BRPI0912145B1

BRPI0912145B1 - método para reduzir a adesão de condensáveis solidificados, e, conduto e/ou equipamento associado

Info

Publication number: BRPI0912145B1
Authority: BR
Inventors: Antonie Tjeenk Willink Cornelis; Betting Marco; Siang Sebastiaan Kwee Swie; Opic Zvonimir
Original assignee: Twister Bv
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2019-11-26
Also published as: RU2493478C2; US20110123736A1; RU2010153599A; AU2009251986A1; MY159957A; CN102099615A; AU2009251986B2; CA2730509A1; US20130337166A1; US8524318B2; BRPI0912145A2; TW200951292A; WO2009145627A1; NO336341B1; AR071941A1; CA2730509C; CN102099615B; NO20101789A1

Abstract

método para reduzir a adesão de condensáveis solidificados à superfície interna de um conduto e/ou equipamento associado, conduto e/ou equipamento associado, e, método para reduzir condensáveis solidificados por adesão" a invenção pertence a um método para reduzir a adesão do hidrato gasoso à superficie interna de um conduto e equipamento associado, transportar ou processar uma corrente de fluido em exploração e produção de óleo e gás, refino de petróleo e/ou petroquímica, provendo-se a superfície interna de conduto com uma camada de revestimento exibindo um ângulo de contato estático de queda d'água séssil sobre a camada de revestimento em ar superior a 75° em condições de ar ambiente, conforme medido de acordo com astm d7334-08, em que dita camada de revestimento compreende carbono semelhante a diamante (dlc), compreendendo frações de um ou mais componentes selecionados do grupo consistindo de silício (si), oxigênio (0) e flúor (f).

Description

MÉTODO PARA REDUZIR A ADESÃO DE CONDENSÁVEIS SOLIDIFICADOS, E, CONDUTO E/OU EQUIPAMENTO ASSOCIADO CAMPO DA INVENÇÃO [001] A invenção baseia-se no campo de exploração e produção de óleo e gás, refino de petróleo e petroquímica e pertence genericamente ao controle de ou influência sobre a formação de hidrato dentro dos condutos e similares, para melhorar ou controlar as características de fluxo, em particular a formação de hidrato no transporte e processamento de gases de hidrocarboneto contendo água.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002] O clatrato de gás, também chamado hidrato de gás ou gelo de gás, é uma forma sólida de água que contém uma grande quantidade de gás dentro de sua estrutura de cristal. Tais clatratos de gás são encontrados em fluidos de formação ou gás natural, onde gás hidrocarbonáceo forma hidratos em conjunto com água. Estes hidratos usualmente existem em formas sólidas aglomeradas, que são essencialmente insolúveis no próprio fluido.

[003] Condições termodinâmicas favorecendo a formação de gás hidrocarbonáceo são com frequência encontradas em oleodutos, linhas de transferência ou outros condutos, válvulas e/ou dispositivos de segurança, vasos, trocadores de calor etc. Isto é altamente indesejável porque os cristais de gás poderiam aglomerar-se e causar obstrução ou bloqueio da linha de fluxo, válvulas e instrumentação. Isto resulta em paralisação, perda de produção, risco de exploração e ferimento ou liberação não pretendida de hidrocarbonetos para dentro do meio-ambiente, em terra ou fora da costa. Por conseguinte, os hidratos de gás natural são de interesse substancial, bem como uma preocupação para muitas indústrias, particularmente as indústrias de petróleo e gás natural.

[004] Uma vez formados, os hidratos são de difícil decomposição, por exemplo, aumentando-se a temperatura e/ou diminuindo-se a pressão. O

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WO-A-2007/055592 mostra um sistema de indução de calor para esta finalidade. Entretanto, nestas condições, o a dissociação do clatrato é um processo lento. Portanto, a prevenção da formação de hidrato parece ser a chave do problema. Presentemente, a formação de hidrato pode ser com frequência controlada utilizando-se produtos químicos, tais como metanol, glicol, inibidores de hidrato cinético ou qualquer outro álcool superior e/ou aquecimento ativo. A remediação de um conduto obstruído com frequência emprega alguma combinação de aquecimento ativo, produtos químicos e/ou despressurização. O uso de produtos químicos de inibição, despressurização e/ou aquecedores pode ser logisticamente complexo e caro e pode incorrer em um certo grau de risco ao pessoal de campo. Acima de tudo, os resultados são longe de ótimos.

[005] A US-A-2006/272805 sugere dar energia à mistura de gás e água, por exemplo, usando-se agitação ou vibração. As partículas de hidrato continuam a formar-se, contanto que a energia seja transmitida e as moléculas hóspedes de água e hidrato estejam disponíveis. Agitação de amplitude do gás e água repetidamente romperá completamente as partículas de hidrato aglomeradas, que formam e encorajam a formação de mais e menores partículas. À medida que mais formas de hidrato formam-se desta maneira, menos água e menos livre pode ser disponível próximo do contato de gás e de água. Entretanto, não é claro como tal inibidor acústico seria executável em muitas das aplicações onde os clatratos apresentam um problema.

