BR112014028379B1

BR112014028379B1 - Método e planta de filtragem para filtragem de contaminantes de um fluido

Info

Publication number: BR112014028379B1
Application number: BR112014028379-6A
Authority: BR
Inventors: Christopher William Sweeney
Original assignee: Aqua Dynamics Process Technology Limited
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2020-03-31
Also published as: EP2849873A1; CN104364004B; HK1206305A1; ZA201408314B; CA2873124C; AU2013261611B2; AU2013261611A1; GB201208527D0; ES2691637T3; WO2013171476A1; MX2014013926A; US9999850B2; BR112014028379A2; CA2873124A1; CN104364004A; EP2849873B1; US20150129508A1; PL2849873T3; MX362104B; GB2502089A

Abstract

filtragem de contaminantes de um fluido. a presente invenção se refere a métodos de filtragem de contaminantes de um fluido, a um módulo de filtro para a filtragem de contaminantes de um fluido, e a uma planta de filtragem compreendendo pelo menos um desse módulo de filtro. em uma modalidade, é apresentado um método de filtragem de contaminantes de um fluido, cujo método compreende as etapas de: direcionar uma corrente de alimentação de um fluido contendo contaminantes para uma câmara de filtro (14a) contendo pelo menos um elemento de filtro (18a); dispor pelo menos parte do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir em uma dentre: a) uma direção de fluxo direto na qual o fluido passa em uma primeira direção através de uma parede (22a) do elemento de filtro; e b) uma direção de fluxo inverso na qual o fluido passa em uma segunda direção oposta através da parede do elemento de filtro. o método compreende ainda as etapas de direcionar o filtrado para fora da câmara e para dentro de uma tubulação de fluxo de filtrados (26) para coleta; em seguida dispor o fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir através do dito elemento de filtro na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso, a fim de remover o material contaminante de uma superfície da parede do elemento; após a remoção do dito material contaminante pelo fluxo do fluido na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso, continuar a direcionar o fluido na corrente de alimentação através da parede do elemento de filtro na dita outra direção de modo a, assim, filtrar os contaminantes do fluido durante o fluxo na dita outra direção; e após a remoção do dito material contaminante, direcionar o filtrado resultante do fluxo através da parede do elemento de filtro na dita outra direção de fluxo para fora da câmara e para dentro da tubulação de fluxo de filtrados para coleta.

Description

MÉTODO E PLANTA DE FILTRAGEM PARA FILTRAGEM DE CONTAMINANTES DE UM FLUIDO [0001 ] A presente invenção refere-se a métodos de filtragem de contaminantes de um fluido. A presente invenção se refere ainda a um módulo de filtro para a filtragem de contaminantes de um fluido, e a uma planta de filtragem compreendendo pelo menos um desse módulo de filtro. Em particular, contudo não exclusivamente, a presente invenção se refere a métodos de filtragem de contaminantes de um fluido no qual um fluido contendo contaminantes é direcionado para uma câmara de filtro contendo pelo menos um elemento de filtro; a um módulo de filtro compreendendo tal uma câmara de filtro; e a uma planta de filtragem compreendendo pelo menos um desse módulo de filtro.

[0002] Uma variedade de diferentes tipos de sistemas de filtragem foi desenvolvida para a filtragem de contaminantes de um fluido. Sistemas para a filtragem de materiais de hidrocarboneto da água são de particular interesse nas indústrias de exploração e produção de óleo e gás, nas quais é frequentemente necessário limpar um volume de água contendo materiais de hidrocarboneto, tais como óleo. Por exemplo, as formações rochosas subterrâneas contendo depósitos de óleo tipicamente compreendem também grandes volumes de água que são produzidos juntamente com o óleo recuperado. Esta água deve ser separada do óleo no fluido que é recuperado para a superfície, e a água deve ser suficientemente limpa de contaminantes oleosos antes de a mesma ser descarregada de volta para o ambiente. O óleo se encontra geralmente presente na forma de pequenas gotículas suspensas na água. Materiais sólidos tais como pequenos grãos de areia se encontram também tipicamente presentes na água produzida e devem ser tratados pelo sistema de filtragem.

[0003] O tratamento da água produzida a partir da produção de óleo tem se tornado uma questão cada vez mais importante nos tempos atuais, seguido da introdução de novas normas e a implementação da legislação existente. Em particular, os operadores no Reino Unido têm a expectativa de reduzir o nível de materiais de hidrocarboneto na água produzida para 30 mg/l, e atender aos limites de descarga total de óleo nas águas reguladas de acordo com as Convenções de

Petição 870200001408, de 06/01/2020, pág. 9/17

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Oslo e Paris para a proteção do ambiente marinho do Atlântico Nordeste (OSPAR). Com frequência, os limites de carga anual só podem ser obtidos se a concentração total de hidrocarboneto é reduzida para menos de 10 a 15 mg/l. Em outras partes do mundo, níveis de 10 a 15 mg/l já se encontram em uso.

[0004] É também frequentemente necessário filtrar pequenos volumes de água do óleo produzido, antes de o óleo poder ser processado. Isto deve ser feito no sentido de remover quaisquer gotículas de água suspensas que se encontram naturalmente presentes no óleo produzido, e/ou qualquer água que tenha entrado na boca de poço e que tenha sido recuperada com o óleo produzido. Partículas sólidas, tais como areia, se encontram também tipicamente presentes no óleo produzido e devem ser removidas.

[0005] Vários processos e sistemas diferentes têm sido desenvolvidos para a remoção do óleo disperso da água produzida. Entre esses, podemos citar os hidrociclones, as placas separadoras, as técnicas de flotação por gás induzido, as centrífugas, os sistemas de adsorção em sólidos e os processos de filtração convencional (filtração ‘dead-end’). Os sistemas de hidrociclone e centrífuga são mais complexos e caros de se fabricar e operar que os demais sistemas disponíveis. [0006] Em um hidrociclone, é empregado o princípio do ciclone, por meio do qual componentes de diferentes densidades são separados em um vórtice que é gerado por um bocal de alta taxa de escoamento conduzido para uma câmara de vórtice.

[0007] As placas separadoras empregam um princípio de separação acelerada por gravidade.

[0008] Na flotação por gás, o óleo é separado da água por meio do uso de bolhas de gás que sobem na água; podendo ser adicionado gás, ou podendo ser que bolhas de ar sejam induzidas dentro da água.

[0009] Nas centrífugas, componentes de diferentes densidades são separados por meio das forças centrífugas que são geradas em um vaso mecanicamente girado.

[0010] Um exemplo de um sistema de adsorção em sólidos é um no qual uma

3/58 água de alimentação contendo gotículas de óleo e pós de minério (partículas sólidas em pequenas dimensões) é passada por um vaso que é guarnecido com um material solido que adsorve ou retém fisicamente o óleo / pós de minério. O material pode ser um pó, grânulos (tal como nos sistemas de carvão ativado) ou outros materiais, tais como cascas de nozes moídas. O filtrado (a água tratada) passa através do vaso, e o óleo / pós de minério que são removidos permanecem sobre o leito sólido. O leito é com frequência designado a ser descartável, mas poderá, em alguns casos, ser regenerado por retro-lavagem.

[0011] Um exemplo de processo de filtração convencional envolve o direcionamento da água de alimentação contaminada com óleo para um filtro. O filtrado (a água tratada) passa pelo filtro e as gotículas de óleo e os pós de minério ficam retidos dentro do filtro. O filtro pode operar utilizando um princípio de exclusão no qual os tamanhos de poro são menores que o tamanho das gotículas de óleo e dos pós de minério, ou utilizando uma camada de incrustação. Vários tipos de materiais são usados nos filtros, incluindo pano tecido, membranas poliméricas, malhas de metal, como também membranas cerâmicas. Os filtros são às vezes capazes de ser regenerados por meio de retro-lavagem com água ou fluidos de limpeza, mas, muitas vezes, eles são concebidos para serem descartáveis, e, consequentemente, são descartados quando se tornam desgastados e a taxa de escoamento diminui.

[0012] O problema principal de todos esses sistemas e métodos é que os mesmos não conseguem alcançar - ou não alcançam a um baixo custo ou de uma maneira ambientalmente sustentável - os desejados baixos níveis finais de óleo de 10 a 15 mg/l, e, com efeito, muitas vezes, não conseguem tampouco atingir níveis baixos, tais como, em torno de 20 a 30 mg/l, especialmente quando os tamanhos de gotícula são em níveis de micron ou sub-mícron.

[0013] Um outro sistema que foi desenvolvido para uso nessas circunstâncias é o processo de microfiltração em ‘fluxo transversal’. Este processo oferece um melhor desempenho, mas tem suas próprias desvantagens inerentes.

[0014] Os sistemas de fluxo transversal tipicamente fazem uso de elementos

4/58 de filtro poliméricos ou cerâmicos conhecidos como membranas, que ficam alojadas em uma câmara de filtro. Uma corrente em fluxo transversal é direcionada através de cada membrana de filtro, e é usada no sentido de remover o óleo e os pós de minério coletados pelas membranas de filtro, em uma corrente contínua de fluido conhecida como uma corrente de ‘concentrados¹. Um objetivo básico da corrente em fluxo transversal é prevenir a formação de uma 'camada de incrustação’ de contaminantes sobre a superfície da membrana de filtro, o que, de outra maneira, comprometería o desempenho da membrana. Consequentemente, a velocidade de fluxo transversal nos sistemas de microfiltração de fluxo transversal se mantém, convencionalmente, relativamente alta a fim de impedir a formação de uma camada de incrustação. A filtragem é, portanto, exclusivamente por exclusão de tamanho, a dimensão mínima das gotículas de contaminante / pós de minério que pode ser excluída sendo determinada pelo tamanho de poro dos canais na membrana de filtro. Sendo assim, apenas os contaminantes de tamanhos maiores que o tamanho de poro da membrana são coletados.

[0015] Existem inúmeras desvantagens em tais sistemas de fluxo transversal. Em primeiro lugar, quando pequenas gotículas / partículas se encontram presentes, um tamanho de poro relativamente pequeno (tipicamente de 0.2 a 4 mícrons, dependendo do nível final de óleo desejado), se faz necessário. Isto provoca uma significativa redução no ‘fluxo’ através da membrana de filtro (o volume de fluido que escoa através de uma unidade de área da membrana de filtro por unidade de tempo), com resultantes aumentos na pressão de bomba e, portanto, de energia, bem como desgaste dos componentes de sistema, tudo isso trazendo um impacto sobre os custos. Com efeito, embora os sistemas de microfiltração de fluxo transversal possam atingir os desejados níveis de concentração, os mesmos não são uma opção atraente para aplicações de alta produção, tais como no tratamento de água produzida em campos petrolíferos. Isto se deve aos altos custos de capital e aos altos custos operacionais, até mesmo substancial mente mais altos do que os custos para os hidrociclones e centrífugas. A pegada de uma planta de microfiltração de fluxo transversal é também relativamente grande, e poderá não ser exequível em

5/58 ambientes em alto mar, tais como em uma plataforma, onde o espaço é limitado. [0016] Foi também descoberto que, apesar da alta velocidade de fluxo transversal nos sistemas de microfiltração de fluxo transversal, uma camada de incrustação pode se formar, o que é indesejado e rapidamente compromete o desempenho. Quando é detectado que uma camada de incrustação se formou (pelo fluxo reduzido e/ou pela maior contrapressão), é conhecido parar o processo de filtragem e tentar remover a camada de incrustação por meio do direcionamento de um “contra-pulso” de fluido na direção inversa através da membrana de filtro. Isto envolve o bombeamento intermitente do filtrado ou do ar para trás através da membrana por um pequeno tempo, tipicamente em torno de 1 a 5 segundos. Quando se supõe que a camada de incrustação foi removida, a filtragem continua na direção de fluxo direto. Frequentemente, no entanto, os pequenos tamanhos de poro requeridos em tais sistemas de fluxo transversal podem resultar em um bloqueio permanente e irrecuperável dos poros da membrana de filtro, particularmente por parte dos pós de minério depositados. Isto requer que o módulo que contém a membrana seja tirado de serviço e que a membrana seja substituída, o que reduz a eficiência do processo e aumenta os custos.

[0017] Será apreciado que os sistemas e métodos acima podem ter aplicação em outras indústrias, e, de fato, para a filtragem de outros tipos de materiais contaminantes de diferentes tipos de fluidos. Com efeito, os contaminantes podem ser qualquer um dentre uma ampla variedade de diferentes materiais. De maneira similar, o fluido do qual o contaminante deve ser filtrado pode ser também um dentre uma ampla faixa de diferentes fluidos, e pode ser tipicamente uma solução / mistura aquosa, água, um material de hidrocarboneto, tal como óleo, ou algum outro solvente. Em cada caso, no entanto, desvantagens ou problemas similares àqueles descritos acima poderão ser encontrados.

[0018] Está entre os objetos de pelo menos uma modalidade da presente invenção diminuir ou mitigar pelo menos uma das desvantagens acima descritas. [0019] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é provido um método de filtragem de contaminantes de um fluido, o método compreendendo

6/58 as etapas de:

[0020] - direcionar uma corrente de alimentação de um fluido contendo contaminantes para uma câmara de filtro contendo pelo menos um elemento de filtro;

[0021] - dispor pelo menos parte do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir em uma dentre:

A. uma direção de fluxo direto na qual o fluido passa em uma primeira direção através de uma parede do elemento de filtro; e

B. uma direção de fluxo inverso na qual o fluido passa em uma segunda direção oposta através da parede do elemento de filtro;

[0022] - direcionar o filtrado para fora da câmara e para dentro de uma tubulação de fluxo de filtrados para coleta;

[0023] - em seguida dispor o fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir através do dito elemento de filtro na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso, a fim de remover o material contaminante de uma superfície da parede do elemento;

[0024] - após a remoção do dito material contaminante pelo fluxo do fluido na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso, continuar a direcionar o fluido na corrente de alimentação através da parede do elemento de filtro na dita outra direção de modo a, assim, filtrar os contaminantes do fluido durante o fluxo na dita outra direção; e [0025] - após a remoção do dito material contaminante, direcionar o filtrado resultante do fluxo através da parede do elemento de filtro na dita outra direção de fluxo para fora da câmara e para dentro da tubulação de fluxo de filtrados para coleta.

[0026] Os fluxos nas direções direta e inversa podem ser da mesma duração ou de diferentes durações. As taxas de escoamento nas direções direta e inversa podem ser iguais ou podem ser diferentes.

[0027] Em contrapartida aos processos e sistemas de fluxo transversal da técnica anterior, o método do primeiro aspecto da presente invenção envolve a

7/58 filtração ativa de contaminantes do fluido na corrente de alimentação na outra dentre as ditas direções de fluxo. Deste modo, por exemplo, quando a filtração é inicialmente na direção de fluxo direto, o fluxo é alterado para a direção de fluxo inverso, e o fluxo é mantido na direção inversa, os contaminantes sendo filtrados do fluido durante tal fluxo inverso. Isto oferece vantagens, incluindo a redução do tempo de paralisação e maior eficiência.

[0028] O método pode compreender ainda a etapa de monitorar pelo menos um parâmetro e, opcionalmente, ao detectar uma predeterminada alteração no pelo menos um parâmetro, executar a etapa de dispor o fluido na corrente de alimentação de modo a fluir através da parede do elemento de filtro na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso. A etapa de dispor o fluido na corrente de alimentação de modo a fluir através da parede do elemento de filtro na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso pode ser executada após um período de tempo predeterminado ou intervalo. A etapa de dispor o fluido na corrente de alimentação de modo a fluir através da parede do elemento de filtro na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso pode ser realizada na primeira situação a ocorrer dentre: a detecção da alteração predeterminada no pelo menos um parâmetro; ou a expiração do período de tempo predeterminado. Deste modo, por exemplo, quando a filtração é inicialmente na direção de fluxo direto, o fluxo poderá ser alterado para a direção de fluxo inverso ao se detectar a dita alteração no pelo menos um parâmetro e/ou na expiração do período de tempo predeterminado. O parâmetro pode ser o ‘fluxo’ através do elemento de filtro, que vem a ser a taxa de escoamento por unidade de área através do elemento de filtro. O fluxo diminuirá á medida que o material contaminante se forma sobre a superfície da parede do elemento de filtro. O fluido na corrente de alimentação pode ser disposto de modo a fluir na dita outra direção na detecção do fluxo que atinge um nível limite predeterminado. O parâmetro pode ser a concentração de contaminantes no filtrado. Um aumento na concentração de contaminantes pode ser indicativo de uma deterioração no desempenho, requerendo uma alteração na direção do fluxo a fim de limpar a superfície da parede do elemento de filtro. O método pode compreender as etapas de monitorar a / 58 concentração de contaminantes no filtrado durante o fluxo na dita outra direção e, ao detectar que a concentração de contaminantes caiu a um nível desejado, direcionar o filtrado para dentro da tubulação de fluxo de filtrados para coleta. O contaminante pode ser ou pode compreender qualquer um dentre uma ampla faixa de diferentes materiais, mas poderá em particular compreender um material de hidrocarboneto, ou poderá ser um óleo ou óleos, e o material pode estar presente no fluido na corrente de alimentação sob a forma de gotículas suspensas. O contaminante pode ser ou pode compreender água. O contaminante pode ser ou pode compreender materiais rochosos granulares, tais como areia. O contaminante pode ser produtos químicos que são adicionados à água por vários motivos de processo. Por exemplo, produtos químicos poliméricos podem ser adicionados à água produzida em campos petrolíferos para uma melhor recuperação do óleo, e materiais cerâmicos podem ser adicionados aos fluidos de “perfuração” nos processos de gás de xisto. Deve-se entender que as referências, no presente documento, a um contaminante ou contaminantes presentes no fluido são a um material ou materiais presentes no fluido e que se deseja remover. O contaminante é um material diferente daquele do fluido. O contaminante pode ser ou pode compreender um fluido e/ou materiais sólidos. O fluido a partir do qual o contaminante deve ser filtrado pode ser também de uma ampla faixa de diferentes fluidos, e tipicamente poderá ser uma solução / mistura aquosa, água, um material de hidrocarboneto, tal como óleo, ou algum outro solvente.

