BR112021012992A2

BR112021012992A2 - Célula eletro-coalescente com forma de indução de turbulência para desempenho maximizado

Info

Publication number: BR112021012992A2
Application number: BR112021012992-8A
Authority: BR
Inventors: Arturo Ernesto Menchaca Lobato
Original assignee: Fmc Technologies, Inc.
Priority date: 2019-01-04
Filing date: 2020-01-03
Publication date: 2021-09-14
Also published as: CA3125714A1; EP3906105B1; US20220064025A1; EP3906105A1; WO2020142686A1

Abstract

célula de eletro-coalescedorcom formato de indução de turbulência para desempenho maximizado. a presente invenção refere-se a um eletro-coalescedor que inclui: uma entrada de fluido; uma saída de fluido; uma fonte de energia; e um ou mais tubos conectando fluidamente a entrada e a saída, cada tubo tendo um eletrodo disposto através deles. os eletrodos são acoplados à fonte de energia. os tubos são configurados para se conectar a um aterramento elétrico e um campo elétrico é gerado entre o eletrodo e o tubo através do qual ele é disposto. uma superfície interna de cada um dos um ou mais tubos é configurada para induzir turbulência em um fluido que flui através dos tubos.

Description

“CÉLULA DE ELETRO-COALESCEDOR COM FORMATO DE INDUÇÃO DE TURBULÊNCIA PARA DESEMPENHO MAXIMIZADO” REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[001] O presente pedido reivindica prioridade do Pedido 62/788.601 depositado em 4 de janeiro de 2019 nos Estados Unidos.

CAMPO DA REVELAÇÃO

[002] No presente documento, as modalidades referem-se, em geral, ao campo de eletro-coalescedores e coalescedores gravitacionais. De modo mais particular, as modalidades do presente documento se referem a sistemas que proporcionam propensão aperfeiçoada de contato/união de gotículas, enquanto se mantêm a facilidade de fabricação.

FUNDAMENTOS

[003] Vasos de separação de fase são amplamente usados na indústria de petróleo e gás para dividir fluxos de fluido em suas fases constituintes. Tipicamente, isso é realizado ao longo de um processo de múltiplos estágios que compreende separadores de gás/líquido, separadores de gás/óleo/água e separadores de óleo/água. Areia e outras partículas sólidas são tipicamente também removidas ao longo desse processo.

[004] A separação de água de um líquido de hidrocarboneto é um processo importante na indústria de produção de petróleo. Em um regime dominado por óleo, pequenas gotículas de água podem ser dispersas na fase oleosa contínua devido ao cisalhamento em tubulações a montante, por exemplo. Adicionalmente, tanto aplicações de alta pressão como processos de recuperação de óleo aprimorados resultam em líquidos de hidrocarboneto altamente emulsificados.

[005] O tamanho de gotícula é um fator contribuinte importante para a velocidade da separação. Gotículas pequenas de água em óleo se separam lentamente do óleo comparadas a gotículas maiores, conforme mostra a lei de Stokes.

[006] Uma abordagem convencional para separação de óleo/água faz uso da gravidade e pode exigir tempos de permanência maiores dentro dos separadores. Esse processo é complicado pela pequena diferença de densidade entre óleo e água e pela alta viscosidade de petróleo bruto. Outras técnicas que usam produtos químicos e/ou aquecimento para romper as emulsões tipicamente resultam em altos custos operacionais devido ao preço dos produtos químicos e à logística envolvida em seu fornecimento. Ainda outras técnicas que empregam aquecimento tipicamente envolvem altos gastos de capital e também resultam em altos custos operacionais devido a sua alta demanda por energia.

[007] A separação de líquidos a partir de fluxos de fluido que são primariamente gás também é um processo industrial importante. Em muitos casos, são obtidos gases com alto valor econômico que contêm gotículas muito finas de líquidos. Exemplos incluem gás natural e muitos outros gases usados na indústria química, tal como dióxido de cloro ou enxofre. Da mesma forma, vapores podem se condensar parcialmente no processo, especialmente em aplicações em alta velocidade de gás (isto é, as altas velocidades proporcionam força significativa para atrair as gotículas), resultando em um gás contendo gotículas líquidas finas. Ademais, quaisquer obstáculos na trajetória de fluxo geram áreas de alta e baixa pressão. Portanto, altas velocidades de gás resultam em mais condensação em obstáculos porque as diferenças de pressão são muitos maiores.

[008] Visto que essas gotículas podem corroer a tubulação e são prejudiciais para bombas e outros equipamentos de processamento, elas devem ser removidas antes de embalar ou transportar o gás comercial ou usar o gás em um processo industrial. Na indústria petroquímica, especialmente offshore onde gás natural é obtido junto à água salgada e petróleo, é benéfico remover a água e/ou outros líquidos o mais próximo do poço possível. Esforços significativos são gastos secando gás natural com absorvedores de água para remover vapor d’água a concentrações muito inferiores à saturação. No entanto, esses esforços podem ser menos eficientes se o gás a ser seco contiver pequenas gotículas de líquido, talvez transportadas de processos a montante, além dos vapores.

[009] Técnicas convencionais para remover líquidos de gases tipicamente visam aperfeiçoar a separação tradicional de líquidos de gases utilizando-se forças tipo gravitação. Uma técnica bem antiga se baseia na observação que um pedaço de tecido pendurado em uma névoa coletará água da névoa, reduzindo, assim, a intensidade da névoa e fornecendo água. O tecido atua como um centro de condensação para as gotículas e, no caso de água, a gravitação fará com que água em excesso escorra. Essa técnica é a base para a separação de líquidos de gases usando pacotes de malha de fios. No entanto, uma malha pode se tornar obstruída e exigir que as moléculas de gás sigam trajetórias complicadas através da malha, gastando energia mecânica.

[0010] Outra tecnologia envolve aplicar movimento rotacional no fluido a fim de produzir uma força centrífuga com uma magnitude várias vezes maior que aquela produzida por gravidade. Dessa maneira, a separação procede em uma taxa muitas vezes mais rápida do que sob gravitação apenas, resultando em um aparelho muito menor. Ainda, aumentar as forças gravitacionais por rotação requer energia mecânica que geralmente é extraída do gás a ser separado. Essa energia mecânica consumida resulta em uma queda de pressão, que aumenta o número ou tamanho necessários das bombas. Exemplos comuns desse tipo de aparelho são ciclones e centrífugas.

[0011] Para aperfeiçoar a eficiência de métodos de separação de gás/óleo/água e óleo/água tais como aqueles descritos acima, um dispositivo de eletro-coalescedor é geralmente usado para facilitar a separação, por exemplo, de gotículas de água dispersas na fase oleosa. Os dispositivos eletro- coalescedores alcançam uma ampliação de gotícula de água por coalescência, mediante o qual a água pode ser separada mais facilmente.

[0012] Um dispositivo eletro-coalescedor pode ser empregado para acelerar a separação de qualquer emulsão onde a fase contínua é um isolante elétrico, tal como óleo, e a fase dispersa tem uma permitividade diferente da dita fase contínua. A fase dispersa pode, por exemplo, ser um condutor elétrico tal como água. Em um dispositivo de coalescência eletrostática, uma emulsão pode ser submetida a um campo elétrico de corrente alternada ou a um campo elétrico de corrente contínua ou pulsada.

[0013] Infelizmente, eletro-coalescedores convencionais podem ser muito caros ou fisicamente impraticáveis para implantar em locais submarinos, árticos, remotos, marginais ou offshore, por exemplo.

SUMÁRIO

[0014] As modalidades do presente documento são voltadas a eletro-coalescedores que utilizam tanto turbulência como eletro-coalescência para superar as desvantagens supracitadas da técnica anterior. Ademais, a construção descrita no presente documento é bastante simples, robusta e possui boa relação custo-benefício para construções destinadas a aplicações comerciais.

[0015] Em um aspecto, as modalidades do presente documento são voltadas para um eletro-coalescedor. O eletro-coalescedor pode incluir: uma entrada para fluido; uma saída para fluido; uma fonte de alimentação; e um ou mais canos que conectam fluidicamente a entrada e a saída. Cada cano pode ter um eletrodo disposto através dele, e os eletrodos podem ser acoplados à fonte de alimentação. Os canos podem ser configurados para se conectarem a um aterramento elétrico, por meio do qual um campo elétrico é gerado entre o eletrodo e o cano através do qual o mesmo é disposto. Uma superfície interna de cada um ou mais canos é configurada para induzir turbulência em um fluido que flui através dos canos.

[0016] A fonte de alimentação pode ser uma fonte de alimentação de corrente direta. Em várias modalidades, a fonte de alimentação de corrente direta pode fornecer uma corrente direta que seja opcionalmente contínua ou pulsada.

[0017] O eletro-coalescedor também pode incluir um controlador. O controlador pode incluir um indutor acoplado em paralelo aos eletrodos. O indutor e os eletrodos podem definir um circuito ressonante. O controlador também pode incluir um gerador de sinal acoplado à fonte de alimentação e aos eletrodos e pode ser operável em aplicar um sinal de corrente alternada aos eletrodos em uma frequência correspondente a uma frequência ressonante do circuito ressonante na presença do fluido.

[0018] Em algumas modalidades, os canos podem ter uma razão entre comprimento e diâmetro interno de até cerca de 50:1.

[0019] Em uma ou mais modalidades, pelo menos um dos eletrodos pode ser seletivamente desligado, de modo que uma fase contínua possa permitir uma passagem através do cano para fluido correspondente.

[0020] Os múltiplos canos podem ser circundados por um invólucro, e entre ou suportando os múltiplos canos podem estar um ou mais espelhos.

[0021] Os eletrodos podem consistir em um condutor circundado por uma manga eletricamente isolante.

[0022] Os eletrodos podem ser feitos de um material eletricamente condutor, e os canos podem ser feitos de um material eletricamente condutor. Em algumas modalidades, os eletrodos opcionalmente adotam o formato de uma haste ou um tubo.

[0023] Os eletrodos podem estar em contato com o fluido e não em contato elétrico com o cano. Em algumas modalidades, os eletrodos são substancialmente retos.

[0024] Embora os canos sejam configurados para induzir turbulência, o(s) cano(s) pode(m) ter um furo reto através do qual os eletrodos podem ser dispostos para permitir uma fabricação simplificada.

[0025] Em outro aspecto, as modalidades do presente documento são voltadas a um método para separar duas fases fluidas. O método pode incluir: proporcionar um fluxo de um fluido de processo que compreende duas ou mais fases, incluindo uma fase dominante e uma fase dispersa, a um eletro- coalescedor conforme descrito anteriormente. O método também pode incluir aterrar eletricamente um ou mais cano(s), aplicar uma tensão a um ou mais dos eletrodo(s) do eletro-coalescedor, e gerar um campo elétrico entre o(s) eletrodo(s) e o(s) cano(s). Passar o fluido de processo através do campo elétrico pode gerar um campo elétrico que induz eletro-coalescência de gotículas da fase dispersa dentro do fluido de processo. Ademais, a superfície interna do(s) cano(s) pode induzir turbulência e aumentar uma frequência de interação entre as gotículas da fase dispersa. As gotículas da fase dispersa podem coalescer e permitir a recuperação de um fluido de gotículas maiores, em que um tamanho médio de gotícula da fase dispersa na saída é aumentado comparado a um tamanho médio de gotícula da fase dispersa na entrada.

