(57)【要約】  電気凝集を介して油中水型エマルジョンのような２つの流体の混合物を分離するための分離装置が提供される。分離装置は、各々が異なる誘電率を有する一連のフローコンディショナを含んでもよく、その結果、流動媒体の誘電率と類似または同等の誘電率を有するフローコンディショナが選択される。別の分離装置は、発生する電界の周波数がフローコンディショナの誘電率が流動媒体の誘電率とできるだけ類似するか、または等しくなるように選択されるように、周波数依存誘電率を有するフローコンディショナを含んでもよい。別の分離装置は、流動媒体の誘電率と類似または同等の誘電率を有するフローコンディショナと置換可能なフローコンディショナを含んでもよい。
2021511960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの液体の混合物を受け取るように構成されたセクションと、
前記セクションの下流において、第１の電界を生成するための少なくとも１つの第１の電極と、第１の誘電率を有する第１のフローコンディショナとを含む、第１のフローコンディショナセクションと、
前記第１のフローコンディショナセクションの下流において、第２の電界を生成するための少なくとも１つの第２の電極と、第２の誘電率を有する第２のフローコンディショナを含む、第２のフローコンディショナセクションと、
第１のセクションに結合され、前記混合物の誘電率を測定するように構成された誘電率測定装置と、
前記混合物誘電率を前記誘電率測定装置から受け取り、前記混合物誘電率と第１の誘電率、前記混合物誘電率と第２の誘電率との比較に基づいて前記第１のフローコンディショナセクションの少なくとも１つの第１の電極に通電するか、または前記第２のフローコンディショナセクションの少なくとも１つの第２の電極に通電するように構成されたフローコンディショナセクションセレクタ、
から構成される、２つの液体の混合物を分離するための装置。
【請求項２】
前記混合物が油中水型エマルジョンである請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のフローコンディショナは、ヘリコイド型流路を備えるヘリコイド型フローコンディショナ、または複数の分岐流路を備える分岐型フローコンディショナを備える請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記第２のフローコンディショナは、ヘリコイド型流路を備えるヘリコイド型フローコンディショナ、または複数の分岐流路を備える分岐型フローコンディショナを備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置であって、前記第１のフローコンディショナが無機材料及び高分子マトリックスから構成される装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置であって、前記第２のフローコンディショナが無機材料及び高分子マトリックスから構成される装置。
【請求項７】
前記第１のフローコンディショナの長さおよび前記第１の電界の強度は、前記フローコンディショナセクションの電気粘性数が１０００〜６０００００の範囲にあるように選択される請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
電気凝集を介して２つの液体の混合物を分離する方法であって、
前記混合物を分離装置に提供し、前記分離装置は、
第１の電界を発生させるための少なくとも１つの第１の電極と、第１の誘電率を有する第１のフローコンディショナとを備える第１のフローコンディショナセクションと、第２の電界を発生させるための少なくとも１つの第２の電極と、第２の誘電率を有する第２のフローコンディショナセクションとを備える第２のフローコンディショナセクションから構成される装置であり、
前記混合物の誘電率を測定し、
前記混合物誘電率と前記第１の誘電率及び前記第２誘電率とを比較し、
前記第１の電界または前記第２の電界のみが生成されるように、前記比較に基づいて、前記第１のフローコンディショナセクションの前記少なくとも１つの第１の電極または前記第２のフローコンディショナセクションの前記少なくとも１つの第２の電極に通電し、
前記混合物を前記第１の電界または前記第２の電界に導くことを含む方法。
【請求項９】
前記混合物が油中水型エマルジョンである請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のフローコンディショナは、ヘリコイド状流路を備えるヘリコイド状のフローコンディショナ、又は複数の分岐流路を備える分岐型フローコンディショナを備える請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２のフローコンディショナは、ヘリコイド型流路を備えるヘリコイド型フローコンディショナ、または複数の分岐流路を備える分岐型フローコンディショナを備える請求項８、９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のフローコンディショナの長さおよび前記第一の電界の強度は、前記フローコンディショナセクションの電気粘性数が１０００〜６０００００の範囲にあるように選択される、請求項８、９、１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記測定された誘電率を、前記第１のフローコンディショナセクションの前記少なくとも１つの第１の電極に通電するか、または前記第２のフローコンディショナセクションの前記少なくとも１つの第２の電極に通電するように構成されたフローコンディショナセクションセレクタに送信することを含む、請求項８、９、１０、１１、または１２に記載の方法。
【請求項１４】
混合物を受け取るように構成された第１のセクションと、
前記第１のセクションに結合され、前記混合物の誘電率を測定するように構成された誘電率測定装置と、
電界を発生させるための電極と、前記電界の周波数の関数を含む誘電率範囲を有するフローコンディショナとを備えるフローコンディショナセクションと、
前記誘電率測定装置から前記混合物誘電率を受け取り、前記混合物誘電率と誘電率範囲との比較に基づいて、ある周波数で前記フローコンディショナセクションの電極に通電するように構成された周波数セレクタと、を備える、
２つの液体の混合物を分離するための装置。
【請求項１５】
前記混合物が油中水型エマルジョンである請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記フローコンディショナが、ヘリコイド型流路を備えるヘリコイド型フローコンディショナ、または複数の分岐流路を備える分岐フローコンディショナを備える、請求項１４または１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記フローコンディショナが、エポキシ樹脂中にシリカナノ粒子を含む、請求項１４、１５、または１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記フローコンディショナの長さおよび前記電界の強度は、前記フローコンディショナセクションの電気粘性数が１０００〜６０００００の範囲にあるように選択される、請求項１４、１５、１６または１７に記載の装置。
