BR112018000015A2

BR112018000015A2 - sistema de tratamento de água por dispersão de floculação microencapsulante

Info

Publication number: BR112018000015A2
Application number: BR112018000015A
Authority: BR
Inventors: Ireland Ian
Original assignee: Coresource Solutions Llc
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2019-10-01
Also published as: US20170001889A1; CA2991097A1; EP3317230A4; EA201890195A1; EP3317230A1; MX2018000038A; CL2017003450A1; WO2017004481A1; ECSP18007065A; CO2018000962A2

Abstract

trata-se de um sistema para tratar continuamente água com óleo residual e/ou sólidos que inclui um sistema de tratamento com misturadores em linha. um fluido de ajuste de ph pode ser adicionado à água em um primeiro misturador em linha. um floculante de dispersão de floculação microencapsulante pode ser adicionado em um segundo misturador em linha. a adição do floculante de dispersão de floculação microencapsulante pode levar a floculação de óleo residual e/ou sólidos na água a formar um floculante tipo cabeça de alfinete. um ativador pode ser adicionado em um terceiro misturador em linha e um condicionador pode ser adicionado em um quarto misturador em linha. o floculante espesso pode ser formado a partir do floculante tipo cabeça de alfinete depois da adição do condicionador. a mistura resultante pode fluir para um tanque de deposição onde os floculantes podem se depositados para produzir água tratada. depois da deposição, a água tratada pode fluir através de um filtro mecânico e/ou um filtro de sorção para produzir água adequada para dessalinização e/ou outros processos a jusante.

Description

“SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA POR

DISPERSÃO DE FLOCULAÇÃO MICROENCAPSULANTE”

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. CAMPO DA INVENÇÃO [0001 ] A presente invenção refere-se a um sistema de tratamento de água. Mais particularmente, a invenção se refere a um sistema para remover óleo residual e sólidos da água produzidos como um subproduto de produção de óleo e gás.

2. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA [0002] Água é frequentemente produzida junto com óleo e/ou gás em muitos processos de produção de óleo e gás. A água é separada do óleo ou gás de modo que o óleo ou gás possam ser enviados para processamento a jusante e a água se torne um subproduto do processo de produção de óleo ou gás (por exemplo, água produzida). A água produzida, no entanto, tem frequentemente óleo residual e/ou sólidos que não são facilmente separados da água. Por exemplo, a água produzida pode ter óleo residual, micelas oleosas, compostos orgânicos dissolvidos, sais orgânicos dissolvidos, sulfetos de ferro, óxidos de ferro, incrustação e/ou particulados de areia ou argila. Desse modo, a água produzida precisa ser adicionalmente tratada para remover esses produtos residuais de modo que a água possa ser reciclada, ter superfície liberada ou comercializada.

[0003] Os processos típicos de tratamento de água produzida incluem o uso de floculantes, coagulantes, flutuação de microbolhas, separação de placa inclinada, meios de placas coalescentes, filtração de leito de meios, filtração de bolsa, separação de membrana orgânica e separação centrífuga. Em alguns processos, um ou mais desses métodos podem ser combinados para tratamento de água. Esses processos, no entanto, podem demorados, ineficazes, de trabalho intensivo e dispendiosos. Os mesmos são frequentemente processos de lote que exigem longos períodos de processo para mistura de aditivos à água produzida e/ou deposição de componentes residuais

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2/20 fora da água (para produzir água tratada) ou os mesmos exigem altos níveis de manutenção para permanecerem operacionais. Adicionalmente, o uso de equipamento de tamanho fixo não permite que o tamanho e/ou rendimento desses sistemas seja variado sem novo projeto significativo do sistema e custos de equipamento de capital dispendiosos (por exemplo, diferentes tanques dimensionados).

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0004] Em determinadas modalidades, um sistema para tratar água com óleo residual e/ou sólidos inclui um tanque para armazenar água não tratada que compreende óleo residual e/ou sólidos. A tubulação pode ser acoplada ao tanque. A tubulação pode propagar um fluxo da água não tratada do tanque. Um primeiro misturador em linha pode ser localizado na tubulação. Um fluido de ajuste de pH pode ser adicionado ao fluxo de água no primeiro misturador em linha para ajustar um pH do fluxo de água. Um segundo misturador em linha pode ser localizado na tubulação a jusante do primeiro misturador em linha. O segundo misturador em linha pode adicionar um floculante de dispersão de floculação microencapsulante ao fluxo de água. A adição do floculante de dispersão de floculação microencapsulante pode levar a floculação de óleo residual e/ou sólidos na água a formar um floculante tipo cabeça de alfinete. Um terceiro misturador em linha pode ser localizado na tubulação a jusante do segundo misturador em linha. O terceiro misturador em linha pode adicionar um ativador ao fluxo de água. Um quarto misturador em linha pode ser localizado na tubulação a jusante do terceiro misturador em linha. O quarto misturador em linha pode adicionar um condicionador ao fluxo de água. A tanque de deposição pode ser acoplado à tubulação a jusante do quarto misturador em linha. O tanque de deposição pode coletar água que flui ao tanque de deposição da tubulação e permitir que floculantes (espesso e/ou do tipo cabeça de alfinete) sejam depositados a partir da água coletada para produzir água tratada separada e floculante no tanque de deposição.

