MX2011013195A - Separador para flujo de gas/liquido. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un separador para separar un flujo de fluido del gas con gotas (G, L), que comprende una entrada (10) para el gas que va a ser separado hasta un rotor (4) con una malla (5) para hacer coalescer las gotas (L) y liberar el líquido obtenido por coalescencia (L') desde un parte periférica (50) del rotor (4) Las características novedosas del separador son que - la malla (5) forma generalmente un pasaje axial para el gas (G) desde la entrada (10), a través del rotor (4), hasta una salida (20) para el gas agotado en el líquido (G'), y - el rotor (4) con la malla (5) está colocado para el transporte del líquido obtenido por coalescencia (L') lateralmente fuera del pasaje axial hasta una pared (6) colocada para recibir el líquido obtenido por coalescencia (L').

Description

SEPARADOR PARA FLUJO DE GAS/LIQUIDO Campo de la Invención La presente invención se refiere a un separador para separar un flujo de fluido de un gas con gotas. El líquido puede estar presente como gotas en el gas, o puede ser licuado hasta un rocío de gotas en el gas, y luego separado utilizando la presente invención. Más específicamente, una modalidad de la invención comprende un rotor con una malla para que sea pasada por el gas mezclado inicialmente y que este gas se deposite por coalescencia en forma de gotas. Estas gotas líquidas pueden ser recolectadas haciendo girar la malla y recolectando el flujo resultante de gotas obtenidas por coalescencia sobre una pared de la malla circundante, permitiendo que el gas agotado líquido resultante sea transportado axialmente fuera de la malla rotatoria .

Antecedentes de la Invención Para separar un flujo de fluido de líquido y gas se pueden utilizar diferentes dispositivos. Una clase principal son los dispositivos de sedimentación pura que comprenden tanques separadores de gas-líquido relativamente grandes para recibir los flujos del fluido mezclados y estratificando los constituyentes. En la entrada de un difusor se reduce la velocidad de flujo del fluido, por lo cual los fluidos más REF.226026 pesados, usualmente líquidos, son recolectados por gravedad en un sumidero y conducen a una salida para el líquido. El aceite y el agua estratificados pueden ser drenados a diferentes niveles de elevación. Los gases son separados de los líquidos debido a la gravedad y son reunidos arriba de la superficie del líquido, y conducen a una salida para el gas. En el flujo de gas separado una malla de coalescencia puede ser colocada para capturar las gotas. Las gotas así formadas sobre la malla pueden ser recolectadas por canales de drenaje en o abajo de la malla y conducir descendentemente al sumidero para el líquido. A velocidades bajas de flujo del gas, el líquido usualmente puede ser removido pero a velocidades elevadas de flujo del gas existe un riesgo de que el líquido pueda ser transportado sobre la malla. Una velocidad elevada de flujo del gas puede incurrir además en la inundación de la malla conduciendo a picos de presión indeseables . Un problema principal de los tanques separadores de gas-líquido es el volumen grande requerido y el tiempo requerido usualmente para permitir la separación por gravedad. Puede ocurrir una formación de gotas secundarias debido al flujo del gas a través de la malla. Si el espacio permisible para la separación se lleva a cabo de manera confinada, tal como en la producción submarina de petróleo o aún en la separación en el fondo del pozo de los fluidos producidos, se requiere una solución compacta.

La presión o energía dinámica del flujo de fluido que va a ser separado, puede ser utilizada en un así llamado separador ciclónico. La mezcla de entrada del gas y el líquido es colocada en rotación ya sea utilizando una ruta de entrada tangencial a alta velocidad o utilizando un conjunto de álabes de turbina para poner el flujo del fluido mezclado en rotación, ambos en un alojamiento cilindrico. El gas de densidad inferior se recolectará en el núcleo del ciclón para el fluido y los líquidos de densidad más elevada tales como el aceite o el agua se recolectarán en la periferia del cuerpo del fluido ciclónico que está fluyendo. El fluido recolectado periféricamente puede formar una película líquida o gotas sobre la pared del alojamiento ciclónico dependiendo de la proporción del líquido con respecto al gas. La parte líquida del flujo es removida entonces teniendo al flujo descendiendo sobre la pared antes de la recolección. Un problema significativo es que la velocidad del flujo del gas someterá a cizallamiento al líquido lo cual puede ocasionar el re-arrastre de las gotas desde el líquido separado y que de esta manera regresen hacia el flujo del gas.

US 6,858,067 a favor de Burns "Filtration vessel and method for rotary gas compressor system" describe un recipiente de filtración para separar las gotas del aceite lubricante arrastradas por el gas comprimido desde un compresor de tornillos rotatorios. El gas es puesto en rotación durante la introducción de una región de vórtice repentino en la parte inferior del recipiente de filtración cilindrico vertical, y los fluidos más ligeros en el núcleo del vórtice se elevan hasta la porción superior del recipiente cilindrico para que pasen a través de un filtro de coalescencia, concéntrico, hueco, estático, que está colocado como una malla fina no tejida para recolectar y retirar por drenaje las gotas restantes del aceite lubricante desde la corriente del gas comprimido que pasa de manera vertical y radial, el gas libre de gotas eventualmente sale a través de una boquilla de salida superior lateral.

