BRPI0611680A2

BRPI0611680A2 - sistema para separação de uma mistura de pelo menos um gás e pelo menos um lìquido em uma fração pesada contendo principalmente lìquido e uma fração leve contendo principalmente gás, dispositivo de admissão para pré-tratamento de uma mistura de pelo menos um gás e pelo menos um lìquido para separação respectiva em uma fração pesada contendo principalmente lìquido e uma fração leve contendo principalmente gás, dispositivo de admissão, e método de operação do sistema ou dispositivo de admissão

Info

Publication number: BRPI0611680A2
Application number: BRPI0611680-9A
Authority: BR
Inventors: Larnholm Per-Reidar; Schook Robert
Original assignee: Fmc Technologies C.V. E Flash Technologies N. V.
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2010-09-28
Also published as: CA2611236A1; AU2006255877B2; NL1029230C2; CA2611236C; WO2006132527A1; CN101222964A; NO340458B1; US20090196806A1; EP1896158B1; CN101222964B; AU2006255877A1; NO20076327L; US7833298B2; EP1896158A1

Abstract

SISTEMA PARA SEPARAçãO DE UMA MISTURA DE PELO MENOS UM GáS E PELO MENOS UM LìQUIDO EM UMA FRAçãO PESADA CONTENDO PRINCIPALMENTE LìQUIDO E UMA FRAçãO LEVE CONZENDO PRINCIPALMENTE GáS, DISPOSITIVO DE ADMISSãO PARA PRE- TRATAMENTO DE UMA MISTURA DE PELO MENOS UM GáS E PELO MENOS UM LìQUIDO PARA SEPARAçãO RESPECTIVA EM UMA FRAçãO PESADA CONTENDO PRINCIPALMENTE LìQUIDO E UMA FRAçãO LEVE CONTENDO PRINCIPALMENTE GáS, DISPOSITIVO DE ADMISSãO, E MéTODO DE OPERAçãO DO SISTEMA OU DISPOSITIVO DE ADMISSãO. A invenção refere-se a um sistema para separação de uma mistura de gás e líquido em uma fração pesaaa e uma fração leve, em que o sistema compreende: - - um vaso de separação possuindo uma abertura de admissão de vaso para fornecimento da mistura a ser separada, uma saída de descarga de vaso superior para descarga da fração leve e uma saída de descarga de vaso inferior para descarga ca fração pesada; - pelo menos um dispositivo de admissão para pré-tratamento da mistura de entrada, em que o dispositivo de admissão compreende um invólucro possuindo uma saída de descarga de líquido para descarga de uma primeira parte de mistura contendo principalmente líquido para um compartimento inferior do vaso de separação; e pelo menos um elemento desnebulizador ("demister") disposto em uma posição abaixo da abertura de descarga de gás para separação de liquido do gás na primeira parte de mistura fluindo da saida de descarga de líquido.

Description

SISTEMA PARA SEPARAÇÃO DE ÜMA MISTURA DE PELO MENOS UM GÁSE PELO MENOS UM LÍQUIDO EM UMA FRAÇÃO PESADA CONTENDOPRINCIPALMENTE LÍQUIDO E UMA FRAÇÃO LEVE CONTENDOPRINCIPALMENTE GÁS, DISPOSITIVO DE ADMISSÃO PARA PRÉ-TRATAMENTO DE UMA MISTURA DE PELO MENOS UM GÁS E PELO MENOSUM LÍQUIDO PARA SEPARAÇÃO RESPECTIVA EM UMA FRAÇÃO PESADACONTENDO PRINCIPALMENTE LÍQUIDO E UMA FRAÇÃO LEVE CONTENDOPRINCIPALMENTE GÁS, DISPOSITIVO DE ADMISSÃO, E MÉTODO DEOPERAÇÃO DO SISTEMA OU DISPOSITIVO DE ADMISSÃO

A presente invenção refere-se a um sistema paraseparação de uma mistura de pelo menos um gás e pelo menosum liquido em uma fração pesada contendo principalmenteliquido e uma fração leve contendo principalmente gás. Ainvenção também se refere a um dispositivo de admissão parapré-tratamento de uma mistura de pelo menos um gás e pelomenos um liquido a ser separada em uma fração pesada e umafração leve.

Os separadores são conhecidos na indústria depetróleo e gás para separação da mistura fornecida deliquido (óleo e/ou água) e gás em uma corrente constituídasubstancialmente por gás e uma corrente constituídasubstancialmente por líquido. São conhecidos numerososseparadores para separação dessas misturas de gás/líquido.

É conhecido do documento n° WO 03/074156 Al umseparador consistindo em uma coluna orientada verticalmente(vaso vertical) provida com uma entrada de admissão para amistura a ser separada e uma primeira e uma segunda saídasde descarga para descarga, respectivamente, da fraçãopesada e da fração leve da mistura, já separadas. Noseparador conhecido a mistura de entrada é separada em trêsestágios.

No primeiro estágio de separação é realizada umaprimeira separação liquido/gás por uma unidade de pré-tratamento acoplada à entrada de admissão. A unidade depré-tratamento conhecida é um dispositivo de admissão dotipo de palhetas que é disposto no conduto de admissão dovaso de separação e que é provido com um certo número delâminas curvas que absorvem uniformemente o momento dofluxo de entrada de gás-liquido. As lâminas guiam então ofluxo de gás-liquido lateralmente para o compartimentoinferior do vaso de separação. Como resultado deste fluxocontrolado de ingresso da mistura de gás-liquido, umaprimeira parte do liquido será prontamente separada e dessaforma a carga de liquido na unidade de aglomeração eseparador montados a jusante é consideravelmente reduzida.