[0005] Em determinadas modalidades, um método

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3/20 para tratar água com óleo residual e/ou sólidos inclui fornecer um fluxo de água não tratada, sendo que a água não tratada inclui óleo residual e/ou sólidos, na tubulação com pelo menos quatro misturadores em linha localizado em série na tubulação. Se necessário, um fluido de ajuste de pH pode ser adicionado ao fluxo de água não tratada em um primeiro misturador em linha. Um floculante de dispersão de floculação microencapsulante pode ser adicionado ao fluxo de água em um segundo misturador em linha para formar um floculante tipo cabeça de alfinete no fluxo de água. Se necessário, um ativador pode ser adicionado ao fluxo de água em um terceiro misturador em linha. Um condicionador pode ser adicionado ao fluxo de água em um quarto misturador em linha para formar um floculante espesso no fluxo de água. O fluxo de água pode ser fornecido a um tanque de deposição. Pode-se permitir que o floculante espesso e/ou o floculante tipo cabeça de alfinete sejam depositados a partir da água no tanque de deposição.

[0006] Em determinadas modalidades, um método para tratar água produzido como um subproduto de um processo de produção de óleo ou gás inclui fornecer um fluxo de água não tratada, sendo que a água não tratada inclui óleo residual, na tubulação com pelo menos quatro misturadores em linha localizado em série na tubulação. Se necessário, um fluido de ajuste de pH é adicionado ao fluxo de água não tratada em um primeiro misturador em linha. Um floculante de dispersão de floculação microencapsulante pode ser adicionado ao fluxo de água em um segundo misturador em linha para formar um floculante tipo cabeça de alfinete no fluxo de água. Se necessário, um ativador pode ser adicionado ao fluxo de água em um terceiro misturador em linha. Um condicionador pode ser adicionado ao fluxo de água em um quarto misturador em linha para formar um floculante espesso no fluxo de água. O fluxo de água pode ser fornecido a um tanque de deposição. O fluxo de água pode incluir pelo menos algum óleo residual. Pode-se permitir que o floculante espesso e/ou o floculante tipo cabeça de alfinete sejam depositados a partir da água no tanque de deposição. Pelo menos uma parte do

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4/20 floculante espesso e/ou o floculante tipo cabeça de alfinete pode formar uma camada que separa pelo menos algum do óleo residual a partir da água. O óleo pode ser removido do tanque de deposição.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0007] Recursos e vantagens dos métodos e aparelho da presente invenção serão mais completamente verificados a título de referência à descrição detalhada a seguir das modalidades presentemente preferenciais, mas, não obstante, ilustrativas de acordo com a presente invenção quando tomadas em conjunto com os desenhos anexos nos quais:

[0008] A Figura 1 retrata uma representação de uma modalidade de um sistema de processo para tratar água produzida como um subproduto de um processo de produção de óleo ou gás.

[0009] A Figura 2 retrata uma representação de uma modalidade de um sistema de processo para tratar de água tratada de um tanque de deposição.

[0010] A Figura 3 retrata uma representação de uma modalidade de um sistema de processo com dessalinização para processamento de água secundário.

[0011] A Figura 4 retrata uma representação de uma modalidade de um sistema de processo com tratamento de água de refugo biológico para processamento de água secundário.

[0012] A Figura 5 retrata uma representação de uma modalidade de um sistema de processo com reuso de água em vez de um processo de água secundário.

[0013] A Figura 6 retrata uma representação de uma modalidade de um processo que pode ser usado para separação de óleo e água.

[0014] Embora a invenção seja suscetível a várias modificações e formas alternativas, modalidades específicas da mesma são mostradas a título de exemplo nos desenhos e serão descritas em detalhes. Os desenhos podem não estar em escala. Deve-se entender que os desenhos e

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5/20 descrição detalhada aos mesmos não pretendem limitar a invenção à forma particular revelada, mas, pelo contrário, a intenção é abranger todas as modificações, equivalentes e alternativas que se enquadram no espírito e escopo da presente invenção conforme definido pelas reivindicações anexas.

[0015] Os cabeçalhos usados no presente documento são para propósitos organizacionais somente e não são destinados a serem usados para limitar o escopo da descrição. Conforme usado em todo este pedido, a palavra pode é usada em um sentido permissivo (isto é, significa ter o potencial para), em vez de ter o sentido obrigatório (isto é, significando precisa). As palavras “incluir”, “incluindo” e “inclui” indicam relações de final em aberto e, portanto, significam incluir, porém, sem limitação. De modo similar, as palavras “têm”, “ter” e “tem” também indicam relações de final em aberto e, desse modo, significam ter, porém, sem limitação. Os termos “primeiro(a)”, “segundo(a)”, “terceiro(a)” e assim por diante, conforme usado no presente documento, são usados como identificações para substantivos que os mesmos precedem, e não implicam nenhum tipo de ordenação (por exemplo, espacial, temporal, lógica, etc.) a menos que tal ordenação seja, de outro modo, explicitamente indicada. Por exemplo, a “terceiro misturador em linha” não exclui cenários nos quais um “quarto misturador em linha” é conectado antes do terceiro misturador em linha, a menos que especificado de outro modo. De modo similar, um “segundo” recurso não exige que um “primeiro” recurso seja implantado antes do “segundo” recurso, a menos que especificado de outro modo.

[0016] Vários componentes podem ser descritos como realizando uma tarefa ou tarefas, por conveniência na descrição. Tais descrições devem ser interpretadas como incluindo a frase “configurado(a) para”. Citar um componente que é configurado para realizar uma ou mais tarefas é expressamente destinado a não invocar o título 35 do U.S.C. § 112(f), interpretação para esse componente.

