BRPI0925083B1

BRPI0925083B1 - Dispositivo e método para a separação das fases de fluido e uso do dispositivo para a separação de fases

Info

Publication number: BRPI0925083B1
Application number: BRPI0925083-2A
Authority: BR
Inventors: Atle Mundheim Ylikangas
Original assignee: Sorbwater Technology As
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2020-06-02
Also published as: MX2011011068A; AU2009344910B2; US20100264088A1; CN102438758A; EP2421655A4; EA021685B1; US20130075348A1; BRPI0925083A2; US8950589B2; US8951422B2; AU2009344910A1; EP2421655A1; EA201190261A1; EP2421655B1; CN102438758B; CA2759313A1; WO2010123373A1; CA2759313C

Abstract

"dispositivo para a separação das fases de fluido em uma corrente de mul tif ases, método para a separação defases e coalescência de hidrocarbonetos de óleo e/ou bolhas de gás e/ou partículas leves, e, uso para a separação de uma fase líquido-líquido e/ou de uma fase líquido/gás" é apresentado um dispositivo para a separação de fase líquidolíquido e/ou uma fase líquido-gás, onde uma ou mais das fases fica suspensa em água e tem um tamanho de bolha/gota/partícula na faixa de submícron a micro, e/ou material orgânico ou inorgânico particulado fino está presente em uma ou mais das fases. é apresentado, também um método e um uso para o dispositivo.

Description

“DISPOSITIVO E MÉTODO PARA A SEPARAÇÃO DAS FASES DE FLUIDO E USO DO DISPOSITIVO PARA A SEPARAÇÃO DE FASES”

A presente invenção refere-se a um dispositivo para separação melhorada de fases diferentes em correntes multifásicas, como esta aparece na introdução de acordo com a reivindicação 1 a seguir.

Mais especificamente, a invenção se refere à separação de fases diferentes em uma corrente de líquido-líquido, uma corrente de líquidogás, ou nas mencionadas correntes onde também matéria sólida particulada fina pode ser uma parte da corrente, onde esta deve ser separada. Mais especificamente, a invenção se refere a um dispositivo integrado para coletar pequenas gotas de óleo e bolhas de gás na saída de um ciclone de flotação, de modo que estas possam ser liberadas com a corrente de líquido na saída do lado de água limpa do ciclone de flotação como bolhas de gás grandes e gotas de óleo grandes, que podem ser separadas muito facilmente em outro ciclone de flotação conectado em série na corrente de líquido ou em outro dispositivo de separação adequado.

Além disso, a invenção se refere à adição de um agente de sorção no ciclone de flotação, onde o dispositivo é integrado.

A invenção também se refere ao uso do dispositivo integrado em processos de formação de ciclone ou de flotação regulares, ou soluções de combinação dos mesmos, tal como aparece nas reivindicações seguintes, independentes e dependentes.

A invenção refere-se a tecnologia relacionada à separação de correntes multifásicas, onde as diferentes correntes têm pesos líquidos diferentes. Ela se refere, especialmente, à separação de óleo, água, e gás de água produzida pela indústria petrolífera, mas também se refere à separação

Petição 870200026978, de 28/02/2020, pág. 9/12 de poluição orgânica e inorgânica, da mesma maneira, de águas residuais em geral, bem como de água potável, onde o peso líquido do material separado desejado pode ser levado a um peso líquido menor do que a fase líquida principal.

Em hidrocarbonetos (óleo/gás) provenientes de uma formação para uma planta de produção, também há água e partículas sólidas. A fase de . água, que é separada inicial mente na planta de processo, é chamada de água produzida, e é lançada ao mar. No entanto, ela contém um pouco de óleo de forma finamente dividida, e, por conseguinte, representa uma poluição para o 10 mar. Consequentemente, a água produzida deve ser purificada destes hidrocarbonetos antes de ser liberada.

A invenção também se refere à coalescência de pequenas gotas de líquido da mesma fase em uma corrente multifásica líquido-Iíquido em grandes gotas de fases diferentes.

A invenção também se refere à coalescência de bolhas de gás na faixa de micro a submícron em uma fase líquida em bolhas de gás maiores, onde estas foram acopladas como bolhas nesta faixa de submícron a micron, a poluição particulada e/ou hidrofóbica, e/ou oleofilica na fase líquida. Micron se refere a tamanhos de pm, e submícron se refere a tamanhos menores do 20 que Ipm.

A invenção também se refere à adição de um agente de sorção muito leve em um ciclone de flotação, de modo a colocá-lo em contato com a poluição na fase líquida, de modo que o peso líquido de poluição absorvida na fase líquida seja significativamente mais leve, de modo que a separação 25 aconteça significativamente mais fácil no ciclone de flotação.

Métodos conhecidos

Existem atualmente diversas variantes diferentes de hidrociclones para a separação de componentes do peso líquido diferente.