[0029] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é provido um método de filtragem de contaminantes de um fluido, o método compreendendo as etapas de:

[0030] - direcionar uma corrente de alimentação de um fluido contendo contaminantes para uma câmara de filtro contendo pelo menos um elemento de filtro;

[0031] - dispor parte do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir através de uma parede do dito elemento de filtro e direcionar o filtrado para fora da câmara e para dentro de uma tubulação de fluxo de

9/58 filtrados para coleta; e [0032] - dispor um restante do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir em uma corrente de purga em fluxo transversal através do dito elemento de filtro e para dentro de uma tubulação de fluxo de purga;

[0033] - sendo que uma velocidade do fluido que flui através do dito elemento de filtro na corrente de purga em fluxo transversal é não superior a cerca de 4 m/s, a fim de promover a formação de uma camada de incrustação de material contaminante sobre uma superfície do elemento de filtro, de tal modo que a filtragem de mais material contaminante seja obtida por meio de uma combinação do elemento de filtro e a camada de incrustação.

[0034] Em contrapartida aos processos e sistemas de fluxo transversal da técnica anterior, o método do segundo aspecto da presente invenção envolve o direcionamento de fluido em uma corrente de purga em fluxo transversal através do elemento de filtro com uma velocidade não superior a cerca de 4 m/s a fim de promover a formação de uma camada de incrustação. Os inventores reconhecem que a formação de uma camada de incrustação pode ser benéfica à efetiva filtração de contaminantes. Nos processos e sistemas da técnica anterior, é especificamente ensinado que a formação de uma camada de incrustação é prejudicial e, portanto, a velocidade do fluido na corrente de purga se mantém relativamente alta (e mais elevada que 4 m/s) a fim de prejudicar a formação de uma camada de incrustação.

[0035] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, é provido um método de filtragem de contaminantes de um fluido, o método compreendendo as etapas de:

[0036] - direcionar uma corrente de alimentação de um fluido contendo contaminantes para uma câmara de filtro contendo pelo menos um elemento de filtro;

[0037] - dispor parte do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir através de uma parede do dito elemento de filtro e direcionar o filtrado para fora da câmara e para dentro de uma tubulação de fluxo de

10/58 filtrados para coleta; e [0038] - dispor um restante do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir em uma corrente de purga em fluxo transversal através do dito elemento de filtro e para dentro de uma tubulação de fluxo de purga;

[0039] - sendo que um volume do fluido na corrente de alimentação que é disposto de modo a fluir na corrente de purga em fluxo transversal através do dito elemento de filtro é de pelo menos cerca de 5 % do volume total do fluido na corrente de alimentação.

[0040] Em contrapartida aos processos e sistemas de fluxo transversal da técnica anterior, o método do terceiro aspecto da presente invenção envolve o direcionamento de pelo menos cerca de 5 % do volume total de fluido na corrente de alimentação em uma corrente de purga em fluxo transversal através do elemento de filtro. Nos processos e sistemas da técnica anterior, é especificamente desejado que a quantidade de fluido na corrente de purga se mantenha em uma proporção tão baixa quanto possível do volume total de fluido na corrente de alimentação (inferior a 5 % e tipicamente em torno de 1 %) a fim de maximizar o fluxo através do elemento de filtro e, desse modo, sua vazão. Na presente invenção, a direção de uma proporção relativamente maior do fluido na corrente de alimentação ao longo da corrente de purga em fluxo transversal provê uma liberdade maior no sentido de 'afinar' o método do terceiro aspecto de acordo com as necessidades específicas do método do que no caso dos processos e sistemas da técnica anterior.

[0041] De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, é provido um método de filtragem de contaminantes de um fluido, o método compreendendo as etapas de:

[0042] - direcionar uma corrente de alimentação de um fluido contendo contaminantes para uma câmara de filtro contendo pelo menos um elemento de filtro;

[0043] - dispor parte do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir através de uma parede do dito elemento de filtro e

11/58 direcionar o filtrado para fora da câmara e para dentro de uma tubulação de fluxo de filtrados para coleta; e [0044] - dispor um restante do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir em uma corrente de purga em fluxo transversal através do dito elemento de filtro e para dentro de uma tubulação de fluxo de purga;

[0045] - sendo que o fluido na corrente de purga em fluxo transversal é disposto de modo a fluir com um perfil de fluxo laminar, a fim de promover a formação de uma camada de incrustação de material contaminante sobre uma superfície do dito elemento de filtro, de tal modo que a filtragem de mais material contaminante seja obtida por meio de uma combinação do elemento de filtro e a camada de incrustação.

[0046] Em contrapartida aos processos e sistemas de fluxo transversal da técnica anterior, o método do quarto aspecto da presente invenção envolve o direcionamento de fluido em uma corrente de purga em fluxo transversal na qual o fluido é disposto de modo a fluir com um perfil de fluxo laminar, a fim de promover a formação de uma camada de incrustação. Os inventores reconhecem que a formação de uma camada de incrustação pode ser benéfica à efetiva filtração de contaminantes. Nos processos e sistemas da técnica anterior, é especificamente ensinado que a formação de uma camada de incrustação é prejudicial, e, sendo assim, o fluido na corrente de purga é disposto de modo a fluir com um perfil de fluxo turbulento a fim de prejudicar a formação de uma camada de incrustação.

[0047] De acordo com um quinto aspecto da presente invenção, é provido um método de filtragem de contaminantes de um fluido aquoso, o método compreendendo as etapas de:

[0048] - direcionar uma corrente de alimentação de um fluido aquoso contendo contaminantes para uma câmara de filtro contendo pelo menos um elemento de filtro;

[0049] - dispor parte do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir através de uma parede do dito elemento de filtro e

12/58 direcionar o filtrado para fora da câmara e para dentro de uma tubulação de fluxo de filtrados para coleta; e [0050] - dispor um restante do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir em uma corrente de purga em fluxo transversal através do dito elemento de filtro e para dentro de uma tubulação de fluxo de purga;

[0051] - sendo que o fluido é disposto de modo a fluir na corrente de purga em fluxo transversal de tal modo que o mesmo apresente um número Reynolds não superior a cerca de 2500, a fim de promover a formação de uma camada de incrustação de material contaminante sobre uma superfície do dito elemento de filtro, de tal modo que a filtragem de mais material contaminante seja obtida por meio de uma combinação do elemento de filtro e a camada de incrustação.

[0052] Em contrapartida aos processos e sistemas de fluxo transversal da técnica anterior, o método do quinto aspecto da presente invenção envolve o direcionamento de fluido em uma corrente de purga em fluxo transversal na qual o fluido é disposto de modo a fluir com um número Reynolds não superior a cerca de 2500, a fim de promover a formação de uma camada de incrustação. Os inventores reconhecem que a formação de uma camada de incrustação pode ser benéfica à efetiva filtração de contaminantes. Nos processos e sistemas da técnica anterior, é especificamente ensinado que a formação de uma camada de incrustação é prejudicial, e, sendo assim, o número Reynolds do fluido na corrente de purga é disposto de modo a ser significativamente maior que 2500, a fim de prejudicar a formação de uma camada de incrustação.

[0053] De acordo com um sexto aspecto da presente invenção, é provido um método de filtragem de contaminantes de um fluido, o método compreendendo as etapas de:

[0054] - direcionar uma corrente de alimentação de um fluido contendo contaminantes para uma câmara de filtro contendo pelo menos um elemento de filtro com uma pluralidade de poros para a filtragem dos contaminantes do fluido na corrente de alimentação, o tamanho de poro sendo não inferior a cerca de 4

13/58 microns;

[0055] - dispor pelo menos parte do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir através de uma parede do dito elemento de filtro e direcionar o filtrado para fora da câmara e para dentro de uma tubulação de fluxo de filtrados para coleta;

[0056] - dispor um restante do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir em uma corrente de purga em fluxo transversal através do dito elemento de filtro e para dentro de uma tubulação de fluxo de purga; e [0057] - controlar um ou mais parâmetros da corrente de purga em fluxo transversal a fim de promover a formação de uma camada de incrustação sobre uma superfície do dito elemento de filtro, de tal modo que a filtragem de material contaminante possa ser obtida por meio de uma combinação do elemento de filtro e a camada de incrustação.

[0058] Em contrapartida aos processos e sistemas de fluxo transversal da técnica anterior, o método do sexto aspecto da presente invenção envolve o direcionamento do fluido na corrente de alimentação para uma câmara de filtro contendo um elemento de filtro com uma pluralidade de poros com um tamanho de poro não inferior a cerca de 4 mícrons. Nos processos e sistemas da técnica anterior, um tamanho de poro relativamente pequeno é requerido quando se deseja filtrar pequenas gotículas ou partículas. Os típicos tamanhos de poro podem ser de 0.2 a 1.2 mícrons. A filtração é por exclusão de tamanho, e os contaminantes separados (gotículas / pós de minério) têm tamanhos maiores que o tamanho de poro do elemento de filtro. É especificamente ensinado que a formação de uma camada de incrustação deve ser evitada com base no fato de que isto bloqueia os poros relativamente pequenos e rapidamente compromete o seu desempenho. Com efeito, foi descoberto que os poros podem se tornar irrecuperavelmente bloqueados, tal como acima descrito. Os inventores reconhecem que a formação de uma camada de incrustação, em um método envolvendo uma corrente de purga em fluxo transversal através de um elemento de filtro, pode ser benéfica à efetiva filtração de

14/58 contaminantes. Consequentemente, os inventores reconhecem que o tamanho de poro do elemento de filtro pode ser aumentado, com consequentes benefícios em termos do aumento do fluxo e, portanto, de sua vazão, resultando em maior eficiência e economia de custos. Um benefício adicional originado do aumento do tamanho de poro é que isto ajuda a prevenir a incrustação irreversível dos elementos de filtro (membranas) que pode ocorrer devido à penetração de partículas sólidas nos poros, partículas essas com tamanhos comparáveis aos tamanhos dos poros. Um outro benefício é o fluxo maior que se observa ao se usar um elemento de filtro com poros maiores que os empregados nos processos da técnica anterior.

[0059] Os métodos de qualquer um dentre o primeiro ao sexto aspectos da presente invenção acima descritos podem compartilhar uma ou mais características com um ou mais outros aspectos da presente invenção.

[0060] Desta forma, o método de qualquer um dentre o segundo ao sexto aspectos da presente invenção pode compreender as etapas de:

[0061] - dispor a dita parte do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir em uma dentre:

C. uma direção de fluxo direto na qual o fluido passa em uma primeira direção através de uma parede do elemento de filtro; e

D. uma direção de fluxo inverso na qual o fluido passa em uma segunda direção oposta através da parede do elemento de filtro;

[0062] - direcionar o filtrado para fora da câmara e para dentro de uma tubulação de fluxo de filtrados para coleta;

[0063] - em seguida dispor o fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir através do dito elemento de filtro na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso, a fim de remover o material contaminante de uma superfície da parede do elemento;

[0064] - após a remoção do dito material contaminante pelo fluxo do fluido na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso, continuar a direcionar o fluido na corrente de alimentação através do dito elemento de filtro na dita outra direção de modo a, assim, filtrar os contaminantes do fluido durante o fluxo na dita outra

15/58 direção; e [0065] - após a remoção do dito material contaminante, direcionar o filtrado resultante do fluxo através do dito elemento de filtro na dita outra direção de fluxo para fora da câmara e para dentro da tubulação de fluxo de filtrados para coleta.

[0066] O método pode compreender ainda a etapa de monitorar pelo menos um parâmetro e, opcionalmente, ao detectar uma predeterminada alteração no pelo menos um parâmetro, executar a etapa de dispor o fluido na corrente de alimentação de modo a fluir através do o elemento de filtro na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso. A etapa de dispor o fluido na corrente de alimentação de modo a fluir através do elemento de filtro na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso pode ser executada após um período de tempo predeterminado. A etapa de dispor o fluido na corrente de alimentação de modo a fluir através do elemento de filtro na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso pode ser executada na primeira situação a ocorrer dentre: a detecção da alteração predeterminada no pelo menos um parâmetro; ou a expiração do período de tempo predeterminado.

[0067] O método do primeiro aspecto da presente invenção pode ser um método de filtração convencional no qual todo o fluido na corrente de alimentação é direcionado através da parede do(s) elemento(s) de filtro. No entanto, o método do primeiro aspecto da presente invenção pode compreender a etapa de dispor pelo menos parte do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir em uma dentre as direções de fluxo direto e inverso; e dispor um restante do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir em uma corrente de purga em fluxo transversal através do elemento de filtro e para dentro de uma tubulação de fluxo de purga. O fluido que flui através do elemento de filtro na corrente de purga em fluxo transversal pode ser disposto de modo a fluir com uma velocidade não superior a cerca de 4 m/s, a fim de promover a formação de uma camada de incrustação de material contaminante sobre uma superfície do elemento de filtro, de tal modo que a filtragem de mais material contaminante seja obtida por meio de uma combinação do elemento de filtro e a camada de incrustação. Um volume do fluido na corrente de alimentação que é

16/58 disposto de modo a fluir na corrente de purga em fluxo transversal através do elemento de filtro pode ser de pelo menos cerca de 5 % do volume total do fluido na corrente de alimentação. O fluido na corrente de purga em fluxo transversal pode ser disposto de modo a fluir com um perfil de fluxo laminar, a fim de promover a formação de uma camada de incrustação de material contaminante sobre uma superfície do elemento de filtro, de tal modo que a filtragem de mais material contaminante seja obtida por meio de uma combinação do elemento de filtro e a camada de incrustação. O fluido na corrente de alimentação pode ser aquoso, e o fluido na corrente de purga em fluxo transversal pode ser disposto de modo a fluir na corrente de purga de tal modo que o mesmo apresente um número Reynolds não superior a cerca de 2500, a fim de promover a formação de uma camada de incrustação de material contaminante sobre uma superfície do elemento de filtro, de tal modo que a filtragem de mais material contaminante seja obtida por meio de uma combinação do elemento de filtro e a camada de incrustação. A etapa de direcionar a corrente de alimentação de um fluido contendo contaminantes para a câmara de filtro pode compreender o direcionamento da corrente de alimentação para uma câmara de filtro contendo um elemento de filtro com uma pluralidade de poros para a filtragem dos contaminantes do fluido na corrente de alimentação, o tamanho de poro sendo não inferior a cerca de 4 mícrons; e o controle de um ou mais parâmetros da corrente de purga em fluxo transversal a fim de promover a formação de uma camada de incrustação sobre uma superfície do elemento de filtro, de tal modo que a filtragem de material contaminante pode ser obtida por meio de uma combinação do elemento de filtro e a camada de incrustação.

