BRPI0721899A2

BRPI0721899A2 - Sistema e método para remoção de contaminantes de metais pesados de fluidos

Info

Publication number: BRPI0721899A2
Application number: BRPI0721899-0A
Authority: BR
Inventors: John A Krogue; Timothy L Holmes; Michelle Hewitt
Original assignee: Perry Equipment Corp
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2014-02-25
Also published as: EP2183192A4; CN101808948A; AU2007357140A1; CA2694949A1; MX2010001202A; EP2183192A1; WO2009017479A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA E MÉTODO PARA REMOÇÃO DE CONTAMINANTES DE METAIS PESA- DOS DE FLUIDOS".

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se a sistemas e processos para o

tratamento de fluidos contaminados e, mais particularmente, à remoção de contaminantes de metais pesados de fluidos.

ANTECEDENTESDA TÉCNICA

Fluido produzido, tal como água, de plataformas de petróleo em 10 alto-mar pode conter metais pesados tóxicos, por exemplo, mercúrio. No Golfo do México, os níveis de mercúrio raramente excedem 100 partes por bilhão (ppb). No entanto, no Golfo da Tailândia, a concentração média de mercúrio em água produzida pode variar de cerca de 200 ppb a cerca de 2.000 ppb.

A descarga de mercúrio no meio físico marinho em águas territo-

riais estadunidenses é atualmente regulada pela Agência de Proteção Ambi- ental dos Estados Unidos da América (EPA), de acordo com o Ato de Água Limpa por meio do processo de permissão de Sistema de Eliminação de Descarga de Poluentes Nacionais. De acordo com os padrões ambientais de 20 acordo com a norma 40 CFR ξ 131.36 para ambiente marinho, os limites incluem cerca de 1.800 ppb para exposição aguda e cerca de 25 ppb para exposição crônica. Os padrões internacionais para descargas de mercúrio em água produzida, por outro lado, variam de cerca de 5 ppb na Tailândia a cerca de 300 ppb no Mar do Norte.

Água produzida contém, frequentemente, óleo, que foi removido

com a água durante o processo de separação de óleo/água em massa. Co- mo um exemplo, a água produzida dos campos do Mar do Norte contém cerca de 15 - 30 partes por milhão (ppm) de óleo disperso com benzeno, tolueno, etilbenzeno e xileno (BTEX); naftaleno, fenantreno, dibenzotiofeno 30 (NPD), hidrocarboneto aromático policíclico (PAH), fenol, e concentrações de ácidos orgânicos variando de cerca de 0,06 ppm a cerca de 760 ppm. Adicionalmente, estas águas produzidas contêm metais pesados tóxicos, tais como mercúrio, cádmio, chumbo e cobre, em concentrações variando de menos de cerca de 0,1 ppb a cerca de 82 ppb. A presença de uma mistura complexa de constituintes acoplada a uma alta concentração de sais dissol- vidos pode representar um desafio para a remoção de metais pesados, u- sando as tecnologias convencionais atualmente disponíveis.

Em particular, as tecnologias existentes para a remoção de me- tais e mercúrio de águas de refugo diluídas incluem a adsorção em carvão ativado, carvão ativado impregnado com enxofre, membranas líquidas em microemulsão, troca iônica e flotação de precipitados coloidais. Estas tecno- 10 Iogias podem não ser adequadas para o tratamento de água, por causa da carga metálica pobre (por exemplo, retenção de metal inferior a 20% da massa do material absorvente) e seletividade (interferência de outros íons abundantes em água subterrânea). Além disso, o mercúrio pode estar pre- sente em espécies diferentes de elementares. Sendo assim, o processo de- 15 ve ser capaz de remover estas outras espécies, tal como metilmercúrio, etc. Além do mais, perdem estabilidade para produtos carregados de metais, de modo que não são diretamente descartáveis como uma forma de refugo permanente. Por conseguinte, o tratamento secundário é necessário para dispor ou estabilizar o mercúrio ou os produtos carregados com mercúrio 20 separados. A remoção de mercúrio de lodo não aquoso, líquidos adsorvidos, ou Iodos parcial ou inteiramente estabilizados, e solo contaminado com mer- cúrio é difícil porque: (1) a natureza não aquosa de alguns refugos impede o fácil acesso de agentes de lixiviação; (2) algumas correntes de refugo com grandes volumes encarecem o processo de dessorção térmica; e (3) o tra- 25 tamento de algumas correntes de refugo é tecnicamente difícil, por causa da natureza dos refugos.

A remoção de mercúrio de gases de descarte em vitrificadores e nos processos de dessorção térmica de mercúrio é usualmente feita por meio de adsorção de carvão ativo. No entanto, os adsorventes à base de 30 carvão são apenas suficientemente efetivos para remover de 75 a 99,9% do mercúrio, com uma capacidade de carga equivalente a 1 - 20% da massa do material adsorvente. Uma última etapa, a amalgamação com mercúrio usan- do ouro oneroros, é usualmente necessária para atingir o padrão de libera- ção de ar EPA. Um leito de carvão é usualmente utilizado posteriormente no sistema de gás de descarte, no qual a temperatura é geralmente inferior a 121,10C (250°F). No processo de carvão impregnado com enxofre, o mercú- 5 rio é adsorvido no carvão, que é muito mais fraco do que a ligação covalente formada com, por exemplo, o material mediamente poroso funcionalizado superficialmente. Por conseguinte, o mercúrio adsorvido precisa de uma es- tabilização secundária, porque o carvão carregado com mercúrio não tem a durabilidade química de longo prazo desejada, devido à fraca ligação entre o 10 mercúrio e o carvão ativo. Além disso, uma grande parte dos poros no car- vão ativado é suficientemente grande para a entrada de micróbios, para so- Iubilizar os compostos adsorvidos de mercúrio - enxofre. A carga de mercú- rio é limitada a cerca de 0,2 g/g dos materiais.

A técnica de membrana líquida de microemulsão usa uma mem- 15 brana líquida de microemulsão de ácido oleico, contendo ácido sulfúrico co- mo a fase interna, para reduzir a concentração de mercúrio na água de des- carte de cerca de 460 ppm a cerca de 0,84 ppm. No entanto, envolve múlti- plas etapas de extração, remoção, desemulsificação, e recuperação de mer- cúrio por eletrólise e usa grandes volumes de solventes orgânicos. A expan- 20 são da membrana líquida tem um impacto negativo na eficiência de extra- ção.

A cinética lenta da reação de troca iônica de metais requer lon- gos tempos de contato. Este processo também gera grandes volumes de refugos secundários orgânicos. Um processo de troca iônica utiliza resina de 25 troca iônica Duolite® GT-73, para reduzir o nível de mercúrio em água de descarte de cerca de 2 ppm a abaixo de cerca de 10 ppb. A oxidação da re- sina resulta em um tempo de vida útil da resina reduzido e em uma incapa- cidade de reduzir o nível de mercúrio abaixo do nível permitido de menos de cerca de 0,1 ppb. A carga de mercúrio é também limitada, porque a alta ca- 30 pacidade de ligação da maior parte dos solos a cátions de mercúrio torna o processo de troca iônica ineficiente, especialmente quando as grandes pro- porções de Ca2+ do solo saturam a capacidade do cátion do trocador iônico. Além disso, a resina orgânica carregada com mercúrio não tem a capacida- de de resistir ao ataque de micróbios. Desse modo, o mercúrio pode ser libe- rado para o meio ambiente, se for descartado em forma de refugo. Além da interferência de outros cátions na solução, além dos íons contendo mercúrio, 5 o processo de troca iônica não é simplesmente efetivo na remoção de com- postos de mercúrio neutros, tais como HgCI2, Hg(OH)2 e espécies orgânicas de mercúrio, tal como metilmercúrio, que é a forma mais tóxica de mercúrio. Este processo de troca iônica não é também efetivo na remoção de mercúrio de soluções não aquosas e líquidos adsorventes.

A remoção indicada de metal de água por flotação de precipitado

coloidal reduz a concentração de mercúrio de cerca de 160 ppb a cerca de

1,6 ppb. Este processo envolve a adição de HCI, para ajustar a água de descarta a pH 1, a adição de Na2S e soluções de ácido oleico à água de descarte, e a remoção de coloides da água de descarte. Neste processo, a 15 água de descarte é potencialmente contaminada com o Na2S, o ácido oleico e o HCI. O mercúrio separado precisa de tratamento adicional para ser esta- bilizado como uma forma de descarte permanente.

A lixiviação com solução de halogeneto ácida e as extrações oxidantes podem ser também usadas na mobilização de mercúrio em solos. Por exemplo, as soluções de Kl/I2 melhoram a dissolução de mercúrio por oxidação e complexação. Outros agentes de extração à base de soluções de hipoclorito também foram usados na mobilização de mercúrio de refugos sólidos. Não obstante, nenhuma tecnologia de tratamento efetiva foi desen- volvida para a remoção do mercúrio contido nestes refugos. Uma vez que as tecnologias de lixiviação se baseiam em um processo de solubilização, no qual o alvo solubilizado (por exemplo, mercúrio) atinge um equilíbrio de dis- solução/precipitação entre a solução e os refugos sólidos, a dissolução adi- cional dos contaminantes dos refugos sólidos é impedida, uma vez que o equilíbrio tenha sido atingido. Além disso, os solos são usualmente um bom absorvente iônico alvo, que inibe a transferência do íon alvo dos solos para a solução.

A remoção de mercúrio de líquidos não aquosos, líquidos adsor- vidos, solos, ou lodo parcial ou totalmente estabilizado, a taxas de processo prototípicas, falta. Isto é porque os contaminantes de mercúrio em refugos efetivos são muito mais complicados do que os sistemas de mercúrio abor- dados em muitos testes em escala de laboratório, que são usualmente de- 5 senvolvidos com base em alguns sais de mercúrio simples. Os contaminan- tes de mercúrio efetivos em quaisquer refugos reais quase sempre contêm múltiplas espécies de mercúrio, incluindo mercúrio iônico ou inorgânico (por exemplo, cátion Hg2+ divalente, Hg22+ monovalente, e compostos neutros, tais como HgCk, Hg(OH)2); mercúrio orgânico, tal como metilmercúrio (por 10 exemplo, CH3HgCH3 ou CH3Hg+), em conseqüência da reação enzimática no lodo; e mercúrio elementar ou metálico, por causa da redução. Uma vez que muitas tecnologias de laboratório são desenvolvidas para apenas uma forma ou espécie de mercúrio, as demonstrações usando refugos não foram bem-sucedidas.

Outros metais, que são de interesse para remediação e separa-

ções industriais, incluem, mas não são limitados a, prata, chumbo, arsênio, urânio, plutônio, netúnio, amerício,cádmio e suas combinações. Os proces- sos de separação atuais incluem, mas não são limitados a, trocadores iôni- cos, precipitação, separações por membrana e suas combinações. Estes 20 processos têm, usualmente, a desvantagem de baixas eficiências, procedi- mentos complexos e altos custos operacionais.