A característica mais comum é que o líquido multifásico é processado tangencialmente na câmara circular do ciclone, onde um cilindro aberto centralizado contribui para uma alta velocidade de rotação do liquido multifásíco. Forças centrífugas separam partículas ou líquido com maior densidade específica em direção à parede externa da câmara, enquanto líquido/gás mais leve é arrastado para o centro do cilindro,

E formado um vórtice sob o cilindro, onde as fases de peso líquido baixo são reunidas e puxadas para cima no cilindro, e as fases mais . pesadas seguem a parede externa e são processadas para fora através da saída no fundo do ciclone,

A fase leve, reunida em um vórtice sob o cilindro centralizado subirá pelo interior do cilindro e sairá através da saída como rejeito caso esta fase tiver que ser separada. Se, por exemplo, partículas ou líquidos com peso líquido maior do que o que deve ser mantido for contaminação (poluição), o rejeito permanecerá na saída do fundo do ciclone, e uma fase limpa subirá pelo cilindro centralizado na câmara de entrada do ciclone.

Separação adequada em correntes multifásicas como consequência da diferença no peso líquido, ASG (delta de peso específico) sob a influência de forças centrífugas é conhecida como sendo aproximadamente proporcional, logaritmicamente, ao tamanho de gota de uma das fases a ser separada. Quanto menor a ASG, maior o tamanho necessário da gota para separação igualmente eficiente. No caso oposto, com ASG grande nas diferentes fases em um corrente, partículas/gotas menores podem ser separadas com a mesma força centrífuga.

Por conseguinte, para flotação, são desejadas bolhas de ar/gás na faixa do submícron de modo a acoplá-las à poluição no líquido, de modo que a poluição possa alcançar um peso líquido baixo.

E conhecido que, pela saturação de ar/gás no líquido (água) sob pressão, o oxigênio/gás se expandirá com a redução da pressão corno bolhas de oxigênio/gás na faixa do submícron. Além disso, é conhecido que a água produzida na indústria petrolífera é processada a partir de reservatórios sob pressão relativamente alta. Durante a separação posterior de óleo/água/gás na superfície, a pressão é liberada nas diferentes etapas de separação antes do lançamento no mar ou re-injeção de água. É conhecido que as bolhas de gás, em seguida, serão liberadas com um tamanho de até poucos microns, e também bolhas de gás menores do que 1 micron. Sabe-se também que parte do óleo na água, que é mais difícil de separar, é da ordem de tamanho de 5 a . abaixo de 1 micron.

Sabe-se também que gás pode ser adicionado antes a um ciclone de flotação, bem como, ser reciclado em um ciclone de flotação para a purificação de óleo da água produzida.

É conhecido que os critérios de sucesso, para a separação eficiente em um ciclone de flotação onde bolhas de gás são acopladas à poluição de modo a alcançar a diferença de peso líquido, são dependentes do tamanho da bolha. Uma quantidade maior de bolhas menores tem uma chance melhor de se conectar com a poluição com o subsequente acoplamento. Bolhas pequenas são mais lentas para separar, e têm uma chance melhor de se encontrar com a poluição, caso o processo proveja tempo suficiente para isto.

Sabe-se que uma bolha de gás pode se ligar a uma gola de óleo por aderência, com uma ligação relativamente fraca à gota de óleo, ou pela gota de óleo encapsulando a bolha de gás, onde essa ligação é formi da ve Imente mais forte.

E conhecido que a aderência é o mais proeminente dos processos conhecidos de flotação, e que bolhas de gás, neste caso, removem gotas de óleo de seu próprio tamanho ou maiores.

E bem conhecido, também, que a utilização de flotação de micro bolhas em técnicas de flotação conhecidas significa a necessidade três vezes mais de um tempo de residência no tanque de flotação para que as bolhas acopladas à poluição tenham tempo para subir até a área de raspagem/sepa ração. Sabe-se também que um tamanho de bolha de 30-200 microns no ar/gás requer um tanque com uma superfície de 10m² e uma altura de mais de 2,6m por lOOmVt de água processada com técnicas de flotação regular. A razão para isto é evitar que uma corrente de curto-circuito de 5 ar/gás/poluição seja puxada para fora, para o lado de água limpa, no fundo do tanque de flotação.

Sabe-se também que têm sido feitas as, assim chamadas, soluções híbridas, onde princípios de flotação, formação de ciclone, e remoção de ar/gás foram combinados em uma unidade. Estas unidades têm 10 uma velocidade de fluxo típico ideal de 40 segundos. Água poluída misturada com gás é trazida tangencíalmente para um tanque cilíndrico. Um cilindro interno recobrindo 1/3 da altura total do tanque é colocado tipicamente no centro, correspondendo ao cilindro localízador de vórtice de um ciclone padrão, de modo a aumentar a velocidade de rotação do líquido. A velocidade 15 é, então, interrompida sob o cilindro e um vórtice é criado abaixo do cilindro interno. Material poluído com gás escoa ascendentemente para o cilindro interno e é levado embora, e água potável é levada para fora no fundo do tanque do cilindro.