[0068] O método de qualquer um dentre o segundo ao sexto aspectos da presente invenção pode incluir um ou mais dentre os seguintes aspectos, conforme apropriado. O fluido na corrente de alimentação pode ser aquoso, e o fluido na corrente de purga em fluxo transversal pode ser disposto de modo a fluir de tal modo que o mesmo apresente um número Reynolds não superior a cerca de 2500, a fim de promover a formação de uma camada de incrustação de material contaminante sobre uma superfície do elemento de filtro, de tal modo que a filtragem de mais

17/58 material contaminante seja obtida por meio de uma combinação do elemento de filtro e a camada de incrustação. O fluido na corrente de purga em fluxo transversal pode ser disposto de modo a fluir com um perfil de fluxo laminar, a fim de promover a formação de uma camada de incrustação de material contaminante sobre uma superfície do elemento de filtro, de tal modo que a filtragem de mais material contaminante seja obtida por meio de uma combinação do elemento de filtro e a camada de incrustação. Um volume do fluido na corrente de alimentação que é disposto de modo a fluir na corrente de purga em fluxo transversal através do elemento de filtro pode ser de pelo menos cerca de 5 % do volume total do fluido na corrente de alimentação. Uma velocidade do fluido que flui através do elemento de filtro na corrente de purga em fluxo transversal pode ser não inferior a cerca de 4 m/s, a fim de promover a formação de uma camada de incrustação de material contaminante sobre uma superfície do elemento de filtro, de tal modo que a filtragem de mais material contaminante seja obtida por meio de uma combinação do elemento de filtro e a camada de incrustação. A etapa de direcionar a corrente de alimentação de um fluido contendo contaminantes para a câmara de filtro pode compreender o direcionamento da corrente de alimentação para uma câmara de filtro contendo um elemento de filtro com uma pluralidade de poros para a filtragem dos contaminantes do fluido na corrente de alimentação, o tamanho de poro sendo não inferior a cerca de 4 mícrons; e o controle de um ou mais parâmetros da corrente de purga em fluxo transversal a fim de promover a formação de uma camada de incrustação sobre uma superfície do elemento de filtro, de tal modo que a filtragem de material contaminante possa ser obtida por meio de uma combinação do elemento de filtro e a camada de incrustação.

[0069] Outros aspectos opcionais dos métodos de qualquer um dentre o primeiro ao sexto aspectos da presente invenção são como se segue.

[0070] O método pode empregar pelo menos um elemento de filtro que é oco. O método pode compreender a etapa de dispor pelo menos parte do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir em uma dentre:

18/58

E. uma direção de fluxo direto na qual o fluido passa em uma primeira direção através de uma parede do elemento de filtro de dentro do elemento para fora do elemento; e

F. uma direção de fluxo inverso na qual o fluido passa em uma segunda direção oposta através da parede do elemento de filtro de fora do elemento para dentro do elemento.

[0071] O método pode empregar pelo menos um elemento de filtro que é na forma de uma chapa de modo geral plana tendo uma primeira e segunda superfícies opostas. O método pode compreender a etapa de dispor pelo menos parte do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir em uma dentre:

G. uma direção de fluxo direto na qual o fluido passa em uma primeira direção através de uma parede do elemento de filtro da primeira superfície para a segunda superfície; e

H. uma direção de fluxo inverso na qual o fluido passa em uma segunda direção oposta através da parede do elemento de filtro da segunda superfície para a primeira superfície.

[0072] O método pode empregar pelo menos um elemento de filtro tendo outros formatos desejados ou outras configurações.

[0073] Quando o fluxo através do elemento de filtro é na direção de fluxo direto, uma camada de incrustação de material contaminante se forma sobre uma superfície interna, ou uma primeira superfície, do elemento de filtro. O fluido pode ser disposto de modo a fluir na direção de fluxo inverso de modo a remover pelo menos parte da camada de incrustação formada sobre a dita superfície do elemento de filtro. Quando o fluxo através do elemento de filtro é na direção de fluxo inverso, uma camada de incrustação de material contaminante se forma sobre uma superfície externa, ou uma segunda superfície oposta do elemento de filtro. O fluido pode ser disposto de modo a fluir na direção de fluxo direto de modo a remover pelo menos parte da camada de incrustação formada sobre a dita superfície do elemento de filtro. O método pode compreender ainda a etapa de, após a remoção do dito material contaminante e filtração na outra dentre as direções de fluxo direto e

19/58 inverso, dispor o fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro para novamente fluir através do elemento de filtro na uma dentre as direções de fluxo direto e inverso que foi inicialmente selecionada, a fim de remover o material contaminante de uma superfície de uma parede do elemento que se originou a partir do fluxo de fluido na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso. O fluxo pode continuar nesta direção de fluxo e, após a remoção do dito material contaminante, o filtrado resultante de tal fluxo pode ser direcionado para fora da câmara e para dentro da tubulação de fluxo de filtrados para coleta. O método pode compreender a etapa de sequencialmente alterar a direção de fluxo do fluido na corrente de alimentação entre as direções de fluxo direto e inverso, conforme apropriado, em resposta à detecção da predeterminada alteração no parâmetro medido e/ou na expiração do período de tempo predeterminado acima apresentado.

[0074] O elemento oco de filtro pode ser tubular, ou pode ser um elemento de filtro tubular de modo geral cilíndrico. O elemento de filtro pode definir um vão, passagem ou canal central que se estende ao longo de um comprimento do mesmo. Durante o fluxo do fluido na direção de fluxo direto, o fluido pode passar do vão central para fora através da parede do elemento de filtro para fora do elemento, e pode fluir em uma direção substancialmente radial. Um espaço pode ser definido entre uma superfície interna da câmara de filtro e uma superfície externa do elemento de filtro, e o fluido que passa através da parede do elemento de filtro poderá entrar no espaço. A câmara de filtro pode ser de modo geral cilíndrica em formato. Durante o fluxo na direção de fluxo inverso, o fluido pode passar do espaço para dentro através da parede do elemento de filtro e para o vão central, e pode fluir em uma direção substancialmente radial. Quando a parte do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro e através da parede do elemento de filtro flui na direção de fluxo direto, a parte do fluido que flui na corrente de purga em fluxo transversal poderá fluir através do vão central do elemento de filtro. Quando a parte do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro e através da parede do elemento de filtro flui na direção de fluxo inverso, a parte do fluido que flui na corrente de purga em fluxo transversal poderá fluir em uma direção

20/58 através do espaço definido entre a superfície interna da câmara de filtro e ao longo da superfície externa do elemento de filtro.

[0075] Após o término de pelo menos um ciclo de fluxo de fluido na corrente de alimentação nas direções de fluxo direto e inverso, e no evento de a alteração predeterminada no parâmetro medido ocorrer dentro de um reduzido período de tempo (o que poderá ser indicativo de uma perda no desempenho da filtração), o método pode compreender a etapa de limpar o elemento de filtro. Essa perda pode ser devido ao fato de o material contaminante continuar a seguir em um fluxo inverso, o que poderá bloquear pelo menos alguns dos poros. A etapa de limpar o elemento de filtro pode compreender o direcionamento um fluido de limpeza para a câmara de filtro e dispor o fluido de modo a fluir em ambas as direções de fluxo direto e inverso. Pode ser benéfico quando a direção do fluido de limpeza que é selecionado é oposta à direção na qual o fluido estava fluindo quando a perda no desempenho foi detectada. No entanto, o fluido de limpeza pode fluir na mesma direção. O uso de um fluido de limpeza poderá evitar uma formação maior de contaminantes sobre o ou no elemento de filtro. O fluido de limpeza pode ser direcionado através da parede do elemento de filtro na uma direção selecionada dentre as direções de fluxo direto e inverso por um período de tempo predeterminado enquanto se monitora o pelo menos um parâmetro, e pode compreender o subsequente direcionamento do fluido na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso por um período de tempo predeterminado enquanto se monitora o pelo menos um parâmetro. Outras inversões de fluxo poderão ser feitas durante o processo de limpeza. Quando é determinado que o desempenho do elemento de filtro voltou a um nível aceitável, o método poderá compreender a etapa de re-direcionar o fluido na corrente de alimentação para a câmara de filtro e dispor o fluido de modo a fluir através da parede do elemento de filtro em uma selecionada dentre as direções de fluxo direto e inverso.

[0076] O método pode compreender o direcionamento da corrente de alimentação do fluido para uma câmara de filtro contendo uma pluralidade de elementos de filtro. A provisão de uma pluralidade de elementos de filtro pode prover / 58 um maior fluxo de filtrado para uma câmara de um determinado tamanho. O método pode compreender a etapa de dispor pelo menos parte do fluido na corrente de alimentação direcionada para os elementos de filtro de modo a fluir em uma dentre as direções de fluxo direto e inverso. O método pode compreender as etapas de combinar o fluxo de filtrado de cada elemento de filtro e direcionar o fluxo combinado para fora da câmara e para dentro da tubulação de fluxo de filtrados.

[0077] O método pode compreender o direcionamento da corrente de alimentação de fluido para uma pluralidade de câmaras de filtro, opcionalmente a partir de uma fonte comum, cada câmara de filtro contendo uma pluralidade de elementos de filtro. Isto poderá permitir que pelo menos uma dentre as câmaras de filtro seja tirada de linha, por exemplo, para fins de limpeza ou manutenção, com a continuação da filtração sendo feita através de pelo menos uma outra câmara de filtro que continua durante este processo. O método pode compreender o direcionamento de correntes de alimentação de fluido para os módulos de filtro, cada módulo definindo ou compreendendo uma câmara de filtro. O método pode compreender a retirada de pelo menos um dos módulos / câmaras de filtro de linha para fins de um ciclo de inversão de fluxo, com a continuação da filtração sendo feita através de pelo menos uma outra câmara de filtro que continua durante este processo. Desta maneira, os ciclos de inversão de fluxo através de todas as câmaras poderão ser realizados de uma maneira sequencial.

[0078] O pelo menos um parâmetro que é medido pode ser selecionado dentre o grupo que compreende o fluxo através do elemento de filtro; uma queda de pressão medida através do elemento de filtro; e/ou uma proporção ou concentração de contaminantes remanescentes no filtrado. Um fluxo operacional através do elemento de filtro pode ser tipicamente da faixa de cerca de 800 a cerca de 4000 l/m²/h; os típicos fluxos nos processos de filtração de fluxo transversal da técnica anterior sendo em tomo de 200 a 400 l/m²/h. A referência a um fluxo operacional deve ser considerada como um fluxo através do elemento de filtro durante um período no método no qual a filtração está ocorrendo, o filtrado sendo direcionado para a tubulação de filtrado, e a concentração de contaminantes remanescentes no

22/58 filtrado ficando dentro de especificação (e, portanto, dentro dos níveis aceitáveis, que podem ser entre cerca de 1 mg/l a cerca de 10 mg/l, mas poderíam ser ainda menor, podendo ser menor que cerca de 1 mg/l). No início, o fluxo pode ser maior e pode ser de cerca de 9000 l/m²/h, À medida que os contaminantes se formam de modo a formar uma camada de incrustação sobre uma superfície do elemento de filtro, o fluxo pode diminuir para um nível operacional suficiente para a realização de uma efetiva filtração de contaminantes do fluido na corrente de alimentação (medida pela determinação da proporção de contaminantes no filtrado) ao mesmo tempo provendo uma suficiente vazão de fluido. Quando é determinado que a proporção de contaminantes no filtrado atingiu um nível aceitável, o filtrado pode ser direcionado para dentro da tubulação de fluxo de filtrados para coleta. Quando o fluxo cai para um nível mais baixo, que pode ser no sentido de um extremo inferior da faixa acima (isto sendo indicativo de uma formação de camada de incrustação em uma espessura suficiente para que a vazão seja feita de maneira excessivamente restrita, e/ou que os poros do elemento de filtro se tornem bloqueados), o fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro poderá ser disposto de modo a fluir na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso.

[0079] O volume do fluido na corrente de alimentação que é disposto de modo a fluir na corrente de purga em fluxo transversal pode ser de pelo menos cerca de 10 %, e pode ser de pelo menos cerca de 15 % do volume total do fluido na corrente de alimentação. O volume pode ser não superior a cerca de 10 %, pode ser não maior que cerca de 15 %, e poderá ser não superior a cerca de 20 % do volume total do fluido na corrente de alimentação. O volume da corrente de purga pode ser ajustado às propriedades específicas da corrente de alimentação, tais como as propriedades de concentração e físicas / químicas do óleo e sólidos dispersos, e à viscosidade da corrente de alimentação. A taxa de escoamento da corrente de purga pode também ser ajustada de modo a otimizar diversos parâmetros, incluindo a requerida qualidade do filtrado, a taxa de escoamento do processo em geral, a frequência dos ciclos de inversão de fluxo e a frequência das operações de limpeza.

[0080] Na direção de fluxo direto, para os elementos ocos de filtro, a

23/58 velocidade do fluido que flui na corrente de purga em fluxo transversal pode ser definida como: a taxa de escoamento de alimentação do fluido na corrente de alimentação para a câmara de filtro (m³/s) dividida pela área em seção transversal do vão central do elemento de filtro, ou a soma das áreas em seção transversal dos vãos centrais dos vários elementos de filtro (m²). Quando existe uma pluralidade de câmaras de filtro, a velocidade do fluido que flui nas correntes de purga em fluxo transversal pode ser igual à da taxa de escoamento de alimentação combinada do fluido na corrente de alimentação para todas as câmaras de filtro (m³/s) dividida pela soma das áreas em seção transversal dos vãos centrais de todos os elementos de filtro (m²). Na direção de fluxo inverso, a velocidade do fluido que flui na corrente de purga em fluxo transversal pode ser definida como a taxa de escoamento de alimentação do fluido na corrente de alimentação para a câmara de filtro (m³/s) dividida pela área em seção transversal do espaço definido entre a superfície interna de um módulo de filtro que define a câmara de filtro e a superfície externa do elemento ou elementos de filtro (m²). Quando existe uma pluralidade de câmaras de filtro, a velocidade do fluido que flui nas correntes de purga em fluxo transversal pode ser igual à taxa de escoamento de alimentação combinada do fluido na corrente de alimentação para todas as câmaras de filtro (m³/s) dividida pela soma das áreas em seção transversal definidas entre as superfícies internas das câmaras de filtro e as superfícies externas dos elementos de filtro (m²).

[0081] Para os elementos de chapa plana de filtro, a velocidade do fluido que flui na corrente de purga em fluxo transversal pode ser definida como: a taxa de escoamento de alimentação do fluido na corrente de alimentação para a câmara de filtro (m³/s) dividida por uma área em seção transversal de uma passagem de fluxo de corrente de purga (m²). A passagem de fluxo pode ser vinculada a um módulo que define a câmara de filtro e a um ou mais elementos de filtro. Quando há uma pluralidade de câmaras de filtro, a velocidade do fluido que flui nas correntes de purga em fluxo transversal pode ser igual à taxa de escoamento de alimentação combinada do fluido na corrente de alimentação para todas as câmaras de filtro (m³/s), dividida pela soma das áreas em seção transversal de todas as passagens

24/58 de fluxo da corrente de purga.

[0082] Nas mecânicas de fluido, o número Reynolds provê uma indicação da razão das forças inerciais para as forças viscosas. Para um fluido aquoso / água, um número Reynolds não superior a cerca de 2500 pode resultar em um fluxo laminar e, no contexto da presente invenção, a promoção da formação de uma camada de incrustação sobre uma superfície da parede do elemento de filtro. Para outros fluidos, tais como os fluidos contendo hidrocarboneto (por exemplo, óleo), que contêm contaminantes, tais como pequenos volumes de água, diferentes números Reynolds poderão ser indicativos de um fluxo laminar. Da mesma forma, diferentes números Reynolds podem ser indicativos de um fluxo laminar no caso de outros fluidos, por exemplo, solventes orgânicos.

[0083] O elemento de filtro pode ser microporoso. O tamanho de poro dos poros no elemento de filtro pode ser não inferior a cerca de 4 mícrons, pode ser não inferior a cerca de 10 mícrons, pode ser não inferior a cerca de 15 mícrons, pode ser não inferior a cerca de 20 mícrons, e pode ser não inferior a cerca de 30 mícrons. O tamanho de poro pode ser não superior a cerca de 15 mícrons. O tamanho de poro pode ser não superior a cerca de 20 mícrons. Na presente invenção, pode ser possível filtrar contaminantes de cerca de 0.1 mícrons ou mais com um elemento de filtro tendo poros de um tamanho de cerca de 4 mícrons; e de 1 micron ou mais com um elemento de filtro tendo poros de um tamanho de cerca de 15 mícrons ou maior. Os poros no elemento de filtro podem ser na forma de passagens que se estendem entre as superfícies interna e externa do elemento de filtro. Os poros podem ser tipicamente de modo geral circulares em seção transversal, ou podem ser cilíndricos. Os poros podem ser caminhos através da membrana na qual o tamanho de poro pode ser definido em termos da maior partícula que pode passar através da membrana. A referência a um 'tamanho' dos poros deve ser, portanto, de modo geral entendida pelas pessoas versadas na técnica como um diâmetro ou área em seção transversal dos poros.