Consequentemente, seria vantajoso proporcionar um sistema e um processo, que possam ser usados para remover contaminantes de me- tais pesados, tais como mercúrio, cádmio, chumbo, bem como arsênio de fluidos de descarte, tal como água produzida, em uma proporção significati- va e em um maneira efetiva em custo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção, em uma concretização, proporciona um sistema para a remoção de contaminantes de metais pesados de fluidos. O sistema, em uma concretização, inclui uma fonte da qual um fluxo de fluido, contendo várias espécies ou formas de contaminantes de metais pesados, incluindo espécies elementares, forma orgânica e forma iônica, pode ser in- traduzido no sistema. O sistema também inclui uma primeira estação para a separação ou remoção física das espécies elementares de um contaminante de metais pesados alvo do fluxo de fluido. Em uma concretização, a primeira estação pode incluir um dispositivo de coalescimento de líquido/fase líquida, 5 tendo um elemento de coalescimento projetado para coalescer ou reunir go- tículas de pequeno diâmetro, contendo as espécies elementares do conta- minante de metais pesados alvo, em gotículas maiores, cujas gotículas po- dem ser depois separadas por gravidade do fluxo de fluido. O sistema tam- bém inclui uma segunda estação, a jusante da primeira estação e em comu- 10 nicação fluida com ela, para separação ou remoção por adsorção do restan- te das espécies elementares, juntamente com as outras espécies do conta- minante de metais pesados predeterminado, tendo um nanomaterial adsor- vente feito de uma partícula porosa. A partícula porosa pode ser, por exem- plo, monocamadas autorreunidas em suportes mediamente porosos 15 (SAMMS). Em uma concretização, o sistema pode incluir uma estação de pré-filtro, a montante da primeira estação, para remover contaminantes sóli- dos do fluxo de fluido, de modo a prolongar a vida útil do dispositivo de coa- lescimento na primeira estação. O sistema pode incluir ainda, em outra con- cretização, uma terceira estação, a jusante da segunda estação e em comu- 20 nicação fluida com ela, para separação ou remoção de outro contaminante predeterminado, diferente daquele removido pela segunda estação. Esta terceira estação pode ser projetada para também obter um nanomaterial ad- sorvente, incluindo uma partícula porosa feita de monocamadas autorreuni- das em suportes mediamente porosos (SAMMS).

A presente invenção, em outra concretização, proporciona um

sistema para a remoção de contaminantes de metais pesados de fluidos. O sistema, em uma concretização, inclui uma fonte, da qual um fluxo de fluido, contendo várias espécies ou formas de contaminantes de metais pesados, incluindo espécies elementares, forma orgânica e forma iônica, pode ser in- 30 traduzido no sistema. O sistema também inclui uma primeira estação para separação ou remoção física das espécies elementares de um contaminante de metais pesados alvo do fluxo de fluido. Em uma concretização, a primeira estação pode incluir um dispositivo de coalescimento de líquido/fase líquida, tendo um elemento de coalescimento projetado para coalescer ou reunir go- tículas de pequeno diâmetro, contendo as espécies elementares do conta- minante de metais pesados alvo em gotículas maiores, cujas gotículas po- 5 dem ser depois separadas por gravidade do fluxo de fluido. O sistema tam- bém inclui uma segunda estação, a jusante da primeira estação e em comu- nicação fluida com ela para separação ou remoção por adsorção do restante das espécies elementares, juntamente com as outras espécies do contami- nante de metais pesados predeterminado do fluxo de fluido. A segunda es- 10 tação, em uma concretização, inclui um recipiente, juntamente com um apa- relho de filtro tendo um nanomaterial adsorvente feito de uma partícula poro- sa. A partícula porosa pode ser feita, por exemplo, de monocamadas autor- reunidas em suportes mediamente porosos (SAMMS). Em uma concretiza- ção, o sistema pode incluir uma estação de pré-filtro, a montante da primeira 15 estação, para remover contaminantes sólidos do fluxo de fluido, de modo a prolongar a vida útil do dispositivo de coalescimento na primeira estação. O sistema pode incluir ainda, em outra concretização, uma terceira estação, a jusante da segunda estação e em comunicação fluida com ela, para separa- ção ou remoção de outro contaminante predeterminado, diferente daquele 20 removido pela segunda estação. Esta terceira estação pode ser projetada para também obter um nanomaterial adsorvente, incluindo uma partícula porosa feita de monocamadas autorreunidas em suportes mediamente poro- sos (SAMMS).

A presente invenção, em uma outra concretização, proporciona 25 um processo para a remoção de contaminantes de metais pesados do fluido. O processo inclui introduzir, inicialmente, em um caminho, um fluxo de fluido contendo contaminantes de metais pesados a serem removidos, incluindo várias espécies de contaminantes de metais pesados alvo. A seguir, o fluxo de fluido pode ser submetido a um protocolo de separação física, para re- 30 mover um contaminante de metais pesados do fluido, incluindo as espécies elementares do contaminante de metal pesado alvo, de modo a reduzir a concentração global do contaminante de metais pesados alvo do fluxo de fluido. Depois, o fluxo de fluido, tendo uma concentração global reduzida do contaminante de metais pesados alvo, pode ser exposto a um protocolo de separação por adsorção, para remover uma quantidade adicional do conta- minante de metais pesados alvo do fluido, incluindo uma quantidade adicio- 5 nal das espécies elementares, juntamente com as outras espécies do con- taminante de metais pesados alvo, de modo a reduzir a concentração do contaminante de metais pesados alvo a um nível aceitável. O processo pode incluir, antes da separação física, um tratamento com pré-filtro, para remover contaminantes sólidos do fluxo de fluido. O processo pode incluir ainda, sub- 10 sequente à separação por adsorção, outra separação por adsorção para re- mover um contaminante de metais pesados alvo do alvo na separação por adsorção inicial, ou um contaminante de metais pesados alvo similar ao alvo na separação por adsorção inicial.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 ilustra um sistema tendo uma primeira estação e uma

segunda estação, projetadas para a remoção de contaminantes de metais pesados de fluidos, de acordo com uma concretização da presente inven- ção.

A Figura 2 ilustra um dispositivo de coalescimento líquido/líquido para uso em conjunto com a primeira estação do sistema mostrado na Figu- ra 1.

A Figura 3 ilustra um reator para uso em conjunto com a segun- da estação do sistema mostrado na Figura 1.

A Figura 4A ilustra uma estação de pré-filtro para uso em con- junto com o sistema mostrado na Figura 1.

A Figura 4B ilustra um reator e um elemento filtrante para uso na estação de pré-filtro mostrada na Figura 4A.

A Figura 5 ilustra uma terceira estação para uso em conjunto com o sistema mostrado na Figura 1, para permitir a remoção de um conta- minante diferente daquele removido pelas primeira e segunda estações.

A Figura 6 ilustra outro sistema tendo uma primeira e uma se- gunda estações, para uso na remoção de contaminantes de metais pesados de fluidos de acordo com a presente invenção.

A Figura 7 ilustra um recipiente para uso como a segunda esta- ção do sistema mostrado na Figura 6.

A Figura 8 ilustra um elemento filtrante para uso em conjunto com o recipiente mostrado na Figura 7.

A Figura 9 ilustra uma estação de pré-filtro para uso em conjunto com o sistema mostrado na Figura 6.

A Figura 10 ilustra uma terceira estação para uso em conjunto com o sistema mostrado na Figura 6, para permitir a remoção de um conta- minante diferente daquele removido pelas primeira e segunda estações.

A Figura 11 ilustra mais um outro sistema, para uso na remoção de contaminantes de metais pesados de fluidos de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DAS CONCRETIZAÇÕES ESPECÍFICAS

Com referência à Figura 1, a presente invenção proporciona, em

uma concretização, um sistema 10 para o tratamento de fluidos contamina- dos, por remoção dos contaminantes que existem dentro do fluido. Os flui- dos que podem ser tratados em conjunto com a presente invenção podem ser de natureza viscosa, tal como óleo, ou de natureza não viscosa, tal como 20 um líquido ou um gás. Os contaminantes que podem ser removidos pelo sis- tema 10 da presente invenção incluem metais pesados, tais como mercúrio, arsênio, cádmio e chumbo de fluidos de descarte complexos, tal como água produzida, e mercúrio de várias soluções de descarte e óleos de descarte contaminados. Outros contaminantes, que podem ser usados pelo sistema 25 10 da presente invenção, incluem prata, urânio, plutônio, netúnio, amerício ou uma combinação deles.

O sistema 10, como ilustrado na Figura 1, inclui, em uma concre- tização, uma fonte 11, da qual um fluxo de fluido contaminado pode ser in- troduzido no sistema. O fluido contaminado pode conter várias espécies ou 30 formas de contaminantes de metais pesados, incluindo as suas formas ele- mentares, formas orgânicas e formas iônicas. De acordo com uma concreti- zação, o fluido contaminado pode ser um fluido de descarte, tal como água produzida, gerada em conjunto com a perfuração para petróleo ou gás e po- de conter várias espécies de, por exemplo, mercúrio. Os exemplos de dife- rentes espécies de mercúrio incluem mercúrio iônico ou inorgânico (por e- xemplo, cátion Hg2+ divalente, Hg22+ monovalente, e compostos neutros, tais 5 como HgCI2, Hg(OH)2); mercúrio orgânico, tal como metilmercúrio (por e- xemplo, CH3HgCH3 ou CH3Hg+), em conseqüência da reação enzimática no lodo; e mercúrio elementar ou metálico.

O fluido contaminado, como mostrado na Figura 1, pode ser in- troduzido no sistema 10 a uma taxa controlada. Para controlar a vazão do 10 fluido, uma válvula de controle de fluxo 111 pode ser proporcionada a jusan- te da fonte 11. Além disso, um rotâmetro 112 pode ser proporcionado entre a fonte 11 e a válvula de controle 111, para ajudar a determinar a vazão, e, se necessário, permitir o ajuste da válvula de controle 111 a um nível adequa- do. Deve-se notar que embora o sistema 10 seja mostrado tendo uma válvu- 15 Ia de controle 111, esta válvula pode ser desnecessária, caso a vazão seja capaz de ser ajustada da fonte 11, com base na leitura do rotâmetro 112.

O sistema 10 também pode incluir uma primeira estação 12, pro- jetada para implementar um protocolo de separação física, para remoção de, por exemplo, espécies elementares de um contaminante de metais pesados

alvo, tal como mercúrio, do fluxo de fluido. Em uma concretização, a primeira estação 12 pode ficar em comunicação fluida com a fonte 11 pelo caminho 13, por exemplo, um tubo, uma mangueira, ou qualquer conduto similar ca- paz de conduzir o fluxo de fluido da fonte 11 para a primeira estação 12.

Mirando agora na Figura 2, a primeira estação 12, em uma con- 25 cretização, pode incluir uma unidade de coalescimento 20, tendo um ele- mento de coalescimento 21 projetado para coalescer ou unir gotículas de pequeno diâmetro, contendo espécies elementares do contaminante de me- tais pesados, em gotículas maiores, para remoção subsequente. Um exem- plo de uma unidade de coalescimento 20 inclui um dispositivo de coalesci- 30 mento líquido/líquido, tal como aquele da série 11OH ou da série 11OV da Perry Equipment Corporation em Mineral Wells, Texas. Um exemplo de um elemento de coalescimento 21 pode ser um elemento PEACH® LiquiSep, também disponível da Perry Equipment Corporation em Mineral Wells, Te- xas.