Isso está descrito nos pedidos de patente US 6.749.757 B2, e 20 WO 2005/079.946 Al, entre outros.

Indústrias de óleo e gás criam grandes emissões de água produzida que requerem limpeza. Emissões ocorrem quando 30-80% de água misturada com óleo/gás são produzidos dos reservatórios. Água/óleo/gás são separados nos campos, e a fração de água que não é injetada no reservatório é 25 liberada para o receptor depois de passar por processos de limpeza diferentes para reduzir o teor de hidrocarbonetos. É típico, para um campo, duas correntes de água. Uma corrente de água limpa do separador pressurizado tem, tipicamente, um volume de 10.000-100.OOOrn³ de água por dia, dependendo do tamanho do campo. Esta primeira etapa de separação pode reduzir o teor de óleo para até 10-40mg/l. O tamanho da gota da fração de óleo remanescente que a tecnologia atual não captura é, tipicamente, a porção abaixo de 5-10 microns.

Na segunda e terceira etapas de separador da separação de óleo/gás/água, são gerados, tipicamente, de 1.000-5.OOOm³ de água poluída por dia em um campo em mar aberto. Essa água, chamada de corrente de água suja, tipicamente, tem um teor de óleo variando de I00-1.500mg/l. Esta . é geralmente limpa usando-se (lotação ou filtros de coalescência e flotação. Tecnologias conhecidas não extrairão gotas de óleo menor do que 5-10 microns e, portanto, as emissões variarão de 10-40mg de hidrocarbonetos de óleo/1.

As tecnologias conhecidas utilizadas para a limpeza compreendem o seguinte:

- Ciclones onde o óleo é separado mecanicamente da água.

- Alimentação combinada de condensado sob pressão para atualizar o tamanho da gota de óleo com a subsequente separação em um ciclone.

- Células de flotação, onde o óleo é flotado usando-se flotação de gás (hidrocarbonetos muito leves, os, assim chamados, gases combustíveis, ou nitrogênio, como o veículo de flotação).

- Remoção por flotação/ciclone/gás combinados onde a flotação ocorre em um tanque cilíndrico vertical reto com alimentação tangencial de líquido, e onde uma placa rompedora de vórtice é montada no fundo do tanque reto com um fundo e topo arredondados.

- Coalescência de gotas de óleo em uma corrente de líquido usando meios ou placas inseridas na corrente de líquido.

Adsorção em filtros de meios preparados.

Todos os processos conhecidos podem usar floculantes ou agentes de extração para aumentar o efeito dos processos.

A limitação dos métodos conhecidos deve-se ao fato deles não serem bem adequados para o tratamento dos grandes volumes de águas residuais gerados, quando se trata de remover gotas de óleo menores do que 5-10 microns. Esta é, por exemplo, uma das principais razões pelas quais a 5 emissão média de óleo em água produzida pela indústria de óleo e gás, hoje em dia, é de aproximadamente 16mg/l, no mar do Norte.

E um objetivo da presente invenção produzir um dispositivo . novo e melhorado, colocado em uma corrente de água de processo continua em um ciclone de flotação de separação multifásico que, quando da liberação 10 de gás causada pela queda de pressão na entrada do ciclone de flotação ou através de gás de alimentação, micro bolha de gás ou liquido saturado de pressão de gás, tome possível a separação de óleo/água/partículas/gás, com um tamanho de gota/partícula/bolha também menor do que 5-10 microns, sem que esta alimentação de micro bolhas de gás, exija mais tempo de 15 permanência na câmara de separação para separação eficiente.

Além disso, é um objetivo da presente invenção produzir um método novo e aperfeiçoado para a separação de hidrocarbonetos de óleo de água e, especial mente, gotas de óleo menor do que 5-10 microns, em um ciclone de flotação compacto utilizando uma alimentação de, ou a presença de 20 líquido saturado de gás e micro bolhas de gás na corrente de água de processo na frente do dispositivo.

Além disso, é um objetivo da presente invenção produzir um método novo e aperfeiçoado para separar óleo de água de acordo com os objetivos acima mencionados, também, pela combinação do uso do 25 dispositivo no qual a água de processo é processada com água saturada de gás e micro bolhas de gás sozinha, ou onde, adicionalmente, um floculante e/ou agente de extração finamente disperso é utilizado e/ou um agente de sorção leve e pulverizado é adicionado para aumentar a diferença de peso líquido de poluição absorvível e fase de água e, desse modo, aumentar o grau de purificação no ciclone de flotação.