[0084] De acordo com um sétimo aspecto da presente invenção, é provido um módulo de filtro para uma planta de filtragem, o módulo de filtro sendo para a

25/58 filtragem de contaminantes de um fluido e compreendendo:

[0085] - uma câmara de filtro contendo pelo menos um elemento de filtro, o elemento de filtro sendo disposto de modo a filtrar os contaminantes de uma corrente de alimentação de um fluido direcionado para a câmara de filtro e através de uma parede do elemento de filtro;

[0086] - sendo que o elemento de filtro tem uma pluralidade de poros para a filtragem dos contaminantes do fluido na corrente de alimentação; e [0087] - sendo que o tamanho de poro é não inferior a cerca de 4 mícrons.

[0088] De acordo com um oitavo aspecto da presente invenção, é provida uma planta de filtragem para a filtragem de contaminantes de um fluido, a planta compreendendo:

[0089] - pelo menos um módulo de filtro, o pelo menos um módulo de filtro compreendendo:

[0090] - uma câmara de filtro contendo pelo menos um elemento de filtro, o elemento de filtro sendo disposto de modo a filtrar os contaminantes de uma corrente de alimentação de um fluido direcionado para a pelo menos uma câmara de filtro e através de uma parede do elemento de filtro;

[0091] - sendo que o elemento de filtro tem uma pluralidade de poros para a filtragem dos contaminantes do fluido na corrente de alimentação; e [0092] - sendo que o tamanho de poro é não inferior a cerca de 4 mícrons.

[0093] O elemento de filtro pode ser microporoso. O tamanho de poro dos poros no elemento de filtro pode ser não inferior a cerca de 4 mícrons, pode ser não inferior a cerca de 10 mícrons e pode ser não inferior a cerca de 15 mícrons. O tamanho de poro pode ser não superior a cerca de 15 mícrons. O tamanho de poro pode ser não superior a cerca de 20 mícrons. O tamanho de poro pode ser não superior a cerca de 30 mícrons. O tamanho de poro pode ser maior que 30 mícrons. O tamanho de poro pode ser maior que os tamanhos das gotículas de óleo e pós de minério que são removidos. Por exemplo, a presente invenção pode facilitar a remoção de gotículas e pós de minério de cerca de 0.1 mícrons ou mais com um elemento de filtro tendo poros de um tamanho de cerca de 4 mícrons; ou de um

26/58 tamanho em torno de 1 micron pelos elementos de filtro com um tamanho de poro de cerca de 15 microns. Os poros no elemento de filtro podem ser na forma de passagens que se estendem entre as superfícies interna e externa do elemento de filtro. Os poros podem ser tipicamente circulares em seção transversal ou podem ser de modo geral cilíndricos. A referência a um ‘tamanho’ dos poros deve ser, portanto, de modo geral entendida pelas pessoas versadas na técnica como um diâmetro ou área em seção transversal dos poros.

[0094] Outras características do módulo e/ou da planta dos sétimo e oitavo aspectos da presente invenção podem ser derivadas a partir dos ou com relação aos métodos do primeiro ao sexto aspectos da presente invenção acima definidos.

[0095] Os métodos de filtragem de contaminantes de um fluido são descritos no presente documento (vide, por exemplo, o primeiro aspecto acima) no qual, após o fluxo de fluido na corrente de alimentação em uma das ditas direções de fluxo direto e inverso, faz-se com que o fluido na corrente de alimentação flua através do dito elemento de filtro na outra uma das ditas direções de fluxo direto e inverso a fim de remover o material contaminante de uma superfície da parede do elemento de filtro. Deve-se entender, no entanto, que se encontra dentro da faixa de possibilidades da presente invenção que, após o fluxo na selecionada direção direta / inversa, o fluxo na outra direção a fim de remover o material contaminante emprega pelo menos inicialmente um fluido diferente do fluido na corrente de alimentação. Por exemplo, o fluxo pode inicialmente empregar um fluido de limpeza, e, em seguida, ser trocado pelo fluido na corrente de alimentação, quando se determina ou estimase que a parede do elemento foi adequadamente limpada pelo fluxo na dita outra direção.

[0096] Modalidades da presente invenção serão descritas a seguir, tão somente a título de exemplo, com referência aos desenhos em anexo, nos quais: [0097] A Figura 1 é uma ilustração esquemática de uma planta de filtragem de acordo com uma modalidade da presente invenção, a planta de filtragem tendo uma utilidade em um método de filtragem de contaminantes de um fluido que é também de acordo com uma modalidade da presente invenção;

27/58 [0098] A Figura 2 é uma vista em seção transversal longitudinal esquemática de um módulo de filtro de acordo com uma modalidade da presente invenção, o módulo de filtro fazendo parte da planta de filtragem ilustrada na Figura 1;

[0099] A Figura 3 é uma vista em planta esquemática do módulo de filtro mostrado na Figura 2, com uma tampa de extremidade do módulo removida;

[00100] As Figuras 4 e 5 são vistas do módulo de filtro mostrado na Figura 2, ilustrando diferentes direções de fluxo de fluido através do módulo no método de filtragem de contaminantes da presente invenção;

[00101] A Figura 6 é um diagrama em blocos ilustrando os caminhos de fluxo e o funcionamento de uma planta de filtragem de acordo com outra modalidade da presente invenção;

[00102] As Figuras 7, 8 e 9 são, respectivamente, vistas frontal, em planta e de extremidade de uma parte de uma planta de filtragem de acordo com outra modalidade da presente invenção;

[00103] As Figuras 10 e 11 são vistas em seção transversal longitudinais esquemáticas de um módulo de filtro de acordo com outra modalidade da presente invenção, o módulo de filtro fazendo parte da planta de filtragem, tal como a planta ilustrada na Figura 1, os desenhos ilustrando as diferentes direções de fluxo de fluido através do módulo no método de filtragem de contaminantes da presente invenção;

[00104] As Figuras 12 e 13 são gráficos ilustrando os resultados de análise da planta mostrada na Figura 1; e [00105] A Figura 14 é um gráfico ilustrando os resultados de uma análise da planta mostrada na Figura 6.

[00106] Primeiramente, com referência à Figura 1, é mostrada uma ilustração esquemática de uma planta de filtragem de acordo com uma modalidade da presente invenção, a planta sendo indicada de modo geral com o numeral de referência 10. A planta de filtragem 10 tem uma utilidade em um método de filtragem de contaminantes de um fluido de acordo com uma modalidade da presente invenção. A planta de filtragem 10 mostrada na Figura 1 é uma planta piloto de

28/58 escala laboratorial construída para testar os princípios subjacentes à presente invenção. A planta 10 compreende pelo menos um módulo de filtro 12 e, na modalidade ilustrada na Figura 1, compreende dois desses módulos de filtro 12a e 12b. Tal como será entendido a partir de uma revisão do restante da presente descrição, a planta de filtragem 10 / método pode empregar qualquer número desejado ou apropriado de módulos de filtro. Os módulos de filtro 12 são todos de uma construção e funcionamento similares, e componentes similares compartilham os mesmos numerais de referência com o apropriado sufixo “a”, “b, etc. Na modalidade da Figura 1, apenas o módulo de filtro 12a será descrito em detalhe.

[00107] O módulo de filtro 12a é mais bem mostrado na vista em seção transversal longitudinal da Figura 2, e na vista em planta da Figura 3, que mostra o módulo com uma tampa de extremidade 16 removida. O módulo de filtro 12a compreende pelo menos um elemento de filtro e, na modalidade ilustrada, compreende dezenove desses elementos de filtro 18a. Nessa modalidade, os elementos de filtro 18a são ocos, porém outras formas / configurações podem ser empregadas. Cada elemento de filtro 18a é disposto de modo a filtrar os contaminantes de uma corrente de alimentação de um fluido direcionado para uma câmara de filtro 14a definida pelo módulo de filtro 12a. A Figura 4 ilustra o módulo de filtro 12a com o fluido na corrente de alimentação entrando na câmara de filtro 14a, tal como mostrado pela seta 20, o fluido passando em uma direção de fluxo direto através do módulo de filtro 12a. Na direção de fluxo direto, o fluido na corrente de alimentação passa através de uma parede 22a de cada elemento oco de filtro 18a a partir de dentro 24a de cada elemento para um lado externo de cada elemento. O fluido na corrente de alimentação pode também ser direcionado através do módulo de filtro 12a em uma direção de fluxo inverso, tal como mostrado na Figura 5. Na direção de fluxo inverso, o fluido na corrente de alimentação entra no módulo de filtro 12a na direção da seta 20 e passa pelas paredes 22a de cada elemento de filtro 18a a partir de fora de cada elemento para o lado de dentro 24a.

[00108] Os materiais contaminantes são filtrados do fluido na corrente de alimentação durante sua passagem pelas paredes 22a dos elementos ocos de filtro

29/58

18a, e o filtrado resultante é direcionado para fora do módulo / câmara de filtro 14a e para dentro de uma tubulação de fluxo de filtrados 26 (Figura 1), para subsequente coleta em um tanque de produto 28. Tal como se pode observar na Figura 1, os vários módulos de filtro 12a, 12b são dispostos de modo que o filtrado que flui a partir dos módulos seja direcionado para dentro de uma tubulação de fluxo de filtrados comum 26 e, portanto, para o tanque de produto 28, ou para um tanque fora de especificação 29 (dependendo da concentração de contaminantes no filtrado). O fluido na corrente de alimentação que entra nos módulos de filtro 12a contém contaminantes que, tal como acima descrito, pode ser ou pode compreender qualquer um dentre uma ampla gama de materiais diferentes. Em particular, o fluido na corrente de alimentação pode ser água e os contaminantes podem compreender um material de hidrocarboneto, que pode ser óleo, presente no fluido na corrente de alimentação sob a forma de gotículas suspensas. Os contaminantes podem ainda compreender materiais rochosos granulares, tal como areia. De maneira alternativa, o fluido na corrente de alimentação pode ser um hidrocarboneto ou outro material, tal como óleo, e o contaminante pode ser ou pode compreender água. As referências, no presente documento, a um contaminante ou contaminantes presentes no fluido na corrente de alimentação são para um material ou materiais presentes no fluido e que se deseja remover. O contaminante pode ser um material diferente do fluido, e pode ser ou pode compreender um fluido e/ou um material sólido.

[00109] Em um aspecto da presente invenção, o método de filtragem de contaminantes do fluido na corrente de alimentação compreende as seguintes etapas. O fluido na corrente de alimentação contendo os contaminantes é direcionado para a câmara de filtro 14a e é disposto de modo a fluir em uma dentre as direções de fluxo direto e inverso acima descritas. O filtrado é direcionado para dentro da tubulação de fluxo de filtrados 26 para coleta. Em seguida, o fluxo de fluido na corrente de alimentação é alterado, de modo que o fluido direcionado para a câmara de filtro 14a flua através dos elementos de filtro 18a na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso. Desta maneira, o material contaminante que se

30/58 formou sobre uma superfície das paredes 22a dos elementos de filtro 18a é removido durante o fluxo na dita outra direção. Após a remoção do material contaminante por meio do fluxo na dita outra direção, o fluido na corrente de alimentação continua a ser direcionado através dos elementos de filtro 18a na dita outra direção. Por conseguinte, os contaminantes no fluido na corrente de alimentação são filtrados pelos elementos ocos de filtro 18a durante o fluxo na dita outra direção. O filtrado resultante deste fluxo é direcionado para a tubulação de fluxo de filtrado 26 para coleta subsequente no tanque de produto 28. Em contrapartida aos métodos da técnica anterior, o método deste aspecto da presente invenção, portanto, envolve a filtração ativa de contaminantes do fluido na corrente de alimentação quando o fluido flui através dos elementos de filtro 18a na direção oposta.

[00110] Em mais detalhe, e com referência particular às Figuras 4 e 5, o método da presente invenção se processa como se segue. O fluido na corrente de alimentação será inicialmente direcionado para a câmara de filtro 14a de modo a fluir na direção de fluxo direto, passando pelas paredes 22a dos elementos de filtro 18a do lado de dentro 24a para o lado de fora dos elementos. O filtrado é direcionado para fora da câmara 14a e, em seguida, para dentro da tubulação de fluxo de filtrados 26 para coleta. O fluxo de outros módulos de filtro, em particular do módulo 14b, será também tipicamente na direção direta no início, embora isto possa variar ao longo do tempo. Na direção de fluxo direto, uma “camada de incrustação” de material contaminante se forma sobre as superfícies internas 30a das paredes de elemento de filtro 22a. Tal como será explicado abaixo, é especificamente desejado promover a formação de uma camada de incrustação, o que oferece vantagens com relação aos métodos da técnica anterior. No entanto, a camada de incrustação se formará eventualmente em uma extensão na qual o fluxo (a taxa de escoamento de fluido através do módulo de filtro 12a por unidade de volume) diminui para um nível que é insuficiente para uma filtração eficiente continuar. Parâmetros do método são medidos durante o processo de filtração e, quando uma mudança em um parâmetro medido indicativo da formação de camada de incrustação em tal extensão é /58 detectada, o fluxo de fluido na corrente de alimentação muda para a direção inversa da Figura 5.

[00111] Tal como acima descrito, na direção de fluxo inverso, o fluido na corrente de alimentação que entra na câmara de filtro 14a passa pelas paredes 22a dos elementos de filtro 18a a partir de fora dos elementos para dentro 24a. A passagem do fluido na corrente de alimentação através dos elementos de filtro 18a nesta direção remove pelo menos uma parte, tipicamente uma maior parte, do material contaminante que se aderiu às superfícies internas 30a das paredes de elemento de filtro 22a. Após a remoção do dito material contaminante pelo fluxo do fluido na direção inversa, o fluido na corrente de alimentação continua a ser direcionado através dos elementos de filtro 18 na direção inversa. Por conseguinte, não é necessário inverter a fim de fluir na direção direta após a remoção dos contaminantes. O fluxo de fluido na corrente de alimentação na direção inversa pode continuar, com uma formação de camada de incrustação sobre as superfícies externas 32a das paredes de elemento de filtro 22a. Tal como será descrito em mais detalhe abaixo, quando a camada de incrustação se forma em um nível suficiente para a realização de uma filtração adequada, o filtrado resultante do fluxo na dita direção inversa passa para dentro da tubulação de fluxo de filtrados 26 para coleta. Evidentemente, o fluxo pode ser inicialmente na direção inversa e mudado para a direção direta, se desejado. Além disso, o fluxo pode ser modificado entre as direções direta e inversa, conforme apropriado, tantas vezes quanto desejado. De acordo com os requisitos de limpeza que serão descritos abaixo, o único período de paralisação importante é o período quando a remoção dos contaminantes acontece, seguido da troca, quando o filtrado que carrega os contaminantes removidos é coletado para subsequente remoção e/ou re-direcionamento novamente para um tanque de alimentação 34 (Figura 1) que contém o fluido de corrente de alimentação 36.

[00112] A troca do fluxo é tipicamente feita com base na medição do fluxo através do módulo de filtro 14a, utilizando um fluxímetro 37. Quando o fluxo diminui para um nível predeterminado, o fluxo pode ser invertido. No entanto, além da ou em

32/58 alternativa à troca com base na medição do fluxo através do módulo de filtro 12a, a troca do fluxo pode ser feita com base no monitoramento de um ou mais outros parâmetros. Por exemplo, a contrapressão do fluido na corrente de alimentação em uma tubulação de fluxo 38 que se estende a partir do tanque de alimentação 34 par o módulo de filtro 12a pode ser monitorada utilizando um manômetro 40. Um aumento na contrapressão é indicativo de uma formação de camada de incrustação sobre as respectivas superfícies interna ou externa 30a, 32a dos elementos de filtro 18a (dependendo da direção de fluxo). Um aumento da contrapressão para um certo nível limite é indicativo da formação de camada de incrustação em uma extensão suficiente que a mudança de fluxo se faça necessária. A pressão de filtrado na tubulação de fluxo de filtrados 26 pode, de maneira similar, ser monitorada, usando um manômetro 42. Uma redução da pressão do filtrado na tubulação de fluxo de filtrados 26 a um nível limite poderá também ser indicativo de que a camada de incrustação se formou em uma proporção tal que a troca do fluxo se faz necessária. A concentração de contaminantes no filtrado é também um importante parâmetro que pode ser usado para a troca. Um aumento na proporção de contaminantes remanescentes no filtrado pode ser indicativo de que uma troca de fluxo se faz necessária.

[00113] O método pode compreender a retirada de pelo menos um dos módulos de filtro 12a, 12b de linha para fins de um ciclo de inversão de fluxo, com a filtração sendo feita através de pelo menos um outro módulo de filtro que continua durante este processo. Desta maneira, os ciclos de inversão de fluxo através de todos os módulos podem ser executados de uma maneira sequencial.