A unidade de coalescimento 20, em uma concretização, pode incluir a entrada 22, pela qual um fluxo contínuo de fluido contaminado, a 5 partir da fonte 11 pelo caminho 13, pode ser recebido, e a saída 23 pela qual o fluido tratado pode sair. A unidade de coalescimento 20 pode incluir tam- bém um elemento de coalescimento 21, projetado para permitir o escoamen- to de fluido contaminado por ele e iniciar um processo de separação física para remoção das espécies elementares do contaminante de metais pesa- 10 dos do fluxo de fluido. Em uma concretização, o elemento de coalescimento

21 pode ser feito de um material hidrofílico e oleofílico, de modo que permitir que o fluxo de fluido se separe em uma fase descontínua (isto é, um fluxo coloidal) e uma fase contínua (isto é, o fluxo de processo/fluido). Além do mais, como o projeto do elemento de coalescimento 21 permite que o ele- 15 mento 21 implemente um processo de coalescimento profundo saturado, quando a fase descontínua se movimenta pelo elemento de coalescimento

21, gotículas de diâmetro substancialmente pequeno contendo as espécies elementares do metais pesados, na fase descontínua, podem ser deixadas coalescer. Em particular, o elemento de coalescimento 21 permite que "ma- 20 teriais iguais" atraiam "materiais iguais", de modo a reter as gotículas de di- âmetro substancialmente pequeno, contendo as espécies elementares do metal pesado, na fase descontínua e permitir que estas gotículas de diâme- tro substancialmente pequeno se unam ou se combinem para formar gotícu- las de diâmetro substancialmente maior. As gotículas de maior diâmetro, 25 com o tempo, podem formar gotículas ainda maiores e, eventualmente, po- dem ficar suficientemente grandes e pesadas. Deve-se notar que, devido à densidade do metal pesado dentro destas gotículas suficientemente gran- des, juntamente com tensão superficial interfacial, estas gotículas suficien- temente grandes tendem a drenar do elemento de coalescimento 21, na pre- 30 sença de gravidade, e sedimentar da fase contínua no fundo da unidade de coalescimento 20. Para coletar e subsequentemente descartar o líquido dre- nado contendo as espécies elementares do metal pesado sendo separado, a unidade de coalescimento 20 pode ser dotada com o recipiente 24.

Embora ilustrados como sendo verticais, deve-se considerar que os elementos de coalescimento 21 podem ser projetados para serem subs- tancialmente horizontais dentro da unidade de coalescimento 20. De modo 5 similar, embora ilustrada como sendo horizontal, a unidade de coalescimento 20 pode ser projetada para ser substancialmente vertical. Além do mais, embora o uso de uma unidade de coalescimento seja descrito no presente relatório descritivo, a separação física para remoção das espécies elementa- res do metal pesado pode ser conduzida por outros dispositivos de separa- 10 ção de fases, por exemplo, palhetas, chumaços em malha, leitos compactos, centrífugas, outros dispositivos similares, ou uma combinação destes.

O sistema 10, como ilustrado na Figura 1, pode incluir ainda uma segunda estação 14, localizada a jusante da primeira estação 12 e em co- municação fluida com a saída 23 da unidade de coalescimento 20. A segun- 15 da estação 14, em uma concretização, pode ser proporcionada para separa- ção ou remoção por adsorção da proporção adicional das espécies elemen- tares, juntamente com as outras espécies do contaminante de metais pesa- dos alvo, tal como mercúrio, do fluxo de fluido.

Com referência agora à Figura 3, a segunda estação 14 pode incluir um reator, tal como o reator 30, dentro do qual uma batelada de um material adsorvente pode ser acomodado para tratamento adicional do fluido da primeira estação 12. Em uma concretização, o material adsorvente pode ser um material nanossorvente (isto é, nanomaterial adsorvente), manufatu- rado de monocamadas autorreunidas em suportes mediamente porosos (SAMMS). Deve-se considerar que a referência ao termo "material adsorven- te" a seguir inclui material nanossorvente ou nanomaterial adsorvente, am- bos podendo ser usados intercambiavelmente entre si. O suporte mediamen- te poroso, em uma concretização, pode ser feito de vários materiais porosos, incluindo sílica. A vantagem do material SAMMS é a sua capacidade em re- mover todas as espécies de vários metais pesados alvo, dependendo do grupo funcional particular com o material SAMMS. Um exemplo de um mate- rial SAMMS, que pode ser usado em conjunto com o reator 30 da presente invenção, inclui tiol-SAMMS (isto é, material SAMMS que foi funcionalizado com grupos tiol), para buscar todas as espécies de mercúrio, similar àquele descrito na patente U.S. 6.326.326, cuja patente é assim incorporada por referência no presente relatório descritivo. O material SAMMS pode ser, na- 5 turalmente, funcionalizado com outros grupos, dependendo do contaminante buscado para a remoção do fluido. Por exemplo, o material SAMMS pode ser funcionalizado com grupos lantânio para a remoção de arsênio, ou com grupos amina para remoção de CO2.

De acordo com uma concretização da presente invenção, o ma- 10 terial adsorvente pode incluir partículas porosas, variando de cerca de 5 mí- crons a cerca de 200 mícrons em tamanho. Em uma concretização, as partí- culas, em média, variam de cerca de 50 mícrons a cerca de 80 mícrons em tamanho, incluem um tamanho de poro variando de cerca de 2 nanômetros (nm) a cerca de 7 nm, e podem ser proporcionadas com uma densidade a- 15 parente variando de cerca de 0,2 gramas/mililitro a cerca de 0,4 gra- mas/mililitro.

Embora o material adsorvente seja descrito acima como sendo manufaturado de SAMMS, deve-se considerar que outros materiais adsor- ventes podem ser usados, desde que estes materiais adsorventes possam 20 agir para remover contaminantes do fluxo de fluido. Um exemplo de um ma- terial adsorvente alternativo inclui partículas de carvão comercial, variando de cerca de 8 a cerca de 30 mesh em tamanho.

Para permitir facilidade de introdução no reator 30, o material adsorvente pode ser proporcionado como uma mistura de lodo. Em particu- 25 lar, o material adsorvente pode ser misturado com um líquido, tal como á- gua, para proporcionar a mistura de lama necessária. Esta mistura de logo pode ser, em uma concretização mantida em uma forma misturada dentro do reservatório 31 por processos conhecidos na técnica, por exemplo, por quaisquer dispositivos mecânicos ou mecanismos de injeção de fluido, ca- 30 pazes de criar uma turbulência necessária. Alternativamente, deve-se consi- derar que na medida em que a mistura de lama é introduzida no reator 30 pelo caminho 15, a turbulência natural da corrente de mistura de lama mo- vimentando-se pelo caminho 15 pode ser suficiente para gerar a mistura a- dequada. No caso de ser necessário misturar ou incrementar a mistura da lama, um misturador (não mostrado), tal como um misturador estático co- mercialmente disponível de muitos distribuidores industriais, pode ser pro-

porcionado imediatamente a jusante do reservatório 31. A presença deste misturador estático pode ainda otimizar a mistura da lama, na medida em que escoa ao longo do caminho 15 para o reator 30. Naturalmente, se dese- jado, em vez de usar-se uma lama, material adsorvente seco pode ser pro- porcionado dentro do reator 30.

O material adsorvente, em uma concretização, pode ser propor-

cionado dentro do reator 30, antes da introdução do fluxo de fluido da primei- ra estação 10. Alternativamente, o material adsorvente pode ser introduzido no caminho 15, juntamente com o fluido da primeira estação 12, e deixado misturar com ele, antes da entrada no reator 30. Nesta concretização, a pro- 15 porção de material adsorvente introduzida pode ser crítica, uma vez que uma proporção adequada pode precisar ser determinada para proporcionar uma ótima capacidade de remoção de contaminantes de metais pesados. Em particular, a proporção de material adsorvente, que pode ser necessária, pode ser proporcional à vazão do fluido da primeira estação 12 e à propor- 20 ção de contaminante dentro deste fluxo de fluido. Geralmente, a proporção de contaminante vai ser constante, de modo que a vazão do fluido pode ser um parâmetro que precisa ser controlado.

Para controlar a vazão da primeira estação 12, olhando-se a Fi- gura 1, uma válvula de controle de fluxo 121 pode ser proporcionada a ju- 25 sante da primeira estação 12. Além disso, um rotâmetro 122 pode ser pro- porcionado entre a primeira estação 12 e a válvula de controle 121, para a- judar na determinação da vazão, antes da válvula de controle 121 ser ajus- tada a um nível adequado. Deve-se notar que a válvula de controle 121 pode ser desnecessária, no caso da vazão ser capaz de ser ajustada da primeira 30 estação 12, com base na leitura do rotâmetro 122.

Para controlar a introdução do material adsorvente do reservató- rio 31 para o caminho 15, olhando-se a Figura 3, de modo que a proporção de material adsorvente possa ser proporcional à vazão do fluido da primeira estação 12 e à proporção de contaminante dentro deste fluxo de fluido, uma bomba dosadora 311 pode ser proporcionada para permitir controle manual ou automático da proporção do material adsorvente sendo introduzido.

Em uma concretização, o reator 30 proporciona um meio físico,

dentro do qual o fluido da primeira estação 12 e o material adsorvente do reservatório 31 ("mistura fluido/adsorvente") podem ser acomodados por um período de tempo. Durante este período de tempo, as espécies remanescen- tes de contaminantes de metais pesados do fluido podem ser adsorvidas pelo material adsorvente e removidas do fluido, até que uma concentração aceitável de contaminantes de metais pesados dentro do fluido tenha sido atingida. O período de tempo, em uma concretização, pode ser determinado pela cinética da adsorção dos contaminantes no material adsorvente, bem como o tempo de difusão dos contaminantes dentro do fluxo de fluido para o material adsorvente, e pode durar de cerca de menos de dois minutos a cer- ca de dez minutos. Deve-se notar que a introdução da mistura flui- do/adsorvente no reator 30 pode proporcionar uma turbulência suficiente para obter a necessária ação de mistura entre o fluido contaminado e o ma- terial adsorvente. Na medida necessária, um mecanismo de mistura pode ser proporcionado dentro do reator 30.

De acordo com uma concretização da presente invenção, o rea- tor 30 pode ser dotado com uma entrada 32 e uma saída 33. Como mostra- do na Figura 3, a entrada 32 pode ser controlada pela válvula de entrada 321 e uma saída 33 pode ser controlada pela válvula de saída 331. As válvu- 25 Ias 321 e 331, em uma concretização, podem ser atuadas automaticamente ou controladas eletronicamente por meios conhecidos na técnica. Alternati- vamente, estas válvulas podem ser projetadas para serem atuadas manual- mente. O reator 30 pode incluir também um transmissor ou sensor de nível

34, para indicar quando o reator 30 está cheio e quando está vazio. Na con- cretização mostrada na Figura 3, o sensor 34 inclui um sensor de topo 341, para determinar e indicar quando o reator 30 está substancialmente cheio, e um sensor de fundo 342, para determinar e indicar quando o reator 30 está substancialmente vazio. O reator 30 pode também incluir uma bomba (não mostrada), para auxiliar na remoção ou drenagem de fluido tratado pela saí- da 33.

Em uma concretização alternativa, em vez de uma bomba, o reator 30 pode incluir uma segunda entrada 35, acoplada, por exemplo, a duas linhas de gás natural 351 e 352, para auxiliar na remoção do fluido tra- tado do reator 30. Em particular, a linha 351 pode ser uma linha "de entrada de gás", que pode ser regulada por uma válvula de entrada de gás 353 a uma pressão relativamente ligeiramente mais alta do que aquela pressão operacional do fluido contaminado. Desta maneira, a pressão mais alta pode agir para expulsar subsequentemente o fluido tratado do reator 30. A linha 352, por outro lado, pode ser uma linha "de saída de gás", que pode ser re- gulada pela válvula de saída de gás 354, para manter uma pressão substan- cialmente similar àquela do fluido contaminado. A operação destas linhas de gás, em conjunto com o esvaziamento do fluido tratado do reator 30, vai ser discutida a seguir em detalhes. Além do mais, embora descrita em conjunto com gás natural, deve-se considerar que outros gases podem ser usados.

