BR112018069358B1

BR112018069358B1 - Aparelho para separação de hidrocarbonetos a partir de água

Info

Publication number: BR112018069358B1
Application number: BR112018069358-8A
Authority: BR
Inventors: Jorn Folkvang
Original assignee: Stauper Offshore As
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2022-12-27
Also published as: BR112018069358A2; AU2017237648B2; EP3515573B1; CN109310932A; US20170275185A1; CA3025994C; EA039480B1; CA3025994A1; AU2017237648A1; EA201892138A1; NO341434B1; EP3515573A1; CN109310932B; MX2018011545A; NO20160769A1; KR20180132084A; US9938164B2

Abstract

A presente invenção refere-se a um aparelho (100) para separação de hidrocarbonetos a partir de água incluindo um segmento de tanque (110) compreendendo um tubo de entrada (111) de fluido através de uma parede de tanque cilíndrica (101), subsequente um misturador de gás (109), o tubo de entrada de fluido (111) subsequentemente entrando em um segmento de tanque em formato cônico truncado (113) localizado dentro do segmento de tanguetanque (110). O segmento de tanque em formato cônico truncado (113) compreendendo uma extensão de tubo (114), assegurando distribuição tangencial do fluido ao longo da parede interna do segmento de tanque cônico (113) em direção à parte superior do segmento de tanque cônico (113), onde palhetas-guias espaçadas (1140) montadas em anel são dispostas na parte superior do segmento de tanque cônico (113).

Description

ANTECEDENTES CAMPO DA TÉCNICA

[0001] A presente invenção refere-se a um aparelho para separação de hidrocarbonetos e água, em particular do tipo usando um gás de processo para suspender óleo para fora da fase aquosa da água produzida associada com produção de óleo e gás ou extração de óleo a partir de água contaminada com óleo.

[0002] Ainda, é um fato reconhecido que condições ambientais são governadas por corpos reguladores que demandam eficiência de limpeza de 100% em certos locais vulneráveis resultando em desafios cada vez maiores para os operadores. A presente invenção está voltada para tais exigências.

TÉCNICA ANTERIOR E RELACIONADA

[0003] Separação de hidrocarbonetos, isto é, óleo e/ou gás, e água é requerida em várias aplicações. Um exemplo típico é separação de óleo de água de esgoto a bordo de um navio. Um outro exemplo é separação de óleo e/ou gás natural a partir de fluido de poço produzido em um campo de óleo ou gás offshore. Em ambos os exemplos, o fluido de entrada tem tipicamente um teor de água alto. Ainda, a taxa de fluido de entrada pode ser grande, e a disponibilidade de espaço para um tanque de separação a bordo de um navio ou uma plataforma offshore pode ser limitada e cara.

[0004] Hidrociclones e outros separadores líquido-líquido rápidos são conhecidos na técnica e não são discutidos mais aqui. A invenção refere-se a um separador para um fluido de processo de entrada contendo principalmente água contaminada por óleo, por exemplo, de hidrociclones.

[0005] Separadores do tipo descrito aqui usam um gás de processo, por exemplo, N2 ou CO2, para formar bolhas. Óleo no fluido de entrada se liga às bolhas e sobe para a superfície, enquanto a água afunda. Hidrocarbonetos gasosos também formam bolhas e são removidos da parte superior do tanque separador junto com gás de processo e óleo. Como a quantidade de gás dissolvido em um líquido é proporcional à pressão acima do líquido, a pressão no líquido de saída é tipicamente igual à pressão ambiente para assegurar que o gás seja liberado dentro do tanque separador. A pressão na entrada pode ser reduzida em um ou mais estágios, e pode envolver pressões abaixo da pressão atmosférica para aumentar a formação de bolha e desgaseificação.

[0006] O WO 02/41965 revela um tanque separador onde um vórtex é estabelecido dentro de um tanque cilíndrico, vertical, para aumentar a separação. Mais particularmente, o tanque tem um guia helical em sua superfície interna para criar um fluxo rotacional. O fluxo rotacional força o componente mais leve, tais como gotículas de óleo e gás, em direção a uma parede cilíndrica concêntrica interna onde ele coalesce e sobe para a superfície do líquido, enquanto os componentes mais pesados se movem radialmente para fora e para baixo. Água é descarregada através de uma saída de água na parte inferior do tanque.

[0007] A EP 1 779 911 A1, a EP 2 263 768 A1 e a EP 2 442 881 B1 descrevem variedades diferentes de um tanque cilíndrico vertical em que separação é reforçada estabelecendo pelo menos um vórtex. Essas variedades têm um interruptor de vórtex na forma de um disco próximo da saída de água na parte inferior do tanque. A eficiência obtida através desses métodos conhecidos não é satisfatória.

[0008] O WO9965588 A1 descreve um tanque separador para remoção de água de óleo, em que gás de processo é adicionado ao óleo antes da mistura ser introduzida na parte inferior de uma primeira seção. Pressões são ajustadas de tal maneira que o gás forma bolhas que sobem através do fluido. O gás nas bolhas é rapidamente aquecido pelo óleo ambiente, de modo que sua umidade relativa diminui e vapor de água é extraído do óleo. O gás e vapor de água são retirados da parte superior do recipiente, enquanto o óleo é removido da parte inferior de uma segunda seção. As primeira e segunda seções do recipiente são separadas por uma parede divisória, preferivelmente na forma de um tubo. A eficiência ainda não é satisfatória e é ainda necessário preaquecimento artificial do fluido e dispositivos de acondicionamento para obtenção de área de superfície máxima.