No segundo estágio de separação a mistura é forçadaa passar através de um "desnebulizador" ("demister") ou"dispositivo de coalescência" ("coalescer"), por exemploformado por uma trama de fios ou "placa de trama", providaentre uma parte inferior do vaso e uma parte superior dovaso. Conforme foi mencionado acima, durante a alimentaçãode entrada uma parte do liquido é prontamente separada damistura pelo dispositivo de pré-tratamento. 0 liquidoseparado acumula-se no fundo do compartimento inferior. Aparte restante da mistura de gás/liquido é então guiadaatravés do dispositivo de coalescência. As goticulas deliquido na mistura destinadas a serem guiadas através datrama de fios colidem com os fios e transformam-se ali emuma camada liquida. Se a velocidade da mistura fornecida degás/liquido for suficientemente baixa, o liquido da camadaliquida irá cair sob influência da força da gravidade parao interior do compartimento inferior e juntar-se ao liquidoque já se encontra ali presente.

No terceiro estágio de separação a mistura é guiadaatravés de um ou mais dispositivos de ciclone dispostos nocompartimento superior a jusante da unidade de aglomeraçãopara separação adicional da mistura em uma parte de misturacontendo substancialmente liquido e uma parte de misturacontendo substancialmente gás. A mistura que ingressa nosciclones é colocada em movimento rotativo, e dessa formauma fração pesada, na qual se encontra presente umaquantidade relativamente substancial de liquido, éarremessada contra a parede externa do ciclone e édescarregada através de aberturas na parede lateral,proporcionando dessa forma uma separação adicional entrefrações pesada e leve.

São conhecidos dispositivos de ciclone com altaeficiência de separação, conforme divulgado, por exemplo,no documento n° EP 1 154 8 62 A, cujo conteúdo deverá serconsiderado aqui interpolado. É aqui descrita umainstalação em que um número de caixas com ciclones dereciclagem axial altamente eficientes são dispostas nocompartimento superior do vaso.

Ao invés do dispositivo de entrada de admissão dotipo de palhetas mencionado anteriormente, o primeiroestágio do processo de separação poderá ser realizado porum ou mais dispositivos de pré-tratamento do tipo deciclone. A mistura de gás/liquido que ingressa no bocal deadmissão do vaso de separação é guiada para um ciclone noqual a mistura é feita girar mediante utilização de umelemento de turbilhonamento incluindo uma ou mais palhetasde guia ou devido à utilização de uma entrada de admissãotangencial ao corpo de ciclone principal. A fração pesadada mistura é arremessada para a parede externa do corpo deciclone, enquanto que a fração leve se concentra no centrodo corpo de fluxo do ciclone. 0 gás escapa no sentidoascendente através de uma passagem provida no interior docorpo de fluxo do ciclone.

Em construções convencionais a parte do fundo dociclone de admissão, isto é, a saida de descarga da fraçãopesada do ciclone de admissão, fica submersa em liquido.Isto deve-se ao fato de existir um requisito de cargaestática de liquido para impedir que o gás possa escaparatravés do fundo do ciclone. Em aplicações nas quais acarga estática de liquido disponívelé muito curta não épossível utilizar estes dispositivos de entrada de admissãode tipo de ciclone. Isto deve-se ao fato de que caso o gásvenha a irromper através do fundo do ciclone, existe umapossibilidade de que grandes quantidades de líquido sejamerguidas no sentido ascendente quando o gás ingressa noliquido que circunda o ciclone. Este líquido poderá por suavez sobrecarregar qualquer unidade de separação de segundoestágio instalada a jusante do ciclone de admissão.

Se um ciclone de admissão fosse instalado sem ser(parcialmente) submerso no líquido no compartimentoinferior, poderiam ocorrer os problemas descritos a seguir.

Em algumas circunstâncias uma quantidade excessiva de gásescapa da saída de descarga de líquido do ciclone deadmissão. Se uma quantidade excessiva de gás escapar destasaída de descarga, o gás poderá ter uma velocidadesuficiente para igualmente arrastar líquido no sentidoascendente após sair da parte do fundo do cicloneproveniente da saída de descarga de líquido. Além disso, aquantidade de gás que sai da salda de descarga de líquidono fundo poderá ser tão grande que venha a interferir com asuperfície do líquido. Isto poderá fazer o líquido serarrastado da superfície do líquido, causando deterioraçãode eficiência da separação.

Um outro problema é que o gás do interior do vasode separação poderá ser sugado para o interior do ciclonede admissão através da saída de descarga de líquido dociclone. Isto poderá ocorrer devido à existência de umazona de baixa pressão no interior do ciclone de admissãodevido à rotação de fluidos no mesmo. Se o gás for sugadopara o ciclone de admissão através da saída de descarga deliquido, a descarga apropriada do liquido será bloqueada.

Como resultado, o liquido precisa seguir o fluxo do gás nosentido ascendente através da passagem no corpo de fluxo eda saida de descarga de gás do ciclone de admissão. Este éo pior de todos os cenários já que neste caso a eficiênciade separação de liquido torna-se praticamente nula.

Um objetivo da presente invenção consiste naprovisão de um dispositivo de admissão e um sistema quepermitam solucionar os problemas identificados acima. Umobjetivo adicional da invenção consiste na provisão de umdispositivo de admissão e um sistema com características deseparação aperfeiçoadas.