O sistema 10, como mostrado na Figura 1, pode ser ainda dota- do com uma válvula de descarga 16 e um rotâmetro 17, para uso em conjun- 20 to com a descarga de fluido limpo ou tratado do sistema 10. O rotâmetro 17, em uma concretização, pode ajudar a determinar a vazão do fluido limpo ou tratado, enquanto que a válvula de descarga 16 pode ser usada para contro- lar a taxa de descarga relativa à vazão.

Um dispositivo de separação (não mostrado) pode ser também 25 proporcionado no sistema 10, para a remoção de material adsorvente exau- rido. Em uma concretização, o dispositivo de separação pode ser um dispo- sitivo de separação do tipo centrífuga. Este dispositivo, em uma concretiza- ção, usa a força centrífuga para concentrar o material adsorvente exaurido no fundo do dispositivo. Um coletor (não mostrado) pode ser também pro- 30 porcionado, de modo que o material adsorvente exaurido concentrado no fundo do dispositivo de separação possa ser dirigido para ele e removido do sistema 10. Alternativamente, o dispositivo de separação pode ser um filtro projetado com aberturas de poros ou malhas, capazes de impedir que partí- culas, tal como do material adsorvente, variando de cerca de 5 a cerca de 200 mícrons em tamanho, se movam por ele. O dispositivo de separação, em uma concretização, pode ser localizado a jusante do reator 30. Alternati- 5 vãmente, o dispositivo de separação pode ser localizado, por exemplo, em torno da saída 33, para remover o nanomaterial adsorvente exaurido, na medida em que deixa o reator 30.

Em operação, o fluido contaminado contendo contaminantes de metais pesados dentro da fonte 11 pode ser dirigido para o caminho 13, no 10 sentido da primeira estação 12. A vazão do fluido contaminado da fonte 11, em uma concretização, pode ser controlada pela válvula de controle 111, para permitir que um volume adequado escoe continuamente para a primeira estação 12.

Ao atingir a primeira estação 12, o fluido contaminado pode ser dirigido a uma unidade de coalescimento 20 pela entrada 22. Uma vez den- tro da unidade de coalescimento 20, o fluxo de fluido contaminado pode ser dirigido pelo elemento de coalescimento 21, para iniciar um processo de se- paração física, para remoção das espécies elementares do contaminante de metais pesados. Especificamente, na medida em que o fluido entra no ele- mento 21, o fluxo de fluido pode ser separado em uma fase descontínua e uma fase contínua. Depois, na medida em que as duas fases continuam a movimentar-se pelo elemento 21, a fase descontínua pode ser deixada coa- Iescer por meio de processo de coalescimento profundo saturado. Em parti- cular, o elemento de coalescimento 21 permite que "materiais iguais" atraem "materiais iguais", de modo a reter gotículas de diâmetro substancialmente pequeno contendo espécies elementares do metal pesado na fase descontí- nua e deixar que estas gotículas de diâmetro substancialmente pequeno se unam ou se combinem, para formar gotículas de diâmetro substancialmente maior. As gotículas de maior diâmetro, com o tempo, podem formar gotículas ainda maiores. Quando ficam suficientemente grandes, a densidade do me- tal pesado destas gotículas suficientemente grandes, juntamente com a ten- são superficial interfacial, tendem a fazer com que estas gotículas sejam drenadas do elemento de coalescimento 21, na presença de gravidade, e se sedimentem da fase contínua no fundo da unidade de coalescimento 20. O líquido drenado contendo as espécies elementares do metal pesado sendo separado pode ser depois coletado dentro do recipiente 23 da unidade de coalescimento 20 para descarte subsequente.

O fluido da unidade de coalescimento 20, na primeira estação

12, pode ser depois dirigido no sentido da segunda estação 14 por meio do caminho 15. Na segunda estação 14, o reator 30 pode, em uma concretiza- ção, ser substancialmente cheio com o material adsorvente. Alternativamen- 10 te, o material adsorvente pode ser introduzido no caminho 15, juntamente com o fluxo de fluido da primeira estação, de modo a formar uma mistura fluido/adsorvente, para introdução no reator 30 pela entrada 32. Na concreti- zação mostrada na Figura 3, na medida em que a mistura fluido/adsorvente enche o reator 30 e se aproxima do local do sensor de topo 341, o sensor de 15 topo 341 pode transmitir, quando o reator 30 está cheio, um sinal para o PLC. Ao receber o sinal, o PLC pode agir para depois fechar a válvula de entrada 321 do reator 30. Deve-se notar que durante este processo de en- chimento, o material adsorvente, como mencionado acima, pode agir para remover os contaminantes de metais pesados do fluido contaminado, para 20 proporcionar um fluido substancialmente limpo. Em particular, na presença do material adsorvente, que pode ser, em uma concretização, SAMMS me- diamente poroso, o fluido pode ser permitido escoar pelos poros das partícu- las no material SAMMS. Dentro destes poros, os contaminantes de metais pesados alvo, tais como todas as espécies de mercúrio, entram em contato 25 com uma monocamada de substância química, elaborada para atrair e ligar as moléculas destes contaminantes, juntamente com os outros constituintes do fluxo de fluido. Como tal, estes contaminantes particulares podem ficar retidos dentro do material SAMMS e removidos do fluxo de fluido.

A eficiência de desempenho para a separação e a remoção do contaminante de metais pesados alvo, de acordo com uma concretização da presente invenção, pode ser dependente de vários fatores, incluindo o fluido sendo processado, a forma ou as espécies do contaminante de metais pe- sados alvo, que podem estar presentes no fluido, a presença de outros con- taminantes, entre outros. Como tal, a proporção removida pode variar. Por exemplo, uma vez que existe uma diferença substancial em densidade entre, por exemplo, mercúrio e um gás ou ar (isto é, um fluido), podem ser obtidas baixas concentrações de efluentes.

Subsequentemente, a válvula de saída 331 pode ser aberta e o fluido limpo deixado sair pela saída 33 e para fora do reator 14. Este proces- so de esvaziamento pode continuar até que o nível de líquido limpo atinja o sensor de fundo 342, em cujo tempo o sensor de fundo 342 pode transmitir 10 um sinal para o PLC. Depois, o PLC pode agir para fechar a válvula de saída 331. O reator 30 pode ficar depois pronto para passar por outro ciclo de en- chimento.

Uma vez que o material adsorvente dentro do reator 30 fica usa- do ou exaurido, o reator 30 pode ser colocado fora de uso, o material adsor- 15 vente removido, e uma batelada de novo material adsorvente colocada no reator 30. Para determinar quando o material adsorvente pode ser usado completamente, várias abordagens podem ser implementadas. Em uma a- bordagem, é conhecido que na medida em que o material adsorvente fica cheio com contaminantes, o seu diferencial de pressão vai aumentar. Isto é 20 porque os contaminantes de metais pesados no fluido, uma vez retidos pelo material adsorvente, vão tender a entupir o material adsorvente com o tem- po. Como tal, vai ser importante monitorar o diferencial de pressão do mate- rial adsorvente.

Em outra abordagem, o estado do material adsorvente pode ser determinado por monitoramento periódico ou contínuo do nível de contami- nantes do fluido tratado na corrente de saída. Quando o nível na corrente de saída aumenta a um certo ponto, o material adsorvente pode ser alterado.

Deve-se considerar que a separação física pode não remover substancialmente todos os traços de espécies elementares do contaminante de metais pesados alvo, ou baixa a concentração das espécies elementares a um nível substancialmente seguro ou permissível, por exemplo, partes por bilhão (ppb) ou partes por trilhão (ppt), como sugerido pelo governo para determinados metais pesados, por exemplo, mercúrio. Não obstante, este processo pode baixar significativamente a concentração das espécies ele- mentares, em muitos casos, bem abaixo do nível de partes por milhão (ppm). Para este fim, por emprego de separação física, para reduzir inicial- 5 mente a concentração de espécies elementares da fase descontínua (isto é, fluxo coloidal), a vida útil bem como o desempenho do material adsorvente empregado na segunda estação 14 subsequente podem ser substancial- mente aumentados.

Por exemplo, se o fluido contaminado da fonte 11 contiver cerca de 1.000 ppb de mercúrio elementar, cerca de 100 ppb de mercúrio iônico e cerca de 100 ppb de mercúrio orgânico, a proporção total de mercúrio no fluido contaminado é cerca de 1.200 ppb. Quando o fluido é tratado inicial- mente com um processo de separação física do mercúrio elementar, a pro- porção de mercúrio elementar, que fica subsequentemente dentro do fluido, pode ser cerca de 100 ppb. Como tal, o fluido dirigido à segunda estação 14 vai ter apenas cerca de 300 ppb de mercúrio, em comparação com os 1.200 ppb de mercúrio. Esta redução na concentração de mercúrio pode aumentar a vida útil e o desempenho do mercúrio caro na segunda estação 14 por quatro vezes, e, desse modo, também reduzir bastante o custo total do pro- cesso de tratamento.

Para reduzir ainda mais o custo do processo de tratamento, com referência agora às Figuras 4A - B, o sistema 10, de acordo com outra con- cretização da presente invenção, pode ser dotado com uma estação de pré- filtro 40, a montante da primeira estação 12. A utilização de uma estação de 25 pré-filtro 40 pode, entre outras coisas, prolongar a vida útil, bem como me- lhorar o desempenho do elemento de coalescimento 21 mais caro dentro da unidade de coalescimento 20 na estação 12.

A estação de pré-filtro 40, em uma concretização, pode incluir um reator de pré-filtro 41, como mostrado na Figura 4B, tendo pelo menos um elemento de pré-filtro 42, projetado para remover os contaminantes sóli- dos. Um exemplo de um reator de pré-filtro 41 pode ser o reator da série 55 da Perry Equipment Corporation em Mineral Wells, Texas. Um exemplo de um elemento de coalescimento 21 pode ser um elemento de tecnologia PE- ACH® Gold, também disponível da Perry Equipment Corporation em Mineral Wells, Texas.

O reator de pré-filtro 41, como ilustrado, pode incluir uma entra- da 43, pela qual um fluxo contínuo de fluido contaminado da fonte 11, pode ser dirigido para o reator 41 pelo caminho 411. O reator 41 pode também incluir uma saída 44, pela qual o fluido tratado pelo elemento filtrante 42 po- de sair e ser dirigido no sentido da unidade de coalescimento 20 pelo cami- nho 13. O elemento filtrante 42, em uma concretização, pode ser projetado para permitir o fluxo de fluido contaminado da fonte 11 para movimentar-se por ele, e separar e remover os contaminantes sólidos do fluxo de fluido. Deve-se considerar que na medida em que os contaminantes sólidos não são removidos e podem estar presentes no fluxo de fluido, quando o fluxo de fluido é dirigido para a primeira estação 12 da fonte 11, estes contaminantes sólidos podem agir para bloquear os poros do elemento de coalescimento 21, reduzindo, desse modo, as suas expectativas de desempenho e vida útil. O elemento filtrante 42, em certos casos, por seu projeto pode remover os contaminantes de metais pesados do fluxo de fluido. Em particular, quando o fluido contaminado pode ter uma carga substancialmente alta (isto é, alta concentração) de contaminantes de metais pesados, o elemento filtrante 42 pode ser usado para separar e reduzir a concentração de metais pesados, juntamente com a concentração de contaminantes sólidos, dentro do fluxo de fluido, antes de passar o fluido para a unidade de coalescimento 20 e o elemento de coalescimento 21 na estação 12. Para esta finalidade, a vida útil e o desempenho do elemento de coalescimento 21 podem ser, respecti- vamente, prolongado e melhorado adicionalmente.