[006] Fora do campo de clatratos de gás, a US-A-2005/065037 descreve revestimentos para telas de poço, que protegem as telas de avaria quando elas são inseridas dentro do poço e uma vez dentro do poço liberam materiais reativos para reagir e degradar potencialmente materiais de obstrução, tais como sólidos de perfuração, tortas de filtro de fluido, aditivos de perda de fluido e fluidos de perfuração. Além do fato de que não há alusão na US-A-2005/065037 do problema de clatratos, os revestimentos

Petição 870190099207, de 03/10/2019, pág. 9/29 / 19 poliméricos sugeridos ali para evitar deposição não seriam mesmo de utilidade quando lidando com problemas extremos dos cristais de “gelo” do clatrato. Um dos problemas é que os hidratos de gás - uma vez formados formam um novo equilíbrio com a fase de vapor de água, resultando em uma pressão de vapor de água mais baixa. Como consequência, os hidratos de gás crescerão mais através da deposição do vapor de água sobre a superfície do hidrato.

[007] É assim um objetivo da invenção prover meios para reduzir ou mesmo evitar a adesão de hidrato de gás às superfícies internas dos sistemas de processamento em correntes de gás contendo hidrocarbonetos, que não são impedida por qualquer uma das desvantagens acima mencionadas e podem ser prontamente aplicados a vários condutos e suas partes. É também um objetivo da invenção evitar a obstrução de hidrato em tubulações de transporte de gás natural, sem requerer que a integridade da pressão da tubulação seja comprometida.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [008] É agora constatado pela invenção que estes objetivos podem ser alcançados aplicando-se um revestimento gelo-fóbico nas partes internas das paredes do conduto em contato com o fluxo de hidrocarbonetos, assim tornando difícil que condensáveis solidificados e estruturas semelhantes a gelo, tais como hidratos de gás, fixem-se e subsequentemente cresçam.

[009] As propriedades “gelo-fóbicas” do revestimento são de modo que a camada de revestimento evite que condensáveis solidificados, tais como clatratos ou cristais de gás, fixem-se e cresçam na superfície do conduto. Tal camada de revestimento tem que satisfazer numerosas condições: 1) prover uma resistência de baixa adesão entre a superfície de revestimento e o clatrato ou, quanto a esse assunto, prover pelo menos um ângulo de alto contato com a fase líquida de que os clatratos são formados; 2) exibir micro-dureza suficientemente elevada, preferivelmente pelo menos igual à dureza do

Petição 870190099207, de 03/10/2019, pág. 10/29 / 19 material de base (= substrato); 3) mostrar pouca ou nenhuma corrosão/erosão durante o tempo; e 4) ser quimicamente inerte, em particular para os materiais com que faz contato. Cada uma destas propriedades será resumida na seção detalhada.

[0010] O revestimento gelo-fóbico da presente invenção é constatado particularmente útil se aplicado em unidades de separação de fluido, tais como descritas nos WO 03/029739, WO 99/01194, WO 2006/070019 e WO 00/23757. Seu conteúdo é aqui incorporado por referência. Em ditas unidades de separação de fluido, a deposição de clatratos de gás sobre as paredes não somente produz perda de pressão indesejada, porém a presença de uma camada de clatrato de gás também resulta em vapor de água a ser retirado da corrente de fluido, assim desvantajosamente mudando o equilíbrio com relação à fase não vapor, fazendo com que o hidrato cresça mais. Embora o revestimento possa ser aplicado em um estágio anterior, é constatado que o acúmulo de hidratos de gás particularmente surge próximo da saída enriquecida de líquido dos separadores indicados acima. Tanto o curto tempo de permanência como as elevadas forças de cisalhamento de fluido grandemente evitam níveis de deposição significativos em um estágio anterior, isto é, a parte de expansão de fluido. Esta forma de realização será mais detalhada abaixo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0011] Em um aspecto, a invenção assim pertence ao uso de uma camada de revestimento gelo-fóbica para reduzir ou mesmos evitar a adesão de hidrato de gás à superfície interna de um conduto transportando ou processando uma corrente de fluido, em exploração e produção de gás, refino de petróleo e/ou petroquímica, em que dita camada de revestimento gelofóbica é provida para a superfície interna do conduto e em que dita camada de revestimento:

a) exibe ângulo de contato de queda de água séssil de pelo

Petição 870190099207, de 03/10/2019, pág. 11/29 / 19 menos 75^o em condições de ar ambiente, como medido de acordo com ASTM D7334-08;

b) exibe microdureza de pelo menos 200 HV (unidades Vickers) se exposto a velocidades de fluido menores do que 50 m/s, conforme medido de acordo com ASTM E384-08;

c) exibe taxa de corrosão menor do que 0,1 μm/ano e

d) é quimicamente inerte.