【請求項１９】
２つの液体の混合物を分離する方法であって、
前記混合物を分離装置に提供し、前記分離装置は、
前記混合物の誘電率を測定するように構成された誘電率測定装置と、  
電界を生成するための電極と、前記電界の周波数の関数を含む誘電率範囲を有するフローコンディショナとを備えるフローコンディショナセクションと、
前記誘電率測定装置から前記混合物誘電率を受信し、ある周波数で前記フローコンディショナセクションの少なくとも１つの第１の電極に通電するように構成された周波数セレクタと、から構成され、
前記混合物の誘電率を測定し、
前記混合物誘電率と前記誘電率範囲を比較し、
前記混合物誘電率と前記誘電率範囲の比較に基づいた周波数で前記フローコンディショナセクションの電極を通電し、
前記混合物を前記電界を通して導く、方法。
【請求項２０】
前記混合物が油中水型エマルジョンである請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記フローコンディショナがヘリコイド型流路を備えるヘリコイド型フローコンディショナ、または複数の分岐流路を備える分岐型フローコンディショナを備える、請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記誘電率測定装置から前記混合物誘電率を受け取り、前記周波数で前記フローコンディショナの電極に通電するように構成された周波数セレクタに前記混合物誘電率を送信する、請求項１９、２０または２１に記載の方法。
【請求項２３】
混合物を受け取るように構成された第１のセクションと、
電界を発生させるための電極と、第１の誘電率を有する第１の取り外し可能なフローコンディショナとを備えるフローコンディショナセクションと、前記フローコンディショナセクションは、第１の取り外し可能なフローコンディショナの代わりに第２の誘電率を有する第２の取り外し可能なフローコンディショナを受け入れるように構成されており、
前記第１のセクションに結合され、前記混合物の誘電率を測定し、前記混合物の誘電率を前記第１の誘電率と比較するように構成された誘電率測定装置と、を備えた、
２つの液体の混合物を分離するための装置：
【請求項２４】
前記混合物が油中水型エマルジョンである請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記第１の取り外し可能なフローコンディショナが、ヘリコイド型流路を備えるヘリコイド型フローコンディショナ 、または複数の分岐流路を備える分岐フローコンディショナを備える、請求項２３または２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記第２の取り外し可能なフローコンディショナが、ヘリコイド型流路を備えるヘリコイド型フローコンディショナ、または複数の分岐流路を備える分岐型フローコンディショナを備える、請求項２３、２４または２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記第１の取り外し可能なフローコンディショナが、無機材料および高分子マトリックスを含む、請求項２３、２４、２５、または２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記第２の取り外し可能なフローコンディショナが、無機材料および高分子マトリックスを含む、請求項２３、２４、２５、２６、または２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記フローコンディショナの長さおよび前記電界の強さは、前記フローコンディショナセクションの電気粘性数が１０００〜６０００００の範囲にあるように選択される、請求項２３、２４、２５、２６、２７または２８に記載の装置。
【請求項３０】
２つの液体の混合物を分離する方法であって、
前記混合物を分離装置に提供し、前記分離装置は、
電界を発生させるための電極と、第１の誘電率を有する第１の取り外し可能なフローコンディショナとを備えるフローコンディショナセクションであって、前記フローコンディショナセクションは、前記第１の取り外し可能なフローコンディショナの代わりに第２の誘電率を有する第２の取り外し可能なフローコンディショナを受け入れるように構成され、
前記混合物の誘電率を測定し、
前記第１の取り外し可能なフローコンディショナを前記フローコンディショナセクションから取り外し、
前記第２の取り外し可能なフローコンディショナを前記フローコンディショナセクションに設置し、
前記フローコンディショナセクションの電極を通電し、
前記混合物を電界を通して方向付ける、方法。
【請求項３１】
前記混合物が油中水型エマルジョンである請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１の取り外し可能なフローコンディショナが、ヘリコイド状流路を備えるヘリコイド状フローコンディショナ、または複数の分岐流路を備える分岐フローコンディショナを備える、請求項３０または３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第２の取り外し可能なフローコンディショナが、ヘリコイド状流路を備えるヘリコイド状フローコンディショナ、または複数の分岐流路を備える分岐フローコンディショナを備える、請求項３０、３１または３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、流体の分離に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、制御可能な静電界および適応誘電率を使用して液滴凝集（合体）を促進することによるエマルジョンの分離に関する。
【背景技術】
【０００２】
生成された炭化水素（例えば、原油）は、水ならびに他の流体を含み得る。その結果、販売可能な生成物を製造するためには、炭化水素処理において、油と水を分離することが必要となる。水−油分離のための電気凝集は１００年以上にわたり知られており、この技術は、現在、商業的用途において広く実施されている。例えば、世界中の既存の石油・ガス生産設備に電気凝集機が設置されている。コアレッサ充填物は凝集プロセスを強化するために、石油およびガス産業においてもセパレータ容器内に配置されるが、このような充填物は概して静電界ではうまく機能しない。電気凝集において、液滴が互いに非常に接近している場合、液滴凝集は電界によって誘発されると考えられる。数個の液滴直径よりも大きい距離では、静電力が液滴の接近および衝突を駆動しない場合がある。というのは液滴の引力を生成する静電力が液滴間距離に強く依存するからである。工業装置設計の制限内では、液滴間の距離が液滴直径と等しいかまたはそれよりも大きい場合に、静電力は液滴凝集（合体）を促進するにはあまりに非効率的であり得る。
