MX2011001141A

MX2011001141A - Metodo y sistema para inversion de fases usando un mezclador/aglutinador estatico.

Info

Publication number: MX2011001141A
Application number: MX2011001141A
Authority: MX
Inventors: Ansor Gaebler; Sveb Glueer
Original assignee: Sulzer Chemtech Ag
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2011-04-21
Also published as: BRPI0916198B1; ZA201100745B; KR20110042295A; JP2011529384A; CN102112192A; US9452371B2; EP2307117B1; EP2307117A1; CA2732430C; CN102112192B; CA2732430A1; BRPI0916198A2; WO2010012516A1; RU2501591C2; JP2015027675A; US20110152386A1; RU2011102783A; MX339522B

Abstract

Se describe un método y un sistema para inversión de fase de una dispersión, la dispersión comprende un primer fluido, el primer fluido forma una fase dispersa y un segundo fluido, el segundo fluido forma una fase continua. La dispersión se suministra en un dispositivo de suministro de fluido a un medio de inversión de fases. De esta manera el primer fluido es transformado de la fase dispersa a la fase continua y el segundo fluido es transformado de la fase continua a la fase clispersa. El medio de inversión de fases comprende un elemento que proporciona una superficie en contacto con el fluido para coalescencia en una dirección de flujo.

Description

METODO Y SISTEMA PARA INVERSION DE FASES USANDO UN MEZCLADOR/AGLUTINADOR ESTATICO DESCRIPCION DE LA INVENCION La invención se relaciona con un método para inversión de fases en particular para dispersiones y un sistema para llevar a cabo el método. Bajo dispersión, una mezcla de fluidos inmiscibles se diseña, que comprende un primer fluido, el primer fluido forma una fase dispersa y un segundo fluido, el segundo fluido forma una fase continúa. Bajo inversión de fases se pretende una etapa de procedimiento en la cual el primer fluido es transformado de la fase dispersa a la fase continua o en una combinación de una fase continua y una fase dispersa, y el segundo fluido se transforma de la fase continua a la fase dispersa o en una combinación de una fase continua y una fase dispersa. Un posible campo de uso de dicho método y sistema de inversión de fases es la separación de petróleo y agua.

En el documento WO 2005/005776 se describe que se utiliza la inversión de fases para mejorar la separación de petróleo y agua en relación con la extracción del fluido de formaciones debajo de la superficie de la tierra o del lecho marino. En la mayor parte de los casos el petróleo constituye la fase continua, la cual contiene gotas de agua. Estas gotas de agua constituyen la fase dispersa. Este método de la técnica anterior incluye las etapas de transportar el fluido en un tubo de suministro o tubo de transporte a un separador, el cual está en forma de un cuerpo separador tubular o un tanque de gravitación. El fluido corriente arriba del separador se somete a fuerzas de cizallamiento de manera que las gotas en el flujo de suministro se hace girar para formar gotas que son tan pequeñas que el límite generalmente se vuelve nuevo y "no contaminado" por tensioactivos. El límite nuevo generado por desgarre de las gotas es muy inestable y las gotas inician un procedimiento de coalescencia o aglutinación intenso y fuerte, lo que genera una inversión de fases en cierta etapa en el tubo corriente abajo de la fuerza de cizallamiento que genera la válvula. Las gotitas de agua forman la fase continua como un resultado del procedimiento de coalescencia, mientras que el petróleo adquiere el papel de la fase dispersa, denominada comúnmente también como una dispersión de petróleo en agua. Tal inversión de fases es ventajosa dado que una solución de petróleo en agua en general forma una dispersión mucho menos estable en comparación con una dispersión de agua en petróleo, o en otras palabras, una dispersión en la cual el agua forma la fase dispersa y el petróleo forma la fase continua. Por lo tanto, generalmente se sabe que la separación de petróleo y agua es mucho más fácil si el petróleo es la fase dispersa y el agua es la fase continua. En particular para petróleos de una gran viscosidad es extremadamente difícil separar gotas de agua de la fase de petróleo.

Se ha observado que el tamaño de gotas se somete a grandes variaciones cuando se utiliza el procedimiento de acuerdo con la técnica anterior, debido al hecho de que se utiliza una válvula para introducir fuerzas de cizallamiento locales grandes en la dispersión. Estas fuerzas de cizallamiento locales grandes ayudarían a destruir la superficie estable de las gotas con el fin de superar la tensión superficial responsable de la estabilidad de la gota de agua en la fase de petróleo. Cuando pasa la válvula, las gotas de la dispersión se someten a fuerzas de cizallamiento de manera que se rompen para formar gotas pequeñas, que tienen un límite al cual generalmente se vuelve nuevo y no contaminado por tensioactivos. Tal tensioactivo en general se considera como un medio para estabilizar las gotas. Esta estabilización lleva en consecuencia a una dispersión más estable, volviendo la separación subsecuente de la misma difícil, si no imposible. De acuerdo con la técnica anterior, se aplican fuerzas de cizallamiento a las gotas. El límite incluye los tensioactivos que se someten a estas fuerzas de cizallamiento. En consecuencia, los tensioactivos son eliminados por cizallamiento del límite. El límite de las gotas que carecen de estos tensioactivos debe coalescer o aglutinarse con mayor rapidez, y por lo tanto se promueve la inversión de fases. No obstante, el inicio de la inversión de fase y su progreso no se puede controlar de manera precisa. Esto significa, que no se puede predecir cuándo y en donde se producirá la inversión de fases corriente abajo de la válvula. El punto de inicio de la inversión de fase y la relación volumétrica de la fase acuosa respecto a la fase de petróleo se someten a variaciones considerables. El punto de inicio de la inversión de fases no se puede determinar ni localizar con precisión para el establecimiento del tamaño de un equipo de planta de inversión de fases. Además, las variaciones observadas en la relación volumétrica de la fase acuosa respecto a la fase de petróleo tiene la consecuencia de que grandes cantidades de agua que pueden haber sido agregadas a la dispersión con el fin de obtener una inversión en fase corriente abajo de la válvula. Esta fracción acuosa de acuerdo con los resultados experimentales disponibles actualmente resulta con un equipo como se describe en la técnica anterior y bien puede encontrarse entre 40 y 50% cuando se utiliza una válvula.

Un objetivo de la invención es proporcionar un método y un sistema para una inversión de fases para la separación de un primer fluido, que forma la fase dispersa y un segundo fluido, que forma la fase continua, en particular el primer fluido es agua y el segundo fluido es petróleo, por lo que el inicio de la inversión de fase es más predecible. Un objetivo adicional de la invención es permitir que se produzca la inversión de fases en una relación volumétrica menor del primer fluido que forma la fase dispersa.

El problema relacionado con la técnica anterior se resuelve por un método para inversión de fases de una dispersión que comprende un primer fluido, el primer fluido forma una fase dispersa y un segundo fluido, el segundo fluido forma una fase continua, que comprende las etapas de suministrar la dispersión en un dispositivo de suministro de fluido a un medio de inversión de fases de manera que el primer fluido es transformado desde la fase dispersa a la fase continua y el segundo fluido es transformado de la fase continua a la fase dispersa por lo que las gotas en el primer fluido coalescen o aglutinan en una dirección de flujo en un elemento que proporciona una superficie de contacto de fluido. La superficie de contacto de fluido tiene un área superficial específica la cual es de por lo menos 400 m2/m3. El primer fluido y el segundo fluido preferiblemente se mezclan en un dispositivo de mezclado estático.

