BRPI0908085B1

BRPI0908085B1 - dispositivo de separação para separação de líquido

Info

Publication number: BRPI0908085B1
Application number: BRPI0908085A
Authority: BR
Inventors: Olav Fredheim Ame; Henning Rusten Bernt; Cecilie Gotaas Johnsen; Henrik Gjersten Lars; Austrheim Trond
Original assignee: Statoil Asa; Statoil Petroleum As
Priority date: 2008-02-08
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2019-02-05
Also published as: EA201070942A1; BRPI0908085A2; US8540788B2; AU2009210883B2; AU2009210883A1; WO2009099339A8; EA020191B1; EP2240254B1; WO2009099339A1; EP2240254A1; EP2907560B1; US20110016835A1; EP2907560A1; EP2240254A4

Description

“DISPOSITIVO DE SEPARAÇÃO PARA SEPARAÇÃO DE LÍQUIDO”

Fundamentos da invenção [0001] Esta invenção se refere a uma separação de líquido a partir de um fluxo que contém principalmente gás. Mais especificamente, a invenção se refere a um dispositivo de separação que em particular é adaptado para separar a última fração de líquido a partir de um fluxo de gás, também a alta pressão e altas vazões.

[0002] Fundamentos da invenção e técnica anterior [0003] Um separador de ciclone, algumas vezes referido como separador centrífugo, funciona por colocar um fluido em um movimento rotacional de modo que forças centrípetas podem operar a fim de separar o fluido em uma parte pesada e a parte mais leve. O fluido tipicamente seguirá uma fase helicoidal e as partes, fases ou componentes pesados serão coletados na periferia externa do trajeto helicoidal, enquanto as partes, fases ou componentes mais leves serão coletados ao longo do eixo longitudinal. Nos dispositivos de separação práticos, forças gravitacionais são frequentemente usadas conjuntamente com um movimento rotacional, onde componentes pesados podem ser drenados ou escoados para baixo por meio de forças gravitacionais, enquanto componentes mais leves podem ascender.

[0004] Força centrípeta é a força que força o fluido para um trajeto helicoidal. A força centrípeta é proporcional à massa de modo que as fases ou componentes terão dificuldade em seguir o trajeto helicoidal, o que explica porque os componentes pesados serão coletados na periferia externa do trajeto helicoidal. A força centrípeta é, todavia, também proporcional à velocidade ao quadrado, esta sendo velocidade de trajeto em metro por segundo ou velocidade angular. Velocidade mais alta provê um movimento rotacional mais eficiente e, por conseguinte, melhor separação. Em conexão com o acima, é comumente reconhecido por uma pessoa especializada na técnica que a eficiência de separação aumenta com a vazão. Todavia, foi mostrado que a eficiência de separação algumas vezes é consideravelmente reduzida em comparação com a esperada. A reduzida eficiência de separação é particularmente evidente a alta pressão e altas vazões.

[0005] Nos documentos Soviéticos SU 1 445 763 A1 e SU 837369, são, todavia

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2/9 revelados dispositivos de separação que solucionaram parcialmente os problemas acima, nos quais foram descritos dispositivos de separação, nos quais fluido pode ser filtrado a partir de um fluxo de gás. Os filtros são formados como luva, não existe nenhum fluxo de gás através dos filtros, o volume fora dos filtros não é aberto para uma descarga de gás e as unidades de separação parecem ter apenas uma estreita faixa de operação em que a eficiência de separação é particularmente boa.