[0026] Em algumas modalidades, o método pode incluir gerar o campo elétrico usando um sinal de corrente direta aplicado ao(s) eletrodo(s). O sinal de corrente direta pode ser opcionalmente contínuo ou pulsado.

[0027] O método também pode incluir proporcionar um indutor acoplado em paralelo ao(s) eletrodo(s). O indutor, o(s) eletrodo(s), o(s) cano(s), e o fluido de processo podem definir um circuito ressonante. O método também pode incluir aplicar um sinal de corrente alternada ao(s) eletrodo(s) em uma frequência correspondente a uma frequência ressonante do circuito ressonante na presença do fluido de processo.

[0028] Aplicar o sinal de corrente alternada pode incluir: captar uma corrente do sinal de corrente alternada; e alterar a frequência para minimizar a corrente captada.

[0029] A turbulência induzida pela superfície interna do(s) cano(s) pode ser suficientemente alta para contribuir para um aumento no tamanho médio de gotícula da fase dispersa sem induzir uma redispersão significativa da fase dispersa. Por exemplo, o tamanho médio de gotícula da fase dispersa na saída pode ser pelo menos 50% maior que o tamanho médio de gotícula da fase dispersa na entrada.

[0030] Em algumas modalidades, uma fase dominante é um óleo e a fase dispersa é uma fase aquosa que pode opcionalmente conter sais dissolvidos.

[0031] Em outras modalidades, a fase dispersa é um óleo e a fase dominante é uma fase aquosa que pode opcionalmente conter sais dissolvidos.

[0032] O método pode incluir, ainda, carregar o fluido de gotículas maiores recuperado a partir da saída do eletro-coalescedor em um separador de fluidos situado a jusante do eletro-coalescedor para realizar a separação de fluidos no fluido de gotículas maiores para separar a fase dispersa e a fase dominante. A fase dispersa pode, então, ser descarregada através de uma saída de fase dispersa e a fase dominante pode ser descarregada através de uma saída de fase dominante.

[0033] O método também pode incluir carregar um fluido de entrada em um separador de sólidos que esteja a montante do eletro-coalescedor, tal como para realizar a separação de sólidos no fluido de entrada para separar sólidos, criar um fluido com sólidos reduzidos. Os sólidos podem, então, ser descarregados através de uma saída de sólidos e o fluido com sólidos reduzidos pode ser recuperado através de uma saída do separador de sólidos e carregado na entrada do eletro-coalescedor.

[0034] O método também pode incluir carregar um fluido de entrada em um evaporador instantâneo que esteja a montante do eletro-coalescedor para realizar uma evaporação instantânea no fluido de entrada para separar um gás, criando um fluido com gases reduzidos. O gás pode ser descarregado através de uma saída de gás e o fluido com gases reduzidos pode ser recuperado através de uma saída do evaporador instantâneo e carregado na entrada do eletro-coalescedor.

[0035] Em outro aspecto, as modalidades do presente documento podem ser voltadas para um método para separar uma fase dispersa a partir de uma fase dominante em um fluido, tal como um fluido contendo óleo e uma fase aquosa. O método pode incluir: fornecer o fluido de entrada a um evaporador instantâneo e/ou um separador de sólidos para produzir um fluido com um gás reduzido e/ou sólidos reduzidos. O fluido de entrada ou um fluido com sólidos reduzidos podem ser carregados, por exemplo, no evaporador instantâneo, realizando uma evaporação instantânea para separar gás natural do fluido com sólidos reduzidos ou do fluido de entrada, descarregando o gás natural através de uma saída de gás, e criando um fluido com gases reduzidos que seja emitido através de uma saída do evaporador instantâneo. Alternativamente, o método pode incluir carregar o fluido de entrada ou o fluido com gases reduzidos no separador de sólidos, realizar uma separação de sólidos para separar sólidos do fluido com gases reduzidos ou do fluido de entrada, descarregar os sólidos através de uma saída de sólidos, e criar o fluido com sólidos reduzidos que seja emitido através da saída do separador de sólidos. O fluido com gases reduzidos e/ou o fluido com sólidos reduzidos podem, então, ser carregados a um eletro- coalescedor para realizar eletro-coalescência para aumentar o tamanho médio de gotícula da fase dispersa na fase dominante no fluido com gases reduzidos e/ou fluido com sólidos reduzidos, criando um fluido de gotículas maiores que seja emitido através de uma saída do eletro-coalescedor. O fluido de gotículas maiores pode, então, ser carregado em um separador de fluidos, para realizar uma separação de fluidos no fluido de gotículas maiores para separar a fase aquosa e o óleo, e descarregar separadamente a fase aquosa através de uma saída de água e o óleo através de uma saída de óleo.

[0036] Em ainda outro aspecto, as modalidades do presente documento são voltadas a um sistema de separação para separar uma ou mais fases dispersas de uma fase dominante em um fluido de entrada. O sistema pode incluir: um evaporador instantâneo que separa um gás do fluido de entrada e/ou um fluido com sólidos reduzidos, cria um fluido com gases reduzidos, descarrega o gás através de uma saída de gás, e emite o fluido com gases reduzidos através de uma saída do evaporador instantâneo. O sistema pode, também ou alternativamente, incluir um separador de sólidos que separa sólidos do fluido de entrada e/ou o fluido com gases reduzidos, cria o fluido com sólidos reduzidos, descarrega os sólidos através de uma saída de sólidos, e descarrega um fluido com gases reduzidos e/ou sólidos reduzidos através de uma saída do separador de sólidos. Ademais, o sistema inclui um eletro-coalescedor que realiza eletro- coalescência para aumentar o tamanho médio de gotícula da fases dispersas na fase dominante dentro do fluido com gases reduzidos e/ou sólidos reduzidos produzindo um fluido de gotículas maiores, e emite o fluido de gotículas maiores através de uma saída do eletro-coalescedor; e um separador de fluidos que separa o fluido de gotículas maiores nas fases dispersas e na fase dominante, e descarrega separadamente as fases dispersas através de uma ou mais saídas de fase dispersa e a fase dominante através de uma saída de fase dominante.

[0037] Outros aspectos e vantagens da invenção se tornarão aparentes a partir da descrição a seguir e das reivindicações anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0038] A Figura 1 é uma vista longitudinal simplificada de um eletro- coalescedor com um cano único de acordo com uma ou mais modalidades ilustrativas da presente matéria.

[0039] A Figura 2A é uma vista longitudinal simplificada e a Figura 2B é uma vista em corte transversal simplificada de um eletro-coalescedor com múltiplos canos de acordo com uma ou mais modalidades ilustrativas alternativas da presente matéria.

[0040] As Figuras 3A-D são vistas em corte transversal de canos com várias geometrias em corte transversal que podem ser empregadas no eletro-coalescedor das Figuras 1 e 2.

[0041] As Figuras 4A-D são várias vistas longitudinais de canos com várias geometrias longitudinais que podem ser empregadas no eletro- coalescedor das Figuras 1 e 2.

[0042] A Figura 5 é um diagrama de blocos simplificado de um circuito de controle do eletro-coalescedor na Figura 1 e na Figura 2.

[0043] A Figura 6 é um diagrama simplificado de um laço positivo que pode ser empregado em um gerador de CA no circuito de controle da Figura

5.

[0044] A Figura 7 é um diagrama de blocos simplificado de um circuito de autogerador que pode ser empregado no circuito de controle das Figuras 5 e 6.

[0045] A Figura 8 é um diagrama de blocos simplificado de uma modalidade alternativa de um circuito de controle do eletro-coalescedor da

Figura 1.

[0046] As Figuras 9A-B são diagramas simplificados de sistemas de separação que incorporam componentes adicionais junto a um eletro- coalescedor conforme descrito nas Figuras 1 e 2A-B.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0047] As modalidades do presente documento são voltadas ao tratamento de um fluido de processo, tal como um fluido que compreende uma fase dominante e uma emulsão estrita de pelo menos uma segunda fase indesejável denominada como fase dispersa. Podem existir múltiplas fases dispersas. O tratamento do fluido de processo pode ser realizado em um eletro- coalescedor de acordo com a modalidades do presente documento. Após o tratamento, em uma ou mais modalidades, a jusante, o fluido pode ter a mesma composição geral, mas as gotículas da(s) fase(s) dispersa(s) podem ter se coalescido em gotículas maiores. Essas gotículas maiores são muito mais fáceis de separar através de métodos de separação de fluidos convencionais. Em uma ou mais modalidades, o fluido de processo geral pode ter a mesma composição a jusante, mas alguma fração da fase dispersa pode se separar, deixando para trás uma fase dominante com uma quantidade reduzida da fase dispersa que também pode ter se coalescido em gotículas maiores.

[0048] O eletro-coalescedor pode ser aplicado a qualquer sistema de fluido onde a resistência específica da fase dominante é maior que cerca de 107 Ohm*m e onde a permeabilidade elétrica da fase dominante e da(s) fase(s) dispersa(s) são diferentes. Por exemplo, o tamanho de gotículas de água em fluxos de gás de hidrocarboneto pode ser ampliado pelo eletro-coalescedor para secar mais eficientemente o gás.

[0049] Os sistemas de eletro-coalescedor de acordo com as modalidades do presente documento podem ter uma operação de unidade autônoma, receber uma carga a montante e descarregar um fluxo de produto coalescido para processar adicionalmente a jusante, tal como em um decantador por gravidade. Em outras modalidades, os sistemas de eletro-coalescedor de acordo com as modalidades do presente documento podem ser integrais a um decantador por gravidade, conforme descrito no documento WO2018153491 (FMC Separation Systems Bv).

[0050] Um recurso comum dos separadores de eletro-coalescedor baseados em recipiente e de furo reto da técnica anterior é que o fluido é tipicamente tratado eletrostaticamente em velocidades de fluxo relativamente baixas. Visto que a força eletrostática entre as gotículas tem um alcance muito curto, reduzir a distância entre as gotículas aperfeiçoa a eficiência do processo de coalescência. Portanto, em um fluxo baixo, um eletro-coalescedor baseado em recipiente e de furo reto tem uma taxa de colisão reduzida entre as gotículas de água, levando a uma redução geral na taxa de coalescência de gotícula- gotícula. Da mesma forma, uma velocidade de fluxo baixa em um eletro- coalescedor baseado em recipiente ou de furo reto aumenta a probabilidade de formação de gotícula secundária (isto é, re-emulsificação parcial) ou formação de cadeia e gotícula de água.

[0051] Uma forma de aumentar as interações entre as gotículas em uma dada velocidade de vazão é através de mistura, por exemplo, via turbulência intencional. Aumentar a turbulência, e, portanto, reduzir o tempo entre as colisões de gotículas, é particularmente importante à medida que o volume fracionário da fase dispersa diminui.