Este método se lleva a cabo en un sistema para inversión de fases de una dispersión de fluidos inmiscibles que comprende un primer fluido, el primer fluido forma una fase dispersa y un segundo fluido, el segundo fluido forma una fase continua, que comprende un dispositivo de suministro de fluido para suministrar el primer fluido y el segundo fluido a un medio de inversión de fases, de manera que el primer fluido es transformable desde la fase dispersa a la fase continua y el segundo fluido es transformable de la fase continua a la fase dispersa. El medio de inversión de fases comprende un elemento que proporciona una superficie de contacto de fluido para coalescencia en una dirección de flujo. La superficie de contacto de fluido tiene un área superficial específica la cual es mayor de 400 m2/m3. En particular, la superficie de contacto de fluido puede tener un área de superficie específica mayor de 750 m2/m3, preferiblemente mayor de 1000 m2/m3. El área superficial específica se define como el área superficial de la superficie en contacto con el fluido dividida entre el volumen del canal de fluido, en el cual se encuentra incrustada la superficie en contacto con el fluido. El elemento puede comprender un dispositivo de mezclado estático para mezclar el primer fluido con el segundo fluido. El área superficial del dispositivo de mezclado estático es la suma de las áreas superficiales de las superficies en contacto con el fluido que forman el dispositivo de mezclado estático y también el área de superficie en contacto con el fluido del canal de fluido.

La superficie en contacto con el fluido del elemento preferiblemente se configura de manera tal que se promueve la coalescencia del primer fluido que forma la fase dispersa. Debido a su forma, el elemento introduce únicamente fuerza de cizallamiento pequeñas que permiten que las gotas del primer fluido que forman la fase dispersa permanezcan estables.

Al mantener las fuerzas de cizallamiento por debajo de este límite superior, se puede evitar la generación de gotitas más pequeñas. Sorprendentemente, estas fuerzas de cizallamiento pequeñas no solo son demasiado pequeñas para dividir gotas en gotitas más pequeñas, en realidad promueven la coalescencia. De esta manera se considera que la coalescencia es el impulsor principal para la inversión de fases.

El uso de un dispositivo de mezclado estático proporciona una superficie grande para la dispersión para el mezclado y proporciona una gran cantidad de ubicaciones para la promoción de coalescencia de las gotas. De esta manera se obtienen las siguientes ventajas: La fracción de volumen crítica del primer fluido que lleva a una inversión de fase se desplaza a valores más bajos. De esta manera, la inversión de fase se puede obtener con fracciones de volumen menores en comparación con la técnica anterior. En particular para una aplicación de separación de agua de petróleo crudo, normalmente se prefiere utilizar la dispersión como se obtiene del pozo o del lecho marino. Cualquier adición de agua resulta en corrientes de proceso más grandes y por lo tanto se requieren bombas más grandes, tanques, etc., por lo que se incrementan los costos del sistema sustancialmente. De esta manera, el sistema de la invención potencialmente ahorra energía y costos de material.

Se considera que mediante el uso de un dispositivo de mezclado estático, se introducen fuerzas de cizallamiento en el primero y segundo fluidos. Debido al hecho de que el mezclado se realiza en un dispositivo de mezclado estático que tiene cierto diámetro hidráulico y cierta longitud de mezclador, las fuerzas de cizallamiento se aplican sobre la totalidad del diámetro de mezclador y también la totalidad de la longitud del mezclador con el resultado de que se produce inversión de fases dentro del dispositivo de mezclado estático. Sorprendentemente, la generación de gotas pequeñas como se sugiere por la técnica anterior no se necesita. Se puede evitar un pico local de fuerzas de cizallamiento mediante el uso de un dispositivo de mezclado estático. Dicho pico local de fuerzas de cizallamiento se observa cuando se utiliza una válvula de acuerdo con la técnica anterior. Por la longitud de mezclador se entiende la longitud del dispositivo de mezclado estático y por diámetro se entiende el diámetro del tubo. El dispositivo de mezclado estático se caracteriza por canales con un diámetro hidráulico Dh. El diámetro hidráulico es un término utilizado comúnmente cuando se maneja flujo en tubos y canales que no son circulares. Dh = 4A/U en donde A es el área en sección transversal y U es el perímetro humedecido de la sección transversal. El diámetro hidráulico preferiblemente es menor de 100 mm, ventajosamente menor de 50 mm y de manera más preferida menor de 15 mm.

Sorprendentemente, el punto de inicio para inversión de fases puede disminuirse en un grado inesperado y desconocido con respecto a la técnica anterior cuando se utiliza un dispositivo de mezclado estático en el cual las superficies en contacto con el primero y segundo fluidos se elaboran de metal. Las superficies en contacto con el fluido también comprenden materiales de comportamiento de humedecimiento diferentes. De esta manera el grado de coalescencia se puede ajustar adicionalmente de modo local dentro del dispositivo de mezclado estático. Las superficies en contacto con el fluido de un comportamiento de humedecimiento diferente se pueden distribuir en una secuencia alternada. Si las superficies en contacto con el fluido son, por ejemplo, barras transversales o placas, por ejemplo placas corrugadas, algunas de estas superficies se pueden anticipar en un material que muestra una buena capacidad de humedecimiento para una de las fases presentes, mientras se puede anticipar que otras se elaboran de un material que ilustre una capacidad de humedecimiento menor o más pobre. Para una dispersión agua en petróleo, esto significa que algunas de las superficies que muestran buenas propiedades de humedecimiento están elaboradas de metal mientras que otras superficies se elaboran de material plástico, el cual tiene una menor capacidad de humedecimiento. Las superficies con capacidades de humedecimiento diferentes se pueden distribuir en paralelo, cuando se observan en la dirección de flujo. De manera alternativa, un primer conjunto de superficies si se puede elaborar de material con buena capacidad de humedecimiento mientras que un segundo conjunto de superficies distribuidas corriente arriba o corriente abajo adyacentes al primer conjunto de superficies se puede elaborar de un material con menor capacidad de humedecimiento.

Se pueden anticipar una pluralidad de dispositivos mezcladores estáticos o un dispositivo mezclador estático de una estructura híbrida. Por estructura híbrida se entiende una combinación de dispositivos mezcladores estáticos de geometrías o variantes diferentes. El uso de una pluralidad de dispositivos de mezclado estáticos proporciona puntos adicionales para incrementar la coalescencia en particular para dispersiones estables. Dicha distribución puede ser particularmente útil para dispersiones que comprende un petróleo pesado.

En una variante ventajosa el dispositivo de mezclado estático tiene un eje e incluye además una pluralidad de placas distribuidas en un ángulo respecto al eje, para desviar el flujo de fluido de su dirección de flujo principal paralela al eje, a una dirección de flujo en ángulo. Ventajosamente el ángulo está en un intervalo de 10 a 80°, preferiblemente en el intervalo de 20 a 75°, de manera más preferida en un intervalo de 30 a 60°. De acuerdo con una segunda variante, las placas son placas corrugadas. El dispositivo de mezclado estático puede incluir otra variante de un primero y un segundo conjunto de barras transversales o nervaduras distribuidas en un tubo, por lo que las barras transversales o nervaduras están inclinadas con respecto a la dirección principal de flujo y el primer conjunto de barras transversales o nervaduras están colocadas en un primer plano, y el segundo conjunto de barras transversales o nervaduras están distribuidas en un segundo plano por lo que el primer plano y el segundo plano se interceptan entre sí y se forma un ángulo de por lo menos 30°, preferiblemente por lo menos 50° , y de manera más preferible aproximadamente 90° entre el primero y segundo planos.