Olhando agora para a Figura 5, ilustra-se nela uma outra concre- tização do sistema 10, de acordo com um aspecto da presente invenção. O sistema 10, como mostrado na Figura 5, pode ser dotada com uma terceira 30 estação 50, a jusante da segunda estação 14, para separação e remoção por adsorção de outros contaminantes de metais pesados. Em uma concre- tização da presente invenção, a terceira estação 50 pode incluir um reator (não mostrado), substancialmente similar ao reator 30 da segunda estação 14, e dentro do qual um material adsorvente pode ser acomodado, para tra- tamento do fluido recebido da segunda estação 14, por meio do caminho 51. O material adsorvente no reator na terceira estação 50, em uma concretiza- 5 ção, pode ser também um material nanoadsorvente, manufaturado de mo- nocamadas autorreunidas em suportes mediamente porosos (SAMMS), simi- lar ao material adsorvente no reator 30 da segunda estação 14. No entanto, deve-se considerar que o material adsorvente dentro do reator, na terceira estação 50, pode incluir um grupo funcional diferente, para remover os con- 10 taminantes de metais pesados diferentes daqueles alvo pela segunda esta- ção 14. Em particular, ainda que tiol - SAMMS possa funcionar bem em mer- cúrio e possa ter alguma capacidade de adsorção para, por exemplo, uma forma de arsênio, um SAMMS cúprico ou à base de cobre pode ter uma ca- pacidade substancialmente maior para todas as espécies de arsênio.

Como é comum em muitas áreas do mundo, as correntes de hi-

drocarbonetos produzidas nestas áreas podem ser frequentemente contami- nadas com ambos mercúrio e arsênio. Consequentemente, de acordo com uma concretização da presente invenção, o material adsorvente no reator da terceira estação 50 pode ser funcionalizado para remover arsênio do fluido 20 sendo processado. Em particular, o material SAMMS pode ser funcionaliza- do com EDTA de cobre (isto é, EDA de cobre SAMMS) ou com grupos de lantânio (isto é, SAMMS de lantânio), de modo que o arsênio pode ser remo- vido efetivamente do fluxo de fluido, subsequente à remoção de, por exem- plo, mercúrio na segunda estação 14.

De novo, embora o material adsorvente seja descrito acima co-

mo sendo manufaturado de SAMMS, deve-se considerar que outros materi- ais adsorventes podem ser usados, desde que estes materiais adsorventes possam agir para remover os contaminantes do fluxo de fluido. Um exemplo de um material adsorvente alternativo inclui partículas de carvão comercial, variando de cerca de 8 a cerca de 30 mesh em tamanho.

Além do mais, embora ilustrada como sendo a jusante da se- gunda estação 14, no ponto desejado, a terceira estação 50 pode ser Iocali- zada a montante da segunda estação 14, de modo que o arsênio pode ser removido inicialmente, antes da remoção, por exemplo, do mercúrio. Além do mais, no caso da necessidade de remover outros contaminantes de me- tais pesados do fluido sendo processado, outras estações com reatores, tendo materiais adsorventes funcionalizados para remover contaminantes de metais pesados alvo, podem ser proporcionadas. Estas adicionais podem ser colocadas, em uma concretização, em série dentro do sistema 10. Natu- ralmente, estas estações adicionais podem ser colocadas em paralelo, em uma combinação de em série e em paralelo, ou em qualquer configuração a jusante da segunda estação 14, e o fluido tratado destas estações adicionais pode ser alimentado subsequentemente à segunda estação 14. Além disso, deve-se considerar que a provisão da terceira estação 50 ou as estações adicionais para a remoção de outros contaminantes de metais pesados pode ser implementada com ou sem a presença de uma estação de pré-filtro, tal como aquela ilustrada na Figura 4, no sistema 10.

Na Figura 6, ilustra-se um outro sistema 60 da presente inven- ção para o tratamento de fluido contaminado. Similar ao sistema 10, os flui- dos que podem ser tratados em conjunto com o sistema 60 podem ser de natureza viscosa, tal como óleo, ou de natureza não viscosa, tal como um 20 líquido ou um gás. Além do mais, como no sistema 10, os contaminantes que podem ser removidos pelo sistema 60 da presente invenção incluem metais pesados, tais como mercúrio, arsênio, cádmio e chumbo de fluidos de descarte complexos, tal como água produzida, e mercúrio de várias soluções de descarte e óleos de descarte contaminados. Outros contaminantes que 25 podem ser removidos pelo sistema 10 da presente invenção incluem prata, urânio, plutônio, netúnio, amerício ou uma combinação deles.

O sistema 60, como ilustrado na Figura 6, inclui, em uma concre- tização, uma fonte 61, da qual um fluxo de fluido contaminado pode ser in- troduzido no sistema. O fluido contaminado pode conter várias espécies ou 30 formas de contaminantes de metais pesados, incluindo as suas formas ele- mentares, formas orgânicas e formas iônicas. O fluido contaminado pode ser introduzido no sistema 60 a uma taxa controlada. Para controlar a vazão do fluido, uma válvula de controle de fluido 611 pode ser proporcionada a jusan- te da fonte 61. Além disso, um rotâmetro 612 pode ser proporcionado entre a fonte 61 e a válvula de controle 611, para ajudar na determinação da vazão, e, se necessário, permitir o ajuste da válvula de controle 611 a um nível a- dequado. Embora o sistema 10 seja mostrado tendo uma válvula de controle

111, esta válvula pode ser desnecessária, caso a vazão seja ajustável da fonte 61.

O sistema 60 pode também incluir uma primeira estação 62, pro- jetada para implementar um protocolo de separação física, para a remoção 10 de espécies elementares de um contaminante de metais pesados alvo, tal como mercúrio, do fluxo de fluido. Em uma concretização, a primeira estação 62 pode ficar em comunicação fluida com a fonte 61 pelo caminho 63, por exemplo, um tubo, uma mangueira ou qualquer conduto similar capaz de conduzir fluxo de fluido da fonte 61 para a primeira estação 62. A primeira 15 estação 62, além disso, pode incluir uma unidade de coalescimento, subs- tancialmente similar à unidade de coalescimento 20 mostrada na Figura 2, e dentro da qual pelo menos um elemento de coalescimento, substancialmen- te similar ao elemento de coalescimento 21 mostrado na Figura 2, pode ser situado. Como o elemento de coalescimento 21, o elemento de coalescimen- 20 to da primeira estação 62 pode ser projetado para coalescer ou juntar gotícu- las de pequeno diâmetro contendo espécies elementares do contaminante de metais pesados em gotículas maiores, para remoção subsequente do fluxo de fluido.

O sistema 60 pode incluir ainda uma segunda estação 64, Iocali- 25 zada a jusante da primeira estação 62 e em comunicação fluida com ela pelo caminho 65. A segunda estação 64, similar à segunda estação 14 no siste- ma 10, pode ser proporcionada para a separação por adsorção ou remoção do restante das espécies elementares, agora em uma proporção traço, jun- tamente com as outras espécies do contaminante de metais pesados alvo, 30 tal como mercúrio, do fluxo de fluido.

Com referência agora à Figura 7, a segunda estação 64 pode incluir um recipiente 70, dentro do qual pelo menos um outro elemento fil- trante 71 pode ser localizado para tratamento adicional de fluido da primeira estação 62 por meio de separação por adsorção, para remoção de várias espécies do contaminante de metais pesados alvo.

O recipiente 70, de acordo com uma concretização da presente invenção, inclui um alojamento 72, dentro do qual o elemento filtrante 71 po- de ser acomodado. O alojamento 72, como ilustrado, inclui uma câmara de entrada 73 e uma câmara de saída 74, separadas por uma placa de suporte

75. A placa de suporte 75, em uma concretização, pode ser projetada para incluir pelo menos uma passagem 76, na qual o elemento filtrante 71 pode 10 ser acoplado. Naturalmente, uma pluralidade de passagens 76 pode ser proporcionada, na qual vários elementos filtrantes 71 complementares po- dem ser colocados firmemente. Se desejado, um tampão ou cobertura pode ser proporcionado para aquelas passagens 76 que não estão em acopla- mento com um aparelho 10. Para facilitar a colocação do elemento filtrante 15 71 em acoplamento firme com a passagem 76, ao longo de uma orientação desejada dentro da câmara de entrada 73, e/ou a remoção do elemento fil- trante 71 dela, o recipiente 70 pode ser dotado com um fechamento vedável 77. Este recipiente pode ser obtido comercialmente da Perry Equipment Corporation em Mineral Wells, TX.

O elemento filtrante 71, como mostrado na Figura 8 em mais

detalhes, pode incluir uma parte corpo substancialmente tubular 81 e pode ser feito de um material permeável a fluido. O elemento filtrante 71 pode in- cluir também um caminho 82 estendendo-se entre as suas extremidades, e ao longo do qual o fluido tratado pode ser dirigido para fora do elemento 71, 25 em uma direção substancialmente transversal ao fluxo de fluido para o ele- mento filtrante 71.

Em uma concretização, o elemento filtrante 71 pode ter incorpo- rado dentro da parte corpo 81 um material adsorvente, para uso na remoção de várias espécies dos contaminantes de metais pesados alvo, similares 30 àqueles descritos acima. O material adsorvente, como aquele usado em conjunto com o sistema 10, pode ser um material nanossorvente manufatu- rado de monocamadas autorreunidas em suportes mediamente porosos (SAMMS). O suporte mediamente poroso, em uma concretização, pode ser produzido a partir de vários materiais porosos, incluindo sílica. A vantagem do material SAMMS é a sua capacidade de remover todas as espécies de vários metais pesados alvo, dependendo do grupo funcional particular asso- 5 ciado com o material SAMMS. Um exemplo de um material SAMMS, que pode ser usado em conjunto com o elemento filtrante 71 da presente inven- ção, inclui um tiol - SAMMS para buscar todas as espécies de mercúrio, si- milar àquele descrito na patente U.S. 6.326.326, cuja patente é incorporada por referência no presente relatório descritivo. O material SAMMS pode ser, 10 naturalmente, funcionalizado com outros grupos, dependendo do contami- nante objetivado para remoção do fluido. Por exemplo, o material SAMMS pode ser funcionalizado com grupos de lantânio para remoção de arsênio, ou com grupos amina para a remoção de CO2.

De acordo com uma concretização da presente invenção, o ma- 15 terial adsorvente pode incluir partículas porosas, variando de cerca de 5 mí- crons a cerca de 200 mícrons em tamanho. Em uma concretização, as partí- culas, em média, variam de cerca de 50 mícrons a cerca de 80 mícrons em tamanho, incluem um tamanho de poro variando de cerca de 2 nanômetros (nm) a cerca de 7 nm, e podem ser dotadas com uma densidade aparente 20 variando de cerca de 0,2 grama/mililitro a cerca de 0,4 grama/mililitro.