[0012] Adicional ou alternativamente, a invenção também pertence a um método para reduzir a adesão de condensáveis solidificados, ditos condensáveis preferivelmente compreendendo ou sendo hidratos de gás, à superfície interna de um conduto e/ou equipamento associado transportando ou processando uma corrente de fluido em exploração e produção de óleo e gás, refino de petróleo e/ou petroquímica, provendo a superfície interna do conduto com uma camada de revestimento, preferivelmente tendo uma microaspereza de Ra menor do que 0,5 μm, exibindo um ângulo de contato estático de queda de água séssil sobre a camada de revestimento em ar superior a 75^o em condições de ar ambiente, conforme medido de acordo com ASTM D7334-08.

[0013] Também a invenção pertence a um método para transportar ou processar um fluido hidrocarbonado contendo água em um conduto ou linha de transporte, trocador de calor, separador ou fracionador na exploração e produção de óleo e gás, refino de petróleo e/ou petroquímica em uma temperatura na ou menor do que a temperatura de congelamento ou solidificação de dito fluido, em que a superfície interna de dito conduto, trocador de calor, separador ou fracionador é provida com uma camada de revestimento (para reduzir ou mesmo evitar a adesão de condensáveis solidificáveis, ditos condensáveis preferivelmente compreendendo ou sendo hidratos de gás, à superfície interna de dito conduto, trocador de calor, separador ou fracionador), preferivelmente tendo uma microaspereza de Ra

Petição 870190099207, de 03/10/2019, pág. 12/29 / 19 menor do que 0,5 qm, exibindo um ângulo de contato estático da queda de água séssil sobre a camada de revestimento em ar mais elevado do que 75^o em condições de ar ambiente, como medido de acordo com ASTM D7334-08.

[0014] Em uma forma de realização, prefere-se que dita camada de revestimento compreenda carbono semelhante a diamante (DLC) compreendendo frações de um ou mais componentes selecionados do grupo consistindo de silício (Si), oxigênio (O) e flúor (F).

[0015] Em uma outra forma de realização, a camada de revestimento exibe uma diferença no ângulo de contato de água dinâmico de 30 graus ou menos, preferivelmente 25 graus ou menos. As propriedades de ângulo de contato dinâmico preferidas da camada de revestimento são detalhadas mais adiante no relatório.

[0016] Acima, “redução de adesão de condensáveis solidificados, ditos condensáveis preferivelmente compreendendo ou sendo hidratos de gás” representa a diminuição da força de adesão atuando entre os condensáveis solidificados [hidratos de gás] originando-se de um fluido e da superfície do dispositivo contendo ou conduzindo dita corrente de fluido.

Ângulo de contato [0017] A camada de revestimento necessita prover baixa adesão entre a superfície de revestimento e a superfície de um hidrato ou sólido semelhante a gelo. Isto é refletido no termo revestimento “gelo-fóbico”. Este comportamento funcional pode prontamente ser determinado pela pessoa hábil na técnica, empregando-se experimentos de ângulo de contato de água de rotina em condições de ar ambiente, especificados, p. ex., na ASTM D7334-08. Um elevado ângulo de contato de água exibe uma pequena área de contato de superfície por volume de água unitário, em consequência uma força de adesão relativa baixa por clatrato unitário formado de dita fase de água. Para fins de conclusão, um exemplo de tal teste será dado mais abaixo.

[0018] É essencial que o revestimento forneça um ângulo de contato

Petição 870190099207, de 03/10/2019, pág. 13/29 / 19 de camada de revestimento de queda de água séssil estático em ar superior a 75^o, preferivelmente mais elevado do que 80^o, muitíssimo preferivelmente mesmo mais elevado do que 85^o. Tais ângulos de contato iniciais elevados sob condições atmosféricas normais correspondem a um nível satisfatório de desumedecimento no caso de que as medições tenham sido realizadas no ambiente hidrocarbônico das aplicações, envolvendo metano em pressão elevada. Ângulos de contato atmosférico elevados de acordo com a presente invenção na mudança para metano de alta pressão, resulta no desumedecimento. O contrário foi observado para ângulos de contato mais baixo: uma mudança para uma produção de fase gasosa hidrocarbônica produz (parcial) umedecimento, de acordo com considerações teóricas (equação de Young). A presente invenção provê medições de ângulo de contato diretas, que representam modelo para as condições menos definidas, envolvidas com uma corrente de gás natural e, assim, produz uma ferramenta perfeita para determinar a adequabilidade dos materiais para os fins da invenção.

[0019] Por condições de “ar ambiente” entende-se uma umidade relativa na faixa de 20 - 60%RH, em uma temperatura na faixa de 20 - 25°C e pressão atmosférica.

Dureza [0020] Além disso, a camada de revestimento necessita exibir suficientemente elevada resistência ao desgaste, isto é, elevada microdureza. De acordo com a presente invenção, a camada de revestimento deve ter uma microdureza de pelo menos 200 HV (unidades Vickers), mais preferivelmente pelo menos 300 HV, muitíssimo preferivelmente pelo menos 400 HV, se exposta a baixas velocidades de fluido, tipicamente mais baixas do que 50 m/s. Adicional ou alternativamente, a camada de revestimento tem uma microdureza preferivelmente mais elevada do que 1000 HV, se exposta a elevadas velocidades de fluido, tipicamente superiores a 100 m/s. Estes

Petição 870190099207, de 03/10/2019, pág. 14/29 / 19 valores de dureza medidos de acordo com ASTM E384-08.