Varias publicaciones de patente describen el uso de filtros de coalescencia para remover las gotas de los gases. US 6,251,168 a favor de Birmingham, "High efficiency gas sc.rubber using combined coalescing media and centrifugal cyclone", describe un tanque separador ciclónico de dos etapas para una separación de alta calidad de una corriente gaseosa que sale por la parte superior, que contiene una proporción elevada indeseable de gotas o niebla. El dispositivo de Birmingham puede separar una mezcla de gas/líquido que es un sistema de dos fases, de un componente, o un sistema de componentes múltiples. Un separador ciclónico secundario superior está provisto con álabes de entrada tangencial para formar el movimiento ciclónico secundario del gas/líquido que se introduce al ciclón secundario. El riesgo de re-arrastre del líquido en el flujo del gas es descrito. Un filtro de coalescencia está colocado cubriendo las entradas hasta los álabes de entrada tangenciales para iniciar el crecimiento de la gota para mejorar el efecto de separación ciclónica de la etapa secundaria.

US 5,334,239 a favor de Choe, "Passive gas separator and accumulator device" describe un filtro cilindrico colocado axialmente en la línea para que sea colocado sobre una línea del líquido. Los álabes que forman un "remolino" helicoidal cerca de la entrada, inducen un movimiento de remolino en el líquido, y un filtro de coalescencia estático colocado centralmente atrapa las burbujas de gas y el movimiento ciclónico conduce a que las burbujas del gas sean obtenidas por coalescencia cerca del centro del dispositivo cilindrico, y dejan que el líquido pase periféricamente. El dispositivo es particularmente adecuado para separar las burbujas de Helio del Litio líquido tales como las que pueden surgir por la radiación en las plantas de energía nuclear.

La solicitud de patente US publicada US2006/0225386 describe un método para remover los componentes gaseosos tales como el C02 o el H2S de una corriente de gas natural contaminado. El método comprende primero expandir la corriente del gas contaminado en un expansor para obtener una corriente de gas expandida. Esto se puede llevar a cabo en un expansor de turbina. En segundo lugar, una parte del contaminante en la corriente gaseosa se deja licuar para formar una dispersión de una fase líquida enriquecida en el contaminante en una fase gaseosa agotada en el contaminante. En tercer lugar, la fase líquida y la fase gaseosa son conducidas hacia un barril de separación centrífuga con un conjunto de canales paralelos al eje. La fase líquida enriquecida en el contaminante, separada, es recibida axialmente, en una posición radial externa. El gas agotado en el contaminante, separado, es recibido en la posición radial interna y entonces puede ser recomprimido tal como en un compresor de turbina, y reprocesado. Una desventaja de los canales paralelos al eje es que los mismos pueden ser sobrellenados y bloquear parcialmente el pasaje del gas. Por consiguiente existe un riesgo de re-arrastre del líquido en flujo del gas.

La patente US 1,075,736 a favor de Spiegel describe un aparato para separar las partículas líquidas de los gases. El aparato comprende una entrada para el gas con las partículas líquidas a un canal cilindrico más ancho con un tambor rotatorio de diámetro ancho, y a una salida de menor diámetro. El brazo rotatorio está provisto con álabes de ventilador alrededor de una porción corriente arriba terminada en punta. Los álabes del ventilador son para guiar el flujo del gas radialmente hacia fuera, hacia el canal cilindrico periférico alrededor del tambor ancho. Corriente abajo, el gas es forzado entonces radialmente hacia dentro hasta la salida axial más estrecha del canal cilindrico. Los tamices de malla fina son fijados sobre la superficie del tambor en el espacio anular alrededor de la superficie del tambor rotatorio. Los tamices de malla fina son para el barrido a través del flujo del gas húmedo para la coalescencia de las partículas líquidas en el flujo del gas. El líquido obtenido por coalescencia es forzado entonces centrífugamente hacia fuera de manera lateral y se drena hacia un sumidero.

US 6,640,792 describe un filtro de coalescencia montado a un eje rotatorio en una ventilación de una caja del cigüeñal. El filtro de coalescencia separa las gotas de aceite del gas. El filtro de coalescencia rotatorio tiene una entrada para el gas periférico desde la caja del cigüeñal y una salida para el gas axial. El líquido obtenido por coalescencia es centrifugado de regreso periféricamente hasta la caja del cigüeñal.

US 3,045,411 describe un separador centrífugo rotatorio para remover los líquidos arrastrados desde un flujo de fluido gaseoso desde la caja del cigüeñal hasta la cámara de encendido en un motor de combustión interna. El fluido gaseoso es bombeado radialmente hacia dentro a través de un filtro de coalescencia rotatorio y expulsa el líquido radialmente hacia fuera, por lo cual separa el líquido arrastrado del gas. WO 2009099339 Al describe un dispositivo o unidad de separación para separar el líquido desde un flujo de entrada que principalmente contiene gas, el dispositivo de separación comprende un recipiente o una sección tubular con una salida para el gas desde el recipiente o la sección tubular, una salida para el líquido desde el recipiente o la sección tubular y una entrada para el flujo de entrada al recipiente o la sección tubular. El dispositivo de separación comprende además: un colector de flujo colocado para recibir y colocar el flujo de entrada en movimiento hacia un cuerpo tubular poroso que se extiende hacia la salida para el gas y colocado para recibir el flujo de entrada, en donde parte del flujo está fluyendo a través del cuerpo tubular hasta la salida para el gas, mientras que el resto del flujo está fluyendo a través de la pared porosa del cuerpo tubular, y un espacio anular que consiste del volumen entre el cuerpo tubular y la pared del recipiente o la sección tubular, el espacio anular está abierto para el flujo del gas hacia la salida del gas.

