BR102019028302B1

BR102019028302B1 - SYSTEM AND METHOD FOR SEPARATION OF OIL/WATER EMULSIONS BY ELECTROCOALESCENCE

Info

Publication number: BR102019028302B1
Application number: BR102019028302-5A
Authority: BR
Inventors: Charles Adriano Duvoisin; Fábio Eduardo Baggio
Original assignee: Charles Adriano Duvoisin; Fábio Eduardo Baggio
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2023-08-01

Abstract

SISTEMA E MÉTODO PARA SEPARAÇÃO DE EMULSÕES PETRÓLEO/ÁGUA POR ELETROCOALESCÊNCIA. A presente invenção se refere a um sistema para separação de emulsões petróleo/água por eletrocoalescência que compreende um meio de condução de fluidos ou tubulação (110), pelo menos um cátodo (120), pelo menos um eletrodo (130), pelo menos um ânodo (140), pelo menos uma fonte de energia (200) e pelo menos um centelhador (210) para um cátodo (120) e um centelhador (210) para o ânodo (140). Além disso, a presente invenção se refere também a um método para separação de emulsões petróleo/água por eletrocoalescência executado por um sistema de acordo com a invenção.SYSTEM AND METHOD FOR SEPARATION OF OIL/WATER EMULSIONS BY ELECTROCOALESCENCE. The present invention relates to a system for separating oil/water emulsions by electrocoalescence comprising a fluid conduction means or tubing (110), at least one cathode (120), at least one electrode (130), at least one anode (140), at least one energy source (200) and at least one spark gap (210) for a cathode (120) and a spark gap (210) for the anode (140). Furthermore, the present invention also relates to a method for separating oil/water emulsions by electrocoalescence carried out by a system according to the invention.

Description

Technical Field

[001] A presente invenção pertence ao campo da eletrocoalescência de emulsões petróleo/água pelo uso de uma armadilha de elétrons.[001] The present invention belongs to the field of electrocoalescence of oil/water emulsions through the use of an electron trap.

Introduction

[002] A presente invenção se refere a um sistema e método para a separação de emulsões compostas por petróleo e água por eletrocoalescência, por meio da criação de uma armadilha de elétrons, permitindo a separação dos dois compostos da emulsão em um sistema tubular ou um sistema em labirinto, isolado ou em série.[002] The present invention refers to a system and method for separating emulsions composed of petroleum and water by electrocoalescence, through the creation of an electron trap, allowing the separation of the two emulsion compounds in a tubular system or a labyrinth system, isolated or in series.

Fundamentals of the invention

[003] Os tratamentos de petróleo mais comumente utilizados variam entre os usos de meios físicos e químicos para refino, purificação e remoção de dejetos, água e/ou hidrocarbonetos.[003] The most commonly used petroleum treatments vary between the uses of physical and chemical means for refining, purification and removal of waste, water and/or hydrocarbons.

[004] São conhecidos e utilizados filtros físicos tais como barreiras físicas clássicas, peneiras, cascalhos, carvões ativados, polímeros, nanopartículas, cavitações, nanocavitações, centrífugas, sistemas de eletrólises, decantadores, ozonificadores, ondas eletromagnéticas, dentre outros, bem como meios químicos, a exemplo de diversos produtos químicos, surfactantes e polímeros utilizados para, flocular, aglutinar, polarizar e purificar o petróleo retirado.[004] Physical filters such as classic physical barriers, sieves, gravel, activated carbons, polymers, nanoparticles, cavitations, nanocavitations, centrifuges, electrolysis systems, decanters, ozonifiers, electromagnetic waves, among others, as well as chemical media, are known and used. , such as various chemical products, surfactants and polymers used to flocculate, agglutinate, polarize and purify the oil removed.

[005] Nota-se, contudo, que o estado da técnica não prevê soluções que utilizam as propriedades e vantagens das armadilhas de elétrons como agentes de eletrocoalescência de emulsões contendo petróleo e água.[005] It should be noted, however, that the state of the art does not provide for solutions that use the properties and advantages of electron traps as electrocoalescing agents for emulsions containing oil and water.

State of the art

[006] Soluções aproximadas, contudo não satisfatórias, podem ser verificadas em documentos do estado da técnica tais como o documento patentário estado-unidense US 2017/0021287, intitulado “Sistemas e métodos para separação unipolar de emulsões e outras misturas”, que diz respeito a sistemas e métodos para separar duas ou mais fases de uma emulsão ou outra mistura, em que ditos métodos incluem fornecer a mistura com uma carga unipolar e líquida (por exemplo, de modo que as gotículas adjacentes na mesma adquiram cargas unipolares e líquidas), acentuando, assim, a coalescência de gotículas de fase similar na mesma e produzindo ou acentuando a produção de duas ou mais fases consolidadas, e coletando as duas ou mais fases consolidadas, conforme seu resumo.[006] Approximate solutions, however not satisfactory, can be verified in prior art documents such as the United States patent document US 2017/0021287, entitled “Systems and methods for unipolar separation of emulsions and other mixtures”, which concerns to systems and methods for separating two or more phases of an emulsion or other mixture, wherein said methods include providing the mixture with a unipolar, net charge (e.g., so that adjacent droplets therein acquire unipolar, net charges), thus accentuating the coalescence of droplets of similar phase therein and producing or accentuating the production of two or more consolidated phases, and collecting the two or more consolidated phases, according to their summary.