[0021] A maioria dos revestimentos plásticos e/ou baseados em resina não satisfaz a dureza mínima requerida de mais do que 200 HV. Entretanto, um candidato adequado são copolímeros baseados em matriz epóxi, em que um silicone é disperso. O silicone espalha-se ao longo da matriz epóxi, quando o revestimento cura.

Resistência à corrosão [0022] A camada de revestimento, grandemente protegendo as ligas metálicas, tais como aço e ligas de aço, de contatar com fluidos hidrocarbonados, necessita mostrar pouca corrosão durante o tempo. A taxa de corrosão deve ser menor do que 0,1 micrômetro/ano. Este critério pode alternativamente ser expresso em relação a outros, mais curtos períodos de tempo. Alternativamente, a camada de revestimento pode exibir uma taxa de corrosão menor do que 0,008 μηι/mês ou 0,0019 qm/semana. A extensão da taxa de corrosão é preferivelmente determinada por testes de corrosão de pulverização de sal, de acordo com ASTM B 117.

Quimicamente inerte [0023] A camada de revestimento ou os materiais contidos nela são quimicamente inertes aos fluidos fazendo contato com eles. Assim, é quimicamente inerte a alcanos, alquenos, alquinas, hidrocarbonetos aromáticos, hidrocarbonetos halogenados, alcoóis, hidrogênio, dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio, mercaptanas, mercúrio e suas combinações. Além disso, prefere-se que o revestimento tenha um fator de redução de alta adesão (ARF), que é definido como revestimento F_alu/F_, em que F_alu corresponde à força requerida para cisalhar para longe a massa de gelo de uma superfície de alumínio não revestida, como uma referência. Os valores para revestimento F_alu e F_ podem ser prontamente derivados de um Teste de Adesão Centrífuga (CAT). Detalhes de um tal teste são dados nos exemplos.

Petição 870190099207, de 03/10/2019, pág. 15/29 / 19 [0024] O valor ARF é indicativo das desejadas propriedades proibidoras de adesão de clatrato gasoso do revestimento. O ARF deve ser pelo menos igual a ou maior do que 1,5, embora preferivelmente igual a ou maior do que 2, mais preferivelmente igual a ou maior do que 3.

[0025] Foi constatado que uma boa indicação do ARF pode também ser obtida pela histerese como derivada das medições de ângulo de contato dinâmicas, usando-se as mesmas condições como ensinado para as medições de ângulo de contato de queda séssil estático acima. ‘Histerese’ corresponde à diferença entre o ângulo avançando e recuando. O ângulo de avanço é o maior ângulo de contato possível sem aumentar sua área interfacial de sólido/líquido pela adição de volume dinamicamente. Correspondentemente, o ângulo de recuo representa o menor ângulo possível quando reduzindo o volume. Em consequência, as medições de queda séssil simples servem como uma alternativa para o Teste de Adesão Centrífuga. Foi constatado que os valores ARF desejados acima correspondem a uma diferença entre o ângulo de contato avançando e recuando em condições atmosféricas iguais a ou menores do que 30 graus, preferivelmente no máximo 25 graus, preferivelmente igual a ou menor do que 20 graus, particularmente no máximo 15 graus.

[0026] Foi ainda constatado que os materiais de revestimento com uma relativa elevada relação de Poisson diminui a resistência à adesão entre o gelo de água e a camada de revestimento, isto é, aumenta o ARF. A relação de Poisson é a relação de deformação por contração transversal para deformação por extensão longitudinal na direção da força de estiramento. A deformação por tração é considerada positiva e a deformação compressiva é considerada negativa. A definição da relação de Poisson contém um sinal menos, de modo que os materiais normais têm uma relação positiva. Os materiais que são sabidos terem valores ARF muito elevados são PTFE (Teflon) com um ARF = 7 e revestimentos epóxi-silicone com um ARF = 12. Ambos os materiais de revestimento têm uma relação de Poisson próxima daquela da borracha, isto é,

Petição 870190099207, de 03/10/2019, pág. 16/29 / 19 maior do que 0,45. A fim de obterem-se os desejados valores ARF mencionados acima, o revestimento preferido tem uma relação de Poisson igual a ou maior do que 0,4, mais preferivelmente maior do que 0,45.

[0027] Prefere-se que o revestimento mantenha as propriedades acima, quando exposto a uma pressão na faixa 0 - 300 bar; quando submetido à descompressão de 100 a 1 bar em menos do que 60 segundos, de acordo com a especificação de teste de EN 10301; em um alternativamente na faixa de -120 -120°C; e/ou pH variando de 2 a 10.