De acordo com um primeiro aspecto da presenteinvenção, este objetivo é alcançado em um sistema paraseparação de uma mistura de pelo menos um gás e pelo menosum liquido em uma fração pesada contendo principalmentelíquido e uma fração leve contendo principalmente gás, osistema compreendendo:

- um vaso de separação possuindo uma abertura deadmissão de vaso para fornecimento da mistura a serseparada, uma saída de descarga de vaso superior paradescarga da fração leve e uma saída de descarga de vasoinferior para descarga da fração pesada;

- pelo menos um dispositivo de admissão para pré-tratamento da mistura de entrada, em que o dispositivo deadmissão, quando em utilização, é montado no vaso deseparação e acoplado à entrada de admissão do vaso, odispositivo de admissão compreendendo:

- um invólucro possuindo uma saída de descarga deliquido para descarga de uma primeira parte de misturacontendo principalmente líquido para um compartimentoinferior do vaso de separação;

um corpo de fluxo disposto substancialmenteconcentricamente no invólucro;

um conduto de descarga estendendo-se de umaabertura de admissão de gás através do corpo de fluxo parauma saída de descarga de gás para descarga de uma segundaparte de mistura contendo principalmente gás para umcompartimento superior do vaso de separação;

- meios de rotação para imprimirem um movimento derotação à mistura que ingressa no dispositivo de entrada deadmissão, os meios de rotação sendo operacionais parafazerem uma parte de mistura relativamente pesada serarremessada na direção da parede do invólucro e fazerem umaparte de mistura relativamente leve fluir em uma regiãopróxima ao corpo de fluxo;

- pelo menos um elemento desnebulizador("demister") disposto em uma posição abaixo da abertura dedescarga de gás para separação de líquido do gás naprimeira parte de mistura fluindo da saída de descarga delíquido.

Em uma configuração preferencial o dispositivo deadmissão compreende um meio de quebra de momento dispostoabaixo da saída de descarga de líquido do invólucro paraabsorver pelo menos parcialmente o momento da primeiraparte de mistura, e um elemento desnebulizador ("demister")posicionado a montante do meio de quebra de momento. 0 meiode quebra de momento, por exemplo um elemento semelhante auma placa estendendo-se perpendicularmente com relação àparte de mistura relativamente pesada que flui a partir dasalda de descarga inferior do dispositivo de admissão, complaca sendo disposta abaixo da saida de descarga deliquido, impede que a mistura de gás/liquido alcance porsalpico o reservatório de liquido no compartimento inferiordo vaso. Isto reduz a quantidade de liquido que pode serarrastada pela mistura de gás/liquido da superfície delíquido. A eficiência de separação pode ser aperfeiçoadaadicionalmente mediante provisão do pelo menos um elementodesnebulizador. O momento da mistura líquido/gás que sai dasaida de descarga de ciclone será então parcialmenteabsorvido com simultânea drenagem do líquido. O líquido étipicamente observado sendo drenado para o interior docompartimento inferior do separador através da parteinferior do elemento desnebulizador. O gás muda de direçãoe desloca-se no sentido ascendente. 0 efeito é umaperfeiçoamento adicional da eficiência de separação emgeral do dispositivo de entrada de admissão.

Em uma configuração preferencial este elementodesnebulizador é disposto no topo do elemento de quebra demomento, porém o elemento desnebulizador pode ser dispostoem qualquer localização entre o elemento de quebra demomento e a saída de descarga de líquido do ciclone. Se forutilizada, por exemplo, uma rede de trama com uma placasólida abaixo da mesma, o gás é distribuído no interior datrama e abandona o elemento de quebra de momento a umavelocidade muito inferior. A coalescência das gotículas delíquido irá igualmente ocorrer no interior da trama eportanto será observada uma separação de líquido dentro datrama. Devido ao fato de o gás abandonar o elemento dequebra de momento a velocidades muito menores o gás nãoconsegue arrastar uma quantidade tão grande de líquidoquanto aquela observada na alternativa de placa. Uma menorquantidade de líquido arrastado significa uma menorquantidade de líquido transportado no sentido ascendentepara os desnebulizadores localizados a jusante.

A placa é configurada {trama ou qualquer outro tipode material poroso, por exemplo, estruturado ou deaglomeração aleatória) de forma a impedir que o gás e olíquido sejam salpicados diretamente através dodispositivo. Se isto ocorrer e o nível do líquido no vasofor suficientemente próximo do elemento de quebra demomento, ocorrerá um arrasto de líquido.

Em algumas configurações preferenciais o elementode quebra de momento em forma de um ou mais elementossemelhantes a placas poderá ser omitido e somente serãodispostos um ou mais elementos desnebulizadores abaixo dasaída de descarga de líquido do ciclone de admissão.

O elemento de quebra de momento pode serconfigurado na forma de uma placa sólida.Preferencialmente, entretanto, o elemento de quebra demomento compreende uma placa perfurada.

Em uma outra configuração o sistema compreende umsegundo elemento desnebulizador disposto em torno do corpode fluxo em uma posição acima da saida de descarga deliquido e abaixo da saida de descarga de gás do dispositivode entrada de admissão. A mistura que abandona a saida dedescarga de liquido contém uma certa quantidade de liquidoconforme foi explicado anteriormente. O segundo elementodesnebulizador, por exemplo uma placa de trama de rede e/ouum conjunto de palhetas e/ou um dispositivo de ciclonemúltiplo, proporcionará uma separação adicional da misturade gás/liquido antes de a mistura ser guiada para umestágio adicional (segundo e/ou terceiro) de separação nacondição de que a quantidade de gás que abandona a saida dedescarga de liquido não seja tão elevada que venha asobrecarregar o segundo elemento desnebulizador.

Em uma configuração preferencial da presenteinvenção, o vaso de separação, quando em utilização,estende-se substancialmente verticalmente. Em um vaso deseparação vertical o pelo menos um segundo elementodesnebulizador é disposto sobre substancialmente a seçãotransversal inteira do vaso em torno do corpo de fluxo, deforma a capturar substancialmente o fluxo ascendente demistura inteiro.