[0052] O número de Reynolds pode ser usado para ajudar a prever os padrões de fluxo em uma situação particular. Um número de Reynolds baixo tipicamente indica um fluxo laminar, que tem baixa turbulência e pouca mistura. Essa falta de mistura diminui a taxa de colisão entre as gotículas de água, aumentando o tempo necessário para coalescência. Um número de Reynolds alto tipicamente indica um fluxo turbulento, que corresponde a uma mistura rápida. Se o fluxo for muito turbulento, uma mistura rápida pode realmente causar re-emulsificação da fase dispersa na fase dominante. Entre esses dois regimes ocorre o fluxo transicional. O fluxo transicional tem um grau moderado de turbulência, que aumenta a taxa de colisões sem causar re-emulsificação. Metade das variáveis para o cálculo do número de Reynolds é ditada pelo fluido de processo envolvido (densidade e viscosidade), e, portanto, não pode ser alterada para um dado processo industrial. Os dois fatores que podem ser ajustados através do desenho do aparelho são a velocidade do fluido e a dimensão linear característica. Embora a vazão de fluido de um sistema real seja caótica e tenha muito mais de quatro fatores, o número de Reynolds proporciona certa percepção na criação de um dispositivo que acentua a mistura sem causar re-emulsificação das fases dispersas.

[0053] A Figura 1 é uma vista em corte transversal simplificado de um eletro-coalescedor 10 com um cano único 2 de acordo com uma ou mais modalidades ilustrativas da presente matéria. Um eletro-coalescedor 10 com um cano único 2 pode ter poucos componentes principais em uma ou mais modalidades. O influente pode fluir na entrada 1. Então, pode fluir no cano 2, que pode estar ondulando conforme descrito nesse exemplo ilustrativo. Após fluir através do cano 2, o efluente pode fluir para fora da saída 3. Enquanto no cano 2, o fluido também pode ser submetido à eletro-coalescência. Para que eletro- coalescência ocorra, o fluido deve encontrar um campo elétrico. Nesse sentido, um eletrodo 4 pode ser disposto através do cano 2. Em uma ou mais modalidades, o eletrodo 4 pode ser formado de um material condutor tal como um fio de alta tensão, haste ou tubo. O eletrodo 4 pode ser conectado a uma fonte de alimentação 5. O eletrodo 4 pode ser conectado a um dispositivo de conexão 9 que conecta eletricamente o eletrodo 4 à fonte de alimentação 5. Finalmente, o cano 2 pode ser conectado a um aterramento elétrico 6.

[0054] Quando o eletro-coalescedor 10 é ativado, uma corrente pode percorrer através do eletrodo 4. Visto que o cano 2 descrito é feito de um material condutor e é conectado a um aterramento elétrico 6, um campo elétrico pode se formar no espaço entre o eletrodo 4 e o interior do cano 2 através do qual o fluido flui.

[0055] Em uma ou mais modalidades, o eletrodo 4 pode ser circundado por uma manga 7, que é opcionalmente um revestimento. Em geral, a manga 7 pode ajudar a proteger o eletrodo 4 contra efeitos erosivos ou corrosivos do fluido de processo (por exemplo, devido a partículas ou produtos químicos no fluido de processo) e também pode servir como um isolante elétrico para reduzir a probabilidade de curto-circuito entre o eletrodo 4 e o cano 2. Exemplos de materiais para a manga 7 incluem epóxi, cerâmica eletricamente não condutora, revestimentos plásticos, etc. formados usando processos como moldagem, deposição de vapor químico, sinterização de deposição de vapor físico, etc. Produzir a manga 7 com um material eletricamente isolante evita curto-circuito do sistema através do fluido.

[0056] Alternativamente, camadas eletricamente isolantes podem ser combinadas com outras camadas protetoras nas superfícies externas para satisfazer as exigências mecânicas da aplicação (por exemplo, resistência à abrasão ou resistência à corrosão). Por exemplo, um epóxi isolante pode ser revestido por um revestimento cerâmico. O isolante particular e/ou revestimento resistente à abração selecionado para a manga 7 pode variar dependendo de exigências mecânicas, custos, e propriedades elétricas de material (por exemplo, constante dielétrica).

[0057] Uma ou mais modalidades do eletrodo 4 podem ter formato de haste e podem ser feitas de um material eletricamente condutor. Em outras modalidades, um eletrodo tendo um corte transversal não circular também pode ser usado.

[0058] Uma ou mais modalidades do eletrodo 4 podem ter formato tubular e podem ser feitas de um material eletricamente condutor.

[0059] Em uma ou mais modalidades, o eletrodo 4 pode ser circundado por uma manga 7 feita de um material quimicamente inerte para protegê-lo contra o fluido de processo.

[0060] Em uma ou mais modalidades, o eletrodo 4 pode ser parcial ou totalmente circundado por uma manga 7 feita de um material eletricamente isolante.

[0061] Uma ou mais modalidades incluem um eletrodo 4 que pode se consideravelmente reto. A haste pode ser disposta, por exemplo, ao longo de um eixo geométrico longitudinal 8 de um cano 2.

[0062] A Figura 2A é uma vista longitudinal simplificada de um eletro-coalescedor 10 com múltiplos canos 12 de acordo com uma ou mais modalidades ilustrativas da presente matéria.

[0063] Um eletro-coalescedor 10 com mais de um cano 2 de modo que se torne uma coleção de múltiplos canos 12, pode ter alguns componentes principais conforme nessas uma ou mais modalidades. Fixado à entrada 11 pode estar um cabeçote 20, que distribui a carga através de um distribuidor 21 aos múltiplos canos 12. Os múltiplos canos 12 podem estar ondulando conforme descrito nesse exemplo ilustrativo (Figura 2A). Fixado à extremidade dos múltiplos canos 12 pode estar um segundo distribuidor 21 que coletará o fluxo de cada cano 12. Um segundo cabeçote 20 pode, então, capturar todo o fluxo e pode direcionar o fluido coalescido à saída 13. Os múltiplos canos 12 podem estar contidos em um invólucro maior 24 e podem ser mantidos em posição com um ou mais espelhos 22.

[0064] O fluido pode seguir essa trajetória de vazão: O influente pode fluir na entrada 11. A seguir, o fluido pode alcançar um cabeçote 20 e um distribuidor 21, que podem encaminhar o fluido nos múltiplos canos 12. Após fluir através dos canos 12, o fluido pode fluir além de um segundo distribuidor 21 onde o fluido coleta em um segundo cabeçote 20 e flui para fora da saída 13.

[0065] Em uma ou mais modalidades, todos os canos 12 podem ser circundados por um invólucro 24. Esse invólucro 24 pode proporcionar suporte estrutural, proteger os canos, ou servir para outro propósito.

[0066] Adicionalmente, em uma ou mais modalidades, podem existir um ou mais espelhos 22. O um ou mais espelhos 22 podem proporcionar um suporte estrutural adicional em pontos ao longo do comprimento dos muitos canos 12 e podem estabilizar os canos 12 dentro do invólucro 24. Nesse sistema, os canos 12 podem estar em contato físico e/ou elétrico. O(s) espelho(s) 22 pode(m) conectar eletricamente os canos 12 ao invólucro 24 e, portanto, ao solo

16. O(s) espelho(s) 22 pode(m) ser fixado(s) (talvez por soldagem) ao invólucro

24.

[0067] Em uma ou mais modalidades, as extremidades dos tubos 12 podem ser dispostas e fixadas (talvez por soldagem) a um ou mais distribuidores 21. Em uma ou mais modalidades, podem existir dois distribuidores 21: um na extremidade de entrada dos canos 12 e um na extremidade de saída dos canos 12. O(s) distribuidor(es) 21 também pode(m) ser fixados ao invólucro 24 (talvez por soldagem) para garantir um bom contato e estabilidade estrutural. Essa disposição do(s) distribuidor(es) 21 pode evitar que fluido flua ao redor dos canos 12, ao invés de encaminhar o fluido através dos canos 12. Essa configuração também pode servir para proporcionar uma conexão elétrica e/ou estabilidade física aos canos 12 dentro do invólucro 24.

[0068] Em uma ou mais modalidades, podem existir dois distribuidores 21 e nenhum espelho 22. Essa configuração pode ocorrer quando os canos 12 forem mais curtos. Em uma ou mais modalidades alternativas, podem existir dois distribuidores 21 e um ou mais espelhos 22. Essa configuração pode ocorrer quando os canos 12 forem mais longos.

[0069] Cada eletrodo 14 pode ser disposto dentro de um respectivo cano 12, e pode estar situado ao longo de um eixo geométrico longitudinal 8 de cada cano ondulante 12. Os eletrodos 14 podem ser mantidos em posição dentro de cada cano 12 através de um espaçador condutor ou isolante ou outro meio, disposto dentro dos cabeçotes 20 ou canos 12, enquanto não impede nem restringe o fluxo do fluido através do eletro-coalescedor 10. Tanto a turbulência induzida causada pelo formato do cano 12 como o campo elétrico entre o cano 12 e o eletrodo 14 servem para aplicar forças radiais no eletrodo 14. Portanto, os espaçadores/chapas de haste/retentores de eletrodo devem conferir um grau de estabilidade aos eletrodos 14, a fim de manter uma distância adequada entre cada eletrodo 14 e o cano 12.

[0070] As Figuras 1 e 2A são desenhadas com cano(s) horizontal(is) 2, 12 e eletrodo(s) 4, 14 meramente por conveniência. O eletro- coalescedor 10 desta revelação, com um ou muitos canos 2, 12 pode, alternativamente, ser disposto verticalmente ou inclinado em um ângulo arbitrário. Em um eletro-coalescedor vertical ou inclinado 10, a entrada 1, 11 ou a saída 3, 13 podem ser dispostas verticalmente, significando que o fluido de processo pode fluir para cima ou para baixo.

[0071] Enquanto nos canos 12, o fluido pode ser submetido à eletro-coalescência. Um eletrodo 14 pode ser disposto através de cada cano 12. Em uma ou mais modalidades, o eletrodo 14 pode ser formado por um material condutor tal como um fio ou haste. Cada um dos eletrodos 14 é conectado à fonte de alimentação 15. Os eletrodos 14 podem ser conectados a um dispositivo de conexão 19 que conecta eletricamente os eletrodos 14 à fonte de alimentação

15. Finalmente, os canos 12 podem ser conectados a um aterramento elétrico

16. Em uma ou mais modalidades, o invólucro 24 e o(s) espelho(s) 22/distribuidor(es) 21 são feitos de um material eletricamente condutor tal como um metal. Portanto, conectando-se o invólucro 24 a um solo 16, todos os canos 12 são aterrados através de um contato com o(s) espelho(s) 22 e/ou distribuidor(es) 21. Alternativamente, os canos 12 podem ser individualmente conectados ao solo 16 através de uma conexão elétrica tal como um fio (não descrito).