[00114] Tal como explicado acima, após a troca, existe um período no qual o filtrado que sai da câmara 14a carrega o material contaminante removido dos elementos de filtro 18a. Esse filtrado é referido como sendo “out of spec.” (fora de especificação), e é direcionado para fora do filtrado para o tanque fora de especificação 29. O filtrado fora de especificação pode ser encaminhado de volta para o tanque de alimentação 34. Uma tubulação 35 (Figura 1) provê um caminho para o roteamento do fluido na corrente de purga em fluxo transversal a partir de

33/58 ambos os módulos 18a e 18b de volta para o tanque 34.

[00115] O fluxo que está “in-spec (dentro de especificação) é direcionado para o tanque 28. Para isso, a tubulação de fluxo de filtrados 26 é dividida em tubulações de fluxo dentro de especificação e fora de especificação 44 e 46, o fluxo através dessas tubulações sendo controlado pelas respectivas válvulas 48 e 50. O grau de contaminantes (neste caso, hidrocarbonetos, tipicamente óleo) é monitorado usando um monitor de óleo 52. As válvulas 48 e 50 são atuadas em resposta à leitura do monitor de óleo. Quando a proporção de contaminantes oleosos no filtrado 27 na tubulação de fluxo 26, tal como medida pelo monitor de óleo 52, cai para a requerida faixa de especificação, as válvulas 48 e 50 podem ser atuadas no sentido de direcionar o filtrado 27 para a tubulação dentro de especificação 44 e, portanto, para o tanque de produto 28.

[00116] Uma outra opção para a troca da direção de fluxo do fluido na corrente de alimentação 36 é alterar o fluxo de maneira cronometrada. O intervalo de tempo entre a troca pode ser determinado levando em consideração vários parâmetros, incluindo a proporção de contaminantes no fluido na corrente de alimentação 36; os constituintes dos contaminantes; o tamanho médio dos materiais contaminantes (tamanho médio de gotícula para líquidos e tamanho de partícula para partículas sólidas); as dimensões e o fluxo antecipado através do módulo de filtro 12a; a pressão de entrada e/ou taxa de escoamento do fluido na corrente de alimentação 36; ou, com efeito, uma combinação de um ou mais desses ou outros parâmetros adequados. Além disso, a troca pode ser feita com base em uma primeira situação a ocorrer dentre a expiração de um intervalo de tempo predeterminado, ou uma predeterminada alteração em um parâmetro medido, que pode ser selecionado a partir do grupo acima. Tal como mencionado acima, o nível de contaminante pode ser um importante parâmetro para a troca da direção de fluxo.

[00117] A estrutura do módulo de filtro 12a, e seu use no método do primeiro aspecto da presente invenção, será descrita a seguir em mais detalhe.

[00118] Novamente, com referência às Figuras 2 a 5, o módulo de filtro 12a compreende um alojamento 54a que define a câmara de filtro 14a. Cada um dos

34/58 vinte elementos de filtro 18a fica posicionado dentro da câmara de filtro 14a, e é suportado pelas primeira e segunda chapas 56a e 58a. Os elementos de filtro 18a são alongados, e posicionados substancialmente paralelos a um eixo geométrico principal 60a do módulo de filtro 12a. A Figura 3 mostra as primeiras extremidades 62a dos elementos de filtro 18a, que se projetam a partir de um plano da primeira chapa de extremidade 56a, e as segundas extremidades 64a, que se projetam a partir da segunda chapa de extremidade 58a. Nos elementos de membrana cilíndricos abertos mostrados nas Figuras 2 a 5, um sistema de vedações de anel em Ό” (não mostradas) de um material apropriado é usado no sentido de impedir vazamento entre os elementos de filtro e as chapas de extremidade 56a, 58a. Os elementos de filtro ocos 18a são tipicamente membranas porosas de um material apropriado, em particular um material cerâmico. No entanto, outros materiais podem ser adequados. Por exemplo, os elementos de filtro 18a podem ser de um material plástico, que pode ser um material polimérico. Uma vantagem de se usar um material cerâmico para as membranas 18a é que, no evento de os poros dos elementos de filtro ficarem entupidos com depósitos de hidrocarboneto, os elementos de filtro poderão ser removidos do módulo 14a e colocados em um forno, a fim de aquecer os elementos de filtro e queimar os depósitos de hidrocarboneto.

[00119] O módulo de filtro 12a tem duas entradas 66a e 68a, e duas saídas 70a e 72a. A câmara de filtro 14a é dividida nas porções de extremidade 74a e 76a, e uma porção central principal 78a. A entrada 66a se abre para a porção de extremidade 76a, e a saída 70a se abre para a porção de extremidade. Ambas a entrada 68a e a saída 72a se abrem para a porção central principal 78a. Tal como será descrito abaixo, em uso, o fluxo de fluido para dentro e para fora dos módulos de filtro através das respectivas entradas 66a, 68a e para fora das respectivas saídas 70a, 72a é controlado usando válvulas apropriadas.

[00120] A Figura 4 mostra o módulo de filtro 12a com o fluido fluindo na direção direta. O fluido na corrente de alimentação 36 contendo contaminantes é bombeado para o módulo de filtro 12a através da entrada 66a, tal como indicado pela seta 20 na Figura 4. A segunda entrada 68a é fechada. Um fluxo primário de fluido para fora

35/58 do módulo de filtro 12a é feito através da saída 72a, com um menor volume de purga em fluxo transversal saindo do módulo através da saída 70a. As válvulas controlam a proporção de fluxo através das saídas 72a e 70a e, na direção de fluxo direto, tipicamente pelo menos 90 % de fluxo de fluido é feito através da saída 72a. O fluido na corrente de alimentação 36 entra na porção de extremidade 76a da câmara de filtro 14a, e flui para os vãos centrais 24a dos elementos ocos de filtro 18a. Uma vez que a proporção de fluido na corrente de purga em fluxo transversal é em torno de apenas 10 % do volume do fluido que entra no módulo de filtro, a maior parte (pelo menos cerca de 90 %) do fluido flui radialmente para fora, pelas paredes 22a dos elementos de filtro 18a.

[00121] Durante a passagem através das paredes de elemento de filtro 22a, os materiais contaminantes são filtrados do fluido na corrente de alimentação 20. Inicialmente, e até o momento em que uma camada de incrustação se forma sobre as superfícies internas 30a dos elementos de filtro 18a, a filtração dos contaminantes será determinada pelo tamanho de poro do material que forma os elementos de filtro 18a. Em outras palavras, a dimensão mínima dos contaminantes que serão filtrados será determinada pelo tamanho do poro. Esse filtrado inicial será direcionado para a tubulação fora de especificação 46. À medida que a camada de incrustação se forma, no entanto, os contaminantes de menores dimensões serão filtrados e direcionados para a tubulação dentro de especificação 44. O filtrado flui para a porção central principal 78a da câmara de filtro, que é de modo geral referida como “coroa anular”. Este é o espaço entre os elementos 18a, e entre os elementos 18a e o alojamento 54a. O fluxo de filtrado a partir dos vários elementos de filtro 18a é, portanto, combinado na coroa anular 78a, e sai do módulo de filtro 12a através da saída 72a. A corrente de purga em fluxo transversal, no entanto, passa pelos vãos centrais 24a dos elementos de filtro 18a, e flui para fora das extremidades superiores 62a dos elementos de filtro para a porção de extremidade de câmara 74a. As correntes de purga a partir dos vários elementos de filtro 18a são, portanto, combinadas, e passam para fora do módulo de filtro 12a através da saída 70a.

[00122] O fluxo de fluido através do módulo 12a na direção de fluxo inverso é / 58 ilustrado na Figura 5. Neste caso, o fluido na corrente de alimentação 36 é direcionado para o módulo de filtro 12a através da entrada 68a, tal como indicado pela seta 20, e a entrada 66a é fechada. As válvulas que controlam o fluxo através das saídas 70a e 72a são dispostas de modo que o fluxo primário de fluido (de pelo menos cerca de 90 %) a partir do módulo de filtro 12a seja feito através da saída 70a, enquanto que a purga em fluxo transversal (de até cerca de 10 %) é feita através da saída 72a. O fluido na corrente de alimentação 20 é, portanto, direcionado para a coroa anular 78a e, uma vez que o fluxo primário é feito através da saída 70a, o fluido na corrente de alimentação flui pelas paredes 22a dos vários elementos de filtro 18a e para dentro dos vãos centrais 24a. Quanto à direção de fluxo direto, uma filtração inicial é determinada pelo tamanho de poro dos elementos de filtro, até o momento em que uma camada de incrustação se forma sobre as superfícies externas 32a dos elementos de filtro 18a. O filtrado flui através dos vãos centrais 24a e para dentro da porção de extremidade de câmara 74a, quando o fluxo de filtrado é combinado e flui para fora do módulo de filtro 12a através da saída 70a. O fluido que flui na corrente de purga em fluxo transversal passa através da coroa anular 78a, e sai do módulo de filtro 12a através da saída 72a. O fluxo de fluido é alterado entre as direções de fluxo direto e inverso conforme e quando desejado, tal como será descrito em mais detalhe abaixo.

[00123] Nos processos e sistemas de fluxo transversal da técnica anterior do tipo descrito acima, tem sido um objetivo específico evitar a formação de uma camada de incrustação sobre os elementos de filtro. Por conseguinte, nos processos / sistemas da técnica anterior, uma corrente de purga em fluxo transversal é tipicamente direcionada através dos elementos de filtro a uma velocidade relativamente elevada. Na presente invenção, os inventores reconhecem que a formação de uma camada de incrustação pode ser benéfica à efetiva filtração de contaminantes. Em particular, o tamanho de poro dos elementos de filtro 18a pode ser feito relativamente grande, na verdade, maior que as dimensões das gotículas / partículas que se deseja filtrar da corrente de alimentação. Isto provê um fluxo relativamente maior através do módulo de filtro 12a. A formação de uma camada de

37/58 incrustação também efetivamente resultará na filtração de gotículas / partículas do fluido na corrente de alimentação 36 que são de uma dimensão menor que o tamanho de poro dos elementos de filtro 18a. Em um aspecto da presente invenção, a formação de uma camada de incrustação é promovida ao se direcionar fluido na corrente de purga em fluxo transversal a uma velocidade não superior a cerca de 4 m/s. Isto se aplica particularmente aos fluidos aquosos. Além dos fatores específicos que são quantificados (velocidade, Número Reynolds, etc.), condições de fluxo gerais podem ser usadas (incluindo velocidade e nível de turbulência) a fim de promover a formação de uma camada de incrustação e inibir a remoção da camada de incrustação. De maneira similar, nos processos e sistemas da técnica anterior, foi especificamente desejado dispor o fluido que flui na corrente de purga em fluxo transversal de modo a fluir com um perfil de fluxo turbulento, a fim de inibir a formação de uma camada de incrustação. Os inventores reconhecem que é benéfico dispor a corrente de purga em fluxo transversal através dos elementos de filtro 18a de modo a fluir com um perfil de fluxo laminar, uma vez que isto promove a formação de uma camada de incrustação. Pelo menos para os fluidos aquosos, isto pode ser obtido ao se dispor o fluido de modo a fluir na corrente de purga em fluxo transversal de tal modo que o mesmo apresente um número Reynolds não superior a cerca de 2500.

[00124] Além disso, nos processos e sistemas da técnica anterior, foi especificamente desejado se manter a corrente de purga em fluxo transversal em uma proporção tão baixa quanto possível do volume total de fluido na corrente de alimentação (menor que 5 %, e tipicamente em torno de 1 %). O propósito deste recurso era maximizar o fluxo através do elemento de filtro e, portanto, sua vazão. Os inventores reconhecem que a direção de uma proporção relativamente maior de fluído na corrente de alimentação 36 ao longo da corrente de purga em fluxo transversal através dos elementos de filtro 18a, de tipicamente pelo menos cerca de 5 % do volume total de fluido na corrente de alimentação, é benéfica. Em particular, isto provê uma liberdade maior para “ajustar” o processo de filtração no sentido de se adequar aos requisitos particulares do método do que seria o caso nos processos

38/58 e sistemas da técnica anterior. Por exemplo, isto pode prover uma maior capacidade de se ajustar o método considerando as variações nas propriedades de fluido; as dimensões e o fluxo através do módulo de filtro 12a; e/ou nas propriedades dos contaminantes, tais como viscosidade e tamanho de partícula.

[00125] Além disso, nos processos e sistemas da técnica anterior, elementos de filtro compreendendo um tamanho de poro relativamente pequeno, tipicamente na faixa de 0.2 a 4 mícrons, e, com frequência, de 0.2 mícrons, foram utilizados. A filtração era por exclusão de tamanho, as gotículas / partículas separadas tendo tamanhos maiores que o tamanho de poro dos elementos de filtro. Além disso, e, tal como apresentado acima, foi especificamente ensinado que a formação de uma camada de incrustação deveria ser evitada. Os inventores reconhecem que a formação de uma camada de incrustação permite que os elementos de filtro 18a sejam empregados com maiores tamanhos de poro, resultando em um fluxo maior através do módulo de filtro 12a. Um tamanho de poro adequado não inferior a cerca de 4 mícrons foi identificado como sendo particularmente benéfico. O método empregando tais elementos de filtro 18a envolve o controle de um ou mais parâmetros da corrente de purga em fluxo transversal através dos elementos de filtro 18a no sentido de favorecer a promoção de uma camada de incrustação. Desta maneira, a filtragem de material contaminante é obtida por meio de uma combinação do próprio elemento de filtro (determinado pelo tamanho de poro) e a camada de incrustação.

[00126] Em seguida, com referência à Figura 6, é mostrado um diagrama em blocos ilustrando o funcionamento de uma planta de filtragem 100 de acordo com outra modalidade da presente invenção. A planta de filtragem 100 é uma planta de demonstração, construída e operada de acordo com os princípios acima descritos com relação à planta piloto 10 da Figura 1, com base nos resultados de teste derivados da planta piloto 10 (que será apresentada abaixo). Os componentes similares da planta de demonstração 100 e da planta piloto 10 das Figuras 1 a 5 compartilham os mesmos numerais de referência, aumentados em 100.

[00127] Nesse caso, a planta de demonstração 100 compreende dois conjuntos

39/58

179, 180 de módulos de filtro 112, cada conjunto compreendendo dois módulos. Os módulos receberam os numerais de referência 112 com a adição dos sufixos “a” a “d, respectivamente. Apenas o primeiro conjunto 179 será descrito em detalhe no presente documento.

[00128] Nesse caso, uma tubulação de fluxo na corrente de alimentação 138 supre o fluido na corrente de alimentação contendo contaminantes para ambos os conjuntos 179 e 180. As ramificações 83 e 84 se comunicam com a tubulação de fluxo na corrente de alimentação 138 para o suprimento de fluido para os respectivos conjuntos 179, 180. A ramificação 83 se divide nas tubulações de alimentação direta e inversa 85 e 86 para o suprimento do fluido na corrente de alimentação para os módulos 112a e 112b dependendo da direção de fluxo desejada. O fluxo através da tubulação de alimentação desejada 85, 86 é controlado pelas respectivas válvulas 87 e 88. As entradas 166a, 168a e as saídas 170a, 172a do módulo de filtro 112a são mostradas. A planta 100 compreende também uma tubulação de fluxo de filtrados 126, que provê uma saída comum para o filtrado de ambos os conjuntos 79, 80. A tubulação de fluxo de filtrados 126 se ramifica em tubulações dentro de especificação 144 e fora de especificação 146. O fluxo para a tubulação dentro de especificação ou fora de especificação 144, 146 é controlado pelas válvulas 89 e 90. As ramificações de filtrado 91 e 92 suprem fluido a partir dos conjuntos 179, 180, respectivamente, para dentro da tubulação de fluxo de filtrados 126. Mais uma vez, considerando apenas o conjunto 179, e em particular o módulo 112a, as tubulações de saída 93 e 94 direcionam o filtrado para a ramificação 91 e, assim em diante, para a tubulação de fluxo 126, dependendo se o fluxo está na direção direta ou na direção inversa. As tubulações de saída 93 e 94 podem também se comunicar com uma tubulação de purga por diluição 95, que recebe a purga em fluxo transversal. O fluxo de fluido para dentro da tubulação de fluxo de filtrados 126 ou da tubulação de purga por diluição 95 é controlado pelos pares de válvula 96, 97 e 98, 99.

