Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОДЕГИДРАТОР

Изобретение относится к электродегидраторам для обезвоживания и обессоливания нефти и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности.

Известен электродегидратор, содержащий корпус, систему ввода сырья, штуцеры вывода нефти и дренажа воды, высоковольтный источник питания, узел ввода высокого напряжения и пластинчатые вертикальные электроды, выполненные из гидрофобного резистивного полимерного композитного материала (патент РФ 99341 U₁, В01Д С17/06, опубл. 20.11.2020 г.).

Недостатками этого аппарата являются сложность изготовления пластинчатых электродов большой площади, соблюдения их плоскостности и заданных электрофизических параметров, недостаточно высокая эффективность и высокое энергопотребление, особенно при деэмульсации нефтей с высоким содержанием дисперсной водной фазы, обусловленное большой площадью электродов.

Наиболее близким к предлагаемому является электродегидратор, содержащий корпус, штуцер ввода и коллектор распределения сырья, штуцеры вывода товарной нефти и дренажа воды, высоковольтный источник питания, узел ввода высокого напряжения и систему чередующихся потенциальных и заземленных электродов, в котором потенциальные электроды выполнены в виде решеток из вертикальных трубчатых элементов, изготовленных из статистического резистивного композитного материала с заданной нелинейной электропроводностью, а заземленные электроды выполнены в виде решеток из горизонтальных трубчатых или стержневых металлических элементов (патент РФ 187612 U₁, В01Д С17/06, опубл. 13.03.2019 г.).

Обладая более высокой эффективностью по сравнению с упомянутым выше электродегидратором с пластинчатыми электродами, этот электродегидратор, в то же время, не лишен недостатка, а именно - повышенного электропотребления при деэмульсации высокообводненных нефтей, что снижает его эффективность и вынуждает комплектовать его высоковольтным источником питания повышенной мощности. Большие значения потребляемого аппаратом тока негативно влияют на выходные характеристики высоковольтных источников питания, вызывают нестабильность поддержания оптимальной напряженности электрического поля в электродной зоне и в конечном итоге снижают эффективность процесса электродеэмульсации нефти.

Задачами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, являются повышение эффективности процесса деэмульсации нефти, снижение энергозатрат на его осуществление, повышение надежности и увеличение срока межремонтной эксплуатации электродегидратора.

Поставленные задачи решаются тем, что в электродегидраторе, включающем корпус, штуцер ввода и коллектор распределения сырья, штуцеры вывода товарной нефти и дренажа воды, высоковольтный источник питания, узел ввода высокого напряжения и систему чередующихся потенциальных и заземленных электродов, в котором потенциальные электроды выполнены в виде решеток из вертикальных трубчатых элементов, изготовленных из статистического резистивного композитного материала с заданной нелинейной электропроводностью, а заземленные электроды выполнены в виде решеток из горизонтальных трубчатых или стержневых металлических элементов, электропитание электродегидратора осуществляется униполярным импульсным напряжением. При этом положительные импульсы напряжения подаются на композитные электроды, а металлические электроды заземлены. Параметры импульсного напряжения: регулируемая амплитуда импульсов 17÷35 кВ, длительность 3÷7 мс, скважность в зависимости от обводненности деэмульгируемых нефтей от 3 до 9.

Применение униполярного импульсного напряжения питания электродегидратора позволяет одновременно решить три задачи: повысить эффективность процессов обезвоживания и обессоливания нефти, существенно сократить энергозатраты на его осуществление и повысить надежность и срок межремонтной эксплуатации аппарата.

При традиционной схеме питания электродегидратора биполярным синусоидальным напряжением промышленной частоты между поляризованными в электрическом поле и трансформированными под его воздействием в эллипсоиды вращения каплями эмульгированной воды действуют только относительно слабые диполь-дипольные силы взаимного притяжения, к тому же быстро убывающие при увеличении расстояния между ними (обратно пропорционально четвертой степени расстояния).

В униполярном импульсном электрическом поле в механизм коалесценции и укрупнения капель эмульгированной воды вносят свой вклад также электрофоретические силы, обусловленные наличием у капель воды электрокинетического потенциала (Г.М. Панченков, Л.К. Цабек. Поведение эмульсии во внешнем электрическом поле. Изд-во «Химия», 1969, 190 стр.). Согласно правилу Кена капли воды, обладающие высокой диэлектрической проницаемостью, при контакте со слабополярной средой - нефтью приобретают положительный поверхностный заряд и соответствующий электрокинетический потенциал. Вследствие этого в униполярном импульсном электрическом поле эти капли, не подвергаясь периодической переполяризации, будут перемещаться в направлении заземленных электродов. Это приводит к увеличению численной концентрации капель в окрестностях заземленных электродов, уменьшению расстояний между каплями, росту диполь-дипольных сил взаимного притяжения, увеличению вероятности коалесценции капель и в конечном итоге - к повышению эффективности процесса деэмульсации нефти. Следует при этом подчеркнуть, что вклад электрокинетического потенциала в механизм коалесценции капель воды тем существеннее, чем меньше их размеры, а ведь именно наиболее высокодисперсные фракции эмульгированной воды создают наибольшие трудности для их коалесценции и тем ограничивают глубину обезвоживания и обессоливания нефти.

Задача снижения затрат электроэнергии на процесс электродеэмульсации решается за счет сокращения продолжительности воздействия электрического поля на водонефтяную эмульсию вследствие его импульсного характера (наличия пауз между периодическими импульсами).

Известно, что наиболее уязвимыми элементами любого электродегидратора являются проходные и подвесные изоляторы. При питании электродегидратора биполярным синусоидальным высоким напряжением промышленной частоты они находятся под его воздействием непрерывно, поэтому подвержены более или менее частым пробоям, сопряженным с необходимостью вывода аппарата из работы и замены этих элементов. При питании униполярным импульсным напряжением электрическая нагруженность изоляторов существенно снижается, повышается надежность работы электродегидратора и увеличивается срок межремонтной эксплуатации аппарата.

Результаты стендовых испытаний предлагаемого технического решения на разных нефтях показали, что эффективность процесса их деэмульсации повышается на 16÷23%. При этом потребление электроэнергии при деэмульсации нефтей низкой (3÷7%), средней (7÷20%) и высокой (20÷40%) обводненности снижается соответственно в 1,9 раза, 2,4 раза и в 2,9 раза.