[0028] Dentro do campo de exploração e produção de óleo e gás, refino de petróleo e petroquímica, a invenção é geralmente dirigida para a prevenção de depósitos de clatrato no interior dos condutos ou linhas de transporte, incluindo tubulação e equipamento associado, p. ex., carreteis, válvulas, passagens de interno de válvula, trocadores de calor, separadores, fracionadores, especialmente aqueles condutos, turbinas, vasos e tanques etc. envolvendo recuperação de gás e óleo e correntes de fluido emergindo de um poço de produção de gás natural, antes de distribuir o gás para dentro de uma rede de tubulações. Isso inclui, mas não é necessariamente limitado a poços, coroas anulares, tubos, tubulações, umbilicais, dutos, canais, colunas e similares.

[0029] A invenção particularmente pertence à prevenção de hidratos de gás em uma corrente de fluido, preferivelmente uma corrente de gás natural. Os componentes principais de gás natural são hidrocarbonetos, porém inclui não-hidrocarbonetos, tais como dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio, também sabidos formarem hidratos. O principal hidrocarboneto é metano. Outros constituintes são etano, propano, butano, pentano, hexano, heptano etc. Inerente ao problema de formação de clatrato, a corrente de fluido também contém quantidades condensáveis de vapor de água, preferivelmente na faixa de 10 - 2000 ppm.

[0030] Em uso, prefere-se que o fluido hidrocarbonato contendo água,

Petição 870190099207, de 03/10/2019, pág. 17/29 / 19 transportado ou processado dentro do conduto de acordo com a presente invenção, esteja em equilíbrio térmico com o material de dito conduto e que a temperatura esteja na ou mais baixa do que a temperatura de congelamento ou solidificação do fluido hidrocarbonado contendo água.

[0031] A expressão “hidratos gasosos” como aqui usada deve ser entendida como incluindo hidratos de gás natural ou hidrocarboneto, porém pode também cobrir hidratos gasosos formados em torno de moléculas exceto aquelas encontradas em gás natural. Como discutido anteriormente, os clatratos são estruturas em gaiola formadas entre uma molécula hospedeira e uma molécula hóspede. A formação e decomposição dos hidratos de clatrato são transições de fase de primeira ordem, não reações químicas. Um hidrato de hidrocarboneto geralmente pode ser composto de cristais formados por moléculas de água hospedeiras, que circundam as moléculas hóspedes de gás ou hidrocarboneto.

[0032] Por toda a descrição, o fraseado “hidrato gasoso”, “clatrato” e “cristal de gás” têm significado similar e é usado intercambiavelmente. Os hidratos gasosos da invenção particularmente compreendem as moléculas de hidrocarboneto de menor ou mais baixa ebulição, particularmente hidrocarbonetos C1 (metano) a C4 e suas misturas, porque se acredita que seus cristais de hidrato ou gás são de formação mais fácil. Em sua mais ampla definição, a expressão hidrato gasoso também abrange os nãohidrocarbonetos selecionados do grupo consistindo de dióxido de carbono, oxigênio e sulfeto de hidrogênio. Diversos destes não-hidrocarbonetos, tais como dióxido de carbono, nitrogênio e sulfeto de hidrogênio, são sabidos existirem em fluidos hidrocarbonados produzidos e, portanto, apresentam um risco de formação de hidrato.

[0033] Em uma forma de realização, a camada de revestimento preferivelmente compreende ou é preferivelmente formada de carbono semelhante a diamante (DLC), preferivelmente um carbono semelhante a

Petição 870190099207, de 03/10/2019, pág. 18/29 / 19 diamante fluorado [F-DLC] e/ou uma composição cerâmica. A camada de revestimento mais preferida compreende DLC, preferivelmente compreendendo frações de um ou mais componentes selecionados do grupo consistindo de silício (Si), oxigênio (O) e flúor (F). Em uma forma de realização, a camada de revestimento da invenção contém quantidades predominantes, preferivelmente mais do que 60 % em peso, mais preferivelmente mais do que 80 % em peso, muitíssimo preferivelmente mais do que 90 % em peso de DLC. Os números expressos de peso são baseados no peso total da camada de revestimento. Um exemplo é DLN-360, comercialmente disponível na Bekaert (Bélgica).

[0034] Outros revestimentos adequados compreendem um ou mais materiais selecionados do grupo consistindo de ligas de metal ou carbetos de metal e/ou nitretos.

[0035] O metal dos carbetos metálicos e/ou nitretos é preferivelmente um metal de transição do grupo consistindo de tungstênio, titânio, tântalo, molibdênio, zircônio, háfnio, vanádio, cromo, misturas e suas soluções sólidas.

[0036] Exemplos preferidos de nitretos de metal são CrN, Cr2N, ZrN, TiN e carbetos metálicos preferidos compreendendo CrC, TiC, WC. Combinações são também incluídas. O revestimento pode também compreender misturas de carbetos de metal de transição e/ou nitretos com metal do Grupo VIII, tais como ferro, cobalto níquel, como é mostrado na US 5.746.803. Seu conteúdo é aqui incorporado por referência.

