PT1809423E - Centrifugadora de leito poroso contínuo - Google Patents

Description

DESCRICAO

Centrifugadora de leito poroso continuo 0 presente invento refere-se a uma centrifugadora de leito poroso continuo.

Mais especificamente, o presente invento refere-se a uma centrifugadora de leito poroso continuo para a separação continua de líquidos imiscíveis, por exemplo água e óleo mineral/petróleo, obtida por uma modificação nas centrifugadoras de disco convencionais para aumentar a sua eficiência. Os discos foram substituídos por uma carga de partículas sólidas que actuam como um leito filtrante e coalescente. Foram executado testes com sucesso para a remoção de óleo de águas associadas à produção de óleo. A patente US 5776345 revela a utilização de material em partículas num leito de filtro compacto para separar uma fase líquida dispersa de um líquido, no qual o leito é colocado numa centrifugadora.

As centrifugadoras de disco, tais como as reveladas na US 4026462, são dispositivos utilizados para a separação contínua ou semi-contínua de líquidos, possivelmente contendo partículas sólidas, com base na acção da força centrífuga no fluido introduzido num rotor. Para o objectivo de modificação do presente invento, são consideradas as centrifugadoras que permitem a descarga de uma fase líquida pesada (aquosa). Para automatizar o processo e o tornar contínuo, no entanto, é necessário prever a descarga contínua da fase líquida (óleo) e descarga dos sólidos. A parte interior dos rotores das centrifugadoras convencionais contém, normalmente, discos com forma tronco-cónica com espaçadores e furos para transportar os 1 líquidos. A fase pesada (líquida ou sólida) está concentrada na parte superior, enquanto a fase líquida tende a subir para o eixo de rotação. As descargas das duas fases líquidas saem do rotor e são recolhidas por canais específicos localizados no recipiente exterior. A descarga da fase líquida pesada é controlada por um tipo de escoadouro (normalmente um disco com um furo interno calibrado) dependendo do fluido e das condições operacionais. Os sólidos que se acumulam no rotor podem ser descarregados em intervalos pré-estabelecidos. A descarga completa do rotor é controlada por uma anilha actuada por um circuito hidráulico que explora o impulso gerado pela força centrifugadora.

No campo de petróleo a montante, os grandes volumes envolvidos e o custo são os principais factores que limitam a utilização de centrifugadoras, mesmo que tenham características relacionadas com eficiência e flexibilidade em termos de alimentação que pode levar à sua utilização vantajosa em determinados casos, por exemplo em plataformas.

Os requerentes verificaram agora que é possível proporcionar várias melhorias no processo de purificação da água da camada (fase pesada) o que reduz consideravelmente as concentrações de petróleo nas águas residuais. Descobriu-se, de facto, que é possível modificar uma centrifugadora de disco convencional eliminando os discos e adaptando o sistema para permitir que uma carga de filtragem seja carregada e descarregada durante a rotação da centrifugadora. A modificação introduzida destina-se a formar um leito filtrante e coalescente sujeito a uma força centrifugadora para favorecer a adesão das partículas de óleo à superfície porosa do leito e separá-las da fase aquosa 2

Um objectivo do presente invento refere-se, por isso, a uma centrifugadora de leito poroso continuo para a separação continua de um fluido consistindo em dois líquidos imiscíveis em dispersão, que compreende: a) uma primeira saia rotativa exterior compacta com forma essencialmente cónica; b) uma segunda saia rotativa exterior compacta com forma essencialmente cónica, inteiriça com a saia exterior e colocada de modo a formar um espaço intermédio com a dita saia exterior; c) um elemento de separação perfurado com forma toroidal posicionado na base das duas saias e adequado para separar o espaço intermédio do interior da centrifugadora; d) uma base de fecho solidária da saia exterior por meio de uma junta de estanqueidade; e) uma secção, equipada com um escoadouro actuando como um regulador de débito, fixa à cabeça da saia exterior e com aberturas para a descarga dos líquidos separados; f) um primeiro tubo coaxial, inteiriço com a saia exterior e com a secção (e); g) um segundo tubo coaxial que não é inteiriço com a saia exterior, colocado no interior do primeiro tubo, para alimentação da dispersão; h) uma carga sob a forma de partículas capaz de encher entre 40 a 70% do volume interno da centrifugadora.

De acordo com o presente invento, a carga de partículas está contida dentro do sistema rotativo e é mantida separada do 3 espaço intermédio entre as duas saias por meio do elemento de separação com forma toroidal que tem uma largura que é substancialmente idêntica à espessura do espaço intermédio. 0 elemento de separação pode ser uma rede, uma grelha com furos pequenos ou uma divisória com furos ou poros calibrados relativamente à dimensão das partículas da carga a serem retidas. 0 elemento de separação é colocado na área que está o mais afastada possível do eixo de rotação para reter o líquido mais pesado (por exemplo água sem óleo). Durante a rotação da centrifugadora, o fluido alimentado é forçado para fora pela força centrífuga e passa através do leito de partículas e é filtrado. A fase pesada flui consequentemente através do elemento de separação (rede) , passa para a cavidade entre a saia exterior e a saia interior, e é descarregada para fora. Embora sujeita a força centrífuga, as partículas filtrantes são retidas pelo elemento de separação. 0 leito filtrante e coalescente (carga) consiste, de preferência, em partículas, por exemplo areia, ou esferas tendo dimensões diferentes. As superfícies das partículas da carga podem ser tratadas para terem características de tensão superficial específicas.