[0017] O escopo da presente revelação inclui

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6/20 qualquer recurso ou combinação de recursos revelados no presente documento (tanto explícita como implicitamente), ou qualquer generalização do mesmo, se o mesmo mitiga ou não qualquer ou todos os problemas abordados no presente documento. Consequentemente, novas reivindicações podem ser formuladas durante o procedimento deste pedido (ou uma prioridade de reivindicação de pedido ao mesmo) a qualquer tal combinação de recursos. Em particular, em referência às reivindicações anexas, recursos de reivindicações dependentes podem ser combinados com aqueles das reivindicações independentes e recursos das respectivas reivindicações independentes podem ser combinados de qualquer maneira apropriada e não meramente nas combinações específicas enumeradas nas reivindicações anexas

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES [0018] Este relatório descritivo inclui referências a “uma (1) modalidade” ou “uma modalidade”. As aparições das frases “em uma (1) modalidade” ou “em uma modalidade” não se referem necessariamente à mesma modalidade. Recursos, estruturas, ou características particulares podem ser combinadas em qualquer maneira adequada consistente com esta revelação.

[0019] No contexto desta patente, o termo “acoplado(a)” significa tanto uma conexão direta como uma conexão indireta (por exemplo, uma ou mais conexões de intervenção) entre um ou mais objetos ou componentes. A frase “diretamente conectada” significa uma conexão direta entre objetos ou componentes de modo que os objetos ou componentes são conectados diretamente entre si de modo que os objetos ou componentes operem de maneira com “ponto de uso”.

[0020] A Figura 1 retrata uma representação de uma modalidade de um sistema de processo para tratar água produzida como um subproduto de um processo de produção de óleo e/ou gás. Em determinadas modalidades, o sistema de processo 200 inclui tanque de armazenamento 202. O tanque 202 pode ser usado para armazenar água não tratada produzida como

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7/20 um subproduto de um processo de produção de óleo e/ou gás. Em algumas modalidades, a água não tratada é água separada de óleo e/ou gás em fluidos produzidos a partir do processo de produção de óleo e/ou gás. Em algumas modalidades, a água não tratada inclui óleo residual e/ou sólidos restante após a separação da água do óleo e/ou gás.

[0021] Em determinadas modalidades, a água não tratada tem uma concentração de óleo residual e/ou sólidos até um valor selecionado. Por exemplo, a água não tratada pode ter um corte de óleo de até cerca de 40% (por exemplo, entre 0% e 40%). Em algumas modalidades, a água não tratada tem uma concentração de salinidade entre 0 ppm TDS (sólidos dissolvidos totais) até a saturação. Em algumas modalidades, a água não tratada tem um pH entre 1 e 12.

[0022] O tanque 202 pode fornecer água não tratada no sistema de tratamento 204. Em determinadas modalidades, sistema de tratamento 204 é usado para tratar continuamente a água não tratada com óleo residual e/ou sólidos. Em algumas modalidades, tanque 202 armazena água não tratada até que um nível de água selecionado seja alcançado no tanque. Por exemplo, o tanque 202 pode incluir pelo menos um gatilho de comutação de nível que abre uma válvula ao sistema de tratamento 204 quando o nível de água selecionado no tanque é alcançado. A água não tratada pode então fluir continuamente no sistema de tratamento 204. Em algumas modalidades, água alimentada no sistema de tratamento 204 do tanque 202 atravessa o trocador de calor 206. O trocador de calor 206 pode ser usado para aquecer ou resfriar a água que entra no sistema de tratamento 204 a uma temperatura em uma faixa de temperatura selecionada. Desse modo, se a água que entra no sistema de tratamento 204 tiver uma temperatura abaixo da faixa de temperatura selecionada, o trocador de calor 206 pode ser usado para aquecer a água a uma temperatura na faixa de temperatura selecionada. Alternativamente, se a água que entra no sistema de tratamento 204 tiver uma temperatura acima da faixa de temperatura selecionada, o trocador de calor 206 pode ser usado para resfriar

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8/20 a água a uma temperatura na faixa de temperatura selecionada.

[0023] Em determinadas modalidades, o limite inferior na faixa de temperatura selecionada é definido para inibir o aumento da densidade da água a um ponto no qual o floculante é depositado muito lentamente. O limite superior na faixa de temperatura selecionada pode ser definido para manter a estabilidade de polímero durante a floculação e/ou estabilidade de membrana para sistemas a jusante (por exemplo, sistemas de dessalinização). Em determinadas modalidades, a faixa de temperatura selecionada é entre cerca de 10 °C e cerca de 55 °C. Em algumas modalidades, a faixa de temperatura selecionada é entre cerca de 0 °C e cerca de 60 °C.

[0024] Em determinadas modalidades, sistema de tratamento 204 inclui a bomba 208. A bomba 208 pode ser usada para mover a água não tratada através do sistema de tratamento 204. A bomba 208 pode ser, por exemplo, uma bomba de velocidade única ou uma bomba de velocidade variável. Em algumas modalidades, a bomba 208 é acoplada a uma válvula de controle de fluxo (por exemplo, uma válvula de controle de fluxo eletronicamente atuada). A bomba 208 pode ser ligada quando a válvula de controle de fluxo é aberta. A válvula de controle de fluxo pode ser usada em combinação com a bomba 208 para fornecer uma taxa de fluxo desejado de água não tratada através do sistema de tratamento 204.

[0025] Em determinadas modalidades, medidor de fluxo 210 é usado para monitorar a taxa de fluxo através do sistema de tratamento 204. O medidor de fluxo 210 pode ser, por exemplo, um medidor de fluxo de turbina. O medidor de fluxo 210 pode ser, no entanto, qualquer tipo de medidor de fluxo que fornece um sinal (por exemplo, um sinal elétrico) com informações de taxa de fluxo. As informações de taxa de fluxo podem ser usadas para controlar taxas de alimentação de produtos químicos adicionados no sistema de tratamento 204, conforme descrito abaixo.