[00129] O funcionamento da planta de filtragem 100, em particular do módulo de filtro 112a do conjunto 179, é como se segue. Na direção de fluxo direto, a

40/58 válvula 88 é fechada e a válvula 87 é aberta, de modo que o fluido na corrente de alimentação seja direcionado a partir da ramificação 83 para a tubulação de alimentação direta 85. O fluido na corrente de alimentação, portanto, entra no módulo de filtro 112a através da entrada 166a e flui através dos elementos de filtro (não mostrados) contidos na câmara de filtro 114a. O filtrado sai da câmara de filtro 114a através da saída 172a, e passa para a tubulação de saída 93. Uma purga em fluxo transversal através dos elementos de filtro sai da câmara de filtro 141a através da saída 170a e flui para a tubulação de saída 94. O fluxo através das saídas 170a (de purga em fluxo transversal) e 172a (de filtrado) é controlado pelas válvulas 96 a 99. Em termos específicos, no fluxo direto, a válvula 96 é aberta e a válvula 97 fechada. Desta maneira, o filtrado que sai da câmara de filtro 114a através da saída 172a flui para a tubulação de saída 93, através da válvula 96 e, em última instância, para a tubulação de fluxo de filtrado 126. A válvula 98 é fechada e a válvula 99 aberta, de modo que o fluido de purga em fluxo transversal na tubulação de saída 94 flua para dentro da tubulação de purga por diluição 95. A proporção de filtrado e de purga em fluxo transversal é medida ao se controlar as posições das válvulas 31 e 32. De maneira alternativa, a proporção de filtrado e de purga em fluxo transversal pode ser medida por meio do controle da posição de atuação dos elementos de válvula (não mostrados) das válvulas 96 e 99.

[00130] Na direção de fluxo inverso, a válvula 87 é fechada e a válvula 86 aberta, de modo que o fluido na corrente de alimentação entre na câmara 114a através da entrada 168a. O filtrado, em seguida, sai da câmara 114a através da saída 170a, e a purga em fluxo transversal sai da câmara através da saída 172a. A válvula 96 é agora fechada e a válvula 97 aberta, de modo que o filtrado passe da tubulação de saída 94 adiante para a tubulação de fluxo de filtrados 126, A válvula 99 é fechada e a válvula 98 aberta, de modo que a purga em fluxo transversal seja direcionada para dentro da tubulação de purga por diluição 95 através da válvula 98. Existe um ciclo de despejo para o fluxo em ambas as direções de fluxo direto e inverso. No primeiro estágio, após a inversão do fluxo, o fluido é passado para a tubulação fora de especificação 46. Após o fluxo contínuo na dita direção e a / 58 formação de uma camada de incrustação, o filtrado 27 é direcionado para a tubulação dentro de especificação 44, determinado de acordo com o parâmetro medido (ou período de tempo).

[00131] A planta de filtragem 100 compreende também uma tubulação de drenagem 11. Quando requerido, a limpeza no local (CIP) dos elementos de filtro dos vários módulos 112 pode ser feita, utilizando um fluido de limpeza com aditivos químicos apropriados. Um tanque de limpeza CIP 13 contém o fluido de limpeza, que pode ser bombeado para os vários módulos de filtro 112 quando necessário. Um monitor de concentração de óleo (OCM) 152 é provido, que se comunica com a tubulação de fluxo de filtrados 126 por meio de uma tubulação de monitor OCM 15 e a válvula 17. Uma tubulação de entrada de calibração de água limpa 19 é provida para o suprimento de água limpa, para fins de calibração. Uma bomba primária 21 supre o fluido na corrente de alimentação para os conjuntos 179 e 180. Uma bomba secundária 23 se comunica com o tanque de limpeza CIP 13, e supre um fluido de limpeza para os conjuntos 79, 80 quando necessário. A operação de limpeza CIP pode ser feita com o fluxo do fluido de limpeza nas direções de fluxo direto e inverso. Será apreciado que várias outras válvulas são providas para o controle do fluxo de fluido através da planta de filtragem 100, dependendo se o fluxo é na direção direta ou na direção inversa; se a limpeza CIP está sendo realizada; e/ou para a execução de outras etapas desejadas no processo de filtração. Essas válvulas não serão descritas no presente documento em detalhe, porém são mostradas no diagrama em blocos. A pessoa versada na técnica prontamente entenderá como as diversas válvulas são operadas no sentido de controlar o fluxo.

[00132] Em seguida, com referência às Figuras 7, 8 e 9, são mostradas vistas frontal, em planta e de extremidade, respectivamente, de uma parte de uma planta de filtragem em escala completa 200 de acordo com outra modalidade da presente invenção. A planta de filtragem 200 é construída e operada de acordo com os princípios acima descritos com relação às estações piloto e de demonstração 10, 100 das Figuras 1 e 6, com base nos resultados de teste derivados das estações piloto e de demonstração (que serão descritas abaixo). Os componentes similares

42/58 da planta 200 aos da planta 10 da Figura 1 e da planta 100 da Figura 6 compartilham os mesmos numerais de referência, incrementados em 200 e 100, respectivamente.

[00133] Uma unidade 25 da planta de filtragem 200 é mostrada, e compreende quatro conjuntos 279, 280, 281 e 282 de módulos de filtro, cada conjunto compreendendo três módulos de filtro 212. Nessa modalidade, cada módulo de filtro 212 inclui vinte elementos de filtro (não mostrados). Os módulos de filtro 212 recebem os sufixos a a I, conforme apropriado. A planta de filtragem é modular e pode compreender qualquer número desejado de tais unidades 25. A fim de reduzir a pegada da planta 200, os módulos 212 podem ser empilhados verticalmente, em estações maiores. A planta em escala completa 200 é modular, consistindo de unidades padrão montadas sobre plataformas 25, cada qual contendo vinte módulos de membrana 212, e com uma capacidade entre 300 e 1500 m³/h, dependendo do nível de óleo final desejado, o tipo de membrana instalada, a composição de corrente de alimentação e outras variáveis de processo. A disposição geral para uma unidade de vinte módulos 25 é mostrada nas Figuras. A pegada, na modalidade ilustrada, é de cerca de 2.5 m x 8.5 m se os módulos 212 forem empilhados tal como mostrado, de modo a resultar em uma altura de cerca de 5.8 m. Uma planta projetada para uma capacidade de 1200 m³/h, por exemplo, conteria três ou quatro dessas unidades padrão 25. Quatro unidades 25 seriam necessárias para um desenho conservador, com o fluxo mais baixo a partir das medições da planta de demonstração, a fim de resultar em um nível de óleo inferior a 10 mg/l.

[00134] Em seguida, com referência às Figuras 10 e 11, são mostradas vistas em seção transversal esquemáticas de um módulo de filtro de acordo com outra modalidade da presente invenção, o módulo de filtro indicado de modo geral com o numeral de referência 312. O módulo de filtro faz parte de uma planta de filtragem (não mostrada), tal como a planta ilustrada na Figura 1, na qual um número de módulos 312 seria provido no lugar dos módulos 12. Os componentes similares do módulo 312 com relação ao módulo 12 das Figuras 1 a 5 compartilham os mesmos numerais de referência, incrementados em 300.

43/58 [00135] As Figuras 10 e 11 ilustram diferentes direções de fluxo de fluido através do módulo 312 em um método de filtragem de contaminantes da presente invenção, a Figura 10 mostrando uma direção de fluxo direto e a Figura 11 uma direção de fluxo inverso, O módulo de filtro 312 compreende pelo menos um elemento de filtro e, na modalidade ilustrada, compreende cinco desses elementos de filtro 318. Nessa modalidade, os elementos de filtro 318 são da forma de chapas de modo geral planas. O módulo 312 define uma câmara de filtro 314 contendo os elementos de filtro 318, e tem um número de orifícios de fluxo primários 67a e 67b, que podem ser dispostos de modo a direcionar o fluido na corrente de alimentação para dentro da câmara 314 ou o filtrado para fora da câmara, tal como será descrito abaixo. O módulo 312 tem também um número de orifícios de fluxo secundários 69a e 69b que podem ser fechados ou abertos de modo a permitir um fluxo de corrente de purga.

[00136] Tal como se pode observar a partir das Figuras, os elementos de filtro 318 são dispostos de modo que os mesmos definam um número de canais de fluxo 378, que são para o fluxo do fluido de purga através da câmara 314, tal como será descrito abaixo.

[00137] Na direção de fluxo direto da Figura 10, o fluido na corrente de alimentação 320 é direcionado para a câmara 314 através dos orifícios de fluxo primários 67a. O fluido na corrente de alimentação 320 passa pelas paredes 322 de cada elemento de filtro 318 na direção de um orifício de fluxo primário 67b, de modo que os contaminantes sejam filtrados durante sua passagem através dos elementos de filtro 318.

[00138] O fluxo pelas paredes dos elementos de filtro 318 pode ser nas direções ascendente ou descendente no desenho, ou seja, através de ambos os elementos de filtro que definem o canal para o qual a alimentação flui a partir de cada um dos orifícios 67a.

[00139] O filtrado sai da câmara de filtro 314 através dos orifícios de fluxo primários 67b. Embora seja feita referência ao fluxo ascendente / descendente do filtrado 320, deve-se entender que isto irá depender da orientação do módulo de

44/58 filtro 312. Durante o fluxo na direção direta, as saídas secundárias 69b são abertas (ou parcialmente abertas, conforme apropriado) de modo a permitir que uma proporção do fluido na corrente de alimentação 320 possa fluir em uma corrente de purga em fluxo transversal através das passagens 378. Tal como acima, a proporção é controlada no sentido de promover a formação de uma camada de incrustação. As saídas secundárias 69a ficam fechadas nesse momento.

[00140] O fluido na corrente de alimentação 320 pode também ser direcionado através do módulo de filtro 312 em uma direção de fluxo inverso, tal como mostrado na Figura 11. Tal como acima, isto pode ser desejado no sentido de limpar as camadas de incrustação que se formam sobre a primeira superfície ou superfície superior 330 dos elementos de filtro 312 durante o fluxo na direção direta. Na direção de fluxo inverso, o fluido na corrente de alimentação 320 é direcionado para a câmara 314 através dos orifícios de fluxo primários 67b. O fluido na corrente de alimentação 320 passa pelas paredes 322 de cada elemento de filtro 318 nas direções ascendente ou descendente no desenho, para um orifício de fluxo primário 67a, de modo que os contaminantes sejam filtrados durante sua passagem através dos elementos de filtro 318. O filtrado sai da câmara de filtro 314 através dos orifícios de fluxo primários 67a. Mais uma vez, embora seja feita referência ao fluxo ascendente / descendente do filtrado 320, deve-se entender que isto irá depender da orientação do módulo de filtro 312. Durante o fluxo na direção inversa, as saídas secundárias 69a são abertas (ou parcialmente abertas, conforme apropriado) de modo a permitir que uma proporção do fluido na corrente de alimentação 320 possa fluir em uma corrente de purga em fluxo transversal através das passagens 378. Mais uma vez, a proporção é controlada a fim de promover a formação de uma camada de incrustação. As saídas secundárias 69b são fechadas nesse momento.

[00141] A partir do explicado acima, deve-se entender que os canais 378 são, alternativamente, canais de purga e de filtrados. Na Figura 10, os canais 378 que saem para os orifícios 69b são os canais de purga, enquanto que os canais 378 que saem para os orifícios 67b são os canais de filtrado. Na Figura 11, os canais 378 que saem para os orifícios 69a são os canais de purga, enquanto que os canais 378 que / 58 saem para os orifícios 67a são os canais de filtrado.

[00142] Quando necessário, o fluxo pode ser alterado novamente para a direção de fluxo direto a fim de limpar as camadas de incrustação formadas sobre as segundas superfícies ou superfícies inferiores 332 dos elementos de filtro 312 durante o fluxo na direção inversa. Uma outra mudança pode ser feita, conforme requerido, seguindo os princípios acima descritos com relação às Figuras 1 a 9, e um ciclo de despejo realizado.

[00143] Serão apresentadas a seguir observações gerais a respeito da construção e funcionamento das estações piloto, de demonstração e de escala completa 10, 100 e 200.

[00144] Nas estações 10, 100 e 200, a separação de óleo e pós de minério da água de corrente de alimentação é obtida ao se passar a água através da parede de um elemento de membrana cerâmica (por exemplo, um cilindro aberto). Toda a água na corrente de alimentação pode ser passada através da parede do elemento de membrana, em um processo de filtração convencional. No entanto, o elemento de membrana pode ser parcialmente restrito em uma extremidade de modo que a maior parte da água flua através das paredes, e uma parte flua em uma corrente de purga em fluxo transversal. Pode ser preferível direcionar pelo menos 5 %, opcionalmente entre 5 % e 10 % ou mais, da água na corrente de alimentação em uma corrente de purga em fluxo transversal. Um conjunto de elementos de membrana é montado em um módulo (de tipicamente dezenove ou vinte membranas, mas isto pode variar de acordo com o desenho particular). O módulo é configurado de modo que a água flua em uma das duas direções (controlado por válvulas apropriadas). Na primeira direção (direta) de fluxo, a água que entra no módulo flui para os vãos centrais dos elementos cilíndricos, pelas paredes, e para fora na direção da coroa anular de cada elemento. Os fluxos nas coroas anulares dos elementos são combinados dentro do módulo, e passam para fora do módulo como a corrente de “filtrado”. Esta é a água de alimentação a partir da qual os óleos e os pós de minério são removidos (filtrados) pelas paredes dos elementos. Deve-se notar, no entanto, que a camada de incrustação pode penetrar nas camadas de superfície até certo grau, de tal modo

46/58 que o efeito da filtração não seja apenas um efeito de superfície.

[00145] Uma pequena proporção da água de alimentação para cada elemento (de modo geral de acima de zero a 10 %, porém superior a 10 % em alguns casos) pode ser disposta de modo que a mesma não passe pelas paredes, mas passe reto através do vão central e para fora do elemento. Isto é a “purga em fluxo transversal através do elemento de membrana. As correntes de purga em fluxo transversal a partir de cada elemento são coletadas e combinadas dentro do módulo e passam para fora do módulo como uma corrente chamada o “concentrado”. O óleo e os pós de minério que são separados da água pelos elementos de membrana são coletados na corrente de concentrado, em uma concentração muito maior do que na corrente de alimentação para o módulo.

[00146] Na segunda direção de fluxo (inversa), a água que entra no módulo flui para as coroas anulares em torno dos elementos de membrana, pelas paredes dos elementos, e para dentro dos vãos centrais. As correntes a partir dos vãos centrais são combinadas e passam para fora do módulo como a corrente de filtrado para a direção inversa de fluxo. Uma pequena proporção da água (0.5 - 10 %) pode ser disposta de modo que a mesma não passe pelas paredes, mas sim passe através das coroas anulares dos elementos. Isto é a purga em fluxo transversal para a direção inversa de fluxo. As purgas em fluxo transversal são combinadas dentro do módulo e passam para fora do módulo como a corrente de concentrado para a direção inversa de fluxo.

[00147] O tamanho de poro do elemento de membrana é tipicamente de 1 a 30 microns (um trabalho de análise foi realizado usando elementos de membrana de 15 microns), e é de preferência de pelo menos cerca de 4 microns. O tamanho de poro pode ser maior que os tamanhos das gotículas de óleo e dos pós de minério que são removidos (por exemplo, as gotículas e os pós de minério que são de um tamanho de 1 micron podem ser removidos pelos elementos com um tamanho de poro de 15 microns). A filtração é obtida por meio de dois mecanismos: (1) a rejeição física das gotículas e pós de minério que são maiores que os poros da membrana; (2) a formação de uma camada de incrustação sobre a superfície de membrana, o que

47/58 causa a rejeição das gotículas e pós de minério que são menores que o tamanho de poro.

[00148] A direção de fluxo da corrente de alimentação para o módulo é alterada sequencialmente entre as direções direta e inversa. O tratamento é feito através da seguinte sequência: a água de alimentação entra no módulo que é definido para o fluxo direto. À medida que a água passa pelos elementos de membrana, uma camada de “incrustação” de óleo e pós de minério se forma sobre a superfície da parede de membrana. A camada de incrustação se forma independentemente do tamanho das gotículas e pós de minério, mesmo quando os tamanhos são menores que o tamanho de poro da membrana. Não é necessário que pós de minério estejam presentes na alimentação; um óleo sozinho poderá formar a camada. A filtração de gotículas / pós de minério de tamanhos maiores que os poros da membrana acontece imediatamente. A filtração de gotículas / pós de minério que são menores que o tamanho de poro acontece quando a camada de incrustação é formada.