Las mediciones y comparaciones de la eficiencia de separación han sido publicadas en C. Verían (1989) : "Performance evaluation of impingement gas-liquid separators in Multiphase Flow" en Proceedings of de 4th International Conference. El artículo muestra la eficiencia de separación en porcentaje contra la velocidad del gas superficial (Ug) expresado en m/s para un intervalo de velocidad entre 2.0 m/s y 4.5 m/s para un sistema de aire/agua, véase por favor lo relacionado con la Figura 16. Además, la eficiencia de separación también es descrita en el documento "Gas/Liquid Separation Technology" por Sulzer Chemtech, y muestra la eficiencia de separación en porcentaje contra los valores del factor de carga del gas (GLF, por sus siglas en inglés) entre 0.0 y 0.3 m/s, véase la Figura 17 posterior.

Breve Descripción de la Invención Algunos de los problemas en el arte previo son resueltos por la invención, que es un separador para separar un flujo de fluido del gas con gotas que comprenden una entrada para el gas con gotas a un rotor que tiene un eje y que comprende una malla para la coalescencia de las gotas y para liberar el liquido obtenido por coalescencia desde una parte periférica del rotor. Algunas de las características novedosas de la invención son: - la malla generalmente forma un pasaje axial para el gas desde la entrada y a través del rotor (4) , hasta una salida para el gas agotado líquido, y - el rotor con la malla para transportar el líquido obtenido por coalescencia de manera lateral fuera del pasaje axial hasta una pared colocada para recibir el líquido obtenido por coalescencia.

En una modalidad de la invención, la parte periférica del rotor es permeable al líquido. La malla en una modalidad puede ser estructuralmente auto-soportable, formando generalmente la parte principal del cuerpo rotatorio.

En una modalidad ventajosa de la invención, el rotor con la malla está colocado para mover centrífugamente el líquido obtenido por coalescencia de manera lateral fuera del pasaje axial del gas (G) con respecto a un pasaje radial hasta una pared de recolección del líquido colocada para recibir separadamente el líquido obtenido por coalescencia. La pared puede estar colocada lateralmente con relación al eje del rotor.

En una modalidad ventajosa de la invención el rotor comprende un barril rotatorio de extremos abiertos para soportar estructuralmente la malla. El barril es cilindrico de acuerdo con una modalidad de la invención, pero otras formas pueden ser utilizadas tales como cuerpos giratorios redondeados o terminados en punta.

En una modalidad ventajosa adicional de la invención, el barril del separador tiene una pared periférica que es permeable al líquido obtenido por coalescencia.

Una ventaja de una modalidad de la invención es que el gas puede pasar axialmente, recto a través de la malla del rotor mientras que las gotas se depositan por coalescencia y son removidas por la malla rotatoria, y pueden ser recolectadas por la pared circundante y drenadas a partir de la misma.

Otra ventaja de una modalidad de la invención es que cuando el líquido es centrifugado por la malla rotatoria y se deja que escape radialmente hacia fuera de la ruta del flujo, el riesgo de re-arrastre de las gotas hacia la corriente del gas es reducido significativamente a causa de que las gotas no radican durante mucho tiempo dentro del perímetro del rotor. La abertura lateral en la pared lateral de la malla de alambre ayuda a remover el líquido más eficientemente que por el goteo de las gotas grandes en el arte previo. Además, esto evita el arrastre de las gotas grandes. Evitar la inundación de la malla por la remoción del líquido puede evitar así los picos de presión debidos a la inundación.

Otra ventaja de la invención es que en lugar que el líquido obtenido por coalescencia sea forzado corriente arriba contra el flujo del gas de entrada como se describió en algunos de los artes previos, la película líquida formada y el gas se moverán con velocidades relativas reducidas a través de la malla, por consiguiente el fluido obtenido por coalescencia es removido rápidamente y se forma poco o nada de la película líquida. Un efecto de cizallamiento significativamente reducido del flujo del gas sobre la película líquida es el que resulta. Esto puede reducir el problema de re-arrastre del líquido de regreso hacia el flujo del gas .

Una ventaja de la invención es la caída de presión baja entre la entrada y la salida.

Una ventaja de una modalidad de la invención es un tubo de alineación de la presión que conduce desde la cámara receptora del líquido alrededor del rotor y de regreso a través de una pared hasta la salida del gas corriente abajo para controlar el flujo para que se extienda axialmente a través del separador.

El separador de acuerdo con la invención puede mejorar significativamente el dispositivo de US2006/0225386 porque el separador de acuerdo con la invención removerá de manera rápida y continua el líquido obtenido por coalescencia en las direcciones generalmente radiales, en lugar de extender el riesgo de bloqueo de las tuberías colocados longitudinalmente de la solicitud US.

