BRPI0924594B1

BRPI0924594B1 - sistema de separação, sistema de processamento, método para separar um fluxo de fluido, e, métodos para processar um fluido

Info

Publication number: BRPI0924594B1
Application number: BRPI0924594-4A
Authority: BR
Inventors: Marco Betting; Cornelis Antonie Tjeenk Willink
Original assignee: Twister B.V.
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2020-12-29
Also published as: JP5507667B2; AU2009344225A1; JP2012522640A; EP2416865B1; MY162643A; RU2011144563A; RU2490050C2; AU2009344225B2; CN102802761B; CA2758050A1; BRPI0924594A2; CA2758050C; EP2416865A1; CN102802761A; US20120090467A1; US8657930B2; WO2010117259A1

Abstract

SISTEMA, E, MÉTODOS PARA SEPARAR UM FLUXO DE FLUIDO, E PARA PROCESSAR UM FLUIDO A invenção refere-se a um sistema de separação compreendendo uma entrada de fluxo (16). O sistema de separação compreende uma válvula de turbilhonamento (100), arranjada para receber e controlar o fluxo de um fluido via a entrada de fluxo (16) e para gerar um fluxo em turbilhonamento, turbilhonando em tomo de um eixo-geométrico central (11). O sistema de separação compreende ainda uma câmara de separação (40) posicionada a jusante com respeito à válvula de turbilhonamento (100) para receber o fluxo de turbilhonamento da válvula de turbilhonamento (100), em que a câmara de separação (40) compreende uma primeira e segunda saídas de fluxo (41, 42). A primeira saída de fluxo (41) é posicionada para receber uma parte interna do fluxo de turbilhonamento e a segunda saída (42) é posicionada para receber uma parte externa do fluxo de turbilhonamento.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A invenção refere-se a um sistema de separação compreendendo uma válvula de turbilhonamento, um sistema de processamento compreendendo um tal sistema de separação, um método para separar um fluxo de fluido, e um método para processar um fluido.

ESTADO DA TÉCNICA

[0002] Na indústria de óleo e gás as válvulas de controle são usadas para controlar pressão, nível, temperatura e fluxo. Em alguns casos essas válvulas de controle operam em condições obstruídas, uma vez que queda de pressão suficiente é criada através da válvula de controle. No processamento de gás natural essa redução de pressão através de uma válvula faz com que a temperatura caia sem extrair calor ou trabalho do gás. Esse processo de expansão chamado isentálpico é também conhecido como resfriamento de Joule-Thompson (JT). A válvula criando esta redução de pressão é chamada de válvula JT. O efeito do resfriamento através da válvula de JT é usado para condensar uma parte da corrente do gás natural, de modo que a fração liquefeita possa ser separada em um vaso. Para a maioria desses vasos separadores a força de acionamento é a força de inércia ou gravidade ou em outras palavras as massas das gotas liquefeitas determinam a eficiência da separação. Um tal separador de baixa temperatura precedido por uma válvula de JT é normalmente referido como um sistema de JT-LTS.

[0003] Mesmo embora a função primária de uma válvula de JT seja controle da taxa de fluxo, é com frequência esquecido que a segunda função é criar uma fase líquida separável. Na indústria de processamento do gás o tamanho da gotícula média resultante de uma expansão isentálpica através de uma válvula de JT é desconhecida, em consequência de eficiência de separação dos separadores da fase a jusante é em uma larga extensão desconhecida. De tempos em tempos os problemas de qualidade do gás ocorre devido a uma eficiência de separação subótima. Nesses casos é com frequência o ponto de orvalho do hidrocarboneto que permanece demasiadamente alto que indica que especialmente as gotículas de hidrocarboneto tendem a ser demasiado pequenas.

[0004] De acordo com a arte anterior, as válvulas de JT são sabidas poderem ser usadas para controlar uma taxa de fluxo, porém que ao mesmo tempo são projetados para criar uma fase líquida que possa ser separada relativamente fácil.

[0005] O pedido de patente internacional WO2006/070020A1 descreve uma válvula reguladora tendo um alojamento, um corpo de válvula que é movelmente arranjado no alojamento para controlar o fluxo de uma corrente de fluido escoando de um canal de entrada de fluido para dentro de um canal de saída de fluido da válvula, de modo que a corrente de fluido é expandida e esfriada. Também providos são dispositivos provocadores de turbilhonamento que impõe um movimento rodopiante para a corrente de fluido escoando através de um canal de saída de fluido. O meio de concessão de turbilhonamento é orientado de modo que a corrente do fluido turbilhona em torno de um eixo geométrico longitudinal do canal de saída do fluido, desse modo induzindo gotículas de líquido para turbilhonar em direção à periferia externa do canal de saída de fluido e para coalescer. Com isto, o tamanho das gotículas de líquido que escoam através do canal de saída do fluido é relativamente grande, possibilitando um processo de separação mais eficiente. Uma explicação mais detalhada do WO2006/07002A1 será provida abaixo com referência às Figuras 1a e 1b.

[0006] Uma válvula similar foi providenciada pelo WO2007/024138A1 depositado em nome de Typhonix AS. O WO2007/024138A1 descreve uma válvula de controle que objetiva maximizar o tamanho de gotícula de líquido saindo da válvula.

[0007] O WO2006/070020A1 provê uma válvula de turbilhonamento que aumenta o tamanho da gotícula fornecendo um movimento rodopiante ao fluxo de modo a melhorar a eficiência de separação total. A válvula pode também ser referida como uma válvula de expansão de pressão (tal como usada nos sistemas JT-LTS).

[0008] Separadores de fase grandes e caros podem ser requeridos a jusante de modo que uma válvula de turbilhonamento obtenha suficiente separação.

[0009] Embora os exemplos providos nesse texto sejam principalmente sobre separação de gotículas de líquido de fluxos de gás (dispersão de gotícula em fluxos de gás), pode-se aplicar as formas de realização providas para aumentar a dispersão das bolhas nos fluxos de líquido ou para aumentar a dispersão das gotículas nos fluxos de liquido. Desse modo, os fluxos de multifases dispersos podem incluir: - gotículas de líquido (fase dispersa) em um veículo gasoso (fase continua), - bolhas de gás (fase dispersa) em um veículo líquido (fase contínua). - gotículas de líquido (fase dispersa) em um veículo líquido (imiscível) (fase contínua).

[00010] Primeiro um exemplo de um projeto de válvula turbilhonamento, como já descrito no WO2006/070020A1 é discriminado em mais detalhes. Aumentando o diâmetro médio da fase dispersa:

[00011] Com referência às válvulas de expansão de pressão (tais como válvulas JT) as gotículas podem ser formadas através de 3 mecanismos básicos: 1- rompimento das fases estratificadas através de cisalhamento interfacial, 2- nucleação/cavitação das fases contínuas (resp. gás condensado/líquido evaporante), 3- coalescência de gotículas em gotículas maiores e mesmo em fases estratificadas.

[00012] Para os primeiros dois mecanismos a tensão interfacial é uma propriedade dominante. Quanto menor a tensão interfacial, menor as gotículas/bolhas resultantes de um processo de formação de gotículas ou bolhas.

[00013] O terceiro mecanismo (coalescência) é proporcional à taxa de colisão entre gotículas, que depende de: a) densidade numérica de gotículas, b) intensidade da turbulência, c) velocidade relativa das gotículas.

[00014] A Fig.1a esquematicamente representa uma válvula gaiola (não turbilhonamento) tradicional para serviço de controle de fluxo conforme fornecido por Mokveld Valves B.V. em que o fluxo do fluido é estrangulado através de uma luva perfurada ou gaiola 23, que é conectada com corpo de válvula tipo pistão 22.

[00015] A válvula estranguladora convencional Mokveld mostrada na Fig.1a compreende um alojamento de válvula 21 em que um corpo de válvula tipo pistão 22 é deslizavelmente arranjado na luva associada perfurada 23 de modo que por rotação de uma roda de engrenagem 24 em um eixo de válvula 25 numa haste de pistão denteada 26 empurra o corpo de válvula tipo pistão 22 para cima e para baixo em um canal de saída de fluido 27 com ilustrado pela seta 28. A válvula tem um canal de entrada de fluido 29 que tem uma seção a jusante anular 29A que pode circundar o pistão 22 e/ou a luva perfurada 23 e o fluxo de fluido que é permitido fluir do canal de entrada de fluido 29 em um canal de saída de fluido 27 é controlado pela posição axial do corpo de válvula tipo pistão 22 em relação à luva perfurada associada 23.

[00016] A luva convencional 23 compreende perfurações 30 - fendas ou furos - que têm uma orientação radial isto é, retangular à superfície cilíndrica da luva 23. Isto é mostrado na Fig.1b provendo uma vista da seção transversal da gaiola 23 da Fig.1a.