[0006] Por conseguinte, existe uma necessidade na técnica de prover um dispositivo de separação com alta eficiência de separação em uma ampla faixa de condições de operação, incluindo pressão relativamente alta e altas vazões. Sumário da invenção [0007] Esta necessidade é obtida com a presente invenção pela provisão de um dispositivo de separação para a separação de líquido a partir de um influxo que contém principalmente gás, onde o dispositivo de separação compreende um recipiente ou uma seção tubular com uma saída para gás a partir do recipiente ou da seção tubular, uma saída para líquido a partir do recipiente ou seção tubular e uma entrada para o influxo para o recipiente ou a seção tubular, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação compreende ainda:

um coletor de fluxo arranjado para receber e colocar o influxo em movimento em direção para um corpo tubular poroso se estendendo em direção para a saída de gás e arranjado para receber todo o ou principalmente o influxo inteiro, onde a parte de dito fluxo está escoando através do corpo tubular para a saída de gás enquanto o restante de dito fluxo está escoando através da parede porosa do corpo tubular, e um espaço anular consistindo do volume entre o corpo tubular e a parede do recipiente ou da seção tubular, espaço anular este que é aberto para o fluxo de gás na direção para a saída de gás.

[0008] Em uma modalidade, o coletor de fluxo é um elemento de giro e o recipiente ou seção tubular é um recipiente disposto na vertical. Em particular, o dispositivo separador compreende o recipiente disposto na vertical com seção transversal circular, uma saída para gás na parte superior do recipiente, uma saída

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3/9 para líquido na parte inferior do recipiente e uma entrada para o fluxo de entrada ou influxo. O dispositivo de separação é ainda caracterizado pelo fato de que compreende:

um elemento de giro arranjado para receber e colocar o influxo em um movimento rotacional em torno do eixo vertical do recipiente, um corpo tubular poroso se estendendo na direção para a saída de gás, arranjado para receber todo e principalmente todo do influxo rotativo, onde uma parte de dito fluxo rotativo está escoando através do corpo tubular para a saída de gás enquanto o restante de dito fluxo rotativo está escoando através da parede tubular porosa, e um espaço anular consistindo do volume entre o corpo tubular e a parede de recipiente, espaço anular este que é aberto para cima na direção para a saída de gás.

[0009] Por um corpo tubular poroso é entendido uma seção tubular, isto é, uma seção tubular onde a parede tubular consiste de um material poroso com porosidade aberta, de modo que a parede tubular é permeável para fluido. Um material poroso para a parede tubular pode ser escolhido livremente entre muitos materiais possíveis, tais como espuma de metal, espuma de cerâmica, corpos fabricados a partir de arame ou fibra de material metálico ou cerâmico, ou, por exemplo, um dentre vários materiais usados como portadores catalíticos, desde que as condições de operação possam ser satisfeitas, a capacidade de fluxo passante seja suficiente e exista pouca ou nenhuma superfície interna onde filme de líquido pode ser depositado sobre a parede interna de um corpo tubular poroso. Por corpo tubular poroso estendendo-se na direção da saída de gás ser arranjado para receber o inteiro ou principalmente o inteiro fluxo de entrada é entendido que o fluxo de entrada inteiro é introduzido no corpo tubular, ou o fluxo de entrada inteiro menos uma pequena parte (líquido) que pode ser coletada no coletor de fluxo, onde o coletor de fluxo, por exemplo, na forma de elemento de giro, em si próprio pode ser um dispositivo de separação, ou algum do gás pode ser ciclado fora do corpo tubular para algumas modalidades possíveis. Por espaço anular ser aberto para cima na

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4/9 direção para a saída de gás é entendido que o espaço anular não é bloqueado para fluxo de gás para a saída de gás, em contraste aos dois documentos de patente Soviéticos previamente mencionados.