Un efecto ventajoso y sorprendente del dispositivo de acuerdo con la invención es que la malla de coalescencia en muchos casos remueve las gotas del flujo del gas aún cuando esté girando lentamente o no gire para nada. El líquido se deposita por coalescencia en el rotor (4) y el líquido es drenado hasta el tanque de recolección aún con la malla de coalescencia rotatoria detenida, y el gas que fluye a través de la misma está agotado en su contenido de líquido.

Breve Descripción de las Figuras La invención es ilustrada en las figuras anexas, en las cuales : La Figura 1 ilustra una malla rotatoria recubierta con una entrada para el gas con una pared recolectora colocada coaxialmente con el eje de la malla rotatoria.

La Figura 2 es una ilustración de una malla rotatoria con una porción de entrada para un flujo de gas con las gotas ilustradas desde el lado izquierdo y que exhiben la propiedad de que las gotas sean depositadas por coalescencia desde el flujo del gas y una salida para el gas agotado en el líquido ilustrada hacia el lado derecho. La malla giratoria es provista con una envoltura permeable que forma una superficie alrededor y giratoria con la malla giratoria. La envoltura mostrada es cilindrica pero están contempladas otras formas tales como un rotor con extremos redondos o terminados en punta están contempladas.

La Figura 3 es semejante a la Figura 1 e ilustra una malla de alambre giratoria. Los intersticios formados por el espacio entre los alambres son generalmente continuos de principio a fin de la malla de alambre y forman rutas de escape para las partes de los intersticios llamadas las aberturas en la superficie del rotor.

La Figura 4 ilustra una sección longitudinal de una tubería con una malla rotatoria envuelta mantenida en los cojinetes en las placas de delimitación superior e inferior que forman un compartimiento del recolector alrededor de la malla rotatoria en la tubería.

La Figura 5a es una vista en perspectiva de una modalidad de tal malla rotatoria mantenida en una pared permeable, provista aquí con un eje mecánico. La pared puede ser cilindrica como es ilustrado.

La Figura 5b ilustra una modalidad de una malla rotatoria que comprende un eje que soporta conjuntos regulares de alambres que se extienden radialmente.

La Figura 5c ilustra una modalidad de un montaje de malla rotatoria semejante a la malla de la Figura 5b, aquí con cada alambre de la malla que tiene un extremo colocado con separaciones uniformes cerca y a lo largo de un eje del montaje de la malla y un extremo opuesto colocado cercano a una ruta helicoidal alrededor del eje.

La Figura 6 es una ilustración de una modalidad de la invención que tiene una tubería de suministro colocada verticalmente para el gas con gotas con respecto al rotor y una tubería colocada verticalmente para el gas resultante agotado en el líquido. La pared del recolector forma parte de un tanque, aquí en una modalidad cilindrica recta, que rodea la entrada, el rotor con la malla, y la salida.

La Figura 7 es una sección longitudinal de la cual un cilindro de malla rotatoria está colocado al mismo nivel con una tubería de entrada para el gas que contiene las gotas y la salida para el gas seco, con una cámara recolectora cilindrica de drenaje del líquido, que forma generalmente un ensanchamiento cilindrico de la entrada colocada axialmente y las tuberías de salida.

La Figura 8 es una sección longitudinal a través de un arreglo apilado o en cascada de una malla rotatoria colocada rotatoriamente dentro de dos compartimientos recolectores drenados separadamente, separados por una pared de división intermedia que forma una pared para el compartimiento del recolector alrededor de la primera parte de la malla rotatoria y también formando una pared para un compartimiento del recolector consecutivo. Los compartimientos del recolector pueden ser provistos con salidas de drenaje separadas para los líquidos separados o una salida común. Además, se puede proveer los separadores con tubos de flujo de recirculación separados para alinear las presiones del gas.

La Figura 9 ilustra una modalidad de la invención que comprende un conjunto de separadores arreglados para trabajar en paralelo. El conjunto puede estar colocado dentro de una tubería o tanque de envoltura común.

La Figura 10 es una vista esquemática de una serie de separadores con tuberías de recirculación.

La Figura 11 es una ilustración de una serie de separadores colocados consecutivamente y que trabajan sobre un gran flujo que va a ser separado, que es dividido y enviado a diferentes separadores. Los separadores pueden ser colocados generalmente a lo largo del mismo eje. Además, los separadores pueden ser colocados trabajando sobre cada una de sus porciones separadas del flujo.

La Figura 12 es una sección de una modalidad de la invención en la cual existe un hueco radial en la parte corriente arriba de la malla.

La Figura 13 muestra la eficiencia de separación en porcentaje contra los valores del factor de la carga del gas (GLF) entre 0.06 y 0.26 m/s para una modalidad de la invención.

La Figura 14 muestra la caída de la presión contra el factor de carga del gas, GLF, para los mismos valores de GLF que se utilizaron en la Figura 13 para una modalidad de la invención.

La Figura 15 muestra la eficiencia de separación en porcentaje contra la velocidad del gas superficial (Ug) expresada en m/s para un intervalo de velocidad de 2.0 m/s y 4.5 m/s para una modalidad de la invención.

La Figura 16 se volvió a trazar de C. Verlaan (1989) , Performance evaluation of impingement gas-liquid separators in Multiphase Flow, Proc . of the 4th International Conference, y muestra la eficiencia de separación en porcentaje contra la velocidad del gas superficial (Ug) expresada en m/s para un intervalo de velocidad entre 2.0 m/s y 4.5 m/s para un sistema de aire/agua.