Se puede colocar un dispositivo de preacondicionamiento en el dispositivo de suministro de fluido corriente arriba al medio de inversión de fases que comprende un elemento que proporciona una superficie en contacto con el fluido para coalescencia en una dirección de flujo, tal como el dispositivo de mezclado estático. Ventajosamente, el dispositivo de preacondicionamiento comprende un elemento para generar una fuerza de cizallamiento. Dicho elemento puede ser una válvula como se describe en el documento WO2005005776 o un desemulsificante o un precipitador electroestático. Se ha observado que el uso de una válvula o un dispositivo de mezclado estático como un dispositivo de preacondicionamiento generan una reducción adicional de la cantidad de gotas múltiples. La dispersión que sale del dispositivo de preacondicionamiento por lo tanto está constituida de gotas más pequeñas que la dispersión que entra al dispositivo de preacondicionamiento. Cuando la dispersión preacondicionada entra al dispositivo de mezclado estático, la inversión de fases se produce de una manera más controlada. Dicho dispositivo de preacondicionamiento se puede utilizar cuando una dispersión que se va a someter a una inversión de fases, la cual es tomada desde la capa de límite de un recipiente que contiene por lo menos dos fluidos inmiscibles. La capa de límite es la capa la cual separa los fluidos más pesados del fluido de peso más ligero. Dicha dispersión puede de antemano basarse en un separador de petróleo-agua o un recipiente de sedimentación. Esta capa límite en particular está caracterizada por una alta estabilidad. Con el fin de separar dicha dispersión estable se proporciona un medio de inversión de fases preferiblemente en combinación con un dispositivo de preacondicionamiento que se va a colocar entre la salida del recipiente y el medio de inversión de fases.

El sistema de acuerdo con la figura 5a es esencialmente el mismo al mostrado en la figura 2a hasta la figura 3e. El dispositivo 5 de mezclado estático puede estar constituido de elementos de mezclado estáticos 9, 10 por lo que dos de dichos elementos se muestran en la figura 5a. El elemento 9 de mezclado estático incluye una pluralidad de placas 8 distribuidas en serie en una hilera. Las placas están inclinadas con respecto a un plano horizontal, cuando se instalan en posición horizontal para desviación del flujo de fluido desde su dirección de flujo principal paralelo al eje. Las placas 8 están distribuidas en una distancia entre sí de manera que permiten que los fluidos pasen entre las placas, como se muestra en la figura 5b, lo cual es una sección del elemento 9 de mezclado a lo largo de un plano A-A normal al eje 7. El elemento 9 de mezclado estático comprende una pluralidad de dichas hileras, las cuales preferiblemente están distribuidas en una distancia entre sí. De esta manera, la dispersión pasa parcialmente entre las hileras y es desviada parcialmente por las placas. Las placas ayudan a que las gotas se adhieran y por lo tanto ayudan a promover la coalescencia de las gotas.

El elemento 10 de mezclado estático que se muestra en la figura 5c tiene una estructura un poco diferente. Ventajosamente, las placas están configuradas como placas 18 corrugadas, como se muestra en la figura 5c, la cual es una sección B-B del elemento 10 de mezclado de la figura 5a. Una placa 18 corrugada comprende una pluralidad de picos y valles alternados. Los picos y valles de las placas corrugadas forman los canales de fluido abierto. Las placas corrugadas pueden ser engrapadas entre sí de manera que llenen el alojamiento 11 que contiene el elemento de mezclado. En otras palabras, cada elemento de mezclado está constituido de una pluralidad de placas corrugadas, por lo que las placas corrugadas adyacentes están colocadas en un ángulo con respecto unas a otras. En otras palabras, las placas corrugadas ventajosamente se engrapan entre sí de una manera alternada. Los canales de las placas 18 corrugadas adyacentes se intersectan y permiten un cambio de dirección de los fluidos que fluyen en los canales y de esta manera se puede obtener un mezclado mejorado de estos fluidos.

La combinación de elementos de mezclado estáticos para formar un dispositivo 5 de mezclado estático como se muestra en la figura 5a solo se muestra como un ejemplo. Es posible distribuir elementos de mezclado múltiples del mismo tipo en serie o distribuir elementos de mezclado de tipo diferente para formar una estructura híbrida como se muestra en la figura 5a. Otra variante que se encuentra dentro del alcance de esta invención es una distribución de un primer elemento de mezclado, por ejemplo del tipo como se muestra en la figura 5b en relación a un segundo elemento de mezclado del mismo tipo de manera que las hileras del primer elemento de mezclado se colocan en un ángulo en relación a las hileras del segundo elemento de mezclado.

El primer fluido 2 y el segundo fluido 3 que salen dentro de un dispositivo 6 de descarga de fluido, el cual puede ser un conducto o tubo que se dirija a un equipo de proceso adicional tal como un medio de separación, no se muestra en la figura 5a. El primer fluido, que ahora forma la fase continua y el segundo fluido, que ahora forma la fase dispersa entran al medio de separación para ser separados entre sí.

El dispositivo 5 de mezclado estático de acuerdo con la figura 6 incluye un elemento 9 de mezclado estático que se forma de un primero y segundo conjunto de barras transversales 12, 13 distribuidas en un tubo por lo que las barras transversales de cada uno de los conjuntos 12, 13 están inclinadas con respecto a la dirección principal de flujo y el primer conjunto de barras transversales 12 se distribuyen en un primer plano 14 y el segundo conjunto de barras transversales 13 se distribuyen en un segundo plano 15 por lo que el primer plano y el segundo plano se intersectan entre si en un ángulo 16 de por lo menos 30°, preferiblemente por lo menos 50°, de manera más preferible aproximadamente 90° el cual se forma entre el primero y el segundo planos. Dicha estructura para un elemento de mezclado estático ya ha sido descrita en el documento CH 642 564, el contenido de este documento se incorpora en la presente como referencia. Una pluralidad de dispositivos de mezclado estáticos se pueden distribuir en serie o un dispositivo de mezclado estático de una estructura híbrida se puede anticipar. Bajo la estructura híbrida se pretende que el dispositivo de mezclado esté constituido de una serie o una combinación de cualquiera de los elementos de mezclado individuales de cualquiera de los tipos descritos desde la figura 2 hasta la figura 7 distribuidos dentro del tubo. En una estructura híbrida por lo menos uno de los elementos de mezclado individuales tiene una estructura que difiere de los otros elementos de mezclado. Ventajosamente, las placas 8, 18 de las barras transversales 12, 13 del dispositivo de mezclado estático se elaboran de un metal, en particular acero. El metal se puede aplicar como un recubrimiento, pero de manera más preferible la totalidad del dispositivo de mezclado estático se elabora de metal, con el fin de incrementar la robustez y estabilidad. Las dispersiones que van a ser procesadas por el dispositivo de mezclado estático pueden comprender sólidos con lo que se lleva a abrasión. Por esta razón se prefiere un metal de dureza suficiente. Adicionalmente, un conducto 20 para agregar un fluido 34 acumulado se muestra en la figura 6, el cual introduce el dispositivo 4 de suministro de fluido antes de que el primero y segundo fluido entren al dispositivo 5 de mezclado estático. Dicha corriente de fluido acumulado se puede proporcionar para promover inversión de fases durante el paso de la dispersión a través del dispositivo de mezclado estático. La corriente de fluido de acumulación puede ser particularmente ventajosa si se va a obtener una inversión de fases de la emulsión estable. El fluido de acumulación se mezcla con la dispersión dentro del dispositivo 5 de mezclado estático. Debido a las barras transversales de la figura 6 o cualquier otro de los elementos de mezclado como se describe en la figura 4a a la figura 4e, la figura 5a a la figura 5c, el fluido de acumulación se mezcla con la dispersión del primer fluido 2 y del segundo fluido 3.

