Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ

Изобретение относится к области разделения жидкостей, а именно к способам обезвоживания нефти путем обработки ее в электрическом поле. В настоящее время существуют различные способы обезвоживания водонефтяной эмульсии путем ее обработки в электрическом поле.

Так из патента Франции N 2697443 М.кл. B 01 D 17/06, опубл. 05.11.92 [1] известен способ обезвоживания водонефтяной эмульсии путем ее пропуска по винтовому каналу с одновременной обработкой эмульсии в постоянном импульсном электрическом поле, создаваемым между электродами. По этому же патенту возможен вариант подачи на электроды знакопеременного синусоидального напряжения.

Недостатком этого способа являются большие затраты электроэнергии, идущей на обеспечение процесса обезвоживания.

Известен также аналогичный способ обезвоживания водонефтяной эмульсии путем ее обработки в знакопеременном электрическом поле синусоидальной формы (см. , например, патент США N 5468385, М.кл. B 01 D 17/06, опубл. 21.11.95) [2].

Данный способ также обладает рядом недостатков. Как показали исследования, при сближении поляризованных капель в электрическом поле из-за проводимости нефти имеет место нейтрализация поляризационных зарядов капель с постоянной времени порядка τ = (1-5)•10^-4c, которая много меньше полупериода колебаний электрического поля (0,5Т = 0,01 с). Это приводит к тому, что электрическое поле обеспечивает эффективное сближение капель только до расстояний порядка 0,1 радиуса. При дальнейшем сближении капель перераспределение зарядов обуславливает резкое уменьшение силы притяжения и эффективность процесса обезвоживания резко снижается. Для поддержания эффективности данного процесса действующее значение напряженности должно лежать в пределах (0,5-1) кВ/см, а это в свою очередь требует повышенных энергозатрат.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ обезвоживания нефти путем ее обработки в знакопеременном электрическом поле с периодом Т, где напряженность электрического поля в полупериоде формируют в виде импульса различной длительности, в том числе и с длительностью меньше 0,5Т, что позволяет экономить энергозатраты при осуществлении способа. Этот способ описан в заявке ФРГ N 1642867 М.кл. В 01 D 17/06, 31.05.72 [3].

Однако данный способ тоже не лишен ряда существенных недостатков, поскольку он предполагает практически мгновенное увеличение напряженности электрического поля от нуля до номинального значения, т.е. длительность переднего фронта импульса τ_ф напряженности предполагается равной нулю, что практически не осуществимо. При формировании импульсов с длительностью фронта, приближающейся к нулю, резко удорожается стоимость аппаратуры, реализующей данный метод.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности процесса обезвоживания нефти при одновременном снижении его энергоемкости с учетом физических характеристик обезвоживаемой нефти.

Технический результат, который может быть получен при использовании настоящего изобретения, заключается в кратном снижении расхода электроэнергии по сравнению с применяемыми в настоящее время способами обезвоживания нефти в электрическом поле. При этом не ухудшаются остальные показатели процесса - степень обезвоживания и производительность, а сам процесс позволяет подбирать режимные параметры способа с учетом физических свойств обезвоживаемой нефти.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе обезвоживания нефти путем ее обработки в знакопеременном электрическом поле с периодом Т, где напряженность электрического поля в полупериоде формируют в виде импульса с длительностью меньше 0,5Т, длительность переднего фронта импульса напряженности τ_ф формируют в пределах от 2•10^-5 до 5•10^-4 с при амплитуде импульса, лежащей в пределах (0,5-1) кВ/см. Здесь верхний предел определяется типичной для нефти постоянной времени τ нейтрализации поляризационного заряда сближающихся капель, а нижний предел определяется тем, что при τ_ф < 2•10^-5 не происходит повышения эффективности слияния капель, но удорожается аппаратура, необходимая для реализации способа. В соответствии с нижеприведенными экспериментальными данными предпочтительно изменять длительность импульса в зависимости от электропроводимости нефти, при этом действующее значение напряженности при изменении нагрузки устанавливают постоянным в пределах (0,2-0,4) кВ/см при токе нагрузки I_н меньше или равном допускаемому значению I_доп = (0,5-0,9) I_max, где I_max предельно допустимый ток для выбранного источника.