[007] Nota-se, no entanto, que os ensinamentos do documento US 2017/0021287 não oferecem condições para a criação de uma armadilha de elétrons. Pelo contrário, ele dispõe de um aterramento (vide, por exemplo, sua Figura 18), o que permite a descarga e neutralização da emulsão e impede o aprisionamento de elétrons livres e de produtos sobrecarregados com os mesmos. Além disso, seus ensinamentos a respeito do uso no campo petrolífero são escassos e superficiais, com breves menções a suas aplicações se adequarem a esta área técnica. Assim, não se permite que um versado na técnica encontre suficiência de ensinamentos quanto a esta aplicação específica.[007] It should be noted, however, that the teachings of document US 2017/0021287 do not offer conditions for creating an electron trap. On the contrary, it has a grounding (see, for example, Figure 18), which allows the discharge and neutralization of the emulsion and prevents the trapping of free electrons and products overloaded with them. Furthermore, its teachings regarding its use in the oil field are scarce and superficial, with brief mentions of its applications suited to this technical area. Thus, one skilled in the art is not allowed to find sufficient teaching regarding this specific application.

[008] Outro documento patentário cuja solução pode ser mencionada é o documento PI 1002195-7 , intitulado “Processo para aumentar a eficiência da eletrocoalescência de emulsões água e óleo”, que descreve um processo para aumentar a eficiência da eletrocoalescência de emulsões água/óleo (A/O) formadas em instalações de tratamento de petróleo nas etapas de dessalinização e desidratação, dito processo compreendendo formar uma composição incluindo entre 0,001 % e 50% em peso de triglicerídeos vegetais, animais ou sintéticos, petróleo e água entre 2% e 40% de água, preferencialmente entre 5% e 25% de água em peso, e submeter tal composição a um campo eletrostático sob corrente alternada ou contínua ou ambas, alternada e contínua, no interior de um vaso, e recuperando ao término do processo duas fases líquidas, sendo uma aquosa e outra oleosa, separando a fase oleosa com rendimento maior do que em processos de eletrocoalescência que não empregam a composição contendo triglicerídeos vegetais, animais ou sintéticos, petróleo e água, conforme seu resumo. Também conforme seu resumo, é descrita a composição utilizada no dito processo.[008] Another patent document whose solution can be mentioned is document PI 1002195-7, entitled “Process for increasing the efficiency of electrocoalescence of water and oil emulsions”, which describes a process for increasing the efficiency of electrocoalescence of water/oil emulsions (W/O) formed in petroleum treatment facilities in the desalination and dehydration stages, said process comprising forming a composition including between 0.001% and 50% by weight of vegetable, animal or synthetic triglycerides, petroleum and water between 2% and 40 % water, preferably between 5% and 25% water by weight, and subjecting such composition to an electrostatic field under alternating or direct current or both, alternating and direct, inside a vessel, and recovering at the end of the process two phases liquids, one being aqueous and the other oily, separating the oily phase with greater yield than in electrocoalescence processes that do not employ a composition containing vegetable, animal or synthetic triglycerides, petroleum and water, according to its summary. Also according to its summary, the composition used in said process is described.

[009] Contudo, também em PI 1002195-7 não são oferecidas condições para a criação de uma armadilha de elétrons. Nota-se, inclusive, que suas figuras e relatório descritivo não proveem ao versado na técnica detalhamentos sobre seu vaso ou dispositivo de aplicação de tensão, sendo verificável o uso de dispositivos já conhecidos no estado na técnica e a não sugestão ou divulgação de um dispositivo ou sistema novo com vantagens frente ao conhecido até o momento da sua publicação. Adicionalmente, e como evidenciado pelo próprio resumo, tal documento faz uso de uma composição como agente desemulsificante para que sejam obtidos os resultados esperados. Além de mais onerosa, a inclusão de tal composição torna o processo de eletrocoalescência menos otimizado.[009] However, also in PI 1002195-7 conditions for creating an electron trap are not offered. It should also be noted that its figures and descriptive report do not provide those skilled in the art with details about its vessel or voltage application device, the use of devices already known in the art and the non-suggestion or disclosure of a device being verifiable. or new system with advantages compared to what was known at the time of its publication. Additionally, and as evidenced by the summary itself, this document uses a composition as a demulsifying agent so that the expected results are obtained. In addition to being more costly, the inclusion of such a composition makes the electrocoalescence process less optimized.

[010] Finalmente, vale mencionar também o documento patentário WO2013/082681, intitulado “Equipamento para desestabilização eletrostática de emulsões de fluidos sob pressão em sistema hermético e método de teste”, que descreve um equipamento para desestabilização eletrostática de emulsões de fluidos condutor e não condutor sob pressão em sistema hermético, onde a separação da emulsão ocorre pelo processo de eletrocoalescência, de elevada eficiência e utilizado industrialmente, conforme seu resumo. O equipamento de WO2013/082681 compreende um vaso de separação, um vaso de alimentação para alimentar os fluidos ao vaso e gases para pressurização do dito vaso, um agitador para emulsionar os fluidos, o vaso sendo mantido hermético por conexões roscadas adaptadas às tampas superiores do vaso. Além disso, tal documento também descreve o método de teste para avaliar a estabilidade eletrostática de emulsões de fluidos com auxílio do equipamento[010] Finally, it is also worth mentioning the patent document WO2013/082681, entitled “Equipment for electrostatic destabilization of fluid emulsions under pressure in hermetic system and test method”, which describes equipment for electrostatic destabilization of emulsions of conductive and non-conducting fluids. conductor under pressure in a hermetic system, where the separation of the emulsion occurs through the electrocoalescence process, which is highly efficient and used industrially, according to its summary. The equipment of WO2013/082681 comprises a separation vessel, a supply vessel for feeding fluids to the vessel and gases for pressurizing said vessel, an agitator for emulsifying the fluids, the vessel being kept airtight by threaded connections adapted to the upper lids of the vase. In addition, this document also describes the test method to evaluate the electrostatic stability of fluid emulsions with the aid of equipment

