ES2575910T3

ES2575910T3 - Sistemas y métodos para la separación de líquidos

Info

Publication number: ES2575910T3
Application number: ES08742445.3T
Authority: ES
Inventors: Michael Howdeshell; Edward J. Godeaux; Asadollah Hayatdavoudi; Curtis D. Cooley
Original assignee: Siemens Energy Inc
Current assignee: Siemens Energy Inc
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2016-07-04
Anticipated expiration: 2028-04-01
Also published as: US20100187186A1; BRPI0810097A2; BRPI0810097A8; KR20100016131A; EP2136897A4; US8715512B2; WO2008123973A1; MX2009010711A; CN101678247B; SG179450A1; EP2136897B1; EP2136897A1; CN101678247A; BRPI0810097B1

Abstract

Un aparato para separar una mezcla de fluidos que comprende: un recipiente (100); una zona (114) de generación de vórtice que tiene una pared (112) cónica colocada dentro del recipiente, la zona de generación de vórtice que tiene un extremo superior y un extremo inferior, el extremo superior que tiene un área de sección transversal inferior a la del extremo inferior, la zona de generación de vórtice construida y dispuesta para dirigir la mezcla de fluidos hacia arriba; una entrada (126) de fluido en una porción inferior de la zona de generación de vórtice, para la introducción de la mezcla de fluidos en la porción inferior de la zona (114) de generación de vórtice, la entrada que se extiende en la zona de generación de vórtice en un ángulo que tiene un componente tangencial a una pared interna de la zona de generación de vórtice en un punto en la pared interna próxima a la entrada de fluido, por lo que la mezcla de fluidos se eleva a través de la zona de generación de vórtice cuando el área de la sección transversal de la zona de generación de vórtice se reduce; una salida (120) de fluido conectado de forma fluida al recipiente por encima del extremo superior de la zona de generación de vórtice; y, una entrada (124) de gas que se extiende en la zona de generación de vórtice, caracterizado porque la entrada (124) de gas en la zona de generación de vórtice está en un ángulo entre cero y 45 grados por encima de un eje horizontal, o por debajo del eje horizontal.

Description

DESCRIPCION

Sistemas y metodos para la separacion de llquidos Solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica prioridad bajo 35 USC § 119 (e) de la Solicitud Provisional de los Estados Unidos Serie No. 5 60/909.769, titulada "SEPARACION DE HIDROCARBUROS DE UN MEDIO ACUOSO", presentada el 3 de abril de

2007.

Antecedentes de la invencion Campo de la invencion

La presente invention se relaciona con sistemas y metodos para separar componentes en una mezcla de fluidos y, 10 en particular, a sistemas y metodos para la separacion de fluidos que tienen diferentes densidades.

Discusion de la tecnica relacionada

Existe un deseo reconocido en multiples industrias, incluyendo, por ejemplo, el petroleo y el gas, procesamiento de alimentos, transporte marltimo, y generation de energla para limpiar o reparar agua generada en plantas u otras instalaciones de procesamiento utilizadas en estas industrias. El agua de proceso, a menudo contiene 15 contaminantes incluyendo hidrocarburos tales como petroleo, as! como otros contaminantes y solidos en suspension, es un subproducto comun de operaciones en estas industrias. En particular, la production de pozos de petroleo y gas y el refinamiento de estos fluidos producen aguas residuales contaminadas con hidrocarburos.

Un numero de dispositivos y sistemas se utilizan por lo general para facilitar la recuperation de agua de aguas residuales contaminadas por la separacion de petroleo del agua en el agua residual. Tales dispositivos incluyen 20 hidrociclones, aparato de separacion por gravedad, sistemas de flotation de aire/gas, y sistemas de colector de petroleo/gas.

US4214982 describe un proceso para eliminar la tinta de la impresora de una suspension de fibras que incluye un generador de vortice en la base de un envase y una salida de espuma de la que la tinta y espuma qulmica es extralda.

25 US5080792 describe un aparato para separar llquidos inmiscibles utilizando separacion centrlfuga de los fluidos.

GB2423490 describe un separador para separar petroleo, agua, gas y solidos a partir de la produccion de hidrocarburos de los fluidos del pozo utilizando un ciclon.

Resumen de la invencion

De acuerdo con una o mas realizaciones, la invencion se relaciona en general con sistemas y metodos para la 30 separacion de componentes de una mezcla de fluidos, tales como petroleo y los contaminantes solidos del agua. De acuerdo con la presente invencion, un aparato para separar una mezcla de fluidos comprende un recipiente, una zona de generacion de vortice que tiene una pared conica colocada dentro del recipiente, la zona de generacion de vortice tiene un extremo superior y un extremo inferior, el extremo superior tiene una section transversal de area menor que la del extremo inferior, la zona de generacion de vortice construida y dispuesta para dirigir la mezcla de 35 fluidos hacia arriba; una entrada de fluido en una parte inferior de la zona de generacion de vortice, para la

introduction de la mezcla de fluidos en la portion inferior de la zona de generacion de vortice, la entrada que se extiende en la zona de generacion del vortice en un angulo que tiene un componente tangencial a una pared interna de la zona de generacion del vortice en un punto en la pared interna proxima a la entrada de fluido, con lo que la mezcla de fluidos se eleva a traves de la zona de generacion de vortice cuando la seccion transversal del area de la 40 zona de generacion de vortice se reduce. El aparato comprende ademas una salida de fluido conectada de manera

fluida al recipiente por encima del extremo superior de la zona de generacion de vortice y una entrada de gas que se extiende en la zona de generacion de vortice, en donde la entrada de gas en la zona de generacion de vortice esta en un angulo entre cero y 45 grados por encima de un eje horizontal, o por debajo del eje horizontal.

Otro aspecto de la invencion se dirige a un metodo para separar una mezcla de fluidos. El metodo comprende 45 proporcionar una mezcla de fluidos que comprende un primer componente y un segundo componente, el primer componente tiene una densidad diferente de la densidad del segundo componente, y proporciona una zona de generacion de vortice que comprende una pared conica colocada dentro de un recipiente, la zona de generacion de vortice tiene un extremo superior y un extremo inferior, el extremo superior tiene un area de seccion transversal

inferior a la del extremo inferior, la zona de generation de vortice esta construida y dispuesta para dirigir la mezcla de fluidos hacia arriba. El metodo comprende ademas la introduction de la mezcla de fluidos en una portion inferior de la zona de generacion de vortice a traves de una entrada de fluido que se extiende en la zona de generacion de vortice en un angulo que tiene un componente tangencial a una pared interna de la zona de generacion de vortice en 5 un punto en la pared interna en la proximidad de la entrada de fluido; la induction de flujo ascendente de la mezcla de fluidos en la zona de generacion de vortice, por lo cual la mezcla de fluidos se eleva a traves de la zona de generacion del vortice como el area reducida de la section transversal de la zona de generacion del vortice; impartiendo un impulso de rotation limitado al primer componente y el segundo componente en la zona de generacion de vortice, y la introduccion de gas en la mezcla de fluidos en la zona de generacion de vortice a traves 10 de una entrada de gas que se extiende en la zona de generacion de vortice, en donde la entrada (124) de gas en la zona de generacion de vortice esta en un angulo entre cero y 45 grados por encima de un eje horizontal, o por debajo del eje horizontal. El metodo tambien comprende la liberation del impulso de rotacion limitado de la mezcla de fluidos para formar una primera zona que comprende la mezcla de fluidos rica en el primer componente y una segunda zona que comprende la mezcla de fluidos rica en el segundo componente, y la descarga de al menos una 15 porcion de la mezcla de fluidos rica en el primer componente de una primera salida de fluido del recipiente por encima del extremo superior de la zona de generacion de vortice.

Otras ventajas, novedosas caracterlsticas, y objetivos de la invention resultaran evidentes a partir de la siguiente description detallada de la invencion cuando se considera en conjuncion con los dibujos adjuntos.

Breve descripcion de los dibujos

20 Los dibujos adjuntos, no estan destinados a ser dibujados a escala. En los dibujos, cada componente identico o casi identico que se ilustra en diversas figuras se representa mediante un numero similar. Por motivos de claridad, no todos los componentes pueden ser marcados en cada dibujo. Las realizaciones preferidas no limitantes de la presente invencion se describiran con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

La figura 1 es una vista en seccion transversal lateral de un aparato de acuerdo con una realization de la presente 25 invencion;

La figura 2 es un diagrama de la velocidad de rotacion del fluido en comparacion con la forma conica de la pared en un recipiente de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

La figura 3 es una vista en seccion transversal lateral de un aparato de acuerdo con otra realizacion de la presente invencion;

30 La figura 4 es una vista en seccion transversal lateral de un aparato de acuerdo con una realizacion adicional de la presente invencion;

La figura 5 es una vista en seccion transversal de arriba hacia abajo a traves de la llnea 5-5 de la figura 4 de un aparato de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

La figura 6 es una vista en seccion transversal parcial de un aparato de acuerdo con una realizacion adicional de la 35 presente invencion;

La figura 7 es un diagrama esquematico que ilustra un sistema de ordenador sobre el que pueden practicarse una o mas realizaciones de la invencion;

La figura 8 es una ilustracion esquematica de un sistema de almacenamiento que puede ser utilizado con el sistema informatico de la figura 7 de acuerdo con una o mas realizaciones de la invencion;

40 La figura 9 es una vista en seccion transversal parcial de un aparato de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

La figura 10 es un grafico de la superficie del porcentaje de eficiencia frente al caudal de la bomba de acuerdo con una realizacion de la presente invencion; y

La figura 11 es un grafico de contorno del porcentaje de eficiencia frente al caudal de la bomba de acuerdo con una 45 realizacion de la presente invencion.

Descripcion detallada

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Esta invention no se limita en su aplicacion a los detalles de construction y la disposition de componentes expuestos en la siguiente description o ilustrados en los dibujos. La invencion puede tener otras realizaciones y pueden ser practicadas o ser llevadas a cabo de diversas maneras. Ademas, la fraseologla y terminologla utilizada en este documento es con un proposito de descripcion y no se deben considerar como limitantes. El uso de "incluyendo", "que comprende" o "que tiene", "que contiene", "que implica", y variaciones de los mismos en este documento, pretende abarcar los elementos enumerados a partir de entonces y equivalentes de los mismos, as! como artlculos adicionales.

Tal como se utiliza en este documento, el termino "mezcla de fluidos" incluye, pero no se limita a, mezclas de fluidos, mezclas de fluidos y solidos, y mezclas de fluidos y/o solidos y/o lodos.

En una mezcla de fluidos que comprende componentes de diferentes densidades, por ejemplo, agua y un hidrocarburo tal como petroleo, los componentes pueden estar separados al menos en parte mediante la induction de un flujo de rotation a la mezcla de fluidos. Por ejemplo, si la mezcla de fluidos se coloca dentro de un recipiente y un flujo de rotacion es impartida a la mezcla de fluidos sobre el interior del recipiente, un componente de fluido con una densidad menor migra hacia un eje central del flujo rotacional en respuesta a las fuerzas centrlpeta y/o centrlfugas generadas por el flujo rotacional. Un fluido con una densidad superior migra hacia una periferia del flujo rotacional en respuesta a la fuerza centrlpeta generada por el flujo de rotacion. Un fluido rico en los componentes menos densos podrla ser retirado de un area proxima al eje central de la mezcla de fluidos de rotacion. Alternativa o adicionalmente, un fluido rico en los componentes mas densos puede ser retirado de un area proxima a la periferia de la masa de la mezcla de fluidos que fluye rotacionalmente.

