УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 2008 года по МПК C10G33/02 

Изобретение относится к технике разрушения водоуглеводородных эмульсий и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности в процессах обезвоживания нефти и нефтепродуктов.

В настоящее время проблема разрушения эмульсий при обезвоживании нефтей и нефтепродуктов решается, главным образом, термохимическим способом, который включает в себя нагрев эмульсии с одновременной обработкой ее реагентом-деэмульгатором и последующее гравитационное отстаивание (см. Тронов В.П. Промысловая подготовка нефти. - М.: Недра, 1977).

Недостатком этой технологии является необходимость в комплексе достаточно сложного в эксплуатации, дорогого и громоздкого оборудования (печи, блоки дозирования деэмульгатора, резервуары-отстойники) при больших расходах тепловой энергии и деэмульгатора.

В значительной степени устранить эти недостатки возможно путем интенсификации процесса разрушения эмульсий за счет применения устройств, основанных на использовании электрических полей (Гершуни С.М., Лейбовский М.Г. Оборудование для обезвоживания и обессоливания нефти в электрическом поле. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1983).

Однако применение электрообезвоживающих устройств ограничено в основном областью водоуглеводородных эмульсий со сравнительно невысокой (5-8%) степенью обводненности, что связано с необходимостью исключения электрического пробоя в объеме обезвоживаемой жидкости из-за образования электропроводящих цепочечных агрегатов из поляризованных глобул воды, перекрывающих пространство между электродами.

Этот недостаток в значительной степени устранен в устройстве, включающем коаксиальные цилиндрические электроды, расположенную между ними коаксиально цилиндрическую перегородку, внутри которой перемещается обезвоживаемая углеводородная жидкость, состоящую из 3-х последовательно соединенных секций, - двух диэлектрических, на входе в устройство и выходе из него, и металлической, расположенной в зоне электрического поля; пространство между внешним электродом и цилиндрической перегородкой заполнено диэлектрической жидкостью (Патент РФ №2056900, кл.6 B01D 17/06).

Однако при достаточно большой обводненности углеводородной жидкости цепочечные агрегаты из глобул воды образуются при сравнительно низких значениях разности потенциалов и перекрывают пространство между внутренним электродом и цилиндрической перегородкой, что приводит к выравниванию электрических потенциалов внутреннего электрода и металлической секции цилиндрической перегородки, электрическое поле внутри обезвоживаемой жидкости исчезает по всей длине секции. При отсутствии поля цепочечные агрегаты разрушаются в потоке жидкости, электрическое поле восстанавливается, вновь образуются цепочечные агрегаты и т.д. При этом характер изменения поля в потоке жидкости определяется начальным, по ходу потока жидкости, участком металлической секции перегородки, на котором исходная, еще не подвергшаяся воздействию электрического поля, эмульсия характеризуется большой степенью дисперсности капель воды и, соответственно, их большим количеством, занимающей значительную часть объема, что обуславливает образование цепочечных агрегатов при низких разностях потенциалов между внутренним электродом и металлической секцией. Это значение разности потенциалов имеет место по всей длине потока, находящегося в электрическом поле, что ограничивает эффективность коалесцирующего воздействия поля.

Технической задачей изобретения является увеличение глубины обезвоживания углеводородной жидкости за счет повышения напряженности электрического поля в ее объеме.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве, включающем внутренний и внешний коаксиальные цилиндрические электроды и расположенную между ними коаксиально цилиндрическую перегородку, внутри которой перемещается обезвоживаемая углеводородная жидкость, состоящую из трех последовательно соединенных секций, - двух диэлектрических, на входе в устройство и выходе из него, и металлической, расположенной в зоне электрического поля, пространство между внешним электродом и цилиндрической перегородкой заполнено диэлектрической жидкостью, металлическая секция цилиндрической перегородки состоит не менее чем из двух частей, при этом части металлической секции отделены друг от друга диэлектрическими вставками.

Составление металлической секции цилиндрической перегородки из нескольких электрически изолированных друг от друга частей обусловлено необходимостью поставить в соответствие «плавающий» потенциал перегородки изменяющемуся по ее длине состоянию водоуглеводородной эмульсии.

По мере продвижения эмульсии в электрическом поле вследствие электрокоалесценции происходит снижение степени дисперсности глобул воды, уменьшается их количество; при этом доля объема адсорбционно-сольватных («бронирующих») слоев на поверхности глобул в общем объеме глобул снижается, соответственно, увеличивается расстояние между глобулами.

Кроме того, часть укрупнившихся глобул по мере продвижения потока эмульсии в электрическом поле под действием сил тяжести переходит в образующий водный слой. Поэтому во второй части металлической перегородки критическое значение внутренней разности потенциалов имеет более высокое значение, чем в первой части, в третьей еще более высокое и т.д. При этом частота изменения этой разности потенциалов от нуля до критического значения уменьшается при перемещении потока эмульсии от одной части секции к другой. На некотором последующем участке критическая разность потенциалов становится большей, чем максимальное ее значение в объеме жидкости, и перекрытие расстояния между внутренним электродом и перегородкой прекращается.