[0009] O WO2010080035 e o WO2013109345A1 proveem exemplos de um tanque separador cilíndrico, vertical, em que um gás, por exemplo, N2, é adicionado ao fluido de entrada, e a mistura é inserida no tanque através de um tubo central dentro do tanque. O tubo central compreende ramificações e bocais tangencialmente orientados para estabelecer um vórtex. Uma saída para hidrocarbonetos na parte superior, um guia helical em sua superfície interna, um interruptor de vórtex e uma saída para água limpa na parte inferior são também providos. Placas-guia são necessárias e não há quaisquer dispositivos instalados para parada ou redução da ação de fluido rodopiante ou oscilação de fluido indesejada no local onde hidrocarbonetos e gás estão deixando a fase aquosa. Isto reduz bastante a eficiência em cada estágio.

[0010] A EP 2 263 767 A1 descreve um tanque separador para separação de óleo e gás de água compreendendo um tanque vertical cilíndrico e segmentos cônicos internos onde a mistura de líquido e gás é forçada em um movimento ascendente rodopiante ao longo das paredes cônicas externas e para a área adjacente na saída superior do cone. O separador não provê controle de fluxo de líquido adequado na zona de liberação de gás de hidrocarboneto, e a eficiência não é satisfatória.

[0011] A EP 1 779 911 A revela um tanque separador, e o inventor é o mesmo do presente pedido. O tanque separador da EP 1 779 911 A1 é compatível com a EP 2 263 767 A1 acima contendo um tronco cônico único e o tanque separador pode ser acoplado a um ou mais tanques separadores similares para aperfeiçoamento da eficiência total. O separador não provê controle adequado de fluxo líquido na zona de liberação de gás hidrocarboneto, e a eficiência não é satisfatória.

[0012] Os separadores acima podem compreender vários segmentos ou estágios de tanque, de maneira que a saída de água de um estágio é a entrada de fluido para o próximo estágio abaixo. Dois a quatro estágios são comuns, e cada estágio requer tipicamente gás de processo. A pressão pode ser igual em todos os estágios. No entanto, pode ser desejável limitar a queda de pressão em cada estágio ou segmento de tanque para obter um fluxo relativamente lento dentro do segmento, desta maneira aumentando a quantidade de óleo que adere às bolhas dentro do segmento, e desta maneira a eficiência do segmento. Uma queda de pressão limitada em cada estágio pode requerer estágios adicionais para se chegar à pressão de saída desejada. Ainda, controle marginal do movimento do líquido na zona de separação de óleo - água - gás pode reduzir mais a eficiência através da prevenção de liberação ótima de óleo e gás que pode requerer estágios adicionais para limpeza aprovada. Misturadores de gás - líquido podem também constituir uma parte significante em aumento da eficiência total do processo.

[0013] Um objetivo geral da presente invenção é resolver pelo menos um dos problemas acima enquanto retendo os benefícios da técnica anterior. Mais particularmente, objetivos da presente invenção incluem aperfeiçoamento da eficácia e taxa de separação em um separador da técnica anterior, redução da quantidade de gás de processo necessária, outros fatores tendo impacto sobre custo de operação e combinação da invenção com espaço limitado projetado para biorremediação para operações offshore em áreas vulneráveis sempre que fluxo ao mar de água limpa for requerido.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0014] Isto é obtido através de um aparelho para separação de hidrocarbonetos da água de acordo com a reivindicação 1. O aparelho para separação de hidrocarbonetos da água incluindo:

[0015] um segmento de tanque compreendendo;

[0016] um tubo de entrada de fluido através de uma parede de tanque cilíndrica, um misturador de gás subsequente,

[0017] o tubo de entrada de fluido subsequentemente entrando em;

[0018] um segmento de tanque de formato cônico truncado (tronco) localizado dentro do segmento de tanque compreendendo

[0019] uma extensão de tubo, assegurando distribuição tangencial do fluido ao longo da parede interna do segmento de tanque cônico em direção à parte superior do segmento de tanque cônico, onde

[0020] palhetas-guias espaçadas montadas em anel são dispostas na parte superior do segmento de tanque cônico, parando o movimento de rodopio do fluido e combinando o movimento restante em movimento axial e radial para o espaço entre as palhetas, e

[0021] uma saída de hidrocarboneto em uma tampa de tanque na parte superior da parede do tanque, e

[0022] uma válvula de segurança e indicador de nível na tampa do tanque e

[0023] um tubo para remoção de fragmento e restos conectado à parte inferior do segmento de cone, e

[0024] uma saída de água em uma extremidade inferior do segmento de tanque.

[0025] O aparelho está em uma modalidade compreendendo ainda um segmento de tanque subsequente, onde um tubo de entrada de fluido do segundo segmento de tanque está conectado à saída de água de fluxo descendente do segmento de tanque anterior, através de uma saída banhada por vórtice conectada ao tubo, e a um segmento de parede cônico truncado localizado dentro do segmento de tanque inferior, e onde o tubo é submetido a gás adicional através de um tubo de entrada de gás, e o tubo é levado para uma extensão de tubo análoga ao segmento de tanque, e onde o segundo segmento de tanque compreende uma saída de hidrocarboneto na parte superior e uma saída de água na parte inferior em uma tampa de tanque.