[011] Além de uma configuração construtiva sofisticada, o objeto de WO2013/082681 exibe um método de teste muito complexo e diverso do que é ambicionado pela presente invenção. Apenas com finalidade exemplificativa, o método pleiteado pelo documento WO acima, requer agitação da emulsão e, por consequência óbvia, a disposição de um agitador no equipamento. Nota-se também que ele exibe um sistema de eletrolise diretamente aplicada que, no entanto, se diferencia muito da proposta da armadilha de elétrons da matéria aqui pleiteada, pois uma simples corrente elétrica por meio de dois eletrodos, não caracteriza uma armadilha de elétrons. O versado na técnica compreenderá que para ser gerada uma armadilha de elétrons, será necessário um bloqueador de correntes elétricas no meio, somado a um sistema composto de geradores de altas tensões elétricas.[011] In addition to a sophisticated constructive configuration, the object of WO2013/082681 exhibits a very complex and different test method than that intended by the present invention. For exemplary purposes only, the method claimed by the WO document above requires stirring the emulsion and, as an obvious consequence, the provision of an agitator in the equipment. It is also noted that it exhibits a directly applied electrolysis system which, however, differs greatly from the electron trap proposal of the matter claimed here, as a simple electric current through two electrodes does not characterize an electron trap. Those skilled in the art will understand that in order to generate an electron trap, an electrical current blocker will be necessary in the medium, in addition to a system composed of high electrical voltage generators.

[012] É de se notar ainda que a eletroneutralização por processos de eletrólise simples já é amplamente conhecida, sendo facilmente encontrados relatos de seu uso por toda a literatura da presente área técnica. Contudo, são muito escassos e incompletos os relatos da utilização de armadilhas de elétrons tais fins, bem como para proporcionar efeitos físico-químicos de forma prática.[012] It should also be noted that electroneutralization by simple electrolysis processes is already widely known, with reports of its use being easily found throughout the literature in this technical area. However, reports on the use of electron traps for such purposes, as well as to provide physical-chemical effects in a practical way, are very scarce and incomplete.

[013] Existem diversas vantagens em se utilizar armadilhas de elétrons para as mais diversas aplicações, dentre as quais citamos a economia do consumo energético (em comparação com a eletrólise simples), facilidade de adaptação em vários sistemas práticos tanto de forma dinâmica quanto por bateladas, aplicação comercial simples e econômica, elevada velocidade de processamento, além de um processo limpo e sustentável.[013] There are several advantages in using electron traps for the most diverse applications, among which we mention the savings in energy consumption (compared to simple electrolysis), ease of adaptation in various practical systems both dynamically and in batches , simple and economical commercial application, high processing speed, as well as a clean and sustainable process.

[014] Desta forma, levando em conta os ensinamentos do estado da técnica, nota-se a clara demanda por uma solução de separação de emulsões que resolva os problemas não superados pelo estado da técnica pertinente.[014] In this way, taking into account the teachings of the state of the art, there is a clear demand for an emulsion separation solution that solves the problems not overcome by the relevant state of the art.

[015] Assim, a matéria ora divulgada ambiciona solucionar tais problemas por meio de um sistema e método de eletrocoalescência de emulsões, que utiliza o princípio de armadilha de elétrons juntamente com centelhadores ou bloqueadores de fluxo de corrente elétrica trivial, assim proporcionando os diferenciais potenciais necessários para as devidas armadilhas de elétrons em questão, em que se aplica energia elétrica a uma emulsão petróleo/água de modo a eletroenergizar os ácidos graxos e os demais radicais do petróleo, forçando sua separação da água.[015] Thus, the material now disclosed aims to solve such problems through a system and method of electrocoalescence of emulsions, which uses the electron trap principle together with spark gap or trivial electric current flow blockers, thus providing potential differentials necessary for the appropriate electron traps in question, in which electrical energy is applied to an oil/water emulsion in order to electroenergize the fatty acids and other oil radicals, forcing their separation from the water.

Objectives of the invention

[016] Um dos objetivos da presente invenção é prover um sistema de eletrocoalescência de emulsão petróleo/água, em que a emulsão é passada pelo interior de uma tubulação provida de eletrodos que formam uma armadilha de elétrons. Dita armadilha de elétrons força a separação do petróleo e da água.[016] One of the objectives of the present invention is to provide an oil/water emulsion electrocoalescence system, in which the emulsion is passed through a pipe provided with electrodes that form an electron trap. This electron trap forces the separation of oil and water.

[017] Outro objetivo desta invenção é proporcionar um método a ser aplicado pelo sistema supracitado, em que dito método de eletrocoalescência de emulsão petróleo/água se baseia na introdução de uma emulsão petróleo/água em uma tubulação, submissão da emulsão a uma armadilha de elétrons e subsequente dispensa de petróleo e água separados. Descrição das figuras[017] Another objective of this invention is to provide a method to be applied by the aforementioned system, in which said oil/water emulsion electrocoalescence method is based on the introduction of an oil/water emulsion into a pipe, subjecting the emulsion to a water trap. electrons and subsequent dispensation of separated oil and water. Description of the figures

[018] Para melhor entendimento e visualização do objeto da presente invenção, a mesma será agora descrita com referência às figuras anexas, representando o efeito técnico obtido por meio de modalidades exemplares não limitantes do escopo da presente invenção, em que:[018] For a better understanding and visualization of the object of the present invention, it will now be described with reference to the attached figures, representing the technical effect obtained through exemplary modalities not limiting the scope of the present invention, in which:

[019] Figura 1 apresenta uma vista esquemática em corte de uma das modalidades do sistema de eletrocoalescência de emulsões;[019] Figure 1 presents a schematic sectional view of one of the modalities of the emulsion electrocoalescence system;

[020] Figura 2 apresenta uma vista esquemática de outra modalidade do sistema de eletrocoalescência de emulsões; e[020] Figure 2 presents a schematic view of another embodiment of the emulsion electrocoalescence system; It is

[021] Figura 3 apresenta uma variante da modalidade do sistema de eletrocoalescência de emulsões exemplificado na Figura 2.[021] Figure 3 presents a variant of the emulsion electrocoalescence system modality exemplified in Figure 2.