Mezclas de fluidos que comprenden componentes de diferentes densidades tambien se pueden separar con el tiempo por separation gravitacional. Si una mezcla de fluidos que contiene un componente menos denso como el petroleo y un componente mas denso como el agua se le permite asentarse en un recipiente en un estado no agitado, con el tiempo de los componentes menos densos suben y los componentes mas densos bajan, lo que resulta en un fluido rico en el componente menos denso en un nivel superior de la mezcla de fluidos y un fluido rico en el componente mas denso en una parte inferior de la mezcla de fluidos. Este proceso de separacion puede acelerarse mediante, por ejemplo, ponerle en contacto con las burbujas de gas que tienen una densidad menor que la del componente menos denso, con el componente menos denso en la mezcla de fluidos. Las burbujas de gas pueden ponerse en contacto con el componente menos denso en una serie de maneras, incluyendo, por ejemplo, mediante la introduction de un fluido que contiene gas disuelto en una mezcla de fluidos que se va a separar, o mediante la introduccion de gas en forma de burbujas directamente en la mezcla de fluidos. La mezcla de fluido y gas puede ser mezclada adicionalmente para llevar las burbujas de gas, el gas disuelto, o burbujas de gas que se forman a partir del gas disuelto, en contacto con el componente menos denso. En algunos casos, una parte del gas se puede difundir en el componente menos denso, lo que aumenta la flotabilidad del componente menos denso. Un sistema de separacion por flotation de gas puede tambien, en algunos casos, ser asistido por la introduccion de calor a la mezcla de llquidos y/o gas.

Diversas realizaciones de aparatos y metodos de separacion de una mezcla de fluidos de acuerdo con la presente invencion pueden comprender uno o mas de estos metodos para inducir la separacion de uno o mas componentes menos densos a partir de uno o mas componentes densos en una mezcla de fluidos. En la siguiente descripcion de diversas realizaciones de la presente invencion, la separacion de los componentes en una mezcla de fluidos se describe en terminos de la separacion de una mezcla de fluidos que incluye un componente de hidrocarburo y el agua en un fluido rico en el componente de hidrocarburo y un fluido rico en agua, pero se ha de entender que las diversas realizaciones de la presente invencion no se limitan a la separacion de una mezcla de fluidos en un componente rico en hidrocarburos y un componente rico en agua. Diversas realizaciones de la presente invencion se pueden utilizar para separar cualquiera de un numero de diferentes mezclas de fluidos en cualquiera de una serie de diferentes componentes sobre la base de diferentes densidades. Por ejemplo, el sistema y metodo de las realizaciones de la presente invencion se pueden usar para separar una mezcla que contiene hidrocarburos de diferente densidad, mezclas de fluidos biologicos de diferentes densidades, una mezcla de H2O (agua normal) y D2O (agua pesada), una mezcla de agua y salmuera pesada, o una suspension espesa de arena de alquitran que tiene betun y otros solidos.

En algunas realizaciones, los componentes del fluido que se va a separar no necesitan tener diferentes densidades. En estas realizaciones, las densidades efectivas de los componentes pueden ser alteradas como parte del proceso de separacion. En algunas realizaciones, una caracterlstica de un componente puede ser cambiada mediante, por ejemplo, una reaction qulmica para alterar la densidad del componente respecto a otro componente en una mezcla. Por ejemplo, si un primer componente de una mezcla de fluidos tiene una mayor afinidad por un gas que un segundo componente, que el gas podrla ser anadido a la mezcla para alterar la densidad del primer componente en relation con el segundo componente.

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Aparatos de acuerdo con realizaciones de la presente invencion que pueden realizar la separation de una mezcla de fluidos en general, pueden comprender un recipiente externo que aloja una estructura interior, en el cual un movimiento de rotation se puede impartir a una mezcla de fluidos introducido en el mismo. La estructura interna se denomina en este documento como una zona de generation de vortice. En algunas realizaciones una o mas entradas de fluido pueden proporcionarse para introducir fluido en la zona de generacion de vortice. Las entradas de fluido pueden estar dispuestas para introducir el fluido que se va a separar en la zona de generacion de vortice en un angulo con una componente tangencial a una pared interior de la zona de generacion de vortice proxima a las entradas de fluido con el fin de inducir un flujo rotacional del fluido sobre el interior de la zona de generacion de vortice. Las entradas de fluido tambien pueden estar dispuestas para introducir el fluido que se va a separar a la zona de generacion de vortice en un angulo hacia arriba con el fin de inducir un flujo ascendente de fluido a traves de la zona de generacion de vortice.

Una o mas entradas de gas pueden estar provistas para proporcionar gas en forma de burbujas o gas disuelto en la zona de generacion de vortice. El gas se puede poner en contacto con uno o mas componentes de la mezcla de fluidos, lo que facilita el movimiento hacia arriba de los uno o mas componentes relativos a uno o mas de los otros componentes, en algunos casos mediante la alteration de la densidad efectiva de estos componentes. Esto puede facilitar la separacion de los componentes de la mezcla de fluidos. El flujo rotacional del fluido en la zona de generacion de vortice puede inducir la separacion de los componentes de fluidos con diferentes densidades efectivas a traves de la action de la fuerza centrlpeta y/o centrlfuga.

Por encima y alrededor de la zona de generacion del vortice dentro del recipiente de separacion puede ser una zona de separacion. Despues de fluir a traves de la zona de generacion de vortice, la mezcla de fluidos parcialmente separada puede entrar en la zona de separacion. En la zona de separacion, los componentes del fluido de menor densidad flotan hacia arriba mientras que los componentes mas densos de fluidos caen hacia abajo. Se puede introducir gas adicional por las entradas de gas en la zona de separacion para facilitar aun mas la separacion de los componentes del fluido.

Proximo a un extremo superior de la zona de separacion, el fluido rico en el componente menos denso se puede retirar a traves de una salida de fluido superior. Proximo a un extremo inferior de la zona de separacion, un fluido rico en el componente mas denso puede ser retirado a traves de una salida de fluido inferior.

Se ilustrado en la figura 1 un aparato para separar una mezcla de fluidos en multiples componentes constituyentes de acuerdo con un aspecto de la presente invencion. El aparato comprende un recipiente 100 con paredes 102 laterales, una pared 104 superior, y una pared inferior 106. El recipiente 100 puede tener cualquier tamano y forma apropiados para un proposito particular. El recipiente 100 puede, en algunas realizaciones ser cillndrico, rectangular, cuadrado o redondo. El recipiente 100 puede tener una altura para proporcionar suficiente distancia para una cantidad deseada de separacion de los componentes. La pared 102 lateral del recipiente en algunas realizaciones se curva formando de este modo un recipiente cillndrico. La pared 104 superior y/o la pared 106 inferior puede, en algunas realizaciones, estar curvado como se ilustra en la figura 1, pero tambien puede ser plana, curvada de forma concava, o de cualquiera de varias configuraciones diferentes.

El recipiente 100 puede comprender una pared 112 conica colocada dentro del recipiente. Se debe entender que el termino "pared conica" significa una pared que esta en angulo con respecto a un eje vertical en al menos una portion de la pared. La pared 112 conica esta conectada a la pared 106 inferior y define una zona 114 de generacion de vortice con una salida en un extremo. El area de la section transversal de la zona 114 de generacion de vortice en una base proxima a la pared 106 inferior es mayor que un area de seccion transversal en una salida de la zona 114 de generacion de vortice. Una altura de la pared 112 conica puede ser suficiente para proporcionar el tiempo de permanencia deseado de una mezcla de fluidos en la zona 114 de generacion de vortice y/o una cantidad deseada de separacion de componentes de una mezcla de fluidos introducido en la zona 114 de generacion de vortice. La conicidad de la pared 112 conica puede ser constante, como se ilustra en la figura 1, o puede tener una o mas regiones donde la tasa de conicidad aumenta o disminuye. La pared 112 conica puede estar curvada. La pared 112 conica puede estar en la forma de un cono truncado invertido que tiene un diametro de seccion transversal mayor en una base de un area de seccion transversal en un extremo superior. El cono no tiene que ser uniforme en todas las regiones alrededor de la periferia de la pared 112 conica.

La pared 112 conica define una region interior del recipiente 100 que es denominada en este documento como zona 114 de generacion de vortice. Cuando esta en uso, una mezcla de fluidos se introduce en una porcion inferior de la zona 114 de generacion de vortice en un angulo con un componente tangencial a la pared 112 conica en un punto de introduction. Debido al angulo de introduction, la mezcla de fluidos alcanza una cierta velocidad de rotacion. Debido a la conservation del momento de rotacion, la velocidad de rotacion aumenta a medida que la mezcla de fluidos se eleva a traves de la zona de generacion del vortice cuando el area de la seccion transversal o el diametro de la zona de generacion de vortice se hace mas pequeno. El flujo de rotacion induce a componentes menos densos de la mezcla de fluidos a migrar hacia el centro de la zona de generacion de vortice y los componentes mas densos

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a migrar hacia la pared 112 conica debido a la accion de la fuerza centrlpeta y/o centrlfuga. Ya que la velocidad de rotacion del fluido pasa hacia arriba a traves, la zona de generacion de vortice aumenta, lo mismo ocurre con las fuerzas centrlpetas y centrlfugas experimentadas por los componentes del fluido, lo que puede conducir a una separacion adicional de los componentes del fluido en el extremo superior de la zona de generacion de vortice.

La conicidad de la pared 112 conica se puede seleccionar para proporcionar una velocidad de rotacion de fluido dentro de la zona de generacion de vortice suficiente para separar los componentes del fluido a un grado deseado para un caudal de fluido particular. La conicidad de la pared 112 conica de la zona de generacion de vortice tambien puede ser seleccionada para proporcionar un tiempo de permanencia de la mezcla de fluidos en la zona de generacion de vortice suficiente para permitir una mezcla apropiada y el contacto entre la mezcla de fluido y las burbujas de gas que se pueden introducir en la zona de generacion de vortice en adicion a la mezcla de fluidos. Para una altura de recipiente dada, como la conicidad de la pared 112 se hace mayor, la velocidad de rotacion en una region superior de la zona de generacion de vortice se hace mayor, y el tiempo de permanencia del fluido y el tiempo disponible en el que las burbujas de gas pueden ponerse en contacto con los componentes de fluido en la zona de generacion del vortice disminuye.

La figura 2 ilustra la velocidad resultante Vr contra la altura dentro de una zona de generacion de vortice en relacion con un angulo de conicidad de la pared 112 conica de acuerdo con una realization de la invention con una zona de generacion de vortice que tiene una base de 27 pulgadas de diametro y una velocidad resultante inicial Vr de fluido introducido de 0.046 pies/segundo. Se debe entender que la velocidad resultante significa la velocidad total del fluido, que comprende tanto los componentes verticales y horizontales, a diferencia de la velocidad de rotacion que comprende solo un componente horizontal. La velocidad Vr resultante se incrementara para diversos angulos de la pared 112 conica cuando se introduce un fluido con una velocidad resultante inicial Vr. En la figura 2, la velocidad resultante del fluido aumenta a medida que asciende la pared conica. La tasa de aumento de la velocidad resultante aumenta a una altura dada cuando el angulo de conicidad de la pared 112 conica aumenta. A medida que la velocidad de rotacion de la mezcla de fluidos aumenta, la superficie superior de la mezcla de fluidos puede comenzar a hacerse concava y formar una superficie parabolica de cuenco debido a las fuerzas centrlpetas y centrlfugas. Por ejemplo, para una zona de generacion de vortice con una altura de 2.5 pies, un diametro de base de 27 pulgadas, y un flujo de entrada de agua oleosa de 145 galones/minuto, la concavidad de la superficie de la mezcla de fluido puede comenzar a desarrollarse si las paredes de la zona de generacion de vortice se estrechan en un angulo de mas de aproximadamente 5 grados de la vertical. En algunas realizaciones esta inclination lateral puede interferir con la extraction del fluido desde la salida 120 del fluido superior.