[0026] O aparelho de acordo com a invenção não requer placas- guia que estão nas entradas de fluido a fim de ajustar o fluido para um movimento giratório ascendente nos segmentos de tanque em formato cônico.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0027] A invenção será ilustrada em mais detalhes abaixo por meio de uma modalidade exemplar com referência aos desenhos acompanhantes, em que:

[0028] Figura 1 ilustra uma modalidade da invenção com dois segmentos de tanque cônicos,

[0029] Figuras 2-4 ilustra um dispositivo de controle de fluido alternativo do separador,

[0030] Figura 5 ilustra extensão de tubo de sifonagem se estendendo em diâmetros variáveis a partir de um tubo ejetor montado no centro,

[0031] Figura 6 ilustra uma modalidade da invenção com um segmento de tanque cônico tendo portas de entrada duplas,

[0032] Figura 7A é uma seção transversal ao longo do plano B - B na Figura 1 ilustrando uma extensão de tubo típica,

[0033] Figura 7B é uma seção transversal ao longo do plano A - A na Figura 6 ilustrando uma extensão de tubo típica em um processo de estágio único,

[0034] Figura 8 ilustra uma modalidade da invenção com dois ou mais segmentos de tanque cônicos com partes inferiores banhadas inclinadas se projetando radialmente para baixo,

[0035] Figura 9 ilustra um misturador de gás-fluido com referência particular ao plano C - C na Figura 1,

[0036] Figura 10 ilustra a principal de tecnologia conhecida tal como biorremediação, adicionando uma corrente estável de oxigênio ao fluido que flui para um segmento de tanque separado conectado em série com o dispositivo de limpeza descrito anterior.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0037] A invenção refere-se a um aparelho para separação de hidrocarbonetos da água, compreendendo um segmento de tanque 110 com uma entrada de fluido 1 através de uma parede de tanque cilíndrica e ainda através da parede de um segmento de tanque cônico interno acima de uma tigela, com uma saída de hidrocarboneto e gás de processo em uma extremidade superior 3 e uma saída de água a partir do tanque externo na parte inferior 4. O tubo de entrada 111 se projetando para dois ou mais tubos, isto é, extensão de tubo 114 como ilustrado na Figura 1. A extensão de tubo 14 é também ilustrada pelas Figura 7 A e Figura 7B, com extremidades abertas montadas tangencialmente e próximas da parede interna do segmento de tanque cônico desta maneira forçando o fluxo de entrada para um movimento ascendente giratório ao longo da parede cônica interna 113 em direção a várias alternativas de dispositivos de controle de fluxo, isto é, palhetas- guia 1140 na Figura 1. Alternativas de dispositivos de controle de fluxo são também ilustradas nas Figura 2, Figura 3, Figura 4 e Figura 5 designadas para prevenção de movimento de fluido indesejado na localização acima do segmento de tanque em formato cônico truncado, onde as bolhas de gás carregando películas de óleo são extraídas para o tubo de ejeção 115. O tubo de ejeção é deslocado da linha de centro vertical quando o segmento de tanque de formato cônico truncado se projeta para placas verticalmente montadas formando dois ou mais canais abertos na lateral como ilustrado pela Figura 4, Seção A - A. No entanto, quando palhetas-guias 140 estão sendo usadas na saída do segmento de tanque em formato cônico truncado como ilustrado na Figura 1 e na Figura 8, o tubo ejetor 115 pode ser posto ao longo da linha central do segmento de tanque de formato cônico truncado ou preferivelmente deslocado da linha central.

[0038] A Figura 1 ilustra uma modalidade da invenção com dois segmentos de tanque cônicos. Placas defletoras 130 são presas à parede do cone superior 113 adjacente ao segmento de tanque em formato cônico truncado desta maneira reduzindo a velocidade de rotação do fluido antes da entrada do fluido laminar ascendente e horizontal acima dos dispositivos de controle de fluxo como acima descrito.

[0039] Um dispositivo de controle de fluido alternativo é ilustrado na Figura 2, na forma de uma placa perfurada na zona entre as palhetas- guia 1140 e a parede de tanque 101, 102. As palhetas-guia 1140 e a placa perfurada se estendendo a partir da base das palhetas-guias para a parede de tanque 102 ou para uma placa vertical circular assegurando eficiência aumentada ótima quando o diâmetro do tanque é desfavoravelmente grande; por exemplo, 2:1 para aquele do segmento de tanque em formato cônico truncado.

[0040] A Figura 3 ilustra um segmento de tanque em formato cônico truncado coberto por uma placa perfurada com material perfurado e puncionado em alças descendentes para redução da rotação do fluido ou em alguns casos orifícios perfurados planos podem ser satisfatórios cobrindo o segmento de tanque em formato cônico truncado e a área se estendendo para a parede de tanque 101 ou tampa de tanque 102. Para eficiência aumentada uma ou mais placas perfuradas podem ser postas em paralelo com a placa montada em segmento de tanque em formato cônico truncado (tronco), todas se estendendo para a parede de tanque interna. Quando placas perfuradas estão sendo usadas, o tubo de ejeção 115 é preferivelmente posto ao longo da linha central do tanque 110.

[0041] A Figura 4 ilustra um controle de fluido alternativo através do segmento de tanque em formato cônico truncado por meio de canais abertos na lateral formados por placas verticais e uma placa perfurada entre o segmento de tanque de formato cônico truncado e a parede de tanque 101, 102 de um tubo de ejeção deslocado. O segmento de tanque em formato cônico truncado se projetando em placas verticais formando dois ou mais canais verticais abertos na lateral como anteriormente descrito. Nesta configuração o tubo de ejeção 115 é deslocado da linha central do tanque 110.

[0042] A Figura 5 ilustra uma ou mais extensão de tubo de sifonagem se estendendo horizontalmente em diâmetros variáveis em direção à tampa da parede de tanque 101, 102 a partir do tubo ejetor 115 posto ao longo da linha central do tanque 110 para eficiência aumentada em diâmetros de tanque e capacidades de processo grandes. A boca do tubo de ejeção da saída de hidrocarboneto 115 se projeta para vários tubos de ejeção 115a de comprimentos diferentes desta maneira aprisionando óleo e gás liberados antes do fluxo descendente através da placa perfurada ocorrer.