[0072] Quando o eletro-coalescedor 10 é ativado, corrente pode percorrer através de um ou mais eletrodos 14. Visto que os canos 12 podem ser feitos de um material condutor e podem ser conectados a um aterramento elétrico 16, um campo elétrico pode se formar entre os eletrodos eletrificados 14 e o interior dos canos 12. Esse campo elétrico pode fluir através do fluido.

[0073] Em uma ou mais modalidades, um ou mais eletrodos 14 podem ser circundados por uma manga 17, que é opcionalmente um revestimento. Em geral, a manga 17 pode ajudar a proteger o eletrodo 14 contra efeitos erosivos ou corrosivos do fluido de processo.

[0074] Em uma ou mais modalidades, a manga 17 ao redor de um ou mais eletrodos 14 pode servir como um isolante elétrico para reduzir a probabilidade de curto-circuito entre um eletrodo 14 e o cano 12 através do qual o mesmo pode ser disposto. Em geral, o sistema apenas funciona e eletro- coalescência apenas ocorre quando existir um campo elétrico criado entre os eletrodos 14 e os canos 12, desde que nenhum fluxo de corrente elétrica (fluxo de elétrons) ocorra entre esses dois elementos. Geralmente, não há fluxo de corrente entre esses dois elementos quando uma ou mais das situações a seguir for satisfeita: o eletrodo 14 é eletricamente isolado pela manga 7; a condutividade da emulsão é baixa; o volume da fase dispersa é pequeno suficiente; a tensão aplicada é baixa suficiente a fim de não formar cadeias de gotículas de água entre o eletrodo 14 e o cano 12; e/ou, a turbulência é alta suficiente para evitar a formação de cadeias de gotícula de água entre o eletrodo 14 e o cano 12.

[0075] Em uma ou mais modalidades, a manga eletricamente isolante 17 ao redor de um ou mais eletrodos 14 não é disposta ao longo de todo o comprimento do eletrodo 14. Nesse caso, podem existir diferentes regiões da manga 17: algumas regiões são eletricamente isolantes, enquanto outras servem apenas para proteger o eletrodo 14 contra o fluido de processo. Uma ou mais modalidades podem ter a região de um eletrodo 14 exposta a uma concentração maior da fase dispersa (a montante) disposta com uma manga isolante 17. A região do eletrodo 14 exposta a uma concentração menor da fase dispersa (a jusante), em uma ou mais modalidades, pode não ter uma manga eletricamente isolante 17. Isso pode aumentar o campo elétrico nessa região, que pode ser necessário para obter uma eficiência de coalescência razoável para um fluido com uma concentração menor da fase dispersa. Combinações alternativas de comprimentos revestidos por manga isolada, revestidos por manga não isolada e/ou sem manga do eletrodo 14 também são possíveis.

[0076] Uma ou mais modalidades do método para separar duas fases fluidas compreendem proporcionar um fluxo de um fluido que consista em duas ou mais fases conforme descrito anteriormente. Esse fluido entra através de uma entrada 1, 11 e se dirige a um eletro-coalescedor 10 conforme descrito anteriormente. Os canos 2, 12 do eletro-coalescedor 10 são feitos de um material condutor e são eletricamente aterrados através da conexão a um solo 6, 16. Um eletrodo 4, 14 do eletro-coalescedor 10 é disposto através de um cano 2, 12 e conectado a uma fonte de alimentação 5, 15. Ao mesmo tempo, quando a tensão é aplicada, um campo elétrico se forma entre o eletrodo 4, 14 e o cano 2, 12 e flui através do fluido. Finalmente, o fluido sai através de uma saída 3, 13 e é recuperado. O campo elétrico induz a eletro-coalescência das gotículas da fase dispersa dentro do fluido. Da mesma forma, a superfície interna dos canos 2, 12 é estruturada para induzir turbulência, que aumenta a frequência de interação entre as gotículas da fase dispersa. Juntas, a eletro-coalescência e a turbulência fazem com que as gotículas se agreguem rapidamente (coalesçam) para formar gotículas maiores. O fluido final tem um tamanho médio de gotícula da fase dispersa na saída 3, 13 que é aumentado conforme comparado a um tamanho médio de gotícula da fase dispersa na entrada 1, 11.

[0077] O objetivo de eletro-coalescência consiste em aumentar o tamanho médio de gotícula da fase dispersa dentro da fase dominante enquanto minimiza ou evita a formação secundária de gotículas. Em uma ou mais modalidades, o tamanho médio de gotícula da fase dispersa na saída 3, 13 de um eletro-coalescedor 10 pode ser pelo menos 50% maior que o tamanho médio de gotícula da fase dispersa na entrada 1, 11.

[0078] Projetos de misturadores estáticos alternativos observados na técnica anterior aumentam a turbulência colocando-se recursos na trajetória do fluido, mas esses projetos alternativos têm uma série de complicações. Em uma ou mais modalidades, quando os recursos causadores de turbulência estiverem em contato elétrico tanto como a parede do cano aterrada como com o eletrodo, eles não podem ser um condutor elétrico; caso contrário, o campo elétrico no volume de fluido sumirá em uma zona vasta ao redor desses recursos. Se esses recursos cobrirem uma grande parte do eletrodo, o campo elétrico sumirá através do volume de célula completo, e o consumo de energia aumentará consideravelmente. Adicionalmente, se esses recursos apresentarem bordas agudas, sua presença aumentará localmente a tensão elétrica na manga isolante do eletrodo, levando potencialmente a falhas prematuras de material. Por essas razões, quando os recursos causadores de turbulência estiverem em contato elétrico tanto com a parede do cano aterrada como com o eletrodo, eles devem ser feitos de um material dielétrico adequado. Esse material deve ser adequado para operação em alta tensão comparado com alta frequência, alta pressão (fornecendo uma boa vedação), e alta temperatura, enquanto é quimicamente resistente ao fluido de processo, formável no formato exigido, suficientemente duro e rígido, durador, não propenso a danos pela rápida descompressão, e, de preferência, com um coeficiente de expansão térmica similar aos outros materiais usados na célula, dentre outras exigências. As partes resultantes devem ser simples e baratas para produzir, instalar e manter, e não devem representar uma probabilidade aumentada de entupimento ou obstrução da célula de eletro-coalescedor durante a manutenção. Até onde se sabe, não existem materiais poliméricos que satisfaçam essas exigências. Os únicos materiais dielétricos que podem satisfazer a maioria dessas exigências são vidros e cerâmicas. Porém, produzir, instalar, operar e fazer manutenção de recursos de indução de turbulência de vidro ou cerâmica representaria um grande desafio técnico, e resultaria em uma solução complexa e cara, uma solução que não conseguiria satisfazer todas as exigências supramencionadas.

[0079] De preferência, em uma ou mais modalidades, a estrutura das paredes internas dos canos 12 pode ser configurada para que o fluido que flui através dos mesmos fique em um regime de fluxo ligeiramente turbulento e transicional, mas os eletrodos 14 sejam consideravelmente retos. A geometria particular dos canos 12 de eletro-coalescedor pode resultar do projeto da turbulência e velocidade do eletro-coalescedor 10 para um fluido particular. Nesse sentido, cada cano 12 e eletrodo 14 pode adotar uma variedade de formatos e disposições em dimensões em corte transversal e longitudinal.

[0080] A geometria particular dos eletrodos 14 e canos 12 (por exemplo, disposição, número, espessura, corte transversal, colocação do eletrodo 14, etc.) pode variar dependendo de fatores associados à implementação particular, tal como o fluido de processo, diâmetro da tubulação de entrada, pressão do fluido, taxa de vazão esperada, etc. Por exemplo, o formato e diâmetro interno dos canos 12 podem variar dependendo do fluido processado.

[0081] Em uma ou mais modalidades, a entrada 11 e/ou a saída 13 podem ser dispostas transversais ao eixo geométrico principal do invólucro 24,

ou em qualquer outro ângulo em relação ao eixo geométrico principal do invólucro 24.

[0082] A Figura 2B é uma vista em corte transversal simplificada do mesmo eletro-coalescedor 10 com múltiplos canos 12. Essa imagem é um corte transversal do eletro-coalescedor 10 descrita na Figura 2A ao longo de uma linha pontilhada 23 através do espelho intermediário 22. Nesse exemplo, o invólucro 24 abrange sete canos 12 que estão sendo mantidos em posição por um espelho

22. Disposto através de cada um dos canos 12 pode estar um eletrodo 14 que pode ser circundado por uma manga 17. Nota-se, na Figura 2B, que o eletrodo 14 e a manga 17 são descritos como um objeto único, por motivos de simplicidade, quando a manga 17 circundar o eletrodo 14 conforme descrito anteriormente.

[0083] Uma ou mais modalidades do eletro-coalescedor 10 podem ter múltiplos eletrodos 14. Em algumas modalidades, há um único eletrodo 14 disposto através de cada cano 12. Em outras modalidades, alguns canos 12 podem não ter um eletrodo 14 disposto através dos mesmos.

[0084] Cada cano 12 pode circundar pelo menos parte de um eletrodo em formato de haste correspondente 14. Em uma ou mais modalidades, o eletrodo 14 pode se estender além de uma extremidade do cano 12 em um dos cabeçotes 20, seja em direção à entrada 11 ou em direção à saída 13. Em algumas modalidades, o eletrodo 14 pode se estender além de ambas as extremidades do cano 12 em direção à entrada 11 e à saída 13. Em outras modalidades, em uma ou ambas as extremidades, o eletrodo 14 pode terminar aproximadamente junto com o cano 12. Em uma ou mais modalidades, uma ou ambas as extremidades do eletrodo 14 podem terminar totalmente dentro do cano 12.

[0085] Em uma ou mais modalidades, os canos 12 estão em contato. O contato pode ser ao longo de seu comprimento inteiro ou apenas em um número limitado de pontos. Os canos 12 podem ter um corte transversal arredondado e podem estar em contato. Os canos 12 podem ser embalados compactamente, empacotamento quadrado, ou colocados em qualquer outra disposição de embalagem. A embalagem pode ser, ou não, ideal. A embalagem ideal é definida como tendo o número máximo de tubos para um dado formato interior do invólucro 24.

[0086] Em uma ou mais modalidades, o corte transversal dos canos 12 podem ter um formato de tesselação tal como um hexágono perfeito ou um retângulo. Os canos 12 podem ser dispostos em uma maneira tesselada dentro do invólucro 24. Portanto, em uma ou mais modalidades onde os cortes transversais do cano 12 podem ser um hexágono perfeito, uma coleção de canos 12 pode se assemelhar a uma colmeia, onde uma parede pode ser comum entre dois ou mais canos 12.

[0087] A Figura 3A é uma vista em corte transversal de um cano 12 com um corte transversal circular onde o eletrodo 14 e a manga 17 são dispostas através do centro do cano circular 12. Em uma ou mais modalidades, o corte transversal de um interior do cano 12 pode ter lados curvos.

[0088] Em uma ou mais modalidades, o corte transversal de um formato interior do cano 12 pode ser redondo e, portanto, pode ser oval, elíptico ou circular.