Por lo tanto, puede ser deseable tener en cuenta tanto la velocidad de rotacion y tiempo de permanencia del fluido en la zona de generacion de vortice cuando se selecciona un angulo de conicidad de la pared 112 conica. El angulo de conicidad se puede seleccionar basandose en factores que incluyen, por ejemplo, el tamano y la forma de la zona de generacion de vortice, el rendimiento de fluido a traves del recipiente, y el metodo de extraccion de los componentes menos densos de una mezcla de fluidos de la zona de generacion y/o zona separacion de vortice. La pared 112 conica en algunas realizaciones es generalmente conica a un angulo entre cero y aproximadamente 14 grados de la vertical para evitar un flujo turbulento dentro de la zona de generacion y/o zona de separacion de vortice. En algunas realizaciones un angulo de conicidad mayor que aproximadamente 14 grados puede dar lugar a un flujo turbulento dentro de la zona de generacion y/o zona de separacion de vortice que puede resultar en la dispersion de gotitas o de un componente menos denso de la mezcla fluida en lugar de una coalescencia y separacion de este componente de los componentes mas densos de la mezcla de fluidos. En otras realizaciones, la conicidad puede ser entre aproximadamente 5 y aproximadamente 10 grados de la vertical. En algunas realizaciones un angulo de conicidad mayor que aproximadamente 10 grados puede resultar en la distribucion de la superficie de la mezcla de fluidos en el recipiente que puede ser suficientemente grande como para interferir con la elimination de los componentes menos densos de una mezcla de fluidos de la zona de generacion y/o zona separacion de vortice. En otras realizaciones, la forma conica puede ser de aproximadamente nueve grados de la vertical.

La forma global y el volumen de la zona de generacion de vortice se pueden seleccionar con base en factores tales como el tipo de la mezcla de fluidos que se va a separar, el rendimiento deseado, y/o espacio total deseado del recipiente de separacion. En muchos casos, se desean un mayor rendimiento y un espacio mas pequeno. Como un ejemplo, un recipiente incluyendo una zona de generacion de vortice disenado para separar el petroleo del agua con un caudal de 5.000 barriles/dla (aproximadamente 145 galones/minuto) y configurado para encajar sobre una rampa con un tamano de alrededor de 12 pies de largo por aproximadamente ocho pies de ancho pueden tener una zona de generacion de vortice, con un diametro en su punto mas ancho de alrededor de 27 pulgadas y un diametro en su extremo superior de alrededor de 17.5 pulgadas, con una altura de aproximadamente 30 pulgadas y una conicidad de pared de aproximadamente 9 grados de la vertical para proporcionar la separacion apropiada del agua aceitosa. Un recipiente incluyendo una zona de generacion de vortice de estas dimensiones puede en algunas realizaciones tener un espacio de aproximadamente 10 pies de largo por aproximadamente siete pies de ancho para permitir la colocation de unidades adicionales sobre la rampa, o el uso de una rampa mas pequena. Para mayores

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rendimientos, la zona de generacion del vortice podrla aumentar de tamano, o el estrechamiento de la pared disminuir. En algunas realizaciones, las unidades adicionales, tales como, por ejemplo, unidades de tratamiento previo o post-tratamiento podrlan ocupar la misma rampa como un recipiente de acuerdo con realizaciones de la presente invencion.

Externa a la zona 114 de generacion de vortice esta una zona 116 de separacion. La zona 116 de separacion se encuentra por encima y al lado de la zona 114 de generacion de vortice. El tamano de la zona 116 de separacion, incluyendo la altura de la zona de separacion y el ancho de la zona de separacion pueden ser seleccionadas para proporcionar un tiempo de permanencia deseado del fluido en la zona 116 de separacion. La zona 116 de separacion esta definida por la pared 102 del recipiente, la pared 106 inferior, la pared 112 conica, y la pared 118 interna superior. En la figura 1, de la pared 118 interna superior se ilustra que tiene una forma curvada en forma de cupula, pero en algunas realizaciones de la pared 118 interna superior puede tener una curvatura diferente, ninguna curvatura en absoluto, o pueden tener una curvatura solo a lo largo de una parte de su diametro. La pared 118 superior interna incluye una salida 120 superior de fluido situada proxima a un eje vertical central del recipiente proximo a la zona 116 de separacion y por encima de una region central de la zona 114 de generacion de vortice.

La salida 120 de fluido superior puede, en algunas realizaciones encontrarse por encima del extremo superior de la zona de generacion de vortice. En uso, la salida 120 superior de fluido es una salida para el fluido rico en un componente menos denso que el otro componente de una mezcla de fluidos que se introduce en el recipiente 100. Las paredes 120 de salida de fluido se ilustran en la figura 1 como verticales, pero esto no debe ser considerado una limitante. En algunas realizaciones, las paredes de salida 120 de fluido pueden estrecharse, o incluso ser inexistentes. La combinacion de la pared 118 superior interna, la salida 120 de fluido, la pared 104 del recipiente superior, y la salida 108 de fluido del recipiente superior como se ilustra en las figuras 1, 3 y 4 pueden ser denominadas como un diseno de salida de fluido "cabeza-en-cabeza". En algunas realizaciones, las estructuras y los metodos alternativos pueden ser usados para extraer el fluido rico en un componente menos denso de una mezcla de fluidos de la zona 114 generacion y/o zona 116 de separacion de vortice. Estas estructuras y metodos alternativos pueden incluir, por ejemplo, un colector, una bomba de succion y el tubo asociado, un acumulador de fluido en forma de cono, y un tubo de sifon.

El recipiente 100 tambien puede incluir una o mas entradas 126 de fluido conectadas de forma fluida a la zona 114 de generacion de vortice. Aunque una entrada 126 de un fluido se ilustra en la figura 1, algunas realizaciones pueden incluir una pluralidad de entradas 126 de fluido. En funcionamiento, la entrada o entradas 126 de fluido suministran una mezcla de fluidos que se va a separar a la zona 114 de generacion de vortice del recipiente 100. En algunos metodos, un gas se puede introducir en una mezcla de fluidos que fluye a traves de la entrada o entradas 126 antes de que el fluido entre en la zona 114 de generacion de vortice.

La entrada o entradas 126 de fluido pueden en algunas realizaciones colocarse en angulo e introducir fluido en la zona de generacion de vortice en una direccion en angulo hacia arriba desde un eje horizontal. En algunas realizaciones, la entrada o entradas 126 de fluido pueden introducir una mezcla de fluidos en la zona de generacion de vortice en un angulo entre cero y aproximadamente diez grados por encima de un eje horizontal. En algunas realizaciones, un angulo de introduccion de fluido en la zona de generacion de vortice de mas de aproximadamente diez grados por encima de un eje horizontal puede dar lugar a un tiempo de permanencia suficiente de la mezcla de fluidos en la zona de generacion de vortice para realizar la separacion suficiente de los componentes de la mezcla de fluidos. En otras realizaciones, el angulo de entrada de fluido puede estar entre aproximadamente uno y dos grados con el fin de proporcionar un mayor tiempo de permanencia de la mezcla de fluidos en la zona de generacion de vortice. En otras realizaciones, este angulo puede ser de aproximadamente un grado.

En algunas realizaciones, los angulos ascendentes de entrada o entradas 126 de fluido se pueden seleccionar para impartir un componente de velocidad hacia arriba a una mezcla de fluidos en la zona de generacion de vortice suficiente para proporcionar un tiempo de procesamiento o de permanencia deseado del fluido en la zona de generacion de vortice. Si una pluralidad de entradas 126 de fluido esta presente, no tienen por que todas estan en angulo con el mismo angulo con respecto al eje vertical. Para realizaciones en las que se desea un gran tiempo de permanencia y/o un periodo de tiempo grande durante el cual el gas se puede poner en contacto con los componentes de la mezcla de fluidos en la zona de generacion de vortice, la entrada o entradas 126 de fluido pueden, por ejemplo, estar en un angulo de 1.2 grados inclinado hacia arriba.

La entrada o entradas 126 de fluido pueden tambien en algunas realizaciones estar colocadas y en angulo para introducir fluido en la zona de generacion de vortice en un angulo que tiene un componente de vector tangente a una pared interna de la zona 114 de generacion de vortice en un punto en la pared interna proxima a la entrada o entradas 126 de fluido. Esto puede reducir la probabilidad de choques frontales del flujo de fluido y/o ayudar en la creacion de flujo rotacional de fluido dentro de la zona de generacion de vortice. Choques frontales de flujos de fluidos dentro de la zona de generacion de vortice pueden en algunos casos resultar en turbulencia y creacion de burbujas de gas mas grandes por la coalescencia de burbujas de gas mas pequenas que pueden estar presentes en

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la zona de generation de vortice, lo que puede ser indeseable por razones que se explicaran mas completamente a continuation. Si una pluralidad de entradas 126 de fluido esta presente, no es necesario que todas esten con el mismo angulo con respecto a una pared interna de la zona 114 de generacion de vortice en un punto en la pared interna proxima a cada entrada 126 de fluido.

El recipiente 100 puede tener multiples salidas de fluido incluyendo una primera salida 108 de fluido y una segunda salida 110 de fluido. Las posiciones de la primera y la segunda salidas 108, 110 de fluido, pueden estar en cualquier lugar en las porciones superior o inferior de recipiente. En una realization, la primera salida 108 de fluido se encuentra en una parte superior del recipiente 100. La salida 108 de fluido puede ser una salida para componentes menos densos de una mezcla de fluidos. En otra realizacion, segunda salida 110 de fluido esta colocada en una portion inferior del recipiente 100 y esta conectada de manera fluida a la zona 116 de separation. La salida 110 de fluido puede ser una salida para los componentes mas densos de una mezcla de fluidos. Aun en otra realizacion, la segunda salida 110 de fluido puede estar situada debajo de la entrada 122 de gas, cuando esta presente para evitar o reducir al mlnimo la elimination de gas introducida por la entrada o entradas 122 de gas. Aun en otra realizacion, la segunda salida 110 de fluido puede estar situada al menos aproximadamente un pie por debajo de la entrada 122 de gas. Las salidas pueden tomar configuraciones y formas de cualquiera de las salidas de fluido conocidos en la tecnica.

El recipiente de acuerdo con realizaciones de la presente invention puede incluir una o mas entradas de gas para dirigir el gas a la zona de generacion de vortice, la zona de separacion, o ambas. El gas introducido a traves de estas entradas se puede introducir en forma de gas libre, burbujas de gas en un fluido, o como gas disuelto en un fluido.

Haciendo referencia a la figura 1, las entradas 122 de gas estan conectadas de manera fluida a la zona 116 de separacion y las entradas 124 de gas estan conectadas de manera fluida a la zona de generacion de vortice. Las entradas 122 de gas estan colocadas para suministrar un gas, o en algunas realizaciones, un fluido que comprende burbujas de gas o gas disuelto, en la zona 116 de separacion del recipiente 100. En algunas realizaciones, estas entradas se colocan por encima de la salida 110 de fluido inferior. En algunas realizaciones, estas entradas estan posicionadas al menos alrededor de un pie por encima de la salida 110 de fluido inferior. La colocation de las entradas 122 de gas suficientemente por encima de la salida 110 de fluido inferior puede reducir la cantidad de gas o de evitar que el gas introducido a traves de las entradas 122 de gas sea atraldo por cualquier fluido que fluya fuera de la salida 110 de fluido a traves del recipiente inferior. Las entradas 124 de gas estan colocadas para suministrar un gas, o en algunas realizaciones, un fluido que contiene gas, en la zona 114 de generacion de vortice del recipiente 100. Aunque dos de las entradas 122 y 124 de gas se ilustran en la figura 1, en algunas realizaciones una o mas entradas 122 de gas puede estar provista para introducir gas en la zona de separacion y una o mas entradas 124 de gas pueden estar provistas para introducir gas en la zona de generacion de vortice.

