СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ СВЕТЛЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 1995 года по МПК C10G33/02 

Изобретение относится к применению сильных электрических полей в технологических процессах и может быть использовано для глубокого обезвоживания светлых нефтепродуктов.

Известен способ электрообезвоживания нефтепродуктов, реализованный в известном устройстве [1] включающий обработку продукта в потоке электрическим резконеоднородным полем, созданным сеткой с пучками проволоки в узлах, а затем полем со снижающейся по ходу потока напряженностью, созданным между сеткой и цилиндрическим электродом, заполненным металлической стружкой.

Недостатком известного способа является невысокая глубина обезвоживания нефтепродуктов из-за неопределенности характеристик резконеоднородного электрического поля и поля со снижающейся по ходу потока напряженностью.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ обезвоживания нефтепродуктов, реализованный в известном устройстве [2] и включающий обработку продукта электрическим неоднородным полем, создаваемым сеткой с пучками проволоки в узлах, с последующей обработкой полем со снижающейся по ходу потока напряженностью, создаваемым многосекционным электродом.

Недостатком прототипа является невысокая глубина обезвоживания нефтепродуктов из-за неопределенности характеристик неоднородного электрического поля и поля со снижающейся по ходу потока напряженностью, что препятствует образованию крупных капель воды, и следовательно, достижению глубокого обезвоживания.

Целью изобретения является повышение глубины обезвоживания и увеличение удельной производительности оборудования за счет сокращения времени обработки.

Указанная цель достигается тем, что обработку нефтепродуктов неоднородным полем производят при средней напряженности 7-10 кВ/см с коэффициентом неоднородности 10-25, а последующую обработку производят в неоднородном поле со средней напряженностью. снижающейся от 5-7 до 2-3 кВ/с, с коэффициентом неоднородности 1,0-1,5.

Анализ известных технических решений показал, что авторам и заявителю не известно использование указанных режимов обработки нефтепродуктов в электрических полях для достижения глубокого обезвоживания нефтепродуктов. Исходя из этого можно сделать заключение, что предложенный способ обладает новизной, имеет изобретательский уровень и промышленную применимость.

Предложенный способ может быть реализован в устройстве [2] содержащем корпус, в котором размещены электроды противоположной полярности, при этом отрицательный электрод выполнен в виде сетки с пучками проволоки в узлах, а положительный электрод выполнен многосекционным.

Для реализации данного способа может быть использовано устройство, в котором положительный электрод выполнен так же, как в устройстве [2] а отрицательный электрод выполнен в виде перфорированной пластины с выступами.

Предложенный способ может быть также реализован в устройстве, включающем вертикальный заземленный корпус, центральный высокопотенциальный ввод, перфорированные металлические электроды чередующейся полярности, при этом электроды одной полярности размещены на корпусе и выполнены в виде колец с диэлектрическим покрытием, а электроды противоположной полярности размещены на центральном вводе. Эта система перфорированных электродов создает неоднородное электрическое поле. Для создания поля со снижающейся по ходу потока напряженностью в этом устройстве использована система сплошных металлических электродов чередующейся полярности. Все эти электроды снабжены тороидальными экранами, размещенными по их периферии, а расстояние между электродами противоположной полярности выбрано увеличивающимся по ходу потока.

П р и м е р 1. В устройство для обезвоживания нефтепродуктов [2] поступает эмульсия воды в дизельном топливе с обводненностью 0,2% На первой стадии обработки под действием неоднородного поля со средней напряженностью 9 кВ/см и коэффициентом неоднородности поля 15, создаваемого сеткой с пучками проволоки в узлах, мелкие капли воды укрупняются до размеров 20-30 мкм. Затем продукт поступает на вторую стадию обработки, где под действием поля со снижающейся по ходу потока средней напряженностью 6 2,5 кВ/см и коэффициентом неоднородности поля 1,2, создаваемым многосекционным электродом, в котором на каждую последующую по ходу потока секцию подают потенциал меньше, чем на предыдущую, капли воды укрупняются в результате процесса электрокоалесценции до размеров 0,5-2 мм. Капли с такими размерами выпадают в нижнюю часть аппарата практически мгновенно. С помощью гидрид-кальцевого метода установлено, что содержание воды в обработанном продукте не превышает 0,02%
П р и м е р 2. В устройство для обезвоживания нефтепродуктов [2] поступает эмульсия воды в дизельном топливе с обводненностью 0,2% На первой стадии продукт обрабатывается в электрическом неоднородном поле со средней напряженностью 5 кВ/см и коэффициентом неоднородности поля 8. На второй стадии на продукт действует поле со снижающейся по ходу потока средней напряженностью от 3 до 0,5 кВ/см и коэффициентом неоднородности 0,8. Результаты измерений показали, что содержание воды в обработанном продукте составляет ≈ 0,04-0,08% Такие же результаты были получены при обработке нефтепродуктов в электрическом неоднородном поле со средней напряженностью 12 кВ/см и коэффициентом неоднородности 27 на первой стадии обработки и при обработке в поле со снижающейся по ходу потока напряженностью от 9 до 5 кВ/см и коэффициенте неоднородности 1,7 на второй стадии.