Detailed description of the invention System

[022] Um sistema de eletrocoalescência de emulsões petróleo/água (100), ou apenas sistema (100), de acordo com a invenção, compreende um meio de condução de fluidos ou tubulação (110), pelo menos um cátodo (120), pelo menos um eletrodo (130), pelo menos um ânodo (140), pelo menos uma fonte de energia (200) e pelo menos um centelhador (210) para um cátodo (120) e um centelhador (210) para o ânodo (140).[022] An oil/water emulsion electrocoalescence system (100), or just system (100), according to the invention, comprises a fluid conduction means or tubing (110), at least one cathode (120), at least one electrode (130), at least one anode (140), at least one energy source (200) and at least one spark gap (210) for a cathode (120) and a spark gap (210) for the anode (140 ).

[023] A tubulação (110) do presente sistema (100) é composta por pelo menos uma camada externa (111) de material dielétrico, uma camada intermediária (112) de material condutor elétrico e uma camada interna (113) de material dielétrico. As camadas externa (111) e interna (113) se destinam a isolar a camada intermediária (112) de material condutor elétrico do contato com a superfície, com outros materiais condutores elétricos, ou com a emulsão petróleo/água (E) a ser tratada pelo presente sistema (100).[023] The tubing (110) of the present system (100) is composed of at least one outer layer (111) of dielectric material, an intermediate layer (112) of electrical conductive material and an inner layer (113) of dielectric material. The outer (111) and inner (113) layers are intended to isolate the intermediate layer (112) of electrically conductive material from contact with the surface, with other electrically conductive materials, or with the oil/water emulsion (E) to be treated. by the present system (100).

[024] O versado na técnica compreenderá que os materiais condutores elétricos e os materiais dielétricos ou isolantes elétricos são amplamente conhecidos na técnica, incluindo, mas não se limitando a cobre, aço inox, grafite, grafeno, alumínio e afins no caso dos condutores, e PP, PE, polímeros, cerômeros, vidros, e afins para o caso dos dielétricos.[024] Those skilled in the art will understand that electrical conductive materials and dielectric or electrical insulating materials are widely known in the art, including, but not limited to copper, stainless steel, graphite, graphene, aluminum and the like in the case of conductors, and PP, PE, polymers, ceromers, glasses, and the like in the case of dielectrics.

[025] O cátodo (120) do presente sistema (100) é composto por uma camada interna (122) de material condutor elétrico e é revestido por uma camada externa (121) de material dielétrico que se destina a isolar a camada interna (122) do contato com a superfície, com outros materiais condutores elétricos, ou com a emulsão petróleo/água (E) a ser tratada pelo presente sistema (100). Na modalidade preferencial ilustrada na Figura 1, dito cátodo (120) se encontra ligado a pelo menos um eletrodo (130). Os elementos aqui descritos podem também ser maciços e revestidos por camadas isolantes apropriadas, como polímeros, tintas, revestimentos e demais formas adequadas ao isolamento nas condições descritas e demandadas pela invenção.[025] The cathode (120) of the present system (100) is composed of an inner layer (122) of electrically conductive material and is covered by an outer layer (121) of dielectric material that is intended to isolate the inner layer (122 ) from contact with the surface, with other electrically conductive materials, or with the oil/water emulsion (E) to be treated by the present system (100). In the preferred embodiment illustrated in Figure 1, said cathode (120) is connected to at least one electrode (130). The elements described here may also be solid and covered by appropriate insulating layers, such as polymers, paints, coatings and other forms suitable for insulation under the conditions described and required by the invention.

[026] Dito pelo menos um eletrodo (130), de forma similar ao cátodo (120), é composto por uma camada interna (132) de material condutor elétrico e é revestido por uma camada externa (131) de material dielétrico para seu devido isolamento. O eletrodo (130) do presente sistema (100) se encontra disposto no interior da tubulação (110), isolado eletricamente desta. Os elementos aqui descritos podem também ser maciços e revestidos por camadas isolantes apropriadas, como polímeros, tintas, revestimentos e demais formas adequadas ao isolamento nas condições descritas e demandadas pela invenção.[026] Said at least one electrode (130), similar to the cathode (120), is composed of an internal layer (132) of electrical conductive material and is covered by an external layer (131) of dielectric material for its due purpose. isolation. The electrode (130) of the present system (100) is arranged inside the pipe (110), electrically isolated from it. The elements described here may also be solid and covered by appropriate insulating layers, such as polymers, paints, coatings and other forms suitable for insulation under the conditions described and required by the invention.

[027] O ânodo (140) do presente sistema (100) compreende uma camada interna (142) de material condutor elétrico e é revestido por uma camada externa (141) de material dielétrico que se destina a isolar a camada interna (142) do contato com a superfície ou com a emulsão petróleo/água (E) a ser tratada pelo presente sistema (100). O ânodo (140) está em contato elétrico com a tubulação (110).[027] The anode (140) of the present system (100) comprises an inner layer (142) of electrically conductive material and is coated by an outer layer (141) of dielectric material that is intended to isolate the inner layer (142) from the contact with the surface or with the oil/water emulsion (E) to be treated by the present system (100). The anode (140) is in electrical contact with the pipe (110).