En algunas realizaciones, las entradas 124 de gas pueden estar colocadas y en angulo para introducir un gas o un fluido que contiene burbujas de gas o gas disuelto en la zona de generacion de vortice en un angulo suficiente para impartir un componente de velocidad hacia arriba para la mezcla de fluidos en la zona de generacion de vortice suficiente para proporcionar un tiempo de permanencia deseado de rendimiento o de la mezcla de fluidos en la zona de generacion de vortice. En algunas realizaciones, este angulo es de cero a aproximadamente 45 grados por encima de un eje horizontal. Para las realizaciones donde se desea un gran tiempo de permanencia, la entrada o entradas 124 de gas se pueden colocar para introducir gas o un fluido en horizontal o incluso en un angulo por debajo de un eje horizontal en la zona de generacion de vortice que contiene gas.

La entrada o entradas 124 de gas pueden tambien en algunas realizaciones estar colocadas y en angulo para introducir el gas en la zona de generacion de vortice en un angulo que tiene un componente de vector tangente a una pared interna de la zona 114 de generacion de vortice en un punto en la pared interna proxima a la entrada o entradas 124 de gases. Esto puede reducir la probabilidad de choques frontales de las diferentes corrientes de fluido y/o ayudar en la creation de un flujo rotacional de fluido dentro de la zona de generacion de vortice. Si una pluralidad de entradas 124 de gas esta presente, no tienen por que todos estar en angulo con el mismo angulo con respecto a una pared interna de la zona 114 de generacion de vortice en un punto en la pared interna proxima a cada entrada 124 de gas.

En algunas realizaciones, la entrada o entradas 122 de gas pueden estar colocadas en angulo y para introducir un gas o un fluido que contiene burbujas de gas o gas disuelto en la zona 116 de separacion en un angulo suficiente para impartir un tiempo de permanencia deseado para el fluido en la zona de separacion. La entrada o entradas 122 de gas pueden estar colocadas en un angulo para proporcionar un flujo deseado de fluido en la zona de separacion, que puede depender de diversos factores, incluyendo, por ejemplo, la configuration de la zona de generacion de vortice, el tipo de mezcla de fluidos que es separado, el tiempo de permanencia deseado de fluido en el recipiente, y el caudal deseado de gas o fluido que contiene gas a traves de la entrada o entradas 122 de gas. La entrada o entradas 122 de gas tambien pueden estar colocadas para proporcionar una dispersion deseada de gas dentro de la

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zona de separacion. Un angulo inferior de entrada puede permitir que el gas introducido a traves de la entrada o entradas 122 de gas se pueda dispersar a lo largo de la zona de separacion de manera mas uniforme y proporcionar una mayor oportunidad para que el gas entre en contacto con los componentes de la mezcla de fluidos cuando el gas se eleva en un mayor angulo de entrada. En algunas realizaciones, este angulo es de cero a aproximadamente 45 grados por encima de un eje horizontal. Este angulo de entrada puede estar en algunas realizaciones por debajo de un eje horizontal, aumentando aun mas el tiempo de permanencia del fluido en la zona 116 de separacion. Si una pluralidad de entradas 122 de gas estan presentes, no todas necesitan estar en angulo con el mismo angulo por encima de un eje horizontal.

La entrada o entradas 122 de gas pueden tambien en algunas realizaciones estar colocadas y en angulo para introducir el gas en la zona 116 de separacion en un angulo que tiene un componente de vector tangente a una pared interna de la zona 116 de separacion en un punto en la pared 102 del recipiente proxima a la entrada o entradas 122 de gas. Esto puede reducir la probabilidad de choques frontales del flujo de fluido y/o contribuir en la creacion o el mantenimiento del flujo de rotacion de fluido dentro de la zona de separacion. Si una pluralidad de entradas 122 de gas esta presente, no todos tienen porque estar en angulo con el mismo angulo respecto a la pared 102 del recipiente en un punto en la pared del recipiente proximo a cada entrada 122 de gas.

Los angulos de introduccion de la mezcla de fluido y gas en la zona de generacion de vortice se pueden seleccionar para reducir la incidencia de los choques frontales del flujo de fluido que se va a separar y el flujo de fluido que contiene gas. Los choques frontales de estos flujos de fluido pueden dar lugar a la turbulencia y/o coalescencia de gas disuelto en grandes burbujas de gas, que pueden en algunos casos ser indeseables. Por ejemplo, la coalescencia de gas disuelto en las burbujas de gas mas grandes puede reducir el area de la superficie total del gas y/o la dispersion del gas lo que reduce el contacto con la mezcla de fluidos que puede reducir la eficiencia de separacion. Ademas, las burbujas de gas mas grandes pueden viajar mas rapidamente hacia arriba a traves de la zona de generacion de vortice que las burbujas de gas mas pequenas, proporcionando menos tiempo para un posible contacto entre las burbujas de gas y los componentes de la mezcla de fluidos en la zona de generacion de vortice.

En algunas realizaciones, la entrada o entradas 126 de fluido pueden comprender separadores adicionales, tales como un separador de espiral preliminar interno. El separador de espiral preliminar puede causar una separacion parcial inicial de la mezcla de fluidos en sus componentes constitutivos y/o aumentar el tamano de las gotas de los componentes menos densos, tales como, por ejemplo, hidrocarburos presentes en la mezcla de fluidos. En algunas realizaciones, el separador de espiral preliminar puede estar colocada aguas arriba de la entrada o entradas 126 de fluido y estar en comunicacion fluida con la entrada o entradas 126 y con una fuente de una mezcla de fluidos. Un ejemplo de un separador de espiral preliminar que puede ser utilizado se describe en la Patente de los Estados Unidos No. 5,277,803, en particular, SpIRALSEP, elemento 34 de la Patente de los Estados Unidos No. 5,277,803, es una realization de un separador de espiral que puede ser utilizado en ciertas realizaciones de la presente invencion.

El recipiente 100 tambien puede incluir un material 128 de coalescencia en la zona 116 de separacion. El material 128 de coalescencia puede comprender secciones discretas de material, o en algunas realizaciones puede ser un material continuo que puede rodear sustancial o completamente de la pared 112 conica y se puede extender desde la pared 112 conica al recipiente de la pared 102 lateral. El material de coalescencia puede estar colocada encima de la entrada o entradas 122 de gas. En algunas realizaciones, el material de coalescencia puede estar soportado por una estructura de soporte (no mostrada) que puede ser ajustable con respecto a la altura dentro del recipiente.

Cualquier material de coalescencia que tiene un area superficial alta en relation al volumen y resistencia a la degradation por los componentes del fluido que se va a separar en un sistema particular puede ser apropiado para su uso en algunas realizaciones. Los materiales de coalescencia apropiados pueden incluir, por ejemplo, un lecho compacto de medios de coalescencia tales como Nacto-Lescer® (disponibles de National Tank Co., Houston, TX) o medios de laminas, tales como medios de coalescencia Performax® (disponible en National Tank Co., Houston, TX). Otros medios de coalescencia de tipo lamina que se pueden usar se describen en la Patente de los Estados Unidos Nos. 5,300,222 y 5,407,584. Esta envoltura de coalescencia puede comprender un medio de tipo de lamina modular con una estructura acanalada transversal creando numerosos canales de interconexion.

En funcionamiento, el material 128 de coalescencia puede reducir la velocidad y/o turbulencia del fluido que fluye en rotacion hacia abajo en un flujo a contracorriente en la zona de separacion. La velocidad y/o turbulencia reducida pueden permitir que las burbujas de gas o gas disuelto presentes en la zona de separacion o las burbujas de gas o de gas disuelto que se puede introducir desde la entrada o entradas 122 de gas pueda hacer contacto con un componente de fluido menos denso, tal como, por ejemplo, hidrocarburos presentes en la zona de separacion, facilitando de este modo la flotation de este componente hacia arriba a traves la zona 116 de separacion. El material 128 de coalescencia tambien puede retener un componente menos denso presente en un fluido que fluye hacia

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abajo a traves de la zona de separacion, al tiempo que permite que un componente mas denso pase a traves y en algunas realizaciones, pueda ser eliminado a traves de la salida 110 de fluido inferior.

Haciendo referencia a la figura 3, el recipiente 100 puede incluir tambien una zona 130 de recogida de solidos definida por la pared 145 intermedia. La pared 145 intermedia puede estar conectada de manera hermetica a la pared 114 conica y los solidos de salida 132 del recipiente 100. Esta zona de recogida de solidos puede estar situada por debajo y en comunicacion fluida con la zona 114 de generacion de vortice. En funcionamiento, cuando una mezcla de fluido introducido en el recipiente fluye a traves de la zona 114 de generacion de vortice, los solidos presentes en la mezcla de fluidos pueden caer fuera de la mezcla por la fuerza de la gravedad y asentarse en la zona 130 de recogida de solidos. Los solidos acumulados se pueden eliminar de la zona 130 de recogida de solidos de forma continua o intermitente a traves de la salida 132 de solidos.

La figura 3 tambien ilustra una configuration alternativa de la pared 118 superior en la salida cabeza-en-cabeza. En la figura. 3, la pared 118 no tiene una curvatura constante a lo largo de todo su diametro, sino que tiene una portion curvada hacia arriba proxima a la salida 108 superior de fluido. Esto puede proporcionar un espacio de recogida intermedio para reducir el movimiento de remolino y/o la introduction adicional de gas en el componente menos denso en la zona 150.

La figura 4 ilustra una configuracion alternativa del recipiente 100. Como se ilustra en la figura 4, el recipiente 100 comprende la de entrada o entradas 124 de gas y la entrada o entradas 126 de fluido colocadas y dispuestas a lo largo de un plano horizontal comun. En otras realizaciones, la entrada o entradas 124 de gas pueden estar situadas por encima o por debajo de un plano horizontal definido por la entrada o entradas 126 de fluido. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la entrada o entradas 124 de gas pueden estar situadas cerca de seis pulgadas por debajo o por encima de un plano horizontal definido por la entrada o entradas 126 de fluido. La colocation de la entrada o entradas 124 de gas y la entrada o entradas 126 de fluido a diferentes alturas en la zona de generacion de vortice puede reducir los casos de choque frontal de fluido fluye desde otras entradas. En algunas realizaciones, la entrada o entradas 124 de gas y la entrada o entradas 126 de fluido pueden estar situadas proximas a la intersection de la pared 112 conica y en un plano que pasa horizontalmente a traves de una porcion de la zona de generacion de vortice con el area 134 de la section mayor transversal, o de otro modo, proximo a la pared 112 conica en el punto de la zona de generacion de vortice mas ancho, como se ilustra en la figura 4. Los diametros y formas de las entradas 122 de gas, entradas 124 de gas, y entradas 126 de fluido se pueden seleccionar para adaptarse a los requisitos particulares para una aplicacion particular. Por ejemplo, en recipientes disenados para procesar una gran cantidad de fluido por dla, se pueden usar entradas de mayor diametro de las que se utilizan en un recipiente disenado para procesar una cantidad menor de fluido por dla con el fin de acomodar un flujo de mayor fluido.