[0043] Em operação, um fluido inicial contém gás dissolvido, incluindo gás de processo fornecido a montante da entrada 2. A mistura de gás e fluido é realizada por um misturador de gás-fluido projetado 109 como ilustrado na Figura 1, aumentando a eficiência total. O misturador de gás-fluido 109 montado em um alojamento 119 é ilustrado na Figura 9. A extensão de tubo tangencialmente montada 114 dentro do segmento de tanque cônico faz com que o fluido gire e suba dentro do espaço anular formado pela parede cônica 113 de uma maneira convencional. O segmento de tanque cônico (câmara interna) com placas defletoras 130 na parte superior do cone e adjacente ao segmento de tanque de formato cônico truncado reduz a velocidade de rotação e converte o fluxo de líquido helical a partir da parte inferior do segmento de tanque cônico em fluxo laminar e axial nas palhetas-guias, canais de placa verticais ou placa perfurada. A placa horizontal perfurada fora do segmento de tanque em formato cônico truncado reduz mais quaisquer oscilações indesejadas desta maneira aumentando a eficiência do processo. Água retirada de gás e óleo na extremidade superior do tanque cônico flui 1155 para o espaço entre tanque externo e o segmento de tanque em formato cônico truncado interno e desce em direção à saída de água 116 na parte inferior do tanque 104. Quaisquer restos, fragmento e partículas pequenas podem ser drenados através de uma conexão de tubo separada 108 presa à parte inferior do segmento de tanque cônico. A área de formato cônico do segmento de tanque interno proverá uma queda de pressão adicional desta maneira aumentando a liberação de gás sem afetar o fluxo giratório ascendente adversamente.

[0044] Em algumas modalidades, o aparelho 100 compreende ainda um segmento de tanque cônico subsequente como ilustrado na Figura 1, onde o fluido do segundo segmento de tanque cônico é conectado à saída do reservatório de água entre o tanque de saída e o segmento de tanque cônico através de um ou mais tubos 116. O segmento de tanque cônico subsequente é preferivelmente similar ao segmento de tanque cônico discutido anteriormente, mas pode ter também um desenho diferente. Um tubo de ejeção para este segmento é ilustrado na Figura 1 pela seta 5 e Etapa de Ejeção 2 na Figura 8.

[0045] A pressão interna em cada segmento de tanque cônico pode ser menos do que a pressão em qualquer segmento de tanque cônico anterior. Isso permite uma redução gradual de pressão, por exemplo, para ou abaixo da pressão atmosférica, e pode ser útil para assegurar fluxo eficiente dentro de cada segmento de tanque cônico em um diferencial de pressão grande a partir da primeira entrada para a última entrada. Fornecimentos adicionais de gás de processo em cada segmento podem não ser necessários, uma vez que mais gás é liberado do fluido durante cada queda de pressão.

[0046] Em algumas modalidades, no entanto, o tubo de entrada 111 tem uma entrada de gás para gás de processo. Gás de processo adicional pode ser particularmente desejável em aplicações onde a diferença de pressão entre a primeira entrada e a última saída de água é relativamente pequena, isto é, onde uma fração grande de gás é liberada no primeiro segmento de tanque. No entanto, gás de processo adicional pode ser também fornecido a segmentos de tanque subsequentes por razões diferentes. Isso é ilustrado por 118 na Figura 1 e Etapa de Gás 2 na Figura 8.

[0047] Em uma modalidade, os canais ou tubos são montados dentro do segmento de tanque cônico e entre o segmento de tanque cônico e o segmento de tanque externo 110, 120. Isso melhora muito o controle de fluxo laminar, a capacidade por volume unitário e, mais significantemente, a eficiência total. Não há quaisquer acoplamentos internos, placas-guia, porcas e parafusos e fragmentos indesejados são removidos por agentes químicos reconhecidos. Inspeção interna adequada é obtida com orifícios de inspeção 130a. Fornecimento de gás, sensores, válvulas de operação, etc, são montados na tubulação de entrada e saída do segmento de tanque externo.

[0048] Em uma modalidade como ilustrado na Figura 6, é provida uma unidade de estágio 260 com um segmento de tanque cônico ou câmara de entrada que tem portas de entrada duplas para água produzida e fornecimentos de gás na parte inferior do tanque. As portas de entrada duplas se projetando através do revestimento de tanque externo e a parte inferior do segmento de tanque cônico e onde os tubos das portas de entrada são espalhados individualmente em tubo e peças tangencialmente adjacentes à parede interna do cone. Através de fechamento e abertura dos acessos para a extensão de tubo montada no tanque cônico interno 114 a faixa de capacidades que segue é obtida como um mínimo:

[0049] a) 15 m3/h a 150 m3/h

[0050] b) 30 m3/h a 300 m3/h

[0051] isto é, Redução: 10% de capacidade

[0052] Preferivelmente, um misturador 109 para mistura do gás de processo no fluido é provido a montante da entrada e preferivelmente um misturador projetado como mostrado na Figura 1 e ilustrado mais na Figura 9, onde o misturador de fluxo de gás 109 é montado em um alojamento 119, cf. Seção C - C na Figura 1. O misturador assegura que o gás de processo seja distribuído uniformemente no fluido que entra através das entradas, melhorando mais a eficiência total.