[0089] A Figura 3B é uma vista em corte transversal de um cano 12 com um corte transversal hexagonal regular, onde o eletrodo 14 e a manga 17 são dispostos através do centro do cano hexagonal 12. Em uma ou mais modalidades, o corte transversal de um interior do cano 12 pode ter lados retos.

[0090] Em uma ou mais modalidades, o corte transversal de um interior do cano 12 pode ser um polígono regular. Em uma ou mais modalidades, o corte transversal de um interior do cano 12 pode ser um polígono irregular.

[0091] A Figura 3C é uma vista em corte transversal de um cano 12 com um corte transversal circular, onde o eletrodo 14 e a manga 17 não são dispostos através do centro do cano 12, mas são, ao invés disso, dispostos através do cano 12 em um local deslocado do centro. Em uma ou mais modalidades, o eletrodo 14 pode ser disposto através do cano 12 em um local que não seja o centro geométrico.

[0092] Em uma ou mais modalidades, um eletrodo 14 pode ser disposto através do centro de um cano 12. Alternativamente, em uma ou mais modalidades, um eletrodo 14 pode ser disposto através de um cano 12 em um local deslocado do centro. Dentro de um eletro-coalescedor único 10, diferentes canos 12 podem ter eletrodos 14 dispostos em locais diferentes. Dentro de um cano único 12, um eletrodo 14 pode ser disposto em diferentes locais ao longo do comprimento do cano 12. Por exemplo, o eletrodo 14 pode ser disposto no centro geométrico em direção à entrada 11, e deslocado do centro geométrico em direção à saída 13.

[0093] A Figura 3D é uma vista em corte transversal de um cano 12 com um corte transversal elíptico, onde o eletrodo 14 e a manga 17 são dispostos através do cano 12 em um ponto deslocado ao longo do eixo geométrico semi- principal de uma elipse. Em uma ou mais modalidades, o eletrodo 14 pode ser disposto através de um cano elíptico 12 em um local que pode ser deslocado ao longo do eixo geométrico semi-principal ou semi-secundário da elipse.

[0094] O corte transversal de um interior de um cano 12 pode assumir um formato que não seja um polígono regular, um círculo perfeito ou uma elipse perfeita.

[0095] O corte transversal do interior de um cano único 12 pode não ser consistente ao longo do comprimento do cano 12. Por exemplo, o corte transversal da porção de um cano 12 mais próximo à entrada 11 pode ser circular e a porção do cano 12 mais próxima à sápida 13 pode ser hexagonal.

[0096] O interior de cada cano 12 pode não ser uniforme dentre os muitos canos 12 dentro de um eletro-coalescedor único 10. Por exemplo, uma ou mais modalidades do eletro-coalescedor 10 podem ter canos semicirculares 12 e canos semi-hexagonais 12.

[0097] Em uma ou mais modalidades, o interior do cano 12 pode assumir o formato de uma torção. No presente documento, uma torção é o formato de um cano 12 que foi rotacionalmente deformado ao redor do eixo geométrico do cano 12 como se tivesse sido submetido a uma torção. Em uma torção, o eixo geométrico central do cano 12 pode ser retido, e o eletrodo 14 pode ser disposto através desse eixo geométrico central. Uma torção não é igual a uma hélice, onde o cano 12 é dobrado ao redor de um novo eixo geométrico central que esteja fora do cano 12. A Figura 4B descreve uma vista longitudinal de um cano 12 com uma estrutura torcida, uma das possíveis estruturas do cano 12 usadas para aumentar a turbulência. Conforme em uma ou mais modalidades, o eletrodo 14 pode ser disposto através do centro do cano 12 e pode ser conectado a uma fonte de alimentação 15. Adicionalmente, o cano 12 pode ser conectado a um solo 16.

[0098] Em uma ou mais modalidades, o interior do cano 12 pode ser corrugado. A Figura 4C descreve uma vista longitudinal de um cano 12 corrugado, uma das possíveis estruturas de cano 12 usadas para aumentar a turbulência. Conforme essa ou mais modalidades, o eletrodo 14 pode ser disposto através do centro do cano 12 e pode ser conectado a uma fonte de alimentação 15. Adicionalmente, o cano 12 pode ser conectado ao solo 16.

[0099] Em uma ou mais modalidades, o cano 12 pode ser construído de modo que um eletrodo reto 14 possa ser disposto através do centro do cano 12 sem tocar as paredes interiores do cano 12. Portanto, o cano 12 pode ter um furo reto de diâmetro interno suficiente que o eletrodo 14 possa ser disposto através desse furo sem encostar na parte interna do cano 12. Essa restrição impactaria no desenho dos canos corrugados e/ou ondulantes 12, dentre outros.

[00100] Projetar os canos 12 de eletro-coalescedor de modo que tenham um furo central reto confere vários benefícios. Em particular, esses desenhos de cano 12 permitem facilidade de fabricação de um dispositivo com excelente desempenho. Adicionalmente, o eletrodo 14 não precisa ser disposto através do centro desse furo central, mas, ao invés disso, poderia ser deslocado do centro exato do furo central.

[00101] O cano 12 e/ou o eletrodo 14 podem ser inclinados em relação à horizontal, em uma ou mais modalidades. Em uma ou mais dessas modalidades, o eletrodo 14 pode ser disposto através do furo do cano 12, mas pode estar mais próximo a um lado do cano 12, por exemplo, o topo, em direção à entrada em relação à saída.

[00102] Alternativamente, em uma ou mais modalidades, mais de um eletrodo 14 podem ser dispostos através de um cano único 12. Uma ou mais modalidades podem ter um eletrodo 14 disposto através da porção a montante do cano 12 e um segundo eletrodo 14 disposto através da porção a jusante do cano 12, com um vão entre os dois eletrodos. O eletrodo 14 a montante e o eletrodo 14 a jusante podem ser diferentemente isolados e podem ser conectados a diferentes fontes de alimentação 15. Em uma ou mais modalidades, o eletrodo 14 a montante pode ter uma manga 17 eletricamente isolante e pode ser conectado a uma fonte de alimentação de CA de alta frequência 15, enquanto o eletrodo a jusante pode ser desprovido de uma manga 17 isolante e pode ser conectado a uma fonte de alimentação de CC 15.

[00103] Vários fatores de projeto apresentam diferentes pesos para os cortes transversais internos e externos do cano 12. O formato externo pode resultar de decisões de projeto que refletem na fabricação, manuseio, espaço e outras questões. Separadamente, o formato interno pode ser projetado para otimizar o processo de eletro-coalescência.

[00104] O formato externo pode refletir na estrutura interna do cano

12. Por exemplo, a estrutura externa pode vagamente indicar a estrutura interna, mas não ter os mesmos recursos detalhados.

[00105] Alternativamente, o formato externo do cano 12 pode ser completamente dissimilar do formato interno. Nesse caso, o corte transversal externo pode ser regular, conforme em uma ou mais modalidades onde o corte transversal externo é um hexágono ou um círculo. Porém, internamente, o cano 12 pode ser tortuoso ou corrugado. A Figura 4D descreve uma vista longitudinal de um cano 12 onde a partes externa e a parte interna do cano são dissimilares. No presente documento, a parte externa do cano 12 é lisa enquanto a parte interna tem uma estrutura recortada para induzir turbulência. Nessa imagem, o eletrodo 14 é disposto através do centro do cano 12 e é conectado a uma fonte de alimentação 15. Adicionalmente, o cano 12 é conectado ao solo 16. Porém, em uma situação como essa, o eletrodo 14 não precisa ser disposto através do centro do cano 12, mas, ao invés disso, poderia ser deslocado do centro exato.

[00106] De modo similar, a parte externa e a parte interna do cano 12 podem ter formatos diferentes, por exemplo, hexagonal e circular, respectivamente.

[00107] Fundamentalmente, a eletro-coalescência requer um campo elétrico suficientemente alto para passar através do fluido de interesse para induzir a coalescência. Estimativas e experiência de eletro-coalescência em sistemas de líquido-líquido mostram que o valor necessário de campo elétrico para produzir coalescência em um sistema de líquido-gás deve estar na faixa de 103−104 V/cm. Valores típicos de campos elétricos que induzem autoemissão de elétrons (isto é, o único mecanismo de carregamento para as gotículas por campos eletrostáticos) são maiores que cerca de 107 V/cm, logo, o campo elétrico anterior não produzirá nenhum carregamento das gotículas. Há uma multitude de formas de projetar um eletro-coalescedor 10 que entrega um campo elétrico suficientemente alto através de um fluido.

[00108] Em casos onde o fluido de processo do eletro-coalescedor

10 é primariamente gasoso, é possível gerar um campo elétrico por um gás porque os gases são bons isolantes. Nesse campo elétrico, partículas carregadas são atraídas ao solo 16. Partículas descarregadas serão polarizadas e, devido à interação dipolo-dipolo, uma força de atração entre elas surgirá, mas permanecerão não atraídas ao eletrodo 14. As forças geradas pelo campo elétrico no eletro-coalescedor 10 são muito fracas para ionizar as partículas livres.

[00109] No caso de um fluido de processo de líquido, o campo elétrico gerado pelo eletrodo 14 polariza as gotículas líquidas no fluxo de processo para neutralizar localmente o campo eletrostático. As gotículas polarizadas não são atraídas pelo campo homogêneo ao solo 16 porque a carga líquida da gotícula é zero. As gotículas polarizadas sentem o gradiente do campo elétrico de outras gotículas em amplitude curta. Dessa maneira, as gotículas são atraídas umas às outras.

[00110] Se o diâmetro interno do cano 12 (e, de modo correspondente, a distância entre o interior do cano 12 e o exterior do eletrodo 14) for muito grande em relação à tensão aplicada, o campo elétrico entre o eletrodo 14 e o cano 12 será muito fraco ou muito ineficiente energeticamente, resultando em um desempenho fraco do eletro-coalescedor. A distância máxima entre o exterior do eletrodo 14 e o interior do cano 12 para alcançar um bom desempenho de eletro-coalescência pode depender de uma variedade de fatores, como: a composição e propriedades do fluido; a tensão aplicada; a composição do eletrodo 14 e a geometria; a composição e geometria do cano 12; e a presença de outros materiais entre o eletrodo 14 e o cano 12.

[00111] De modo oposto, se o interior do cano 12 e o exterior do eletrodo 14 forem muito próximos, entupimento ou obstrução podem ocorrer na célula; cadeias de gotículas de água podem ser formadas resultando em curto- circuito entre o cano 12 e o eletrodo 14; o consumo de energia pode aumentar drasticamente; o desempenho de coalescência pode sumir; re-emulsificação pode ocorrer; ou outros eventos adversos podem ocorrer. A distância mínima entre o exterior do eletrodo 14 e o interior do cano 12 pode depender de uma variedade de fatores, como: a composição e propriedades do fluido; a tensão aplicada; a composição e geometria do eletrodo 14; a composição e geometria do cano 12; e a presença de outros materiais entre o eletrodo 14 e o cano 12.