E um objetivo da presente invenção produzir usos para a separação de poluição orgânica e/ou inorgânica cm uma corrente contínua de liquido.

O dispositivo, os métodos e os usos, de acordo com a presente invenção, são caracterizados pelos aspectos evidentes das características das reivindicações independentes a seguir.

Outras características da presente invenção são indicadas nas reivindicações dependentes.

A presente invenção revela um dispositivo que toma possível separar hidrocarbonetos de óleo, inclusive com um tamanho de gota abaixo de 5-10 microns, de água, onde há gás na fase liquida, ou onde a infusão de micro bolhas de gás ou água saturada com pressão de gás em uma corrente contínua de líquido pode ser adicionada com mistura vigorosa,

De acordo com a presente invenção, foi produzido um dispositivo que toma possível separar hidrocarbonetos de óleo, inclusive com um tamanho de gota abaixo de 5-10 microns, sem que isto resulte nas mencionadas bolhas e gotas de óleo pequenas que exigem um maior tempo de residência em um ciclone ou em um ciclone de flotação, de modo a serem 20 separadas de hidrocarbonetos de óleo.

Além disso, foi produzido um dispositivo de separação de fase que usa a força centrífuga para aumentar o tamanho da bolha e gota de gotas de óleo e gás livre, de modo que o óleo/gás, quando a mistura deixa a câmara de separação, tradicional em ciclones ou tanques de flotação seja coalescida e 25 separada como grandes gotas/bolhas que podem ser separadas em um novo ciclone de flotação conectado em série, sem a exigência conhecida de mais tempo de residência para separação de micro bolhas/gotas por flotação de micro bolhas regular.

Foi produzido um dispositivo para aumentar o tamanho da bolha, gota e gás em uma corrente de água de processo multifásica, bem como, para melhor separação das fases para uso como rompedor de vórtice combinado e formar um segundo vórtice super poderoso em um ciclone ou um ciclone de flotação/tanque de flotaçào, de modo a melhorar, particularmente, a separação de gotas/bolhas/partí cuias na faixa do submícron na água de processo.

Foi produzido um dispositivo para aumentar o tamanho da . bolha, gota e gás em uma corrente de água de processo multifásica, bem como, para separação melhorada das fases, para ser usado como uma segunda etapa de tratamento imediatamente integrada em um ciclone/tanque de flotaçào para melhorar, particularmente, a separação gotas de óleo/bolhas/partículas na faixa do submícron na água de processo que, de outra maneira, seriam arrastadas durante a etapa de separação devido ao seu estado de mícron/submícron.

A presente invenção caracteriza-se por colocar o dispositivo em um ciclone de flotação/tanque de flotaçào com entrada tangencial, localizador de vórtice, e saída para corrente de rejeito e corrente principal, através do qual a corrente principal é processada a uma velocidade apropriada para provocar separação multifásica como consequência da atração gravitacional sobre as fases de peso líquido diferente.

A invenção é caracterizada, adicionalmente, pelo processamento de líquido poluído com fases de gás/poluição com pesos líquidos diferentes através de ciclone de flotação/tanque de flotaçào onde a porção principal das fases coalesce e algumas micro bolhas de gás encapsuladas por óleo e óleo coalescido/outra poluição são levadas para a saída em um ciclone de flotaçào tradicional ou flotaçào, onde o dispositivo colocado em uma parte de saída cônica da câmara principal no ciclone de flotação/tanque de flotaçào forma um segundo vórtice super forte, que puxa para dentro gás residual/gotas que, de outra maneira, seguiríam a corrente de saída como poluição não purificada.

A presente invenção é caracterizada, adicional mente, pelo fato de o dispositivo colocado na saída do ciclone de flotação/tanque de flotaçào manter a coluna de vórtice super forte uniformemenle para liberar grandes 5 bolhas de gás/óleo/matéria leve pulsando quando bolhas/gotas de óleo/matéria leve na faixa do submícron, provenientes da corrente de líquido, são arrastadas para a coluna de vórtice saturado e, desse modo, supersaturando a . coluna de vórtice uniforme, após o que esta libera bolhas grandes e frações coalescidas/aglomeradas grandes na saída do cone.

A presente invenção é caracterizada, adicionalmente, pela opção de usar o dispositivo em combinação com o uso de adição de fluidos de extração leves, agente de sorção leve pulverizado, ou floculantes.

De acordo com um modo de realização preferido da presente invenção, um rompedor de vórtice indutor de separação e coalescência é 15 colocado no interior de um ciclone de flotação/tanque de flotaçào cônico, contribuindo para uma etapa de separação adicional na faixa de submícron a micron. O rompedor de vórtice é uma placa redonda centralizada no cone, e funciona como um rompedor de vórtice comum, e estabiliza uma coluna de vórtice tradicional em relação a um localizador de vórtice, enquanto 20 simultaneamente, fora da placa, libera fase líquida para a saída. Ao mesmo tempo, a placa bloqueia o segundo vórtice formado abaixo do rompedor, na continuação do cone, de modo que uma coluna de vórtice de gás saturado seja formada, a qual não migra ascendentemente pelo ciclone além do rompedor.