[00017] Deslocando-se o pistão 22 na luva 23 na direção axial a área de fluxo pode ser controlada.

[00018] Esta válvula de acordo com as Figuras 1a e 1b pode ser aperfeiçoada utilizando-se a pressão livre disponível para expansão isentálpica para criar um fluxo de turbilhonamento imposto por uma geometria especifica da inclinação da válvula e/ou válvula de haste. A energia cinética é então principalmente dissipada através de amortecimento do vórtice ao longo de uma extensão de tubo estendido à jusante da válvula.

[00019] A vantagem de se criar um fluxo de turbilhonamento na válvula é dupla: 1- regular o padrão de velocidade -> menos cisalhamento interfacial -> menos quebra de gotículas ^ gotas maiores, e 2- concentração de gotículas em volta da área de fluxo -> grande densidade numérica ^ coalescência melhorada ^ gotas maiores.

[00020] Estas vantagens são explicadas em mais detalhes abaixo com referência às Figuras 3a-b e 4a-b, qualitativamente mostrando a diferença do padrão de fluxo e distribuição de densidade das gotículas.

[00021] Embora qualquer válvula de expansão de pressão seria adequada para criar um fluxo de rodopio, nos exemplos providos uma válvula tipo gaiola, como fornecida por Mokveld é discutida.

[00022] De acordo com uma válvula aperfeiçoada, o fluxo é estrangulado através de um cilindro perfurado (gaiola). Na Fig. 1b essas perfurações - fendas ou furos - têm uma orientação radial, isto é, retangular à superfície do cilindro. Deslocando-se o pistão na direção axial a área de fluxo pode ser controlada, como mostrado na Fig.1a.

[00023] A válvula de turbilhonamento mostrada na Fig.2a compreende um alojamento de válvula 1 em que um corpo de válvula tipo pistão 2 na luva ou gaiola associada perfurada 3 é deslizavelmente arranjado de modo que, por rotação de uma roda de engrenagem 4 em um eixo de válvula 5 uma haste de pistão denteada 6 empurra o corpo de válvula tipo pistão para cima e para baixo para um canal de saída de fluido 7 como ilustrado pela seta 8. A válvula tem um canal de entrada de fluido 9 que tem uma seção a jusante anular 9A que pode circundar o pistão 2 e/ou a luva perfurada 3 e o fluxo de fluido que é permitido fluir do canal de entrada de fluido 9 para um canal de saída de fluido 7 é controlado pela posição axial do corpo de válvula tipo pistão 2 em relação à luva perfurada associada 3. A válvula pode além disso compreender um corpo central cônico 15 que é substancialmente coaxial com um eixo geométrico central 11 do canal de saída de fluido 7 e que gera um canal de saída 7 tendo uma área de seção transversal gradualmente crescente na direção à jusante, desse modo gerando uma desaceleração controlada do fluxo do canal de saída de fluido 7 e um vórtice com um fator de turbilhonamento que promove o crescimento e coalescência das gotículas de fluido condensadas.

[00024] A Fig.2b ilustra que na válvula de turbilhonamento a luva perfurada 3 compreende perfurações inclinadas ou não radiais 10, que são feitas em uma orientação parcialmente tangencial selecionada em relação ao eixo geométrico central 11 do canal de saída do fluido 7, de modo que o eixo longitudinal 12 de cada uma das perfuração 10 cruza o eixo geométrico central 11 em uma distância D, que é entre 0.2 e 1, preferivelmente entre 0.5 e 0.99 vezes o raio interno da luva 3.

[00025] As perfurações inclinadas 10 criam um fluxo rodopiante na corrente de fluido escoando através do canal de saída de fluido 7 como ilustrado pela seta 14. O movimento rodopiante pode também ser imposto por uma geometria específica do corte da válvula e/ou haste de válvula. Na válvula de acordo com as Figuras 2a e 2b a pressão livre disponível é usada para expansão adiabática para criar um fluxo rodopiante na corrente de fluido. Uma vez que nenhum trabalho termodinâmico é exercido sobre, ou suprido pelo fluido de expansão com respeito a seus ambientes, dita expansão adiabática está próximo de um processo isentálpico. A energia cinética é principalmente dissipada através do amortecimento do vórtice ao longo do comprimento de um tubo estendido à jusante da válvula.

[00026] Embora quaisquer válvulas Joule-Thomson ou outras tipo misturadora e/ou reguladora pudessem ser adequadas para criar um fluxo rodopiante, os exemplos providos utilizam uma válvula reguladora tipo reguladora como fornecida por Mokveld Valves B.V. e descrita em seu pedido de patente internacional WO2004083691.

[00027] De acordo com as Figuras 2a e 2b, as fendas e furos na gaiola são conformados na direção tangencial de modo que o fluxo começa rodopiando após passar pela gaiola. Isto tem um efeito sobre o padrão de fluxo criado a jusante da gaiola, como qualitativamente mostrado nas Figuras 4a e 4b.

[00028] As Figuras 3a e 3b esquematicamente representam um padrão de fluxo e uma distribuição de densidade de gotículas respectivamente, correspondendo à válvula tradicional como por exemplo mostrado nas Figuras 1a e 1b. Um padrão de fluxo e uma distribuição de densidade de gotículas, correspondendo à válvula de turbilhonamento, como por exemplo mostrado nas Figuras 2a e 2b, são esquematicamente representados nas Figuras 4a e 4b respectivamente.

[00029] O padrão de fluxo da válvula gaiola com aberturas radiais é altamente desordenado, como mostrado na Fig. 3a, em consequência introduzindo elevadas forças de cisalhamento, fazendo com que as gotículas fragmentem-se em gotículas menores. Em uma válvula de turbilhonamento com aberturas tangenciais, um padrão de turbilhonamento mais regular estabelece-se introduzindo-se menos força de cisalhamento, resultando em menos fragmentação de gotículas, como pode ser visto na Figura 4a.

[00030] Além disso, o fluxo de fluido de turbilhonamento como criado numa válvula de turbilhonamento força as gotículas a moverem-se para a circunferência externa da área de fluxo onde elas facilmente se aglomeram em gotículas maiores. Isto é mostrado pelas Figuras 3b e 4b, mostrando as distribuições de densidade das gotículas de uma válvula de acordo com as Figuras 1a e 2a respectivamente, onde sombreamentos mais escuros indicam uma densidade de gotícula mais elevada.

[00031] Em geral, válvulas em que um movimento rodopiante é provido para o fluxo de fluido escoando através serão referidas como válvulas de turbilhonamento. À jusante de tais válvulas de turbilhonamento outros separadores de fase podem ser providenciados para separar as gotículas de líquido. Em muitos casos numerosos separadores de fase (trens separadores) são requeridos. Isto é desvantajoso, visto que isto torna as soluções da arte anterior relativamente volumosas, pesadas e desse modo de custo não muito eficaz.

[00032] Tais válvulas de turbilhonamento e outros separadores de fase podem ser usados em corrente de fluido que se desenvolvem em alta pressão tais como fluidos de poço de reservatórios subterrâneos (p. ex., óleo e gás). Em termos mais gerais os fluidos sob consideração compreendem principalmente gases e líquidos hidrocarbonados ou misturas quer ou não diluídas com um fluido aquoso (p. ex., água). Durante o processamento de ditos fluidos de poço a pressão é reduzida de uma maneira controlada, por exemplo. Para resfriar o fluido (gás) ou para evaporar os componentes de fluido voláteis (óleo). Especialmente para o último processo, a redução de pressão desce para a pressão atmosférica para obter um líquido estabilizado, enquanto que para o processo de gás a redução de pressão é somente parcial a fim de restaurar suficiente densidade de massa para economicamente transportar o gás através de uma tubulação. Após todos esses estágios de redução de pressão, separadores de fase podem ser aplicados para separar: - líquido de gás (p. ex., água e condensado de gás), - gases de líquido (p. ex., gás de óleo), - líquido de líquidos (p. ex., óleo de água ou água de óleo).

BREVE DESCRIÇÃO

[00033] É um objetivo prover um sistema de separação mais compacta e sistema de processamento compreendendo uma válvula de turbilhonamento.

[00034] De acordo com um aspecto é provido um sistema compreendendo uma entrada de fluxo, em que o sistema de separação compreende uma válvula de turbilhonamento, disposta para receber e controlar o fluxo de um fluxo de fluido via a entrada de fluxo e para gerar um fluxo de turbilhonamento, rodopiando em torno de um eixo geométrico central, em que o sistema de separação compreende ainda uma câmara de separação posicionada a jusante com respeito à válvula de turbilhonamento para receber o fluxo de turbilhonamento da válvula de turbilhonamento, em que a câmara de separação compreende uma primeira e segunda saída de fluxo, em que a primeira saída de fluxo é posicionada para receber uma parte interna de fluxo de turbilhonamento e a segunda saída é posicionada para receber uma parte externa do fluxo de turbilhonamento. O provimento de tal sistema permite estabelecer substanciais economias de custo, especialmente em plataformas fora da costa.