[0026] Em determinadas modalidades, o sistema de tratamento 204 inclui tubulação 212 e misturadores em linha 214. Em uma

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9/20 modalidade, quatro misturadores em linha 214A a 214D são localizados em série ao longo da tubulação 212, conforme mostrado na Figura 1. A tubulação 212 pode ser, por exemplo, tubulação de CPVC (cloreto de polivinila dorado) ou outro material adequado. Em determinadas modalidades, tubulação 212 tem um diâmetro entre cerca de 1 ” e cerca de 3”. Por exemplo, a tubulação 212 pode ter um diâmetro de cerca de 2”. O diâmetro da tubulação 212 pode ser ajustado conforme necessário para diferentes taxas de fluxo e/ou taxas de produção desejadas no sistema de tratamento 204.

[0027] Misturadores em linha 214 podem ser, por exemplo, misturadores estáticos (por exemplo, misturadores em linha estáticos) ou outros misturadores com capacidade de misturar fluidos adicionais com água enquanto a água flui através dos misturadores. Um exemplo de um misturador estático inclui Koflo® modelo 2-80-4-6-2 (Koflo Corporation, Cary, IL, E.U.A). Em determinadas modalidades, misturadores em linha 214 incluem portas de entrada 216 (por exemplo, portas de injeção) para adicionar fluidos adicionais à água não tratada que flui através de tubulação 212. Em uma modalidade, conforme mostrado na Figura 1, o misturador em linha 214A inclui a porta de entrada 216A, o misturador em linha 214B inclui a porta de entrada 216B, o misturador em linha 214C inclui porta de entrada 216C, e o misturador em linha 214D inclui a porta de entrada 216D.

[0028] As portas de entrada 216A-D podem ser acopladas às bombas 218A a 218D. As bombas 218A-D podem ser, por exemplo, bombas de entrega de produtos químicos. As bombas 218A-D podem ser materiais de alimentação (por exemplo, produtos químicos) de tanques de armazenamento 220A a 220D. O tamanho e rendimento das portas de entrada 216A a 216D, as bombas 218A a 218D, e tanques de armazenamento 220A a 220D podem ser determinadas com base no volume e/ou taxa de fluxo de água através do sistema de tratamento 204.

[0029] Em determinadas modalidades, a água não tratada tem um pH que é muito baixo ou muito alto e o pH precisa de ajuste. O

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10/20 primeiro misturador em linha 214A pode ser usado para ajustar o pH de água não tratada que flui através da tubulação 212. Um fluido de ajuste de pH pode ser fornecido à porta de entrada 216A e adicionado à água que flui através do misturador em linha 214A. Em modalidades em que o pH é muito baixo (por exemplo, muito ácido), o fluido de ajuste de pH pode ser, por exemplo, hidróxido de sódio (NaOH) ou NaOH cáustico. NaOH cáustico pode ser, por exemplo, 25% ou 50% de NaOH. Em modalidades em que o pH é muito alto (por exemplo, muito básico), o fluido de ajuste de pH pode ser, por exemplo, um ácido tal como HCI, H2SO4 ou H3PO4. Em determinadas modalidades, 0 primeiro misturador em linha 214A é usado para ajustar 0 pH da água não tratada a um pH entre cerca de 6,5 e cerca de 10. Em algumas modalidades, nenhum ajuste de pH é necessário e nenhum fluido de ajuste de pH é adicionado ao misturador em linha 214A. A quantidade de fluido de ajuste de pH adicionado e/ou 0 nível de pH desejado para a água que sai do misturador em linha 214A podem ser ajustados conforme necessário com base na otimização do processo de tratamento e/ou propriedades da água não tratada de chegada.

[0030] Em determinadas modalidades, 0 segundo misturador em linha 214B é usado para adicionar um primeiro floculante à água que flui através do misturador em linha (água tanto não tratada como água com pH ajustado). O primeiro floculante pode ser adicionado através de porta de entrada 216B no misturador em linha 214B. Em determinadas modalidades, 0 primeiro floculante é um floculante de dispersão de floculação microencapsulante (MFD). O floculante de MFD pode ser, por exemplo, uma dispersão de nanopolímero, tal como descrito no documento de Patente n² U.S. 7.750.066 POR Sutherland, que é incorporado a título de referência como se totalmente apresentado no presente documento.

[0031] A adição do primeiro floculante (por exemplo, 0 floculante de MFD) à água que flui através de misturador em linha 214B causa a floculação de óleo residual e/ou sólidos na água. Em determinadas modalidades, 0 óleo residual e/ou sólidos são formados no floculante tipo cabeça

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11/20 de alfinete depois que o floculante de MFD é adicionado à água em fluxo no misturador em linha 214B. O floculante tipo cabeça de alfinete pode incluir, por exemplo, floculante que é pouco visível ao olho e em uma faixa de micron. Em algumas modalidades, o floculante tipo cabeça de alfinete inclui floculante com um diâmetro médio de entre cerca de 0,01 mm e cerca de .5 mm. Por exemplo, o floculante tipo cabeça de alfinete pode incluir floculante com um diâmetro médio de cerca de 0,1 mm.

[0032] Em determinadas modalidades, o terceiro misturador em linha 214C é usado para adicionar um ativador à água e a mistura de floculante tipo cabeça de alfinete que flui através do misturador em linha. O ativador pode ser adicionado através de porta de entrada 216C no misturador em linha 214C. O ativador pode ser, por exemplo, um floculante lento tal como cloreto de ferro (FeCh), sulfato de alumínio (AhíSOfrs), ou outro floculante inorgânico. O ativador pode aprimorar as condições para formação de floculante espesso em fluido que flui fora do misturador em linha 214C. Por exemplo, se o fluido que flui através de misturador em linha 214C tem baixa salinidade, a adição do ativador pode reduzir as forças repulsivas que inibem a formação de floculante espesso. Em algumas modalidades, a água não tratada que entra no sistema de tratamento 204 pode ter alto teor de salinidade e a adição do ativador pode não ser necessária.