Em um modo de realização preferido da presente invenção, a 25 placa redonda é colocada a uma distância adequada da saida do cone, de modo que um vórtice uniforme se forme sob o rompedor, e após saturação de gás/óleo se situe na parte de baixo do rompedor de vórtice como um cone uniforme de gás/óleo onde a água gira a grande velocidade além do cone de vórtice.

Em um modo de realização preferido da presente invenção, ο giro de água é acelerado descendentemente no cone, e a distância do cone para o rompedor de vórtice é de modo que a velocidade de rotação/velocidade de movimentação descendente no cone impeça que o segundo vórtice de gás 5 escape além do rompedor de vórtice, para cima, no tanque.

Em um modo de realização preferido da presente invenção, a • distância do rompedor de vórtice para a saída do cone é grande o suficiente . para que um vórtice constante de gás/líquído leve/matéria leve se forme sob o rompedor de vórtice, de modo que isto acelere significativamente o girar da 10 água entre o lado de baixo do rompedor de vórtice e a saída de cone, de modo que o vórtice, como uma consequência de uma alimentação constante de bolhas de gás leves na faixa do submícron/óleo/matéria leve, seja saturado em um cone de gás uniforme com poluição leve/óleo coalescido, onde o óleo é reunido, principalmente, no fundo do cone de gás.

A presente invenção é caracterizada, adicionalmente, pela possibilidade da colocação do dispositivo em um ciclone de flotação fechado e com pressão manométrica aplicada que modo que, em forma de pulsação, purgue rejeito e gás/ar, de modo que o segundo vórtice saturado libere, assim, ponto por ponto, grandes gotas coalescidas em uma corrente uniforme por 20 supersaturação como uma consequência de pequenas variações de pressão no tanque provocadas pela purga pulsada do rejeito.

A presente invenção é caracterizada pela opção de usar um floculante e/ou um agente de sorção leve adicionado antes, depois ou no ciclone de flotação, onde o dispositivo, de acordo com a invenção, é 25 integrado.

A presente invenção é produzida para ser usada em um ciclone, um ciclone/tanque de flotação, onde separação de fases tradicional com pesos líquidos diferentes ocorre sobre o rompedor de vórtice, por meio do qual a invenção é usada como uma segunda etapa de separação, onde matéria separada nesta etapa pode ser enviada para uma nova separação, um ciclone, um ciclone de flotação/tanque, para facilitar a separação, ou para uma câmara de separação integrada separada.

A presente invenção também pode ser produzida para ser usada em um ciclone ou tanque de flotação cilíndrico tradicional, com uma entrada tangencial, onde o rompedor de vórtice é colocado sobre uma saída cônica, de modo que, giro como descrito, seja induzido, e de modo que uma coluna de gás saturado com as características descritas suija sob o rompedor de vórtice.

Vantagens da presente invenção

A presente invenção se distingue dos processos/invenções existentes por um separador de vórtice em um tanque de flotação/ciclone de flotação/ciclone, com uma saída cônica, pela colocação de um separador de vórtice a uma distância suficiente da saída de modo a produzir um segundo vórtice abaixo do rompedor, onde gás e/ou líquido multifásico com peso líquido diferente, ou outro líquido facilmente absorvido/extraído na fase fluida processada forma uma coluna uniforme de vórtice muito poderoso de fase de gás e/ou de líquido leve, e/ou agente de sorção em uma coluna de vórtice saturado. Esta coluna é saturada pela coalescência de gás particulado/óleo/agente de extração/agente de sorção, na faixa de submícron a micron, que normalmente escaparia do tanque em sua forma original.

A invenção se distingue, adicionalmente, de tecnologias conhecidas pela surpreendente descoberta de que o vórtice cônico saturado capturado sob o rompedor de vórtice libera, periodicamente, grandes bolhas de gás e/ou grandes gotas de óleo/agentes de extração/agentes de sorção coagulados que, em uma etapa de separação seguinte, são facilmente removidos. Esta liberação decorre de supersaturação de gás no segundo vórtice e/ou pressão manométrica de pulsação no ciclone de flotação provocada pela purga pulsada de poluição de rejeito/gás.

A presente invenção se distingue dos processos/invençoes existentes, tomando possível o uso de água saturada de pressão de gás e injeção de micro bolha em correntes de água de processo para conseguir separação de fases melhorada entre fases diferentes em corrente de líquido sem que isto resulte em tempo de residência no equipamento de separação, e sem que as dimensões do equipamento de separação tenham que ser aumentadas como consequência de bolhas na faixa do submícron a micro que • necessitam maior volume de separação na câmara de separação.