[00112] A incorporação de uma manga 17 ao redor do eletrodo 14 em uma ou mais modalidades pode ajudar a inibir a redução do campo elétrico no fluido; resultando em curto-circuito entre o eletrodo 14 e o cano 12 através do fluido; desempenho de coalescência reduzida ou extinta; consumo de energia aumentado; etc., e/ou pode diminuir a distância mínima entre o interior do cano 12 e o exterior do eletrodo 14. A incorporação da manga 17 também permite que o eletro-coalescedor resolva emulsões contendo grandes concentrações da fase dispersa e/ou emulsões contendo uma fase contínua com condutividade elétrica relativamente alta. Fluidos de processamento tais como esses exigem que o(s) eletrodo(s) isolado(s) 14 sejam energizados por uma fonte de alimentação 15 capaz de criar um campo elétrico intenso capaz de penetrar através do volume de fluido que passa através da célula. Uma dessa fonte de alimentação 15 é um circuito ressonante de corrente alternada de alta tensão e alta frequência com uma fonte de alimentação e disposição de sistema de controle tal como uma ou mais modalidades descritas neste documento.

[00113] Se o comprimento do cano 12 for muito curto, o campo elétrico no fluido será perdido. Adicionalmente, a fim de aumentar o número de Reynolds no regime transicional, é necessário aumentar a velocidade de vazão. Uma velocidade de vazão maior significa um tempo de permanência menor para um dado comprimento de cano 12. Portanto, aumentar o comprimento do cano 12 aumenta o tempo de permanência, permitindo mais colisões entre as gotículas.

[00114] Em algumas aplicações, canos 12 longos podem ser usados para aumentar o tempo de permanência ou reduzir a resistência de campo requerida. Em outras aplicações, canos 12 mais curtos podem proporcionar coalescência suficiente para uma aplicação particular enquanto minimiza o tempo de processo.

[00115] Os canos 12 em um eletro-coalescedor de gás 10 podem ter um diâmetro menor que em um eletro-coalescedor de líquido 10.

[00116] Uma ou mais modalidades podem ter uma razão entre comprimento e diâmetro interno 12 de até cerca de 50:1.

[00117] Ademais, uma ou mais modalidades adicionais podem ter uma razão entre comprimento e diâmetro interno do cano 12 entre 3:1 e 30:1 (isto é, maior que cerca de 3:1 e menor que cerca de 30:1).

[00118] Referindo-se à Figura 5, proporciona-se um diagrama de blocos simplificado de um circuito de controle 55 do eletro-coalescedor 10 em uma ou mais modalidades. As propriedades do fluido de processo afetam as características elétricas líquidas do eletro-coalescedor 10. Portanto, o eletro- coalescedor 10 é modelado como um capacitor 60 em paralelo com um resistor 62 que representa a capacitância líquida e a resistência definida pela disposição do eletrodo 14 e interior do cano 12, e o fluido que passa entre os mesmos. O circuito de controle 55 inclui um indutor 64 e um gerador de corrente alternada (CA) 66. Coletivamente, o indutor 64 junto ao capacitor 60 e ao resistor 62 que modela o eletro-coalescedor 10 e o fluido define um circuito ressonante 68. Em geral, o gerador de CA 66 mantém sua frequência de saída na frequência ressonante desse circuito ressonante 68 para minimizar a corrente necessária para acionar o eletro-coalescedor 10. O gerador de CA 66 gera uma forma de onda sinusoidal de frequência variável que é aplicada ao eletrodo 14 para promover a coalescência no fluido. Em geral, mais emulsões condutivas podem exigir frequências maiores da tensão aplicada.

[00119] Em uma ou mais modalidades, o gerador de CA 66 pode ser um circuito de autogerador. Conforme sabido pelos indivíduos com conhecimento comum na técnica, um autogerador é geralmente um amplificador com uma amplificação grande que tem uma saída conectada à entrada, que é comumente referida como um laço positivo. O laço positivo inclui um circuito ressonante que define a frequência de oscilação. Nessa modalidade, o circuito ressonante 68 pode ser acoplado ao laço positivo do gerador de CA 66, proporcionando, assim, um ajuste de frequência passiva do gerador de CA 66 correspondente à frequência ressonante do circuito ressonante 68. A Figura 6 ilustra como o circuito ressonante 68 pode ser incorporado no laço positivo do gerador de CA 66 através de um comparador 85. Devido às retroinformações positivas, o gerador de CA 66 opera na frequência ressonante do circuito ressonante 68. Devido ao fato de o indutor 64 ser fixo, a frequência se ajusta de acordo com as propriedades variáveis do fluido de processo e da capacitância resultante do eletro-coalescedor 10. À medida que as propriedades do fluido mudam com o passar do tempo, o gerador de CA 66 mantém automaticamente sua saída na frequência ressonante variável, minimizando, assim, as exigências de corrente necessárias para acionar o eletro-coalescedor 10.

[00120] A Figura 7 é um diagrama de blocos simplificado do circuito de autogerador que pode ser empregado para o gerador de CA 66. Esse circuito de autogerador inclui uma unidade de potência 70 que recebe uma AC tensão de entrada 71 (por exemplo, 220V, 50 Hz) e gera tensões de saída de CC 73 (por exemplo, +300V, +50V, +12V, +9V, etc.) para alimentar as outras unidades do circuito. Um gerador de acionamento 72 produz pulsos de acionamento em frequência dupla. Um condicionador de sinal 74 produz sinais para uma unidade de ajuste de fase de frequência 76 e para comutar os portões de transistores em um amplificador de potência 78. O amplificador de potência 78 é um amplificador “push-pull”. A unidade de ajuste de fase de frequência 76 compara as fases do gerador de acionamento 72 e um sinal de saída e ajusta a frequência do gerador de acionamento 72 para alcançar a ressonância com características de carga variáveis. Um transformador de ressonância 80 forma um sinal de saída sinusoidal 81 com uma amplitude de até 3 kV, por exemplo, para alimentar o eletro-coalescedor 10. Existe uma trajetória de retroinformações positivas entre o transformador de ressonância 80 e a unidade de ajuste de fase de frequência

76.

[00121] Uma unidade de controle 82 controla a frequência e a amplitude do sinal de saída, e em resposta a uma condição que excede os limites definidos, ajusta o gerador de CA 66 em um modo seguro (isto é, baixa potência). Uma unidade indicadora 84 indica os parâmetros do sinal de saída. Uma interface 86 pode ser proporcionada para conectar o gerador de CA 66 a um dispositivo computacional externo 88, tal como um computador pessoal, controlador, ou algum outro dispositivo computacional para propósitos gerais ou propósitos especiais para rastrear parâmetros do dispositivo como frequência, amplitude, e potência consumida ou permitir intervenção do operador ou configuração do sistema.

[00122] Em uma ou mais modalidades, os eletrodos 14 em um eletro-coalescedor 10 podem ser controlados separadamente. Essa configuração cria um eletro-coalescedor 10 onde nem todos os eletrodos 14 são necessariamente eletrificados quando a unidade estiver ligada. Esse sistema permitiria que uma fase de fluido contínua passe através de quaisquer canos não eletrificados 12 sem se submeter à eletro-coalescência.

[00123] A Figura 8 ilustra uma modalidade alternativa de um circuito de controle 90, onde um gerador de CA 92 é um gerador de sinal que emite um sinal de frequência configurável. Por exemplo, o gerador de CA 92 pode ser um oscilador controlado por tensão. A tensão em um resistor 94 representa uma medição da corrente de saída do circuito de controle 90 para acionar o eletro- coalescedor 10. O gerador de CA 92 mede a corrente de saída e ajusta automaticamente sua frequência de saída para minimizar o valor da tensão medida, que corresponde a uma condição de ressonância. Portanto, o gerador de CA 92 ajusta ativamente sua frequência de saída com base na corrente de acionamento medida para obter a frequência ressonante do circuito ressonante

68.

[00124] Geralmente, a frequência da oscilação é superior a 1 kHz devido ao tempo de relaxamento com a maioria dos tipos de petróleo bruto, que se encontra na faixa de 0,02 a 0,003 segundo. Na modalidade ilustrada, supõe- se que a capacitância seja cerca de 0,1 μF e a frequência nominal seja cerca de 10 kHz, que proporciona uma indutância de cerca de 3 mH. Naturalmente, o indutor 64 pode ser dimensionado diferentemente com base em diferentes hipóteses sobre o fluido de processo e geometria do eletro-coalescedor 10.

[00125] Monitorar a frequência do circuito de controle 55, 90 proporciona informações referentes à capacitância do eletro-coalescedor 10. Essas informações podem determinar propriedades do fluido de processo, tal como um corte de água. O consumo de potência do eletro-coalescedor 10 é definido pela resistência do fluido de processo e essa resistência pode proporcionar informações referentes à salinidade do fluido de processo. Portanto, medindo-se a capacitância e a resistência, o fluido de processo pode ser frequentemente caracterizado e monitorado. Juntos, a resistência elétrica e o valor do corte de água caracterizam a qualidade de um fluido de água em óleo sendo processado.

[00126] Em contrapartida à eletro-coalescência de água em sistemas de água em óleo, a condutividade de gases é bem menor que a condutividade de petróleos brutos. Essa circunstância torna possível, em uma ou mais modalidades, usar uma fonte de alimentação de tensão de CC para criar um campo elétrico no meio de gás. Alternativamente, em algumas aplicações, o eletro-coalescedor 10 pode ser empregado em uma aplicação de gás onde uma fonte de alimentação de CA de ressonância controlada pode ser usada.

[00127] Reduzir a tensão pode diminuir as exigências de potência gerais do eletro-coalescedor 10. Da mesma forma, a turbulência aumentada e a frequência de contato gotícula-gotícula aumentada resultante devido à geometria dos canos 12 podem reduzir o campo elétrico e/ou a tensão requerida para uma separação eficiente.

[00128] Nem todas as modalidades exigirão a aplicação de uma alta tensão ao eletrodo 14. No presente documento, entende-se que alta tensão seja tipicamente superior a 1 kV.

[00129] Uma ou mais modalidades da fonte de alimentação 15 podem usar corrente alternada, alta tensão e alta frequência para gerar um campo elétrico intenso para polarizar e coalescer rapidamente uma fase dispersa em uma fase dominante, que, em uma ou mais modalidades, podem ser gotículas de água dispersas em uma fase contínua em óleo.

[00130] Durante a operação, a resistência do campo elétrico pode ser ajustada para alcançar um valor ideal onde uma coalescência de gotícula- gotícula de água pode ser maximizada enquanto pode-se evitar ou minimizar uma formação de gotículas secundárias.

[00131] Um dispositivo de conexão do tipo descrito no presente documento pode ser dimensionado para manusear tensões iguais ou excedendo 100 kV.

[00132] Uma ou mais modalidades do eletro-coalescedor 10 podem servir para separar óleo e uma fase aquosa, onde a fase aquosa é opcionalmente água salgada, água salobra ou água de lavagem, e pode conter sais dissolvidos. No presente documento, entende-se que água de lavagem seja água injetada a montante do eletro-coalescedor para absorver uma porção do sal presente no fluxo de fluido de entrada.