La figura 4 tambien ilustra una configuracion alternativa de la pared 118 superior en la salida de la cabeza-en- cabeza. En la figura 4, la pared 118 no esta curvada a lo largo de todo su diametro, sino que tiene una porcion aplanada alrededor de su periferia. Esto puede sera para la elimination inmediata de un componente menos denso de la mezcla fluida. En otra realization, la porcion plana de la pared 118 superior proxima a la salida 108 puede estar a una elevation diferente que la porcion plana de la pared 118 en un lado opuesto del recipiente 100 con el fin de facilitar la extraction de fluido a traves de la salida 108.

Tambien como se ilustra en la figura 4, de la pared 112 conica de la zona de generacion de vortice puede incluir una zona de la pared 112a superior que tiene una conicidad diferente que la de la parte restante de la pared 112 conica. En algunas realizaciones, esta zona de la pared superior 12a puede funcionar para aumentar la velocidad de rotation de fluido justo antes de que salga de la zona de generacion de vortice con el fin de separar mas los componentes del fluido. Proporcionando una zona de generacion de vortice con un alto grado de conicidad en solamente una zona cerca de su extremo superior puede permitir el aumento de la velocidad de rotacion del fluido en la zona de generacion de vortice, ayudando as! a una coalescencia forzada de un componente menos denso de la mezcla fluida , mientras se mantiene un tiempo de permanencia suficientemente grande para proporcionar un contacto apropiado de los componentes de la mezcla de fluidos con el gas en la zona de generacion de vortice.

La figura 5 es una vista alternativa de la disposition de las entradas 126 de fluido y las entradas 124 de gas de la figura 4. La figura 5 es una vista en seccion transversal de arriba hacia abajo a traves de la llnea 5-5 de la figura 4. La figura 5 ilustra un recipiente que comprende dos de las entradas 124 de gas y las entradas 126 de fluido, cada una de las cuales esta colocada para introducir fluido y/o gas en la zona de generacion de vortice en un angulo sustancialmente tangencial a una pared interna de la zona 114 de generacion de vortice en un punto de la pared interna proxima a las entradas. En algunas realizaciones, las entradas 124 de gas y las entradas 126 de fluido se pueden colocar en angulo para introducir el fluido y/o gas en la zona de generacion de vortice y el angulo con un componente tangencial mas pequeno que se ilustra en la figura 5. Las entradas 124 de gas y las entradas 126 de fluido pueden, pero no necesitan, estar en angulo para introducir fluido y/o gas en la zona de generacion de vortice en los mismas o similares angulos. Las entradas 124 de gas pueden estar espaciadas de manera uniforme sobre la zona de generacion del vortice con respecto al otro y en algunas realizaciones tambien en relation con entradas 126

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de fluido. Las entradas 124 de gas y entradas 126 de fluido pueden estar alternativamente colocadas y sustancial y uniformemente espaciadas alrededor de la zona de generacion de vortice. Las entradas 122 de gas pueden estar tambien de manera uniforme o regularmente espaciadas de manera uniforme alrededor de una periferia de la zona 114 de generacion de vortice. En algunas realizaciones, las entradas 124 de gas y/o entradas de 126 de fluido no pueden extenderse en la zona de generacion de vortice, como se ilustra en la figura 5, sino que puede terminar en la pared 112 conica. Gas y/o fluido de las entradas 124 de gas y/o entradas 126 de fluido pueden en estas realizaciones fluir a la zona 114 de generacion de vortice a traves de orificios en la pared 112 conica. Estos orificios pueden en algunas realizaciones tomar la forma de elipses que tienen dimensiones de, por ejemplo, un eje mayor de tres pulgadas que se extienden horizontalmente a lo largo de la pared 112 conica y un eje menor de una pulgada que se extiende verticalmente a lo largo de la pared 112 conica, o un eje mayor de dos pulgadas y un eje menor de 0.6 pulgadas. Estos orificios pueden en realizaciones alternativas ser circulares, triangulares, rectangulares, o en forma de otras maneras que pueden permitir la introduccion de una mezcla de fluidos en la zona 114 de generacion de vortice e impartir una velocidad de rotacion a esta mezcla de fluidos.

En funcionamiento, la introduccion de la mezcla de fluidos a traves de una o mas entradas 126 de fluidos en la zona 114 de generacion de vortice en un angulo hacia arriba y en un angulo que tiene una componente tangencial a la pared interna de la zona de generacion de vortice proxima a la posicion de introduccion de fluido puede inducir una espiral de flujo ascendente del fluido en la zona 114 de generacion de vortice. El fluido puede fluir en una trayectoria ascendente en espiral a traves de la zona 114 de generacion de vortice y luego en la zona 116 de separacion por encima y al lado de zona 114 de generacion de vortice.

Dentro de la zona de generacion de vortice, la mezcla de fluidos introducida a partir de uno o mas entradas 126 de fluido y gas o fluido que contiene burbujas de gas y/o gas disuelto introducido a traves de entradas 124 de gas se puede introducir en angulos aproximadamente identicos de manera que se genera una rotacion de flujo de cocorriente de los fluidos de las entradas 124 de gas y 126 de fluido. Por ejemplo, el fluido introducido a traves de entradas 126 de fluido y entradas 124 de gas puede tanto ser introducido en un angulo con un componente de vector tangencial a la pared de la zona de generacion de vortice proxima a la posicion de introduccion de tal manera que el fluido el fluido y el gas fluyen en una direccion hacia la derecha. El flujo cocorriente del fluido y el gas dentro de la zona de generacion del vortice puede ser beneficioso en algunos casos con el fin de reducir la turbulencia en la zona de generacion de vortice y/o prevenir el choque frontal de los flujos de fluidos que pueda provocar el que las burbujas de gas mas pequenas hagan coalescencia en burbujas de gas mas grandes que pueden ser menos eficaces en contacto con componentes de la mezcla de fluidos.

Un dispositivo o sistema de separacion de fluidos adicional puede estar presente corriente arriba o corriente abajo del recipiente 100. Tales sistemas adicionales pueden tratar previamente la mezcla de fluidos para ofrecer una solucion parcialmente separada al Recipiente 100, o puede enviar la salida de fluido tratado del recipiente 100 para separar aun mas el fluido de salida en al menos un primer y un segundo efluente. Tales sistemas adicionales pueden ser similares al recipiente 100, o pueden ser otros sistemas o dispositivos, tales como, por ejemplo, un sistema de separacion basado en ciclon hidraulico.

Un metodo de utilizacion de las realizaciones del aparato descrito anteriormente para separar una mezcla de fluidos puede incluir un acto de introducir una mezcla de fluidos que se va a separar en el recipiente 100. La mezcla de fluidos se puede introducir desde una fuente de la mezcla de fluidos a traves de la entrada o entradas 126 de fluido. En algunas realizaciones un gas se puede introducir en la mezcla de fluidos antes de que se introduzca en el recipiente. En algunas realizaciones, un separador preliminar espiral, como el separador SPIRALSEP ™ se describe en la Patente de los Estados Unidos No. 5,277,803 puede estar presente en la entrada o entradas 126 de fluido o entre una fuente de mezcla de fluidos y la entrada o entradas 126 de fluido. El fluido que pasa a traves del separador preliminar se puede separar al menos parcialmente en diversos componentes presentes en la mezcla de fluidos. Por ejemplo, los hidrocarburos que pueden estar presentes en la mezcla de fluidos se pueden aglomerar al menos parcialmente antes de la introduccion de la mezcla de fluidos en el recipiente.

Una mezcla de fluidos introducido en la zona 114 de generacion de vortice fluye en rotacion hacia arriba a traves de la zona de generacion de vortice. En algunas realizaciones, este flujo ascendente puede ser a una velocidad entre aproximadamente 0.1 y 0.5 pies/segundo. Una tasa de este tipo puede proporcionar tiempo de permanencia apropiado de una mezcla de fluidos en la zona de generacion de vortice para mezclarse suficientemente con un gas que tambien se puede introducir en la zona de generacion de vortice. Este flujo hacia arriba se puede facilitar mediante la introduccion de la mezcla de fluidos en la zona de generacion de vortice en un angulo ascendente. Esto se puede lograr mediante la inclusion de una parte final en angulo hacia arriba en la entrada o entradas 126. El fluido tambien puede fluir de una manera rotacional en la zona de generacion de vortice. Este flujo de rotacion se puede facilitar mediante la introduccion de la mezcla de fluidos en un angulo con un componente tangencial a la pared interna de la zona de generacion de vortice proxima a la posicion de introduccion de la mezcla fluida. El componente de rotacion del flujo de la mezcla de fluidos puede aumentar a medida que la mezcla de fluidos fluye hacia arriba a traves de la zona de generacion de vortice debido a la forma conica de la zona de generacion de vortice. A medida

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que la mezcla de fluidos fluye en rotacion en la zona de generacion de vortice, los componentes de la mezcla de fluidos con una densidad inferior en relacion con otros componentes pueden migrar hacia un eje vertical central de la zona de generacion de vortice mientras que los componentes mas densos migran hacia la pared 112 conica, debido a la accion de la fuerza centrlpeta y/o centrlfuga.

El gas tambien se puede introducir en la zona de generacion de vortice. El gas se puede introducir a traves de entrada o entradas 124 de gas. El gas puede tener el potencial para cambiar una caracterlstica de un componente de la mezcla fluida para impartir un cambio en su densidad y/o viscosidad efectiva frente a otros componentes del fluido. En algunas realizaciones, el gas puede ser, por ejemplo, aire, metano, acetileno, gas natural, y combinaciones de los mismos. El gas se puede introducir directamente en estado gaseoso, o disuelto en forma de gas en un fluido, o como burbujas de gas transportado por un fluido. En algunas realizaciones, un generador de burbujas de gas puede suministrar burbujas de gas a las entradas 122 y/o 124 de gas. Una bomba de gas disuelto de flotacion, tal como, por ejemplo, la descrita en la Patente de los Estados Unidos No. 6,337,023, se puede utilizar para proporcionar un fluido que comprende un gas disuelto por las entradas 122 y/o 124 de gas. En muchos casos, puede ser deseable introducir burbujas de gas que son mas pequenas en lugar de mas grandes con el fin de aumentar el area superficial disponible de las burbujas de gas. Esto tambien permite la creacion de mas burbujas de gas por volumen dado de gas introducido, lo que puede ahorrar en costos de productos qulmicos y que puede aportar una mayor posibilidad de que las burbujas de gas entren en contacto con los componentes especlficos de la mezcla de fluidos. Por ejemplo, en algunas realizaciones, una bomba de flotacion de gas disuelto puede ser utilizada para introducir burbujas de gas con un tamano entre aproximadamente cinco y 100 micras de diametro en la zona de generacion de vortice de un recipiente de separacion de fluidos. En algunas realizaciones, una bomba de flotacion de gas disuelto puede introducir gas con un diametro medio de burbuja de aproximadamente 50 a 70 micras en la zona de generacion de vortice y/o la zona de separacion de un recipiente de separacion de fluidos.

En algunas realizaciones, al menos una porcion del gas introducido en el fluido por la bomba de flotacion de gas disuelto puede ser gas reciclado del recipiente 100 a traves de una salida de gas, tal como la salida 136 de gas ilustrada en la figura 4. La salida 136 de gas pueden estar situadas en una pared de la zona 150 para capturar gas que entra en la zona 150 junto con el componente menos denso de la mezcla fluida. Un subsistema de recuperacion de gas convencional, como se conoce en la tecnica puede estar presente en algunas realizaciones con el fin de facilitar la recuperacion de gas de la salida 136 de gas y/o para recuperar los gases disueltos de los llquidos que salen del recipiente. El gas tambien se puede introducir en el recipiente desde una fuente separada de gas en comunicacion de fluido con una entrada de gas de un generador de burbujas de gas o la bomba de flotacion por gas disuelto.