A presente invenção se distingue de invenções existentes pelo fato de água/gás/óleo muito mais finamente dispersos serem separados sob o próprio rompedor de vórtice em um segundo vórtice em um hidrociclone/ciclone de flotação ou em um tanque de flotação em grandes gotas/conglomerados coalescidos, que são facilmente separados em uma câmara de separação integrada ou em uma nova etapa de separação.

A presente invenção se distingue dos processos/invenções existentes pelo fato de gás, naturalmente presente em um corrente de líquido pressurizado pelo alívio de pressão, poder ser removido pela separação de bolhas de gás de 5-10 microns e também com menos de I micron, em uma gravidade extrema aplicada pelo segundo vórtice em um rompedor de vórtice em uma saída cônica de um ciclone de flotação pressurizado, e pelo fato de uma destas remoções também conseguir a remoção significativamente melhor de gotas de óleo do mesmo tamanho.

O dispositivo de acordo com a invenção é explicado em mais detalhes na descrição a seguir com referência às figuras correspondentes:

A Figura 1 mostra o dispositivo colocado em um ciclone de flotação fechado onde (1) Entrada tangencial de água de processo (misturada alternativamente com floculante ou hidrocolóide).

(2) Injeção água saturada de gás de pressão/micro bolha de gás/matéria de sorção leve.

(3) Ejetor para gás de reciclagem/aceleração de giro no ciclone.

(4) Bolsa de gás contida acima do localizador de vórtice.

(5) Rejeito de óleo/gás.

(6) Válvula de rejeito para obtenção de pressão manométrica no tanque.

(7) Localizador de vórtice tradicional.

(8) Placa rompedora de vórtice.

(9) Tanque de ciclone de flotação de forma cônica.

(10) Primeiro vórtice tradicional entre o localizador de vórtice e o rompedor de vórtice.

(11) Segundo vórtice saturado abaixo do rompedor de vórtice.

(12) Liberação [/emissão] de grandes bolhas de gás/gotas de 15 óleo coalescidas provenientes do segundo vórtice na saída do ciclone de flotação.

A Figura 1 mostra um dispositivo, de acordo com a presente invenção, para a execução do método de acordo com a invenção. O dispositivo compreende um tanque de tratamento 9 (Ianque de ciclone de 20 flotação) com uma parte basal formada conicamente 20 (como uma cometa), e uma parte superior do tanque formada cilindricamente 22, bem como, uma parte superior de topo 24 que pode ser em forma de domo. Este é apenas um exemplo de uma forma. Na ponta inferior da seção cônica 20 há uma saída 26 onde um tubo de desvio 28 é montado.

Na parte superior e no meio do tanque 9 é colocado um localizador de vórtice comum 7, que é um corpo cilíndrico para influenciar as correntes e a separação, no tanque 9, de maneira favorável.

Na metade superior do tanque 9 é localizado um tubo 1 para adições, arranjado de forma tangential, para entrada tangential dos fluídos a serem tratados. A partir do topo do localizador de vórtice 7 é arranjado um tubo 5A que se estende para cima e para fora através da parte superior de topo 24. Este tubo continua como o tubo 5B, onde uma válvula é montada para regular a saída de óleo/gás, como ficará evidente a seguir.

Além do tubo de saída 5, um segundo tubo 55 corre para fora do topo da parte de topo 24, e é acoplado ao tubo de entrada 1. Este tubo 55 também compreende uma válvula 56 usada para regular correntes de uma bolsa de gás 4, localizada acima do localizador de vórtice 7 quando o dispositivo está em uso. Um ejetor 3 acoplado ao tubo 55 é usado para 10 reciclar gás da bolsa 4.