[028] Em uma modalidade preferencial da invenção, o ânodo (140) pode se encontrar ligado ao eletrodo (130), isolado da tubulação (110), enquanto o cátodo (120) está ligado à tubulação (110).[028] In a preferred embodiment of the invention, the anode (140) can be connected to the electrode (130), isolated from the tubing (110), while the cathode (120) is connected to the tubing (110).

[029] Finalmente, o presente sistema (100) também compreende uma fonte de energia (200) de alta tensão conectada aos pelo menos um cátodo (120) e ânodo (140) para fornecimento de tensão aos mesmos, sendo que o cátodo (120) e o ânodo (140) são separados, respectivamente, do eletrodo (130) e da tubulação (110) por meio de centelhadores (210) ou dispositivos similares capazes de atuar como dispositivo para transmissão de energia elétrica por meio de centelhamento (spark gap), ou seja, sem contato elétrico. Dessa forma evita- se o aterramento ou fuga de corrente indesejados para a presente invenção, uma vez que o aterramento é um empecilho ao aprisionamento de elétrons. Tais spark gaps devem existir a fim de se obter as condições necessárias para a criação da armadilha de elétrons.[029] Finally, the present system (100) also comprises a high voltage power source (200) connected to at least one cathode (120) and anode (140) for supplying voltage thereto, with the cathode (120 ) and the anode (140) are separated, respectively, from the electrode (130) and the pipe (110) by means of spark gaps (210) or similar devices capable of acting as a device for transmitting electrical energy through spark gap ), i.e. without electrical contact. In this way, undesirable grounding or current leakage for the present invention is avoided, since grounding is an obstacle to electron trapping. Such spark gaps must exist in order to obtain the necessary conditions for the creation of the electron trap.

[030] O sistema (100) da presente invenção prevê que a tubulação (110) possua pelo menos duas extremidades destinadas, cada uma, à entrada da emulsão petróleo/água (E) e à saída de água (A) e petróleo (P) energizados. Dita tubulação (110) também possui o cátodo (120) e o ânodo (140) afixados a ela, em que os meios de ligação do cátodo (120) ou do ânodo (140) ao eletrodo (130) trespassam as camadas (111, 112 e 113) da tubulação (110). Para tanto, a camada externa (131) do eletrodo (130) impede o contato da camada interna (132) do eletrodo (130) com a camada intermediária (112) da tubulação (110).[030] The system (100) of the present invention provides that the tubing (110) has at least two ends intended, each, for the entry of the oil/water emulsion (E) and the exit of water (A) and oil (P ) energized. Said tubing (110) also has the cathode (120) and the anode (140) affixed to it, in which the means of connecting the cathode (120) or the anode (140) to the electrode (130) go through the layers (111, 112 and 113) of the piping (110). To this end, the outer layer (131) of the electrode (130) prevents contact between the inner layer (132) of the electrode (130) and the intermediate layer (112) of the pipe (110).

[031] Também é de se notar que, a fim de se obter as condições necessárias para a criação de uma armadilha de elétrons, uma tubulação (110) adequada ao objeto da presente invenção necessita de uma camada interna dielétrica, tal qual a camada interna (113) ora discutida, para manter os elétrons aprisionados, sem possibilidade de aterramento ou de fuga.[031] It should also be noted that, in order to obtain the necessary conditions for creating an electron trap, a pipe (110) suitable for the object of the present invention requires an internal dielectric layer, just like the internal layer (113) now discussed, to keep the electrons trapped, without the possibility of grounding or escape.

[032] O versado na técnica notará que variações dos ensinamentos acima não fugirão do escopo da invenção. Apenas com finalidade exemplificativa, notam-se as modalidades e variações exemplificadas nas Figuras 2 e 3 da presente invenção. Nelas, o sistema de eletrocoalescência de emulsões petróleo/água (300) é implementado por meio de uma tubulação (310), um cátodo (320), um conjunto de eletrodos de cátodo (330), um ânodo (330), um conjunto de eletrodos de ânodo (350), uma peneira dinâmica (360) e uma fonte de energia (400).[032] Those skilled in the art will note that variations of the above teachings will not escape the scope of the invention. For exemplary purposes only, the embodiments and variations exemplified in Figures 2 and 3 of the present invention are noted. In them, the oil/water emulsion electrocoalescence system (300) is implemented by means of a pipe (310), a cathode (320), a set of cathode electrodes (330), an anode (330), a set of anode electrodes (350), a dynamic sieve (360) and a power source (400).

[033] Nestas modalidades preferenciais, a tubulação (310) é disposta em formato de radiador ou circuito em forma de labirinto, tendo suas paredes externas compostas por uma camada externa (312) de material dielétrico. Nos intervalos formados entre os corredores da tubulação (310) se encontram os conjuntos de eletrodos de cátodo (330) e de ânodo (350) dispostos de maneira intercalada e separados eletricamente por meio de centelhadores (410). Ditos conjuntos de eletrodos de cátodo (330) e de ânodo (350) são compostos de material condutor elétrico. Assim a emulsão petróleo/água (E) pode ser submetida à armadilha de elétrons provocada pela ação dos conjuntos de eletrodos de cátodo (330) e de ânodo (350) sequencialmente dispostos, havendo maior controle do tempo e do fluxo da emulsão petróleo água na região interna da tubulação (310).[033] In these preferred embodiments, the tubing (310) is arranged in the shape of a radiator or labyrinth-shaped circuit, with its outer walls composed of an outer layer (312) of dielectric material. In the intervals formed between the pipeline corridors (310) there are sets of cathode (330) and anode (350) electrodes arranged interspersed and electrically separated by means of spark gaps (410). Said sets of cathode (330) and anode (350) electrodes are composed of electrically conductive material. Thus, the oil/water emulsion (E) can be subjected to electron trap caused by the action of sets of cathode (330) and anode (350) electrodes sequentially arranged, with greater control of the time and flow of the oil-water emulsion in the internal region of the pipe (310).