A medida que la mezcla de fluidos fluye a traves de la zona de separacion de vortice, el gas introducido con la mezcla de fluidos o por medio de la entrada o entradas 124 de gas se puede poner en contacto con los componentes menos densos, tales como, por ejemplo, hidrocarburos que pueden estar presentes en la mezcla de fluidos. En algunas realizaciones, un surfactante se puede adicionar a la mezcla de fluidos en la zona de generacion de vortice para facilitar el contacto selectivo del gas con al menos un componente de fluido.

A medida que la mezcla de fluidos sale de la zona 114 de generacion de vortice, puede entrar en la zona 116 de separacion. En la zona de separacion, la velocidad de rotacion de la mezcla de fluido puede disminuir debido a la friccion, debido a una mayor area de la seccion transversal de la zona de separacion en oposicion a la zona de generacion de vortice, y/o debido a la interferencia con el flujo de rotacion por el material 128 de coalescencia. Los componentes menos densos de la mezcla de fluidos, tales como, por ejemplo, hidrocarburos pueden flotar hacia arriba a traves de la zona de separacion. El que pueda entrar en contacto con el componente o los componentes menos densos puede facilitar el proceso de flotacion hacia arriba. El componente o componentes mas densos y/o mezcla de fluidos ricos en el componente o componentes mas densos se moveran hacia abajo a traves de la zona de separacion entre la pared 112 conica y la pared 102 del recipiente para su eliminacion.

En algunos casos, algunos de los componentes menos densos pueden permanecer en el fluido rico en el componente mas denso mientras este fluido fluya hacia abajo a traves de la zona de separacion. En realizaciones en las que la zona de separacion incluye una o mas entradas 122 de gas, el gas o el fluido que contiene burbujas de gas y/o gas disuelto puede fluir hacia arriba a traves de la zona de separacion debido a las diferencias de densidad entre el fluido en la zona de separacion y el gas introducido que contiene el fluido, y/o debido a un angulo hacia arriba de la introduccion del fluido que contiene gas. Este contraflujo del fluido rico en un componente mas denso de la mezcla de fluido y gas en la zona de separacion facilita el contacto del gas componentes menos densos del fluido que puedan haber permanecido con el fluido rico en el componente o componentes mas densos. A medida que el gas contacta con algunos de estos componentes restantes, su flotabilidad efectiva aumenta y flotan hacia arriba a traves de la zona de separacion para la eliminacion de la parte superior de la zona de separacion. En algunas realizaciones, no hay llmite superior para la cantidad de gas que se puede introducir en la zona de separacion. En otras realizaciones, un llmite superior en la cantidad de gas que se puede introducir en la zona de separacion puede

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ser determinado mediante el calculo en que momento la mezcla de gas/fluido en la zona de separation se hace menos densa que el componente menos denso de la mezcla de fluidos.

En algunas realizaciones, los componentes menos densos, como, por ejemplo, hidrocarburos que pueden haber permanecido en la mezcla de fluidos rica en el componente mas denso en forma de gotitas o como componentes disueltos pueden coalescer en el material 128 de coalescencia como fluido rico en el componente mas densos moviendose hacia abajo a traves de la zona de separacion. En el material de coalescencia, el componente o componentes menos densos pueden salir de la solution y pueden formar gotas en forma de moleculas adicionales o gotitas adicionales que se fusionan. El gas de la entrada o entradas 122 de gas puede rociar el material de coalescencia, removiendo el componente o componentes acumulados a partir del material de coalescencia y/o contactando con algun componente o todos los componentes presentes sobre o en el embalaje 128 de coalescencia y/o en la zona 116 de separacion.

En algunas realizaciones, el fluido rico en un componente mas denso de la mezcla de fluidos en la zona de separacion tiene una velocidad de rotation que induce la separacion adicional de los componentes menos densos a partir de componentes mas densos ya que los componentes mas densos del fluido migran hacia la pared 102 lateral del recipiente y los componentes menos densos migran hacia la pared 112 conica debido a la action de la fuerza centrlpeta y/o centrlfuga.

A medida que el componente o componentes menos densos de la mezcla fluida flotan hacia arriba a traves de la zona de separacion, pueden llegar a la pared 118 interna superior y migrar hacia la salida 120 de fluido. El fluido rico en el componente menos denso puede salir de la zona de separacion por la salida 120 y entrar en la region 150 definida por la pared lateral 102 del recipiente, la pared 104 superior del recipiente y la pared 118 interna superior. Este fluido puede entonces ser retirado, ya sea continua o intermitentemente, a traves del fluido de salida 108. Las realizaciones alternativas pueden utilizar salidas de fluido y/o sistemas de fluido de separacion de componentes distintos de los disenos de salida de cabeza en cabeza ilustrados en las figuras 1, 3, y 4. Por ejemplo, el fluido que contiene hidrocarburos coalescidos se puede retirar de la zona de generation de vortice utilizando cualquiera de una variedad de medios, incluyendo, por ejemplo, un colector de petroleo, una bomba de aspiration, un drenaje de sifon, o una presa.

En algunos metodos de acuerdo con la presente invention, un sistema de separacion de fluido, tal como se ilustra en cualquiera de las figuras 1, 3, y 4 puede ser operado con un nivel de fluido por debajo del nivel superior de la pared 112 conica de la zona de generacion de vortice. En tal configuration, el fluido que gira en la zona de generacion del vortice puede formar una superficie superior en forma de plato parabolico debido a las fuerzas centrlpetas y centrlfugas. Puede ser deseable mantener una velocidad de rotacion en la superficie del fluido en la zona de generacion de vortice con el fin de evitar la formation de inclination lateral significativa de la superficie del fluido o la formacion de un "tazon de vortice" de profundidad con el fin de facilitar la extraction del fluido desde el interior de la zona de generacion de vortice. La formacion de un "tazon de vortice" de profundidad puede evitarse en algunos casos mediante la reduction del angulo de la pared conica y/o un flujo de mezcla de fluidos en la zona de generacion de vortice. Por ejemplo, para una zona de generacion de vortice con una altura de 2.5 pies, un diametro de base de 27 pulgadas, y un flujo de entrada de agua oleosa de 145 galones/minuto, un "tazon de vortice" puede comenzar a desarrollarse si las paredes de la zona de generacion de vortice se estrechan progresivamente en un angulo de mas de aproximadamente 5 grados con respecto a un eje vertical.

En los metodos de operation donde el nivel del fluido no se eleva por encima del nivel superior de la zona de generacion de vortice, el fluido rico en un componente menos denso puede ser sacado de una region proxima al eje central de la zona de generacion de vortice y el fluido rico en un componente mas denso puede ser eliminado de una region proxima a la pared de la zona de generacion de vortice. Numerosos dispositivos y metodos se pueden utilizar para realizar la elimination de los fluidos de la zona de generacion de vortice, incluyendo, por ejemplo, una bomba conectada a un tubo insertado en una region deseada de la zona de generacion de vortice, un tubo de sifon insertado en una region deseada de la zona de generacion de vortice, o una o mas salidas de fluidos integrados en la pared de la zona de generacion de vortice en si.

Una realization de un aparato de acuerdo con la presente invencion en donde se extrae fluido directamente de una zona de generacion de vortice se ilustra en la figura 6. En la figura 6, unida al borde superior de la pared 112 conica de la zona de generacion de vortice es una salida 138 de fluido en forma de cono truncado que se extiende en la parte superior de la zona de generacion de vortice. En uso, un componente menos denso puede acumularse en el espacio interior de la salida 138 de fluido y puede ser eliminado a traves del tubo 140 de salida. Un componente mas denso puede ser retirado de la zona de generacion de vortice a traves de la salida 142 de fluido. La anchura D del extremo inferior de la salida 138 puede, en algunas realizaciones ser pequena, por ejemplo, de una a dos pulgadas de diametro, con el fin de permitir que solo el fluido proximo al eje central de la zona de generacion de vortice pueda entrar. Esto facilita la separacion de los componentes mas y menos densos debido a que los componentes menos densos presentes proximos al eje central de la zona de generacion de vortice tomaran preferiblemente la salida 138.

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La profundidad H de la salida 138 tambien puede ser relativamente poco profunda, en algunas realizaciones aproximadamente seis a siete pulgadas. Esto permite una altura suficiente dentro de la zona de generacion de vortice en donde la mezcla de fluidos se puede separar en sus componentes constituyentes mientras que tambien permite una profundidad aceptable de la salida 138 de la que el tubo 140 de salida puede extraer fluido hacia la salida. La salida 138 de fluido en forma de cono puede tambien, en algunas realizaciones utilizar un recipiente tal como se ilustra en las figuras 1, 2, o 4 para extraer fluido de la parte superior de la zona 116 de separation.

Diversos sistemas de control se pueden utilizar para controlar el funcionamiento del recipiente 100. Los parametros que se pueden controlar incluyen el flujo de fluido en el recipiente, el flujo de fluido a traves de cualquiera de las salidas de fluido del recipiente, y el flujo de gas dentro o fuera del recipiente. Por ejemplo, un sistema de control puede incluir un mecanismo de retroalimentacion para controlar el nivel de fluido en el recipiente y ajustar los flujos de entrada y salida de fluido para mantener el nivel de fluido entre un mlnimo predeterminado y el nivel maximo. Monitores de concentration pueden proporcionar information en cuanto a la concentration de los componentes en la salida de fluido del recipiente y pueden ajustar las velocidades de flujo de tiempo de fluido y/o la permanencia de fluido en el recipiente como se requiere para obtener una concentracion deseada de un componente particular en una salida de fluido en particular. Un sensor de gas disuelto puede ser utilizado para controlar el nivel de gas disuelto presente en el fluido del recipiente y puede proporcionar informacion con el fin de ajustar el flujo de fluido desde una bomba de flotation de gas disuelto en el recipiente como se requiere.

El sistema y el controlador de una o mas realizaciones de la invention proporcionan una unidad versatil que tiene multiples modos de funcionamiento, que pueden responder a multiples entradas para aumentar la eficiencia del sistema.

Un controlador para el sistema de la invencion puede ser implementado utilizando uno o mas sistemas 600 informaticos mostrado a modo de ejemplo en la figura 7. El sistema 600 informatico puede ser, por ejemplo, un ordenador de proposito general, tales como los basados en procesador de tipo PENTIUM®, un procesador Motorola PowerPC®, un procesador PA-RISC® Hewlett-Packard, un procesador de Sun UltraSPARC®, o cualquier otro tipo de procesador o combination de los mismos. Alternativamente, el sistema informatico puede incluir especialmente programado, hardware de proposito especial, por ejemplo, un circuito integrado de aplicacion especlfica (ASIC) o controladores destinados a sistemas de tratamiento de agua.

El sistema 600 informatico puede incluir uno o mas procesadores 602 conectados por lo general a uno o mas dispositivos 604 de memoria, que puede comprender, por ejemplo, uno cualquiera o mas de una memoria de unidad de disco, un dispositivo de memoria flash, un dispositivo de memoria RAM, u otro dispositivo para almacenar datos. El sistema 600 informatico puede comprender una red neural. Memoria 604 que se utiliza normalmente para el almacenamiento de programas y datos durante el funcionamiento del sistema 600 de ordenador. Por ejemplo, la memoria 604 se puede utilizar para almacenar los datos historicos relativos a los parametros durante un perlodo de tiempo, as! como los datos de funcionamiento. El software, incluyendo el codigo de programacion que implementa realizaciones de la invencion, se puede almacenar en un equipo medio de registro no volatil legible y/o grabable (discutido adicionalmente con respecto a la figura 8) y, a continuation, generalmente se copia en la memoria 604 en la que puede ser ejecutado por el procesador 602. Tal codigo de programacion puede escribirse en cualquiera de una pluralidad de lenguajes de programacion, por ejemplo, Java, Visual Basic, C, C # o C ++, Fortran, Pascal, Eiffel, Basic, COBAL, o cualquiera de una variedad de combinaciones de los mismos.