Em particular, de acordo com o presente invento, as partículas de carga são esféricas para facilitar a sua carga e a descarga, mas podem ter outra forma, por exemplo a forma de cilindros, cubos ou outras formas geométricas, esferas de microfibras ou areia genérica.

As partículas podem ser cheias ou com cavidades e as superfícies podem ser macias ou porosas para aumentar o efeito de coalescência. 4 A densidade das partículas sólidas tem de ser superior à da fase líquida leve. É preferível, mas não obrigatório, que possam ser ainda mais densas do que a fase líquida pesada.

As partículas são rígidas e podem ser tratadas na superfície para mudar as suas propriedades de molhagem e facilitar o processo de coalescência e a separação entre os grãos, quer na fase de descarga, quer na fase de carga. Os revestimentos em silicone e o tratamento com agentes de silanização foram testados em pequenas esferas de silicato.

As partículas podem ser feitas de vidro, materiais polímero, metal, óxidos (por exemplo sílica, silicatos, alumina), resinas permutadoras de iões, zeólitos, microesferas de vidro ocas, areias, terra diatomácea, mas também cristais de sais com uma baixa solubilidade na fase líquida pesada.

As dimensões médias das partículas de carga podem variar entre 1 pm e 3 pm, determinadas por processos conhecidos de quem tem competência no campo (por exemplo o método Coulter). Como dimensão de referência, são preferíveis as esferas com um diâmetro de 500 pm. A distribuição dos diâmetros pode ser bem definida, distribuída ou bimodal. Podem ser carregadas partículas maiores, seguidas por partículas mais finas. A fase de carga das partículas pode ser executada em condições secas, ou na forma de uma pasta no líquido de processo ou outro líquido. O líquido de carga, se necessário, pode ser tornado viscoso para ajudar à suspensão do sólido.

As fases de carga e descarga da carga podem ser automatizadas. Durante a descarga, os sólidos de obstrução filtrados contidos possivelmente na dispersão a ser separada, são também expulsos com as partículas de carga. A descarga do teor completo do rotor reduz a necessidade de operações de manutenção frequentes devido à sujidade dos discos. 5 A centrifugadora continua, objecto do presente invento, será agora descrita com referência ao desenho da figura anexa, que representa uma forma de realização ilustrativa e não limitativa, assumindo uma dispersão água / óleo como um fluido de processo.

Com referência ao desenho, 1 representa a saia rotativa exterior, 2 a saia interior, 3 o elemento de separação perfurado, 4 a base de fecho, 5 o vedante localizado entre a base de fecho e a saia exterior, 6 o tubo de alimentação da dispersão, não rotativo e coaxial com a peça tubular 7 que faz parte do rotor. A parte superior do rotor 8 é solidária com a saia exterior e está equipada com um escoadouro para a regulação de débito dos dois fluidos separados que são expulsos das aberturas 9 e 10. A carga 11, em forma de partículas, está indicada pela área a sombreado. O funcionamento da centrifugadora contínua, objecto do presente invento, parece evidente com base na figura anexa e na descrição anterior. Em particular, a centrifugadora é actuada rodando as saias cónicas e fechando o vedante pela alimentação de água 17. A centrifugadora é carregada com as partículas filtrantes 11, e o fluido, ou dispersão, 12, é subsequentemente alimentado para o dispositivo através do tubo 6 e peça tubular 7. Em resultado do efeito de centrifugação, a carga e fluido são forçados contra as paredes da saia interior, obtendo-se a acção de filtragem, uma vez que o componente oleoso da dispersão é retido pelas partículas de carga. A água filtrada passa através do elemento perfurado 3, escoa para o espaço intermédio 13 e, passando do seu escoadouro 8, é descarregado através da abertura 9. O óleo, ou fase oleosa 14, acumula-se no copo central 15 e, por força centrífuga, é descarregado através da segunda abertura 10. As setas indicam o percurso do fluido; as setas a escuro 6 representam a dispersão / fase oleosa concentrada, as setas a claro indicam a água filtrada.

Quando o leito de filtragem fica bloqueado e tem de ser substituído, a alimentação da dispersão é interrompida e a centrifugadora é, opcionalmente, abrandada. 0 vedante de estanqueidade 5 é então libertado e o leito de filtragem esgotado pode ser descarregado através da abertura 16, que é formada entre a saia cónica e o fundo de fecho.

Durante o funcionamento da centrifugadora, o vedante de estanqueidade, situado num suporte específico, não ilustrado na figura, é comprimido contra a periferia da saia exterior através de meios conhecidos. No caso ilustrado, o vedante e o suporte respectivo são forçados contra a saia exterior por meio do impulso gerado pela força centrífuga e mantidos pela circulação de água 17. Na fase de descarga, a alimentação de água 17 é interrompida e a libertação do vedante provoca a formação da abertura 16. Depois do fecho do vedante através do restabelecimento da alimentação de água 17, a centrifugadora pode ser de novo carregada e reactivada. Todas as descargas expulsas por centrifugação são recolhidas nos canais colocados em torno do rotor e solidários com a caixa exterior da centrifugadora 18.