[00149] O filtrado é monitorado e é automaticamente passado para uma corrente de descarga “fora de especificação” até que a camada de incrustação se forme e ofereça o grau de tratamento necessário. A corrente fora de especificação é geralmente orientada novamente para o suprimento de alimentação. Quando a camada de incrustação se forma suficientemente de modo que o tratamento requerido seja obtido, o filtrado é passado para a descarga “dentro de especificação”. O tempo para a camada de incrustação se formar é tipicamente entre 5 segundos e 2 minutos. O grau de tratamento requerido é geralmente definido em termos do nível de óleo suspenso (disperso) no filtrado, que é automaticamente medido; contudo a necessidade de tratamento pode ser definida de outras maneiras de acordo com a aplicação, tal como as concentrações de pós de minério ou dos componentes específicos no filtrado. A filtração, em seguida, continua na direção de fluxo direto. O filtrado é descarregado através da tubulação dentro de especificação (a descarga para a água tratada), [00150] A corrente de purga em fluxo transversal (corrente de concentrado) é geralmente retornada para o suprimento de alimentação, mas pode ser separada no

48/58 sentido de recuperar o óleo. À medida que a filtração continua, a taxa de escoamento através da membrana (o “fluxo”) geralmente diminui, uma vez que a camada de incrustação se torna mais espessa. Quando o fluxo cai a um valor predeterminado ou após um intervalo de tempo predeterminado, a direção de fluxo é modificada da direta para a inversa. Quando o fluxo é invertido, a camada de incrustação sobre a parede de membrana é removida pelo fluxo de água invertido, e é lavada do módulo durante um “ciclo de despejo”. Neste ciclo, a corrente de filtrado para a direção inversa de fluxo é passada para a descarga fora de especificação. A duração do ciclo de despejo é tipicamente entre 5 segundos e 10 minutos, dependendo das propriedades da água de alimentação.

[00151] Durante o ciclo de despejo, uma nova camada de incrustação se forma sobre a parede externa (lado da coroa anular) do elemento de membrana. A filtração inversa continua após o ciclo de despejo. Quando a camada de incrustação se forma suficientemente de modo a atingir o grau necessário de tratamento (que pode ser durante o ciclo de despejo ou durante um período após o ciclo de despejo), o fluxo de filtrado é alterado da descarga fora de especificação para a descarga dentro de especificação. O tratamento no modo de filtração inversa continua por um período de tempo predeterminado ou até que o fluxo no fluxo inverso caia para um valor predeterminado. A direção de fluxo é, nesse caso, alterada novamente para o fluxo direto, e a sequência de eventos acima descrita é repetida. A filtração, em seguida, continua com uma inversão sequencial automática entre as direções de fluxo direto e inverso.

[00152] Depois de a planta operar em vários ciclos direto e inverso, em alguns casos, o fluxo não volta para um valor aceitável após a inversão na direção de fluxo. Quando isto acontece, uma operação automática de limpeza no local (CIP) é realizada. O módulo é executado fora de linha e submetido a um dentre mais ciclos direto e inverso usando um fluido de limpeza no lugar da água de alimentação (o fluido de limpeza pode ser água limpa, ou um detergente ou solução cáustica ou uma porção do filtrado tratado). A finalidade distorção é remover as camadas de incrustação sobre as superfícies interna e externa dos elementos de membrana, que / 58 na ocasião poderão não ser completamente removidas pelos ciclos de despejo nas direções direta e inversa. A operação de limpeza CIP restaura o fluxo a um valor aceitável. Módulos individuais são geralmente retirados de linha sequencialmente para limpeza CIP, de modo que os demais módulos continuem processando a água de alimentação; portanto, não ocorre nenhuma interrupção no tratamento. O grau de tratamento, a taxa de escoamento de filtrado e as taxas de escoamento de concentrados e a frequência da limpeza CIP são determinados pelos seguintes parâmetros operacionais: o tipo selecionado de elemento de membrana (tamanho de poro); a duração dos ciclos direto, inverso e de despejo, a taxa de escoamento de purga em fluxo transversal e a pressão trans-membrana (ou seja, a queda de pressão através dos elementos de membrana). O processo é otimizado por meio do ajuste desses parâmetros para cada tipo de água de alimentação. O processo é desenvolvido usando membranas cerâmicas fornecidas por um fabricante em particular, contudo os princípios são independentes da membrana do fabricante em particular. O processo tem uma utilidade específica no campo da indústria de exploração e produção de óleo e gás, mas podería ser estendido no sentido de incluir o tratamento de água ou outros tipos de fluido em outras indústrias. Características significantes do processo são como se segue.

[00153] Filtração pelos elementos de membrana em ambas as direções de fluxo direto e inverso (filtração por meio de fluxo externo a partir do vão, e fluxo interno a partir da coroa anular).

[00154] Filtração pelos efeitos combinados do tamanho de poro (para a separação de gotículas / partículas maiores) e a formação de uma camada de incrustação reversível para a remoção de gotículas e pós de minério com tamanhos menores que o do poro da membrana.

[00155] Inversão sequencial da direção de fluxo no sentido de periodicamente remover a camada de incrustação, e, deste modo, manter um alto fluxo geral. Isto é um avanço em comparação com os processos de filtração do tipo “dead-end” convencional, nos quais o sistema de filtração é executado fora de linha para lavagem ou onde filtros descartáveis são usados.

50/58 [00156] O uso de uma corrente de purga em fluxo transversal, a uma baixa taxa de escoamento, que controla a concentração de óleo / pós de minério nos módulos de membrana (no vão ou na coroa anular para as direções direta e inversa, respectivamente).

[00157] O controle do nível de óleo no concentrado aumenta a eficiência da filtração; quando a concentração é aumentada a um valor bem alto, e, nesse caso, o nível de óleo no filtrado aumenta.

[00158] O uso de uma baixa taxa de escoamento de purga em fluxo transversal, de modo que a velocidade de fluxo transversal não fica tal alta ao ponto de impedir a formação da camada de incrustação. A baixa taxa de fluxo transversal também reduz o tamanho da bomba e isto reduz o custo operacional do processo em comparação com os processos de filtração de fluxo transversal convencionais. Na microfiltração de fluxo transversal, a taxa de escoamento (velocidade de fluxo transversal) é alta, uma vez que o princípio do processo é impedir a formação de uma camada de incrustação (já que esses são processos de filtração por exclusão de tamanho). O processo da presente invenção facilita o uso de membranas com tamanhos de poro maiores que os tamanhos das gotículas e pós de minério que podem ser removidos. Isto oferece os seguintes benefícios.

[00159] O fluxo é alto em comparação com os processos de filtração que se baseiam na exclusão por tamanho, tais como a microfiltração de fluxo transversal (ou seja, poros menores que as gotículas / partículas que são removidas). O fluxo na microfiltração de fluxo transversal é tipicamente de 200 - 400 l/m²/h, em comparação com 800 - 2000 l/m²/h para o processo da presente invenção. O processo, portanto, tem uma área de membrana menor para uma dada capacidade (taxa de filtração), sendo assim o custo da planta e o tamanho da planta são reduzidos.

[00160] Uma vez que os poros da membrana são maiores que o tamanho submícron e micron das partículas sólidas (pós de minério), isto impede a incrustação irreversível da membrana (particularmente incrustação dentro da matriz de membrana, em vez de camada de incrustação na superfície). A incrustação irreversível não podería ser removida pelas operações de inversão de fluxo ou de / 58 limpeza CIP. A incrustação irreversível é um problema com outros processos de filtração que não fazem uso de uma camada de incrustação (tal como a microfiltração de fluxo transversal).

[00161] O uso de inversão de fluxo sequencial para regenerar as membranas (remover a camada de incrustação) significa que o processamento é contínuo, com apenas uma curta interrupção durante o ciclo de despejo.

[00162] A operação de limpeza CIP sequencial, colocando os módulos fora de linha em sequência, permite que o processamento continue sem interrupção.

[00163] O uso de membranas cerâmicas para o sistema em vez de membranas poliméricas convencionais torna o processo resistente à incrustação irreversível por altos níveis de óleo. Por exemplo, as membranas cerâmicas podem ser restauradas pela operação de limpeza CIP normal quando óleo cru puro entra na planta. No entanto, o princípio de operação do processo e seus benefícios associados são os mesmos que os dos sistemas de membrana polimérica, nos casos em que a incrustação irreversível por óleo não vem a ser um risco.

Resultados de teste - fundamentos [00164] A planta piloto de escala laboratorial 10 foi construída de acordo com os princípios descritos acima com relação às Figuras 1 a 5. A planta foi operada a taxas de escoamento entre 3 a 1000 litros / hora com uma gama de elementos de membrana cera (filtro) 18. Os tipos de membrana mais apropriados foram selecionados a partir desses estudos e os principais parâmetros de processo foram otimizados. O trabalho foi executado usando misturas de hidrocarboneto sintético / água que foram preparadas de modo a simular a composição química e a distância de tamanho de gotícula das águas produzidas em campos petrolíferos típicos. A planta piloto não pode ser operada exatamente da mesma maneira que uma planta de escala completa, uma vez que uma quantidade suficiente de água de teste não se encontrava disponível para os testes; as medições experimentais foram, portanto, suplementadas com estudos de modelação a fim de estimar o desempenho da planta de escala completa. Os testes de planta piloto mostraram que o nível de óleo disperso pode ser reduzido dos níveis iniciais de 500 mg/l para entre 5 e 15 mg/l

52/58 (dependendo das condições operacionais). As amostras de água produzida sintética apresentaram níveis totais de óleo disperso de 500 mg/l com um tamanho médio de óleo - goticula (em número) de 2 pm. Os fluxos para o tipo de membrana selecionada variaram de 9000 lm'²iT¹ (inicialmente) a 2000 lm'²h'¹ em saturação (em comparação com os típicos fluxos de 200 a 350 lm‘²h'¹ para as membranas de fluxo transversal que obtêm uma remoção de óleo comparável).

[00165] A ampliação da planta é relativamente simples, uma vez que o processo é modular, e a planta piloto foi construída com os mesmos elementos de membrana (filtro) que os usados na planta de escala completa. No entanto, uma área de incerteza diz respeito às propriedades da água produzida sintética em comparação com as amostras reais, particularmente com relação á presença de hidrocarbonetos de maior peso molecular (>C₄o) e as propriedades do tensoativo da água produzida.

[00166] Os dados obtidos a partir das medições da planta piloto foram usados para preparar o desenho para uma planta de demonstração de grande escala 100, construída de acordo com os princípios acima descritos com relação à Figura 6, e dimensionada para uma capacidade de até 100 m³/h com água.

[00167] Os resultados dos testes da planta de demonstração mostraram que a remoção de óleo foi um pouco melhor que a obtida a partir dos testes da planta piloto, com níveis finais típicos abaixo de 10 mg/l, mas os fluxos finais (saturação) foram ligeiramente mais baixos de 1250 a 1700 lm'²h'¹. Isto pode ter sido devido à presença de hidrocarbonetos C₂o- C₄o na água, o que indica os benefícios de algum pré-tratamento; contudo os fluxos mais baixos podem também ser devidos à presença de porções intermitentes de óleo no suprimento.

[00168] Com base nos dados obtidos a partir das medições de planta de demonstração, desenhos comparativos de planta de escala completa foram preparados, que mostram que a área de membrana é mais baixa que para as membranas de fluxo transversal convencionais da técnica anterior em um fator de cerca de 4 - 9, com um custo de planta correspondentemente mais baixo. O custo operacional é também mais baixo em um fator de 5 em função dos menores custos

53/58 de bombeamento. A pegada da planta é também em torno de 50 % da pegada para uma planta de fluxo transversal convencional.

[00169] O processo da presente invenção é um processo de filtração de fluxo transversal e convencional híbrido usando membranas cerâmicas de microfiltração. Os hidrocarbonetos e os sólidos dispersos são removidos por meio da ação combinada da membrana cerâmica e também, em comum com muitos outros processos de filtração, a camada de incrustação. A membrana e o modo operacional são desenvolvidos de modo que os efeitos combinados da membrana e da camada de incrustação obtenham o grau desejado de tratamento dentro de cerca de 60 a 100 segundos do início da operação com uma membrana limpa.

Estudos de planta piloto [00170] Tal como explicado, um esboço para a planta piloto 10 é mostrado na Figura 1. O esquema de fluxo é essencialmente igual ao do sistema de filtração convencional, mas com um sistema de válvulas adicional a fim de incluir as características de fluxo transversal. As dimensões dos módulos de membrana 12 variaram de 40 mm de diâmetro x 700 mm a 100 mm de diâmetro x 1200 mm, dependendo do tipo de membrana. Os elementos de membrana 18 na planta piloto foram os mesmos que os usados na planta de demonstração.

[00171] O óleo disperso na corrente de água tratada foi medido usando um monitor em linha de óleo em água (índice refrativo) 52. Análises de hidrocarboneto na água de alimentação e na água tratada foram também realizados por meio de cromatografia gás - líquido usando uma coluna capilar de 60 m (carbowax) e detecção de ionização de chama.

[00172] A planta piloto 10 foi operada no sentido de investigar o efeito de variação dos principais parâmetros de processo no nível de óleo final e no fluxo de membrana, e otimizar esses parâmetros com relação à capacidade de tratamento e à qualidade da água tratada. Os principais parâmetros foram a taxa de escoamento de alimentação, a pressão trans-membrana, a taxa de fluxo transversal, e a frequência de lavagem inversa (também referida como o ciclo de despejo acima).

[00173] Amostras de água produzida foram preparadas no sentido de resultar

54/58 uma concentração total de óleo de 500 mg/l em água contendo 1 % de cloreto de sódio. Vários métodos foram investigados no sentido de preparar uma distribuição representativa de tamanhos de gotícula, incluindo agitação e bombeamento de alto cisalhamento. Foi observado que uma bomba centrífuga de alta velocidade preparou a distribuição mais representativa, com um tamanho de gotícula média para a extremidade mais baixa da faixa registrada para óleo em água produzida. O tamanho médio de gotícula por número foi de 2.07 pm. Para fins de comparação, as distribuições de tamanho de gotícula foram determinadas para uma amostra de água produzida de uma instalação petrolífera interior. O tamanho médio por número foi de 2.62 pm, ligeiramente maior que a amostra sintética, e a concentração de óleo foi de 266 mg/l. A dispersão de óleo foi preparada usando a bomba centrífuga de alta velocidade para todos os testes de planta piloto, uma vez que isto proveu o teste mais exigente do processo.

[00174] Os resultados típicos da planta piloto para dois tipos de membrana que foram considerados são mostrados nas Figuras 12 e 13, que mostram o fluxo da membrana operacional e o nível de óleo na água produzida tratada ao longo do tempo e como uma função da pressão trans-membrana. O primeiro tipo de membrana (Figura 12) atingiu um nível de óleo final abaixo de 5 mg/l em um fluxo variando de 800 a 200 l/m²/h. O segundo tipo de membrana (Figura 13) atingiu níveis de óleo final de 5 mg/l a 15 mg/l (dependendo dos parâmetros operacionais), com fluxos baixando dos valores iniciais de 9000 para cerca de 2000 l/m²/h em saturação.

Estudos da planta de demonstração [00175] A planta de demonstração 100 foi projetada com base nos principais parâmetros de desenho determinados a partir das medições da planta piloto 10. A planta foi projetada para uma capacidade, com água, de até 100 m³/h, e para uma operação semi-automática. A bomba de alimentação gera uma pressão de 2.5 bars, e a planta é desenhada para uma pressão trans-membrana de 0.2 a 2.5 bars. A pressão operacional máxima da planta é de 10 bars, o que possibilita, para um suprimento de água produzida, pressões de zero a 7.5 bars. A planta contém quatro

55/58 módulos de membrana com área total de membrana de 10 m².

[00176] O suprimento de água produzida foi inicialmente retirado de uma tubulação de transferência de um separador óleo - água para o tanque de armazenamento de água produzida (antes da re-injeção). Esta corrente também conteve o subfluxo de água de um aquecedor de óleo. Foram encontradas dificuldades com porções de óleo na água produzida resultante das falhas de processo a montante. Foram feitas tentativas no sentido de evitar que porções de óleo entrem na planta ao interromper o subfluxo do aquecedor. No entanto, isto não eliminou as porções. Embora as porções impeçam uma operação contínua da planta, os testes demonstraram de fato que as membranas podem tolerar óleo limpo e podem ser facilmente regeneradas por meio do uso do procedimento de limpeza no local. Estas são importantes vantagens sobre as tecnologias de membrana polimérica da técnica anterior.

[00177] A configuração do processo foi alterada de modo que o suprimento de água produzida para a planta 200 fosse tirado de um tanque de armazenamento de re-injeção. Isto reduziu o risco de porções de óleo e permitiu à planta funcionar por períodos estendidos. Os principais parâmetros de processo foram ajustados de modo a otimizar o processo, e quantificar o desempenho de processo com relação ao nível de óleo na água produzida tratada, ao fluxo máximo, aos tempos de ciclo, aos intervalos de limpeza, como também outros parâmetros operacionais.