[0010] O espaço anular tem assim um tal trajeto ou caminho de fluido para gás, arranjado a partir do espaço anular para a saída de gás, onde o espaço anular é completamente aberto ou principalmente aberto na direção para a saída de gás de modo que gás está escoando através da parede do corpo tubular. Isto está em contraste com o ensinamento nos documentos Soviéticos prévios. Consequentemente, o dispositivo de separação pode compreender um eliminador de névoa, tal como uma esteira de arame (eliminador de névoa de malha de arame), provido na saída de gás ou/e entre a extremidade superior do corpo tubular e a parede de recipiente. Gás pode alternativamente ser dirigido desde o espaço anular para a saída de gás através de uma linha apropriada que pode dirigir o gás diretamente para a saída de gás ou, por exemplo, para o lado a jusante de um elemento de giro. Com uma linha separada para dirigir gás a partir do espaço anular para a saída de gás, diretamente ou indiretamente, o espaço anular pode, além disso, ser bloqueado na direção para a saída de gás. Em adição ao trajeto de fluido para gás a partir do espaço anular para a saída de gás a partir do recipiente, um trajeto de fluido para líquido a partir do espaço anular para a saída de líquido a partir do recipiente é também provido. O recipiente pode ser na vertical (ereto) ou horizontal (deitado), ou o dispositivo de separação pode ser arranjado em uma tubulação/tubo, onde o recipiente pode ser uma seção de tubo. Os termos recipiente e seção de tubo são usados intercambiavelmente onde isto for considerado apropriado. Vários corpos tubulares podem ser arranjados em um recipiente ou seção de tubo, em paralelo ou em série, em que um recipiente ou seção de tubo pode conter vários ou todos dos corpos de tubulação/tubo ou recipientes separados, ou seções de tubo podem ser arranjadas em torno de cada corpo tubular. Coletores de fluxo podem ser arranjados separadamente para cada corpo tubular, ou um coletor de fluxo pode ser arranjado para vários corpos tubulares. Pelo termo espaço anular é entendido o espaço fora do corpo tubular ou corpos tubulares, e até mesmo

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5/9 se o mencionado espaço na maioria das modalidades da invenção puder ser formado anular, podem também existir modalidades com espaço anular consistindo do espaço fora de vários corpos tubulares em paralelo. O espaço anular recebe gás escoando através da parede porosa do corpo tubular, e o gás recebido está escoando diretamente ou via outros trajetos para fora do espaço anular e para fora através da saída de gás a partir do recipiente ou da seção de tubo. Dispositivos de separação podem ser arranjados em série ou em paralelo, em que o último pode ser vantajoso no caso de tubos ou recipientes com grande seção transversal. Termos, tais como vertical, circular, axial ou verticalmente ereto são devem ser interpretados literalmente ou exatamente, em que desvios são permitidos desde que a função pretendida seja mantida.

[0011] O dispositivo de separação é preferivelmente arranjado de modo que uma parte principal do fluxo de gás ou do fluxo de entrada é dirigida através da abertura central da seção de tubo (o corpo tubular), enquanto uma menor parte do fluxo de gás é dirigida através de uma parede porosa na seção de tubo.

[0012] Fluxo de gás através da parede de tubo, forças capilares e ausência de superfícies para formar filme de líquido direcionarão líquido que se acumula sobre a superfície interna do corpo tubular dentro do corpo tubular, e, devido ao fluxo de gás limitado através da parede de tubo, o líquido será dirigido através da parede de tubo para baixo para a base do recipiente enquanto o gás escoará para a saída de gás. O dispositivo de separação é preferivelmente formado de um tal modo que um mínimo de 80 % do fluxo de gás será dirigido através da abertura central na seção de tubo enquanto um máximo de 20 % do fluxo de gás será dirigido através da parede porosa na seção de tubo. Assim, a entrada ou re-dilaceração do líquido já separado é minimizada.

[0013] A distribuição desejada do fluxo através do corpo tubular e fluxo através da parede de tubo podem ser controlados por meios de projeto e controle. O corpo tubular poroso é preferivelmente projetado como uma seção de tubo cônica com pelo menos uma abertura na parte superior em direção à saída, o tamanho da abertura sendo importante para controlar a distribuição de fluxo através da abertura

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6/9 de tubo ou parede de tubo. Preferivelmente, uma válvula, um disco de estrangulamento ou outro dispositivo de controle na parte superior da seção de tubo pode ser arranjado, isto é, na extremidade superior ou extremidade a jusante ao longo da direção de fluxo de gás, para ajustar a parte do fluxo de gás que passa através da parede do corpo poroso. Preferivelmente, meios de controle são também providos na saída para gás a partir do recipiente, o que também contribui para controlar a parte do fluxo escoando através da parede no corpo poroso.