Como mencionado acima, embora o material adsorvente seja descrito como sendo manufaturado de SAMMS, deve-se considerar que ou- tros materiais adsorventes podem ser usados, desde que estes materiais adsorventes possam agir para remover contaminantes do fluxo de fluido. Um 25 exemplo de um material adsorvente alternativo inclui partículas de carvão comercial, variando de cerca de 8 a cerca de 30 mesh em tamanho.

O elemento filtrante 71 pode incluir ainda uma tampa da extre- midade superior 83. Em uma concretização, a tampa superior 83 pode ser uma tampa substancialmente sólida, de modo a impedir que o fluido dentro 30 do caminho 82 escoe por uma extremidade de topo do elemento 71. Uma tampa da extremidade inferior oposta 84 pode ser similarmente proporciona- da no elemento filtrante 71. A tampa inferior 84, no entanto, pode incluir uma abertura 85 em alinhamento axial com o caminho 82, para permitir que o fluido saia do elemento filtrante 71. A tampa inferior 84, em uma concretiza- ção, pode ser equipada com um mecanismo de acoplamento 86 estenden- do-se da abertura 85. O mecanismo de acoplamento 86 pode permitir que o 5 elemento filtrante 71 se acople firmemente uma passagem substancialmente complementar 76 dentro do recipiente 70, de modo que o fluido contaminado pode ser dirigido pelo elemento filtrante 71 e para o caminho 82.

A tampa da extremidade superior 83 e a tampa da extremidade inferior 84, em uma concretização, podem ser manufaturadas de um material rígido. Os exemplos deste material rígido incluem metais, plásticos ou outro material sintético, tal como poliéster, polipropileno ou náilon.

Em operação, o elemento filtrante 71 pode ser colocado dentro da câmara de entrada 73 do recipiente 70, e no qual o fluido contendo os contaminantes de metais pesados remanescentes da primeira estação 62 15 pode ser encaminhado. Após o elemento filtrante 71 ter sido colocado em acoplamento firme com a passagem 76, ao longo de uma orientação deseja- da (isto é, o caminho 82 do elemento filtrante 71 estando em alinhamento substancial com a passagem 76), e o fechamento 77 do recipiente 70 ter sido selado, o fluido contaminado pode ser dirigido para a câmara de entra- 20 da 73 pela entrada 731. Uma vez dentro da câmara de entrada 73, o fluido contaminado pode imergir o elemento filtrante 71 e ser dirigido para escoar substancialmente radialmente pelo elemento filtrante 71. Em outras palavras, o fluido contaminado pode escoar para e pelo elemento filtrante 71, em uma direção substancialmente transversal, e, mais particularmente, substancial- 25 mente perpendicular ao caminho 82. Na medida em que o fluido contamina- do escoa pelo elemento filtrante 71, entra em contato com o material adsor- vente, por exemplo, material SAMMS, e pode ser deixado escoar pelos po- ros das partículas no material SAMMS. Dentro destes poros, os contaminan- tes alvo, tais como metais pesados (por exemplo, mercúrio), entram em con- 30 tato com uma monocamada de substância química elaborada para atrair e ligar as moléculas destes contaminantes, juntamente com os outros constitu- intes do fluxo de fluido. Como tal, estes contaminantes alvo podem ser reti- dos dentro do SAMMS e removidos do fluxo de fluido.

O fluido tratado resultante pode escoar a seguir para o caminho 82 do elemento 71. Uma vez no caminho 82, o fluxo de fluido muda de dire- ção e então se movimenta em uma direção substancialmente paralela àque- 5 Ia do caminho 82 (isto é, substancialmente transversal ao fluxo radial do flui- do pelo elemento 71). Na medida em que se movimenta ao longo do cami- nho 82, o fluido tratado fica dirigido pela abertura 85 da tampa da extremida- de inferior 84, pela passagem 76, e para a câmara de saída 74 do recipiente

70, na qual o fluido pode ser dirigido subsequentemente para fora do aloja- mento 72, pela saída 741.

Deve-se considerar que a presente invenção também considera o elemento filtrante 71 usado com um recipiente, no qual o fluido contamina- do pode escoar de dentro do elemento filtrante 71 para fora. Em outras pala- vras, o fluido contaminado pode ser introduzido inicialmente pela abertura 15 85, até o caminho 82, e dirigido radialmente para fora através e pelo elemen- to filtrante 71.

Uma vez que o material adsorvente, dentro do elemento filtrante

71, fica usado ou exaurido, o recipiente 70 pode ser retirado de uso, o ele- mento filtrante 71 removido, e um novo elemento filtrante 71 colocado no seu

lugar. Para determinar até quando o material adsorvente pode ser usado, várias abordagem podem ser implementadas. Em uma delas, é conhecido que na medida em que o elemento filtrante 71 fica cheio com contaminantes, o seu diferencial de pressão vai aumentar. Isto é porque os contaminantes metálicos no fluido uma vez retidos pelo material adsorvente vão tender a 25 entupir, com o tempo, o material adsorvente. Como tal, vai ser importante monitorar o diferencial de pressão do elemento filtrante 71.

Em outra abordagem, o estado do material adsorvente pode ser determinado por monitoramento periódico ou contínuo do nível de contami- nantes do fluido tratado na corrente de saída. Quando o nível na corrente de saída aumenta a um certo ponto, o elemento filtrante 71 pode ser trocado.

Embora mostrado em uma posição vertical, deve-se considerar que o recipiente 70 pode ser projetado para ficar em uma posição horizontal, com a direção do fluxo de fluido adaptada para variar de acordo. Além do mais, o recipiente 70, como mencionado acima, pode ser manufaturado para acomodar uma pluralidade de elementos filtrantes 71. Nesta concretização, cada elemento filtrante 71 pode ser projetado para ter uma vazão nominal ou 5 permissível por ele. Em particular, o número de elementos filtrantes 71 usa- dos pode ser determinado, por exemplo, adotando-se uma vazão total a ser tratada e dividindo-se esta por uma vazão permissível para um elemento filtrante 71. O tamanho do recipiente 70 pode ser então o tamanho requerido para colocar estes elementos filtrantes 71 bem próximos do alojamento 72.

Deve-se considerar que o elemento filtrante 71 pode ser quais-

quer dos elementos filtrantes capazes de incorporar um material adsorvente neles. Os exemplos destes elementos filtrantes incluem aqueles discutidos similarmente nos pedidos de patentes U.S. 11/607.364, 11/731.230 e 11/731.556, todos sendo incorporados por referência no presente relatório descritivo.

Além do mais, embora a finalidade básica do material adsorven- te seja adsorver contaminantes de metais pesados alvo, devido ao seu pe- queno tamanho (isto é, de cerca de 5 mícrons a cerca de 150 mícrons), o material adsorvente pode ser também um filtro para sólidos muito bom. Esta 20 capacidade de filtrar sólidos pode resultar no material adsorvente ficando exaurido ou entupido mais cedo do que de outro modo necessário. Para mi- nimizar a necessidade de substituir estes elementos filtrantes casos, o sis- tema 60, com referência agora à Figura 9, pode ser dotado com a estação de pré-filtro 90, a montante da primeira estação 62, similar à estação de pré- 25 filtro 40 no sistema 10. A utilização de uma estação de pré-filtro 90 pode também prolongar a vida, bem como melhorar o desempenho do elemento de coalescimento mais caro na primeira estação 62.

A estação de pré-filtro 90, em uma concretização, pode incluir um reator de pré-filtro similar àquele mostrado na Figura 4B. Este reator po- de incluir uma entrada, pela qual um fluxo contínuo de fluido contaminado da fonte 61 pode ser dirigido para o reator de pré-filtro pelo caminho 91, e uma saída, pela qual o fluido tratado pode sair e ficar dirigido no sentido da pri- meira estação 62 pelo caminho 63. Este reator pode incluir ainda pelo me- nos um elemento filtrante, similar àquele mostrado na Figura 4B, projetado para remover os contaminantes sólidos do fluxo de fluido.

Observando-se agora a Figura 10, o sistema 60, de acordo com 5 uma concretização da presente invenção, pode ser dotado com uma terceira estação 100, a jusante da segunda estação 64, para remoção de outros con- taminantes de metais pesados dentro do fluxo de fluido dirigido da segunda estação 64 pelo caminho 101. Em uma concretização da presente invenção, a terceira estação 100 pode incluir um recipiente (não mostrado) substanci- 10 almente similar ao recipiente 70 da segunda estação 64, e pelo menos um elemento filtrante (não mostrado), substancialmente similar ao elemento fil- trante 71 na segunda estação. Este elemento filtrante pode incluir um mate- rial adsorvente nele para o tratamento do fluido recebido da segunda esta- ção 64 por meio de separação por adsorção. O material adsorvente, em uma 15 concretização, pode ser também um material nanossorvente, manufaturado de monocamadas autorreunidas em suportes mediamente porosos (SAMMS). No entanto, deve-se considerar que o material adsorvente pode incluir um grupo funcional diferente para remover os contaminantes de me- tais pesados diferentes daqueles alvo pela segunda estação 64. Em particu- 20 lar, enquanto que tiol - SAMMS pode funcionar bem em mercúrio e pode ter alguma capacidade de adsorção para, por exemplo, uma forma de arsênio, um SAMMS cúprico ou à base de cobre (isto é, EDA de cobre - SAMMS) pode ter uma capacidade substancialmente maior para todas as espécies de arsênio.

Novamente, embora o material adsorvente tenha sido descrito

acima como sendo manufaturado de SAMMS, deve-se considerar que outros materiais adsorventes podem ser usados, desde que estes materiais adsor- ventes podem agir para remover contaminantes do fluxo de fluido. Um e- xemplo de um material adsorvente alternativo inclui partículas de carvão co- mercial variando de cerca de 8 a cerca de 30 malhas em tamanho.

Embora ilustrada como sendo a jusante da segunda estação 64, na medida desejada, a terceira estação 100 pode ser localizada a montante da segunda estação 64, de modo que, por exemplo, arsênio pode ser remo- vido inicialmente, antes da remoção de, por exemplo, mercúrio. Além do mais, no caso de haver uma necessidade para a remoção de outros conta- minantes de metais pesados do fluido sendo processado, mais estações 5 com recipientes, tendo materiais adsorventes particularmente funcionaliza- dos, para remover contaminantes de metais pesados especificamente alvo, podem ser proporcionadas. Estas estações adicionais podem ser colocadas, em uma concretização, em série, dentro do sistema 60. Naturalmente, estas estações adicionais podem ser colocadas em paralelo, em uma combinação 10 em série e em paralelo, ou em qualquer configuração da segunda estação

64, e o fluido tratado destas estações adicionais pode ser subsequentemen- te alimentado à segunda estação 64. Além do mais, deve-se considerar que a provisão da terceira estação 100, ou destas estações adicionais para re- moção de outros contaminantes de metais pesados, pode ser implementada 15 com ou sem a presença de uma estação de pré-filtro 90, tal como aquela ilustrada na Figura 9, no sistema 60.

Em mais uma outra concretização da presente invenção, o sis- tema 10 ou o sistema 60 da presente invenção pode ter a sua terceira esta- ção para ter por objetivo o mesmo contaminante de metais pesados alvo da 20 sua segunda estação. Como ilustrado na Figura 11, o sistema 110 pode in- cluir uma pluralidade de estações 111, 112, em série, projetada para sepa- ração por adsorção do mesmo contaminante de metais pesados alvo. Pro- porcionando-se as múltiplas estações 111 e 112, que podem ter por objetivo o mesmo contaminante de metais pesados, o sistema 110 pode empregar 25 processamento contínuo para melhorar a sua capacidade (isto é, cinética) de escoamento e capacidade de carga.