[0037] Em uma forma de realização, a camada de revestimento contém copolímero de epóxi-silicone, preferivelmente em quantidades predominantes. Um exemplo de um revestimento de epóxi-silicone comercialmente disponível é Wearlon^(R), manufaturado por Plastic Mritime Corporation, USA ou Ecological Coatings, LLC, também nos USA. Ditos revestimentos de copolímeros exibem um ângulo de contato de água estático

Petição 870190099207, de 03/10/2019, pág. 19/29 / 19 de tipicamente > 99^o e representam baixa resistência de adesão de gelo. Deve ser entendido que a dureza de dito revestimento depende da fração de silício usada, do agente de cura, da temperatura de cura e tempo de cura.

[0038] Prefere-se que a superfície interna revestida do conduto tenha uma microaspereza de Ra menor do que 0,5 μm, mais preferivelmente 0,1 0,5 μm. Estes números podem ser conseguidos usando-se microjateamento, preferivelmente usando-se partículas de óxido de alumínio, preferivelmente tendo um diâmetro menor do que 50 micros. Em uma forma de realização, prefere-se que a aspereza de superfície do revestimento (e superfície subjacente) seja menor do que 0,05 micrômetro, mais preferivelmente menor do que 0,02 micros, em todas as direções.

[0039] A invenção especialmente refere-se àquelas partes envolvidas antes da ou na desidratação ou desgaseificação de correntes fluidas, ou em que o processamento de uma corrente de fluido compreende desidratação ou desgaseificação, assim chamadas separadores e fracionadores. Por razões resumidas acima, é muito vantajoso incorporar uma camada de revestimento de acordo com a presente invenção nestes ambientes de elevada-exigência.

[0040] Na forma de realização mais preferida, o revestimento é aplicado em um separador de fluido ciclônico. Com referência a WO 03/029739A2, seu conteúdo por este meio incorporado por referência, um separador de fluido ciclônico compreendendo uma parte de garganta tubular, em que uma corrente de fluido é acelerada a uma velocidade possivelmente supersônica e rapidamente esfriada como um resultado da expansão diabética. O esfriamento rápido causará condensação e/ou solidificação dos condensáveis na corrente de fluido em pequenas gotículas ou partículas.

[0041] O separador, além disso, preferivelmente compreende uma unidade de pás provocando redemoinhos em uma parte de entrada a montante da parte de garganta, pá ou pás estas sendo inclinadas ou formam uma hélice em relação a um eixo-geométrico central da parte em garganta, para criar um

Petição 870190099207, de 03/10/2019, pág. 20/29 / 19 movimento de redemoinho da corrente de fluido dentro do separador. As forças centrífugas exercidas pelo movimento de redemoinho na mistura de fluido induzirá o condensado e/ou condensáveis solidificados de densidade relativamente elevada para redemoinhar para a periferia externa do interior da parte de garganta e de uma seção de saída divergente, enquanto que componentes gasosos de densidade relativamente baixa são concentrados próximo do eixo-geométrico central do separador.

[0042] Os componentes gasosos são subsequentemente descarregados do separador através de um conduto de saída central primário, enquanto que a corrente de fluido enriquecida com condensados é descarregada do separador através de uma saída secundária, que é localizada na circunferência externa da seção de saída divergente. A camada de revestimento encontra uso particular se aplicada próximo do conduto de saída central primário e/ou da saída secundária, uma vez que ambos são perturbados pela deposição de clatrato. Condições de alta velocidade em estágios anteriores do separador evita muito que os cristais gasosos se formem.

[0043] Uma mais detalhada descrição de um separador de fluido ciclônico é descrito abaixo com referência à Fig. 1. A Figura 1 esquematicamente representa uma vista seccional longitudinal de um separador ciclônico. Esta forma de realização será agora descrita como exemplo somente, com referência ao desenho esquemático acompanhante da Fig. 1, em que símbolos de referência correspondentes indicam partes correspondentes.

[0044] Com referência agora à Figura 1, nela é mostrado um separador de inércia ciclônico, que compreende um dispositivo de entrada de redemoinho, compreendendo um corpo central conformado em pera 1, em que uma série de pás provocando redemoinho 2 são fixadas e que é arranjado coaxial a um eixo-geométrico central I do separador e dentro do recinto de separador, de modo que um trajeto de fluxo anular 3 é criado entre o corpo

Petição 870190099207, de 03/10/2019, pág. 21/29 / 19 central 1 e o recinto separador.

[0045] O separador ainda compreende uma parte de garganta tubular 4, da qual, em uso, a corrente de fluido redemoinhando é descarregada para dentro de uma câmara separadora de fluido divergente 5, que é equipada com um conduto de saída primário central 7 para componentes gasosos e com um conduto de saída secundário externo 6 para componentes de fluido enriquecidos com condensáveis. O corpo central 1 tem uma seção de cauda alongada substancialmente cilíndrica 8, sobre a qual uma unidade de pás de retificação de fluxo 9 é fixada. O corpo central 1 tem a largura ou diâmetro externo maior 2Romax que é maior do que a menor largura ou diâmetro interno 2Rn min da parte de garganta tubular 4.

[0046] Os vários componentes do separador de fluido ciclônico, como mostrado na Fig. 1, são descritos abaixo.