A Figura 1 mostra, mais detalhadamente, para o processo executado pela presente invenção, como água com gás contendo óleo ou com gás/agente de sorção/floculante/agente de extração adicionado, é conduzida tangencialmente para um ciclone de flotação fechado tradicional (1), onde 15 gás, com o auxílio de um ejetor (3), é reciclado a partir da bolsa de gás (4), que é mantida acima do localizador de vórtice (7), contribuindo para maior giro e coalescência de gotas/bolhas menores, bem como, para a remoção de óleo/gás, ascendentemente no tanque. A bolsa de gás (4) acima do localizador de vórtice (7) é mantida com uma pressão manométríca tipicamente menor do 20 que lOOkPa por ter o tubo de rejeito submetido à contrapressão acima da válvula (6), e, desse modo, óleo que flutuou até o nível superior de líquido pelo topo do localizador de vórtice (7) é expelido para fora do tubo de rejeito como uma consequência da pressão manométríca, e quando o tubo de rejeito (5) receber gás, a pressão manométríca cairá um pouco, de modo que o nível 25 de óleo/nível do líquido atinge novamente nível acima da entrada do tubo de rejeito. O ciclo é repetido continuamente, e desta maneira óleo separado é esvaziado por pulsação do tanque através do tubo de rejeito (5). O ejetor (3) que recicla gás para remoção de gotas de óleo/pequenas bolhas de gás, principalmente na parte superior do ciclone de flotação, também funciona como um gatilho para a liberação de bolhas de gás menores/bolhas na faixa do submícron com a pressão sendo liberada sobre o mesmo. A ΔΡ sobre o ejetor (3) pode ser, tipicamente, de 50kPa, mas também um diferencial de pressão de até 1.500kPa pode ser carregado no ejetor (3), e isto libera uma 5 grande fração de bolhas de gás muito pequenas que não são removidas em um curto tempo residência no ciclone de flotação de forma cônica (9), onde o tempo de residência típica do líquido fica entre 25-60 segundos. Além disso, o ejetor (3), com a sua função de construção proverá velocidade extra para a água que é trazida tangencial mente para o ciclone de flotação, de modo que a 10 velocidade do giro seja maior ao redor de um localizador de vórtice tradicional (7). A velocidade do giro é ainda maior para baixo no ciclone de flotação como uma consequência da forma cônica do tanque (9). Uma coluna de vórtice de gás e líquido leve/partícuias leves é arrastada para o centro do tanque de ciclone (9) e para na placa rompedora de vórtice (8) e, desse modo, 15 um número de vórtice 1 é formado entre o rompedor de vórtice (8) e o localizador de vórtice (7). Neste, óleo, bolhas de gás e partículas leves são levadas para cima pelo tanque através do localizador de vórtice (7) para a superfície de líquido contra a bolsa de gás (4) onde componentes separados são levados para rejeição (5). Sob a placa rompedora de vórtice (8) há giro 20 acelerado forte como consequência da forma cônica da saída do ciclone e do tanque de ciclone (9). Este giro, combinado com uma pressão negativa que se forma sob a placa rompedora de vórtice (8) como resultado da energia cinética do líquido fora da saída do tanque de ciclone, resulta nas gotas de óleo e bolhas de gás muito pequenas e difíceis de separar, separando e 25 formando um cone de gás uniforme (11) com óleo coalescido no fundo, sob a placa rompedora de vórtice (8). Pela saturação deste cone de gás com óleo coalescido (11), este libera grandes gotas de óleo/bolhas de gás coalescidas (12) para fora através da saída do ciclone de flotação, e estas são facilmente separadas em uma nova etapa de separação. Essa liberação também é reforçada pela pressão manométrica pulsando no tanque, como resultado da emissão de rejeito de pulsação através de (5) sobre (6).

Teste 1:

5.000 I de água foram misturados com óleo bruto a 240mg/L A mistura foi executada em uma bomba de mistura de cisalhamento do tipo bomba multífásica EDUR EB4u sem mistura em gás. Medições do tamanho de partícula das gotas de óleo mostraram que 24 ppm de óleo bruto misturados tinham um tamanho de partícula abaixo de 5 microns.

Foi feita uma tentativa de remover o óleo usando-se uma injeção de bolhas de ar na frente de um ciclone/tanque de flotação cilíndrico compacto com uma injeção de bolhas de gás adicionada em um misturador de injeção padrão. O tanque tinha um localizador de vórtice cilíndrico e uma placa rompedora de vórtice colocada 8cm sobre o fundo curvo com saída no centro da curva. O tamanho típico da bolha de gás foi de 50-150 microns. Ela foi processada com água de poluída por óleo com uma taxa de entrada de 1,6m7t.

Até 45ppm de hidrocarbonetos de óleo foram removidos da água purificada. 20 ppm da poluição residual medida tinham um tamanho de gota abaixo de 10 microns. O teste utilizou um ciclone/tanque de flotação compacto, com tempo de residência para a corrente de água de processo de 40 segundos.

Teste 2:

O tanque do teste 1 foi, então, aberto e um cone frouxo proveniente do fondo do localizador de vórtice foi colocado contra a saída do tanque, de modo que o tanque de tratamento real ficou com a aparência como mostrada na Figura 1. O volume reduzido resultou em uma redução do tempo de residência para 22 segundos, mas o líquido recebeu um giro poderosamente acelerado. A mesma água poluída foi processada, com o resultado de apenas 12ppm de óleo chegando ao fim. O tamanho da gota do que passou foi de várias centenas de microns, e apenas l-2ppm tinham um tamanho de gota abaixo de 10 microns. Os testes foram executados em tanques de Plexiglas e com tubulação de Plexiglas. Foi observado que a água estava livre de pequenas bolhas de gás, após a saída, quando o segundo vórtice abaixo da placa rompedora vórtice se 5 estabilizou. Além disso, foi observado que o cone de vórtice uniforme sob a placa rompedora de vórtice liberou gotas grandes de gás/óleo que pareceram pérolas em um colar no tubo de saída. O teste mostrou claramente que as pequenas gotas que passaram sem ser purificadas no teste estavam agora coalescidas na coluna de vórtice e foram liberadas como grandes gotas, e que a 10 mesma coisa aconteceu com as gotas menores.