П р и м е р 3. В устройство, содержащее корпус, центральный высокопотенциальный ввод, перфорированные металлические электроды чередующейся полярности и сплошные металлические электроды чередующейся полярности, поступает эмульсия воды в дизельном топливе с обводненностью 0,2% Обработка осуществляется при значениях средней напряженности и коэффициента неоднородности электрических полей, приведенных в примере 1. Содержание воды в нефтепродукте после обработки составляет 0,01-0,02%
Таким образом, в предложенном способе путем последовательной обработки продукта в электрических полях с указанными характеристиками последовательно осуществляются два процесса: сначала укрупнение мелких капель до порогового размера, а затем укрупнение всех капель до размеров, приводящих к их быстрому осаждению. Обе стадии обработки взаимосвязаны и одна без другой не позволяют достигнуть поставленной цели.

Многочисленные эксперименты, проведенные с различными светлыми нефтепродуктами показывают, что наиболее эффективно предложенный способ осуществляется при указанных значениях средней напряженности и коэффициента неоднородности электрических полей.

Средней напряженностью называется отношение приложенного между электродами напряжения к межэлектродному расстоянию
E_ср= , где U приложенное напряжение, кВ;
d межэлектродное расстояние, см.

Коэффициентом неоднородности поля называется отношение максимальной напряженности в данной системе электродов к средней напряженности
K где Е_max максимальная напряженность, которая имеет место на электроде с минимальным радиусом кривизны поверхности.

Определение оптимального диапазона значений средней напряженности и коэффициента неоднородности поля проводилось с помощью ячейки, представленной на фиг. 1. Она включает плоский электрод 1, электрод 2 с выступами, а также изоляторы 3 и 4. В межэлектродное пространство помещался нефтепродукт. Электрод 2 выполнялся сменным. Устанавливая электроды с различной формой выступов можно было изменять значение коэффициента неоднородности поля в широких пределах. Значения Е_max, необходимые для определения коэффициента неоднородности, находились расчетным путем.

Эффективность обработки в неоднородном поле определялась по отношению N₂/N₁, где N₂ концентрация мелких капель с размером меньше порогового (20 мкм) после обработки эмульсии в ячейке; N₁ исходная концентрация мелких капель в эмульсии до обработки электрическим полем. Очевидно, что, чем меньше отношение N₂/N₁, тем эффективнее обработка продукта неоднородным полем с точки зрения достижения поставленной цели.

Ниже приводятся результаты серии опытов по обработке дизельного топлива в ячейке полем с различными значениями коэффициента неоднородности при постоянной средней напряженности Е_ср=10 кВ/см. Значения концентрации N₁ и N₂ определялись счетным методом с помощью микроскопа МБИ-6. Результаты приведены в табл. 1 и на графике, изображенном на фиг. 2.

Результаты опытов показывают, что наибольшая эффективность электрокоалесценции капель размером до 20 мкм имеет место при значениях коэффициента неоднородности поля в диапазоне 10<K<25.

Зависимость эффективности обработки продукта неоднородным полем от средней напряженности определялась путем изменения напряжения, подаваемого на электроды ячейки при неизменной форме выступов электрода 2 (фиг.1).

Ниже приводятся результаты серии опытов по обработке дизельного топлива полем с коэффициентом неоднородности К= 20 с различной средней напряженностью. Результаты приведены в табл. 2 и на графике изображенном на фиг.3.

Результаты опытов показывают, что наибольшая эффективность электрокоалесценции капель с размером до 20 мкм имеет место при средней напряженности поля Е_ср≥7 кВ/см.

При значениях средней напряженности выше 10 кВ/см возникает неустойчивый электрический режим, вызванный частичными разрядами в жидкости. При значениях Е_ср≥12 кВ/см возможен электрический пробой межэлектродного промежутка с эмульсией.

Таким образом, оптимальные значения средней напряженности неоднородного поля лежат в диапазоне 7-10 кВ/см.

Выбор режимов последующий обработки нефтепродуктов в неоднородном поле со средней напряженностью, снижающейся от 5-7 до 2-3 кВ/см с коэффициентом неоднородности 1,0-1,5 обусловлен следующими причинами.

Верхний предел диапазона средней напряженности (5-7 кВ/см) обусловлен тем, что при больших значениях не происходит укрупнения капель после обработки в неоднородном поле. Это происходит из-за того, что укрупнившиеся капли снова дробятся в сильном поле. Нижний предел диапазона (2-3 кВ/см) определяется тем обстоятельством, что при снижении напряженности до этих значений капли воды уже укрупнились настолько, что быстро седиментируют и не участвуют в дальнейшем процессе коалесценции. Поэтому снижать напряженность до значений менее 2-3 кВ/см не имеет смысла.

Таким образом, использование заявленного способа электрообезвоживания светлых нефтепродуктов позволит значительно повысить качество продукта за счет более глубокого обезвоживания и сократить время обработки.

Сущность изобретения: светлые нефтепродукты обрабатывают в потоке в электрическом неоднородном поле со средней напряженностью 7 -10 кВ/см при коэффициенте неоднородности 10 - 25, а затем в электрическом неоднородном поле со средней напряженностью, снижающейся от 5 - 7 до 2 - 3 кВ/см, при коэффициенте неоднородности 1,0 - 1,5. 3 ил., 2 табл.

СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ СВЕТЛЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ путем их обработки в потоке в электрическом неоднородном поле с последующей обработкой в электрическом неоднородном поле со снижающей по ходу потока нефтепродуктов напряженностью, отличающийся тем, что с целью повышения глубины обезвоживания, осуществляют обработку в электрическом неоднородном поле со средней напряженностью 7 10 кВ/см при коэффициенте неоднородности 10 25, а последующую обработку осуществляют в электрическом поле со средней напряженностью, снижающейся от 5 7 до 2 3 кВ/см, при коэффициенте неоднородности 1,0 1,5.