【発明の概要】
【０００３】
電気凝集機による制限に対処するために、いくつかの従来技術は層流中の電界によって駆動される液滴の整列およびアーチングを防止するために、流れの混乱要素を導入している。例えば、米国特許第９，４４０，２４１号には、分離装置の電極間の微小乱流および電気凝集を強化するために、流れの混乱要素を導入する利点が記載されている。しかしながら、そのような先行技術は、乱流が液滴接触率を高める主な流動特性ではないということを考慮していない。場合によっては、そのような流れの混乱要素を用いて局所的に乱流強度を増大させると、液滴が分裂し（すなわち、流体が再混合し）、分離に悪影響を及ぼす可能性がある。従来技術とは対照的に、エマルジョン流線の曲率、および流管の分割および合流は、最適化された液滴接触速度および収縮時間の主要な推進因子であり得る。さらに、このような従来技術は、分離される水−油エマルジョンの誘電率に対する流れの混乱要素の比誘電率（すなわち、誘電率）の影響を考慮していない。
【０００４】
本開示の実施形態はフローコンディショナ（流量調整器）素子の誘電特性を設計および調整し、電界を最適値に維持することによって、電気凝集器の分離性能を改善する。本開示の実施形態は分離プロセスの効率をさらに改善するために、フローコンディショナの改良された幾何学的形状をさらに含む。
【０００５】
一実施形態では、２つの液体の混合物を分離するための装置が提供される。装置は２つの液体の混合物を受け入れるように構成されたセクションと、該セクションの下流にある第１のフローコンディショナ（流量調整器）セクションとを含み、該第１のフローコンディショナセクションは、第１の電界を生成するための少なくとも１つの第１の電極と、第１の誘電率を有する第１のフローコンディショナとを有する。また、装置は第１のフローコンディショナ（流量調整器）セクションの下流にあり、第２の電界を生成するための少なくとも１つの第２の電極と、第２の誘電率を有する第２のフローコンディショナとを有する第２のフローコンディショナセクションを含む。装置はさらに、第１のセクションに結合され、混合物の誘電率を測定するように構成された誘電率測定装置と、誘電率測定装置から混合物誘電率を受け取り、混合物誘電率と第１の誘電率、混合物誘電率と第２の誘電率との比較に基づいて、第１のフローコンディショナセクションの少なくとも１つの第１の電極に通電するか、または第２のフローコンディショナセクションの少なくとも１つの第２の電極に通電するように構成されたフローコンディショナセクションセレクタとを含む。
【０００６】
いくつかの実施形態では、混合物は油中水型エマルジョンである。いくつかの実施態様において、第１の流量調整器は、ヘリコイド状流路を有するヘリコイド状フローコンディショナ、または複数の分岐流路を含む分岐フローコンディショナである。いくつかの実施態様において、第２のフローコンディショナは、ヘリコイド状流路を有するヘリコイド状フローコンディショナ、または複数の分岐流路を含む分岐フローコンディショナである。いくつかの実施形態では、第１のフローコンディショナが無機材料および高分子マトリックスである。いくつかの実施形態では、第２のフローコンディショナが無機材料および高分子マトリックスである。いくつかの実施形態では、第１のフローコンディショナの長さおよび第１の電界の強度がフローコンディショナセクションの電気粘性数が１０００〜６０００００の範囲にあるように選択される。
【０００７】
別の実施形態では、電気凝集を介して２つの液体の混合物を分離する方法が提供される。この方法は、混合物を分離装置に供給することを含む。分離装置は、第１の電界を生成するための少なくとも１つの第１の電極を含む第１のフローコンディショナセクションと、第１の誘電率を有する第１のフローコンディショナセクションと、第２の電界を生成するための少なくとも１つの第２の電極を含む第２のフローコンディショナセクションと、第２の誘電率を有する第２のフローコンディショナセクションとを含む。この方法は、混合物の誘電率を測定するステップと、混合物の誘電率を第１の誘電率および第２の誘電率と比較するステップとをさらに含む。この方法はまた、比較に基づいて、第１の電界または第２の電界のみが生成されるように、第１のフローコンディショナセクションの少なくとも１つの第１の電極または第２のフローコンディショナセクションの少なくとも１つの第２の電極に通電するステップと、混合物を第１の電界または第２の電界を介して誘導するステップとを含む。
【０００８】
いくつかの実施形態では、混合物は油中水型エマルジョンである。いくつかの実施態様において、第１のフローコンディショナは、ヘリコイド状流路を有するヘリコイド状フローコンディショナ、または複数の分岐流路を含むフローコンディショナである。いくつかの実施態様において、第２のフローコンディショナは、ヘリコイド状流路を有するヘリコイド状フローコンディショナ、または複数の分岐流路を含む分岐フローコンディショナである。いくつかの実施形態では、第１のフローコンディショナの長さおよび第１の電界の強度がフローコンディショナセクションの電気粘性数が１０００〜６０００００の範囲にあるように選択される。いくつかの実施形態では、本方法が測定された誘電率を、第１のフローコンディショナセクションの少なくとも１つの第１の電極に通電するか、または第２のフローコンディショナ流量調整器セクションの少なくとも１つの第２の電極に通電するように構成されたフローコンディショナセクションセレクタに送信するステップを含む。
【０００９】
いくつかの実施形態では、２つの液体の混合物を分離するための別の装置が提供される。装置は混合物を受け取るように構成された第１の部分と、第１の部分に結合され、混合物の誘電率を測定するように構成された誘電率測定装置と、誘電率範囲が電界の周波数の関数であるように、電界を生成するための電極と、誘電率範囲を有するフローコンディショナとを含む。装置はまた、誘電率測定装置から混合物誘電率を受け取り、混合物誘電率と誘電率範囲との比較に基づいて周波数でフローコンディショナセクションの電極に通電するように構成された周波数セレクタを含む。
【００１０】
いくつかの実施形態では、混合物は油中水型エマルジョンである。いくつかの実施態様において、フローコンディショナは、ヘリコイド状流路を有するヘリコイド状フローコンディショナ、または複数の分岐流路を含む分岐フローコンディショナである。いくつかの実施形態では、フローコンディショナがエポキシ樹脂中にシリカナノ粒子を含む。いくつかの実施態様において、フローコンディショナの長さおよび電界の強度は、フローコンディショナセクションの電気粘性数が１０００〜６０００００の範囲内にあるように選択される。