La figura 7 muestra un dispositivo 5 de mezclado estático, el cual también incluye un elemento 39 de mezclado que comprende un primero y un segundo conjuntos de nervaduras 42, 43 distribuidas en un tubo 40, por lo que las nervaduras 42 del primer conjunto de nervaduras están inclinadas con respecto a una dirección principal de flujo y el primer conjunto de nervaduras 42 se distribuye en un primer plano 44 y de esta manera las nervaduras 43 del segundo conjunto de nervaduras están inclinadas con respecto a una dirección de flujo principal del segundo conjunto de nervaduras 43 que están distribuidas en un segundo plano 45, por lo que el primer plano 44 y el segundo plano 45 se intersectan entre sí en un ángulo 46 de por lo menos 30°, preferiblemente por lo menos 50°, de manera más preferible de aproximadamente 90°. El primer conjunto de nervaduras 42 es seguido por un tercer conjunto de nervaduras 47 las cuales preferiblemente están distribuidas en un tercer plano 49, por lo que el tercer plano es paralelo al primer plano 44 en una ubicación corriente abajo del mismo. El segundo conjunto de nervaduras 43 es seguido por un cuarto conjunto de nervaduras 48 el cual preferiblemente se distribuye en un cuarto plano 50, por lo que el cuarto plano es paralelo al segundo plano 45 en una ubicación corriente abajo del mismo. Se pueden proporcionar nervaduras similares adicionales. Ventajosamente, la distancia entre el primer plano 44 y el tercer plano 49 es la misma que la distancia entre el segundo plano 45 y el cuarto plano 50. Las nervaduras 42 del primer conjunto de nervaduras no sólo se cruzan con las nervaduras 43 del segundo conjunto de nervaduras sino también con las nervaduras 47 del tercer conjunto de nervaduras. Es una ventaja particular de esta modalidad que el dispositivo de mezclado estático en su totalidad sea mecánicamente más estable debido a los puntos de interenlace múltiples de más de dos conjuntos de nervaduras de cruce. Además de la estructura ventajosa del elemento 39 de mezclado estático se ha mostrado que el diámetro del tubo 40 del dispositivo 4 de suministro de fluido y el dispositivo 6 de descarga de fluido son sustancialmente los mismos que el diámetro del tubo 40. De esta manera se evitan zonas muertas que perjudican la calidad del mezclado.

El caso representado en la figura 3b muestra que el fluido 34 de acumulación permanece en la fase continua y el segundo fluido 3 forma gotas en el mismo. En el interior de las gotas el primer fluido 2 aún está presente como una fase dispersa. Las gotas del primero fluido 2 no han interactuado entre sí bajo este escenario, y por lo tanto no se ha producido coalescencia.

La figura 3c representa un dispositivo 6 de descarga de fluido que contiene un fluido 34 de acumulación como fase continua y además parte del primer fluido como fase continua. De acuerdo con esta representación esquemática, el fluido 34 de acumulación y el primer fluido 2 en la fase continua no se mezclan. No obstante, es muy común utilizar el primer fluido como primer fluido 2 y el fluido 34 de acumulación. En el caso particular de una dispersión de petróleo-agua, tanto el primer fluido como el fluido de acumulación son agua o una solución acuosa o una suspensión. Por lo tanto el primer fluido 2 que forma la fase continua y el fluido 34 de acumulación son miscibles.

Parte del primer fluido 2 aún permanece como una fase dispersa dentro de las gotas del segundo fluido 3. Este fenómeno se denominará en lo siguiente como "gotitas múltiples". Bajo tales circunstancias se ha producido una coalescencia parcial de las gotas. El fluido 34 de acumulación y las gotas que se han aglutinado del primer fluido 2 de esta manera forman una fase continua.

La figura 3d representa una variante en la cual el primer fluido 2 está presente en la fase continua. De esta manera, el fluido 34 de acumulación del primer fluido 2 forma la fase continua mientras que el segundo fluido 3 forma la fase dispersa. Nuevamente, el fluido 34 de acumulación y el primer fluido 2 preferiblemente forman una fase continua. Esta variante es por mucho la más fácil de ser separada en una etapa de separación subsecuente debido al hecho de que no están presentes ya gotas del primer fluido 2 en el interior de las gotas del segundo fluido 3. Las gotas del primer fluido de esta manera se han aglutinado completamente en el dispositivo de mezclado estático. En este caso no permanecen gotitas múltiples.

La figura 3e representa una variante, de acuerdo con la cual el segundo fluido 3 forma la fase dispersa. Una porción del primer fluido 2 y el fluido 34 de acumulación está presente en el interior de las gotas del segundo fluido 3. Las gotas experimentan una coalescencia parcial. Una porción del fluido 34 de acumulación y las gotas aglutinadas del primer fluido 2 forman la fase continua. Esto significa que las gotas del fluido 34 de acumulación se forman durante el paso a través del dispositivo de mezclado estático. Estas gotas permanecen en el interior de las gotas del segundo fluido 3 formando la fase dispersa.

La figura 4a y la figura 4b ilustran un dispositivo 5 de mezclado estático de acuerdo con una primera variante para uso con la primera modalidad de acuerdo con la figura 2a a la figura 2c o la segunda modalidad de acuerdo con la figura 3a a la figura 3e. El dispositivo de mezclado estático tiene un eje 7 el cual coincide con el eje del dispositivo 4 de suministro de fluido. El dispositivo de mezclado estático comprende una pluralidad de elementos 36 de mezclado estáticos de una estructura helicoidal distribuidos en una pluralidad de tubos 35 distribuidos en el alojamiento 37 del dispositivo de mezclado estático.

El alojamiento tubular del dispositivo 5 de mezclado estático de acuerdo con una segunda variante no se muestra en la figura 4c para permitir una mejor vista de la estructura de las placas 8 que constituyen el elemento de mezclado del dispositivo 5 de mezclado estático. Las placas 8 están distribuidas en una pluralidad de hileras 40, 41 , 42 y 43. Preferiblemente, las placas 8 de la misma hilera se extienden en planos paralelos entre sí. Las placas 8 sirven, por una parte, como una guía para el flujo de la dispersión, y por la otra, habitualmente generan efectos de límite en el flujo. La velocidad de flujo en la proximidad cercana a dicha pared disminuye a cero sobre la superficie de la placa 8. De esta manera, se genera un perfil de flujo aproximadamente parabólico para un flujo laminar en un plano distribuido en dirección normal a una dirección principal de flujo en un canal 44 que se extiende entre dos placas aledañas. La velocidad de flujo en un punto que se encuentra sobre el eje de simetría de dicha parábola es el más grande mientras que las velocidades de flujo en las dos ramas laterales de la parábola disminuyen continuamente hacia el extremo de cada rama de la parábola lo cual corresponde a la superficie de pared de cada una de las placas 8. Debido a estos perfiles de flujo los cuales se conforman en el canal 44 abierto, el mezclado del primero y segundo fluido 2, 3 y un fluido 34 de acumulación opcional se producen. El mezclado activa una coalescencia de las gotas del primer fluido 2 el cual se supone que se debe a efectos de pared. Se ha observado que las propiedades de material de la superficie de las placas contribuyen en un grado sorprendente a la coalescencia de las gotas lo que genera una inversión de fase. Por lo tanto se considera que se produce una coalescencia progresiva de las gotas a lo largo de las paredes de las placas debido al hecho de que una gota que se adhiere a una pared se expone parcialmente a la superficie de pared y parcialmente a la fase continua formada por el segundo fluido 3 antes de la inversión de fases. Bajo las condiciones de flujo turbulento el perfil de flujo no será parabólico, no obstante, también se puede aplicar el mecanismo de coalescencia descrito antes.