[0047] As pás provocando redemoinho 2, que são orientadas em um ângulo (α) em relação ao eixo-geométrico central 1, cria uma circulação (Γ) na corrente de fluido. O ângulo α pode ser entre 20^o e 30^o. A corrente de fluido é subsequentemente induzida para fluir para dentro da área de fluxo anular 3. A superfície seccional-transversal desta área é definida como:

coroa anular = π (R externo ^Rinterno ) [0048] Os dois últimos sendo o raio externo e o raio interno da coroa anular em um local selecionado. O raio médio da coroa anular naquele local é definido como:

[0049]

^Rmédio = ^^[1/2(Rexterno ^Rinterno ^)]. No valor máximo do raio de coroa anular médio Rmédio, max a

corrente de fluido está seguindo entre a unidade de pás de provocação de redemoinho 2 em uma velocidade (U), pás estas defletando a direção de fluxo da corrente de fluido proporcional ao ângulo de deflexão (α) e, assim, obtendo-se um componente de velocidade tangencial que iguala U<_P = U. sen (α) e um componente de velocidade axial Ux = U. cos (α).

Petição 870190099207, de 03/10/2019, pág. 22/29 / 19 [0050] No espaço anular 3 a jusante das pás provocando redemoinho 2, a corrente de fluido de redemoinho, em que o raio anular médio é gradualmente decrescente de Rmédio, max a Rmédio, min.

[0051] É considerado que durante esta expansão anular ocorram dois processo:

(1) O calor ou entalpia no fluxo (h) diminui com a quantidade de Ah = - U², desse modo condensando aqueles constituintes de fluxo que primeiro alcançam o equilíbrio de fase. Isto resulta em um fluxo de neblina redemoinhando, contendo pequenas partículas líquidas ou sólidas.

(2) O componente de velocidade tangencial aumenta inversamente com o raio anular médio ϋ_φ, substancialmente de acordo com a

equação	^U<p,l'inal = ^U φ,inicial ^(Rmédio, máx/^Rmédio, min).
[0052]	Isto resulta em um forte aumento da aceleração centrífuga das

partículas de fluido (ac), que finalmente serão da ordem de:

[0053]

^ac = ^(U<p,l'inal ^/Rmédio, min) Na parte de garganta tubular 4, a corrente de fluido pode ser

induzida para expandir-se mais para velocidade mais elevada ou ser mantida em uma velocidade substancialmente constante. No primeiro caso, a condensação está em andamento e as partículas ganharão massa. No último caso, a condensação está próximo de parar após um tempo de relaxamento definido. Em ambos os casos a ação centrífuga faz com que as partículas desloquem-se para a circunferência externa da área de fluxo adjacente à parede interna do recinto separador, que é chamada área de separação. O período de tempo para as partículas deslocarem-se para esta circunferência externa da área de fluxo determina o comprimento da parte de garganta tubular 4.

[0054] A jusante da parte de garganta tubular 4, os componentes de fluido ‘úmidos” enriquecido por condensáveis tendem a concentrar-se

Petição 870190099207, de 03/10/2019, pág. 23/29 / 19 adjacente à superfície interna da câmara de separação de fluido divergente 5 e os componentes de fluido gasoso ‘secos” são concentrados na ou próximo do eixo-geométrico central I, após o que os componentes de fluido ‘úmido’ enriquecidos por condensáveis, são descarregados para dentro de uma saída de fluido secundário externo 6, via a (uma série de) partes de fenda(s), (micro) porosas, enquanto que os componentes gasosos “secos” são descarregados para dentro do conduto de saída de fluido primário central 7. [0055] No conduto de saída de fluido primário divergente 7, a corrente de fluido é mais desacelerada, de modo que a energia cinética remanescente é transformada em energia potencial.

[0056] O conduto de saída primário divergente pode ser equipado com uma unidade de pás de retificação de fluxo 9 para recuperar a energia de circulação.

[0057] Prefere-se prover o interior do separador da câmara de separação 5 avançado com uma camada de revestimento de acordo com a presente invenção.

[0058] As descrições acima são destinadas a serem ilustrativas, não limitantes. Assim, será evidente para aqueles hábeis na técnica que modificações podem ser feitas na invenção, como descrito, sem desvio do escopo das reivindicações expostas abaixo.

EXEMPLOS

Exemplo 1 - Camada de revestimento [0059] A superfície de uma parte de teste metálica foi revestida com uma camada espessa de 3 micrômetros, contendo >90% p/p DLC, comercialmente disponível como DLN-360 (origem: Bekaert, Bélgica, sob o nome comercial Dylyn^(R)-DLC).