【００１１】
別の実施形態では、２つの液体の混合物を分離する別の方法が提供される。この方法は、混合物を分離装置に供給することを含む。分離装置は、第１の部分に結合され、混合物の誘電率を測定するように構成された誘電率測定装置と、誘電率範囲が電界の周波数の関数となるように、電界を生成するための電極および誘電率範囲を有するフローコンディショナとを含むフローコンディショナと、誘電率測定装置から混合物誘電率を受信し、フローコンディショナの電極を周波数で通電するように構成された周波数セレクタとを含む。この方法は、混合物の誘電率を測定するステップと、混合物の誘電率を誘電率範囲と比較するステップとをさらに含む。この方法はまた、混合物誘電率と誘電率の範囲の間の比較に基づいて、周波数でフローコンディショナセクションの電極に通電し、混合物を電界を通して指向させるステップを含む。
【００１２】
いくつかの実施形態では、混合物は油中水型エマルジョンである。いくつかの実施態様において、フローコンディショナは、ヘリコイド状流路を有するヘリコイド状フローコンディショナ、または複数の分岐流路を含む分岐フローコンディショナである。いくつかの実施形態では、本方法が誘電率測定装置から混合物誘電率を受け取り、周波数でフローコンディショナセクションの電極に通電するように構成された周波数セレクタに混合物誘電率を送信するステップを含む。
【００１３】
別の実施形態では、２つの液体の混合物の分離のための別の装置が提供される。装置は混合物を受け入れるように構成された第１のセクションと、電界を生成するための電極を含むフローコンディショナセクションと、第１の誘電率を有する第１の取り外し可能なフローコンディショナとを含み、フローコンディショナセクションは、第１の取り外し可能なフローコンディショナの代わりに第２の誘電率を有する第２の取り外し可能なフローコンディショナを受け入れるように構成されている。装置はまた、第１のセクションに結合され、混合物の誘電率を測定し、混合物の誘電率を第１の誘電率と比較するように構成された誘電率測定装置を含む。
【００１４】
いくつかの実施形態では、混合物は油中水型エマルジョンである。いくつかの実施態様において、第１の取り外し可能なフローコンディショナは、ヘリコイド状流路を有するヘリコイド状フローコンディショナ、または複数の分岐流路を含む分岐フローコンディショナである。いくつかの実施態様において、第２の取り外し可能なフローコンディショナは、ヘリコイド状流路を有するヘリコイド状フローコンディショナ、または複数の分岐流路を含む分岐フローコンディショナである。いくつかの実施形態では、第１の取り外し可能なフローコンディショナが無機材料および高分子マトリックスである。いくつかの実施形態では、第２の取り外し可能なフローコンディショナが無機材料および高分子マトリックスである。いくつかの実施態様において、フローコンディショナの長さおよび電界の強度は、フローコンディショナセクションの電気粘性数が１０００〜６０００００の範囲内にあるように選択される。
【００１５】
別の実施形態では、２つの液体の混合物を分離する別の方法が提供される。この方法は、混合物を分離装置に供給することを含む。分離装置は、電界を生成するための電極と、第１の誘電率を有する第１の取り外し可能なフローコンディショナとを含むフローコンディショナセクションを含み、前記フローコンディショナセクションは、第１の取り外し可能なフローコンディショナの代わりに第２の誘電率を有する第２の取り外し可能なフローコンディショナを受け入れるように構成される。この方法は、混合物の誘電率を測定するステップと、第１の取り外し可能なフローコンディショナをフローコンディショナセクションから取り除くステップと、第２の取り外し可能なフローコンディショナをフローコンディショナセクションに設置するステップとをも含む。本方法はさらに、フローコンディショナセクションの電極に通電するステップと、電界を介して混合物を導くステップとを含む。
【００１６】
いくつかの実施形態では、混合物は油中水型エマルジョンである。いくつかの実施態様において、第１の取り外し可能なフローコンディショナは、ヘリコイド状流路を有するヘリコイド状フローコンディショナ、または複数の分岐流路を含む分岐フローコンディショナである。いくつかの実施態様において、第２の取り外し可能なフローコンディショナは、ヘリコイド状流路を有するヘリコイド状フローコンディショナ、または複数の分岐流路を含む分岐フローコンディショナである
【図面の簡単な説明】
【００１７】
図１は、フローコンディショナと解乳化剤用量との組み合わせについての実験の結果を示す、分離された水の体積パーセント対電気凝集（ＥＣ）後の分離時間のグラフである。
【００１８】
図２は、異なるフローコンディショナの第１の構成についての実験の結果を示す、分離された水の体積パーセント対電気凝集（ＥＣ）後の分離時間のグラフである。
【００１９】
図３は、より高い流量での異なるフローコンディショナの第１の構成についての実験の結果を示す、分離された水の体積パーセント対電気凝集（ＥＣ）後の分離時間のグラフである。
【００２０】
図４は、異なるフローコンディショナの第２の構成についての実験の結果を示す、分離された水の体積パーセント対電気凝集（ＥＣ）後の分離時間のグラフである。
【００２１】
図５は、異なるフローコンディショナの第３の構成についての実験の結果を示す、分離された水の体積パーセント対電気凝集（ＥＣ）後の分離時間のグラフである。
【００２２】
図６は油中水型エマルジョンの誘電率（実部および虚部）対周波数のグラフであり、油中水型エマルジョンの誘電率の周波数依存性挙動を示す。
【００２３】
図７は、油中水型エマルジョンの誘電率に対する水分カットの効果を示す、油中水型エマルジョンの誘電率対周波数のグラフである。
【００２４】
図８は本開示の一実施形態による、異なる誘電率を有し、分離装置の一連のセクションに配置された一連のフローコンディショナを有する分離装置の概略図である。
【００２５】
図９は、本開示の実施形態による、図８に示される分離装置の動作のためのプロセスのブロック図である。
【００２６】
図１０は本開示の一実施形態による、周波数依存誘電率を有し、分離装置部に配置されたフローコンディショナを有する分離装置の概略図である。
【００２７】
図１１は、本開示の実施形態による、周波数シフトおよび誘電率に対するその影響を示す、油中水型エマルジョンについての誘電率対周波数のグラフである。
【００２８】
図１２は、本開示の実施形態による、図１０に示される分離装置の動作のためのプロセスのブロック図である。
【００２９】
図１３Ａおよび図１３Ｂは本開示の一実施形態による、異なる誘電率を有し、分離装置部に配置された交換可能なフローコンディショナを有する分離装置の概略図である。
【００３０】