[034] Dita modalidade do sistema (300) dispõe também de uma peneira dinâmica (360) que auxilia na separação do petróleo (P) e da água (A) após eles terem sido submetidos sequencialmente à armadilha de elétrons no interior da tubulação (310). A peneira dinâmica (360) atua também como parede, impedindo a passagem de petróleo para a extremidade (314). A peneira dinâmica aqui exemplificada pode ser implementada por um parafuso de Arquimedes (fuso ou rosca sem fim) em conjunto com uma peneira estática, mas sem se limitar a essas duas formas de separação.[034] Said system modality (300) also has a dynamic sieve (360) that assists in separating the oil (P) and water (A) after they have been sequentially subjected to the electron trap inside the pipe (310 ). The dynamic sieve (360) also acts as a wall, preventing the passage of oil to the end (314). The dynamic sieve exemplified here can be implemented by an Archimedes screw (screw or worm) in conjunction with a static sieve, but without being limited to these two forms of separation.

[035] Finalmente, será apreciado pelo versado na técnica que variações tais como a ligação de uma tubulação (310) em série com outra tubulação (310), como ilustrado na Figura 3, não fogem ao escopo da presente invenção. Além disso, também permitem à invenção possuir vantagens adicionais, como a de depuração e refino de petróleo (P) adicionais. Assim, o petróleo (P) que sair da extremidade (313) de uma primeira tubulação (310) de um primeiro sistema (300) poderá adentrar a extremidade (311) de uma segunda tubulação (310) de um segundo sistema (300) e passar novamente pelo processo de eletrocoalescência ora divulgado.[035] Finally, it will be appreciated by those skilled in the art that variations such as connecting a pipe (310) in series with another pipe (310), as illustrated in Figure 3, do not escape the scope of the present invention. Furthermore, they also allow the invention to have additional advantages, such as additional petroleum (P) purification and refining. Thus, the oil (P) that leaves the end (313) of a first pipe (310) of a first system (300) may enter the end (311) of a second pipe (310) of a second system (300) and go through the electrocoalescence process disclosed here again.

Method

[036] Um método de eletrocoalescência de emulsões petróleo/água de acordo com a presente invenção compreende as seguintes etapas de método: I. Introdução de uma emulsão petróleo/água (E) em uma extremidade de uma tubulação (110); II. Ativação de uma fonte de energia (200) de alta tensão; III. Emissão de centelhas em pelo menos um cátodo (120) e/ou um ânodo (140) por meio de centelhadores (210); IV. Geração de uma armadilha de elétrons no interior da tubulação (110) por meio de pelo menos um eletrodo (130) energizado; V. Ionização da emulsão petróleo/água (E); VI. Separação do petróleo (P) e da água (A); e VII. Dispensa do petróleo (P) e da água (A) separados em uma extremidade da tubulação (110).[036] A method of electrocoalescence of oil/water emulsions according to the present invention comprises the following method steps: I. Introduction of an oil/water emulsion (E) at one end of a pipe (110); II. Activation of a high voltage power source (200); III. Emission of sparks in at least one cathode (120) and/or one anode (140) by means of spark gaps (210); IV. Generation of an electron trap inside the pipe (110) by means of at least one energized electrode (130); V. Ionization of the oil/water emulsion (E); SAW. Separation of oil (P) and water (A); and VII. Dispensing of oil (P) and water (A) separated at one end of the pipe (110).

[037] É de se notar que a quantidade de etapas do método não sofre significativas alterações com as mudanças de modalidades preferenciais. Apenas com finalidade exemplificativa, as etapas do método com referência à modalidade ilustrada na Figura 2 são: 1. Introdução de uma emulsão petróleo/água (E) em uma extremidade (311) de uma tubulação (310); II. Ativação de uma fonte de energia (400) de alta tensão; III. Emissão de centelhas em pelo menos um cátodo (320) e/ou um ânodo (340) por meio de centelhadores (410); IV. Geração de uma armadilha de elétrons no interior da tubulação (310) por meio de pelo menos um dentre um conjunto de eletrodos de cátodo (330) e/ou conjunto de eletrodos de ânodo (350) energizado; V. Ionização da emulsão petróleo/água (E); VI. Separação do petróleo (P) e da água (A); VII. Dispensa do petróleo (P) separado da água (A) em uma extremidade (313) da tubulação (310); VIII. Passagem da água (A) por uma peneira dinâmica (360); e IX. Dispensa da água (A) separado do petróleo (P) em uma extremidade (314) da tubulação (310).[037] It should be noted that the number of steps in the method does not undergo significant changes with changes in preferred modalities. For exemplary purposes only, the steps of the method with reference to the embodiment illustrated in Figure 2 are: 1. Introduction of an oil/water emulsion (E) into one end (311) of a pipe (310); II. Activation of a high voltage power source (400); III. Emission of sparks in at least one cathode (320) and/or one anode (340) by means of spark gaps (410); IV. Generation of an electron trap inside the pipe (310) by means of at least one of a set of energized cathode electrodes (330) and/or set of anode electrodes (350); V. Ionization of the oil/water emulsion (E); SAW. Separation of oil (P) and water (A); VII. Dispensing of oil (P) separated from water (A) at one end (313) of the pipe (310); VIII. Passage of water (A) through a dynamic sieve (360); and IX. Dispensing of water (A) separated from oil (P) at one end (314) of the pipe (310).