[00035] De acordo com outro aspecto, é provido um sistema de processamento, para processar um fluido, o sistema de processamento compreendendo pelo menos um sistema de separação de acordo com o que foi dito acima.

[00036] De acordo com mais um aspecto é provido um método para separar um fluxo de fluido, o método compreendendo: - receber um fluxo de fluido em uma válvula de turbilhonamento, desse modo gerando um fluxo de turbilhonamento, rodopiando em torno do eixo geométrico central, - separar uma parte interna de fluxo de turbilhonamento de uma parte externa do fluxo de turbilhonamento em uma câmara de separação, a câmara de separação compreendendo a primeira saída de fluxo e uma segunda saída de fluxo arranjada para receber a parte interna e a parte externa respectivamente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00038] As formas de realização serão agora descritas, somente como exemplo, com referência aos desenhos esquemáticos acompanhantes em que símbolos de referência correspondentes indicam partes correspondentes, em que: - Figuras 1a, 1b, 2a e 2b esquematicamente representam válvulas de acordo com a arte anterior, - Figuras 3a, 3b 4a e 4b esquematicamente representam padrões de fluxos e distribuições de densidade de gotículas de acordo com a arte anterior, - Figuras 5a e 5e - esquematicamente representam diferentes formas de realização, - Figuras 6a e 6b - esquematicamente representam outras formas de realização compreendendo um dispositivo de injeção, - Figuras 7a e 7c - esquematicamente representam formas de realização de um sistema de processamento de gás, - Figuras 8a e 8d - esquematicamente representam formas de realização de um sistema de processamento de óleo, - Figura 9 mostra a densidade de gotícula/bolha em função do diâmetro da gotícula/bolha para explicar mais as formas de realização. DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO

[00039] As formas de realização descritas aqui proveem um aparelho de separação e processo de separação aperfeiçoados.

[00040] Como mostrado na Fig.5a, de acordo com a forma de realização, é provido um sistema de separação compreendendo uma entrada de fluxo 16, onde o sistema de separação compreende uma válvula de turbilhonamento 100, arranjada para receber e controlar o fluxo de um fluxo de fluido via a entrada de fluxo 16 e para gerar um fluxo de turbilhonamento, turbilhonando em torno de um eixo geométrico central 11, em que o sistema de separação compreende ainda uma câmara de separação 40 posicionada a jusante com respeito a válvula de turbilhonamento 100, para receber o fluxo de turbilhonamento da válvula de turbilhonamento 100, em que a câmara de separação 40 compreende uma primeira e segunda saídas de fluxo 41, 42, em que a primeira saída de fluxo 41 é posicionada para receber uma parte interna do fluxo de turbilhonamento e a segunda saída 42 é posicionada para receber uma parte externa do fluxo de turbilhonamento.

[00041] A válvula de turbilhonamento 100 pode ser mostrada nas Figuras 2a e 2b. A válvula de turbilhonamento 100 utiliza a pressão livre disponível no fluxo de fluido para criar um movimento rodopiante. A válvula de turbilhonamento 100 pode também ser disposta para controlar um ou mais de pressão, nível ou fluxo.

[00042] Posicionando-se as primeiras e segundas saídas de fluxo 41, 42 concentricamente em relação entre si, a primeira saída de fluxo 41 recebe uma parte relativamente leve do fluxo de turbilhonamento, enquanto a segunda saída de fluxo 42 recebe uma parte relativamente pesada do fluxo de turbilhonamento, uma vez que as partes mais pesadas serão forçadas para a periferia externa como resultado da movimentação rodopiante.

[00043] A primeira saída de fluxo e a segunda saída de fluxo 42 podem ambas ser formadas pelo primeiro duto 43 e o segundo duto 44 respectivamente, onde o primeiro duto 43 tem um diâmetro maior do que o diâmetro do segundo duto 44. Tanto o primeiro como o segundo tubos 43, 44 podem ser posicionados concentricamente com relação ao eixo geométrico central 11, desse modo formando a primeira saída de fluxo 41 e a segunda saída de fluxo 42. A Fig. 5d representa esquematicamente uma vista de seção transversal da primeira e segunda saída de fluxos 41, 42 (vide setas Vd nas Figuras 5b e 5c). A Fig. 5d mostra ainda a densidade de massa do fluido, onde sombreamento mais escuro indica um fluido mais denso.

[00044] Desse modo, de acordo com a forma de realização, a primeira saída de fluxo 41 é posicionada concentricamente dentro da segunda saída de fluxo 42 com relação ao eixo geométrico central 11.

[00045] Observa-se que a câmara de separação 40 é arranjada para separar um fluxo de fluido de duas fases em uma parte leve e uma pesada. O termo duas fases é usado para indicar um fluxo compreendendo pelo menos dois componentes tendo diferentes densidades, de modo que a separação ocorre em um fluxo de turbilhonamento. As duas fases podem ser liquido- liquido, gás-liquido, sólido-liquido ou gás-sólido. Além disso, como será explicado em mais detalhe abaixo, as duas fases podem estar presentes no fluxo de fluido como recebido na entrada de fluxo 16, podendo ser geradas na ou a jusante da válvula de turbilhonamento 100 ou podem ser introduzidas por meio de injeção a jusante da válvula de turbilhonamento (como será descrito com mais detalhes mais abaixo) ou uma combinação delas. Geração de uma nova fase na ou a jusante da válvula de turbilhonamento 100 pode ser o resultado da expansão e resfriamento do fluido na válvula de turbilhonamento 100 como resultado do que gotículas líquidas podem ser formadas por condensação. Naturalmente, o termo duas fases também cobre fluxos compreendendo mais do que dois componentes tendo diferentes densidades.

[00046] A parte pesada do fluxo pode compreender o liquido hidrocarbonado quando a parte leve do fluxo pode ser gás. Alternativamente, a parte pesada do fluxo pode compreender água, quando a parte leve do fluxo pode ser liquido hidrocarbonado.

[00047] No caso de a separação envolver remover líquidos de gás (tal como no sistema de JT-LTS), a parte leve do fluxo pode ser a corrente produto que não necessita mais tratamento e a parte pesada do fluxo pode compreender líquidos (tais como água/glicol/hidrocarbonetos) e uma fração de gás arrastada, que requer mais tratamento em um arranjo de separador (tamanho reduzido).

[00048] No caso do processo de separação envolver remoção de gases de um líquido (tais como em trens de estabilização de óleo) a parte pesada do fluxo pode ser a corrente produto que não necessita mais tratamento e a parte leve do fluxo pode compreender gases (tais como gás natural com transporte liquido) que requer mais tratamento em arranjo separador reduzido. Alternativamente, isso pode também ser ao contrário do descrito no parágrafo acima.

[00049] No caso da separação envolver remover um liquido de outro liquido imiscível (p. ex., água de um óleo) a parte leve do fluxo (isto é óleo) pode ser a corrente produto que não necessita mais tratamento e a parte pesada do fluxo pode compreender a fase aquosa (p. ex., água, glicol, etc.) e uma fração óleo arrastada, que requer mais tratamento em um arranjo separador reduzido.

[00050] De acordo com mais uma forma de realização esquematicamente representada na Fig. 5b, é provido um sistema de separação similar como mostrado na Fig. 5a, porém agora compreendendo ainda uma câmara de sedimentação 30 posicionada no meio da válvula de turbilhonamento 100 e a câmara de separação 40, para receber o fluxo de turbilhonamento da válvula de turbilhonamento 100, a câmara de sedimentação 30 pode ser divergente na direção a jusante ao longo do eixo geométrico central 11 para criar um fluxo de turbilhonamento divergido, e suprir um fluxo de turbilhonamento divergido para a câmara de separação 40.

[00051] A câmara de sedimentação 30 pode ser provida para melhorar a eficiência de separação permitindo o movimento de turbilhonamento para forçar os componentes mais pesados para a periferia externa e os componentes mais leves para o centro.

[00052] A câmara de sedimentação 30 pode ser formada por uma parede 31 que é simétrica ao eixo geométrico (com respeito ao eixo geométrico central 11) e pode por exemplo ter um formato cônico ou um formato cilíndrico.