図１４は、本開示の一実施形態による、図１３Ａおよび図１３Ｂに示す分離装置の動作のためのプロセスのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本開示は、本開示の実施形態を示す添付の図面を参照してより完全に説明される。しかしながら、本開示は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、例示された実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は本開示が完全かつ完全であり、本開示の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。
【００３２】
本開示の実施形態は電気凝集（合体）を介して２つの流体（例えば、油中水型エマルジョン）の混合物を分離するための分離装置を含み、分離装置は、分離装置を通って流れる流体の誘電率に適応する誘電率を有するフローコンディショナを有する。本明細書で使用される「流動媒体」という用語は分離装置を通って流れる流体を指すことがあり、本明細書で使用されるフローコンディショナは、「液滴コライダ」とも呼ばれることがある。本明細書で使用される「誘電率」という用語は比誘電率を指す。
【００３３】
一実施形態では、分離装置が、測定部と、異なる誘電率を有するフローコンディショナを有する複合部とを含む。分離装置は、分離装置の測定部内の流動媒体の誘電率を測定する誘電体測定装置を含む。測定された誘電率は、測定された誘電率をフローコンディショナの蓄積された誘電率と比較し、測定された誘電率と可能な限り同等または類似の誘電率を有するフローコンディショナを選択するセクションセレクタに提供される。次いで、セクションセレクタは、選択されたフローコンディショナの（ＡＣ電圧発生器を介して）電極に通電する。
【００３４】
別の実施形態では、分離装置が、測定部と、周波数依存誘電率を有するフローコンディショナを有するセクションとを含む。分離装置は、分離装置の測定部内の流動媒体の誘電率を測定する誘電体測定装置を含む。測定された誘電率は、フローコンディショナの誘電率を流動媒体の誘電率と同等または可能な限り類似させる電界周波数を選択する周波数セレクタに提供することができる。次いで、周波数セレクタは、選択された周波数でフローコンディショナの電極に（ＡＣ電圧発生器を介して）通電する。
【００３５】
別の実施形態では、分離装置が、測定部と、第１の誘電率を有する交換可能なフローコンディショナを有する部分とを含む。交換可能なフローコンディショナは、第２の誘電率を有するフローコンディショナと置き換えることができる。分離装置は、分離装置の測定部内の流動媒体の誘電率を測定する誘電体測定装置を含む。測定された誘電率は、表示のためにコンピュータに提供されてもよい。測定された誘電率に基づいて、交換可能なフローコンディショナは、第２の誘電率が流動媒体の測定された誘電率と可能な限り等しいかまたは類似するように、第２の誘電率を有するフローコンディショナと置き換えられてもよい。
【実施例】
【００３６】
以下の実施例および実験は、本開示の実施形態を実証するために含まれる。以下の実施例に開示される技術および装置は本開示の実施において良好に機能することが発見された技術および装置を表し、したがって、その実施のための形態を構成すると考えることができることを当業者は理解されたい。しかしながら、当業者は本開示に照らして、開示された特定の実施形態において多くの変更を行うことができ、それでも、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、同様のまたは類似の結果を得ることができることを理解すべきである。
【００３７】
以下に説明する例および実験はフローコンディショナと電界の組み合わせを最適化することによって得られる分離性能の改善を実証し、最適化に及ぼすフローコンディショナの幾何学的形状の影響をさらに示す。実験は、容積式ポンプ、電極部および分離コーンをホストする温度室（処理されたエマルジョン試料の分離プロファイルを監視するため）、および制御装置として電圧増幅器、関数発生器、オシロスコープ、およびラップトップを有するラックを用いて、流動ループで行われた。計算シミュレーション結果は、スウェーデンのストックホルムのＣＯＭＳＯＬ  Ｉｎｃ．製のＣＯＭＳＯＬ（登録商標）  Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓシミュレーションを用いて得た。
【００３８】
実験は、３つの異なるフローコンディショナを用いて行った。高度に分岐したフローコンディショナ（タイプＡ）を使用した。本明細書で使用するとき、用語「高度に分岐した」は多数の流れの分割および液滴間の接触を最大にする交差を有するフローコンディショナを指す。タイプＡのフローコンディショナが特徴的な混合長さＬｍ＝０．４センチメートル（ｃｍ）±２ミリメートル（ｍｍ）を有した。ヘリコイダル形状のミキサーを有するフローコンディショナ（タイプＢ、「ヘリコイダルフローコンディション」とも呼ばれる）も使用された。タイプＢのフローコンディショナは特徴的な混合長さＬｍ＝１．０ｃｍ±２ｍｍを有した。本明細書で使用するとき、用語「特徴的な混合長さＬｍ」は模様をなして配置され、フローコンディショナを形成する、２つの連続するフロー分離壁の間の体積の平均水力学的径として定義される。タイプＣの「フローコンディショナ」は空の管であり、フローコンディショニング要素を含まなかった。
【００３９】
本明細書に記載されるように、実験データはフローコンディショナの幾何学的形状が水油分離性能に影響し、改善することを示している。特に、高分岐コンディショナ（タイプＡ）は、他のコンディショナ（タイプＢ）よりも水−油分離を改善する。さらに、タイプＡとタイプＢの両方のフローコンディショナは、直管（タイプＣ）よりも有利であることが証明された。従って、液滴衝突を増進するように設計された静的フローコンディショニング要素は誘起された乱流が再乳化に至らない限り、平滑なパイプ断面内の単純な電界印加において水油分離を改善し得る。
【００４０】
静電分離実験は、アラブ中間原油を用いて調製した油性エマルジョンを用いて行った。合成ブラインは、３．５％重量／体積（ｗ／ｖ）の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を脱イオン水に添加することによって調製した。２０％体積（ｖｏｌ．）の合成ブラインおよび８０％体積の原油を添加し、４０秒間１６，４００ｒｐｍでＴ−２５  ＵＬＴＲＡ−ＴＵＲＲＡＸ（登録商標）ホモジナイザー（ドイツ、ＳｔａｕｆｅｎのＩＫＡ（登録商標）製）で混合して、エマルジョンを形成した。各実験に使用したエマルジョンの体積は５００ミリリットル（ｍｌ）であった。以下に論じるように、いくつかの実験では、混合前に４０ｐｐｍの解乳化剤を原油に添加した。このような実験では、解乳化剤タイプが試験された原油の製造現場で使用される現行の解乳化剤であった。流体を４５℃に予熱し、実験を４５℃の温度で行った。同様に、４５℃の温度に設定されたオーブン中で、電界に予め曝されたサンプルの分離曲線を得た。