Em uma outra configuração preferencial, o vaso deseparação estende-se, quando em utilização, em umaorientação substancialmente horizontal. Em um vaso deseparação deitado o segundo elemento desnebulizador édisposto entre o invólucro e o elemento de quebra demomento para formar uma área substancialmente fechadaatravés da qual deverá fluir a mistura proveniente da saidade descarga inferior do dispositivo de admissão. Destaforma, substancialmente todo o fluxo de mistura da saida dedescarga de liquido do dispositivo de admissão deverápassar através do pelo menos um elemento desnebulizador.

Conforme foi mencionado anteriormente, os elementosinternos do vaso de separação, isto é, os separadores dosprimeiro, segundo e terceiro estágios, são configurados detal forma que a saida de descarga inferior do dispositivode admissão se estende, quando em utilização, acima dainterface liquido-gás do liquido acumulado no compartimentoinferior do vaso de separação, o que significa que a saidade descarga não fica submersa no liquido.

De acordo com um segundo aspecto da presenteinvenção, é provido um dispositivo de entrada de admissãopara pré-tratamento de uma mistura de pelo menos um gás epelo menos um liquido a ser separada para obtenção de umafração pesada contendo principalmente liquido e uma fraçãoleve contendo principalmente gás, o dispositivocompreendendo:

- um invólucro possuindo uma saida de descarga deliquido para descarga de uma primeira parte de misturacontendo principalmente líquido;

um corpo de fluxo disposto substancialmenteconcentricamente no invólucro;

um conduto de descarga estendendo-se de umaabertura de admissão de gás através do corpo de fluxo parauma saída de descarga de gás para descarga de uma segundaparte de mistura contendo principalmente gás;

- meios de rotação para imprimirem um movimento derotação à mistura que ingressa no dispositivo de entrada deadmissão, os meios de rotação sendo operacionais parafazerem uma parte relativamente pesada da mistura serarremessada na direção da parede do invólucro e uma parterelativamente leve da mistura fluir em uma região próximado corpo de fluxo;

- pelo menos um elemento desnebulizador disposto emuma posição abaixo da salda de descarga de gás paraseparação adicional de líquido do gás na primeira mistura.

Deverá ser apreciado que muito embora asconfigurações preferenciais da presente invenção sejamdescritas com relação a um processo de separação de trêsestágios, o dispositivo de entrada de admissão da acordocom a presente invenção pode ser aplicado a um vaso deseparação sem estágios de separação adicionais ou somentecom o segundo ou o terceiro estágio de separação. Narealidade, o dispositivo de entrada de admissão de acordocom a presente invenção pode ser utilizado em combinaçãocom quaisquer meios de separação adicionais dispostos nointerior do vaso de separação para propósitos de separaçãoadicional da mistura.

Entretanto, é possível obter resultadosparticularmente bons em uma comparação preferencialadicional em que os meios de separação compreendem um oumais terceiro(s) elemento(s) desnebulizador(es) {segundoestágio), por exemplo um ou mais aglomeradores/meios decoalescência, por exemplo em um vaso vertical estendendo-sesubstancialmente horizontalmente substancialmente atravésda seção transversal inteira do vaso. Alternativamente ouadicionalmente, os resultados da separação podem seraperfeiçoados quando o sistema compreende, em uma posiçãoentre a saída de descarga do vaso superior e o dispositivode entrada de admissão, um ou mais ciclones axiais,preferencialmente ciclones de reciclo, para separaçãoadicional da mistura.

A presente invenção também se refere a um método deoperação do sistema ou do dispositivo de entrada deadmissão conforme aqui descritos.

Outras vantagens, características e detalhesadicionais da presente invenção serão elucidados com basena descrição que se encontra a seguir e com referência aosdesenhos em anexo, nos quais:

A Figura 1 ilustra uma vista em perspectiva emcorte parcial de um vaso de separação vertical de acordocom a presente invenção, no qual se encontra disposto umdispositivo de admissão de acordo com uma primeiraconfiguração da presente invenção;

a Figura 2 ilustra esquematicamente uma vista decorte transversal de uma segunda configuração preferencialde um dispositivo de entrada de admissão de acordo com apresente invenção em um vaso de separação;

a Figura 3 ilustra esquematicamente uma vista decorte transversal da primeira configuração do dispositivode entrada de admissão ilustrado na Figura 1;

a Figura 4 ilustra esquematicamente uma vista decorte transversal de uma terceira configuração preferencialde um dispositivo de entrada de admissão de acordo com apresente invenção, e

a Figura 5 ilustra esquematicamente uma vista decorte transversal de uma quarta configuração preferencialde um dispositivo de entrada de admissão de acordo com apresente invenção em um vaso de separação de tipohorizontal.

A Figura 1 ilustra uma configuração preferencial dosistema de separação 1. A figura ilustra um vaso deseparação vertical 2 (coluna de separação), para separaçãode uma mistura de entrada em uma fração contendosubstancialmente gás, também referida como uma fração leve,e uma fração contendo substancialmente liquido (água e/ouóleo) também referida como uma fração pesada. O vaso 1 éprovido com um conduto curto de conexão 3 para entrada dealimentação da mistura de gás/liquido, um conduto curto deconexão 5 para descarga da fração pesada (também aquireferida como o líquido por uma questão de comodi daoe) e umconduto curto de conexão 6 para descarga da fração leve{também aqui referida como o gás por uma questão decomodidade). 0 conduto curto de conexão 5 é posicionado emum compartimento inferior (A) do vaso 2 para drenagem dolíquido Fi reunido no fundo do vaso 2. 0 conduto curto deconexão 6 é posicionado em um compartimento superior (B) dovaso 2 para drenagem do gás.