La Figura 17 se volvió a trazar de un artículo de ventas llamado "Gas/Liquid Separation' Technology" por Sulzer Chemtech, y muestra la eficiencia de separación en porcentaje contra los valores del factor de carga del gas (GLF) entre 0.1 y 0.3 m/s .

Descripción Detallada de la Invención Las modalidades de la invención son descritas posteriormente. Las modalidades de la invención son ilustradas en las figuras mencionadas anteriormente. En una modalidad básica de la invención, tal como la ilustrada en la Figura 1, un separador para separar un flujo de fluido de entrada del gas (G) con las gotas (L) es mostrado. Por el uso del término "gotas" se entiende una fase generalmente dispersada. El medio dispersado puede incluir un número de objetos tales como algo de partículas sólidas o de arena, o tales como soluciones líquidas de rociado, gotas, o aún grumos líquidos. Para facilidad de entendimiento, las gotas son utilizadas en lo siguiente. La modalidad del separador comprende un canal de entrada (11) para el gas con las gotas (G, L) hasta una entrada (10) para un rotor (4) . El rotor (4) comprende una malla (5) para depositar por coalescencia las gotas (L) y liberar el líquido obtenido por coalescencia (L') desde una parte periférica permeable (50) del rotor (4) . El rotor (4) está colocado para la revolución alrededor de un eje (12) . La malla (5) como tal puede ser una malla de acero o una pieza de metal expandido, una malla de fibra de alta resistencia o semejante que puede soportar las fuerzas mecánicas del gradiente de la presión, las fuerzas rotatorias y la erosión del gas que pasa a través de ella. La malla (5) puede ser cualquier medio permeable, poroso, adecuado para la tarea de separación. La malla (5) puede ser auto-soportada estructuralmente .

El separador de acuerdo con la invención puede ser colocado con el rotor con una posición del eje horizontal como se ilustró en la Figura 4, o con una posición del eje vertical como es ilustrado en la Figura 6 y en la Figura 12. El flujo también puede ocurrir hacia abajo a través del rotor, o en cualquier otra dirección intermedia.

La malla (5) del rotor (4) puede ser formada de varias maneras. Una de tales maneras es el enrollado en espiral de una estera y fijándola al rotor así formado. Otra manera de, formar la malla (5) del rotor (4) es apilar una serie de esteras circulares. Los rotores (4) así formados pueden ser auto-soportados estructuralmente o soportados estructuralmente por un barril de extremos abiertos como se ilustra en las Figuras 1 y 2. La malla (5) generalmente forma un pasaje axial para el gas (G) desde la entrada (10) , a través del rotor (4), hasta una salida (20) para un canal de salida (21) para el gas agotado en el líquido (G1), véanse las Figuras 2, 3 y 4. En una modalidad ventajosa de la invención, la salida (20) para el gas agotado en el líquido (G1) también es axial.

El rotor (4) con la malla (5) está colocado para el movimiento del líquido obtenido por coalescencia (L1) lateralmente fuera del pasaje axial del gas (G) , por lo cual se agota el gas (G) hasta un gas agotado en el líquido (G')( y conduce al líquido obtenido por coalescencia separadamente a través de un pasaje hasta una pared (6) colocada para recibir el líquido obtenido por coalescencia (L1).

Una segunda razón por la cual existe un menor arrastre es que el gas y la película del líquido girarán en la misma dirección de tal modo que existirá menor movimiento relativo que en los separadores ordinarios en los cuales las paredes están estáticas. Es decir, la velocidad relativa entre el gas y el líquido es reducida.

Un efecto sorprendente como el mostrado por los resultados experimentales mostrados en la Figura 13, es que la malla de la coalescencia remueve las gotas del flujo del gas aún cuando estén girando lentamente o no giren para nada. Esto fue descubierto durante la prueba del principio de la invención en el laboratorio. Este fenómeno fue probado posteriormente para una velocidad giratoria de cero. Se llevaron a cabo pruebas adicionales utilizando velocidades giratorias de 20 Hz y 30 Hz . El líquido fue obtenido por coalescencia en el rotor (4) y el líquido fue drenado hasta el tanque de recolección aún con la malla de coalescencia detenida, y el gas que fluye a través de ella que está agotado en su contenido del líquido. Existe una reducción abrupta en la eficiencia para la velocidad rotatoria de cero de la malla a una fracción de la carga del gas GLF en aproximadamente 0.19 m/s, que se reduce desde una eficiencia de separación cerca del 100 % hasta abajo del 55 % para una GLF en aproximadamente 0.25. Para la velocidad rotatoria de 20 Hz de la malla, la eficiencia de separación permanece a eficiencias de separación elevadas arriba del 98 % para GLF a 0.25, y a 30 Hz para que la eficiencia de separación permanece arriba de 99 % para GLR = 0.25.

Los separadores comerciales de Sulzer son descritos en un folleto de ventas llamado "Gas/Liquid Separation Technology" por Sulzer Chemtech. El funcionamiento de algunos de estos separadores es ilustrado en la gráfica de la Figura 17 y muestran las eficiencias de separación en porcentaje contra los valores de "los factores de carga del gas (GLF) entre 0.1 y 0.3 m/s. Si las gráficas del arte previo en la Figura 17 son comparadas con las gráficas de los resultados de la Figura 13 , la Figura 13 indica que el separador de acuerdo con la presente invención tiene un mejor funcionamiento .