[00133] Em uma ou mais modalidades, um óleo pode ser a fase dominante e uma fase aquosa (que pode opcionalmente incluir sais dissolvidos) pode ser a fase dispersa.

[00134] Em uma ou mais modalidades alternativas, a fase aquosa (que pode opcionalmente incluir sais dissolvidos) pode ser a fase dominante e o óleo pode ser a fase dispersa.

[00135] Em uma ou mais modalidades, o fluxo de fluido pode derivar a partir do fundo de poço em um poço de produção de petróleo. Esse fluxo de fluido pode compreender petróleo, uma fase aquosa (tal como água de fontes naturais, fluido de perfuração ou implantação de poço de injeção), gás natural, e/ou sólidos (como lama, areia e rochas). Adicionalmente, a fase aquosa pode ser opcionalmente água salgada, água salobra, ou água de lavagem, e pode conter sais dissolvidos.

[00136] O eletro-coalescedor 10, em uma ou mais modalidades, pode ser parte de um sistema de separação maior 100 para separar múltiplos componentes fora do fluxo de fluido. Esse sistema pode incluir componentes adicionais, tal como um evaporador instantâneo 130, um separador de sólidos 140, e/ou um separador de fluidos 110.

[00137] A Figura 9A é um diagrama simplificado de um sistema de separação potencial 100 que incorpora tanto um eletro-coalescedor 10 como um separador de fluidos 110. Em uma ou mais modalidades descritas no presente documento, o fluido de processo flui através da entrada 11 no eletro-coalescedor 10 onde é submetido à eletro-coalescência para aumentar o tamanho médio de gotícula das fases dispersas na fase dominante para formar o fluido de gotículas maiores. Então, o fluido de gotículas maiores flui através da saída 13 em um separador de fluidos 110. O separador de fluidos 110 separa o fluido de gotículas maiores na fase dispersa e na fase dominante, e descarrega separadamente a fase dispersa através da saída de fase dispersa 112 e a fase dominante através da saída de fase dominante 114.

[00138] A Figura 9B é um diagrama simplificado de um sistema de separação potencial 100 que incorpora um evaporador instantâneo 130, um separador de sólidos 140, um eletro-coalescedor 10 e um separador de fluidos

110. Em uma ou mais modalidades descritas no presente documento, o fluido de processo primeiro flui através da tubulação de entrada 120 no evaporador instantâneo 130, onde o gás é separado do fluido. O evaporador instantâneo 130 realiza uma evaporação instantânea para produzir um fluido com gases reduzidos. O gás é descarregado através de uma saída de gás 135 e o fluido com gases reduzidos é carregado para fora da saída do evaporador instantâneo 130 no separador de sólidos 140. Então, o separador de sólidos 140 separa os sólidos do fluido com gases reduzidos para formar um fluido com gases reduzidos e um fluido com sólidos reduzidos. Os sólidos são descarregados através de uma saída de sólidos 145 e o fluido com gases reduzidos e o fluido com sólidos reduzidos entram no eletro-coalescedor 10 através da entrada 11. Dentro do eletro-coalescedor 10, o fluido com gases reduzidos e o fluido com sólidos reduzidos são submetidos à eletro-coalescência para aumentar o tamanho médio de gotícula da fase dispersa na fase dominante para formar o fluido de gotículas maiores. Então, o fluido de gotículas maiores flui através da saída 13 em um separador de fluidos 110. O separador de fluidos 110 separa o fluido de gotículas maiores na fase dispersa e na fase dominante, e descarrega separadamente a fase dispersa através da saída de fase dispersa 112 e a fase dominante através da saída de fase dominante 114.

[00139] Quando aplicado à purificação de óleo a partir de fundo de poço, por exemplo, pode-se aplicar uma série de etapas que separam e/ou descarregam uma fase constituinte. Essas etapas adicionais podem ser realizadas a montante ou a jusante do eletro-coalescedor 10 de acordo com as modalidades do presente documento.

[00140] Em uma ou mais modalidades, o sistema de separação 100 pode incluir um evaporador instantâneo 130. Primeiro, um fluido de processo pode entrar no evaporador instantâneo 130. Então, o evaporador instantâneo 130 pode realizar uma evaporação instantânea, que separa gás do fluxo de fluido para criar um fluido com gases reduzidos. Então, o gás pode ser descarregado através de uma saída de gás 135 e o fluido com gases reduzidos pode sair através de uma saída do evaporador instantâneo 130 para que possa ser processado adicionalmente.

[00141] Em uma ou mais modalidades, o evaporador instantâneo 130 pode estar a montante do eletro-coalescedor 10.

[00142] Em uma ou mais modalidades, o sistema de separação 100 pode incluir um separador de sólidos 140. Primeiro, um fluido de processo pode entrar no separador de sólidos 140. Então, o separador de sólidos 140 pode realizar uma separação de sólidos, que separa sólidos do primeiro fluxo para criar um fluido com sólidos reduzidos. Então, os sólidos podem ser descarregados através de uma saída de sólidos 145 e o fluxo de fluido com sólidos reduzidos pode sair através de uma saída do separador de sólidos 140 para que possa ser adicionalmente processado.

[00143] Em uma ou mais modalidades, o separador de sólidos 140 pode estar a montante do eletro-coalescedor 10.

[00144] Em uma ou mais modalidades, o evaporador instantâneo 130 e o separador de sólidos 140 podem ser combinados para formar uma unidade de evaporador instantâneo/separador de sólidos.

[00145] Em uma ou mais modalidades, o sistema de separação 100 pode incluir um separador de fluidos 110. Primeiro, o fluido pode entrar no separador de fluidos 110. Então, o separador de fluidos 110 pode realizar uma separação de fluidos, que separa as duas ou mais fases constituintes do fluxo de fluidos para criar uma fase dominante e uma ou mais fases dispersas. Uma vez separadas, as fases dispersas podem ser descarregadas através de uma ou mais saídas de fase dispersa 112 e a fase dominante pode ser descarregada através de uma saída de fase dominante 114.

[00146] Em uma ou mais modalidades, óleo e uma fase aquosa podem ser separados no separador de fluidos 110 e descarregados separadamente; a fase aquosa através de uma saída de água e o óleo através de uma saída de óleo. Em uma ou mais modalidades, o separador de fluidos 110 pode estar a jusante do eletro-coalescedor 10.

[00147] Em uma ou mais modalidades, o fluxo de fluido de processo pode encontrar o evaporador instantâneo 130, o separador de sólidos 140, o eletro-coalescedor 10, e o separador de fluidos 110.

[00148] Em uma ou mais modalidades, o fluxo de fluido de processo pode encontrar o evaporador instantâneo 130, o separador de sólidos 140, o eletro-coalescedor 10 e o separador de fluidos 110, nessa ordem.

[00149] Em uma ou mais modalidades, remover sólidos através de um separador de sólidos 140 ou algum outro método a montante da entrada pode ajudar a reduzir a erosão dos canos 12 no eletro-coalescedor 10.

[00150] Gotículas maiores, tais como aquelas no fluido após a eletro- coalescência, se assentam mais rápido em um separador de fluidos 110. Portanto, o tempo de permanência total no separador de fluidos 110 pode ser reduzido e/ou o tamanho do separador de fluidos 110 pode ser reduzido. O tempo de separação reduzido e/ou o tamanho reduzido do separador de fluidos 110 podem resultar em custos de capital inicial e/ou operacionais reduzidos para todo o sistema de separação 100.

[00151] Aumentar o tamanho médio de gotícula da fase dispersa na saída 13 também permite uma redução potencial no tamanho do separador de fluidos 110. Um separador de fluidos 110 menor pode permitir que todo o sistema de separação 100 seja desenvolvido próximo à geração do fluxo de fluido inicial em um local onde o espaço é limitado.

[00152] A aplicação da presente matéria não se limita à nenhuma modalidade particular do separador de fluidos 110. Tipos exemplares de separador de fluidos 110 incluem separadores horizontais, separadores por gravidade, separadores por gravidade acentuados (por exemplo, tecnologia de separação baseada em ciclone), separadores ciclônicos, e separadores centrífugos.

[00153] Em algumas modalidades, o eletro-coalescedor 10 e o separador de fluidos 110 podem ser integrados em uma única unidade. Essa unidade combinada pode ser um recipiente de pressão, em uma ou mais modalidades.

[00154] Em uma ou mais modalidades, o evaporador instantâneo 130, o eletro-coalescedor 10 e o separador de fluidos 110 podem ser combinados para formar uma unidade combinada. Essa unidade combinada pode ser um recipiente de pressão único, em uma ou mais modalidades. O separador de sólidos 140 pode ser uma unidade separada que pode estar situada a montante ou a jusante da unidade combinada, ou em qualquer parte no sistema de produção.

[00155] Em uma ou mais modalidades, o evaporador instantâneo 130, o eletro-coalescedor 10, o separador de sólidos 140 e o separador de fluidos 110 podem ser combinados para formar uma unidade combinada. Essa unidade combinada pode ser alojada em um único recipiente de pressão, em uma ou mais modalidades.

[00156] O uso de uma força eletrostática para coalescer gotículas de líquido em um fluxo de fluido permite uma remoção a jusante mais eficiente das gotículas, reduzindo, assim, as demandas no equipamento de remoção resultando em um rendimento maior, confiabilidade acentuada e desempenho aperfeiçoado.

[00157] Em novos sistemas, adicionar um eletro-coalescedor pode permitir uma redução significativa em tamanho e peso dos sistemas de separação a jusante, resultando em custos de capital reduzidos.

[00158] Um coalescedor eletrostático compacto comercialmente disponível pode ter um peso que seja duas a quatro vezes maior que o eletro- coalescedor 10 de uma ou mais modalidades desta revelação. Incorporar o eletro-coalescedor 10 desta revelação pode reduzir o tamanho e/ou peso do eletro-coalescedor 10 e/ou de todo o sistema de separação. Portanto, em uma ou mais modalidades, a separação de duas fases, como óleo e água, poderia ser realizada em um local com limitações significativas de espaço e/ou peso, tal como um barco, uma torre de sonda, locais submarinos, remotos, árticos ou de campo marginal.

[00159] Adicionalmente, separar duas fases, como separar óleo a partir da água residual, nesse local remoto também poderia reduzir a quantidade da fase dispersa sendo transportada desnecessariamente.

[00160] Requer-se menos energia para bombear mais óleo desidratado devido à viscosidade reduzida. De modo correspondente, a implantação do eletro-coalescedor 10 pode diminuir a energia necessária para transportar óleo.

[00161] O eletro-coalescedor 10 também pode incluir um sistema de injeção de fluido/produto químico (não mostrado). Esse sistema pode compreender uma disposição de bocais de aspersão, onde cada bocal de aspersão carrega o fluido de injeção/produto químico na entrada a cada célula do eletro-coalescedor 10. O fluido de injeção/produto químico pode ter várias funções, como desmulsificante químico, anti-entupimento, injeção de água potável (por exemplo, para aplicações de dessalgação), injeção de vapor para propósitos de limpeza, fluido anticorrosivo, etc.