[0053] Em uma modalidade, a entrada de fluido compreende um regulador de fluxo. O regulador de fluxo pode ser de qualquer projeto convencional, isto é, um corpo acelerador giratório como em uma válvula borboleta ou uma placa deslizante para cobrir ou descobrir uma abertura na parede do tanque. O regulador de fluxo ajusta o fluxo de fluido para o aparelho, isto é, fechando totalmente uma fração das entradas ou reduzindo ou aumentando a abertura através de cada entrada. Desta maneira, o aparelho pode ser adaptado para uma gama de taxas de volume de entrada, e, com certeza, também para taxas de volume variáveis. Sensores, controladores, atuadores e algoritmos de controle, por exemplo, feedback para adaptar as entradas a um fluxo medido ou feed forward para adaptar as entradas em avanço para receber uma mudança conhecida, são geralmente conhecidos, e podem ser adaptados ao aparelho da invenção de uma maneira convencional.

[0054] Em modalidades com dois ou mais segmentos de tanque cônicos como ilustrado na Figura 1 e na Figura 8, as saídas de hidrocarboneto dos segmentos de tanque cônico diferentes podem levar para tubos de saída separados 3 e 5, antes da entrada em uma mangueira comum coletando os tubos com fluxos de óleo separados. Neste caso, válvulas de redução de cada segmento de tanque cônico para uma mangueira de saída comum são necessárias. A alternativa, cada tubo de saída de cada segmento de tanque cônico, pode estar preferivelmente em modalidades com outros segmentos de tanque.

[0055] Em uma modalidade com dois ou mais segmentos cônicos, o líquido - água fluindo para baixo pode entrar no segmento cônico que segue através de um tubo vertical montado no centro, como ilustrado na Figura 8, desta maneira evitando arranjos de tubulação separados e desta maneira reduzindo custos de fabricação e aperfeiçoando condições de fluxo.

DESCRIÇÃO DE PRINCÍPIOS

[0056] A Figura 1 ilustra o aparelho 100 de acordo com a invenção. O aparelho 100 compreende uma parede de tanque cilíndrica 101 fechada por uma tampa superior 102 e uma tampa inferior 103. Um fluxo de entrada de fluido inicial 1 contém uma mistura de água, hidrocarbonetos e um gás de processo 2, isto é, N2 ou CO2. O gás de processo é totalmente misturado com hidrocarbonetos e água em um misturador 109 e alimentado a um segmento de tanque em formato cônico truncado através de um tubo que é separado em dois ou mais tubos, isto é, extensão de tubo, com extremidades de tubo se projetando tangencialmente para a parede interna do segmento de tanque em formato cônico truncado forçando o fluido para um fluxo laminar giratório ascendente em uma direção horária quando visto de cima. Isso é vantajoso no hemisfério norte devido à força Coriolis e desta maneira a direção natural de um vórtex no norte do equador. Desta maneira, a montagem de tubo projetada para o hemisfério sul preferivelmente guia o fluido de entrada na direção oposta, isto é, sentido anti-horário quando visto de cima.

[0057] A fim de controlar o movimento de fluxo para a área adjacente ao tubo de ejeção verticalmente ajustável 115, vários métodos foram desenvolvidos e testados, os quais são essenciais para eficiências ótimas em condições de hidrocarbonetos variáveis.

[0058] Em tal modalidade o segmento de tanque em formato cônico truncado compreende um anel de palhetas-guias verticalmente montadas 1140 enquanto placas defletoras são postas na parede interna do cone abaixo do tronco preferivelmente opondo à rotação de direção do fluido desta maneira convertendo o movimento a montante do fluido em um fluxo laminar radial e axial a montante no espaço anular entre a parede de tanque 101, 102 e as palhetas-guias 1040.

[0059] Em uma modalidade como ilustrado na Figura 2, uma placa perfurada 1141 é montada no espaço anular entre o pé das palhetas- guia 1040 e a parede de tanque 101 ou tampão do tanque 102 desta maneira assegurando fluxo de fluido vertical laminar ao longo da parede externa do segmento de tanque cônico 113. Isto é, assegurando fluxo vertical lento de água e assegurando liberação ótima de bolhas de gás com películas de óleo acima da placa perfurada. Um anel de placa circular 1143 é montado na estrutura de placa perfurada de apoio com um diâmetro fixo se estendendo para fora a partir do segmento de tanque cônico truncado 113 para uma distância predeterminada. A área A1 da estrutura de placa perfurada apoiando o anel de placa e a área A2 de segmento de tanque cônico truncado (tronco) estão preferivelmente na faixa de 2 a menos de 4 a fim de reduzir fluxo a jusante indesejado de água misturada com óleo e desta maneira reduzindo a eficiência.

[0060] Em uma modalidade sem nenhum sedimento de tanque circular a placa perfurada circular 1141 não vai ocupar o espaço anular completo entre o segmento de tanque cônico truncado 113 e a parede do tanque desta maneira prevenindo ejeção ótima de hidrocarbonetos e gás em certos locais fora da placa perfurada com correspondente redução de eficiência de processo. Um anel de placa vertical com um diâmetro fixo é então adicionado à circunferência da placa perfurada.

[0061] Em uma modalidade adicional como ilustrado na Figura 3, as palhetas-guia são substituídas por uma ou mais placas em paralelo perfuradas cobrindo o segmento de tanque em formato cônico truncado e espaço anular adjacente limitado pela parede de tanque 101 e/ou tampa de parede de tanque 102. A placa perfurada na área do segmento de tanque de formato cônico truncado é preferivelmente perfurada e puncionada em alças descendentes designadas parando o movimento de fluido giratório e convertendo isso em e movimento controlado ascendente para a área de separação de gás - óleo - água.

[0062] Em uma modalidade adicional como ilustrado na Figura 4 o segmento de tanque em formato cônico truncado contém dois ou mais canais abertos na lateral verticais formados por placas ou metal estirado e com o mesmo propósito como anteriormente mencionado para parada do movimento giratório do fluido. A placa perfurada é mantida no espaço anular entre os canais e a parede de tanque 101 e/ou a tampa de tanque 102 e, alguns casos, incluindo o segmento de tanque em formato cônico truncado.