[0014] A superfície interna inteira do corpo tubular poroso é preferivelmente arranjada de um tal modo que filme de líquido não é depositado sobre a mesma, isto é, sem superfícies onde filme de líquido possa ser depositado. A porosidade no corpo tubular poroso é preferivelmente, e desde que seja e exeqüível, de um assim chamado tipo aberto, isto é, com aberturas coerentes penetrantes. Vantajosamente, o corpo tubular poroso tem porosidade aberta até sua superfície interna. Em uma modalidade, a porosidade é vantajosamente variável ao longo do comprimento do corpo poroso, preferivelmente de modo que a porosidade é a maior, ou a resistência contra fluxo passante é a mais baixa, na parte de base do corpo poroso.

[0015] O distribuidor ou coletor de fluxo pode ter muitas formas diferentes, mas é vantajosamente um elemento de giro, e é particularmente preferivelmente um dispositivo de separação em si próprio, preferivelmente na forma do assim chamado spinlet. O spinlet é em si próprio um dispositivo de separação para separar a fase líquida e qualquer outro componente a partir de um fluxo de fluido que compreende principalmente gás, o spinlet compreendendo: uma entrada de fluido orientada ou tangencialmente à parede interna do dispositivo separado ou equipado com uma placa de deflexão, de um tal modo que fluido que entrou é alinhado tangencialmente horizontalmente ou com alguma inclinação para baixo ao longo da parede interna do dispositivo de separação, caracterizado pelo fato de que o fluido que entrou é conduzido para dentro do trajeto de fluido arranjado em uma espiral dirigida para baixo, dentro do dispositivo de separação, ao longo de sua parede interna, desde um nível acima ou alinhado com a entrada para um nível alinhado com a, ou próximo à, saída para líquido, com abertura para a descarga de gás ao longo do trajeto de

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7/9 fluido na direção para o centro dos dispositivos de separação, de um tal modo que todo do fluido que foi dirigido para dentro do trajeto de fluido é dirigido através do comprimento inteiro do trajeto de fluido, com a exceção de gás que escapou. Detalhes sobre Spinlet podem ser encontrados no documento de patente Norueguês NO 320 957 e na correspondente publicação de patente internacional WO 04030793, aos quais referência é feita.

[0016] O dispositivo de separação pode, em algumas modalidades, conter preferivelmente um coletor de fluxo adicional, por exemplo um elemento de giro adicional, e preferivelmente na entrada de um corpo tubular poroso, e em particular para modalidades com baixas vazões, a fim de melhorar ou manter o fluxo ou escoamento rotacional.

[0017] O recipiente pode ser dividido em uma parte superior na qual o tubo ou corpo tubular é posicionado e a parte inferior na qual elemento de giro é posicionado a fim de assegurar que todo do gás seja dirigido para dentro do corpo tubular, onde um trajeto de fluido para drenagem do líquido preferivelmente é provido a partir da parte superior para a parte inferior. Dispositivos de instrumentação e controle de tipo conhecido podem ser afixados ao dispositivo de separação.

[0018] O dispositivo de separação de acordo com a invenção compreende preferivelmente uma ou várias das características acima mencionadas em qualquer combinação, para melhorar a eficiência técnica.

Figuras [0019] A presente invenção é ilustrada por meio de três figuras, dentre as quais: a figura 1 ilustra um dispositivo de separação de acordo com a invenção, a figura 2 ilustra um outro dispositivo de separação de acordo com a invenção, a figura 3 ilustra o problema que é subjacente à invenção, e a figura 4 ilustra eficiência técnica do dispositivo de separação de acordo com a invenção em comparação com um separador de ciclone típico.