[00162] A utilização de um eletro-coalescedor 10 em conjunto com um sistema de separação de tratamento químico e/ou térmico pode reduzir o desmulsificante químico e/ou consumo de energia, resultando em custos reduzidos.

[00163] Uma ou mais modalidades dos canos 12 também podem incorporar dispositivos de coalescência de alta área superficial, tais como malhas em colmeia ou malhas convencionais.

[00164] Uma ou mais modalidades do eletro-coalescedor 10 podem ter apenas a capacidade de tratar fluidos influentes aumentando-se o tamanho de gotícula do constituinte secundário. Portanto, a composição geral do influente e do efluente pode permanecer a mesma. Uma ou mais modalidades podem ir além e separar um ou mais constituintes secundários. Após a separação, esses constituintes podem, então, ser removidos do fluxo através de saídas adicionais.

[00165] Uma ou mais modalidades desse processo seriam a coalescência de água suficiente a partir do óleo que a água cai ao fundo de um cano 12, onde se torna parte do aterramento elétrico 16. Eventualmente, a água pode ser separada do fluxo de efluente principal através de uma saída de água para ser descartada. Esse cenário pode utilizar um cano 12 com um corte transversal elíptico através do qual o eletrodo 14 pode ser disposto em um local que possa ser deslocado do centro do corte transversal.

[00166] Muito embora a invenção tenha sido descrita em relação a um número limitado de modalidades, os indivíduos versados na técnica, beneficiando-se desta revelação, avaliarão que outras modalidades podem ser desenvolvidas sem divergir do escopo da invenção revelada no presente documento. De modo correspondente, o escopo da invenção deve ser limitado apenas pelas reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Eletro-coalescedor, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: uma entrada para fluido; uma saída para fluido; uma fonte de alimentação; e um ou mais canos que conectam fluidicamente a entrada e a saída, sendo que cada cano tem um eletrodo disposto entre os mesmos; em que os eletrodos são acoplados à fonte de alimentação, os canos são configurados para se conectarem a um aterramento elétrico, por meio do qual um campo elétrico é gerado entre o eletrodo e o cano através do qual o mesmo é disposto, e uma superfície interna de cada um dos ou mais canos é configurada para induzir turbulência em um fluido que flui através dos canos.

2. Eletro-coalescedor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de alimentação compreende uma fonte de alimentação de corrente direta, em que a fonte de alimentação de corrente direta fornece uma corrente direta que é opcionalmente contínua ou pulsada.

3. Eletro-coalescedor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda: um controlador, que compreende: um indutor acoplado em paralelo aos eletrodos, sendo que o indutor e os eletrodos definem um circuito ressonante; e um gerador de sinal acoplado à fonte de alimentação e aos eletrodos e operável em aplicar um sinal de corrente alternada aos eletrodos em uma frequência correspondente a uma frequência ressonante do circuito ressonante na presença do fluido.

4. Eletro-coalescedor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que os canos têm uma razão entre comprimento e diâmetro interno de até cerca de 50:1.

5. Eletro-coalescedor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos um dos eletrodos pode ser seletivamente desligado, de modo que uma fase contínua possa permitir passagem através do cano de fluido correspondente.

6. Eletro-coalescedor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que os múltiplos canos são circundados por um invólucro, e entre os múltiplos canos estão um ou mais espelhos.

7. Eletro-coalescedor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que os eletrodos consistem em um condutor circundado por uma manga eletricamente isolante.

8. Eletro-coalescedor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que os eletrodos são feitos de um material eletricamente condutor, e os canos são feitos de um material eletricamente condutor, em que os eletrodos opcionalmente adotam o formato de uma haste ou um tubo.

9. Eletro-coalescedor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que os eletrodos estão em contato com o fluido e não em contato elétrico com o cano.

10. Eletro-coalescedor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que os eletrodos são substancialmente retos.

11. Eletro-coalescedor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o cano tem um furo reto através de um eixo geométrico através do qual os eletrodos são dispostos para permitir uma fabricação simplificada.

12. Método para separar duas fases fluidas, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: proporcionar um fluxo de um fluido de processo que compreende duas ou mais fases, incluindo uma fase dominante e uma fase dispersa, a um eletro- coalescedor, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11; aterrar eletricamente o um ou mais canos;

aplicar uma tensão a um ou mais dos eletrodos do eletro-coalescedor; gerar um campo elétrico entre o(s) eletrodo(s) e o(s) cano(s); passar o fluido de processo através do campo elétrico; em que o campo elétrico induz uma eletro-coalescência de gotículas da fase dispersa dentro do fluido de processo, a superfície interna do(s) cano(s) induz turbulência e aumenta uma frequência de interação entre as gotículas da fase dispersa, e as gotículas da fase dispersa se coalescem e recuperar um fluido de gotículas maiores, em que um tamanho médio de gotícula da fase dispersa na saída é aumentado em comparação a um tamanho médio de gotícula da fase dispersa na entrada.

13. Método para separar duas fases fluidas, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, ainda, gerar o campo elétrico usando um sinal de corrente direta aplicado ao(s) eletrodo(s), em que o sinal de corrente direta é opcionalmente contínuo ou pulsado.

14. Método para separação de duas fases fluidas, de acordo com a reivindicação 12 ou 13, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, ainda: proporcionar um indutor acoplado em paralelo ao(s) eletrodo(s), por meio do qual o indutor, o(s) eletrodo(s), o(s) cano(s), e o fluido de processo definem um circuito ressonante; e aplicar um sinal de corrente alternada ao(s) eletrodo(s) em uma frequência correspondente a uma frequência ressonante do circuito ressonante na presença do fluido de processo.

15. Método para separação de duas fases fluidas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, CARACTERIZADO pelo fato de que aplicar o sinal de corrente alternada compreende: captar uma corrente do sinal de corrente alternada; e alterar a frequência para minimizar a corrente captada.

16. Método para separação de duas fases fluidas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a turbulência induzida pela superfície interna do(s) cano(s) é suficientemente alta para contribuir para um aumento no tamanho médio de gotícula da fase dispersa sem causar uma redispersão significativa da fase dispersa.

17. Método para separação de duas fases fluidas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 16, CARACTERIZADO pelo fato de que o tamanho médio de gotícula da fase dispersa na saída é pelo menos 50% maior que o tamanho médio de gotícula da fase dispersa na entrada.

18. Método para separação de duas fases fluidas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a fase dominante é um óleo e a fase dispersa é uma fase aquosa que pode opcionalmente conter sais dissolvidos.

19. Método para separação de duas fases fluidas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a fase dispersa é um óleo e a fase dominante é uma fase aquosa que pode opcionalmente conter sais dissolvidos.

20. Método para separação de duas fases fluidas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 19, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, ainda carregar o fluido de gotículas maiores recuperado a partir da saída do eletro-coalescedor em um separador de fluidos a jusante; realizar uma separação de fluidos no fluido de gotículas maiores para separar a fase dispersa e a fase dominante; e descarregar separadamente a fase dispersa através de uma saída de fase dispersa e a fase dominante através de uma saída de fase dominante.

21. Método para separação de duas fases fluidas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 20, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, ainda carregar um fluido de entrada em um separador de sólidos que se encontra a montante do eletro-coalescedor; realizar uma separação de sólidos no fluido de entrada para separar sólidos, criando um fluido com sólidos reduzidos; descarregar os sólidos através de uma saída de sólidos e o fluido com sólidos reduzidos através de uma saída do separador de sólidos; e carregar o fluido com sólidos reduzidos na entrada do eletro- coalescedor.

22. Método para separação de duas fases fluidas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 20, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, ainda carregar um fluido de entrada em um evaporador instantâneo que se encontra a montante do eletro-coalescedor; realizar uma evaporação instantânea no fluido de entrada para separar um gás, criando um fluido com gases reduzidos; descarregar o gás através de uma saída de gás e o fluido com gases reduzidos através de uma saída do evaporador instantâneo; e carregar o fluido com gases reduzidos na entrada do eletro- coalescedor.

23. Método para separar uma fase dispersa de uma fase dominante em um fluido que compreende óleo e uma fase aquosa, o método sendo CARACTERIZADO pelo fato de compreender: fornecer o fluido de entrada a pelo menos um dentre um evaporador instantâneo ou um separador de sólidos para produzir um fluido com gases reduzidos e/ou sólidos reduzidos; carregar o fluido de entrada ou um fluido com sólidos reduzidos no evaporador instantâneo, realizar uma evaporação instantânea para separar gás natural do fluido com sólidos reduzidos ou do fluido de entrada, descarregar o gás natural através de uma saída de gás, e criar um fluido com gases reduzidos que seja emitido através de uma saída do evaporador instantâneo; carregar o fluido de entrada ou o fluido com gases reduzidos no separador de sólidos, realizar uma separação de sólidos para separar sólidos do fluido com gases reduzidos ou do fluido de entrada, descarregar os sólidos através de uma saída de sólidos, e criar o fluido com sólidos reduzidos que seja emitido através de uma saída do separador de sólidos; carregar o fluido com gases reduzidos e/ou fluido com sólidos reduzidos a um eletro-coalescedor conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11 e realizar uma eletro-coalescência para aumentar o tamanho médio de gotícula da fase dispersa na fase dominante no fluido com gases reduzidos e/ou fluido com sólidos reduzidos, e criar um fluido de gotículas maiores que seja emitido através de uma saída do eletro-coalescedor; e carregar o fluido de gotículas maiores em um separador de fluidos,

realizar uma separação de fluidos no fluido de gotículas maiores para separar a fase aquosa e o óleo, e descarregar separadamente a fase aquosa através de uma saída de água e o óleo através de uma saída de óleo.

24. Sistema de separação para separar uma ou mais fases dispersas de uma fase dominante em um fluido de entrada, o sistema sendo CARACTERIZADO pelo fato de compreender: um evaporador instantâneo que separa um gás do fluido de entrada e/ou um fluido com sólidos reduzidos, cria um fluido com gases reduzidos, descarrega o gás através de uma saída de gás, e emite o fluido com gases reduzidos através de uma saída do evaporador instantâneo; um separador de sólidos que separa sólidos do fluido de entrada e/ou do fluido com gases reduzidos, cria o fluido com sólidos reduzidos, descarrega os sólidos através de uma saída de sólidos, e descarrega um fluido com gases reduzidos e/ou sólidos reduzidos através de uma saída do separador de sólidos; um eletro-coalescedor conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11 que realiza uma eletro-coalescência para aumentar o tamanho médio de gotícula das fases dispersas na fase dominante dentro do fluido com gases reduzidos e/ou sólidos reduzidos produzindo um fluido de gotículas maiores, e emite o fluido de gotículas maiores através de uma saída do eletro-coalescedor; e um separador de fluidos que separa o fluido de gotículas maiores nas fases dispersas e na fase dominante, e descarrega separadamente as fases dispersas através de uma ou mais saídas de fase dispersa e a fase dominante através de uma saída de fase dominante.