Teste 3:

A configuração do teste 2 foi usada, só que, desta vez, um tanque adicional foi conectado ao primeiro tanque, em série. Isso foi feito para possibilitar a separação de grandes gotas coalescidas detectadas na saída 15 do tanque 1 no teste 2.

O resultado foi que agora, depois de tanque 2, havia apenas 12ppm de óleo na água de descarga. Todo o óleo na descarga tinha um tamanho de partícula abaixo de 1 micron. O teste mostrou que o dispositivo utilizado em um ciclone de flotação coalesce gotas de óleo menores do que 1 micron, de 20 modo que estas possam ser separadas em uma etapa de purificação 2. Estas gotas de óleo pequenas não podem ser separadas utilizando-se a tecnologia conhecida. Teste 4:

A configuração do teste 3 foi utilizada, com a diferença que, desta vez, um pó de turfa ativado por calor foi adicionado entre os tanques 1 e 25 2 como um agente de sorção. Isto foi tentado para adicionado tanto úmido, como lama, quanto seco, como pó. Em ambos os casos, 3ppm de turfa ativada por calor foram adicionados, que foram completamente removidos no ciclone de flotação 2. Em ambos os casos, o teor de óleo na água de descarga ficou abaixo do limite de detecção para a análise de 0,3ppm.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo para a separação das fases de fluido em uma corrente de multifases, que compreende:

- um tanque de tratamento (9) com uma parte inferior de formato cônico (20), uma parte de tanque superior em formato de cilindro (22) e uma parte de topo superior (24);

- um tubo superior tangencialmente disposto na metade superior do tanque (9);

- uma saída (26) na ponta inferior da seção cônica (20); e

- um localizador de vórtice cilíndrico (7) localizado na parte superior e no meio do tanque (9);

caracterizado por um rompedor de vórtice em forma de placa circular (8)disposto na parte inferior de formato cônico (20), formando um primeiro vórtice (10) entre o rompedor de vórtice (7) e a superfície de topo do rompedor de vórtice (7) e simultaneamente um segundo vórtice (11) abaixo do rompedor de vórtice (7) na saída cônica; e a partir do topo do rompedor de vórtice (7), um tubo (5A) é disposto, que se estende para cima e para fora através da parte superior de topo (24) do tanque (9), em que uma válvula (6) é montada, entre o tubo (5A) e um tubo de rejeito (5B), para regular a saída de óleo / gás pela manutenção de uma pressão manométrica no tanque (9) pela sujeição do tubo de rejeito (5B) à contrapressão acima da válvula (6).
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de vários tanques de separação serem conectados em série ou conectados em paralelo.
3. Método para a separação de fases e coalescência de hidrocarbonetos de óleo e/ou bolhas de gás e/ou partículas leves em uma corrente de água contínua por meio de um dispositivo conforme definido na

Petição 870200026978, de 28/02/2020, pág. 10/12 reivindicação 1 caracterizado por compreender:

a) injetar uma água contendo com gás óleo ou com gás/agente de sorção/floculante/agente de extração adicionado tangencialmente no tanque (9);

b) permitir a formação de um primeiro vórtice (10) formado entre um rompedor de vórtice (8) e um localizador de vórtice (7) e um segundo vórtice (11) abaixo do rompedor de vórtice (8);

c) manter uma bolsa de gás (4) na parte superior (24) acima do localizador de vórtice (7) com uma pressão manométrica inferior a 1 bar por meio de uma válvula (6) no tubo de rejeição (5b) e pela sujeição do tubod e rejeito (5B) a contrapressão acima da válvula (6);

d) soprar o óleo flotado no nível de líquido superior pelo localizador de vórtice superior (7) para fora do tubo de rejeito (5B) até o tubo (5A) sugar gás e reduzir a pressão manométrica para manter a pressão manométrica abaixo de 1 bar;

e) permitir que o nível de óleo / líquido alcance acima da entrada do tubo (5A) novamente; e

f) repetir as etapas (d) e (e) para alcançar uma liberação de óleo pulsante e uma pressão manométrica pulsante.
4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de vários tanques de separação serem conectados em série ou conectados em paralelo.
5. Uso de um dispositivo conforme definido na reivindicação 1 para a separação de uma fase líquido-líquido e/ou de uma fase líquido/gás, com ou sem material orgânico e/ou inorgânico particulado, caracterizado pelo fato de a fase ou material particulado ser mais leve do que, pelo menos uma das fases em uma corrente de líquido contínua.