[0063] Em uma modalidade adicional ilustrada na Figura 5, preferivelmente com relação a diâmetros grandes do tanque e/ou capacidades de processamento grandes o tubo de ejeção se projeta para uma cabeça de sifonação ou vários de tubos horizontais em comprimentos diferentes penetrando na área onde óleo e gás estão sendo ejetados.

[0064] A fim de manter eficiências ótimas em várias composições de óleo e taxas de fluxo o nível de fluido acima do segmento de tanque em formato cônico truncado precisa ser controlado por um movimento ajustável para cima/para baixo do tubo ejetor 115, isso para prevenir que bolhas de gás carregando películas de óleo e perturbações no fluxo de fluido descendente entre a parede do tanque 101 e o segmento de tanque cônico.

[0065] A Figura 2 é uma vista na seção ao longo do plano A - A na figura 1 e ilustra a posição das palhetas-guia 1140 na saída do segmento de tanque em formato cônico truncado.

[0066] As Figura 7A e Figura 7B ilustram o fluxo de fluido inicial do misturador 109 para as direções tangenciais da extensão de tubo ao longo da parede de tanque cônico interna em direção ao tronco para processos de vários estágios ou para processo de um estágio mantendo um diferencial de pressão adequado de, diga-se, 0,3 bar.

[0067] Como mostrado pelas setas na Figura 1, durante operação o fluido de entrada sobe ao longo da parede de tanque cônico interna 113 em direção a palhetas-guias 1140, que se estendem axialmente em direção à tampa superior 102, em geral acima do segmento de tanque 101. Devido à queda de pressão no tubo de entrada 11 e ascendente ao longo da parede de tanque cônico 113 e nas palhetas-guia verticais 1140, gás de processo e hidrocarboneto gasoso formam bolhas conforme o fluido sobe para o espaço entre o segmento de tanque de formato cônico truncado e a tampa do tanque 102. Placas defletoras são postas na parte superior do segmento de tanque cônico e fecham o tronco a fim de parar o movimento rodopiante do fluido.

[0068] A principal liberação de bolhas de gás ocorre no vórtex formado no espaço de segmento de cone estruturado pela parede 113.

[0069] Gotículas de óleo se prendem às bolhas formadas por gás de processo no espaço anular acima da extensão de tubo 114 do primeiro estágio do segmento de tanque superior 110 e deixam o primeiro estágio através de uma primeira saída de hidrocarboneto 115 na tampa superior 102. A seta 2 indica o fluxo de entrada de gás de processo sendo misturado com fluido produzido 1 no primeiro estágio ou segmento de tanque 110. No segundo estágio ilustrado pelo segmento de tanque 120, entrada de gás de processo é representada pela seta 6 e rejeito de gás de hidrocarboneto e o gás é representado pela seta 5.

[0070] O estabelecimento de vórtex no segmento de tanque cônico 113 formado por sua parede interna auxilia na separação. Em particular, a densidade do fluido após passagem através dos dispositivos de controle de fluido montados no segmento de tanque de formato cônico truncado aumenta conforme gás de processo e hidrocarbonetos são removidos. O fluido mais denso extraído do gás e hidrocarbonetos se move radialmente para fora a partir do segmento de tanque de formato cônico truncado conforme ele desce de uma maneira laminar, em uma modalidade através de uma placa perfurada. A área ampla entre as saídas de fluxo a partir do segmento de tanque de formato cônico truncado e a parede do tanque resultará em perturbação do fluido insignificante e desta maneira aumenta mais a separação de gás e gotículas de óleo. Em equilíbrio, o fluido mais denso de todos, isto é, a água mais limpa, se reúne na parte inferior do segmento de tanque 110. Desta maneira, um tubo de saída de água 116 é provido através de um disco separando o estágio seguinte 120 do estágio anterior 110.

[0071] Quaisquer defletores ou placas-guia são necessários na área entre o lado externo do segmento de tanque cônico e a parede de tanque 110 ou nas entradas de fluido para os segmentos de tanque cônicos.

[0072] O fluido descendente ilustrado por 1155 entra na entrada do tubo 116 acima da placa inferior 104 do segmento de tanque 110 e para o tubo 121 desta maneira conectando o segmento de tanque de primeiro estágio 110 ao segmento de tanque de segundo estágio 120. A entrada 121 é similar à entrada 111, com a extensão de tubo dentro dos segmentos de tanque cônicos idêntica à descrição anterior.

[0073] Em particular, o segundo segmento de tanque 120 e em geral quaisquer segmentos de tanque subsequentes são preferivelmente projetados de maneira similar. Desta maneira, qualquer segmento 120 subsequente pode ser conectado em série a um segmento de tanque anterior 110, 120 através de saídas 116 e disposição de tubulação 121.

[0074] Os orifícios de inspeção 130a facilitam manutenção e inspeção. Ainda, entrada de gás 118 para um fornecimento adicional de gás de processo 6, válvulas e outro equipamento não mostrado estão prontamente disponíveis em tubulação externa a partir de segmentos de tanque 101 e tampas de tanque 102 e 103.

[0075] Cada segmento de tanque 110, 120, etc, tem saídas de hidrocarboneto separadas, isto é, 115, 140, etc. A saída do tubo 140 ilustrada pela seta 5 é um fluxo de gás de processo e hidrocarbonetos similar ao fluxo a partir da saída 115 mostrada pela seta 3. Se desejado, a saída 115 a partir do primeiro segmento de tanque 110 pode ser também uma entrada para o tubo 140.