Descrição detalhada [0020] Referência é primeiramente feita à figura 1 que ilustra um dispositivo de

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8/9 separação 1 de acordo com a invenção. O dispositivo de separação compreende um recipiente que é disposto principalmente verticalmente 2 com uma seção transversal principalmente circular, uma saída para gás 3 na parte superior do recipiente, uma saída para líquido 4 na parte inferior do recipiente e uma entrada 5 para o fluxo que contém principalmente gás. Ainda, o recipiente compreende um elemento de giro 6 provido na extremidade da entrada 5, de modo que um fluxo de entrada que compreende principalmente gás é colocado em um movimento rotacional em torno do eixo vertical do recipiente. Ainda, um corpo tubular poroso 7 formado como uma seção de tubo é arranjado no recipiente, em torno de, e acima deste, elemento de giro, onde uma parte do fluxo de fluido rotativo inserido/introduzido no fluido em rotação inserido/introduzido está escoando através da abertura na seção de tubo, enquanto o restante do fluxo de fluido rotativo inserido está escoando através da parede porosa do corpo tubular para um espaço anular 8 entre a parede de recipiente e um corpo poroso. Na modalidade ilustrada, o dispositivo de separação também compreende uma esteira de arame 9 (eliminador de névoa de malha de arame) arranjada entre a extremidade superior do corpo tubular e a parede de recipiente.

[0021] A figura 2 ilustra outra modalidade de um dispositivo de separação de acordo com a invenção. Em particular o recipiente compreende uma seção tubular 2, e o corpo tubular poroso 7 é conicamente afilado ou contraído. A fim de coletar líquido a partir do espaço anular 8, um flange interno 10 é provido na seção tubular. O flange 10 e a saída de líquido 4 podem preferivelmente ser formados de tal modo a prevenir o escoamento de fluência de líquido e facilitar a coleta e drenagem de líquido a partir do espaço anular. Todos dos números de referência se referem geralmente a características idênticas ou equivalentes que as para figura 1. A figura 2 ilustra um dispositivo de separação em linha que pode ser projetado e construído de acordo com código de tubo.

[0022] O arranjo da seção de tubo porosa é considerado ser central a fim de obter o efeito pretendido. Sem um desejo de ficar ligado à teoria, é assumido que o efeito de separação surpreendentemente deficiente dos separadores conhecidos, particularmente equipamento para a separação de pequenas quantidades de líquido a partir de gás sob

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9/9 condições de alta pressão e alta vazão, deve ser feito com o acúmulo de filme de líquido sobre o a parede de separador e que este filme é facilmente engajado pelo fluxo de gás a alta pressão e altas velocidades. O efeito é assumido ser reforçado pela reduzida tensão de superfície interfacial entre gás e líquido a pressão crescente, e a tensão de superfície interfacial está, na prática, se aproximando de 0 a pressão muito alta, de modo que somente uma fase existirá em pressões muito altas.

[0023] O problema que é subjacente à invenção está ilustrado por meio da figura 3 que mostra o grau de eficiência de separação de ciclone para um separador de ciclone de fluxo axial geral, o assim chamado ciclone de Verlaan, com uma vazão de líquido de45 litros por hora para o ciclone. Ao longo do eixo y, o grau de eficiência de separação é dado em %, ao longo do eixo x a velocidade do gás em metro por segundo é dada verticalmente (ao longo do eixo z) no separador (Velocidade de Gás Superficial). Dados de medição existem com nitrogênio como fase gasosa e Exxol D60 as fase líquida, bem como um sistema de fluido de gás natural compreendendo metano, etano e pentano. A partir da figura 3 parecerá claramente que a eficiência de separação diminui com o aumento de pressão, e que a eficiência de separação diminui com o aumento de velocidade. Na figura 4 é mostrado dado de comparação para um separador de ciclone de fluxo axial geral e o dispositivo de separação de acordo com a invenção com teores de fluido de 0,022-0,030 % em volume. Ao longo do eixo são dados parâmetros correspondentes que para a figura 3. A partir da figura 4 aparecerá claramente que a eficiência de separação para o dispositivo de separação de acordo com a invenção é consideravelmente melhor para a faixa de teste inteira, e particularmente pela velocidades crescente, em que a curva obtida com o dispositivo de separação de acordo com a invenção é consideravelmente mais alta com respeito ao grau de eficiência de separação. É assumido que os benefícios e a diferença aumentarão ainda mais pelo aumento da pressão.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo de separação (1) para separação de líquido a partir de um fluxo de entrada que compreende principalmente gás, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação compreende:

um recipiente (2) com uma saída para gás (3) a partir do recipiente, uma saída para líquido (4) a partir do recipiente e uma entrada (5) para o fluxo de entrada para o recipiente;

um distribuidor de fluxo arranjado para receber e colocar o fluxo de entrada recebido em movimento em direção a um corpo tubular poroso (7) se estendendo em direção para a saída de gás (3) e arranjado para receber todo ou principalmente todo do fluxo de entrada recebido no distribuidor de fluxo, em que a parte do dito fluxo está escoando através do corpo tubular na saída de gás enquanto o restante de dito fluxo está escoando através da parede porosa do corpo tubular, e um espaço (8) consistindo do volume entre o corpo tubular e a parede de recipiente, em que o gás que escoou através da parede porosa do corpo tubular pode escoar para fora do dito espaço e para fora através da saída para gás, e em que existe uma pluralidade de corpos porosos tubulares arranjados no recipiente em paralelo e cada um dos corpos tubulares porosos possui um respectivo distribuidor de fluxo.
2. Dispositivo de separação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada corpo tubular poroso é formado como uma seção de tubo em torno de, e acima de seu respectivo distribuidor de fluxo.
3. Dispositivo de separação de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o recipiente é dividido em uma parte superior na qual os corpos tubulares são posicionados e uma parte inferior na qual os distribuidores de fluxo são posicionados.
4. Dispositivo de separação de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o gás é direcionado do espaço para a saída para gás através de uma linha que direciona o gás para a saída para gás indiretamente.
5. Dispositivo de separação de acordo com qualquer uma das

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2/3 reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o espaço está bloqueado em direção a saída para gás.
6. Dispositivo de separação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende um caminho de fluido para líquido a partir do espaço para a saída para líquido.
7. Dispositivo de separação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um recipiente que está disposto na vertical com seção transversal circular, a saída para gás em uma parte superior do recipiente, a saída para líquido em uma parte inferior do recipiente e a entrada para o fluxo de entrada, em que cada distribuidor de fluxo é um elemento de giro arranjado para receber e colocar o fluxo de entrada recebido no elemento de giro em movimento rotacional em torno do eixo vertical do recipiente, em que cada corpo tubular poroso se estende em direção para a saída de gás e é arranjado para receber todo ou principalmente todo do fluxo de entrada em rotação, em que, em uso, uma parte do dito fluxo de entrada em rotação de dita rotação escoa através do corpo tubular para a saída de gás enquanto o restante do dito fluxo em rotação está escoando através da parede porosa do corpo tubular, e em que o dito espaço é aberto para cima na direção da saída de gás.
8. Dispositivo de separação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que cada corpo tubular poroso é formado como uma seção de tubo cônica com diâmetro mínimo na extremidade superior na direção da saída de gás.
9. Dispositivo de separação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que para cada corpo tubular um mínimo de 80 % do fluxo de gás é dirigido através do corpo tubular para a saída de gás, enquanto um máximo de 20 % do fluxo de gás é dirigido através da parede porosa do corpo tubular.
10. Dispositivo de separação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que cada distribuidor de fluxo é um dispositivo de separação.

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11. Dispositivo de separação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o interior de cada corpo tubular poroso não tem superfícies onde filme de líquido pode ser depositado, w em que o corpo tubular poroso tem porosidade aberta completamente em direção à sua superfície interna.
12. Dispositivo de separação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que compreende uma esteira de arame arranjada na saída de gás ou/e entre a extremidade superior de cada corpo tubular e a parede de recipiente.
13. Dispositivo de separação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que cada distribuidor de fluxo é um elemento de giro na forma de um conjunto de spinlet”.
14. Dispositivo de separação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que cada corpo poroso tubular tem porosidade variável, e em que a porosidade é maior na parte inferior do corpo tubular poroso.
15. Dispositivo de separação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que compreende um conjunto de ajuste/controle na extremidade superior de cada corpo tubular.