Los componentes del sistema 600 informatico se pueden acoplar por uno o mas mecanismos 606 de interconexion, que pueden incluir uno o mas barras de conexion (por ejemplo, entre los componentes que se integran dentro de un mismo dispositivo) y/o una red (por ejemplo, entre los componentes que residen por separado en dispositivos discretos). El mecanismo de interconexion suele permitir a las comunicaciones (por ejemplo, datos, instrucciones) que se intercambien entre los componentes del sistema 600.

El sistema 600 informatico tambien puede incluir uno o mas dispositivos 608 de entrada, por ejemplo, un teclado, raton, bola de seguimiento, microfono, pantalla tactil, y otros dispositivos de interfaz hombre-maquina, as! como uno o mas dispositivos 610 de salida, por ejemplo, un dispositivo de impresion, pantalla de visualization, o altavoz. Ademas, el sistema 600 informatico puede contener una o mas interfaces (no mostradas) que se pueden conectar el sistema 600 informatico a una red de comunicacion (ademas o como una alternativa a la red que puede estar formada por uno o mas de los componentes del sistema 600).

De acuerdo con una o mas realizaciones de la invencion, uno o mas dispositivos 608 de entrada pueden incluir sensores para medir parametros del sistema y/o componentes de los mismos. Alternativamente, los sensores, valvulas de dosificacion y/o bombas, o todos estos componentes pueden estar conectados a una red de comunicacion (no mostrada) que esta acoplada operativamente al sistema 600 informatico. Uno cualquiera o mas de los anteriores pueden estar acoplados a otro sistema informatico o componente para comunicarse con el sistema 600 informatico a traves de una o mas redes de comunicacion. Tal configuration permite que cualquier dispositivo

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sensor o de generacion de senal que se encuentra a una distancia significativa desde el sistema de ordenador y/o acepte cualquier sensor que se encuentre a una distancia considerable de cualquier subsistema y/o el controlador, sin dejar de ofrecer datos entre ellos. Tales mecanismos de comunicacion pueden verse afectados por la utilizacion de cualquier tecnica apropiada incluyendo, pero no limitada a, los que utilizan protocolos inalambricos.

Como se muestra a modo de ejemplo en la figura 8, un controlador del sistema puede incluir uno o mas medios de almacenamiento informatico de comunicacion tales como medios 702 de grabaciones no volatiles legibles y/o grabables en el cual las senales pueden ser almacenadas para definir un programa para ser ejecutado por uno o mas procesadores 602. Los medios 702 pueden, por ejemplo, ser una memoria de disco o flash. En el funcionamiento tlpico, el procesador 602 puede hacer que los datos, tales como un codigo que implementa una o mas realizaciones de la invencion, pueda ser leldo a partir del medio 702 de almacenamiento en una memoria 704 que permite el acceso mas rapido a la informacion por parte de uno o mas procesadores que lo que hace el medio 702. La memoria 704 es por lo general una memoria de acceso volatil, al azar tal como una memoria dinamica de acceso aleatorio (DRAM) o memoria estatica (SRAM) u otros dispositivos apropiados que facilite la transferencia de informacion a y desde el procesador 602.

Aunque el sistema 600 informatico se muestra a modo de ejemplo como un tipo de sistema informatico sobre el que pueden ponerse en practica diversos aspectos de la invencion, se debe apreciar que la invencion no se limita a ser implementada en software, o en el sistema informatico como se muestra a modo de ejemplo. De hecho, en vez de implementarse como, por ejemplo, un sistema informatico de proposito general, el controlador, o componentes o subsecciones de los mismos, de forma alternativa pueden implementarse como un sistema dedicado o como un controlador logico programable dedicado (PLC) o en un sistema de control distribuido. Ademas, se debe apreciar que una o mas caracterlsticas o aspectos de la invencion pueden ser implementados en software, hardware o firmware, o cualquier combinacion de los mismos. Por ejemplo, uno o mas segmentos de un algoritmo ejecutable por el controlador se pueden realizar en equipos independientes, que, a su vez, pueden estar en comunicacion a traves de una o mas redes.

Ejemplos

Se realizo una prueba de la eficacia de eliminacion de un recipiente que comprende una zona de generacion de vortice, de acuerdo con un aspecto de la invencion. Haciendo referencia a la figura 9, la zona de generacion de vortice tenia un angulo de la pared 0 de 9° de un eje vertical, un diametro de base D 1 de 27 pulgadas, un diametro de abertura D2 superior de 17.5 pulgadas y una altura H1 de 30 pulgadas. El recipiente tenia dos entradas de fluido espaciadas alrededor de 180° una de la otra alimentadas por una bomba de circulacion y dos entradas de gas separadas alrededor de 180° una de la otra alimentadas con aire disuelto en agua mediante una bomba de flotacion de gas disuelto (bomba DGF). Cada entrada de fluido esta espaciada de forma alternativa aproximadamente 90° de cada entrada de gas. Las entradas de gas y las entradas de fluido fueron posicionadas en un plano proximo al pasar por el area de seccion transversal mas ancha del recipiente. Las entradas de fluido estan en un angulo de 1.2° sobre un eje horizontal, mientras que las entradas de gas se colocaron aproximadamente horizontales. Todas las entradas se construyeron para introducir agua y/o agua oleosa que contiene aire disuelto en el recipiente de forma sustancialmente tangencial a la pared interior en su punto de entrada.

El volumen de la zona de generacion de vortice del recipiente utilizado fue de 51 galones, y el volumen de la zona de recogida de solidos fue de 14 galones.

El recipiente exterior en el cual se aloja la zona de generacion de vortice incluye dos entradas de gas espaciadas aproximadamente 180° que se extienden aparte en la zona de separacion perpendicular a la pared del recipiente, y en angulo hacia arriba a 45° de un eje horizontal.

El agua oleosa que se va a separar y el agua con aire disuelto se introducen en el recipiente a diversos caudales. El agua oleosa fue producida por la adicion de 110 ppm de crudo con 37 grados API de gravedad para el agua dulce introducida en la zona de generacion de vortice. La velocidad de flujo para el agua oleosa a partir de la bomba de circulacion se vario desde alrededor de 50 y 150 litros/minuto y el caudal del agua con aire disuelto se vario desde alrededor de 60 y 95 galones/minuto. Se midio la eficiencia de eliminacion de petroleo del agua oleosa. La cantidad de petroleo introducido con el agua para generar el agua oleosa varia de aproximadamente 60 a aproximadamente 115 ml/minuto utilizando una bomba de inyeccion de petroleo, la cantidad de petroleo introducido en la entrada del sistema, colocada cerca del recipiente exterior, en la zona de generacion de vortice aumento con el aumento del caudal de la bomba de circulacion. se tomaron datos de 14 puntos de acuerdo con los criterios centrales de diseno de experimentos compuestos. Los resultados se muestran a continuacion en la Tabla 1 y se ilustran graficamente en la figura 10 y la figura 11.

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Tabla 1

Orden de Ensayo: Burbuja (GPM) Centrlfuga (GPM) Total (GPM) Cir/DGF Relacion Bombas Inyeccion de Aceite (ml/mln) Contenido Total de Aceite en Entrada (ppm) Contenido Total de Aceite en la Salida (ppm) % Eficiencia

1: 76.50 102.00 178.50 1.33 59.92 44 31 29.54

2: 76.50 158.57 235.07 2 07 61.43 118 88 25.42

3: 95.59 102.00 197.59 1.06 87.71 114 46 59.64

4: 76.50 102.00 178.50 1.33 100.74 302 60 80.13

5: 76.50 45.43 121.93 0.59 87.71 208 43 79.32

6: 76.50 102.00 178.50 1.33 87.71 170 61 64.11

7: 57.41 102.00 159.41 1.77 87.71 118 55 53.38

8: 90.00 62.00 152.00 0.68 115.51 231 61 73.59

9: 63.00 142.00 205.00 2 25 114.00 233 104 55.36

10: 76.50 102.00 178.50 1.33 78.33 173 85 50.86

11: 76.50 102.00 178.50 1.33 87.71 323 105 67.49

12: 76.50 102.00 178.50 1.33 74.69 222 128 42.34

13: 63.00 62.00 125.00 0.98 97.10 139 74 46.76

14: 90.00 142.00 232.00 1.57 87.71 173 102 41.04

La figura 10 muestra una metodologla de superficie de respuesta (RSM) ajustada a los datos del experimento de diseno compuesto central (CCD). La ecuacion de la forma de superficie en la figura 10 es:

Y = -76.92 + 2.14*X1 + 1.14*X2 - 0.019*X1*X2

En esta ecuacion, Y es el porcentaje de eficacia de eliminacion, X1 es la tasa de flujo de la bomba DGF en galones/min y X2 es la tasa de flujo de la bomba de circulacion en galones/min. Por lo tanto, la figura 10 es un grafico de superficie tridimensional de la eficiencia de eliminacion de petroleo, ya que corresponde a los flujos tanto la bomba de circulacion que introdujo el agua oleosa y la bomba de DGF que introdujo el aire disuelto en agua. Como se puede ver a partir de del diagrama Metodologla de Superficie de Respuesta (RSM), figura 10, la eficiencia de eliminacion de petroleo aumenta generalmente con tasas de entrada de la bomba DGF mas altas, y con tasas de entrada de la bomba de circulacion inferiores.

Sin estar ligado a una teorla particular, se cree que estos resultados reflejan que la eficiencia de eliminacion de petroleo aumenta con el aumento de las cantidades de burbujas de aire introducidas en el agua oleosa por la bomba DGF. El aumento de la cantidad de burbujas de aire permitio mas burbujas de aire entran en contacto con mas petroleo y mas eficazmente llevar este petroleo a la parte superior del recipiente para ser eliminado.

La figura 11 es un grafico de contorno de la eficiencia de eliminacion de petroleo, ya que corresponde a los flujos de tanto la bomba de circulacion que introdujo el agua oleosa y la bomba de DGF que introdujo el aire disuelto en el agua. Esta grafica es una representation bidimensional de la superficie de la grafica de la figura 10 de acuerdo con se ve desde arriba a lo largo de una llnea paralela con la "eficiencia o eje Y". De nuevo, como se puede ver en el grafico, la eficacia de eliminacion de petroleo generalmente aumento con tasas de entrada de la bomba de DGF mas alta, y con tasas de entrada de la bomba de circulacion inferior. Sin embargo, a velocidades mas altas de flujo de bombas de circulacion, esto es, por encima de 125 galones/minuto, la eficiencia de eliminacion de petroleo se redujo al aumentar la velocidad de flujo DGF

Como se ve en la figura 11, si los caudales combinados de la bomba de circulacion y la bomba de DGF llegan a ser demasiado altos (la region superior derecha de la figura 11) la eficiencia de eliminacion de petroleo disminuye. Sin estar ligado a una teorla particular, se cree que esta calda en la eficiencia de eliminacion indica que una velocidad de flujo de fluido demasiado alta a traves del recipiente puede disminuir el tiempo de permanencia del fluido en la zona de generation de vortice y/o reducir el tiempo de contacto de las gotitas de las burbujas de aire-petroleo en un punto en donde no hay suficiente tiempo de permanencia o tiempo de contacto para un contacto suficiente entre el agua oleosa y las burbujas de aire.