[00178] Os resultados típicos para as operações diárias no conjunto otimizado de condições são mostrados na Figura 14. Os gráficos mostram o nível de óleo disperso na água tratada retornada para os tanques de armazenamento de água produzida. Os resultados são mostrados para duas pressões trans-membranas (TMPs): pode ser observado que pressões TMPs mais baixas resultam em um nível mais baixo de óleo final, no entanto o fluxo de membrana diminui à medida que a pressão TMP é baixada.

[00179] Os resultados mostram que a planta de demonstração 100 atingiu níveis ligeiramente melhores de óleo final que os que foram determinados a partir das medições da planta piloto 10. O nível mais baixo de óleo obtido foi de 6 mg/l, e

56/58 os níveis foram tipicamente mais baixos que 10 mg/l na pressão TMP mais baixa. Os níveis de óleo de entrada foram tipicamente entre 60 e 100 mg/l, com picos de até 250 mg/l e porções de óleo ocasionais. O aperfeiçoamento observado na remoção de óleo pela planta de demonstração é provavelmente uma consequência do nível mais baixo de óleo na alimentação, em média, em comparação com o efluente sintético que foi usado para os testes da planta piloto.

[00180] Os fluxos de membrana na planta de demonstração foram considerados como um pouco mais fracos que os previstos a partir do estudo da planta piloto e dos cálculos de modelação. No entanto, os fluxos foram mais altos em um fator de 4 a 9 do que nos processos de microfiltração de fluxo transversal da técnica anterior. Uma dificuldade foi encontrada durante os testes de longo prazo, uma vez que falhas de processo a montante ainda resultaram em porções ocasionais de óleo e níveis periódicos de óleo de entrada muito altos. O processo da presente invenção pode, portanto, ser capaz de um fluxo maior com um suprimento estável de água produzida e a ausência de porções de óleo.

[00181] Em seguida, foram realizados os testes de planta de demonstração com água produzida em taxas de escoamento de até 100 m3/hora. Os testes provaram a eficiência do processo acima em níveis de óleo de corrente de alimentação de até 1000 ppm, níveis de sólidos de até 100 ppm, com tamanhos de gotícula e de partícula de 1 micron a 100 microns, e gravidades API de óleo de 14 e 36. As taxas de escoamento obtidas a partir desses estudos foram mais altas, de até 2500 l/m2/h. Níveis de óleo no filtrado inferiores a 10 ppm e níveis de sólidos inferiores a 10 ppm foram consistentemente obtidos durante esses estudos.

Desenho da planta em escala completa e dados econômicos [00182] Desenhos de processo e de planta para a planta em escala completa 200 (Figuras 7 a 9) foram preparados usando os resultados dos estudos da planta de demonstração 100 (Figura 6), para uma faixa de casos de desenho de 300 m³/h a 2400 m³/h. A escalação a partir dos dados de planta de demonstração 100 para plantas de maior escala é simples, uma vez que os mesmos módulos de membrana são usados em todas as escalas. O volume do custo de investimento nas plantas de

57/58 fluxo transversal da técnica anterior é o custo dos módulos de membrana; a área de membrana menor que é requerida para o processo da presente invenção se reflete, portanto, nos custos de planta antecipados. Custos comparativos para o processo da presente invenção (“processo SRCF”), e para os processos de fluxo transversal da técnica anterior, são mostrados na tabela abaixo, para o caso de 1200 m³/h.

	Custo capital £M	Custo operacional £m³	Pegada da planta 2 m
Microfiltração de fluxo	19.0	1.73	288
transversal	3.42	0.32	180
Processo SRCF

[00183] O único maior componente do custo operacional para ambos os processos é a necessidade de energia para uma bomba de re-circulação. Uma vez que a velocidade de fluxo transversal é mais baixa para o processo da presente invenção, a força de bombeamento é mais baixa, e isto se reflete na tabela.

[00184] Várias modificações podem ser feitas à descrição acima sem se afastar do espírito ou âmbito de aplicação da presente invenção.

[00185] Por exemplo, outros aspectos ou modalidades da presente invenção podem compreender uma ou mais características derivadas de um ou mais aspectos ou modalidades da presente invenção acima descrita.

[00186] Elementos de filtro de chapa plana (membranas) e tubulares de modo geral cilíndricos são mostrados nos desenhos e descritos acima. No entanto, os elementos de filtro podem ter qualquer formato adequado, e, portanto, podem ser elementos tubulares não cilíndricos, elementos de filtro do tipo chapa que são curvados em uma ou mais direções (por exemplo, em uma direção do comprimento e/ou da largura), ou de alguma outra configuração.

[00187] Métodos de filtragem de contaminantes de um fluido são descritos no presente documento, nos quais, após o fluxo de fluido na corrente de alimentação em uma das ditas direções de fluxo direto e inverso, faz-se o fluido na corrente de alimentação fluir através do dito elemento de filtro na outra uma dentre as ditas

58/58 direções de fluxo direto e inverso a fim de remover o material contaminante de uma superfície da parede do elemento de filtro. Deve-se entender, no entanto, que se encontra dentro da faixa de possibilidades da presente invenção que, após o fluxo na direção direta / inversa selecionada, o fluxo na outra direção a fim de remover o material contaminante pelo menos inicialmente poderá empregar um fluido diferente do fluido na corrente de alimentação. Por exemplo, o fluxo poderá inicialmente empregar um fluido de limpeza, e, em seguida, ser alterado para o fluido da corrente de alimentação assim que é determinado ou estimado que a parede do elemento foi adequadamente limpa pelo fluxo na dita outra direção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de filtragem de contaminantes de um fluido, o método sendo CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de:

direcionar uma corrente de alimentação (20) de um fluido contendo contaminantes para uma câmara de filtro (14a; 314) contendo pelo menos um elemento de filtro (18a; 318);

dispor pelo menos parte do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir em uma dentre:

A - uma direção de fluxo direto na qual o fluido passa em uma primeira direção através de uma parede (22a; 322) do elemento de filtro; e

B - uma direção de fluxo inverso na qual o fluido passa em uma segunda direção oposta através da parede do elemento de filtro;

direcionar o filtrado (27) para fora da câmara e para dentro de uma tubulação de fluxo de filtrados (26) para coleta;

em seguida dispor o fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir através do dito elemento de filtro na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso, a fim de remover o material contaminante de uma superfície (30a, 32a; 330, 332) da parede do elemento;

após a remoção do dito material contaminante pelo fluxo do fluido na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso, continuar a direcionar o fluido na corrente de alimentação através da parede do elemento de filtro na dita outra direção de modo a, assim, filtrar os contaminantes do fluido durante o fluxo na dita outra direção; e após a remoção do dito material contaminante, direcionar o filtrado resultante do fluxo através da parede do elemento de filtro na dita outra direção de fluxo para fora da câmara e para dentro da tubulação de fluxo de filtrados para coleta.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda a etapa de monitorar pelo menos um parâmetro e, ao detectar uma predeterminada alteração no pelo menos um parâmetro, executar a etapa de dispor o fluido na corrente de alimentação de modo a fluir através da parede do elemento de filtro na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso;

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2/7 ou em que a etapa de dispor o fluido na corrente de alimentação de modo a fluir através da parede do elemento de filtro na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso é executada após um período de tempo predeterminado.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende a etapa adicional de monitoramento em que pelo menos um parâmetro, e na detecção de uma alteração predeterminada em pelo menos um parâmetro, executando a etapa de dispor o fluido na corrente de alimentação de modo a fluir através da parede do elemento de filtro na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso;

e no qual o parâmetro é o fluxo através do elemento de filtro, o fluido na corrente de alimentação disposto de modo a fluir na dita outra direção na detecção do fluxo que atinge um nível limite predeterminado; ou em que o parâmetro é a concentração de contaminantes no filtrado, um aumento na concentração de contaminantes sendo indicativo de uma deterioração no desempenho, requerendo uma alteração na direção do fluxo a fim de limpar a superfície da parede do elemento de filtro.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de compreender a etapa de dispor pelo menos parte do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir em uma dentre as direções de fluxo direto e inverso; e dispor um restante do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir em uma corrente de purga em fluxo transversal através do elemento de filtro e para dentro de uma tubulação de fluxo de purga; opcionalmente em que o fluido que flui através do elemento de filtro na corrente de purga em fluxo transversal é disposto de modo a fluir com uma velocidade não superior a 4 m/s, a fim de promover a formação de uma camada de incrustação de material contaminante sobre uma superfície (30a, 32a; 330, 332) do elemento de filtro, de tal modo que a filtragem de mais material contaminante seja obtida por meio de uma combinação do elemento de filtro e a camada de incrustação.
5. Método, de acordo a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que um volume do fluido na corrente de alimentação que é disposto de modo a fluir na corrente

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3/7 de purga em fluxo transversal através do elemento de filtro é de pelo menos 5 % do volume total do fluido na corrente de alimentação; e/ou em que o fluido na corrente de purga em fluxo transversal é disposto de modo a fluir com um perfil de fluxo laminar, a fim de promover a formação de uma camada de incrustação de material contaminante sobre uma superfície (30a, 32a; 330, 332) do elemento de filtro, de tal modo que a filtragem de mais material contaminante seja obtida por meio de uma combinação do elemento de filtro e a camada de incrustação.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 ou 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o fluido na corrente de alimentação é aquoso, e o fluido na corrente de purga em fluxo transversal é disposto de modo a fluir na corrente de purga de tal modo que o mesmo apresente um número Reynolds não superior a 2500, a fim de promover a formação de uma camada de incrustação de material contaminante sobre uma superfície (30a, 32a; 330, 332) do elemento de filtro, de tal modo que a filtragem de mais material contaminante seja obtida por meio de uma combinação do elemento de filtro e a camada de incrustação.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de direcionar a corrente de alimentação de um fluido contendo contaminantes para a câmara de filtro compreende o direcionamento da corrente de alimentação para uma câmara de filtro (14a; 314) contendo um elemento de filtro (18a; 318) com uma pluralidade de poros para a filtragem dos contaminantes do fluido na corrente de alimentação, o tamanho de poro sendo não inferior a 4 mícrons; e o controle de um ou mais parâmetros da corrente de purga em fluxo transversal a fim de promover a formação de uma camada de incrustação sobre uma superfície (30a, 32a; 330, 332) do elemento de filtro, de tal modo que a filtragem de material contaminante seja obtida por meio de uma combinação do elemento de filtro e a camada de incrustação.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que o pelo menos um elemento de filtro (18a) é oco, e pelo fato de que o método compreende a etapa de dispor pelo menos parte do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro (14a) de modo a fluir em uma dentre:

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4/7

A - uma direção de fluxo direto na qual o fluido passa em uma primeira direção através de uma parede (22a) do elemento de filtro de dentro (24a) do elemento para fora do elemento; e

B - uma direção de fluxo inverso na qual o fluido passa em uma segunda direção oposta através da parede (22a) do elemento de filtro de fora do elemento para dentro (24a) do elemento; ou em que o pelo menos um elemento de filtro é na forma de uma chapa de modo geral plana (318) tendo uma primeira e segunda superfícies opostas (330, 332), e pelo fato de que o método compreende a etapa de dispor pelo menos parte do fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro de modo a fluir em uma dentre:

A - uma direção de fluxo direto na qual o fluido passa em uma primeira direção através de uma parede (322) do elemento de filtro da primeira superfície (330) para a segunda superfície (332); e

B - uma direção de fluxo inverso na qual o fluido passa em uma segunda direção oposta através da parede do elemento de filtro da segunda superfície para a primeira superfície.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de monitorar a concentração de contaminantes no filtrado durante o fluxo na dita outra direção e, ao detectar que a concentração de contaminantes caiu a um nível desejado, direcionar o filtrado para dentro da tubulação de fluxo de filtrados para coleta.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que, após a remoção do dito material contaminante e filtragem na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso, o método compreende ainda a etapa de dispor o fluido na corrente de alimentação direcionado para a câmara de filtro para novamente fluir através do elemento de filtro na uma dentre as direções de fluxo direto e inverso que foi inicialmente selecionada, a fim de remover o material contaminante de uma superfície (30a, 32a; 330, 332) de uma parede (22a; 322) do elemento que se originou a partir do fluxo de fluido na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso;

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5/7 opcionalmente em que o fluxo continua na uma dentre as direções de fluxo direto e inverso que foi inicialmente selecionada e, após a remoção do dito material contaminante, o filtrado resultante de tal fluxo é direcionado para fora da câmara e para dentro da tubulação de fluxo de filtrados para coleta;

ainda opcionalmente compreendendo monitorar a concentração de contaminantes no filtrado durante o fluxo na dita direção inicial e, ao detectar que a concentração de contaminantes caiu a um nível desejado, direcionar o filtrado para dentro da tubulação de fluxo de filtrados para coleta.
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, ou de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 10 quando dependentes de uma das reivindicações 2 ou 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende a etapa de sequencialmente alterar a direção de fluxo do fluido na corrente de alimentação entre as direções de fluxo direto e inverso em resposta à detecção da predeterminada alteração no parâmetro medido e/ou à expiração do período de tempo predeterminado.
12. Método, de acordo com a reivindicação 2, ou de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 11 quando dependentes da reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que, após o término de pelo menos um ciclo de fluxo de fluido na corrente de alimentação nas direções de fluxo direto e inverso, e no evento de a alteração predeterminada no parâmetro medido ocorrer dentro de um reduzido período de tempo, o método compreende a etapa de limpar o elemento de filtro ao direcionar um fluido de limpeza para a câmara de filtro e dispor o fluido de modo a fluir em ambas as direções de fluxo direto e inverso;

opcionalmente compreendendo a etapa de direcionar o fluido de limpeza em uma direção oposta à direção na qual o fluido estava fluindo antes da detecção de uma perda no desempenho;

e/ou opcionalmente em que, quando é determinado que o desempenho do elemento de filtro voltou a um nível aceitável, o método compreende a etapa de redirecionar o fluido na corrente de alimentação para a câmara de filtro e dispor o fluido de modo a fluir através da parede do elemento de filtro em uma selecionada dentre as direções de fluxo direto e inverso.

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6/7
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de compreender a etapa de direcionar a corrente de alimentação de fluido para uma pluralidade de câmaras de filtro (14a, 14b), cada câmara de filtro contendo uma pluralidade de elementos de filtro (18a);

opcionalmente ainda compreendendo a etapa de colocar pelo menos uma das câmaras de filtro (14a, 14b) fora de linha para fins de um ciclo de inversão de fluxo, com filtragem através de pelo menos uma outra câmara de filtro (14a, 14b) que continua durante este processo.
14. Planta de filtragem (10; 100; 200) para a filtragem de contaminantes de um fluido, a planta sendo CARACTERIZADA pelo fato de compreender:

pelo menos um módulo de filtro (12a, 12b; 112a-d; 212a-j; 312), o pelo menos um módulo de filtro compreendendo uma câmara de filtro (14a, 14b; 314) contendo pelo menos um elemento de filtro (18a; 318), o elemento de filtro sendo disposto de modo a filtrar os contaminantes de uma corrente de alimentação de um fluido direcionado para a pelo menos uma câmara de filtro e através de uma parede (22a; 322) do elemento de filtro;

em que a planta de filtragem é disposta tal que as seguintes etapas do método, conforme definido na reivindicação 1, sejam executadas:

direcionar pelo menos parte da corrente de alimentação de fluido direcionada para dentro da câmara de filtro para fluir em uma das:

A - uma direção de fluxo direto na qual o fluido passa em uma primeira direção através de uma parede (322) do elemento de filtro; e

B - uma direção de fluxo inverso na qual o fluido passa em uma segunda direção oposta através da parede do elemento de filtro;

direcionar o filtrado para fora da câmara e para dentro de uma tubulação de fluxo de filtrados (26; 126) para coleta;

para em seguida direcionar o dito fluido na corrente de alimentação para fluir através do dito elemento de filtro na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso, a fim de remover o material contaminante de uma superfície (30a, 32a; 330, 332) da parede do elemento;

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7/7 após a remoção do dito material contaminante pelo fluxo do fluido na outra dentre as direções de fluxo direto e inverso, continuar a direcionar o fluido na corrente de alimentação através da parede do elemento de filtro na dita outra direção de modo a, assim, filtrar os contaminantes do fluido durante o fluxo na dita outra direção; e após a remoção do dito material contaminante, direcionar o filtrado resultante do fluxo através da parede do elemento de filtro na dita outra direção de fluxo para fora da câmara e para dentro da tubulação de fluxo de filtrados para coleta.
15. Planta de filtragem, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADA pelo fato de que o elemento filtrante tem uma pluralidade de poros para a filtragem dos contaminantes do fluido na corrente de alimentação, e em que o tamanho de poro não é inferior a 4 mícrons.