[0076] A saída de água 126 a partir do último segmento de tanque é provida na parte inferior do segmento de tanque 120 e o último segmento de tanque 120 é provido com um interruptor de vórtex convencional na forma de um disco horizontal 150. A saída de água 126 seria alternativamente aberturas através da parede do tanque externo 101.

[0077] Os testes mostraram que a eficácia é aperfeiçoada bastante limitando ou cancelando a oscilação do fluxo radial fora do segmento de tanque de formato cônico truncado como anteriormente descrito. Como resultado, tipicamente mais de 95% do hidrocarboneto contido no fluido inicial deixam o separador através da primeira saída de hidrocarboneto 115 junto com gás de processo. Por sua vez, isso reduz a necessidade de segmentos subsequentes, por exemplo, para um segmento de tanque subsequente 120 como mostrado na Figura 1 ou um estágio ilustrado na Figura 6, enquanto um tanque separador da técnica anterior típico necessitaria três ou quatro segmentos de tanque para obter um teor baixo de hidrocarbonetos no fluxo de água final 4.

[0078] De acordo com prática comum, os artigos ‘um’, ‘uma’ e ‘o’, ‘a’ quando usados na descrição significam ‘pelo menos um’, enquanto ‘um’ significa exatamente um. Desta maneira, ‘uma entrada’ declarada na descrição deve ser considerada como ‘pelo menos uma entrada’. Similarmente, a descrição implica pelo menos um fluxo de entrada 1 e pelo menos um misturador 109, etc.

[0079] A Figura 9 é uma seção transversal vertical ao longo de C - C de um misturador de fluido de gás 109 como anteriormente descrito.

[0080] O tubo verticalmente montado 1150 constitui parte da estrutura de apoio para a placa horizontal 104 dividindo os segmentos de tanque 110 e 120, os segmentos de tanque cônicos e a placa de vórtex 150 acima da saída de água na parte inferior do segmento de tanque 120. Outros projetos, isto é, disposições de tubulação são antecipados e dentro do escopo da invenção.

[0081] A Figura 6 ilustra um processo de estágio único tendo um segmento de tanque de formato cônico truncado com portas/tubos de entrada duplos para misturas de líquidos e gás. Cada um desses tubos é conectado individualmente a uma extensão de dois ou mais tubos horizontais com peças de extremidade tangencialmente adjacentes à parede interna do cone.

[0082] Ainda para a Figura 6 acima, a Figura 7 Seção A - A ilustra a direção de fluxo a partir de dois ou mais tubos horizontais, cada um individualmente conectado às duas portas/tubos de entrada. Cada porta de entrada pode operar separadamente a fim de obter uma faixa de capacidade ampla através de um processo de estágio único.

[0083] Uma placa axialmente móvel representa um regulador de fluxo geral, controlando a entrada para o segmento de tanque associado 110, 120. O regulador de fluxo pode ser de qualquer projeto convencional, por exemplo, um corpo acelerador giratório tal como uma válvula borboleta dentro de um tubo externo ou uma placa deslizante para cobrir e descobrir uma fenda na parede do tanque. De qualquer maneira, o regulador de fluxo ajusta o fluxo de fluido para o aparelho, por exemplo, fechando totalmente uma fração das entradas ou reduzindo ou aumentando a abertura através de cada entrada. Desta maneira, o aparelho 100 pode ser adaptado para uma gama de taxas de volume de entrada e, com certeza, também para taxas de volume variáveis. Sensores, controladores, atuadores e algoritmos de controle, por exemplo, feedback para adaptar as entradas a um fluxo medido ou feed foward para adaptar as entradas previamente para receber uma mudança conhecida, são geralmente conhecidos e podem ser adaptados ao aparelho da invenção de uma maneira convencional.

[0084] Os processos descritos acima podem ser conectados em série com um ou mais processos de biorremediação conhecidos a fim de se aproximar de 100% de eficiência de processo. Este sistema compreende um aparelho 100, onde em certas condições e com eficiências de limpeza acima de 99% do dito aparelho, o aparelho é conectado a um processo de biorremediação localizado a jusante, a fim de converter o ppm restante de óleo em água e CO2. A Figura 10 ilustra o principal de tecnologia conhecida tal como biorremediação ao criar película de bactérias que se alimentam de óleo em empacotamento de partículas ou bolas minúsculas através da adição de uma corrente de oxigênio estável ao fluido que flui para um segmento de tanque separado conectado em série com os processos de limpeza descritos antes desta maneira convertendo hidrocarbonetos em CO2 e água.

[0085] Embora a invenção tenha sido descrita com referência a exemplos e modalidades específicos, o escopo da invenção é determinado pelas reivindicações acompanhantes.

Claims

1. Aparelho (100) para separar hidrocarbonetos a partir de água incluindo: um segmento de tanque (110) caracterizado pelo fato de que compreende: um tubo de entrada de fluido (111) através de uma parede de tanque cônica (101), subsequente a um misturador de gás (109) incluindo uma entrada de fluido (1) e fornecimento adicional de gás (2), sendo que o tubo de entrada de fluido (111) entra subsequentemente; um segmento de tanque de formato cônico truncado (113) localizado dentro do segmento de tanque (110), que compreende: uma extensão de tubo (114), assegurando distribuição tangencial do fluido ao longo da parede interna do segmento de tanque cônico (113) em direção à parte superior do segmento de tanque cônico (113), em que palhetas-guia espaçadas montadas em anel (1140) são dispostas na parte superior do segmento de tanque cônico (113), parando o movimento de rodopio do fluido e combinando o movimento restante em movimento axial e radial no espaço entre as palhetas, e uma placa perfurada (1141) é montada no espaço anular entre o pé das palhetas-guia (1040) e a parede de tanque (101) desta maneira assegurando fluxo de fluido vertical laminar ao longo da parede exterior do segmento de tanque cônico (113), e uma saída de hidrocarboneto (115) em uma tampa de tanque (102) na parte superior da parede de tanque (101), e uma válvula de segurança e indicador de nível na tampa de tanque (102); e um tubo para remoção de fragmento e restos (108) conectado à parte inferior do segmento de cone (113), e uma saída de água (116) em uma extremidade inferior do segmento de tanque (110).