La figura 4d ilustra un dispositivo de mezclado estático de acuerdo con una tercera variante de la primera modalidad. Ventajosamente, aunque no de manera necesaria, por lo menos parte de las placas 8 se distribuyen en un ángulo 19 con respecto a un plano normal al eje 7. El ángulo de inclinación 19 se encuentra ventajosamente entre 0 y 90° , preferiblemente entre 0 y 80° y de manera más preferida entre 30 y 60°. Se espera que un ángulo de inclinación 19 más grande genere una deflexión mayor del fluido. Así, para una gota, se vuelve más probable ponerse en contacto con una pared durante su desplazamiento a través del dispositivo de mezclado estático cuando el ángulo de inclinación aumenta. Se ha observado que las gotas se aglutinan sobre su trayectoria de desplazamiento a través del dispositivo 5 de mezclado. Ventajosamente, el ángulo de inclinación se encuentra entre 30° y 60° dado que en este ángulo los fluidos son desviados de su dirección de flujo principal paralelo al eje 7 del dispositivo de mezclado estático. Al mismo la caída de presión de la gota y las fuerzas de cizallamiento no son tan grandes, de manera que, debido a las fuerzas de cizallamiento se generan una gran cantidad de gotitas de tamaño pequeño lo cual puede tener un efecto estabilizante y evitar la presentación de una inversión de fases, como se observa en la técnica anterior, como se muestra en la figura 1.

La figura 4a ilustra un dispositivo de mezclado estático que tiene una estructura híbrida combinada con elementos de mezclado 9, 10 a partir de la segunda variante y la tercera variante. El dispositivo 4 de mezclado estático está constituido de un elemento de mezclado de acuerdo con la figura 4c y un elemento de mezclado de acuerdo con la figura 4d. Ambos elementos de mezclado comparten un alojamiento 11 común. La distribución de los elementos de mezclado en serie es simplemente ejemplar y no debe considerarse como limitada a la modalidad descrita específicamente.

El dispositivo 5 de mezclado estático de acuerdo con la figura 6 incluye un elemento 9 de mezclado estático que se forma de un primero y segundo conjunto de barras transversales 12, 13 distribuidas en un tubo por lo que las barras transversales de cada uno de los conjuntos 12, 13 están inclinadas con respecto a la dirección principal de flujo y el primer conjunto de barras transversales 12 se distribuyen en un primer plano 14 y el segundo conjunto de barras transversales 13 se distribuyen en un segundo plano 15 por lo que el primer plano y el segundo plano se intersectan entre sí en un ángulo 16 de por lo menos 30°, preferiblemente por lo menos 50°, de manera más preferible aproximadamente 90° el cual se forma entre el primero y el segundo planos.

Dicha estructura para un elemento de mezclado estático ya ha sido descrita en el documento CH 642 564, el contenido de este documento se incorpora en la presente como referencia. Una pluralidad de dispositivos de mezclado estáticos se pueden distribuir en serie o un dispositivo de mezclado estático de una estructura híbrida se puede anticipar. Bajo la estructura híbrida se pretende que el dispositivo de mezclado esté constituido de una serie o una combinación de cualquiera de los elementos de mezclado individuales de cualquiera de los tipos descritos desde la figura 2 hasta la figura 7 distribuidos dentro del tubo. En una estructura híbrida por lo menos uno de los elementos de mezclado individuales tiene una estructura que difiere de los otros elementos de mezclado. Ventajosamente, las placas 8, 18 de las barras transversales 12, 13 del dispositivo de mezclado estático se elaboran de un metal, en particular acero.

El metal se puede aplicar como un recubrimiento, pero de manera más preferible la totalidad del dispositivo de mezclado estático se elabora de metal, con el fin de incrementar la robustez y estabilidad. Las dispersiones que van a ser procesadas por el dispositivo de mezclado estático pueden comprender sólidos con lo que se lleva a abrasión. Por esta razón se prefiere un metal de dureza suficiente. Adicionalmente, un conducto 20 para agregar un fluido 34 acumulado se muestra en la figura 6, el cual introduce el dispositivo 4 de suministro de fluido antes de que el primero y segundo fluido entren al dispositivo 5 de mezclado estático. Dicha corriente de fluido acumulado se puede proporcionar para promover inversión de fases durante el paso de la dispersión a través del dispositivo de mezclado estático. La corriente de fluido de acumulación puede ser particularmente ventajosa si se va a obtener una inversión de fases de la emulsión estable. El fluido de acumulación se mezcla con la dispersión dentro del dispositivo 5 de mezclado estático. Debido a las barras transversales de la figura 6 o cualquier otro de los elementos de mezclado como se describe en la figura 4a a la figura 4e, la figura 5a a la figura 5c, el fluido de acumulación se mezcla con la dispersión del primer fluido 2 y del segundo fluido 3.

La figura 8 muestra un diagrama que demuestra el desempeño de los diferentes medios para inducir o promover una inversión de fases para un sistema de agua-petróleo. Este medio comprende un tubo 22 vacío, un dispositivo de mezclado estático elaborado de plástico 23 y un dispositivo de mezclado estático elaborado de metal 24. La altura de las barras 26, 27 y 28 en el diagrama representa el porcentaje de agua que se necesita para una inversión de fases en el sistema de agua-petróleo. La figura 8 muestra que la mayor parte del agua que significa la cantidad más grande de agua que debe agregarse para activar una inversión de fases en el tubo 22 vacío. Se obtiene una mejora por un dispositivo de mezclado estático elaborado de plástico. No obstante, es claramente visible que un dispositivo de mezclado estático del mismo tipo elaborado de un metal disminuya aún más el punto de inicio de la inversión de fases. A partir de estos resultados por si mismos se puede deducir con facilidad que la inversión de fases es, por una parte, una función del tipo de medio seleccionado y, por la otra, depende del material utilizado por el medio. Sorprendentemente, el punto de inicio para la inversión de fases se puede disminuir en un grado inesperado y desconocido con respecto a la técnica anterior cuando se utiliza un dispositivo de mezclado estático en el cual por lo menos las superficies en contacto con el primero y segundo fluidos se elaboran de metal. Las pruebas han demostrado que la inversión de fases se puede obtener con un contenido de agua de menos de 40%, preferiblemente menos de 35%, en particular menos de 30%. El diagrama muestra además las líneas 31 , 32 y 33. Cada una de estas líneas pertenece a la barra respectiva y proporciona una indicación de la dispersión de los puntos iniciales de las inversiones de fase observadas para cualquiera de los dispositivos de mezclado. La línea 31 corresponde al tubo vacío por lo que indica en mucho la dispersión más grande.

La dispersión de los puntos de inicio como se indica por la línea 32 para el dispositivo 23 de mezclado estático elaborado de material plástico aún es considerable mientras que la dispersión de los puntos de inicio del dispositivo de mezclado estático elaborado de metal es muy pequeño. De lo anterior se sigue que, mediante la utilización de un dispositivo de mezclado estático, el punto de inicio de la inversión de fases se puede predecir de manera muy precisa, lo cual claramente no es el caso para el tubo vacío utilizado convencionalmente para este propósito. Esta ventaja inesperada, obtenida en particular mediante el uso de un dispositivo de mezclado estático elaborado de metal ayuda a mantener bajos los costos para un sistema de control de procedimiento. Dado que se puede predecir que se produzca el punto de inicio para una inversión de fases en un dispositivo de mezclado estático para cada dispersión, cualquier desviación del punto óptimo se detecta de inmediato por el sistema de control lo cual tiene la consecuencia de que el sistema de control muestra un alto grado de capacidad de respuesta. Por lo tanto se puede obtener con facilidad un control de procedimiento estable.