【００４１】
各実験において、印加電界は４．８キロボルト／センチメートル（ｋＶ／ｃｍ）であった。電界は１６ｋＶの電圧を印加することにより、３．３４ｃｍに間隔を置いた電極を横切って発生させた。波形は、１キロヘルツ（ｋＨｚ）の周波数を有する正弦波であった。しかしながら、本開示の実施形態は、実験で説明した電界の特性に限定されないことを理解されたい。例えば、電界特性の最適化は、各原油品質に対して実行され得ることが理解されるべきである。例えば、電界強度は数十ボルト／センチメートル（Ｖ／ｃｍ）から、最初の電気放電または液滴崩壊の点までの範囲とすることができる。さらに理解されるように、電界を生成するために使用される波形は、電極の短絡を防止しながら最適な電界振幅を維持するように最適化された数学関数に基づいてもよい。周波数は、以下でより詳細に論じるように最適化することができる。
【００４２】
［ベースケース−水平流および無電界］
実験に使用したアラブ中質原油は、極めて安定したエマルジョンを形成することが知られている。ベースラインを設定するために、いくつかの実験を、タイプＡフローコンディショナおよび空のパイプ（タイプＣ）を通して、解乳化剤の注入の有無（すなわち、解乳化剤用量が４０ｐｐｍまたは０ｐｐｍのいずれか）で、アラブ中質原油エマルジョンのサンプルを循環させることによって、電界の非存在下で行った。所定の分離時間後に分離した最初のエマルジョンサンプル中の総水容量のパーセンテージを測定して、分離性能を決定した。０分（分）、５分、１０分、２０分、および２５分の期間でエマルジョンサンプルから分離された水の体積パーセンテージを、約０．４リットル／分（ｌ／分）（すなわち、約１２．３秒の滞留時間）の流速について決定した。表１は、フローコンディショナ（タイプＡまたはタイプＣ）および解乳化剤用量（０ｐｐｍまたは４０ｐｐｍ）の各組み合わせについてのベースケース実験の結果を示す：
【００４３】
【表１】
2021511960.tif 000003
【００４４】
図１は、フローコンディショナ（タイプＡまたはタイプＣ）および解乳化剤用量（０ｐｐｍまたは４０ｐｐｍ）の各組み合わせについてのベースケース実験の結果を示す、分離された水の体積パーセンテージ対電気凝集後の分離時間（ＥＣ）のグラフ１００である。図１に示すように、ｙ軸１０２は分離された水の体積パーセントを示し、ｘ軸１０４は分離時間を示す。図１はまた、ベースケース実験の結果をさらに示すために、ｙ軸１０２およびｘ軸１０４上に異なる間隔を有する挿入グラフ１０６を含む。
【００４５】
［構成１：水平フローおよび短フローコンディショナ］
第１の構成では、実験が水平方向に流れるアラブ中質原油エマルジョンを使用して行われた。エマルジョンは、４０ｐｐｍの解乳化剤を添加したアラブ中質原油で形成した。実験は、水平に向いたタイプＡ、タイプＢ、およびタイプＣのフローコンディショナのそれぞれを用いて実施した。０．４ｌ／分の流速を全ての実験で使用し、これは約１２秒の印加電界中の滞留時間に相当する。ここで再び、所定の分離時間後に分離した初期エマルジョン試料中の総水容量のパーセンテージを測定して、分離性能を決定した。エマルジョン試料から０分（分）、５分、１０分、２０分、および２５分の時間期間で分離された水の体積パーセンテージを決定した。タイプＣフローコンディショナを２回運転した。表２は、各フローコンディショナ（タイプＡ、タイプＢまたはタイプＣ）についての第１の構成実験の結果を示す：
【００４６】
【表２】
2021511960.tif 000004
【００４７】
図２は、各フローコンディショナ（タイプＡ、タイプＢ、またはタイプＣ）についての第１の構成実験の結果を示す、ＥＣ後の分離時間に対する分離された水の体積パーセントのグラフ２００である。図２に示すように、ｙ軸２０２は分離された水の体積パーセントを示し、ｘ軸２０４は分離時間を示す。
【００４８】
表２および図２に示す結果はフローコンディショナの性能を図示し、相分離を向上させるためのそれらの幾何学的形状の重要性を実証する。タイプＡフローコンディショナは最高の分離性能を提供し、１０分で８０％を超える水分離を改善した。タイプＢフローコンディショナは次に高い分離性能を有し、１０分間で６５％の水分分離が可能であった。タイプＣフローコンディショナ（空パイプ）で実施した２回の運転は、１０分間で３５％に近い分離性能を示す。
【００４９】
第一の構成とより高い流量を用いた実験も行い、電界領域におけるより高い乱流とより短い滞留時間の複合効果を評価した。実験は、タイプＡおよびタイプＣのフローコンディショナを用いて、約２．３ｃｍ／秒で、以前の第一の構成実験の２倍の平均流速を決定する、０．８ｌ／分の流速で行った。エマルジョン試料から０分（分）、５分、１０分、２０分、および２５分の時間で分離された水の体積パーセントを決定した。表３は、より高流量でのタイプＡおよびタイプＣのフローコンディショナにおける最初の構成実験の結果を示す：
【００５０】
【表３】
2021511960.tif 000005
【００５１】
図３は分離された水の体積パーセント対ＥＣ後の分離時間のグラフ３００であり、タイプＡおよびタイプＣフローコンディショナについてのより高い流量での第１の構成実験の結果を示す。図３に示すように、ｙ軸３０２は分離された水の体積パーセントを示し、ｘ軸３０４は分離時間を示す。
【００５２】
表３および図３に示されるように、分離性能は、表２および図２に示す結果を生じる低い流量と比較して低下する。１０分間の分離後、分離性能はタイプＡのフローコンディショナでは５９％、タイプＣのフローコンディショナでは５５％低下する。２倍の長さのフローコンディショナを使用することによって、分離性能の低下は、主として電界下でのエマルジョンのより短い滞留時間に起因することが実証された。
【００５３】
［構成２：垂直フロー及び短フローコンディショナ］
第２の構成では、実験が水平方向に流れるアラブ中質原油エマルジョンを使用して行われた。エマルジョンは、４０ｐｐｍの解乳化剤を添加したアラブ中質原油で形成した。第２の構成実験は、工業用セパレータ入口デバイスの下向き（すなわち垂直）レッグにおける集積化電極を介した開示の適用性を実証するために実施された。その結果、本開示の実施形態は、電界の使用がそのような装置内に存在する流れの乱流と相乗するように、セパレータ入口装置内の統合において用途を有し得る。
【００５４】
実験は、垂直に向いたタイプＡおよびタイプＣフローコンディショナを用いて行った。０．４ｌ／ｍｉｎのフィードストリーム流量を用い、下降速度は重力により決定した。ここで再び、所定の分離時間後に分離した初期エマルジョン試料中の総水容量のパーセンテージを測定して、分離性能を決定した。エマルジョン試料から０分（分）、５分、１０分、２０分、および２５分の時間で分離された水の体積パーセンテージを決定した。タイプＣフローコンディショナを２回運転した。表４は、各フローコンディショナ（タイプＡまたはタイプＣ）の最初の構成実験の結果を示す：