La malla (5) no necesariamente puede ser auto-soportada. En una modalidad del separador, el rotor (4) puede comprender un barril rotatorio (54) para soportar estructuralmente la malla (5) . El barril (54) mostrado por ejemplo en la Figura 1 es de una forma cilindrica pero están contemplados otros cuerpos rotatorios. El barril (54) puede tener una pared periférica (51) que es permeable para el líquido obtenido por coalescencia (L1) o provisto con aberturas (52) en comunicación de fluido con la malla (5) para liberar el líquido obtenido por coalescencia (L') periféricamente. El barril (54) que soporta la malla (5) puede ser colocado para liberar el líquido (L1) axialmente .

En una modalidad de la invención, el separador con la pared de recolección del líquido (6) puede ser provisto con uno o más drenajes (61) para drenar el líquido (L1) apartándose del dispositivo separador, véase por favor la Figura 1, Figura 4, Figura 6 y Figura 7. La pared de recolección del líquido (6) puede formar parte de un tanque (66) que rodea la parte del canal de entrada (11) con la entrada (10) , el rotor (4) , y la parte del canal de salida (21) y la salida axial (20) , tal como se ilustra en las Figuras 4 y 6.

En otra modalidad de la invención, la pared de recolección del líquido (6) puede formar una continuación general de la tubería de flujo del gas que forma una porción intermedia de una pared del canal de entrada (11) y el canal de salida (21) , véase por favor la Figura 4 y una versión apilada o así llamada "en cascada" ilustrada en la Figura 8. Un compartimiento (66 ') está formado, el cual es separado del canal de entrada (11) por un anillo (62) de la placa del separador interno y separado del canal de salida (21) por otro anillo (63) de la placa del separador interno, véase por favor la Figura 4. En la versión apilada mostrada en la Figura 8, una serie de anillos de las placa separadora interna separan dos o más compartimientos (66') .

Para recircular algo del gas o para equilibrar la presión del gas entre el canal de entrada (11) y el compartimiento (66), el tanque o compartimiento (66, 66') puede ser provisto con una o más tuberías de recirculación (65) hasta el canal de entrada (11) , véanse por favor las Figuras 4, 8, y 10. Las tuberías de recirculación pueden ser separadas o unidas en la abertura hasta el canal de entrada (11) .

Para equilibrar la presión del gas entre el canal de salida (21) y el compartimiento (66, 66'), el tanque o compartimiento (66, 66') puede ser provisto con uno o más pasajes de alineación de la presión tales como las tuberías (67) hasta el canal de salida (21) , véanse la Figura 4 y la Figura 8. La presión entre el canal de salida (11) y el espacio anular en el compartimiento (66, 66'), que rodea la malla rotatoria debe ser igualada. Esto puede ser requerido para asegurarse que no exista un corto circuito a través de las partes laterales de la malla.

La Figura 14 muestra la caída de la presión contra el factor de carga del gas, GLF para los mismos valores de GLF como se utilizaron en la Figura 13. La caída de la presión permanece abajo de 2000 Paséales (20 mBar) para todos los experimentos utilizando el gas seco, el gas húmedo a 0 Hz (rotor estático) , a la velocidad del rotor de 20 Hz y a la velocidad del rotor de 30 Hz . El gas seco tiene la caída de presión más baja. El gas húmedo tiene, para las mediciones entre 0.19 m/s y 0.25 m/s las caídas de presión más elevadas, y las mediciones de 20 Hz húmedas están entre los valores denotados anteriormente. En general, la caída de la presión se reduce mientras que la eficiencia de la separación para los experimentos rotatorios permanece elevada, arriba del 98 %.

La Figura 15 muestra la eficiencia de separación en porcentaje contra la velocidad del gas superficial (Ug) expresada en m/s para el intervalo de velocidad entre 2.0 m/s y 4.5 m/s para una modalidad de la invención. La gráfica corresponde en general a aquella que es mostrada para GLF en la Figura 13. Las pruebas se llevaron a cabo utilizando velocidades rotatorias de 0 Hz (sin rotación), 20 Hz y 30 Hz . El líquido fue obtenido por coalescencia en el rotor (4) y el líquido se drenó hasta el tanque de recolección aún con la malla de coalescencia detenida, y el gas que fluye a través de ella estuvo agotado en su contenido de líquido. Existe una reducción abrupta en la eficiencia de separación desde casi 100 % para una velocidad rotatoria de cero de la malla en las velocidades superficiales Ug entre aproximadamente 3.9 m/s y 4.1 m/s, que se reduce hasta abajo de 55 % para Ug de aproximadamente 4.2 m/s. Para la velocidad rotacional de 20 Hz de la malla, la eficiencia de la separación permanece a eficiencias de separación elevadas arriba del 98 % para Ug = 4.2 m/s. A 30 Hz la eficiencia de separación permanece arriba del 99 % para Ug = 4.2 m/s. Figura 16, que se volvió a trazar de C. Verían (1989) , Performance evaluation of impingement gas-liquid separators in Multiphase Flow, Proc . of de 4th International Conference, y muestra la eficiencia de separación en porcentaje contra la velocidad del gas superficial (Ug) expresada en m/s para el intervalo de velocidad entre 2.0 m/s y 4.5 m/s para un sistema de aire/agua. Estas curvas son para mallas no rotatorias.