[038] O versado na técnica notará que a escolha de carga por meio do cátodo (120, 320) ou do ânodo (140, 340) indicará se a água (a) da emulsão petróleo/água (E) terá influência na retirada ou na adição de elétrons à água e, consequentemente, na sua acidulação ou alcalinização. Evidentemente, também na sua mudança de tensão superficial, em que a água (A) alcalinizada tende a ter sua tensão superficial reduzida; e a água acidificada tende a ter sua tensão superficial aumentada.[038] Those skilled in the art will note that the choice of charge through the cathode (120, 320) or the anode (140, 340) will indicate whether the water (a) of the oil/water emulsion (E) will influence the removal or in the addition of electrons to water and, consequently, in its acidification or alkalinization. Evidently, also in its change in surface tension, in which alkalinized water (A) tends to have its surface tension reduced; and acidified water tends to have its surface tension increased.

[039] Um diferencial elétrico positivo representa falta de elétrons, enquanto um diferencial elétrico negativo representa acúmulo de elétrons à água e, consequentemente, na sua acidulação/ diferencial potencial positivo / falta de elétrons ou alcalinização/ diferencial negativo de elétrons / acúmulo de elétrons. Estes fatos ocorrem através do direcionamento das correntes elétricas, por exemplo, se uma corrente elétrica contínua negativa for direcionada ao cátodo, então a armadilha de elétrons sequestrará elétrons e, por consequência, haverá um acúmulo de elétrons/diferencial elétrico negativo e alcalinizante do meio. Se for utilizada uma corrente elétrica continua positiva nos cátodos, então esta armadilha de elétrons será positiva, ou seja, com falta de elétrons/diferencial elétrico positivo e acidulante do meio. As tensões preferenciais deverão ser altas e com corrente elétrica baixa, tanto poderão ser utilizadas correntes contínuas ou pulsadas e também as correntes alternadas também serão interessantes, principalmente para o início deste processo, visto que estas correntes alternadas proporcionam ionizações intensas e assim facilitando a eletrocoalescência finalizada pelas correntes elétricas contínuas no final do processo.[039] A positive electrical differential represents lack of electrons, while a negative electrical differential represents accumulation of electrons in the water and, consequently, in its acidulation/positive potential differential/lack of electrons or alkalinization/negative electron differential/accumulation of electrons. These facts occur through the direction of electrical currents, for example, if a negative direct electrical current is directed to the cathode, then the electron trap will sequester electrons and, consequently, there will be an accumulation of electrons/negative and alkalizing electrical differential in the medium. If a continuous positive electrical current is used in the cathodes, then this electron trap will be positive, that is, with a lack of electrons/positive and acidifying electrical differential in the medium. The preferred voltages must be high and with low electrical current, either direct or pulsed currents can be used and alternating currents will also be interesting, mainly for the beginning of this process, since these alternating currents provide intense ionizations and thus facilitate the finished electrocoalescence. by continuous electrical currents at the end of the process.

[040] Contudo, notará o versado na técnica que a presente invenção prevê que tanto o uso da água (A) acidificada quanto da alcalinizada se encontram dentro do seu escopo, uma vez que em ambas as situações, o petróleo (P) e a água (A) exibirão diferentes densidades, se separarão e serão eliminados separadamente pela tubulação (110, 310).[040] However, those skilled in the art will note that the present invention provides that both the use of acidified and alkalinized water (A) are within its scope, since in both situations, oil (P) and water (A) will exhibit different densities, separate and be eliminated separately by the pipe (110, 310).

[041] Também é de se notar que para obtenção da armadilha de elétrons, a presente invenção prevê que a fonte de energia (200, 400) forneça alta tensão, particularmente entre 10 kV e 10 GV, enquanto a corrente elétrica deverá ser mantida baixa.[041] It should also be noted that to obtain the electron trap, the present invention provides that the energy source (200, 400) provides high voltage, particularly between 10 kV and 10 GV, while the electric current must be kept low .

[042] Nota-se que a presente invenção prevê tanto o uso de corrente contínua quanto alternada, sem prejuízo a seu objeto, de modo que haja saturação dos íons com elétrons.[042] It should be noted that the present invention provides for the use of both direct and alternating current, without prejudice to its object, so that there is saturation of the ions with electrons.

[043] O versado na técnica notará que o método de acordo com a presente invenção pode ser aplicado de forma dinâmica na própria tubulação (110) e, assim, o princípio pode ser aplicado em fluxo contínuo, bem como pode ser aplicado em bateladas nos tanques ou locais de decantação.[043] Those skilled in the art will note that the method according to the present invention can be applied dynamically in the pipe itself (110) and, thus, the principle can be applied in continuous flow, as well as can be applied in batches in tanks or decantation sites.

[044] O conjunto de elementos e dispositivos requeridos para a conclusão do sistema é de vasto acesso e fácil conhecimento do versado na técnica, não requerendo peças, partes, componentes ou quaisquer outros aparatos de difícil acesso ou de composição sofisticada.[044] The set of elements and devices required to complete the system is widely accessible and easily known to those skilled in the art, not requiring parts, parts, components or any other apparatus that are difficult to access or have a sophisticated composition.

[045] Nota-se também que diversas adaptações podem ser feitas sem fugir ao espírito e ao escopo da presente invenção. Assim, e apenas com finalidade exemplificativa, o número de eletrodos (130) pode ser variado conforme o comprimento da tubulação (110) utilizada.[045] It should also be noted that several adaptations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Thus, and for illustrative purposes only, the number of electrodes (130) can be varied depending on the length of the tubing (110) used.