【００５５】
【表４】
2021511960.tif 000006
【００５６】
図４は、タイプＡおよびタイプＣのフローコンディショナについての第２の構成実験の結果を示す、ＥＣ後の分離時間に対する分離水の体積パーセントのグラフ４００である。図４に示すように、ｙ軸４０２は分離された水の体積百分率を示し、ｘ軸４０４は分離時間を示す。
【００５７】
比較的低い分離性能は、電界中の短い滞留時間の結果であった。しかしながら、表４および図４は、タイプＡのフローコンディショナを用いた場合、タイプＣのフローコンディショナを用いた場合に比べて分離性能が向上していることを示している。
【００５８】
［構成３：水平流および長フローコンディショナ］
第３の構成では、実験が第１の構成で使用されたフローコンディショナよりも長いフローコンディショナ内で水平方向に流れるアラブ中質原油エマルジョンを使用して行われた。第２の構成の実験結果は、より高い流量では非効率的な水分離につながり得ることを示唆した。第三の構成実験を行い、第二の構成を用いた性能低下がフローコンディショナ内部の過剰な乱流によるものか、電界中の滞留時間が短いことによるものかを調べた。
【００５９】
エマルジョンは、４０ｐｐｍの解乳化剤を添加したアラブ中質原油で形成した。実験は、タイプＡ、タイプＢ、およびタイプＣのフローコンディショナを水平に向け、第１の構成で使用したフローコンディショナの２倍の長さで行った。０．８ｌ／分の流速を全ての実験で使用して、表３に示す結果を生じた第１の構成実験で使用した２．３ｃｍ／ｓのエマルジョン流速を再現した。その結果、電界下でのエマルジョン滞留時間は約６．６秒から約１３．９秒まで増加したが、単位時間当たりの機械的混合エネルギーは同じであった。
【００６０】
所定の分離時間後に分離した最初のエマルジョン試料中の総水容量のパーセンテージを測定して、分離性能を決定した。エマルジョン試料から０分（分）、５分、１０分、２０分、および２５分の時間で分離された水の体積パーセントを決定した。タイプＣのフローコンディショナを２回運転した。表５は、各フローコンディショナ（タイプＡ、タイプＢ、およびタイプＣ）における第３の構成実験の結果を示す。
【００６１】
【表５】
2021511960.tif 000007
【００６２】
図５は、各フローコンディショナ（タイプＡ、タイプＢ、またはタイプＣ）についての第３の構成実験の結果を示す、ＥＣ後の分離時間に対する分離水の体積パーセントのグラフ５００である。図５に示すように、ｙ軸５０２は分離された水の体積パーセントを示し、ｘ軸５０４は分離時間を示す。
【００６３】
表５及び図５に示すように、分離性能は著しく向上している。タイプＡのフローコンディショナを用いて得られた水分離は１００％に近い。第三の構成実験の結果は、最適滞留時間の選択の重要性と静的フローコンディショナと電界の相乗効果を例証した。
【００６４】
実験結果は、２つの追加の結論を支持する。まず、より大きな流量でも、フローコンディショナは凝集後に水滴を分裂させて電界の影響を相殺しない。第２に、フローコンディショナの幾何学的形状は、分離性能における主要な要因であり得る。例えば、実験結果に基づいて、タイプＢのフローコンディショナの分離性能は、一貫して、タイプＣ（空配管）のフローコンディショナとタイプＡのフローコンディショナとの間であった。別の例では、タイプＡのフローコンディショナが全ての実験および条件に対して最良の分離性能を提供した。
【００６５】
［電気流体力学無次元数］
特定の実施形態（例えば、比較的大きな工業システムなど）について、電気粘性数（Ｎｅｖ）の範囲を、上記の実験結果から決定した。Ｎｅｖは、誘電体電気レイリー数（Ｒａ）の比率として定義され、運動力に対する静電力の支配性の定量化を提供することができる。Ｎｅｖは式（１）に従って決定される：
2021511960.tif 000008
【００６６】
ここで、ＲａおよびＲｅは、式（２）および式（３）に従って決定される：
2021511960.tif 000009
2021511960.tif 000010
【００６７】
ここで、ρはキログラム／メートル３（ｋｇ／ｍ３）単位の液体密度、νはメートル２／秒（ｍ２／ｓ）単位のキネマティック粘度、ε０はファラド／メートル（Ｆ／ｍ）単位のバキューム許容値、Ｌｍはメートル（ｍ）単位のシステム特性長、Ｌはメートル（ｍ）単位のフローコンディショナの長さ、Ｅ０は電圧／メートル（Ｖ／ｍ）単位の電界、Ｕ０はメートル／秒（ｍ／ｓ）単位での平均流量速度である。
【００６８】
実験結果を用いて式１〜３を解くと、１０００〜６０００００の電気粘性数Ｎｅｖが同定される。したがって、１０００〜６０００００の範囲のＮｅｖは、明細書に記載された実施形態に従った分離装置の予備設計に使用され得る。理解されるように、このようなシステムは電界Ｅが液滴崩壊の開始につながる臨界値Ｅｍａｘ未満である限り、効果的であり得る。Ｅｍａｘの数値はエマルジョン間で変化してもよいが、いくつかの実施形態では考えられる液滴間電界強化現象に基づいて、Ｅｍａｘ＝６キロボルト／センチメートル（ｋＶ／ｃｍ）に設定されてもよい。さらに、ある実施形態では、Ｌｍが効率的な液滴衝突プロセスを提供するために、２ｃｍを超えてはならない。
【００６９】
［電界と凝集力の最適化］
理解されるように、油と水の混合物の誘電特性を、それらの相対比率、誘電率、および温度（水相誘電率に特定の影響を及ぼす）に従って決定するための様々な技術が知られている（例えば、Ｌｉｃｈｔｅｎｅｃｋｅｒ方程式など）。Ｌｉｃｈｔｅｎｅｃｋｅｒ方程式を用いて、油−水混合物の誘電特性の変動を、０％〜４０％の範囲の含水率および２０℃〜約６０℃の範囲の温度について評価した。表６は、２０℃での純油の誘電率（２．５と仮定）に対する、様々な含水量および温度での油−水混合物の誘電率の％変動を示す。
【００７０】
【表６】
2021511960.tif 000011
【００７１】
表６に示すように、油水混合物の比誘電率の変動は無視できず、含水率比が大きいほど誘電率への温度効果が大きくなる。従って、現実世界の生産環境は典型的には時間の経過と共に変動する温度と含水量の両方を伴うので（例えば、日中と夜間との間の温度差の結果として）、誘電率の変動は重大であり、電気凝集器の性能に影響を及ぼす可能性がある。以下に説明するように、本開示に記載のシミュレーション結果は、この大きさの誘電特性の変化が電界分布に負の影響を及ぼし、電気凝集システムの性能の低下をもたらす可能性があることを実証する。しかしながら、既存の電気凝集システムは、流体中の誘電特性の変動のこれらの効果を説明することができない。しかしながら、対照的に、本開示に記載される実施形態はこれらの変動を検出し、電気凝集システムの分離性能に対するそれらの影響を最小限に抑えることができる。