A mistura de gás/líquido é introduzida no vaso 2através de um ciclone de admissão 7 em posiça o livre (istoé, não submerso), conforme se encontra ilustrado nasFiguras 1 e 3. A mistura em fluxo de entrada (Fi)proveniente do conduto curto de admissão 3 é guiada atravésde um tubo de admissão 20 para um espaço de fluxo definido(P2) no interior de um invólucro 21 de ciclone estendendo-se geralmente verticalmente, fechado no topo com uma placade topo 16 e aberto no fundo. No interior do espaço defluxo encontra-se disposto um corpo de fluxo 22. Entre ocorpo de fluxo 22 e o invólucro 21 é disposta umapluralidade de palhetas de guia 23 destinadas a imprimiremà mistura de óleo/gás que flui ao longo das mesmas ummovimento de rotação (P3) . O movimento de rotação geraforças centrífugas sobre a mistura fazendo uma fraçãopesada da mistura óleo/gás, na qual se encontra presenteuma quantidade relativamente grande de líquido, serarremessada contra a parede 21 do ciclone 7. A fraçãopesada da mistura é subseqüentemente descarregada de umaabertura de descarga de fração pesada, também designadacomo uma abertura 26 de descarga de liquido, no fundo doinvólucro 21 do ciclone (direção P4) . A fração leve, naqual se encontra presente uma quantidade .relativamentesubstancial de gás, permanece na região central em torno docorpo de fluxo 22. A fração leve muda de direção (P5) e éeventualmente guiada no sentido ascendente através daabertura de admissão 24 de uma passagem 31 provida nointerior do corpo de fluxo 22 e descarregada na extremidadesuperior do ciclone 7 através de uma abertura de descarga25 (P6) .

Abaixo da abertura de descarga 2 6 do ciclone deadmissão é posicionada uma placa 28. A placa 28 é montadacom utilização de tiras de suporte 33 no invólucro 21 dociclone 7, ou alternativamente, no vaso de separação 2propriamente dito. A placa é dimensionada para funcionarcomo elemento de quebra de momento do fluxo de mistura daabertura de descarga 26 do ciclone, prevenindo o salpico demistura de gás/liquido sobre a superfície de líquido dolíquido Fi acumulado no fundo do vaso 2. Nas configuraçõespreferenciais conforme ilustradas nas Figuras 2 e 3 a placa28 é provida com uma placa de trama de fio 27. A placa 27de trama de fio é disposta sobre o topo do elemento dequebra de momento.

A mistura de gás/líquido que abandona o fundo dociclone juntamente com o líquido incide (P7) sobre oelemento 28 de quebra de momento de tipo de placa fazendo amistura divergir lateralmente (Ps). Uma parte da misturadesviada (Pg) irá finalmente encontrar-se com o fluido Fiacumulado no fundo do vaso 2, enquanto a parte restante damistura será forçada no sentido ascendente (Pio) · A placa27 de trama de fio disposta sobre o topo da placa 28 deelemento de quebra de momento irá absorver parcialmente omomento da mistura ao mesmo tempo em que irá drenar umacerta quantidade de liquido da mistura de gás/liquido. Oliquido é tipicamente observado sendo drenado no sentidodescendente através da parte inferior da placa 27 de tramade fio. A absorção do liquido aperfeiçoa a eficiência deseparação do separador. Adicionalmente, o gás que sai doelemento de perda de momento é distribuído de forma maiseficiente. Dependendo da carga de gás pode também serobservada de fato uma separação dentro do elemento dequebra de momento devido ao fato de a coalescência dasgotículas de líquido ocorrer dentro do elementodesnebulizador. Devido ao fato de a mistura de gás/líquidoabandonar o elemento de quebra de momento em velocidadesmuito inferiores a mistura de gás/líquido não pode arrastaruma quantidade tão grande de líquido quanto aquelaobservada na alternativa da placa. Uma menor quantidade delíquido afastado significa uma menor quantidade de líquidotransportado no sentido ascendente para quaisquerseparadores de jusante.

A distância (k) entre a abertura de descarga 26 dociclone e a placa 28 é selecionada de forma a prover ainterrupção solicitada do momento da mistura que flui daabertura de descarga 26 do ciclone. A distância depende dacarga do fluxo da mistura que ingressa no ciclone e dascaracterísticas do ciclone. Na prática, a distância variaentre 5 cm e 50 cm. A espessura (a) da placa de trama podevariar entre 3 cm e 40 cm.

Devido ao fato de que o gás que abandona a saída dedescarga de líquido incluirá gotículas de líquido arrastadano mesmo, será necessário remover as gotículas de líquidoantes de o gás/líquido se misturar com o gás principal queabandona a saída de descarga de gás 2 5 do ciclone deadmissão. A omissão de remoção deste líquido obrigará odesnebulizador situado acima do ciclone de admissão (casoexista) a processar uma quantidade relativamente grande delíquido. Se a carga de líquido imposta a esse elementodesnebulizador adicional for excessivamente elevada, omesmo poderá ser sobrecarregado e poderá dessa forma serobservada uma transferência de líquido através da saída dedescarga de gás 6.

A Figura 2 ilustra uma outra configuração dapresente invenção. A configuração da Figura 2 correspondesubstancialmente à configuração anterior. Ao invés de umaplaca de trama disposta sobre o topo do elemento de quebrade momento, uma placa 30 de trama de fio horizontal édisposta em torno da superfície externa do invólucro 21 dociclone de admissão através de substancialmente toda aseção transversal do vaso 2. A placa de trama é disposta emuma posição entre a abertura 26 de descarga de liquido e aabertura 25 de descarga de gás.