A descrição do sistema 110 a seguir vai ser dirigida a uma con- cretização usando o recipiente e os elementos filtrantes similares àqueles no sistema 60 mencionado acima. No entanto, deve-se considerar que o siste- ma 110 pode ser projetado para utilizar o reator e o material adsorvente simi- lares àqueles usados no sistema 10.

Com relação à capacidade de escoamento, uma vez que pode ser necessário permitir que o fluido tenha um certo grau de tempo de contato com o material adsorvente, se apenas uma estação 111 tendo por alvo um contaminante de metais pesados alvo particular for usada, o fluxo pode pre- cisar ser suficientemente lento por esta uma estação, para permitir um tem- 5 po de contato suficiente com o material adsorvente. No entanto, se estações múltiplas 111 e 112, dispostas em série, são usadas para ter por alvo os mesmos contaminantes de metais pesados, a vazão e o volume podem au- mentar significativamente, por exemplo, o dobro ou o triplo, enquanto ainda permitindo que o fluido tenha um tempo de contato suficiente com o material 10 adsorvente. Para este fim, o tamanho ou do recipiente em cada uma das estações pode ser reduzido. Além do mais, como pode ser frequentemente o caso, uma pluralidade de recipientes ou reatores relativamente menores po- de ser mais barata do que um recipiente ou reator relativamente grande.

Além da capacidade de escoamento, a capacidade de carga po- de ser melhorada. É bem conhecido que os materiais adsorventes têm, em geral, uma capacidade de carga de contaminante (isto é, um ponto de equi- líbrio), que é uma função da concentração do contaminante alvo no fluido. Para este fim, na medida em que o fluido contaminado escoa por um volume de um material adsorvente, uma isoterma pode ser gerada na medida em que o contaminante alvo é adsorvido. Em particular, o material adsorvente mais próximo à entrada do reator ou recipiente atinge o equilíbrio com a concentração de contaminante no fluido na ou próximo da entrada. Então, dependendo da cinética da reação e da vazão, a concentração do contami- nante no fluido atinge um nível relativamente baixo dentro do restante do volume do material adsorvente. Na medida em que há um nível de contami- nante determinado ou permissível para o fluido saindo pela saída (este nível deve ser obviamente mais baixo do que a concentração na entrada), uma única estação 111 pode ser empregada, até que o material adsorvente, na ou próximo da saída do reator ou recipiente, atinja o equilíbrio com a con- centração determinada ou permissível de concentração de contaminante no fluido que é deixado sair pela saída. Quanto este ponto é alcançado, o mate- rial adsorvente nesta estação 111 deve ser mudado, pois é provável que não pode mais adsorver suficientemente os contaminantes, de modo a baixar a proporção de contaminantes a um nível de concentração que seja permissí- vel que saia pela saída. No entanto, colocando-se uma segunda estação 112 em série com a primeira estação 111, o material adsorvente dentro da pri- 5 meira estação 111 pode não precisar ser mudado, até que o material adsor- vente, na ou próximo da saída da primeira estação 111, atinja o equilíbrio com a concentração de contaminante no fluido na ou próximo da entrada. Em outras palavras, o material adsorvente na primeira estação 111 não pre- cisa ser mudado, até que o volume ou quantidade total do material adsor- 10 vente, dentro da primeira estação 111, seja exaurido, tendo a concentração máxima do contaminante alvo em todas as partículas do material adsorven- te. Isto é porque mesmo se o material adsorvente na primeira estação 111 não puder mais adsorver o contaminante alvo, o material adsorvente na se- gunda estação 112 pode agir para adsorver o mesmo contaminante alvo.

Neste sistema multiestação, tal como aquele ilustrado na Figura

11, quando o material adsorvente no estação de pré-filtro está exaurido, a entrada do recipiente na estação 111 pode ser fechado, e a sua saída pode ser aberta para permitir drenagem do fluido. O elemento filtrante com o ma- terial adsorvente exaurido pode ser depois disposto. O fluxo de fluido para o 20 sistema 110, no momento no qual a primeira estação 111 não está em uso, pode ser redirecionado no sentido da segunda estação 112. Uma vez que o recipiente na primeira estação 111 foi recarregado com um outro câmara de coleta, tendo outro material adsorvente, o fluxo de fluido da segunda estação 112 pode ser dirigido no sentido da primeira estação 112, para reiniciar o 25 protocolo de processamento contínuo. O mesmo processo pode ser aplicado quando o material adsorvente na segunda estação 112 está exaurido.

De acordo com uma concretização da presente invenção, o ma- terial adsorvente usado ou exaurido pode ser regenerado. Para regenerar o material adsorvente para uso subsequente, o material adsorvente pode ser 30 tratado com um fluido ácido, para remover o contaminante adsorvido. Após este processo de regeneração, o material adsorvente pode ser colocado de volta em uso, para de novo remover os contaminantes. A regeneração do material adsorvente pode ser, naturalmente, implementada para o material adsorvente no sistema 10 e no sistema 60 descritos acima.

Na concretização na qual um reator e um material adsorvente, similares àqueles do sistema 10, são usados para coletar o material adsor- vente para regeneração, um filtro (não mostrado) pode ser proporcionado próximo à saída do recipiente ou reator, em cada uma das estações 111 e

112, para reter o material adsorvente exaurido. O filtro, em uma concretiza- ção, pode ser dotado com poros, que são substancialmente menores do que o material adsorvente, mas suficientemente grandes para permitir que o flui- 10 do limpo se movimente por ele. Na medida em que o filtro fica cheio com o material adsorvente exaurido, o filtro pode ser isolado e removido juntamente com o material adsorvente. Um novo filtro pode ser colocado no lugar, para remoção subsequente do material adsorvente.

Em uma abordagem alternativa, um dispositivo de separação do 15 tipo centrífuga (não mostrado) pode ser utilizado. Este dispositivo usa força centrífuga para concentrar o material adsorvente exaurido no fundo do dis- positivo. Uma vez no fundo do dispositivo, o material adsorvente pode ser removido e dirigido a um coletor, enquanto que o fluido tratado limpo pode ser descarregado. O material adsorvente exaurido pode ser depois disposto 20 ou regenerado para uso subsequente.

Embora apenas duas estações sejam ilustradas e descritas, de- ve-se notar que o sistema 110 pode incluir três ou mais estações em série, buscando o mesmo contaminante de metais pesados.

Ainda que a invenção tenha sido descrita em conjunto com as 25 suas concretizações específicas, deve-se entender que é capaz de ser modi- ficada. Além do mais, este pedido de patente é intencionado para cobrir quaisquer variações, usos ou adaptações da invenção, incluindo estes des- vios da presente invenção oriundos da prática conhecida ou usual na técnica à qual a invenção se refere.

Claims

1. Sistema para remoção de contaminantes de metais pesados de fluido, caracterizado pelo fato de que compreende: um caminho (13, 15, 51, 63, 65, 82, 91, 101, 411) ao longo do qual um fluxo de fluido contendo contaminantes de metais pesados, junta- mente com várias espécies de contaminantes de metais pesados alvo, pode ser introduzido no sistema (10, 60, 110) para remoção; uma primeira estação (12, 62) para remoção por separação físi- ca de um contaminante de metais pesados do fluxo de fluido, incluindo es- pécies elementares do contaminante de metais pesados alvo, de modo a reduzir a concentração total do contaminante de metais pesados alvo do flu- xo de fluido; e uma segunda estação (14, 64), posicionada a jusante da primei- ra estação e em comunicação fluida com ela, para separação por adsorção do contaminante de metais pesados alvo do fluxo de fluido, incluindo uma quantidade adicional das espécies elementares, juntamente com as outras espécies do contaminante de metais pesados alvo, de modo a reduzir ainda mais a concentração do contaminante de metais pesados alvo a um nível aceitável.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o caminho se estende entre uma fonte de fluido contendo con- taminantes de metais pesados e a primeira estação.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o contaminante de metais pesados alvo inclui um de mercúrio, arsênio, cádmio, chumbo, prata, urânio, plutônio, netúnio, amerício, outros metais pesados, ou uma combinação deles.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido contaminado é de natureza viscosa.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o fluido viscoso inclui um de óleos, óleos de gotejamento, outro fluido de natureza viscosa, ou uma combinação deles.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido contaminado é de natureza não viscosa.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o fluido não viscoso inclui um líquido ou um gás.

8. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o fluido não viscoso inclui água produzida.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira estação inclui um dispositivo de separação de fases, projetado para coletar gotículas contendo espécies elementares do contami- nante de metais pesados alvo, separadas do fluxo de fluido por gravidade.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação de fases é dispositivo de coalesci- mento líquido/líquido.

11. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de coalescimento inclui um elemento filtrante, (42, 71) feito de um material hidrofílico e com afinidade por óleo, para permi- tir que o fluxo de fluido seja separado em uma fase descontínua e uma fase contínua.

12. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação de fases inclui um de palhetas, chu- maços em malha, leitos compactos, centrífugas, outros dispositivos simila- res, ou uma combinação deles.

13. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação de fases, por projeto, age para pro- longar a vida útil e a capacidade de separação por adsorção da segunda estação.

14. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda estação inclui uma mistura de lama de um nanomate- rial adsorvente, elaborado para remover as várias espécies dos contaminan- tes de metais pesados alvo do fluxo de fluido.

15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o nanomaterial adsorvente inclui uma partícula porosa feita de monocamadas autorreunidas em suportes mediamente porosos (SAMMS).

16. Sistema de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o material SAMMS é funcionalizado com tiol.

17. Sistema de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a partícula é feita de sílica.

18. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda estação inclui um elemento filtrante, tendo incorpora- do nele um nanomaterial adsorvente, elaborado para remover várias espé- cies dos contaminantes de metais pesados alvo do fluxo de fluido, e um ca- minho estendendo-se pelo comprimento do elemento, ao longo do qual o fluido tratado pode ser dirigido para fora do elemento.

19. Sistema de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o nanomaterial adsorvente inclui uma partícula porosa feita de monocamadas autorreunidas em suportes mediamente porosos (SAMMS).

20. Sistema de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o material SAMMS é funcionalizado com tiol.

21. Sistema de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a partícula é feita de sílica.

22. Sistema de acordo com a reivindicação 1, ainda inclui uma estação de pré-filtro (40, 90), posicionada a montante da primeira estação, para remover contaminantes sólidos do fluxo de fluido.

23. Sistema de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a estação de pré-filtro age para prolongar a vida útil e o de- sempenho da separação física da segunda estação.

24. Sistema de acordo com a reivindicação 1, ainda inclui uma terceira estação (50, 100), a jusante da segunda estação e em comunicação fluida com ela, para separação por adsorção de um contaminante de metais pesados alvo, diferente daquele alvo da segunda estação.

25. Sistema de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a terceira estação inclui uma mistura de lama de um nano- material adsorvente, elaborado para remover do fluxo de fluido o contami- nante de metais pesados alvo, diferente daquele alvo da segunda estação.

26. Sistema de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o nanomaterial adsorvente inclui uma partícula porosa feita de monocamadas autorreunidas em suportes mediamente porosos (SAMMS).

27. Sistema de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o material SAMMS é funcionalizado com um de EDA de cobre, ou lantânio.