Si las gráficas del arte previo en la Figura 16 son comparadas con la gráfica de los resultados mostrados por la curva para 0 Hz (sin rotación) y el % del vol . liq. [0.051- 0.055] de la Figura 15, la Figura 15 indica que el separador de acuerdo con la presente invención tiene un mejor funcionamiento. Un ejemplo de la gráfica es que la malla de alambre de acuerdo con la invención experimenta una eficiencia de separación elevada de hasta casi el 100 % para una velocidad superficial de más de 3.8 m/s mientras que las mallas del arte previo, sin una abertura lateral, experimentan una separación de 75 % a Ug aproximadamente al mismo nivel y aún a un contenido de agua inferior.

En una modalidad de la invención de la cual una parte es ilustrada en las Figuras 5b y 5c, la malla permeable (5) forma una configuración regular de tal modo que los alambres se extiendan radialmente desde un eje, o los alambres colocados diametralmente entre las paredes del barril del rotor (4), los extremos del alambre colocados en una configuración helicoidal sobre el barril (54) .

En otra modalidad de la invención, la malla permeable (5) puede ser amorfa tal como una almohadilla de una malla de acero, lana de acero o semejantes.

El separador de acuerdo con una modalidad de la invención puede tener el rotor (4) colocado en un cojinete sin eje (56) tal como el ilustrado en las figuras 3, 4 y 8. Tal arreglo proporciona una sección transversal completa para hacer pasar axialmente el flujo de gas.

En las modalidades ilustradas' en las figuras 1 y 6 el rotor (4) del separador comprende un eje rotatorio (41) .

Independientemente de tener un cojinete axial o sin eje, el rotor (4) puede ser colocado para ser impulsado por un motor (8) accionado por la energía (E) provista externamente, tal como se ilustra en la figura 6. La posición del rotor es ilustrada corriente abajo en la figura 6, pero el motor puede ser colocado sobre el lado opuesto con relación al rotor. El rotor también puede ser colocado lateralmente con respecto al rotor como se muestra en la parte derecha de la Fig. 6.

En una modalidad de la invención mostrada en la Fig. 5a, el rotor (4) puede ser colocado para ser accionado por una turbina (9) en el propio flujo de gas (G) . Colocando la malla directamente sobre una turbina de tal modo que la rotación de la malla sea acoplada directamente con la i cantidad del gas que la atraviesa es una posibilidad.

Como se ilustra en la figura 4, el separador puede ser provisto con placas deflectoras (44) colocadas para prevenir que el líquido obtenido por coalescencia sea arrastrado con el flujo de gas agotado (G) .

Para mejorar la eficiencia, el separador de acuerdo con la invención puede comprender uno o más rotores consecutivos (4b) separados en compartimientos consecutivos separados (66b, 66b') . Esto se puede hacer para utilizar un espacio confinado estrecho tal como dentro de una sección de una tubería o herramienta que se utiliza dentro de un pozo, existente .

En una modalidad de la invención, el separador puede tener un canal de entrada (11) para el gas con las gotas (G, L) conectadas a una corriente de gas de petróleo para separar las gotas de aceite o las gotas de agua desde un flujo gaseoso.

Tal separador del petróleo puede tener su corriente gaseosa del petróleo a través del canal de entrada (11) conectado a una cabezal del pozo para la producción del petróleo, colocado ya sea submarino o encerrado en una cámara hermética al agua en una plataforma de producción.

En otra modalidad de la invención, el separador puede ser colocado en cualquier herramienta que se utiliza dentro de un pozo, con su canal de entrada (11) para el gas/aceite o el gas/agua y el canal de salida (21) que forma parte de una tubería de producción de un fluido de petróleo dentro de un pozo de petróleo, y el drenaje para el líquido obtenido por coalescencia que conduce preferentemente a la superficie si el líquido es aceitoso, y el drenaje para el líquido obtenido por coalescencia que conduce de regreso hacia el pozo si el líquido obtenido por coalescencia es el agua, si el gradiente de la presión lo permite así.

En una modalidad de la invención, el canal de entrada (11) para el gas con las gotas (G, L) está conectado a una fuente de gas que comprende las gotas de C02 licuadas para la separación del C02 del gas. Esto puede ser aplicado para la separación del dióxido de carbono de los gases de escape después de la expansión. Un separador de acuerdo con la invención puede ser utilizado para separar las gotas licuadas tal como en la producción de LNG o LPG en las cuales se utilizan varios ciclos de enfriamiento. Además, la licuefacción y la separación de los componentes del aire pueden ser llevadas a cabo utilizando la invención. En general, el separador de acuerdo con la invención puede ser colocado para la separación de cualquier gas condensable en una mezcla que es susceptible a ser separada. En una modalidad de la invención, el separador puede ser utilizado para separar las gotas de agua del aire de la respiración, por ejemplo durante la traqueotomía .