[046] Além disso, diversos outros aparelhos podem ser incluídos no intuito de controlar o fluxo da emulsão petróleo/água (E) na tubulação, a exemplo de sensores, sondas e diversos equipamentos de monitoramento de volume e fluxo.[046] In addition, several other devices can be included in order to control the flow of the oil/water emulsion (E) in the pipe, such as sensors, probes and various volume and flow monitoring equipment.

[047] Outra vantagem provida pela presente invenção é o baixo consumo elétrico, dada a reduzida corrente elétrica demandada pela natureza da formação da presente armadilha de elétrons. Isto auxilia na viabilização comercial de um sistema tal como o aqui ensinado, aplicando o método da presente invenção. A consequência óbvia desta característica é também uma lógica mais sustentável ao objeto da presente invenção, quando da sua implementação. Em contrapartida, o gasto energético elétrico num processo de eletrólise trivial acaba sendo um grande inviabilizador comercial.[047] Another advantage provided by the present invention is the low electrical consumption, given the reduced electrical current demanded by the nature of the formation of the present electron trap. This assists in the commercial viability of a system such as the one taught here, applying the method of the present invention. The obvious consequence of this characteristic is also a more sustainable logic for the object of the present invention, when implementing it. On the other hand, the electrical energy expenditure in a trivial electrolysis process ends up being a major commercial impediment.

[048] Nota-se, assim, que a presente solução permite implementações versáteis, econômicas, velozes e práticas.[048] It can be seen, therefore, that this solution allows for versatile, economical, fast and practical implementations.

Conclusion

[049] Será facilmente compreendido por aqueles versados na técnica que modificações podem ser realizadas na presente invenção sem com isso se afastar dos conceitos expostos na descrição acima. Essas modificações devem ser consideradas como compreendidas pelo escopo da presente invenção. Consequentemente, as concretizações particulares descritas em detalhe anteriormente são somente ilustrativas e exemplares e não limitativas quanto ao escopo da presente invenção, ao qual deve ser dada a plena extensão das reivindicações em anexo e de todos e quaisquer equivalentes da mesma.[049] It will be easily understood by those skilled in the art what modifications can be made to the present invention without departing from the concepts set out in the description above. These modifications should be considered as falling within the scope of the present invention. Consequently, the particular embodiments described in detail above are only illustrative and exemplary and not limiting the scope of the present invention, to which the full extent of the attached claims and any and all equivalents thereof must be given.

Claims

1. System for separating oil/water emulsions by electrocoalescence, characterized by comprising a fluid conduction means or tubing (110), at least one cathode (120), at least one electrode (130), at least one anode (140 ), at least one energy source (200) and at least one spark gap (210) for a cathode (120) and a spark gap (210) for the anode (140), wherein the cathode (120) and the anode (140 ) are separated, respectively, from the electrode (130) and the pipe (110), by means of the spark gap (210) or similar devices capable of acting as a device for transmitting electrical energy through spark gap, without electrical contact .

2. System, according to claim 1, characterized in that the pipe (110) comprises at least one outer layer (111) of dielectric material, an intermediate layer (112) of electrically conductive material and an inner layer (113) of material dielectric.

3. System, according to claim 1, characterized in that the cathode (120) of the present system (100) comprises an internal layer (122) of electrical conductive material and is covered by an external layer (121) of dielectric material.

4. System, according to claim 1, characterized in that the electrode (130) comprises an internal layer (132) of electrical conductive material and is covered by an external layer (131) of dielectric material.

5. System, according to claim 1 or 4, characterized in that the electrode (130) is arranged inside the pipe (110), electrically isolated from it.

6. System, according to claim 1, characterized in that the anode (140) comprises an internal layer (142) of electrical conductive material and is covered by an external layer (141) of dielectric material and is in electrical contact with the piping (110).

7. System for separating oil/water emulsions by electrocoalescence, characterized in that the system (300) comprises a pipe (310) arranged in the form of a radiator or labyrinth-shaped circuit, a cathode (320), a set of cathode electrodes (330), an anode (340), a set of anode electrodes (350), a dynamic screen (360), a power source (400) and spark gaps (410).

8. System, according to claim 7, characterized in that it allows the connection of the piping (310) of the system (300) in series with one or more similar piping (310).

9. Method for separating oil/water emulsions by electrocoalescence, characterized in that it is carried out by a system defined in any one of claims 1 to 6, comprising the following method steps: I. Introduction of an oil/water emulsion (E) into an end of a pipe (110); II. Activation of a high voltage power source (200); III. Emission of sparks in at least one cathode (120) and/or one anode (140) by means of spark gaps (210); IV. Generation of an electron trap inside the pipe (110) by means of at least one energized electrode (130); V. Ionization of the oil/water emulsion (E); SAW. Separation of oil (P) and water (A); and VII. Dispensing of oil (P) and water (A) separated at one end of the pipe (110).

10. Method for separating oil/water emulsions by electrocoalescence, characterized in that it is carried out by a system defined in claim 7 or 8, comprising the following method steps: I. Introduction of an oil/water emulsion (E) at one end ( 311) of a pipe (310); II. Activation of a high voltage power source (400); III. Emission of sparks in at least one cathode (320) and/or one anode (340) by means of spark gaps (410); IV. Generation of an electron trap inside the pipe (310) by means of at least one of a set of energized cathode electrodes (330) and/or set of anode electrodes (350); V. Ionization of the oil/water emulsion (E); SAW. Separation of oil (P) and water (A); VII. Dispensing of oil (P) separated from water (A) at one end (313) of the pipe (310); VIII. Passage of water (A) through a dynamic sieve (360); and IX. Dispensing of water (A) separated from oil (P) at one end (314) of the pipe (310).