28. Sistema de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a terceira estação inclui um elemento filtrante, tendo incor- porado nele um nanomaterial adsorvente, elaborado para remover do fluxo de fluido o contaminante de metais pesados alvo, diferente daquele alvo da segunda estação, e um caminho estendendo-se pelo comprimento do ele- mento, ao longo do qual o fluido tratado pode ser dirigido para fora do ele- mento.

29. Sistema de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o nanomaterial adsorvente inclui uma partícula porosa feita de monocamadas autorreunidas em suportes mediamente porosos (SAMMS).

30. Sistema de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que o material SAMMS é funcionalizado com um de EDA de cobre, ou lantânio.

31. Sistema de acordo com a reivindicação 1, ainda inclui uma terceira estação, a jusante da segunda estação e em comunicação fluida com ela, para separação por adsorção de um contaminante de metais pesa- dos alvo da segunda estação.

32. Sistema de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que a terceira estação é dotada com um nanomaterial adsorven- te, incluindo uma partícula porosa feita de monocamadas autorreunidas em suportes mediamente porosos (SAMMS).

33. Sistema de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o material SAMMS é funcionalizado com tiol.

34. Sistema de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que a terceira estação age para otimizar uma de capacidade de escoamento, capacidade de carga ou ambas no sistema.

35. Sistema para remoção de contaminantes de metais pesados de fluido, caracterizado pelo fato de que compreende: um dispositivo de separação de fases para remoção por separa- ção física de um contaminante de metais pesados alvo de um fluxo de fluido, incluindo espécies elementares do contaminante de metais pesados alvo, de modo a reduzir a concentração total do contaminante de metais pesados alvo do fluxo de fluido; um dispositivo de separação por adsorção, posicionado a jusan- te do dispositivo de separação de fases, para remoção adicional do contami- nante de metais pesados alvo do fluxo de fluido, incluindo espécies elemen- tares do contaminante de metais pesados alvo, de modo a reduzir ainda mais a concentração total do contaminante de metais pesados alvo a um nível aceitável; e um caminho estendendo-se entre o dispositivo de separação de fases e o dispositivo de separação por adsorção, para permitir comunicação fluida entre os dispositivos.

36. Sistema de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que o contaminante de metais pesados alvo inclui um de mercú- rio, arsênio, cádmio, chumbo, prata, urânio, plutônio, netúnio, amerício, ou- tros metais pesados, ou uma combinação deles.

37. Sistema de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação de fases é projetado para coletar gotículas contendo espécies elementares do contaminante de metais pesa- dos alvo, separadas do fluxo de fluido por gravidade.

38. Sistema de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação de fases é dispositivo de coales- cimento líquido/líquido.

39. Sistema de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de coalescimento inclui um elemento filtrante, feito de um material hidrofílico e com afinidade por óleo, para permitir que o fluxo de fluido seja separado em uma fase descontínua e uma fase contínua.

40. Sistema de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação de fases inclui um de palhetas, chumaços em malha, leitos compactos, centrífugas, outros dispositivos simi- lares, ou uma combinação deles.

41. Sistema de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação de fases, por projeto, age para prolongar a vida útil e a capacidade de separação por adsorção da segunda estação.

42. Sistema de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação por adsorção inclui uma quanti- dade de nanomaterial adsorvente, elaborado para remover várias espécies de contaminantes de metais pesados alvo do fluxo de fluido.

43. Sistema de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelo fato de que o nanomaterial adsorvente inclui uma partícula porosa feita de monocamadas autorreunidas em suportes mediamente porosos (SAMMS).

44. Sistema de acordo com a reivindicação 43, caracterizado pelo fato de que o material SAMMS é funcionalizado com tiol.

45. Sistema de acordo com a reivindicação 35, ainda inclui uma estação de pré-filtro, posicionada a montante do dispositivo de separação por adsorção, para remover contaminantes sólidos do fluxo de fluido.

46. Sistema de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de que a estação de pré-filtro age para prolongar a vida útil e o de- sempenho da separação física da segunda estação.

47. Sistema de acordo com a reivindicação 35, ainda inclui um dispositivo de separação por adsorção adicional, a jusante do primeiro dis- positivo de separação por adsorção, para remoção de um contaminante de metais pesados alvo, diferente do alvo do primeiro dispositivo de separação por adsorção.

48. Sistema de acordo com a reivindicação 47, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação por adsorção adicional inclui uma quantidade de um nanomaterial adsorvente, elaborado para remover do fluxo de fluido o contaminante de metais pesados alvo, diferente do alvo do primeiro dispositivo de separação por adsorção.

49. Sistema de acordo com a reivindicação 48, caracterizado pelo fato de que o nanomaterial adsorvente inclui uma partícula porosa feita de monocamadas autorreunidas em suportes mediamente porosos (SAMMS).

50. Sistema de acordo com a reivindicação 49, caracterizado pelo fato de que o material SAMMS é funcionalizado com um de EDA de cobre, ou lantânio.

51. Sistema de acordo com a reivindicação 47, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação por adsorção adicional inclui uma quantidade de um nanomaterial adsorvente, elaborado para remover do fluxo de fluido o contaminante de metais pesados alvo, similar ao alvo do primeiro dispositivo de separação por adsorção.

52. Sistema de acordo com a reivindicação 51, caracterizado pelo fato de que o nanomaterial adsorvente inclui uma partícula porosa feita de monocamadas autorreunidas em suportes mediamente porosos (SAMMS).

53. Sistema de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato de que o material SAMMS é funcionalizado com tiol.

54. Sistema de acordo com a reivindicação 47, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação por adsorção adicional otimiza uma de capacidade de escoamento, capacidade de carga ou ambas no sis- tema.

55. Método para remoção de contaminantes de metais pesados de fluido, o caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: introduzir em um caminho um fluxo de fluido contendo contami- nantes de metais pesados a serem removidos, incluindo várias espécies de contaminantes de metais pesados alvo; submeter o fluxo de fluido a um protocolo de separação física, para remover um contaminante de metais pesados alvo do fluido, incluindo espécies elementares do contaminante de metais pesados alvo, de modo a reduzir a concentração total do contaminante de metais pesados alvo do flu- xo de fluido; e expor o fluxo de fluido, tendo uma concentração total reduzida do contaminante de metais pesados alvo, a um protocolo de separação por adsorção, para remover uma quantidade adicional do contaminante de me- tais pesados alvo do fluido, incluindo uma quantidade adicional das espécies elementares, juntamente com outras espécies do contaminante de metais pesados alvo, de modo a reduzir ainda mais a concentração do contaminan- te de metais pesados alvo a um nível aceitável.

56. Método de acordo com a reivindicação 55, caracterizado pe- lo fato de que, na etapa de introdução, o caminho fica em comunicação flui- da com uma fonte de fluido contendo os contaminantes de metais pesados.

57. Método de acordo com a reivindicação 55, caracterizado pe- lo fato de que, na etapa de introdução, os contaminantes de metais pesados alvo incluem um de mercúrio, arsênio, cádmio, chumbo, prata, urânio, plutô- nio, netúnio, amerício, outros metais pesados, ou uma combinação deles.

58. Método de acordo com a reivindicação 55, caracterizado pe- Io fato de que, na etapa de introdução, o fluido contaminado é de natureza viscosa.

59. Método de acordo com a reivindicação 58, caracterizado pe- lo fato de que, na etapa de introduzir, o fluido viscoso inclui um de óleos, óleos de gotejamento, outro fluido de natureza viscosa, ou uma combinação deles.

60. Método de acordo com a reivindicação 55, caracterizado pe- lo fato de que, na etapa de introduzir, o fluido contaminado é de natureza viscosa.

61. Método de acordo com a reivindicação 60, caracterizado pe- Io fato de que, na etapa de introduzir, o fluido não viscoso inclui um líquido ou um gás.

62. Método de acordo com a reivindicação 60, caracterizado pe- Io fato de que, na etapa de introduzir, o fluido não viscoso inclui água produ- zida.

63. Método de acordo com a reivindicação 55, caracterizado pe- lo fato de que, na etapa de submeter, o protocolo de separação física inclui uma separação de fases, que leva à coleta de gotículas contendo espécies elementares do contaminante de metais pesados alvo, separado do fluxo de fluido por gravidade.

64. Método de acordo com a reivindicação 55, caracterizado pe- lo fato de que a etapa de submeter inclui permitir que o fluxo de fluido se separe em uma fase descontínua e uma fase contínua.

65. Método de acordo com a reivindicação 55, caracterizado pe- lo fato de que a etapa de expor inclui empregar um nanomaterial adsorvente, elaborado para remover várias espécies dos contaminantes de metais pesa- dos alvo do fluxo de fluido.

66. Método de acordo com a reivindicação 65, caracterizado pe- lo fato de que, na etapa de empregar, o nanomaterial adsorvente inclui uma partícula porosa feita de monocamadas autorreunidas em suportes media- mente porosos (SAMMS).

67. Método de acordo com a reivindicação 66, caracterizado pe- Io fato de que, na etapa de emprego, o material SAMMS é funcionalizado com tiol.

68. Método de acordo com a reivindicação 55, caracterizado pe- lo fato de que ainda inclui, antes da etapa de submeter, tratar o fluxo de flui- do, para remover os contaminantes sólidos do fluxo de fluido.

69. Método de acordo com a reivindicação 55, caracterizado pe- lo fato de que ainda inclui aplicar um protocolo de separação por adsorção adicional ao fluxo de fluido, para remover um contaminante de metais pesa- dos alvo, diferente daquele alvo do protocolo de separação por adsorção inicial.

70. Método de acordo com a reivindicação 69, caracterizado pe- lo fato de que a etapa de aplicar inclui empregar um nanomaterial adsorven- te, elaborado para remover do fluxo de fluido um contaminante de metais pesados alvo, diferente daquele alvo do protocolo de separação por adsor- ção inicial.

71. Método de acordo com a reivindicação 70, caracterizado pe- lo fato de que, na etapa de aplicar, o nanomaterial adsorvente inclui uma partícula porosa feita de monocamadas autorreunidas em suportes media- mente porosos (SAMMS).

72. Método de acordo com a reivindicação 70, caracterizado pe- lo fato de que, na etapa de aplicar, o material SAMMS é funcionalizado com um de EDA de cobre, ou lantânio.

73. Método de acordo com a reivindicação 55, ainda inclui a eta- pa de aplicar um protocolo de separação por adsorção adicional ao fluxo de fluido, para remover um contaminante de metais pesados alvo, similar àque- le alvo do protocolo de separação por adsorção inicial.

74. Método de acordo com a reivindicação 73, caracterizado pe- Io fato de que a etapa de aplicar inclui empregar um nanomaterial adsorven- te, elaborado para remover do fluxo de fluido um contaminante de metais pesados alvo, similar àquele alvo do protocolo de separação por adsorção inicial.

75. Método de acordo com a reivindicação 74, caracterizado pe- Io fato de que, na etapa de aplicar, o nanomaterial adsorvente inclui uma partícula porosa feita de monocamadas autorreunidas em suportes media- mente porosos (SAMMS).

76. Método de acordo com a reivindicação 75, caracterizado pe- lo fato de que, na etapa de aplicar, o material SAMMS é funcionalizado com tiol.

77. Método de acordo com a reivindicação 73, caracterizado pe- lo fato de que a etapa de aplicar inclui otimizar uma de capacidade de esco- amento, capacidade de carga ou ambas.