[00053] O comprimento L (como indicado na Fig. 5b) da câmara de sedimentação 30 é determinado com o período de tempo requerido para as gotículas migrarem em direção radial para fora quando expostas à força centrifuga do fluido rotativo. O comprimento L da câmara de sedimentação 30 pode, por exemplo, ser escolhido de modo que >99,5% da massa de gotícula tenha alcançado uma posição radial igual a ou maior do que um raio externo R1 do primeiro duto 43 da primeira saída de fluxo 41, de modo que elas fluam para dentro do segundo duto 44 da saída de segundo fluxo 42.

[00054] Alternativamente, quando lidando com um fluxo borbulhante, dita extensão L é escolhida de modo que >99,5% da massa de bolhas tenha alcançado uma posição radial igual a ou menor do que o raio interno R1 do primeiro duto 43 da primeira saída de fluxo 41, de modo que fluam para dentro do duto 43 da primeira saída de fluxo 41.

[00055] Dependendo da condição de alimentação, a extensão L da câmara de sedimentação 30 pode ser tão pequena quanto 1 diâmetro de entrada D-dentro da câmara de sedimentação 30 até 50 diâmetros de entrada. O diâmetro de saída D-fora da câmara de sedimentação 30 pode variar tipicamente de 1 vez o diâmetro interno D-dentro de até 4 vezes o diâmetro de entrada D-dentro da câmara de sedimentação 30

[00056] Assim, deve ser entendido que a câmara de sedimentação 30, embora representada nos desenhos como uma câmara de sedimentação divergente 30, pode também ser não-divergente/cíclica.

[00057] O câmara de sedimentação 30 desse modo gera uma desaceleração controlada do fluxo de turbilhonamento suprido pela válvula de turbilhonamento 300 e um vórtice com um fator de turbilhonamento que promove o crescimento e coalescência das gotículas de fluido condensadas.

[00058] De acordo com a Fig. 5, é provida uma forma de realização, compreendendo ainda um corpo central cônico 15, que é substancialmente coaxial posicionado ao longo do eixo geométrico central 11 da válvula de turbilhonamento 100, tendo uma área de seção transversal gradualmente crescente em uma direção a montante. O corpo central cônico 15 desse modo geral uma desaceleração controlada do fluxo de fluido no canal de saída e um vórtice comum fator de turbilhonamento que promove o crescimento e coalescência das gotículas ou bolhas. Naturalmente, o corpo central cônico 15 e a câmara de sedimentação 30 podem ser usados em combinação entre si. O corpo central cônico 15 pode ser fixado ao corpo de válvula tipo-pistão 2.

[00059] Deve ser entendido que o corpo central cônico 15 pode também ser usado na forma de realização mostrada na Fig. 5a.

[00060] O corpo central cônico 15 pode estender-se em uma direção a jusante para dentro da câmara de sedimentação 30 ou câmara de separação 40. Em vez de compreender um extremidade aguda, apontando em uma direção a jusante, como mostrado na Fig. 5c, o corpo central cônico 15 pode compreender uma saída central 17 via a qual um fluxo pode ser introduzido como fluxo central em uma direção a jusante. Tal corpo central cônico alternativo 15’ é esquematicamente mostrado na Fig. 5e.

[00061] De acordo com uma forma de realização, a válvula de turbilhonamento 100 é como descrita acima com referência à Fig. 2a e 2b, em que a válvula de turbilhonamento 100 é uma válvula de estrangulamento ou reguladora compreendendo um alojamento 1, um corpo de válvula 2 que é movelmente arranjado dentro do alojamento 1 para controlar o fluxo de um fluxo de fluido fluindo através da entrada de fluxo 16, de modo que o fluxo de fluido é expandido e resfriado, e o meio de concessão de turbilhonamento 3, que impõe um movimento de turbilhonamento ao fluxo de fluido em torno de um eixo geométrico de fluxo principal. O fluxo de fluido expandido e resfriado pode ser um fluxo de fluido de duas fases. O movimento de turbilhonamento inclui a fase mais pesada deste fluxo de fluido de duas fases para rodopiar em direção à periferia externa da câmara de separação 40.

[00062] O fase mais pesada pode ser gotículas líquidas em um veículo gasoso ou líquido ou pode ser bolhas de gás em veículo líquido. O fluxo de fluido recebido na entrada de fluido pode ser um fluxo de fluido de duas fases. Alternativamente ou em adição, o caráter de duas fases do fluxo de fluido pode ser o resultado da expansão e esfriamento da válvula de turbilhonamento.

[00063] De acordo com o acima, é provido um método para separar um fluxo de fluido, o método compreendendo: - receber um fluxo de fluido em uma válvula de turbilhonamento 100, desse modo gerando um fluxo rodopiante, turbilhonando em torno de um eixo geométrico central 11, - separar uma parte interna do fluxo rodopiante de uma parte externa do fluxo rodopiante em uma câmara de separação 40, a câmara de separação 40 compreendendo primeira saída de fluxo 41 e uma segunda saída de fluxo 42, arranjadas para receber a parte interna e a parte externa respectivamente. O método pode ainda compreender expandir e esfriar o fluxo de turbilhonamento antes da separação, desse modo gerando uma nova fase a jusante da válvula de turbilhonamento 100 por condensação.

DISPOSITIVO DE INJEÇÃO

[00064] De acordo com mais uma forma de realização, o sistema de separação compreende um dispositivo de injeção 60, 70 compreendendo uma saída de injeção 61, 71 posicionada para injetar um outro fluido de entrada dentro do fluxo de turbilhonamento. O dispositivo de injeção 60, 70 pode ser conectado a um outro suprimento de fluido de entrada (não mostrado) e pode ser arranjado para injetar o outro fluido de entrada no fluxo de turbilhonamento, e pode assim ser posicionado a jusante com respeito à válvula de turbilhonamento 100.

[00065] O outro fluido de entrada é selecionado para seletivamente remover componentes do fluxo de fluido como recebido pela entrada de fluxo 16. O outro fluido de entrada pode ser um líquido - no caso de os componente(s) a ser(em) removido(s) serem na fase gás - ou um gás - no caso de o(s) componente(s) a ser(em) removido(s) ser(em) na fase líquida. O primeiro processo é normalmente referido como “absorção’, o segundo processo é referido como “extração”. Dois exemplos de tais sistemas de separação, compreendendo dispositivos de injeção, são providos abaixo com referência às Figs. 6a e 6b.

[00066] Será entendido que é vantajosamente a criação de interação máxima entre o fluxo de turbilhonamento e o outro fluido de entrada para maximizar a eficiência de separação. Isto pode ser feito injetando-se o outro fluido de entrada como uma pulverização compreendendo uma densidade de partícula relativamente elevada. Por exemplo, o dispositivo de injeção 60, 70 pode ser arranjado para criar uma pulverização com uma densidade de partícula de pelo menos cerca de 108/m3. Também o dispositivo de injeção 60, 70 pode ser arranjado para criar partículas de pulverização com um tamanho selecionado de uma faixa de cerca de 50 μm a cerca de 0,2 μm e uma faixa de cerca de 20 μm a cerca de 1 μm. A interação máxima entre o fluxo de turbilhonamento e o outro fluido de entrada pode também ser conseguida do outro fluido de entrada em uma direção tendo um componente substancial em uma direção a montante.

[00067] A fim de obter-se uma máxima transferência de componentes do fluxo de turbilhonamento para o outro fluido de entrada, as seguintes configurações de design são apresentadas:

[00068] - Um tubo de injeção centralmente montado 62 para injetar o outro fluido de entrada sendo um fluxo de líquido; a direção de injeção pode ter um componente na direção para fora radial e a direção de injeção pode ter um componente que fica em uma direção de contracorrente do primeiro fluxo de entrada introduzido via primeira entrada de fluxo 16, quando passando pela câmara de sedimentação 30; a ser usado em um processo de absorção.

[00069] - Um anel de injeção circunferencialmente montado 72 pra injeção do outro fluido de entrada sendo um fluxo de gás; a direção de injeção podendo ter um componente na direção radial para dentro e a direção de injeção pode ter um componente que fica em uma direção de contracorrente do primeiro fluxo de entrada introduzido via primeira entrada de fluxo 16, quando passando pela câmara de sedimentação 30; a ser usado em um processo de extração.

[00070] A primeira é discutida mais detalhadamente abaixo com referência à Fig. 6a, a segunda com referência à Fig. 6b.

[00071] Com referência à Fig. 6a, é provida uma outra forma de realização de um sistema de separação, em que o dispositivo de injeção 60 compreende um tubo de injeção 62, o tubo de injeção 62 compreendendo a saída de injeção 61, a saída de injeção 61 sendo arranjada para injetar o outro fluido de entrada em uma direção compreendendo um componente de saída radial e um componente a montante axial de uma posição substancialmente coincidindo com o eixo geométrico central 11.