La figura 9 a la figura 1 1 muestran los resultados de inversiones de fase con un sistema de acuerdo con los parámetros como se indican en la tabla 1. Las instalaciones de prueba incluyen un mezclador PhIPP para inversión de fase con un surtidor DisPP. El primer fluido 2 es agua, el segundo fluido 3 es petróleo. Una dispersión de agua en petróleo se va a invertir por un tubo vacío o por un dispositivo de mezclado estático con un comportamiento de humedecimiento insuficiente para la fase dispersada. La dispersión agua en petróleo se utiliza como fluido que se va a suministrar al dispositivo de inversión de fases por el dispositivo de suministro de fluidos.

Tabla 1 La fracción acuosa de la dispersión de entrada XD, el diámetro de Sauter d32 y la velocidad de flujo v¡nv se han mantenido constantes. El diámetro de Sauter, d$2 es un diámetro representativo de las gotas y se define como el diámetro de una esfera que tiene la misma relación de volumen/área superficial que la gota de interés. El diámetro de Sauter se calcula al dividir la suma de los volúmenes de todas las gotas del sistema que se van a analizar entre la suma de las áreas superficiales de todas las gotas del mismo sistema. Se agrega a la dispersión. Esto resulta en una cantidad total aumentada de agua x¡nv en el dispositivo de mezclado estático. En el primer caso, que se muestra en la figura 9, no se ha producido inversión de fases. En la figura 10 a tenido lugar una inversión de fases parcial. Una porción de la dispersión aún está presente como una dispersión agua en petróleo mientras que otra porción de la dispersión ha sido transformada en una dispersión petróleo en agua. No obstante, la fase de petróleo de esta porción contiene una fracción de agua en forma de gotas pequeñas y por lo tanto una dispersión de agua en petróleo en agua está presente en este caso debido al hecho de que permanecen gotas múltiples.

La figura 11 muestra una dispersión de agua en petróleo en agua. De esta manera, se ha obtenido una inversión de fase en este caso. Es notorio que la inversión de fase se ha producido a valores elevados de x¡nv. Al incrementar x¡nv en 57% se reduce la inversión de fase en el dispositivo de mezclado estático. A un valor de 57% de agua la inversión de fase resulta en una dispersión de agua en petróleo en agua la cual únicamente püede ser separada parcialmente con facilidad. De esta manera, únicamente la fracción 2 de agua continua se puede separar de las gotas 3 de petróleo. El agua 2 contenida dentro de las gotas de petróleo aún presentan los mismos problemas para separación que la dispersión la cual está presente en el dispositivo de suministro de fluido antes de la alimentación de la dispersión a un tubo vacío. Por lo tanto, únicamente la porción de la dispersión la cual se ha invertido se puede separar más fácilmente mientras que para la porción remanente, que significa las gotas múltiples, los problemas de separación asociados con una dispersión estable agua en petróleo permanecen. No obstante, este resultado aún es una ventaja en comparación con la técnica anterior, que utiliza un tubo vacío para el cambio de las propiedades de la dispersión agua en petróleo. Si se obtiene una inversión de fases para una porción de la dispersión por un dispositivo de mezclado estático, por lo menos esta porción se puede separar más fácilmente. Por lo tanto se sigue que de antemano mediante la utilización del dispositivo de mezclado estático de capacidad de humedecimiento insuficiente se obtiene una reducción de los costos de separación corriente abajo de dispositivo de descarga de fluido.

La figura 12, 13 y 14 muestran ejemplos de una inversión de fases que se obtiene mediante el uso de un dispositivo de mezclado estático con buena capacidad de humedecimiento para la fase dispersada de acuerdo con una segunda variante. El mezclador se elabora de metal y tiene una superficie específica alta. Las instalaciones de prueba incluyen un mezclador PhlS2 con un surtidor DisPP.

Tabla 2 La tabla 2 muestra los parámetros utilizados para obtener los resultados de acuerdo con la figura 12, la figura 13 y la figura 14. La figura 12 muestra un ejemplo comparativo de una dispersión agua en petróleo. El primer fluido 2 que forma la fase dispersa en la figura 12 de esta manera es agua y el segundo fluido 3 que forma la fase continua es petróleo. A una fracción de agua de 0.19 no se observa inversión de fases después del paso a través del dispositivo de mezclado estático del tipo que se muestra en la figura 7 que tiene nervaduras con superficies de metal.

Regresando ahora a la figura 13 se muestra una dispersión petróleo en agua, y por lo tanto se ha producido una inversión de fases en el mismo ajuste experimental al utilizado en la figura 12. La fase dispersa en las gotas es el segundo fluido 3, en este caso petróleo mientras que la fase continua es agua. Es particularmente notorio que la inversión de fases se produce con un cambio de fracción de agua muy pequeño de 0.01 con respecto a la figura 12. Además la fracción de agua de 0.2 en la cual se ha producido la inversión de fases es considerablemente menor en comparación con las fracciones de agua que se obtienen por los experimentos de acuerdo con la figura 9 a la figura 11 , los cuales están bien por encima de 0.5. Esto es incluso más sorprendente dado que la geometría y longitud del dispositivo de mezclado estático fueron los mismos que en la técnica anterior. Por lo tanto, la mejora considerable que se obtiene mediante la utilización de un mezclado estático de buena capacidad de humedecimiento no podría haber sido esperada y sorprendentemente desplaza el punto de inversión de fases a una fracción de agua de 0.2.

La figura 14 muestra que la inversión de fases se produce también cuando la fracción acuosa se incrementa ya sea por adición de agua adicional como fluido de acumulación o por procesamiento de agua en la dispersión de petróleo que tiene un contenido de agua de 0.3.

Existe un efecto interesante y sorprendente adicional que se observa por cada uno de los resultados de la figura 12 a la figura 14. Cuando se utiliza un dispositivo de mezclado estático del tipo como se indica en lo anterior, se puede evitar la presentación de gotas múltiples. Por lo tanto, en la fase dispersa, esto es en la figura 12 agua y en la figura 13 y en la figura 14 petróleos, casi no se incluyen trazas de la fase continua como gotas pequeñas dado que este es particularmente el caso en la figura 10 y en la figura 11. Por lo tanto, el resultado de la figura 12 a la figura 14 corresponde a la situación mostrada en la figura 2c o en la figura 3d se agrega agua adicional antes de entrar al dispositivo de mezclado estático. En algunos casos puede presentarse la situación de acuerdo con la figura 3c, no obstante, la figura 12 a la figura 14 no muestran este fenómeno de gotas de agua pequeñas dentro de las gotas de petróleo con claridad.

Con referencia a la figura 15, se muestra un resultado adicional mediante el uso de la misma distribución que para la figura 12 a la figura 14. En la figura 15 la fracción acuosa es 0.18, y por lo tanto no se ha producido inversión de fase. El primer fluido 2, agua, por lo tanto está presente en la fase dispersa y el segundo fluido 3, el petróleo, está presente en la fase continua. La figura 16 muestra el resultado de una fracción de agua de 0.2. Como se esperaba por los resultados de la figura 12 a la figura 14 se observa una inversión de fases y nuevamente se encuentra una situación que recuerda la situación mostrada en la figura 2c o la figura 3d para la mayor parte de las gotas. Esto significa que para la mayor parte de las gotas no hay gotas múltiples presentes en un grado notable. Únicamente para una minoría de gotas se produce una situación como se muestra en la figura 2b o la figura 4c. Esto tiene la consecuencia de que una separación de la dispersión de petróleo en agua es mucho más fácil comparada con las dispersiones de la técnica anterior e incluso más fácil comparada con las dispersiones de la figura 9 a la figura 11.