[0033] Em determinadas modalidades, o quarto misturador em linha 214D é usado para adicionar condicionador à mistura de água (por exemplo, água e floculante tipo cabeça de alfinete) que flui através do misturador em linha. O condicionador pode ser adicionado através de porta de entrada 216D no misturador em linha 214D. Em determinadas modalidades, o condicionador é um floculante polimérico de peso molecular alto. Por exemplo, o condicionador pode ser floculante de polímero AP-820 (C.C.I. Chemical Corporation, Vernon, CA) ou outro floculante que produz floculante espesso.

[0034] Em determinadas modalidades, o condicionador coleta o floculante tipo cabeça de alfinete na mistura de água e

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12/20 forma floculante espesso do floculante tipo cabeça de alfinete coletado (por exemplo, o condicionador reúne o floculante tipo cabeça de alfinete, que forma o floculante espesso). O floculante espesso pode ser uma massa de rolamento flutuante na mistura de água que flui através da tubulação 212. Em algumas modalidades, floculante espesso inclui floculante com um diâmetro médio de entre cerca de 1 mm e cerca de 2,5 cm. Em algumas modalidades, o floculante espesso inclui floculante com um diâmetro médio entre cerca de 1 mm e cerca de 2 cm.

[0035] Em algumas modalidades, o misturador em linha 214A pode ser movido para ajustar o pH após o misturador em linha 214D (por exemplo, misturador em linha 214A se tornar o último misturador em linha no sistema de tratamento 204). Por exemplo, se a água não tratada tiver um alto fator de incrustação, o fluido de ajuste de pH pode ser adicionado por último em vez de ser adicionado primeiro. Adicionar o fluido de ajuste de pH por último em tais modalidades pode minimizar a formação de incrustação nos misturadores em linha e diminuir as exigências de manutenção para o sistema de tratamento 204.

[0036] Em determinadas modalidades, a mistura de água (água com floculante espesso e qualquer floculante tipo cabeça de alfinete restante) é fornecida ao tanque de deposição 222 depois do misturador em linha 214D. Em determinadas modalidades, a mistura de água flui continuamente através do sistema de tratamento 204 ao tanque de deposição 222 (por exemplo, água flui continuamente através do sistema de tratamento entre o tanque de armazenamento 202 e o tanque de deposição 222). Em algumas modalidades, uma porção de tubulação 212 (por exemplo, porção 106A) entre o misturador em linha 214D e o tanque de deposição 222 permite o rolamento lento do fluxo de água entre o misturador em linha e o tanque de deposição. Por exemplo, a tubulação porção pode ser dimensionada (por exemplo, têm um diâmetro maior) para permitir o rolamento lento do fluxo de água. O rolamento lento do fluxo de água pode aumentar a formação de floculante espesso no fluxo de água depois

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13/20 que o condicionador é adicionado.

[0037] O tanque de deposição 222 pode ser qualquer tanque padrão que permite a deposição de uma mistura de floculante da água. Em algumas modalidades, o tanque de deposição 222 é um tanque de deposição cônico. Em algumas modalidades, o tanque de deposição 222 é um tanque horizontal (por exemplo, um tanque de fraturamento), um tanque vertical, um tanque de barramento, um tanque de flocos, um fosso, ou um separador de placa paralela. Em determinadas modalidades, o tanque de deposição 222 é um separador de API. Um exemplo de um tanque de deposição é um Chem-Tainer TA4254JC (Chem-Tainer Industries, West Babylon, NY, E.U.A.). Depois que a mistura de água (por exemplo, água, floculante espesso e/ou floculante tipo cabeça de alfinete) é fornecida ao tanque de deposição 222, pode-se permitir que o floculante seja depositado no tanque por um tempo selecionado (o floculante espesso pode subir à superfície ou ser depositado no fundo dependendo do projeto do tanque de deposição e/ou das propriedades do floculante espesso formado). O tempo selecionado pode ser um tempo determinado como suficiente para a deposição de floculante a partir da água para produzir propriedades desejadas na água tratada (por exemplo, um tempo de deposição que é suficientemente longo o suficiente para produzir água tratada com qualidades desejadas tais como pureza de água e/ou baixos níveis de contaminação (óleo ou sólido)). Em determinadas modalidades, mais do que 95% do floculante é removido da água tratada no tanque de deposição 222.

[0038] O tamanho do floculante espesso na mistura de água no tanque de deposição 222 fornece rápida deposição do floculante espesso no tanque de deposição. Por exemplo, o floculante espesso pode subir rapidamente à superfície ou cair rapidamente ao fundo da mistura de água devido ao grande tamanho do floculante espesso (por exemplo, floculante entre cerca de 1 mm e cerca de 2 cm no diâmetro médio). Essa rápida deposição pode aumentar o rendimento do sistema de processo 200 em comparação a sistemas que produzem floculante menor e reduz o tempo necessário para tratamento de

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14/20 água. Por exemplo, em algumas modalidades, um tempo transcorrido entre quando o fluxo de água do tanque 202 no sistema de tratamento 204 começa e quando a deposição é finalizada no tanque de deposição 222 é, no máximo, cerca de 2 horas. Em algumas modalidades, o tempo transcorrido é no máximo cerca de 1 hora, no máximo cerca de 30 minutos, no máximo cerca de 15 minutos, ou no máximo cerca de 5 minutos. O tempo transcorrido entre a introdução de água no sistema de tratamento 204 e a deposição no tanque de deposição 222 pode variar com base em fatores tais como, porém, sem limitação, entrega de água total, taxa de fluxo de água, quantidade de óleo residual e/ou solido na água não tratada, quantidade e/ou taxa de adição de floculante. Em algumas modalidades, um usuário do sistema de processo 200 pode variar o tempo transcorrido conforme desejado com base, por exemplo, na saída de água tratada desejada, uso de tanque disponível, ou outros fatores. O tamanho do sistema de processo 200 (por exemplo, tamanho de tubulação 212 e/ou misturadores em linha 214) pode ser variado para acomodar diferentes parâmetros de processo desejados (por exemplo, entrada de água não tratada, rendimento de processo, saída de água tratada, etc.).