В случаях, когда для поддержания действующей напряженности в пределах (0,2- 0,4) кВ/см требуется ток нагрузки I_н, превышающий допустимое значение I_доп, целесообразно после двух полупериодов с напряженностью электрического поля в виде импульса формировать участок с напряженностью электрического поля, равной нулю, и с длительностью, равной целому числу полупериодов.

Изобретение поясняется четырьмя фигурами, где на фиг. 1 представлена общая схема осуществления способа, на фиг. 2 и фиг. 3 показаны различные характеристики напряженности импульсного поля, а на фиг.4 представлена характеристика регулирования тока нагрузки в зависимости от действующего значения тока и допускаемого тока нагрузки источника.

Указанный способ может быть реализован в промышленном двухэлектродном электродегидраторе путем подачи на нижний и верхний электроды в противофазе импульсного знакопеременного напряжения.

Способ осуществляется следующим образом. В емкость 1 подается водонефтяная эмульсия. Внутри емкости 1 размещены электроды 2 и 3, на которые подается импульсное переменное напряжение U. Как и в известном из [3] способе, обработку эмульсии производят в знакопеременном импульсном поле. Однако длительность переднего фронта импульса τ_ф, должна быть соизмерима с τ, т.е. не должна превосходить 5•10^-4 с, а амплитуда импульса напряженности оставаться на уровне (0,5-1) кВ/см, как это показано на фиг.2.

Экспериментально установлено, что при указанных параметрах усиливается эффект воздействия электрического поля на процесс укрупнения капель воды из-за того, что за время τ не происходит существенного перераспределения поляризационных зарядов капель. Кроме того, для обеспечения той же эффективности процесса обезвоживания, как при использовании синусоидального изменения напряженности электрического поля, длительность импульса τ может быть выбрана меньшей, чем длительность полупериода 0,5Т, что позволяет резко снизить энергозатраты на процесс дегидрации.

Экспериментальные исследования показали, что при использовании импульсного напряжения с τ_ф < 5•10^-4 с и амплитудой E=(0,5-1) кВ/см оптимальное действующее значение напряженности поля находится в пределах (0,2-0,4) кВ/см. Оптимальное действующее значение напряженности поля можно поддерживать, меняя длительность импульсов τ.
Поэтому следует управление длительностями импульсов τ, осуществлять таким образом, чтобы действующее значение напряженности E_д при изменении нагрузки оставалось постоянным, на уровне (0,2-0,4) кВ/см, пока действующее значение тока нагрузки I_н не достигает значения I_доп =(0,5-0,9) I_max, где I_max - предельно допустимый ток, определяемый мощностью источника. При дальнейшем увеличении нагрузки поддерживается равенство I_н = I_доп, как это показано на фиг. 3.

При высокой проводимости нефти и ограниченной мощности источника питания иногда не удается при предельно допустимом токе нагрузки обеспечить необходимую для ведения процесса амплитуду импульса. Для преодоления этого затруднения возможно после двух полупериодов с напряженностью электрического поля в виде импульса формировать участок с нулевой напряженностью электрического поля и с длительностью, равной целому числу полупериодов, как это показано на фиг.4.

В качестве примера осуществления способа можно привести использование дегидратора с источником мощностью P = 25 кВА. Допускаемый для данного источника ток I_доп составляет 0,8 I_max и равен 1,4 ампера. При подаче на электроды импульсного напряжения, соответствующего действующему напряжению U_действ, равному 4-7 кВ, расход электроэнергии по сравнению с использованием синусоидального напряжения сокращается в 3 и более раз при обеспечении той же степени обезвоживания нефти.