A mistura de gás/liquido após ter sido defletida daplaca 28 de elemento de quebra de momento é guiada (Pio)através da placa de trama 30. Uma parte do liquido presentena mistura de gás/liquido aglomera-se na placa de trama 30,isto é, o liquido é recolhido ou acumulado na placa detrama em goticulas de liquido relativamente grandes. Asgoticulas de liquido relativamente grandes caem no sentidodescendente sob a influência da gravidade para o interiordo reservatório de liquido Fi no fundo do vaso e o liquidoé descarregado através da saida de descarga de liquido(Pi5) . A mistura de gás/liquido restante que flui nosentido ascendente contém portanto uma menor quantidade deliquido, tendo como resultado um aperfeiçoamento adicionalda eficiência de separação do separador. Acima do ciclonede admissão a mistura de gás/liquido restante é reunida como gás proveniente da abertura 25 de descarga de gás e éguiada para um ou mais estágios de separação adicionais(caso existam), conforme será aqui explicado mais adiante.

Na Figura 4 encontra-se ilustrada uma terceiraconfiguração da presente invenção. Nesta configuração,tanto uma placa 27 de trama de fio localizada acima daplaca 28 de elemento de quebra de momento quanto uma placa30 de trama de fio foram dispostas no vaso 2.

Na Figura 1 encontra-se ilustrado um exemplo deestágios de separação adicionais para separação do liquidoda mistura de gás/líquido ou fração leve após as misturasprovenientes da saida de descarga 25 de gás e da saída dedescarga 26 de líquido terem sido reunidas. A fração leveseparada, que muito embora contenha menos líquido que amistura de proveniência externa, contém ainda uma certaquantidade de líquido, é em primeiro lugar guiada íP12) emalta velocidade através de um elemento de aglomeração 10(também conhecido como elemento desnebulizador ou elementode coalescência) no segundo estágio do processo deseparação. O elemento de aglomeração é dispostohorizontalmente no vaso 2 formando assim uma separaçãoentre o compartimento inferior Aeo compartimento superiorB do vaso 1. Uma descrição detalhada de um exemplo de umelemento 10 de aglomeração adequado é dada no documento n°WO 03/074156 Al.

O elemento de aglomeração causa aglomeração dolíquido, isto é, coleta ou acumulação do líquido emgotículas de líquido relativamente grandes. O elemento deaglomeração é preferencialmente configurado em umaestrutura de trama, por exemplo na forma de diversascamadas de gaze metálica. Outros tipos de unidades deaglomeração podem entretanto também ser aplicados, tal comouma ou mais camadas de conjunto estrutural ou palhetas ouconjuntos de palhetas. 0 elemento de coalescência éprojetado para funcionar em uma condição inundada. Paraimpedir a coleta de uma quantidade excessiva de líquidoacima da superfície da unidade de aglomeração com adistribuição do liquido em deslocamento para o separadoradicional sendo ainda afetada adversamente, o liquido édescarregado através de uma calha de coleta ou reservatóriode coleta 11 no qual o liquido F2 pode ser recolhido.

Através de dois condutos de descarga 12 estendendo-seabaixo do nivel do liquido F1 no fundo do compartimentoinferior, o liquido coletado F2 pode ser encaminhado para ocompartimento inferior A do vaso 2, onde o liquido pode serdrenado através do conduto curto de descarga 5.

A mistura que é deslocada adicionalmente no sentidoascendente (seta P13) , em cuja mistura uma quantidaderelativamente grande de gás e liquido se encontra presenteem goticulas relativamente grandes, é adicionalmenteseparada em um terceiro estágio por um determinado númerode separadores de ciclone, üm número de caixas 13 édisposto para este propósito no compartimento superior B dovaso 2 (Figura 1) . A jusante é provido o conduto curto deconexão 6 para descarga do gás (P14) que é submetido asecagem em grau considerável. As caixas 13 sãoindividualmente providas separadamente ou conjuntamente comum dispositivo de encaminhamento descendente ("downcomer")14 que se encontra em comunicação com o liquido Fi no fundodo vaso para drenagem de liquido de cada uma das caixas.

Oito ciclones 15 são dispostos em cada uma dascaixas 13. Em uma configuração particularmente eficaz estesciclones são do tipo de reciclo axial, preferencialmente dotipo descrito no documento n° WO 00/25931, cuja divulgaçãoé aqui incorporada a título de referência. Cada ciclone 15compreende nesta configuração uma parede cilíndrica 15 queforma no lado inferior uma abertura de admissão para amistura de gás/líquido e possui uma abertura 16 de fluxo dedescarga no lado superior respectivo. Em uma disposiçãoaproximadamente centralizada no espaço contido pela paredecilíndrica é disposto um assim designado elemento deturbilhonamento que é provido com lâminas ou pás paraimprimir um movimento de rotação à mistura. Uma parte damistura é arremessada de dentro para fora por estemovimento de rotação e é transportada através de um espaçointermediário para um conduto de reciclo. O conduto dereciclo estende-se através do elemento de turbilhonamento.

Adicionalmente ligado ao espaço entre a parede e a parededa caixa encontra-se um dispositivo de encaminhamentodescendente ("downcomer") 6, que é acoplado ao outro ladodo espaço no fundo do vaso para coleta de líquido Fi. Aeficiência de separação do ciclone do tipo de reciclo axialem combinação com o dispositivo de entrada de admissãoconforme aqui descrito e principalmente em combinação com oelemento de aglomeração 10 aqui descrito foi determinadacomo particularmente elevada, permitindo entre outrascoisas uma configuração compacta da instalação.