[0039] Em algumas modalidades, mais do que um tanque de deposição 222 é acoplada à tubulação 212 e/ou a tubulação pode ser anexada a múltiplos tanques de deposição (por exemplo, desacoplado de um tanque de deposição e reacoplado a outro tanque de deposição). Tanques de deposição adicionais podem ser usados para fornecer rendimento aumentado no sistema de processo 200. Por exemplo, depois que um primeiro tanque de deposição é preenchido e está na fase de deposição, um segundo tanque de deposição pode ser acoplado à tubulação 212 e a água tratada suprida ao segundo tanque de deposição enquanto o fluido no primeiro tanque de deposição termina a deposição (por exemplo, um processo de múltiplos lotes pode ser usado).

[0040] Após o tempo selecionado de deposição In tanque de deposição 222, a água tratada é removida do tanque através da

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15/20 tubulação 224. A tubulação 224 pode fornecer a água tratada a vários diferentes processos subsequentes conforme descritos no presente documento (por exemplo, o processo 300 retratado na Figura 2). Em algumas modalidades, se necessário, o pH da água tratada pode ser ajustado depois de ser removido do tanque de deposição 222. Por exemplo, o pH da água tratada pode ser ajustado para manter membranas de dessalinização usadas a jusante em suas faixas operacionais permissíveis, para aprimorar o desempenho de sistemas de tratamento de água de refugo biológico, ou para manter um pH ideal para reuse de água ou descarga de superfície.

[0041] A Figura 2 retrata uma representação de uma modalidade do sistema de processo 300 para tratar de água tratada do tanque de deposição 222. O sistema de processo 300 pode ser usado a jusante do tanque de deposição 222 e do sistema de tratamento 204 para processar adicionalmente (por exemplo, tratar) a água tratada e/ou floculante depositado removido do tanque de deposição. Em determinadas modalidades, o floculante espesso depositado é coletado e armazenado (para possível uso futuro) no tanque de armazenamento de floculante 226. O floculante espesso depositado pode ser removido do tanque de deposição 222 com o uso de técnicas conhecidas na técnica.

[0042] Em determinadas modalidades, a tubulação 224 remove a água tratada do tanque de deposição 222 e fornece a água tratada ao sistema de processo 300. A tubulação 224 pode fornecer primeiro a água tratada ao filtro mecânico 302 no sistema de processo 300. O filtro mecânico 302 pode ser usado para remover qualquer floculante residual a partir da água tratada que não foi capturado no tanque de deposição 222. O floculante residual removido por filtro mecânico 302 pode ser fornecido ao tanque de armazenamento de floculante 226. O filtro mecânico 302 pode ser, por exemplo, um sistema de filtro de Turbo-Disc com retrolavagem disponível junto à MillerLeaman, Inc. (Daytona Beach, Florida, E.U.A.). Outros exemplos de filtros mecânicos incluem, porém, sem limitação, filtros de grade, centrífugas, e outro

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16/20 disco, cartucho ou filtros de bolsa. Um tamanho de poro de filtro típico pode ser, por exemplo, 30 pm, mas o tamanho pode variar com base em aplicações de filtro específicas.

[0043] Após o filtro mecânico 302, a água tratada pode ser fornecida ao filtro de sorção 304. O filtro de sorção 304 pode ser usado para remover qualquer floculante e/ou óleo que ainda não foi removido a partir da água tratada. O filtro de sorção 304 pode ser usado, por exemplo, para proteger o equipamento a jusante de contaminantes no caso de qualquer falha ou interrupção de equipamento. O filtro de sorção 304 pode ser qualquer sistema de filtro de sorção a óleo apropriadamente escalonado. Em algumas modalidades, o filtro de sorção 304 inclui um corte de pressão para desligar o filtro no caso de uma perturbação de sistema.

[0044] Em algumas modalidades, água tratada é fornecida ao armazenamento de água 306 após o filtro de sorção 304. O armazenamento de água 306 pode ser, por exemplo, um tanque de armazenamento de água, um fosso d’água ou uma fonte d’água. Após o armazenamento de água 306 (ou, em algumas modalidades, diretamente do filtro de sorção 304, que desvia do armazenamento de água 306), a água tratada pode ser fornecida ao processamento de água secundário 308. O processamento de água secundário 308 pode incluir outras tecnologias de processamento de água comercialmente disponíveis. Por exemplo, processamento de água secundário 308 pode incluir, porém, sem limitação, dessalinização, tratamento biológico, ozonização e/ou purificação de UV.

[0045] A Figura 3 retrata uma representação de uma modalidade do sistema de processo 300 com dessalinização para processamento de água secundário 308. A água do armazenamento de água tratada 306 ou água do filtro de sorção 304 que desvia do armazenamento de água 306 pode ser fornecida ao sistema de dessalinização 310. O sistema de dessalinização 310 pode incluir, por exemplo, um sistema de osmose dianteiro sistema e/ou um sistema de processo de dessalinização evaporativa. O sistema

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17/20 de dessalinização 310 também pode incluir um sistema de osmose reverso e/ou um sistema de processo de fosso evaporative. O sistema de dessalinização 310 pode produzir água dessalinizada 312 e salmoura concentrada 314.