2. Aparelho (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um subsequente segmento de tanque (120), em que: um tubo de entrada de fluido (121) do segundo segmento de tanque (120) é conectado à saída de água de fluxo descendente (116) do segmento de tanque anterior (110), através de uma saída banhada por vórtice conectada ao tubo (121), e a um segmento de parede cônico truncado (113) localizado dentro do segmento de tanque inferior (120), e em que: o tubo (121) é submetido a gás adicional (6) através de um tubo de entrada de gás (118), e o tubo (121) é levado para uma extensão de tubo (114) análoga ao segmento de tanque (110), e onde o segundo segmento de tanque (120) compreende: uma saída de hidrocarboneto (140) na parte superior e uma saída de água (126) no fundo em uma tampa de tanque (103).

3. Aparelho (100), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que nenhuma placas-guia é necessária nas entradas de fluido para ajustar o fluido para um movimento giratório ascendente nos segmentos de tanque em formato cônico (113).

4. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que as saídas da extensão de tubo tangencialmente montada (114) ao longo da parede interna do segmento de cone (113) asseguram um movimento ascendente giratório em direção à parte superior do segmento de parede cônico truncado (113).

5. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o ângulo do cone é menor que 90 graus para a vertical e assegura o fluxo ascendente laminar giratório do fluido ao entrar na área interna das palhetas-guia espaçadas montadas em anel (1140).

6. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que os segmentos cônicos (113) têm placas defletoras internas verticais (130) na parte superior do segmento de tanque cônico truncado (113), desta maneira interrompendo e reduzindo a rotação do fluido.

7. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a placa perfurada (1140a) na área da seção transversal do segmento de tanque cônico truncado (113) é perfurada e puncionada em alças descendentes, desta maneira parando o movimento giratório do fluido e o convertendo em um movimento controlado ascendente na área de separação de gás - óleo - água.

8. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que na saída de hidrocarboneto (115), a boca do tubo de ejeção se projeta para vários tubos de ejeção (115a) de comprimentos diferentes, aprisionando assim o óleo e o gás liberados antes que ocorra do fluxo descendente através da placa perfurada.

9. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o tubo de ejeção de saída de hidrocarboneto (115) é controlado por movimento vertical ajustável para manter a eficiência máxima em várias composições de óleo, gotículas de óleo e taxas de fluxo no nível do fluido acima do segmento de tanque cônico truncado (113).

10. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a posição do tubo de ejeção de saída de hidrocarboneto (115) é ao longo da linha central vertical do segmento de tanque (110) quando o segmento de tanque cônico truncado (113) e a área adjacente são cobertos por placa perfurada (ou placas perfuradas).

11. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que a posição do tubo de ejeção de saída de hidrocarboneto (115) é deslocada da linha central vertical do segmento de tanque (110).

12. Aparelho (100), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o tubo (121) tem uma entrada de gás subsequente (118) para gás de processo (6).

13. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um misturador (109) montado em um alojamento (119), que mistura o gás de processo no fluido a montante da entrada (111, 121).

14. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que a entrada de fluido (111, 121) compreende um regulador de fluxo.

15. Aparelho (100, 300), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que as saídas de hidrocarboneto (115, 140) dos segmentos de tanque subsequentes (110,120) levam a uma linha de tubulação comum.

16. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que compreende um reservatório de tanque externo (260) com um segmento cônico interno (113), com orifícios/tubulações de entrada dupla e misturadores de gás na parte inferior do reservatório de tanque externo, e os tubos se projetam para a parte interior inferior do segmento cônico e são cada um estendido em um total de dois, quatro ou múltiplos segmentos de tubo horizontais, cada um se estendendo em peças de extremidade tangencialmente adjacentes a uma parede interna do segmento de parede cônica, todos produzindo fluxo tangencial

17. Aparelho (100, 300), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende um segmento de tanque com entrada de fluido que inclui um misturador de gás, a entrada de fluido através da parede de tanque cilíndrica e através de uma placa inferior simétrica inclinada para baixo do segmento cônico (113) e na extensão de tubo situada acima e próximo a parte inferior do segmento cônico, e o líquido flui a partir do segmento do primeiro estágio passa por uma entrada de um tubo vertical montado no centro projetando-se na extensão de tubo seguinte.

18. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que sólidos são removidos da seção mais inferior do segmento de tanque cônico (113) e através de tubos de saída (108).

19. Aparelho (100), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o fundo do segmento de tanque cônico (113) é horizontal ou invertido, eleva o cone acima do segmento de tanque inferior, assim reduzindo a altura total do aparelho.

20. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que na circunferência do segmento de tanque (101) um anel de placa circular (1143) está montado em uma estrutura de suporte da placa perfurada com diâmetro fixo que se estende para fora do segmento de tanque cônico truncado (113) a uma distância predeterminada onde a área (A1) da estrutura da placa perfurada suporta o anel da placa e a área (A2) do segmento de tanque cônico truncado (frustum) está preferencialmente na faixa de 2 a menos de 4, de forma a reduzir o indesejado fluxo descendente de água misturada com óleo e assim reduzir a eficiência.

21. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20, caracterizado pelo fato de estar conectado a um conhecido processo de biorremediação localizado a jusante, a fim de converter o ppm restante de óleo em água e CO2.