[00072] O tubo de injeção 62 pode pelo menos parcialmente coincidir com o eixo geométrico central 11 e pode ter uma saída de injeção 61 em sua extremidade arranjada para injetar o outro fluido de entrada. Para maximizar a interação entre o fluxo e o outro fluido de entrada, a saída de injeção 61 pode ainda ser arranjada para injetar o outro fluido de entrada em uma direção (parcialmente) a montante.

[00073] Uma vantagem de utilizar-se tal sistema de separação, em combinação com um dispositivo de injeção 60 é que, devido ao grande movimento rotacional (turbilhonamento), os líquidos de absorção podem ser atomizados em uma neblina de tamanho micrônico, criando um enorme área de contato específico para transferência de fase, enquanto ainda essa neblina de absorção pode ser separada do fluido gasoso deixando a câmara de sedimentação 30.

[00074] Um diâmetro de gotícula adequado do líquido de absorção atomizado seria <20 micrômetro, embora preferivelmente < 10 micrômetro. Líquidos de absorção adequados podem incluir: Metanol, (Poli)Etileno Glicol, Alcoóis, DMEA, MEA, dimetil éteres, etano, propano etc.

[00075] De acordo com um exemplo, o outro fluido de entrada pode compreender pelo menos um constituinte para absorver sulfeto de hidrogênio ou dióxidos de carbono. De acordo com um outro exemplo, o outro fluido de entrada pode compreender, como constituinte, pelo menos um de uma Sulfolana e um líquido iônico. O líquido iônico pode compreender pelo menos um de um 1-butil-3-metilimidazólio hexafluorofosfato e um 1-hexil-3- metilimidazólio-bis (trifluorometilsulfonil) imida

[00076] Com referência à Fig. 6b, é provida uma forma de realização alternativa de um sistema de separação, em que o dispositivo de injeção 70 compreende um anel de injeção 72, montado circunferencial com respeito ao eixo geométrico central 1, a saída de injeção 71 compreendendo a saída de injeção 71 formada por uma pluralidade de aberturas, a saída de injeção 71 sendo arranjada para injetar o outro fluido de entrada em uma direção compreendendo um componente interno radial e um componente a montante axial.

[00077] O anel de injeção 72 pode ser provido na parede 31 da câmara de sedimentação 30. As aberturas formando a saída de injeção 71 podem ser providas no lado interno do anel de injeção 72. Repetindo, pra maximizar a interação entre o fluxo e o outro fluido de entrada, as aberturas da saída de injeção 71 podem ainda ser arranjadas para injetar o outro fluido de entrada em uma direção a montante.

[00078] Uma vantagem de tal sistema de separação, em combinação com tal dispositivo de injeção 70, é que o grande movimento rotacional (turbilhonamento) possibilita bolhas de tamanho micrônico promover as entradas radiais através da película de líquido rotativa. Um tamanho de bolha adequado do gás de extração disperso seria < 50 micrômetros embora preferivelmente < 20 micrômetro.

[00079] Gases redutores adequados podem incluir: gás natural de ponto de orvalho, nitrogênio etc.

[00080] A válvula de turbilhonamento como provida nas formas de realização acima, permite reduzir o tamanho de um trem separador que é requerido a jusante da válvula de turbilhonamento, para obter suficiente separação. Isto permite sistemas de processamento aperfeiçoados.

[00081] Assim, é provido um método como descrito acima, compreendendo:

[00082] - injetar um outro fluido de entrada dentro do fluxo de turbilhonamento antes da separação. Sistemas de processamento

[00083] As formas de realização acima podem ser usadas em sistemas de processo, exemplos das quais são providos nas Figs. 7a - 8b e que são discutidos em mais detalhes abaixo.

[00084] Em geral é provido um sistema de processamento compreendendo pelo menos um sistema de separação SS1, SS2, de acordo com as formas de realização descritas acima. Sistema de processamento de gás

[00085] De acordo com as Figuras 7a - 7c é provido um sistema de processamento compreendendo:

[00086] - uma unidade de pré-esfriamento PU disposta para receber um fluxo de gás 701 e produzir um fluxo de gás pré-resfriado 702; - um primeiro sistema de separação SS1, disposto para receber um fluxo de gás pré-resfriado 702 da unidade de pré-esfriamento PU para produzir um primeiro fluxo de saída 703 via a primeira saída de fluxo 41 e um segundo fluxo de saída 704 via a segunda saída de fluxo 42; - um primeiro vaso separador V1, HG disposto para receber o segundo fluxo de saída 704 e para produzir um fluxo de topo 705 e um fluxo de base 706; - um segundo sistema de separação SS2 disposto para receber o fluxo de base 706 do primeiro vaso separador V1, HG e para produzir um outro primeiro fluxo de saída 713 via uma outra primeira saída de fluxo 41 e um outro fluxo de saída 714 via uma outra segunda saída de fluxo 42.

[00087] A Fig. 7a será agora descrito com mais detalhe.

[00088] A Fig. 7a mostra um esquema de processamento em que um fluxo de gás natural de alta pressão 701 é recebido, que é pré-resfriado na unidade de pré-esfriamento PU. A unidade de pré-esfriamento PU pode ser uma unidade de pré-esfriamento de multiestágios. Naturalmente, muitos diferentes tipos de unidade de pré-esfriamento PU podem ser empregados.

[00089] O fluxo de gás pré-resfriado 702, produzido pela unidade de pré-esfriamento PU, é conectado na entrada de fluxo 16 de um primeiro sistema de separação SS1, em que o sistema de separação SS1 compreende uma válvula de turbilhonamento 100, disposta para receber e controlar o fluxo de fluido via a entrada de fluxo 16 e para gerar um fluxo rodopiante, turbilhonando em torno de um eixo geométrico de fluxo e compreendendo ainda uma câmara de separação 40 e possivelmente uma câmara de sedimentação 30 como descrito acima.

[00090] O primeiro fluxo de saída 703 via a primeira saída de fluxo 41 do primeiro sistema de separação SS1, que é relativamente frio, é alimentado de volta para a unidade de pré-esfriamento PU para esfriar o fluxo de gás natural de alta pressão 701.

[00091] O segundo fluxo de saída 704 via a segunda saída de fluxo 42 do primeiro sistema de separação SS1 é conectado ao primeiro vaso separador V1, HG.

[00092] O primeiro vaso separador V1, HG produz um fluxo de topo 705 e um fluxo de base 706. O processo de separação do primeiro vaso de separador V1, HG pode ser acionado gravitacionalmente.

[00093] O fluxo de topo 705 do primeiro vaso separador V1, HG é também conectado a unidade de pré-esfriamento PU para utilizar o gás relativamente frio obtido para esfriar o fluxo de gás natural de alta pressão 701. O segundo fluxo de saída 704 via a segunda saída de fluxo 42 e o fluxo de topo 705 do primeiro vaso separador V1, HG são combinados para formar um fluxo de esfriamento 708 para a unidade de pré-esfriamento PU.

[00094] O fluxo de base 706 do primeiro vaso separador V1, HG, compreendendo um condensado de alta pressão, é conectado à entrada de fluxo 16 de um segundo sistema de separação SS2, em que o segundo sistema de separação SS2 compreende uma válvula de turbilhonamento, disposta para receber e controlar o fluxo de fluido via a entrada de fluxo 16 e para gerar um fluxo rodopiante, turbilhonando em torno de um eixo geométrico de fluxo e compreendendo ainda uma câmara de separação 40 e possivelmente uma câmara de sedimentação 30 como descrito acima. O segundo sistema de separação SS2 produz ainda um primeiro fluxo de saída 713 via uma outra primeira saída de fluxo 41 e um outro fluxo de saída 714 via ainda uma segunda saída de fluxo 42.

[00095] Com referência às Figuras 7b e 7c, é provida uma forma de realização, em que o primeiro vaso separador é um de: um separador de gás- liquido (V1), separador de gás-hidrato (HG) respectivamente.

[00096] O separador de hidrato-gás HG é de um tipo mono-ciclônico como por exemplo publicado na EP1461134. A seção de topo do separador de hidrato-gás HG remove os hidratos sólidos do gás por inércia e sedimentação gravitacional. Os sólidos de hidrato sedimentados entrando na seção de base em que os sólidos de hidratos são fundidos usando aquecedores internos. A água desprendendo-se no processo de fusão pode ser separada dos líquidos hidrocarbonados não miscíveis, que podem também estar presentes nesta seção de base do separador de hidrato-gás HG. Devido à gravitação, ditos dois líquidos imiscíveis_formarão um volume liquido estratificado de uma camada de base de_água, uma camada intermediária de hidratos e uma camada de topo de liquido hidrocarbonado, em dita seção de base do separador de hidrato-gás HG. A água e o líquido hidrocarbonados podem ser separadamente drenados de dita seção de base.