[0046] Em determinadas modalidades, o sistema de tratamento 204 fornece água tratada que é limpa o suficiente para o sistema de dessalinização 310 para operar sem destruir membranas no sistema de dessalinização ou evaporadores de sujeira no sistema de dessalinização. A água dessalinizada 312 pode ser adequada para reuso ou liberação de superfície. A salmoura concentrada 314 pode ser usada para vários usos potenciais dependendo de uma concentração da salmoura. A modalidade do processo 200 retratada na Figura 3 pode ser usada em água não tratada originada de uma variedade de processos de produção. Exemplos de água não tratada incluem, porém, sem limitação, água produzida de produção de óleo primária (incluindo produção offshore), água produzida de produção de gás natural, água produzida de gaseificação de carvão, água de refluxo, água de fraturamento hidráulico, água de processamento de areias petrolíferas, água de limpeza de tubulação de óleo e água de poços industriais.

[0047] A Figura 4 retrata uma representação de uma modalidade do sistema de processo 300’ com tratamento de água de refugo biológico para processamento de água secundário 308. A modalidade do processo 200 retratada na Figura 4 pode ser usada em água não tratada com uma alta demanda de oxigênio biológico (BOD) e/ou uma alta demanda de oxigênio químico (COD) adicionalmente aos altos níveis de sólidos e/ou óleos residuais. Exemplos de tal água não tratada inclui, porém, sem limitação, lixiviado de aterros, água de refugo de processamento de alimento, e água de refugo agrícola. A água não tratada pode ter, por exemplo, um nível de BOD entre 0 e cerca de 2.000 e/ou um nível de COD entre 0 e cerca de 5.000 embora níveis maiores de BOD e/ou COD também podem ser tratáveis com o uso de sistema de tratamento 204. O sistema de tratamento 204 pode reduzir tanto BOD quanto COD na água não tratada adicionalmente para remover sólidos e/ou

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18/20 óleos residuais.

[0048] Em determinadas modalidades, após o filtro mecânico 302, a água tratada é fornecida ao sistema de tratamento de água biológico 316. O sistema de tratamento de água biológico 316 pode tratar a água adicionalmente para tornar a água adequada para reuso de água 318. O reuso de água 318 pode incluir liberação de superfície da água tratada e/ou reuso da água tratada para outro propósito. Exemplos de sistema de tratamento de água biológico 316 incluem, porém, sem limitação, áreas alagadas manipuladas, biorreatores, e outros sistemas de tratamento de água de refugo ecológicos. Em algumas realizações, conforme mostrado na Figura 4, o sistema de processo 300’ não inclui filtro de sorção 304. O filtro de sorção 304 pode, no entanto, ser usado em algumas modalidades de sistema de processo 300’.

[0049] A Figura 5 retrata uma representação de uma modalidade do sistema de processo 300” com reuso de água 318 em vez de um processo de água secundário. Conforme mostrado na Figura 5, após o filtro de sorção 304, a água tratada é adequada para reuso ou liberação de superfície no reuso de água 318 sem processamento adicional. O sistema de processo 300” pode ser usado quando a água tratada deve ser liberada em um corpo de água salgada existente ou tem uma salinidade baixa o suficiente para ser adequada para liberação de superfície e/ou reuso e a água tratada não contém qualquer outros contaminantes acima dos níveis permissíveis. Exemplos de água não tratada que podem não precisar de tratamento adicional após o sistema de tratamento 204 e tanque de deposição 222 incluem, porém, sem limitação, água produzida de produção de óleo primário (incluindo produção offshore), água produzida a partir da produção de gás natural, água produzida a partir da gaseificação de carvão, água de refluxo, água do processamento de areias petrolíferas, água de limpeza de tubulação de óleo, água de porão, água de poços industriais, e água de refugo de processamento de alimento.

[0050] A Figura 6 retrata uma representação de uma modalidade de processo 200” que pode ser usado para separação de óleo e

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19/20 água. Em determinadas modalidades, o processo 200”’ pode ser usado em vez de tratadores de campo de óleo tradicionais para separar óleo e água. O processo 200”’ pode ser o mais adequado para tratar água da produção de óleo primário (produção tanto onshore como offshore), mas pode ser usado também para outros tratamentos de água. Em determinadas modalidades, o processo 200’” é usado para tratar água com até cerca de 40% de corte de óleo na água.

[0051] Em determinadas modalidades, o tanque de deposição 222 no processo 200’” é um separador de API. O separador de API pode produzir uma camada de óleo livre que pode ser retirada do separador de API e enviada ao armazenamento de óleo 320. O floculante pode formar uma camada distinta entre a camada de óleo livre e a água tratada para permitir que o óleo livre seja retirado. A camada de óleo livre pode ser bombeada periodicamente e fornecida ao armazenamento de óleo 320. O óleo no armazenamento de óleo 320 pode ser vendido ou usado para outro processamento.

[0052] A água tratada removida do separador de API (por exemplo, água sugada do fundo do separador de API) pode ser enviada ao filtro mecânico 302 e/ou filtro de sorção 304 para tratar adicionalmente a água tratada, conforme descrito acima. Uma parte ou toda a água “limpa” pode ser fornecida ao processamento de água secundário 308 (por exemplo, dessalinização) e/ou reuso de água 318 (por exemplo, liberação de superfície e/ou reuso). Em algumas modalidades, pelo menos uma parte da água limpa pode ser bombeada à formação de mancais lubrificados com óleo e/ou fornecido em um poço de injeção.

[0053] Deve-se entender que a invenção não é limitada a sistemas particulares descritos que podem, evidentemente, variar. Também deve ser entendido que a terminologia usada no presente documento tem o propósito de descrever apenas as modalidades particulares e não é destinada a ser limitante. Conforme usado neste relatório descritivo, as formas singulares “um”, “uma”, “a” e “o” incluem referentes plurais a menos que o

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20/20 conteúdo indique claramente o contrário. Desse modo, por exemplo, referência a “um misturador” inclui uma combinação de dois ou mais misturadores e referência a “um fluido” inclui misturas de fluidos.