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Tambien se muestra en la figura 11 un punto que corresponde a una eficiencia de eliminacion de petroleo del 50%. Este punto se determino por la interseccion de un plano que corresponde a una eficiencia de eliminacion de petroleo del 50% con el diagrama de la superficie de la figura 10. Como se ilustra en la figura 11, este punto corresponde a una velocidad de flujo de la bomba de circulacion de aproximadamente 101 GPM y una tasa de flujo de la bomba DGF de aproximadamente 76 GPM lo que resulta en una relacion de la velocidad de flujo de la bomba DGF de circulacion para bombear a una velocidad de flujo de aproximadamente 1.33. Los puntos en la figura 11 con una relacion mas baja de la tasa de flujo de la bomba DGF de circulacion para bombear el caudal, es decir, los puntos hacia abajo y/o hacia la derecha hasta el punto indicado en la figura 11) dieron como resultado mayores rendimientos de eliminacion de petroleo. Por lo tanto, si un promedio de eficacia de eliminacion del 50% se define como una eficiencia minima de funcionamiento aceptable en un tiempo de permanencia determinado o tiempo de contacto, un dispositivo tal como el de los datos obtenidos en la figura 10 y la figura 11 se puede ejecutar con una relacion de caudal de la bomba DGF de circulacion para bombear a una velocidad de flujo de 1.33 o inferior.

Tasas operativas deseables de velocidad de flujo de la bomba de circulacion con velocidad de flujo de la bomba DGF para otros aparatos de acuerdo con el para otros aparatos de acuerdo con realizaciones de la presente invention se puede determinar de una manera similar a la anterior o a la que se basa en la similitud dinamica de cualquier prototipo de tamano y el modelo actual.

Se han descrito as! diversos aspectos de al menos una realization de esta invencion, se deben apreciar diversas alteraciones, modificaciones y mejoras que se les ocurriran facilmente a los expertos en el arte.

Por ejemplo, en algunas realizaciones, un recipiente de separation se puede hacer funcionar sin una pared 102 exterior, material 128 coalescente o zona 116 de separacion. Las paredes 112 de la zona de generation de vortice pueden servir como las paredes exteriores del recipiente.

En realizaciones alternativas, el recipiente puede incluir una pared 102 exterior y la zona 116 de separacion, pero en funcionamiento, el nivel del fluido puede ser mantenido por debajo del extremo superior de la zona de generacion de vortice, y el fluido sera retirado directamente de la zona de generacion de vortice.

Tales alteraciones, modificaciones y mejoras estan destinadas a ser parte de esta divulgation, y estan destinadas a estar dentro del alcance de la invencion. De acuerdo con lo anterior, la description anterior y los dibujos son solo a modo de ejemplo.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un aparato para separar una mezcla de fluidos que comprende: un recipiente (100);

una zona (114) de generacion de vortice que tiene una pared (112) conica colocada dentro del recipiente, la zona de generacion de vortice que tiene un extremo superior y un extremo inferior, el extremo superior que tiene un area de seccion transversal inferior a la del extremo inferior, la zona de generacion de vortice construida y dispuesta para dirigir la mezcla de fluidos hacia arriba;

una entrada (126) de fluido en una porcion inferior de la zona de generacion de vortice, para la introduccion de la mezcla de fluidos en la porcion inferior de la zona (114) de generacion de vortice, la entrada que se extiende en la zona de generacion de vortice en un angulo que tiene un componente tangencial a una pared interna de la zona de generacion de vortice en un punto en la pared interna proxima a la entrada de fluido, por lo que la mezcla de fluidos se eleva a traves de la zona de generacion de vortice cuando el area de la seccion transversal de la zona de generacion de vortice se reduce;

una salida (120) de fluido conectado de forma fluida al recipiente por encima del extremo superior de la zona de generacion de vortice; y,

una entrada (124) de gas que se extiende en la zona de generacion de vortice, caracterizado porque la entrada (124) de gas en la zona de generacion de vortice esta en un angulo entre cero y 45 grados por encima de un eje horizontal, o por debajo del eje horizontal.
2. El aparato de la reivindicacion 1, en donde la pared (112) conica comprende un angulo para aumentar una velocidad de rotacion de una mezcla de fluidos que fluye a traves de la zona (114) de generacion de vortice, dicho angulo comprende entre cinco y diez grados desde el eje vertical.
3. El aparato de la reivindicacion 1, en donde la entrada (126) de fluido se extiende en la zona (112) de generacion de vortice en un segundo angulo para inducir un flujo ascendente de una mezcla de fluidos, en donde el segundo angulo varla desde mayor de cero a cinco grados por encima del plano horizontal.
4. El aparato de la reivindicacion 1, que comprende ademas un separador preliminar colocado entre una fuente de mezcla de fluidos y la entrada (126) de fluido.
5. El aparato de la reivindicacion 1, en donde la zona (114) de generacion del vortice se define por una pared en forma de un cono truncado invertido.
6. El aparato de la reivindicacion 1, en donde la salida (120) de fluido esta colocada por encima de una region central de la zona (114) de generacion de vortice.
7. El aparato de la reivindicacion 6, en donde la salida (120) de fluido comprende ademas una salida de la cabeza en cabeza.
8. El aparato de la reivindicacion 1, que comprende ademas una region (130) de recoleccion de solidos colocada por debajo de la zona (114) de generacion del vortice y en comunicacion fluida con la zona de generacion de vortice.
9. El aparato de la reivindicacion 1, en donde la entrada (126) de fluido esta colocada en la proximidad de una region de la zona (114) de generacion de vortice cuando el area de la seccion transversal de la zona de generacion del vortice es mayor.
10. El aparato de la reivindicacion 1, que comprende ademas una pluralidad de entradas (126) de fluido en comunicacion fluida con la zona (114) de generacion de vortice.
11. El aparato de la reivindicacion 10, en donde la pluralidad de entradas (126) de fluido estan espaciadas aproximadamente de manera uniforme alrededor de la periferia de la zona (114) de generacion del vortice.
12. El aparato de la reivindicacion 11, en donde la pluralidad de entradas (126) de fluido estan colocadas en la proximidad de una region de la zona (114) de generacion del vortice cuando el area de la seccion transversal de la zona de generacion del vortice es mayor.
13. El aparato de la reivindicacion 10 que comprende ademas una pluralidad de entradas (124) de gas en comunicacion fluida con la zona (114) de generacion del vortice en donde la pluralidad de entradas (124) de gas y la

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pluralidad de entradas (126) de fluido estan alternativa y aproximadamente espaciadas de manera uniforme alrededor de un perimetro de la zona de generacion de vortice.
14. El aparato de la reivindicacion 1, que comprende ademas una o mas entradas (124) de gas en comunicacion fluida con la zona (114) de generacion del vortice.
15. El aparato de la reivindicacion 14, en donde, para mas de una entrada (124) de gas, las entradas de gas estan aproximadamente espaciadas de manera uniforme alrededor de un perimetro de la unidad (114) de generacion de vortice.
16. El aparato de la reivindicacion 14, en donde la una o mas entradas (114) de gas estan colocadas en la proximidad de una region de la zona (114) de generacion de vortice cuando el area de la seccion transversal de la zona de generacion del vortice es mayor.
17. El aparato de la reivindicacion 14, en donde la una o mas entradas (124) de gas estan colocadas debajo de un plano horizontal definido por la entrada (126) de fluido que se extiende en la zona (114) de generacion del vortice
18. El aparato de la reivindicacion 14, en donde la una o mas entradas (124) de gas se colocan encima de un plano horizontal definido por la entrada (126) de fluido que se extiende en la zona (114) de generacion del vortice.
19. El aparato de la reivindicacion 14, que comprende ademas un generador de burbujas de gas en comunicacion fluida con al menos una de una pluralidad de entradas (124) de gas.
20. El aparato de la reivindicacion 19, en donde el generador de burbujas de gas comprende una bomba de flotacion de gas disuelto.
21. Un metodo para separar una mezcla de fluidos que comprende:

proporcionar una mezcla de fluidos que comprende un primer componente y un segundo componente, el primer componente tiene una densidad diferente de la densidad del segundo componente;

proporcionar una zona (114) de generacion del vortice que comprende una pared (112) conica colocada dentro de un recipiente (100), la zona de generacion de vortice que tiene un extremo superior y un extremo inferior, el extremo superior que tiene un area de seccion transversal inferior a la del extremo inferior, la zona de generacion de vortice esta construida y dispuesta para dirigir la mezcla de fluidos hacia arriba;

introducir la mezcla de fluidos en una porcion inferior de la zona (114) de generacion del vortice a traves de una entrada de fluido que se extiende en la zona de generacion de vortice en un angulo que tiene un componente tangencial a una pared interna de la zona de generacion de vortice en un punto en la pared interna proxima a la entrada de fluido;

introducir el flujo ascendente de la mezcla de fluidos en la zona de generacion de vortice, por medio del cual la mezcla de fluidos se eleva a traves de la zona de generacion de vortice cuando el area de la seccion transversal de la zona generacion de vortice se reduce;

impartir un impulso de rotacion limitado al primer componente y al segundo componente en la zona de generacion del vortice;

introducir gas en la mezcla de fluidos en la zona de generacion de vortice a traves de una entrada de gas que se extiende en la zona de generacion de vortice, en donde la entrada (124) de gas en la zona de generacion de vortice esta en un angulo entre cero a 45 grados por encima de un eje horizontal, o por debajo del eje horizontal;

liberar el impulso de rotacion limitado de la mezcla de fluidos para formar una primera zona que comprende la mezcla de fluidos rica en el primer componente y una segunda zona que comprende la mezcla de fluidos rica en el segundo componente; y descargar al menos una porcion de la mezcla de fluidos rica en el primer componente desde una primera salida (120) de fluido del recipiente (100) por encima del extremo superior de la zona (114) de generacion de vortice.
22. El metodo de la reivindicacion 21, en donde el primer componente tiene una densidad mayor que el segundo componente.
23. El metodo de la reivindicacion 22, en donde el primer componente comprende agua y el segundo componente comprende un hidrocarburo.
24. El metodo de la reivindicacion 21, en donde la introduccion de gas en la mezcla de fluidos comprende la introduccion de un fluido que comprende gas disuelto en la mezcla de fluidos.
25. El metodo de la reivindicacion 24, en donde la introduccion de un fluido que comprende gas disuelto en la mezcla de fluidos comprende introducir el fluido que comprende gas disuelto en multiples puntos en la zona de

5 generacion de vortice.
26. El metodo de la reivindicacion 25, en donde la introduccion de la mezcla de fluidos en la zona (114) de

generacion de vortice comprende la introduccion de la mezcla de fluidos a traves de al menos una entrada (126) de

fluido en una direccion tangencial a una pared interna de la zona de generacion de vortice proxima a la de la entrada de fluido.

10 27. El metodo de la reivindicacion 26, en donde la introduccion de la mezcla de fluidos en la zona (114) de

generacion de vortice comprende la introduccion de la mezcla de fluidos a traves de al menos una entrada (126) de

fluido en una direccion hacia arriba en angulo.
28. El metodo de la reivindicacion 21, que comprende ademas el rociado de un material de coalescencia colocado en una zona (116) de separacion externa a la zona (114) de generacion de vortice con un gas.

15 29. El metodo de la reivindicacion 21, que comprende ademas la reduccion de la turbulencia en una zona (116) de

separacion externa a la zona (114) de generacion del vortice.