. Avlägsnande av kolväten från produktionsvatten inom oljeindustrin med hjälp av nanointermediärer bestående av SiO₂ som funktionaliserats med magnetiska nanopartiklar. DYNA. 84(202), 6574.