[0060] As seguintes propriedades de dito revestimento DLN 360 foram determinadas usando-se técnicas conhecidas:

Ângulo de contato da água: 87^o (queda séssil) [ASTM D7334Petição 870190099207, de 03/10/2019, pág. 24/29 / 19

08; condições ambientes]

Dureza: 3000 HV [ASTM E384-08)

Taxa de corrosão: <0,1 μm/yr [ASTM B 117] Resistência à adesão do gelo: 0,233 MPa (± 8%)

Redução de adesão ARF: 2 (em comparação com a superfície de alumínio [0061] A resistência à adesão do gelo foi determinada em um método de teste chamado: Teste de Adesão Centrífuga (CAT). Além disso, um impulsor foi revestido em uma ponta de impulsor com o revestimento DLC sobre uma superfície de 1152 mm². A superfície revestida foi esfriada até 5°C, onde, após uma camada semelhante a gelo de água acumulou-se depositando uma neblina de água sobre a superfície revestida, resultando em uma espessura de gelo de tipicamente 8 mm sobre dita superfície de 1152 mm². O impulsor foi equilibrado por um contrapeso fixado na outra ponta do impulsor. O impulsor foi então fixado em um eixo dentro de uma câmara de centrífuga, que foi condicionada a -10°C em uma pressão atmosférica. Na parede externa da centrífuga, foram fixados acelerômetros, que puderam detectar o impacto de um objeto colidindo com dita parede centrífuga. A velocidade rotacional do impulsor foi gradualmente aumentada com cerca de 270 rpm/s até o ponto em que a massa semelhante a gelo separou-se da ponta do impulsor. O ponto do tempo em que a massa semelhante a gelo liberou-se da superfície de ponta foi detectado quase instantaneamente pelos acelerômetros fixados na parede da centrífuga. Quando o sinal pulsado do acelerômetro foi detectado, o valor rpm do impulsor foi fixado. De 1) valor rpm fixado final, 2) distância radial entre a ponta de centro de massa do gelo e o eixo-geométrico de rotação, 3) a massa de gelo e 4) a força de cisalhamento do ar, o cisalhamento crítico entre gelo e superfície de revestimento em que a separação ocorre, foi determinado.

[0062] O último é referido como resistência de adesão do gelo (F). O

Petição 870190099207, de 03/10/2019, pág. 25/29 / 19 fator de redução de adesão (ARF) é definido como F alu/F_revestimento, em que F_alu corresponde à força requerida para cisalhar a massa de gelo da superfície de alumínio não revestida.

[0063] O valor ARF é indicativo das propriedades desejadas proibidoras de adesão de clatrato de gás do revestimento. ARF deve ser pelo menos igual a ou maior do que 1,5, embora preferivelmente igual a ou maior do que 2, mais preferivelmente igual a ou maior do que 3.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para reduzir a adesão de condensáveis solidificados, ditos condensáveis preferencialmente compreendendo hidratos de gás, à superfície interna de um conduto e/ou equipamento associado transportando ou processando uma corrente de fluido em exploração e produção de óleo e gás, refino de petróleo e/ou petroquímica, o método compreendendo prover a superfície interna do conduto com um ângulo de contato estático de queda de água séssil sobre a camada de revestimento em ar superior a 75^o em condições de ar ambiente, conforme medido de acordo com a norma técnica ASTM D7334-08, em que dita camada de revestimento compreende carbono semelhante a diamante (DLC) compreendendo frações de um ou mais componentes selecionados do grupo consistindo de silício (Si), oxigênio (O) e flúor (F), caracterizado pelo fato que o revestimento DLC é um DLC fluorado.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ditos condensáveis solidificados compreender hidratos de gás.
3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de dita corrente de fluido ser uma corrente de gás natural.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de dita camada de revestimento exibir um fator de redução de adesão igual a ou maior do que 1,5, preferivelmente igual a ou maior do que 3.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de dita camada de revestimento exibir uma diferença entre o ângulo de contato de queda de água avançando e recuando em condições atmosféricas de 30 graus ou menos, preferivelmente 25 graus ou menos.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de dita superfície interna revestida ter uma microaspereza de Ra menor do que 0,5 μιιι.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6,

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2 / 2 caracterizado pelo fato de dita camada de revestimento ter uma relação de Poisson igual a ou maior do que 0,4.
8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de o processamento de uma corrente de fluido compreender desidratar ou desgaseificar uma corrente de fluido.
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de dito conduto ser um separador de fluido ciclônico.
10. Conduto e/ou equipamento associado, adequado para transporte e processamento de fluido hidrocarbonado contendo água, caracterizado pelo fato de pelo menos parte da superfície interna de dito conduto ser provida com uma camada de revestimento exibindo um ângulo de contato estático de queda de água séssil sobre a camada de revestimento em ar superior a 75^o em condições de ar ambiente, conforme medido de acordo com a norma técnica ASTM D7334-08 e em que dita camada de revestimento compreende carbono semelhante a diamante, compreendendo frações de um ou mais componentes selecionados do grupo consistindo de silício (Si), oxigênio (O) e flúor (F).
11. Conduto e/ou equipamento associado de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de dito fluido hidrocarbonato contendo água ser uma corrente de gás natural.
12. Conduto e/ou equipamento associado de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 ou 11, caracterizado pelo fato de compreender um separador de fluido ciclônico, um trocador de calor, a passagem de uma válvula interna, um carretel de tubo ou uma tubulação de transporte.
13. Conduto e/ou equipamento associado de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de que dita superfície interna revestida tem uma microaspereza de Ra menor do que 0,5 qm.