[00097] De acordo com mais uma forma de realização, o sistema de processamento compreende ainda:

[00098] - um segundo vaso de separação V2, que pode ser disposto para receber ainda um segundo fluxo de saída 714, do segundo sistema de separação SS2. O segundo vaso de separação V2 recebe líquidos hidrocarbonados exauridos de gás SS2. O segundo vaso de separação V2 separa a fração de gás remanescente dos líquidos hidrocarbonados. Dita fração de gás pode ser misturada novamente com fluxo de gás de SS2 obtido como ainda primeiro fluxo de saída 713 via a outra primeira saída de fluxo 41.

[00099] Ainda o outro primeiro fluxo de saída 713 do segundo sistema de separação SS2 é conectado a um compressor de gás desprendido COM.

[000100] Um fluxo de topo 715 do segundo vaso separador liquido-gás V2 é também conectado ao compressor de gás desprendido COM. O compressor de gás desprendido COM, que é acionado por um motor M, produz um efluxo comprimido 718. Este efluxo comprimido 718 é combinado com o fluxo de esfriamento 708 após ter passado pela unidade de pré- esfriamento PU e pode compreender gás natural de ponto de orvalho.

[000101] Alternativamente a fração de gás remanescente, desprendendo- se do segundo vaso de separação V2 como um fluxo de topo 715 ou desprendendo-se da descarga do compressor 718, pode ser reciclada e reintroduzida no segundo sistema de separação SS2. A fim de realizar isto, o segundo sistema de separação SS2 pode compreender um corpo central cônico 15, que é substancialmente posicionado coaxial ao longo do eixo geométrico central 11 da válvula de turbilhonamento 100, tendo uma área de seção transversal gradualmente crescente em uma direção a montante. Isso foi explicado acima com referência a Fig. 5c.

[000102] Em lugar de compreender uma extremidade afiada apontando numa direção a jusante, como mostrado na Fig. 5c, o corpo central cônico 15 compreende uma saída central (não mostrada) via a qual o topo 715 pode ser reintroduzido no segundo sistema de separação SS2 como fluxo central.

[000103] Outro segundo fluxo de saída 714 do segundo sistema de separação SS2 pode ser conectado a um segundo vaso separador V2 de liquido-gás. Dita corrente 714 é predominantemente liquida embora possa conter pequenas frações de gás. Também os líquidos 714 podem conter tanto uma mistura hidrocarbonada como uma mistura aquosa. O vaso V2, portanto, pode ser projetado como um separador trifásico provendo suficiente tempo de retenção para a menor fração de gás para elevar-se para a interface líquido- gás, onde dito gás é coletado no domo de topo do segundo vaso de separação V2 e evacuado via fluxo de saída 715. Além disso o segundo vaso de separação V2 pode conter internos para aumentar a coalescência de gotículas aquosas presentes no liquido hidrocarbonado. Estes internos podem compreender placas inclinadas, meio poroso com placas eletricamente carregadas. Os líquidos aquosos serão removidos via fluxo de saída 716 e os líquidos hidrocarbonados via fluxo de saída 717.

[000104] Sistemas de processamento de liquido

[000105] De acordo com as Figuras 8a - 8d, é provido um sistema de processamento, que é um sistema de processamento de liquido, que pode ser um sistema de processamento de óleo. O sistema de processamento compreende: - um sistema de separação SS, disposto para receber um fluxo de óleo de alta pressão 802 e para produzir um primeiro fluxo de saída 803 via uma primeira saída de fluxo 41 e um segundo fluxo de saída 804 via a segunda saída de fluxo 42, - um vaso de separação V3, V4, disposto para receber um do primeiro fluxo de saída 803 e do segundo fluxo de saída 804 e disposto para produzir um fluxo de topo 805, 815 e um fluxo de base 806, 816.

[000106] O sistema de separação SS pode ser de acordo com as formas de realizações descritas acima. A combinação de tal sistema de separação SS e um outro vaso de separação V3, V4 proveem um sistema de processamento eficiente e de economia de espaço. Deve ser entendido que os vasos de separação V3 e V4 podem também ser substituídos por separadores tradicionais em linha ou compactos a fim de ainda reduzir o volume, peso e confinamento do sistema de processamento. Tais separadores compactos são descritos nos EP1600215 e WO2008020155.

[000107] A Fig. 8a esquematicamente representa uma forma de realização, em que o vaso de separação V3 é disposto para receber o segundo fluxo de saída 804, e o fluxo de topo 805 do vaso de separação V3 é combinado com o primeiro fluxo de saída 803, o sistema de processamento ainda compreendendo um compressor de gás COM disposto para receber o primeiro fluxo de saída 803 e o fluxo de topo 805 combinados do vaso de separação V3.

[000108] De acordo com essa forma de realização, o vaso de separação é um vaso de separação liquido-gás V3 em que a separação é acionada por gravidade. O fluxo de base 806 desse vaso de separação V3 é óleo estabilizado de baixa pressão.

[000109] De acordo com mais uma forma de realização mostrada na Fig. 8e, que é uma outra forma de realização do sistema de processamento mostrado na Fig. 8a, o fluxo de óleo de alta pressão 802 pode compreender água. A água alcança o vaso de separação V3 via o segundo fluxo de saída 804. O vaso de separação V3 é disposto para produzir um fluxo de topo 805 compreendendo gás e um fluxo de base 806 sendo um liquido aquoso e um fluxo lateral 807 compreendendo liquido hidrocarbonado.

[000110] A Fig. 8c esquematicamente representa uma forma de realização, em que o vaso de separação V4 é disposto para receber o primeiro fluxo de saída 803, e o fluxo de base 816 do vaso de separação V4 é combinado com o segundo fluxo de saída 804, o sistema de processamento compreendendo ainda o compressor de gás COM disposto para receber o fluxo de topo 815 do vaso de separação V4.

[000111] O compressor COM produz um fluxo comprimido 820, que pode ser usado de uma maneira vantajosa, e é para pré-aquecer o fluxo de óleo de alta pressão 802. Desse modo, é provida uma forma de realização, em que o sistema de processamento compreende ainda uma unidade pré- aquecedora PH e o compressor de gás COM é disposto para produzir um fluxo comprimido 820, que é guiado para a unidade pré-aquecedora PH para pré-aquecer o fluxo de óleo de alta pressão 802.

[000112] Exemplos disto são esquematicamente representados na Fig. 8b, mostrando uma alternativa para Fig. 8a e a Fig. 8d mostrando uma alternativa para Fig. 8c.

[000113] Os vasos de separação horizontal V3 são alimentados pela segunda saída de fluxo 804 do sistema separador SS que, em uso, fornece principalmente óleo/liquido hidrocarbonado, e remove a fração de gás remanescente de óleo/liquido hidrocarbonado. Este vaso de separação V3 pode ser operado em temperaturas elevadas tipicamente de 10 - 50oC acima da temperatura de alimentação.

[000114] Os vasos de separação verticais V4 são alimentados pela primeira saída de fluxo 803 do sistema de separação SS e remove a fase liquida remanescente do gás antes de entrar o compressor de gás COM.

[000115] Os esquemas das Figuras 8b e 8d representam um trocador de calor para pré-aquecer a corrente de alimentação 802 a fim de aumentar o processo flash no SS. Isto é especialmente vantajoso para correntes de alimentação que produzem uma corrente de gás relativamente grande 803, por exemplo um fluxo de massa de gás maior do que ou igual a 10% do fluxo de corrente de massa de alimentação 802. Métodos de processamento

[000116] De acordo com as formas de realização providas acima com referência as Figuras 7a - 7c e Figuras 8a - 8e, é provido um método para processar um fluido, o método compreendendo: - criar um primeiro fluxo de saída 703, 713, 803 via a primeira saída de fluxo 41 e um segundo fluxo de saída 704, 714, 804 via a segunda saída de fluxo 42 de um sistema de separação SS, SS1, SS2 de acordo com qualquer uma das formas de realizações providas.

[000117] O método pode ser um método de processamento de gás e compreende: - pré-esfriar um fluxo de gás 701 para produzir um fluxo de gás pré-resfriado 702 em uma unidade de pré-esfriamento PU, - separar um fluxo de gás pré-resfriado 702, um primeiro sistema de separação SS1 para produzir o primeiro fluxo de saída 703 via a primeira saída de fluxo 41 e o segundo fluxo de saída 704 via a segunda saída de fluxo 42. - separar o segundo fluxo de saída 704 em um primeiro vaso separador V1, HG para produzir um fluxo de topo 705 e um fluxo de base 706, - separar o fluxo de base 706 em um segundo sistema de separação SS2 para produzir ainda um primeiro fluxo de saída 713 via outra primeira saída de fluxo 41 e um outro fluxo de saída 714 via outra segunda saída de fluxo 42. O método pode ainda compreender separar o outro segundo fluxo de saída 714 do segundo sistema de separação SS2 em um segundo vaso de separação V2. O primeiro vaso separador pode ser um separador de liquido-gás V1, um separador de gás-hidrato HG.