La figura 17 y la figura 18 son diagramas que muestran el desempeño de los dispositivos de mezclado estático en inversión de fase isofraccional de acuerdo con la figura 2a. Se han utilizado tres tipos de dispositivos mezcladores estáticos, un mezclador PhIPP que tiene elementos de mezclado del Sulzer SMVMR, tal como se describe en el documento de E.U.A. 3785620 que muestra comportamiento de humedecimiento insuficiente. Además se ha utilizado un dispositivo de mezclado estático del tipo PhlS2 que muestra el mejor comportamiento de humedecimiento. El mezclador PhlS2 se elabora de acero, que tiene una superficie específica alta. El PhlS1 , también elaborado de acero, no obstante, se funcionamiento parece ser un poco peor, pero aún permite una inversión de fases. Comparado con la presente, un mezclador PhIPP elaborado de material plástico no invierte una dispersión de agua en petróleo a una dispersión petróleo en agua en fracciones de agua menores de 53%. En particular, un dispositivo de mezclado estático del Sulzer SMVMR ha sido utilizado para obtener los resultados de la figura 17 o la figura 18, o en otras palabras, para cada una de las pruebas se ha utilizado un dispositivo mezclador estático de la misma estructura geométrica. No obstante, el dispositivo mezclador estático de acuerdo con cada uno de la figura 17 o la figura 18 se ha elaborado de materiales diferentes, específicamente polipropileno y dos tipos diferentes de acero inoxidable, uno es del tipo 1.4306.

En el eje horizontal del diagrama se indica el número de Weber, un número a dimensional utilizado para caracterizar flujos de fluido en donde existe un límite entre dos fluidos diferentes, especialmente para flujos de fase múltiple con superficies interfaciales fuertemente curvadas, tales como dispersiones. Se puede considerar como una medida de importancia relativa de la inercia de los fluidos en comparación con su tensión superficial. La cantidad es útil para analizar la información de las gotitas y burbujas.

En el eje vertical se indica la diferencia entre xcrit_i - xcrit_d. xcrit_i es la fracción acuosa crítica para una dispersión agua en petróleo para que se invierta en el dispositivo de mezclado estático a una dispersión petróleo en agua. xcrit_d es la fracción acuosa a la cual la dispersión habría sido invertida por si misma sin el uso del dispositivo de mezclado estático. La diferencia de xcrit_i - xcrit_d se muestra debido al procedimiento experimental. Los valores <0 muestran que una inversión de fases de una dispersión agua en petróleo a una dispersión petróleo en agua ha sido promovida por el dispositivo de mezclado estático.

La totalidad de los dispositivos de mezclado estáticos se han sometido a diferentes valores de velocidad de flujo. Se ha obtenido un primer conjunto de curvas 51 , 52, 53, 54 y 55 que se muestran en la figura 17 con una velocidad de flujo de 0.75 m/s. Ya sea un dispersor DisS o un dispersor DisPP ha sido utilizado corriente arriba del mezclador de inversión de fases. El dispersor se utiliza para generar una dispersión para el ajuste experimental. Los dos dispersores difieren entre sí de manera que están elaborados de acero en el caso de DisS y de polipropileno en el caso de DisPP. El tamaño de gota que se obtiene por los dispersores difiere, tal como mediante el uso del dispersor DisS, resultan gotas de tamaño pequeño mientras que mediante la utilización de un dispersor DisPP se obtienen gotas más grandes.

Se hace referencia a los siguientes números de referencias a la figura 17 en donde los sistemas de inversión de fase isofraccional han operado a 0.75 m/s: 51 , 54 curva para el mezclador PhIPP 52 curva para el mezclador PhlS1 53, 55 curva para el mezclador PhlS2 El término "PP" indica un elemento mezclador estático elaborado de plásticos en ése caso particular elaborado de polipropileno.

El término "S" indica un elemento mezclador estático elaborado de acero inoxidable. En particular un acero inoxidable del tipo 1.4306 ha sido utilizado para la distribución del elemento mezclador estático mediante el cual se han obtenido los mejores resultados.

Se ha obtenido un segundo conjunto de curvas 56, 57, 58, 59 y 60 con una velocidad de flujo de 1 m/s la cual se muestra en la figura 18. 56, 59 curva para el mezclador PhIPP 57, curva para el mezclador PhISI 58, 60 curva para el mezclador PhlS2 La figura 17 y la figura 18 muestran que mediante desplazamiento de la velocidad de flujo a valores más altos el punto de inicio de la inversión de fases se altera considerablemente. La inversión de fases se produce a fracciones de volumen menores de la fase dispersa cuando la velocidad de flujo es menor por lo que compara los resultados obtenidos por un tipo de dispositivo de mezclado estático, en particular un dispositivo de mezclado estático elaborado de un acero de dos tipos diferentes.

El dispersador de acuerdo con la figura 17 o la figura 18 es un ejemplo para un dispositivo preacondicionador y puede ser una válvula o un dispositivo mezclador estático el cual está colocado en el dispositivo de suministro de fluido corriente arriba del dispositivo mezclador estático. Dicho dispositivo de preacondicionamiento se puede agregar a cualquiera de las modalidades descritas en lo anterior. Como se ha delineado en relación con la técnica anterior, se puede utilizar para generar gotas pequeñas. No obstante, se utiliza para un propósito completamente diferente en relación con cualquiera de las modalidades descritas. Se ha observado que al hacer uso de un dispositivo preacondicionador tal como una válvula o un dispositivo de mezclado estático se puede reducir aún más a la cantidad de gotas múltiples. La dispersión que abandona el dispositivo de preacondicionamiento está constituida de gotas más pequeñas que la dispersión que entra al dispositivo de preacondicionamiento.

Cuando la dispersión obtenida por el dispositivo de preacondicionamiento entra al dispositivo de mezclado estático, la inversión de fases se produce de una manera más controlada. Opcionalmente el fluido de acumulación se puede agregar al dispositivo de suministro de fluido antes del dispositivo de preacondicionamiento o entre el dispositivo de preacondicionamiento y el dispositivo de mezclado estático.

La velocidad de flujo de una dispersión que tiene una viscosidad dinámica de menos de 0.02 Pas preferiblemente es, como máximo, de 3.5 m/s, la velocidad de flujo de una dispersión que tiene una viscosidad dinámica de 0.02 Pas a 0.1 Pas preferiblemente es, como máximo, de 2 m/s, la velocidad de flujo de una dispersión que tiene una viscosidad dinámica mayor de 0.1 Pas preferiblemente es, como máximo 1 m/s.

La velocidad de flujo se calcula con referencia a un tubo vacío de sección transversal circular. La velocidad de flujo se define como el flujo de volumen [m3/s] dividido entre el área en sección transversal [m2] de un tubo vacío de sección transversal circular.

Para cada uno de los intervalos de viscosidades dinámicas y velocidades de flujo se han utilizado los siguientes dispositivos de mezclado estático. Las especificaciones de material corresponden a los dispositivos de mezclado estático mencionados previamente, por lo tanto PhIPP es un dispositivo mezclador estático del tipo S V1^ con superficies de contacto de fluido elaboradas de polipropileno, PhlS1 es un dispositivo mezclador estático del tipo SMVMR con superficies de contacto de fluido elaboradas de un acero de propósito general, PhlS2 es un dispositivo de mezclado estático del tipo SMVMR con superficies de contacto de fluido elaboradas de acero inoxidable del tipo 1.4306.