La figura 9 ilustra una modalidad de la invención que comprende un conjunto de separadores. El flujo de gas puede desplazarse de cualquier manera. Los separadores ilustrados pueden ser arreglados para que trabajen en paralelo. El conjunto puede ser colocado dentro de una tubería o tanque de envoltura común (6') al menos para recibir el líquido resultante (L' ) . Los canales de entrada (11) pueden ser conectados a un colector de entrada común, y los canales de salida (21) pueden ser conectados a otro colector de salida. La tubería o tanque de envoltura (6') puede trabajar como una pared recolectora del líquido común, o cada separador puede tener su propia pared recolectora (6) . Los rotores (4) pueden ser accionados separadamente por turbinas o motores o accionados por un motor común.

La figura 10 es una representación esquemática de una serie de separadores con tuberías de recirculación. Esto es para formar una cascada en la cual una porción del flujo del gas es recirculada.

La figura 11 es una ilustración de una serie de separadores (4) colocados consecutivamente y que trabajan sobre un flujo grande (G, L) que va a ser separado en el líquido (L' ) y el gas agotado en el líquido (G' ) . El flujo grande (G, L) es dividido arriba de un primer separador. Una primera parte del flujo dividido es enviada al primer separador proximal , y una segunda parte retirada sobre una ramificación del flujo es enviada a otro separador colocado más distantemente. Los separadores pueden ser colocados generalmente a lo largo del mismo eje como es mostrado aquí. Los separadores pueden ser colocados por consiguiente trabajando sobre cada una de sus porciones separadas del flujo.

En una modalidad, el separador de acuerdo con la invención puede ser utilizado en la salida para el gas desde un tanque de sedimentación por gravedad para remover las gotas arrastradas desde el gas.

De acuerdo con una modalidad de la invención, el rotor (4) puede ser mantenido en cojinetes magnéticos.

La figura 12 es una sección de una modalidad de la invención de la cual un rotor (4) está colocado en un cojinete sin eje (56) y del cual existe un hueco radial en la parte corriente arriba de la malla para permitir que el flujo del gas (G, L) ejerza una presión lateral sobre el líquido (L' ) formado en la parte inferior de la cámara anular (66, 66' ) .

Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (26)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Un separador para separar un flujo de fluido del gas con gotas, que comprende una entrada para el gas con gotas a un rotor que tiene un eje y que comprende una malla para hacer coalescer las gotas y liberar el líquido obtenido por coalescencia desde un parte periférica permeable líquida del rotor, caracterizado porque la malla forma generalmente un pasaje axial para el gas desde la entrada, a través del rotor, hasta una salida para el gas agotado en el líquido, y el rotor con la malla para el transporte del líquido obtenido por coalescencia lateralmente fuera del pasaje axial hasta una pared colocada para recibir el líquido obtenido por coalescencia .

2. El separador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un canal de entrada para el gas con las gotas para la entrada.

3. El separador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un canal de salida para el gas con las gotas desde la salida.

4. El separador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la salida para el gas agotado en el líquido es axial.

5. El separador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el rotor comprende un barril rotatorio para soportar estructuralmente la malla.

6. El separador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el rotor que tiene una pared periférica que es permeable al líquido obtenido por coalescencia .

7. El separador de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la pared periférica está provista con aberturas en comunicación de fluido con la malla, para liberar el líquido obtenido por coalescencia.

8. El separador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la pared está provista con un drenaje para el drenaje del líquido.

9. El separador de conformidad con las reivindicaciones 5 y 6, caracterizado porque la pared forma parte de un tanque que rodea una parte del canal de entrada con la entrada, el rotor, y una parte del canal de salida y la salida.

10. El separador de conformidad con las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque la pared que forma una porción intermedia de una pared del canal de entrada y el canal de salida, forma un compartimiento que está separado del canal de entrada por un anillo de una placa separadora interna y separado desde el canal de salida por un anillo de la placa separadora interna.

11. El separador de conformidad con las reivindicaciones 9 o 10, caracterizado porque el tanque o compartimiento comprende una tubería de recirculación para el canal de entrada.

12. El separador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la malla forma una configuración regular.

13. El separador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la malla es amorfa.

14. El separador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el rotor está colocado en un cojinete sin eje.

15. El separador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el rotor comprende un eje rotatorio.

16.. El separador de conformidad con las reivindicaciones 13 o 14, caracterizado porque comprende un cojinete magnético.

17. El separador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el rotor está colocado para ser impulsado por un motor accionado por energía provista externamente.

18. El separador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el rotor está colocado para ser impulsado por una turbina en el flujo de gas.

19. El separador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque está provisto con placas deflectoras colocadas para prevenir que el líquido obtenido por coalescencia sea arrastrado con el flujo del gas agotado .

20. El separador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende uno o más rotores consecutivos separados en compartimientos consecutivos separados.

21. El separador de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el canal de entrada para el gas con las gotas está colocado para ser conectado a una corriente gaseosa del petróleo.

22. El separador de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la corriente gaseosa del petróleo a través del canal de entrada está conectado a un cabezal del pozo para la producción del petróleo.

23. El separador de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el canal de entrada y el canal de salida forman parte de una tubería de producción del fluido del petróleo dentro de un pozo de petróleo.

24. El separador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el canal de entrada está conectado a una fuente de gas que comprende las gotas condensables para separar las gotas desde una mezcla de gases condensables .

25. El separador de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque el gas comprende gotas de C02 licuadas.

26. El separador de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque el gas comprende gotas de gas natural o de gas de petróleo, licuadas.