[000118] É ainda provido um método que é um método de processamento de liquido, que compreende: - separar um fluxo de liquido de alta pressão 802 em um sistema de separação SS para produzir o primeiro fluxo de saída 803 via a primeira saída de fluxo 41 e o segundo fluxo de saída 804 via a segunda saída de fluxo 42, - separar um do primeiro fluxo de saída 803 e do segundo fluxo de saída 804 em um vaso de separação V3, V4 para produzir um fluxo de topo 805, 815 e um fluxo de base 806, 816. O vaso de separação pode ser disposto para receber o segundo fluxo de saída 804, e o método ainda compreende: - combinar o fluxo de topo 805 do vaso de separação V3 com o primeiro fluxo de saída 803 - comprimir o primeiro fluxo de saída 803 e o fluxo de topo 805 combinados do vaso de separação V3 em um compressor de gás COM.

[000119] O vaso de separação V4 pode ser disposto para receber o primeiro fluxo de saída 803, e o método pode ainda compreender: - combinar o fluxo de base 816 do vaso de separação V4 com o segundo fluxo de saída 804, - comprimir o fluxo de topo 815 do vaso de separação V4 em um compressor de gás COM.

[000120] O compressor de gás COM pode ser disposto para produzir um fluxo comprimido 820 e o método ainda compreende: - pré-aquecer o fluxo de óleo de alta pressão 802 em uma unidade de pré-aquecimento PH usando-se o fluxo comprimido 820. Hidratos

[000121] As formas de realização descritas acima com referência as Figuras 5a - 8d, referem-se todas ao processamento de fluidos (líquidos, gases). Estes fluidos podem compreender matéria sólida também. Para processamento de gás e óleo esses sólidos podem por exemplo incluir hidratos e ceras de gás. Os sólidos são propensos a formar restrições e mesmo obstruções em tubulações e equipamentos, visto que eles podem depositar-se na superfície interna do equipamento.

[000122] Para evitar deposição de sólidos, de acordo com a arte anterior, produtos químicos de produção são frequentemente usados. O uso de químicos de inibição e/ou aquecedores pode ser logisticamente complexo e dispendioso e pode incorrer um certo grau de risco para o pessoal de campo. Acima de tudo, os resultados são ótimos.

[000123] De acordo com mais uma forma de realização, é provida uma possibilidade de processar o gás sem produtos químicos inibidores.

[000124] Por exemplo para evitar o acumulo de deposição de hidrato, a superfície interna do aparelho pode ser revestida com um revestimento gelofóbico. Um revestimento gelofóbico adequado seria um carbono semelhante a diamante fluorado (F-DLC). É necessário que a aspereza de superfície do dito revestimento (e a superfície subjacente) seja menor do que 0,05 micrometros em todas as direções embora mais preferivelmente menor do que 0,02 micrometros em todas as direções. Qualquer camada de revestimento pode ser adequada, contanto que o ângulo de contato da água estática em dita superfície seja mais do que 90o ou mais preferivelmente mais do que 110o, enquanto mantendo-se uma diferença entre o ângulo de contato da água avançando e o ângulo de contato da água recuando na dita superfície (isto é, a histerese) de menos do que 25o mais preferivelmente menos do que 15o.

[000125] Todas as superfícies internas das diferentes partes das formas de realização providas acima podem ser revestidas, tais como canos, tubos, válvulas, especialmente onde fluidos frios passam pelos tubos ou pelo trocador de calor PU mostrado na Fig. 7a. Outras observações

[000126] O aspecto importante das formas de realização descrita acima, é que a válvula de turbilhonamento, o sistema de separação compreendendo tal válvula de turbilhonamento e os sistemas de processamento como descritos acima todos usam a pressão livre disponível no fluido para criar um movimento rodopiante que, em termos de momento angular, é da ordem de magnitude mais elevada do que os separadores ciclônicos em linha convencionais.

[000127] Uma outra vantagem da forma de realização acima é que no modo de diminuição a relação do momento angular / momento axial aumenta ligeiramente, desse modo restaurando as altas eficiências de separação em taxas de fluxo diminuídas, diferentes dos separadores ciclônicos em linha tradicionais, onde essa relação de momento angular / momento axial diminui.

[000128] A válvula de turbilhonamento cria gotículas maiores, aumentando a eficiência de separação. Isso é explicado com mais detalhes com referência a Fig. 9. A Fig. 9 apresenta um gráfico mostrando a densidade (m-3) gotícula/bolha em função do diâmetro (μm) gotícula/bolha. Misturas dispersas podem ser caracterizadas por uma distribuição de tamanho (espalhamento) em torno de um diâmetro médio, resultando em uma função de distribuição (p. ex., distribuição normal / 0o ordem log normal (ZOLD)/Rosin Rammler etc.).

[000129] Uma vez que a maioria dos separadores pode ser caracterizada por um diâmetro separável típico (isto é, diâmetro de corte), a melhoria da válvula de turbilhonamento em conjunto com um separador, pode ser ilustrada pelo seguinte gráfico. O significado do diâmetro de corte é que as gotículas tendo um diâmetro acima do diâmetro de corte serão separadas. O diâmetro de corte pode, por exemplo, ser de 20 μm.

[000130] A válvula de turbilhonamento aumenta o diâmetro médio, desse modo aumentando a eficiência de separação. Um exemplo disso é mostrado na Fig. 9, mostrando uma primeira distribuição tradicional D1, por exemplo representando a distribuição de uma válvula como mostrado na Fig. 1a e 1b, e uma segunda distribuição D2 representando a distribuição de uma válvula de turbilhonamento, como mostrado nas figuras 2a e 2b. Também, o diâmetro de corte do vaso separador é mostrado. Pode ser visto que a eficiência de separação de dito vaso separador é mais elevada, quando a corrente de alimentação compreende uma fase dispersa com uma distribuição de tamanho D2 uma vez que mais gotículas têm um diâmetro acima de dito diâmetro de corte.

[000131] As descrições acima são destinadas a serem ilustrativas, não limitantes. Assim, será evidente para uma pessoa na arte que modificações podem ser feitas na invenção como descrita, sem desvio do escopo de reivindicações expostas abaixo.

Claims

1. Sistema de separação, compreendendo uma entrada de fluxo (16), em que o sistema de separação compreende uma válvula de turbilhonamento (100) arranjada para receber e controlar o fluxo de um fluxo de fluido via a entrada de fluxo (16) e para gerar um fluxo de turbilhonamento, turbilhonando em torno de um eixo-geométrico central (11), em que o sistema de separação compreende ainda uma câmara de separação (40) posicionada a jusante com respeito à válvula de turbilhonamento (100) para receber o fluxo de turbilhonamento da válvula de turbilhonamento (100), em que a câmara de separação (40) compreende uma primeira e segunda saídas de fluxo (41, 42), em que a primeira saída de fluxo (41) é posicionada para receber uma parte interna do fluxo de turbilhonamento e a segunda saída (42) é posicionada para receber uma parte externa do fluxo de turbilhonamento, caracterizado pelo fato de que a válvula de turbilhonamento (100) é arranjada para receber e controlar o fluxo de um fluxo de fluido de duas fases, em que o sistema compreende ainda uma câmara de sedimentação (30), posicionada entre a válvula de turbilhonamento (100) e a câmara de separação (40), para receber o fluxo de turbilhonamento da válvula de turbilhonamento (100), a câmara de sedimentação (30) sendo divergente em uma direção a jusante ao longo do eixo-geométrico central (11) para criar um fluxo de turbilhonamento divergido, e distribuir o fluxo de turbilhonamento divergido para a câmara de separação (40).

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda um corpo central cônico (15), que é substancialmente posicionado coaxialmente ao longo do eixo-geométrico central (11) dentro da válvula de turbilhonamento (100), tendo uma área de seção transversal gradualmente crescente em uma direção a montante.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o corpo central cônico (15’) compreender uma saída central (17) via a qual um fluxo pode ser introduzido como fluxo central.

4. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de a válvula de turbilhonamento (100) ser uma válvula de estrangulamento compreendendo um alojamento (1), um corpo de válvula (2) que é movelmente arranjado dentro do alojamento (1) para controlar o fluxo de um fluxo de fluido escoando através da entrada de fluido (16), de modo que o fluxo de fluido é expandido e resfriado e o meio de concessão de turbilhonamento (3) que impõe um movimento de turbilhonamento ao fluxo de fluido em torno de um eixo geométrico de fluxo principal.

5. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de a primeira saída de fluxo (41) ser posicionada concentricamente dentro da segunda saída de fluxo (42) com respeito ao eixo- geométrico central (11).

6. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de o sistema de separação compreender um dispositivo de injeção (60, 70) compreendendo uma saída de injeção (61, 71) posicionada para injetar mais um fluido de entrada dentro do fluxo de turbilhonamento.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o dispositivo de injeção (60) compreender um tubo de injeção (62), o tubo de injeção (62) compreendendo a saída de injeção (61), a saída de injeção (61) sendo arranjada para injetar o outro fluido de entrada em uma direção compreendendo um componente radial na direção para fora e um componente a montante axial de uma posição substancialmente coincidindo com o eixo- geométrico central (11).

8. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o dispositivo de injeção (70) compreender um anel de injeção circunferencialmente montado (72), a saída de injeção (71) sendo arranjada para injetar o fluxo de injeção em uma direção compreendendo um componente interior radial e um componente a montante axial.

9. Sistema de processamento, para processar um fluido, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos um sistema de separação (SS, SS1, SS2) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8.

10. Sistema de processamento de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de ser um sistema de processamento gasoso e compreender: - uma unidade de pré-esfriamento (PU) arranjada para receber um fluxo de gás (701) e produzir um fluxo de gás pré-resfriado (702), - um primeiro sistema de separação (SS1) arranjado para receber o fluxo de gás pré-resfriado (702) da unidade de pré-esfriamento (PU) e para produzir um primeiro fluxo de saída (703) via a primeira saída de fluxo (41) e um segundo fluxo de saída (704) via a segunda saída de fluxo (42), - um primeiro vaso separador (V1, HG) arranjado para receber o segundo fluxo de saída (704) e para produzir um fluxo de topo (705) e um fluxo de base (706), - um segundo sistema de separação (SS2) arranjado para receber o fluxo de base (706) do primeiro vaso separador (V1, HG) e para produzir um outro primeiro fluxo de saída (713) via uma outra primeira saída de fluxo (41) e um outro fluxo de saída (714) via uma outra segunda saída de fluxo (42).

11. Sistema de processamento de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o sistema de processamento compreender ainda: - um segundo vaso de separação (V2) arranjado para receber o outro segundo fluxo de saída (714) do segundo sistema de separação (SS2).

12. Sistema de processamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 ou 11, caracterizado pelo fato de o primeiro vaso separador ser um de: um separador de líquido-gás (V1), um separador de hidrato-gás (HG).

13. Sistema de processamento de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o sistema de processamento é um esquema de processamento de óleo, o sistema de processamento compreende: - um sistema de separação (SS) arranjado para receber um fluxo de óleo de alta pressão (802) e para produzir um primeiro fluxo de saída (803) via a primeira saída de fluxo (41) e um segundo fluxo de saída (804) via a segunda saída de fluxo (42). - um vaso de separação (V3, V4) arranjado para receber um do primeiro fluxo de saída (803) e do segundo fluxo de saída (804) e arranjado para produzir um fluxo de topo (805, 815) e um fluxo de base (806, 816).

14. Sistema de processamento de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de o vaso de separação (V3) ser arranjado para receber o segundo fluxo de saída (804) e o fluxo de topo (805) do vaso de separação (V3) ser combinado com o primeiro fluxo de saída (803), o sistema de processamento compreendendo ainda um compressor de gás (COM) arranjado para receber o primeiro fluxo de saída (803) e o fluxo de topo (805) combinados do vaso de separação (V3).

15. Sistema de processamento de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de o vaso de separação (V4) ser arranjado para receber o primeiro fluxo de saída (803) e o fluxo de base (816) do vaso de separação (V4) ser combinado com o segundo fluxo de saída (804), o sistema de processamento compreendendo ainda um compressor de gás (COM) arranjado para receber o fluxo de topo (815) do vaso de separação (V4).

16. Sistema de processamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 ou 15, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma unidade pré-aquecedora (PH) e o compressor de gás (COM) ser arranjado para produzir um fluxo comprimido (820), que é guiado para a unidade pré-aquecedora (PH) para pré-aquecer o fluxo de óleo de alta pressão (802).

17. Sistema de processamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 16, caracterizado pelo fato de o vaso de separação (V3) ser ainda arranjado para produzir um fluxo lateral (807), o fluxo de base substancialmente sendo um líquido aquoso e o fluxo lateral substancialmente sendo um líquido de hidrocarboneto.

18. Método para separar um fluxo de fluido, compreendendo: - receber um fluxo de fluido em uma válvula de turbilhonamento (100), desse modo gerando um fluxo de turbilhonamento turbilhonando em torno de um eixo-geométrico central (11), - separar uma parte interna do fluxo de turbilhonamento de uma parte externa do fluxo de turbilhonamento em uma câmara de separação (40), a câmara de separação (40) compreendendo uma primeira saída de fluxo (41) e uma segunda saída de fluxo (42), arranjadas para receber a parte interna e a parte externa respectivamente, caracterizado pelo fato de que um fluxo de fluido de duas fases é recebido na válvula de turbilhonamento (100), e por compreender - receber o fluxo de turbilhonamento a partir da válvula de turbilhonamento (100) em uma câmara de sedimentação (30) posicionada entre a válvula de turbilhonamento (100) e a câmara de separação (40), a câmara de sedimentação (30) sendo divergente em uma direção a jusante ao longo do eixo geométrico central (11) para criar um fluxo de turbilhonamento divergido, e distribuir o fluxo de turbilhonamento divergido para a câmara de separação (40).

19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de compreender ainda: - expandir e resfriar o fluxo de turbilhonamento antes da separação, desse modo gerando uma nova fase na ou a jusante da válvula de turbilhonamento (100) por condensação.

20. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 ou 19, caracterizado pelo fato de compreender ainda: - injetar mais um fluido de entrada dentro do fluxo de turbilhonamento antes da separação.

21. Método para processar um fluido, caracterizado pelo fato de compreender: - criar um primeiro fluxo de saída (703, 713, 803) via a primeira saída de fluxo (41) e um segundo fluxo de saída (704, 714, 804), via a segunda saída de fluxo (42) de um sistema de separação (SS, SS1, SS2) de acordo com qualquer um dos métodos como definidos nas reivindicações 19 ou 20.

22. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de ser um método de processamento de gás e compreender: - pré-resfriar um fluxo de gás (701) para produzir um fluxo de gás pré-resfriado (702) em uma unidade de pré-resfriamento (PU), - separar o fluxo de gás pré-resfriado (702) em um primeiro sistema de separação (SS1) para produzir o primeiro fluxo de saída (703) via a primeira saída de fluxo (41) e o segundo fluxo de saída (704) via a segunda saída de fluxo (42), - separar o segundo fluxo de saída (704) em um primeiro vaso separador (V1, HG) para produzir um fluxo de topo (705) e um fluxo de base (706), - separar um fluxo de base (706) em um segundo sistema de separação (SS2) para produzir um outro primeiro fluxo de saída (713) via uma outra primeira saída de fluxo (41) e um outro fluxo de saída (714) via uma outra segunda saída de fluxo (42).

23. Método de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de compreender ainda: - separar o outro segundo fluxo de saída (714) do segundo sistema de separação (SS2) em um segundo vaso de separação (V2).

24. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que é um método de processamento de líquido, o método compreendendo: - separar um fluxo de líquido de alta pressão (802) em um sistema de separação (SS) para produzir o primeiro fluxo de saída (803) via a primeira saída de fluxo (41) e o segundo fluxo de saída (804) via a segunda saída de fluxo (42), - separar um do primeiro fluxo de saída (803) e segundo fluxo de saída (804) em um vaso de separação (V3, V4), para produzir um fluxo de topo (805, 815) e um fluxo de base (806, 816).

25. Método de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o vaso de separação (V3) é arranjado para receber o segundo fluxo de saída (804), e o método compreende ainda: - combinar o fluxo de topo (805) do vaso de separação (V3) com o primeiro fluxo de saída (803), - comprimir o primeiro fluxo de saída (803) e o fluxo de topo (805) combinados do vaso de separação (V3) em um compressor de gás (COM).

26. Método de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de o vaso de separação (V4) ser arranjado para receber o primeiro fluxo de saída (803) e o método compreende ainda; - combinar o fluxo de base (816) do vaso de separação (V4) com o segundo fluxo de saída (804), -comprimir o fluxo de topo (815) do vaso de separação (V4) em um compressor de gás (COM).

27. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 25 ou 26, caracterizado pelo fato de que o compressor de gás (COM) é arranjado para produzir um fluxo comprimido (820) e o método compreende ainda: - pré-aquecer o fluxo de óleo de elevada pressão (802) em uma unidade pré-aquecedora (PH) utilizando-se o fluxo comprimido (820).