Отделение частей металлической секции друг от друга диэлектрическими вставками необходимо для того, чтобы электрический потенциал каждой части не зависел от электрических потенциалов соседних частей металлической секции. Исходя из этого требования определяются конфигурация и геометрические параметры вставки.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства, на фиг.2 - иллюстрация изменения разностей потенциалов во времени между внутренним электродом и металлической секцией цилиндрической перегородки, а также между перегородкой и внешним электродом при составлении металлической секции из нескольких частей, на примере синусоидальной разности потенциалов, приложенной к электродам.

Устройство включает в себя внутренний цилиндрический электрод 1, коаксиальный внешний цилиндрический электрод 2, коаксиальную цилиндрическую перегородку, составленную из диэлектрических секций 3 и металлических частей 4, отделенных друг от друга диэлектрическими вставками 5, а также входной 6 и выходной 7 патрубки, изоляторы 8 с уплотнителями 9.

Устройство работает следующим образом.

Обезвоживаемая углеводородная жидкость через входной патрубок 6 и диэлектрическую секцию 3 перегородки поступает в металлические части 4 перегородки, где под воздействием электрического поля происходит укрупнение капель воды и отделение их под действием сил тяжести. Высоковольтный электрический потенциал подается на внутренний электрод 1, внешний электрод 2 заземлен. Диэлектрические вставки 5 между металлическими частями 4 служат для обеспечения независимости электрических потенциалов каждой части от электрических потенциалов соседних частей. Внешний электрод 2 с изолятором 8 образуют замкнутое пространство, заполняемое диэлектрической жидкостью, вытеканию которой препятствуют уплотнители 9. Вывод разрушенной эмульсии осуществляется через диэлектрическую секцию перегородки 3 и выходной патрубок 7.

Изменение общей разности потенциалов (U₀) между электродами происходит по кривой 1 (фиг.2). В отсутствие в углеводородной жидкости глобул воды разность потенциалов между металлическими частями перегородки и внешним электродом (U₂) изменяется по кривой 2, между этими частями и внутренним электродом (U₁) - по кривой 3. При определенной концентрации глобул воды, с ростом общей разности концентраций по кривой 1, разность потенциалов между внутренним электродом и первой по ходу жидкости металлической частью перегородки повышается первоначально по кривой 3 (фиг.2а), достигает критического значения Uкр, при котором цепочечные агрегаты из поляризованных глобул воды перекрывают пространство внутри этой части перегородки, и превращается в ноль. Вследствие этого цепочечные агрегаты под воздействием потока жидкости разрушаются. Разность потенциалов внутри электрической части перегородки вновь начинает возрастать от нуля до Uкр и т.д. В результате изменение разности потенциалов носит пилообразный характер (линии 4, фиг.2).

Во второй по ходу жидкости металлической части перегородки изменение разности потенциалов имеет тот же по характеру вид (фиг.2б), но ввиду снижения концентрации глобул из-за их укрупнения и частичного перехода в водный слой в первой металлической части перегородки критическое значение разности потенциалов Uкр имеет большее значение. В третьей части еще более высокое (фиг.2в) и т.д.

Изменение разностей потенциалов между металлическими частями перегородки и внешним электродом также имеет пилообразный характер (ломаные 5, фиг.2). Величины их определяются из известной зависимости U₀=U₁+U₂, соответственно U₂=U₀-U₁.

При подаче на электроды разности потенциалов (U₀) несинусоидального характера вид изменения разности потенциалов (U₁) в объеме обезвоживаемой жидкости в той или иной степени изменится, однако значимость разделения металлической секции на два и более электрически изолированных друг от друга участка останется на том же уровне.

Устройство предназначено для разрушения эмульсий типа «масло в воде». Оно включает в себя внутренний и внешний коаксиальные цилиндрические электроды, расположенную между ними коаксиально цилиндрическую перегородку, состоящую из трех последовательно соединенных секций, - двух диэлектрических, на входе в устройство и выходе из него, и металлической, расположенной в зоне электрического поля. Металлическая секция цилиндрической перегородки состоит не менее чем из двух частей, отделенных друг от друга диэлектрическими вставками. Технический результат состоит в увеличении глубины обезвоживания углеводородной жидкости за счет повышения напряженности электрического поля в ее объеме. 2 ил.

Устройство для обезвоживания углеводородной жидкости, включающее внутренний и внешний коаксиальные электроды, расположенную между ними коаксиально цилиндрическую перегородку, внутри которой перемещается обезвоживаемая углеводородная жидкость, состоящую из трех последовательно соединенных секций, - двух диэлектрических, на входе в устройство и выходе из него, и металлической, расположенной в зоне электрического поля, пространство между внешним электродом и цилиндрической перегородкой заполнено диэлектрической жидкостью, отличающееся тем, что металлическая секция цилиндрической перегородки состоит не менее чем из двух частей, при этом части металлической секции отделены друг от друга диэлектрическими вставками.