Por motivos ilustrativos e não limitativos, é proporcionado um teste experimental de separação de uma dispersão de água / óleo mineral por meio da centrifugadora, objecto do presente invento, ilustrada na figura. A centrifugadora utilizada para os testes é uma centrifugadora de tamanho médio - pequeno que pode tratar até 500 1 de óleo por hora. 7 0 equipamento é adequado para a separação continua da fase pesada (água), fase leve (óleo) e sólidos, e permite a regulação dos caudais entre as fases.

Foram executados testes de separação de água oleosa quer em laboratório, quer usando dispersões preparadas articifialmente, e dispersões provenientes de um campo de petróleo.

Os testes foram efectuados usando esferas de silicato como partículas de carga, tendo um diâmetro médio de 0,5 mm usados de outra forma para filtro de cascalho em poços. Os testes foram executados comparando os desempenhos da centrifugadora, objecto do invento, e uma centrifugadora de disco convencional LAP X 202 da Alfa Lavai. O fluido usado era uma dispersão de óleo em água com uma concentração de 1,000 ppm.

Os testes foram comparados após estabilização ao fim de duas horas num regime constante. As condições comparadas foram as seguintes: 4600 e 6600 rpm, 170 1/h de alimentação, temperatura ambiente, sem modificação da superfície das partículas ou com um revestimento de silicone com efeito hidrófilo. Apesar das variáveis, todos os testes deram os mesmos resultados: a centrifugadora de disco separou o óleo às 25 - 30 ppm, enquanto a centrifugadora com a carga produzia água contendo apenas 8-12 ppm de óleo.

Foram executados testes em campo com uma duração de oito horas a 6600 rpm e 170 1/h de alimentação, a água proveio de um separador em três fases, a temperatura era de 45°C, medida à saída da centrifugadora, o teor de óleo na dispersão oscilou entre 300 e 700 ppm. Todas as amostras da água de saída, efectuadas em tempos diferentes, tinham 18 - 20 ppm de óleo com a centrifugadora de disco, e 6 - 7 ppm com a centrifugadora modificada. 8

Claims (9)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Centrifugadora de leito poroso contínuo para a separação em contínuo de um fluido constituído por dois líquidos imiscíveis em dispersão, que compreende: i) uma primeira saia rotativa exterior compacta com forma essencialmente cónica; j) uma segunda saia rotativa exterior compacta com forma essencialmente cónica, inteiriça com a saia exterior e colocada de modo a formar um espaço intermédio com a dita saia exterior; k) um elemento de separação perfurado com forma toroidal posicionado na base das duas saias e adequado para separar o espaço intermédio do interior da centrifugadora; l) uma base de fecho solidária da saia exterior por meio de uma junta de estanqueidade; m) uma secção, equipada com uma calha actuando como um regulador de débito, fixa à cabeça da saia exterior e com aberturas para a descarga dos líquidos separados; n) um primeiro tubo coaxial, inteiriço com a saia exterior e com a secção (e); o) um segundo tubo coaxial que não é inteiriço com a saia exterior, colocado no interior do primeiro tubo, para alimentação da dispersão; p) uma carga sob a forma de partículas capaz de encher entre 40 a 70% do volume interno da centrifugadora.
2. 2. Centrifugadora de acordo com a reivindicação 1, na qual a carga é constituída preferencialmente por partículas ou por 1 esferas tendo a dimensão de partículas diferentes, opcionalmente tratadas para terem características de tensão superficial específicas.
3. 3. Centrifugadora de acordo com a reivindicações 1 ou 2, na qual as partículas de carga são esféricas.
4. 4. Centrifugadora de acordo com as reivindicações 1 ou 2, na qual as partículas de carga têm a forma de cilindros, cubos, esferas de microfibras.
5. 5. Centrifugadora de acordo com as reivindicações 1 ou 2, na qual as partículas de carga consistem em areia.
6. 6. Centrifugadora de acordo com as reivindicações 1 ou 2, na qual as partículas de carga são cheias ou com uma cavidade e as superfícies são ou macias ou porosas.
7. 7. Centrifugadora de acordo com as reivindicações 1 ou 2, na qual as partículas de carga têm uma densidade superior à da fase líquida leve.
8. 8. Centrifugadora de acordo com as reivindicações 1 ou 2, na qual as partículas de carga são vidro, materiais polímeros, metal, óxidos, resinas permutadores de iões, zeólitos, microesferas de vidro ocas, areia, terra de infusórios, cristais de sais com uma baixa solubilidade na fase líquida pesada. 2 2, na médias
9. 9. Centrifugadora de acordo com as reivindicações 1 ou qual as partículas de carga têm dimensões compreendidas entre 1 micrómetro a 3 micrómetros. Lisboa, 31 de Outubro de 2011. 3