0 vaso de separação vertical de três estágiosdescrito acima proporciona um separador eficiente paraseparação de misturas de líquido/gás, por exemplo misturasde óleo/gás, estendendo-se na posição vertical. Muitoembora o separador vertical seja muito compacto e possa serutilizado em muitas aplicações, o vaso de separação podeigualmente ser disposto em uma posição deitada. A Figura 5ilustra uma configuração adicional da presente invenção emque o ciclone de admissão, que pode ser idêntico ao ciclonede admissão descrito acima ou operar similarmente, émontado em um vaso horizontal de separação ou vaso degravitação 2'. Para desnebulizar a mistura de gás/liquidoque sai da abertura 26 de descarga de liquido, uma placa 35de trama de fio é acoplada ao invólucro 21 e à placa 28 deelemento de quebra de momento de tal forma que é formadauma área fechada através da qual terá que fluir a misturaproveniente da saida de descarga inferior do dispositivo deadmissão. Uma parte do liquido presente na mistura degás/liquido que atravessa a placa 35 de trama de fioaglomera-se na mesma. O liquido cai então de volta para oreservatório de liquido Fi no fundo do vaso 2' e édescarregado através de uma saida de descarga de liquido(não ilustrada nas figuras) no vaso 2'. 0 gás/liquidorestante é alimentado, juntamente com a mistura degás/liquido da abertura 25 de descarga de gás, para um oumais estágios adicionais (caso existam) para separaçãoadicional entre liquido e gás.

Muito embora a configuração acima em que éutilizada uma trama circundando a saida de descarga deliquido do ciclone de admissão, seja descrita com relação aum vaso horizontal, essa trama que circunda a saida dedescarga de líquido poderá, em uma configuraçãopreferencial diferente, ser igualmente utilizada em um vasode separação vertical.

Nas configurações aqui descritas o vaso deseparação é provido com um dispositivo de entrada deadmissão. Em outras configurações, dois ou maisdispositivos de admissão (ciclones) são dispostos nointerior do vaso. Quando, por exemplo, a altura desde aentrada de admissão até a superfície do líquido éexcessivamente curta para acomodar o ciclone de admissão,são utilizados dois ou mais dispositivos de entrada deadmissão de menores dimensões. Cada ciclone de admissãopoderá ter sua própria placa de quebra de momento e/outrama ou todos os ciclones de admissão poderão compartilharum elemento comum de quebra de momento e/ou uma placa detrama comum.

Nas configurações ilustradas nos desenhos, os meiosde rotação do ciclone de admissão compreendem uma ou maispalhetas de guia. As palhetas de guia imprimem um movimentode rotação à mistura que flui ao longo das palhetas deguia. Em outras configurações, entretanto, o dispositivo deentrada de admissão compreende uma peça de admissãotangencial, por exemplo formada por uma parte de paredeinterna do invólucro, com a parte de parede interna sendocurva para causar um movimento de rotação na mistura queflui através da mesma. A admissão tangencial faz rodar amistura que ingressa no dispositivo de entrada de admissão.A presente invenção não se encontra limitada àsconfigurações da mesma que foram descritas acima; osdireitos reivindicados são definidos η as reivindicações cuese encontram a seguir, e dentro do escopo das mesmas podemser concebidas muitas modificações.

Claims

1. SISTEMA PARA SEPARAÇÃO DE UMA MISTURA DE PSLOMENOS UM GÁS E PELO MENOS UM LÍQUIDO EM UMA FRAÇÃO PESADACONTENDO PRINCIPALMENTE LÍQUIDO E UMA FRAÇÃO LEVE CONTENDOPRINCIPALMENTE GÁS, o sistema sendo caracterizado porcompreender:- um vaso de separação possuindo uma abertura deadmissão de vaso para fornecimento da mistura a serseparada, uma saida de descarga de vaso superior paradescarga da fração leve e uma saida de descarga de vasoinferior para descarga da fração pesada;- pelo menos um dispositivo de admissão para pré-tratamento da mistura de entrada, em que o dispositivo deadmissão, quando em utilização, é montado no vaso deseparação e acoplado à entrada de admissão do vaso, odispositivo de admissão compreendendo:- um invólucro possuindo uma saida de descarga deliquido para descarga de uma primeira parte de misturacontendo principalmente liquido para um compart inventoinferior do vaso de separação;um corpo de fluxo disposto substancialmenteconcentricamente no invólucro;um conduto de descarga estendendo-se de umaabertura de admissão de gás através do corpo de fluxo parauma saida de descarga de gás para descarga de uma segundaparte de mistura contendo principalmente gás para umcompartimento superior do vaso de separação;- meios de rotação para imprimirem um movimento derotação à mistura que ingressa no dispositivo de entrada deadmissão, os meios de rotação sendo operacionais parafazerem uma parte de mistura relativamente pesada serarremessada na direção da parede do invólucro e fazerem umaparte de mistura relativamente leve fluir em uma regiãopróxima ao corpo de fluxo;pelo menos um elemento desnebulizador("demister") disposto em uma posição abaixo da abertura dedescarga de gás para separação de liquido do gás naprimeira parte de mistura fluindo da saida de descarga deliquido.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por compreender um elemento de quebra demomento disposto abaixo da saida de descarga de liquido doinvólucro para absorver pelo menos parcialmente o momentoda primeira parte da mistura e um primeiro desnebulizadorposicionado a montante do elemento de quebra de momento.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado por o primeiro elemento desnebulizador serdisposto sobre o topo do elemento de quebra de momento.

4. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 3, caracterizado por compreender umsegundo elemento desnebulizador disposto em torno do corpode fluxo em uma posição acima da saida de descarga delíquido e abaixo da saída de descarga de gás do dispositivode admissão.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado por o vaso de separação se estendersubstancialmente verticalmente quando em utilização.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado por o segundo elemento desnebulizador serdisposto sobre substancialmente a seção transversal inteirado vaso em torno do corpo de fluxo.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado por o vaso se estender substancialmentehorizontalmente quando em utilização.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado por o segundo elemento desnebulizador serdisposto entre o invólucro e o elemento de quebra demomento para formar uma área substancialmente fechadaatravés da qual deverá fluir a mistura da saída de descargainferior do dispositivo de admissão.

9. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 8, caracterizado por, quando emutilização, a saída de descarga inferior do dispositivo deadmissão se estender acima da interface líquido-gás dolíquido acumulado no compartimento inferior do vaso deseparação.

10. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 9, caracterizado por entre a saída dedescarga de vaso superior e o dispositivo de admissãoser(em) disposto(s) um ou mais meio(s) de separação nointerior do vaso de separação para separação adicional damistura.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado por os meios de separação compreenderem um oumais terceiro(s) elemento(s) desnebulizador(es).

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado por o vaso de separação ser um vaso verticale ó terceiro elemento desnebulizador se estendersubstancialmente horizontalmente através desubstancialmente toda a seção transversal do vaso.

13. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 11 e 12, caracterizado por o terceiroelemento desnebulizador ser provido com um meio de drenagemestendendo-se para o compartimento inferior do vaso deseparação para descarga de liquido acumulado pelo terceiroelemento desnebulizador.

14. Sistema, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 13, caracterizado por compreender em umaposição entre a saida de descarga de vaso superior e odispositivo de admissão, um ou mais ciclones axiais,preferencialmente ciclones de reciclo, para separaçãoadicional da mistura.

15. DISPOSITIVO DE ADMISSÃO PARA PRÉ-TRATAMENTO DEUMA MISTURA DE PELO MENOS UM GÁS E PELO MENOS UM LÍQUIDOPARA SEPARAÇÃO RESPECTIVA EM UMA FRAÇÃO PESADA CONTENDOPRINCIPALMENTE LÍQUIDO E UMA FRAÇÃO LEVE CONTENDOPRINCIPALMENTE GÁS, o dispositivo sendo caracterizado porcompreender:- um invólucro possuindo uma saída de descarga delíquido para descarga de uma primeira parte de misturacontendo principalmente líquido;um corpo de fluxo disposto substancialmenteconcentricamente no invólucro;um conduto de descarga estendendo-se de umaabertura de admissão de gás através do corpo de fluxo parauma saída de descarga de gás para descarga de uma segundaparte de mistura contendo principalmente gás;- meios de rotação para imprimirem um movimento derotação à mistura que ingressa no dispositivo de entrada deadmissão, os meios de rotação sendo operacionais parafazerem uma parte de mistura relativamente pesada serarremessada na direção da parede do invólucro e fazerem umaparte de mistura relativamente leve fluir em uma regiãopróxima ao corpo de fluxo;pelo menos um elemento desnebulizador("demister") disposto em uma posição abaixo da abertura dedescarga de gás para separação de líquido do gás naprimeira mistura.

16. Dispositivo de admissão, de acordo com areivindicação 15, caracterizado por incluir um elemento dequebra de momento disposto abaixo da saída de descarga deliquido do invólucro e um primeiro elemento desnebulizadordisposto sobre o topo do elemento de quebra de momento paraabsorver pelo menos parcialmente o momento da primeiraparte de mistura.

17. Dispositivo de admissão, de acordo comqualquer uma das reivindicações 15 e 16, caracterizado porcompreender um segundo elemento desnebulizador disposto emtorno do corpo de fluxo em uma posição acima da saída dedescarga de líquido e abaixo da saída de descarga de gás.

18. Sistema ou dispositivo de admissão, de acordocom qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizadopor os meios de rotação compreenderem uma parte de admissãotangencial.

19. Sistema ou dispositivo de admissão, de acordocom a reivindicação 18, caracterizado por a parte deadmissão tangencial ser formada por uma parte de paredeinterna do invólucro, a parte de parede interna sendo curvapara imprimir um movimento de rotação à mistura que flui aolongo da mesma.

20. Sistema ou dispositivo de admissão, de acordocom qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizadopor os meios de rotação compreenderem uma ou mais palhetasde guia dispostas entre o corpo de fluxo e o invólucro, aspalhetas de guia sendo pelo menos parcialmente curvas deforma a imprimirem um movimento de rotação à mistura queflui ao longo das mesmas.

21. Sistema ou dispositivo de admissão, de acordocom qualquer uma das reivindicações 1 a 20, caracterizadopor um elemento desnebulizador compreender uma placaperfurada.

22. Sistema ou dispositivo de admissão, de acordocom qualquer uma das reivindicações 1 a 21, caracterizadopor um elemento desnebulizador compreender uma placa detrama.

23. Sistema ou dispositivo de admissão, de acordocom qualquer uma das reivindicações 1 a 22, caracterizadopor o elemento desnebulizador compreender um conjunto depalhetas.

24. Sistema ou dispositivo de admissão, de acordocom qualquer uma das reivindicações 1 a 23, caracterizadopor um elemento desnebulizador compreender uma combinaçãode quaisquer de entre uma placa perfurada e uma placa detrama ou um conjunto de palhetas.

25. Sistema ou dispositivo de admissão, de acordocom qualquer uma das reivindic clÇOeS 1 H ^Qf CâTâ cterizadopor a fração leve e a fração pesada compreenderem gásnatural e petróleo e/ou água respectivamente.

26. DISPOSITIVO DE ADMISSÃO, caracterizado porintegrar o sistema de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1-14.

27. MÉTODO DE OPERAÇÃO DO SISTEMA OU DISPOSITIVODE ADMISSÃO, caracterizado por ser realizado utilizando umsistema ou dispositivo de admissão de acordo com qualqueruma das reivindicações precedentes.