[0054] Modificações adicionais e modalidades alternativas de vários aspectos da invenção serão evidentes aos elementos versados na técnica em vista desta descrição. Consequentemente, essa descrição deve ser interpretada como ilustrativa somente e tem o propósito de ensinar aqueles elementos versados na técnica a maneira geral de realizar a invenção. Deve-se entender que as formas da invenção mostrada e descrita no presente documento devem ser tomadas como as modalidades presentemente preferenciais. Elementos e materiais podem ser substituídos por aqueles ilustrados e descritos no presente documento, partes e processos podem ser revertidos, e determinados recursos da invenção podem ser utilizados independentemente, todos conforme seria evidente a um elemento versado na técnica depois de ter o benefício dessa descrição da invenção. Mudanças podem ser feitas nos elementos descritos no presente documento sem se afastar do espírito e escopo da invenção conforme descrito nas reivindicações a seguir.

Claims

1. Sistema para tratar água com óleo residual e/ou sólidos caracterizado pelo fato de que compreende:

um tanque para armazenar água não tratada que compreende óleo residual e/ou sólidos;

tubulação acoplada ao tanque, em que a tubulação é configurada para propagar um fluxo da água não tratada do tanque;

um primeiro misturador em linha localizado na tubulação, em que o primeiro misturador em linha é configurado para adicionar um fluido de ajuste de pH ao fluxo de água no primeiro misturador em linha para ajustar um pH do fluxo de água;

um segundo misturador em linha localizado na tubulação a jusante do primeiro misturador em linha, em que o segundo misturador em linha é configurado para adicionar um floculante de dispersão de floculação microencapsulante ao fluxo de água;

um terceiro misturador em linha localizado na tubulação a jusante do segundo misturador em linha, em que o terceiro misturador em linha é configurado para adicionar um ativador ao fluxo de água;

um quarto misturador em linha localizado na tubulação a jusante do terceiro misturador em linha, em que o quarto misturador em linha é configurado para adicionar um condicionador ao fluxo de água; e um tanque de deposição acoplado à tubulação a jusante do quarto misturador em linha, em que o tanque de deposição é configurado para coletar água que flui para o tanque de deposição a partir da tubulação, e em que o tanque de deposição permite que floculantes sejam depositados a partir da água coletada para produzir água tratada separada e floculante no tanque de deposição.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a água não tratada é configurada para estar entre 0 °C e 60 °C quando a água não tratada entra no primeiro misturador em linha, o sistema

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2/4 opcionalmente compreende adicionalmente um trocador de calor localizado na tubulação antes do primeiro misturador em linha para ajustar a temperatura da água não tratada a uma temperatura entre 0 °C e 60 °C.

3. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o pH da água depois primeiro misturador em linha é configurado para ser um pH entre 6,5 e 10.

4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o floculante de dispersão de floculação microencapsulante compreende uma dispersão de nanopolímero.

5. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o condicionador compreende um floculante polimérico de peso molecular alto.

6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a dispersão de floculação microencapsulante é configurada para formar floculante tipo cabeça de alfinete no fluxo de água depois do segundo misturador em linha, e em que o floculante tipo alfinete compreende floculante com um diâmetro médio de 0,1 mm.

7. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos misturadores em linha compreende um misturador estático.

8. Método para tratar água que compreende óleo residual e/ou sólidos caracterizado pelo fato de que compreende:

fornecer um fluxo de água não tratada, sendo que a água não tratada compreende óleo residual e/ou sólidos na tubulação com uma série de misturadores em linha localizados na tubulação;

adicionar, se necessário, um fluido de ajuste de pH ao fluxo de água não tratada em um primeiro misturador em linha;

adicionar um floculante de dispersão de floculação microencapsulante ao fluxo de água em um segundo misturador em linha para formar um floculante tipo cabeça de alfinete no fluxo de água;

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3/4 adicionar, se necessário, um ativador ao fluxo de água em um terceiro misturador em linha;

adicionar um condicionador ao fluxo de água em um quarto misturador em linha para formar um floculante espesso no fluxo de água;

fornecer o fluxo de água a um tanque de deposição; e permitir que o floculante espesso e/ou o floculante tipo cabeça de alfinete sejam depositados a partir da água no tanque de deposição.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente ajustar o pH da água depois do primeiro misturador em linha a um pH entre 6,5 e 10.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que formar o floculante espesso com a adição do condicionador compreende coletar pelo menos uma parte do floculante tipo cabeça de alfinete em floculante espesso.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicação 8 a 10, caracterizado pelo fato de que o floculante espesso compreende floculante com um diâmetro médio de entre 1 mm e 2 cm.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente permitir rolamento lento do fluxo de água entre o quarto misturador em linha e o tanque de deposição para formar o floculante espesso no fluxo de água.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de que um tempo transcorrido do fornecimento do fluxo de água não tratada para o floculante espesso e/ou da deposição do floculante tipo cabeça de alfinete no tanque de deposição compreende menos que 60 minutos, menos que 30 minutos, menos que 15 minutos ou menos que 5 minutos.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende

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4/4 adicionalmente remover água tratada do tanque de deposição, em que a água tratada compreende água sem uma maior parte do floculante espesso e/ou do floculante tipo cabeça de alfinete.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente realizar pelo menos um de filtrar mecanicamente, filtrar por sorção, dessalinizar, tratar biologicamente a água do tanque de deposição depois de remover a água do tanque de deposição, e, opcionalmente, usar a água para uma operação de tratamento de superfície.