En particular se han utilizado los dispositivos de mezclado estático con las características geométricas como se muestra en la tabla 3.

Tabla 3 La tabla 3 muestra que la reducción mejorada de manera notable de la fracción de agua crítica xcrit_i para cualquier material con buena capacidad de humedecimiento para el primer fluido, en este caso agua, se relaciona sorprendentemente con el área superficial específica del dispositivo de mezclado estático. Por lo tanto, en particular para un dispositivo de mezclado estático elaborado de metal, la fracción de inversión de fases de acuerdo con la figura 8 es menor de 30%.

Al incrementar el número de placas distribuidas en el flujo de fluido se incrementa el área de superficie específica. Por ejemplo para el dispositivo de mezclado estático PhlS2, se obtiene un área superficial específica de 1524 [m2/m3]. Las placas se distribuyen sustancialmente paralelas a la dirección de flujo principal, el cual es paralelo al eje del dispositivo de mezclado estático, por ejemplo el eje 7 para el dispositivo de mezclado estático de acuerdo con la figura 5a. Las placas preferiblemente son placas corrugadas. El corrugado preferiblemente se inclina hacia la dirección de flujo principal. El ángulo de inclinación del corrugado con respecto al ángulo del eje es de 10 a 80°, preferiblemente de 20 a 75°, de manera más preferida de 30 a 60°. Los corrugados de placas adyacentes se pueden distribuir en una relación transversal, por lo que se puede obtener una estructura corrugada transversal. De esta manera, las placas se apilan lado a lado de manera que la dirección del corrugado se inyecte en placas aledañas. De esta manera, las placas definen una pluralidad de pasajes transversales a través de los cuales pueden fluir el primero y segundo fluidos. ( La invención no se limita a sistemas de petróleo y agua. Es igualmente aplicable a cualquier sistema de fluidos inmiscibles.

La invención no se limita al uso de dos fluidos inmiscibles. Es igualmente aplicable a mezclas que comprenden más de dos componentes y a mezclas que contienen fases de sólidos y/o gas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. - Método para inversión de fases de una dispersión, la dispersión comprende un primer fluido, el primer fluido forma una fase dispersa y un segundo fluido, el segundo fluido formada una fase continua, que comprende las etapas de suministrar la dispersión en un dispositivo de suministro de fluido a un medio de inversión de fases de manera que el primer fluido es transformado de la fase dispersa en la fase continua y el segundo líquido es transformado de la fase continua a la fase dispersa por lo que las gotas del primer fluido coalescen en una dirección de flujo en un elemento que proporciona una superficie de contacto con el fluido, en donde el primer fluido y el segundo fluido se mezclan cuando pasan sobre la superficie en contacto con el fluido por lo que la superficie en contacto con el fluido tiene un área de superficie específica la cual es por lo menos 400 m2/m3.

2. - Sistema para inversión de fases de una dispersión de fluidos inmiscibles que comprende un primer fluido, el primer fluido forma una fase dispersa y un segundo fluido, el segundo fluido forma una fase continua, que comprende un dispositivo de suministro de fluido para suministrar el primer fluido y el segundo fluido a un medio de inversión de fases para transformar una porción del primer fluido de la fase dispersa en una fase continua y para transformar el segundo fluido de la fase continua en la fase dispersa, caracterizado porque el medio de inversión de fases comprende un elemento que proporciona una superficie en contacto con el fluido para coalescencia en una dirección de flujo, por lo que la superficie en contacto con el fluido tiene un área de superficie específica la cual es por lo menos de 400 m2/m3.

3. - Sistema como se describe en la reivindicación 2, en donde la superficie en contacto con el fluido del elemento está configurado de manera que el primer fluido que forma la fase dispersa se somete a una fuerza de cizallamiento, lo que permite que cualquiera de las gotas del primer fluido que forma la fase dispersa permanezca estable.

4. - Sistema como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 3, en las que la superficie en contacto con el fluido tiene un área de superficie específica mayor de 750 m2/m3, preferiblemente mayor de 1000 m2/m3.

5. - Sistema como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en donde el elemento comprende un dispositivo de mezclado estático para mezclar el primer fluido con el segundo fluido.

6. - Sistema como se describe en la reivindicación 5, en donde el dispositivo de mezclado estático tiene un diámetro hidráulico el cual es menor de 100 mm, ventajosamente menor de 50 mm y de manera más preferida menor de 15 mm.

7. - Sistema como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6 precedentes, en donde el elemento comprende superficies en contacto con el fluido elaboradas de metal.

8. - Sistema como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7 precedentes, en las que la superficie en contacto con el fluido tiene una mejor capacidad de humedecimiento para el primer fluido que para el segundo fluido.

9. - Sistema como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8 precedentes, en donde las superficies en contacto con el fluido comprenden materiales de comportamiento de humedecimiento diferente.

10. - Sistema como se describe en la reivindicación 9, en donde las superficies en contacto con el fluido de comportamiento de humedecimiento diferente se distribuyen en una secuencia alternada.

11. - Sistema como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 10, en donde se prevé una pluralidad de dispositivos de mezclado estáticos o un dispositivo de mezclado estático de una estructura híbrida.

12. - Sistema como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 1 1 , en donde el dispositivo de mezclado estático tiene un eje, el dispositivo de mezclado estático incluye además una pluralidad de placas distribuidas en un ángulo respecto al eje para desviar el flujo de fluido de su dirección de flujo principal paralela al eje, a una dirección de flujo en el ángulo.

13. - Sistema como se describe en la reivindicación 12, en donde el ángulo es 10 a 80°, preferiblemente 20 a 75°, de manera más preferible 30 a 60°.

14. - Sistema como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 12 ó 13, en donde las placas son placas corrugadas.

15. - Sistema como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 1 1 precedentes, en donde el dispositivo de mezclado estático incluye un primero y un segundo conjunto de barras transversales o nervaduras distribuidas en un tubo, por lo que las barras transversales o nervaduras están inclinadas con respecto a una dirección principal de flujo y el primer conjunto de barras transversales o nervaduras están distribuidas en un primer plano y el segundo conjunto de barras transversales o nervaduras están distribuidas en un segundo plano por lo que el primer plano y el segundo plano se interectan entre sí y se forma un ángulo de por lo menos 30°, preferiblemente por lo menos 50°, de manera más preferible aproximadamente 90° entre el primero y segundo planos.

16. - Sistema como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 15 precedentes, por lo que el dispositivo de preacondicionamiento está distribuido en el dispositivo de suministro de fluido corriente arriba del medio de inversión de fases.

17. - Sistema como se describe en la reivindicación 16, en donde el dispositivo de preacondicionamiento comprende un elemento para generar una fuerza de cizallamiento.

18. - Sistema como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 17 precedentes, en donde la velocidad de flujo de la dispersión es como máximo de 3.5 m/s.

19. - Sistema como se describe en la reivindicación 18, en donde la dispersión tiene una viscosidad dinámica menor de 0.02 Pas.

20 - Sistema como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 17 precedentes, en donde la velocidad de flujo de una dispersión es como máximo de 2 m/s.

21. - Sistema como se describe en la reivindicación 20, en donde la dispersión tiene una viscosidad dinámica de 0.02 Pas a 0.1 Pas.

22. - Sistema como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 17 precedentes, en donde la velocidad de flujo de la dispersión es como máximo de 1 m/s.

23. - Sistema como se describe en la reivindicación 22, en donde la dispersión tiene una viscosidad dinámica de más de 0.1 Pas.