【００７２】
さらに、流動媒体（例えば、油水エマルジョン）の誘電性は、電気凝集プロセスの効率性に影響する。油水エマルジョンの誘電率は、水対油体積比および水塩分に依存する。図６は、油中水型エマルジョンの誘電率の周波数依存性挙動を示す、油中水型エマルジョンの誘電率対周波数のグラフ６００である。図６に示すように、左側のｙ軸６０２は誘電率値を示し、ｘ軸６０４は周波数をヘルツ（Ｈｚ）で示す。また、図６に示すように、右のｙ軸６０６は、損失係数値（ｅ”）を示す。誘電率は図６の線６０８によって示されており、損失係数は図６の線６１０によって示されている。
【００７３】
図７は、誘電率に対する水分カットの効果を示す、油中水型エマルジョンについての誘電率対周波数のグラフ７００である。図７に示すように、ｙ軸７０２は誘電率値を示し、ｘ軸７０４は周波数をヘルツ（Ｈｚ）で示す。図７にも示すように、線７０６は１０％の水分カットを有する油中水型エマルジョンの誘電率を示し、線７０８は２０％の水分カットを有する油中水型エマルジョンの誘電率を示し、線７１０は、４０％の水分カットを有する油中水型エマルジョンの誘電率を示す。図７は、例示的なフローコンディショナの誘電率に対応する線７１２も示す。
【００７４】
油中水型エマルジョンの誘電率は温度、水塩分、含水量、および原油組成などの変数に依存し、これらのすべては、電気凝集に影響を及ぼし得る。例えば、電気凝集システムに埋め込まれたフローコンディショナは１ｋＨｚの作動周波数で、１０％の水分カットを有する流動エマルジョンの誘電率に一致する（すなわち、等しい）誘電率を有すると仮定された。この状態では、図７の点Ａ（７１４）に対応して、電気凝集効率を最大にすることができる。さらに、油中水型エマルジョンおよびフローコンディショナの誘電率に差はない。
【００７５】
理解されるように、油リザーバが老朽化することにつれて、より多くの水が原油と同時生成される。さらに、リザーバの均一な利用を保証するために、リザーバエンジニアによって決定されるように、生産ウェルは異なる組み合わせで使用される。その結果、ウェル流れを受け入れる生産設備は、受け入れた流中の水分カットが頻繁に変動することがある。図７に示すように、水分カットの増加はライン７０８からライン７１０に、そしてライン７１０からライン７１２に示すように、油中水型エマルジョンの誘電率曲線を左上に並進させてエマルジョンの誘電率に影響を及ぼす。図７に示すように、この並進は、水分カットが増加することにつれて、点Ａ’（７１６）で、次いで点Ａ”（７１８）で新しい動作状態を識別する。
【００７６】
段落［００７７］〜段落［００８１］は、エマルジョン誘電特性の変化が電気凝集システムの流体体積内の電界を変更することによって、既存の電気凝集システムの分離効率にどのように影響を及ぼすかを説明する。
【００７７】
ＣＯＭＳＯＬ  Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ科学ソフトウェアパッケージを用いてコンピュータシミュレーションを行った。後述するように、シミュレーションは、フローコンディショナ材料の誘電率と流動媒体との間の差が誘電率の差に比例する電界の不均一性をもたらすことを示した。
【００７８】
表７はこの影響の定量化を示し、液体領域における最大電界（Ｅｍａｘ）および最小電界（Ｅｍｉｎ）でのエマルジョンの比誘電率／フローコンディショナの比誘電率の影響を示す。
【００７９】
【表７】
2021511960.tif 000012
【００８０】
一定のフローコンディショナ誘電率２．５、平均電界１．６  ｋＶ／ｃｍと仮定してコンピュータシミュレーションを実行した。シミュレーションを実行するために、上述の実験で使用したフローコンディショナタイプＡの幾何学的形状を数値的に作成し、次に、電界をフローコンディショナを流れる流体体積で計算した。エッジ効果を除去し、できるだけ控えめとするために、結果を流体領域の内側正方形断面について得た。正方形長さはフローコンディショナの内径の半分に等しい。
【００８１】
図７は、４０％の水分カットを有する油中水型エマルジョン（線７１０）が約１００ヘルツから約１０万ヘルツまでの範囲の周波数（すなわち、電気凝集で一般に使用される周波数）で１１の誘電率を有することを示す。その結果、この例では、誘電率比は約４．４（油中水型エマルジョン誘電率／フローコンディショナ誘電率＝１１／２．５）である。表７に示されるように、この誘電率比は、期待値のそれぞれ約−３９％および約−４５％の最大および最小電界強度の変動をもたらすことになる。理解されるように、これは、電界の甚大な減少であり、電気凝集器内の液滴引力を駆動する双極力が電界強度の第２の電力に比例するので、電気凝集効率に劇的なマイナスの影響を及ぼし得る。
【００８２】
［適応型フローコンディショナ誘電率を備えた分離装置］
本明細書で論じるように、本開示の実施形態は有利にはその誘電率を流動媒体（例えば、油中水型エマルジョン）の誘電率に適合させるフローコンディショナを有する。有利には表７に示されるように、フローコンディショナの誘電率が（例えば、１：１）に等しいか、または流動媒体の誘電率にできるだけ類似していることを確実にすることは最大および最小電界強度の変動を最小化し、その結果、分離性能に負の影響を与える。以上のことを考慮して、分離装置内に適応誘電率フローコンディショナを実装する本開示の実施形態を以下に説明する。
【００８３】
図８は、本開示の一実施形態による、異なる誘電率を有する材料から構成され、装置８００の一連のセクション８０４に配置された一連のフローコンディショナ８０２を有する分離装置８００を示す。装置は、測定部８０６、誘電率測定装置８０８、ＡＣ電圧発生器８１０、およびセクションセレクタ８１２を含んでもよい。いくつかの実施形態では、分離装置８００のセクションがほぼ円筒形（例えば、管状）の形状であってもよい。以下に記載されるように、分離装置８００は測定部８０６内の流動媒体の誘電率を測定し、流動媒体の誘電率に最も近い誘電率を有するフローコンディショナ８０２のうちの１つを選択してもよい。
【００８４】
矢印８１４によって示されるように、エマルジョンは、分離装置８００の測定セクション８０６に入る。誘電率測定装置８０８は流動媒体の誘電特性を測定し、誘電率をセクションセレクタ８１２に伝達することができる。セクションセレクタは、ＡＣ電圧発生器８１０によって給電されてもよい。セクションセレクタ８１２は、誘電率測定装置８０８から受け取った流動媒体の誘電率に応答して、流動媒体の誘電率に等しいかまたは可能な限り近い誘電率で、フローコンディショナを有するセクション８０４の電極に通電することができる。本明細書で使用される「可能な限り近い」という用語は、流動媒体の誘電率にできるだけ近い値で、フローコンディショナ材料の物理的特性によって達成可能な、フローコンディショナの誘電率を指す。例えば、分離装置８００のいくつかの実施形態では、選択されたフローコンディショナの誘電率が流動媒体の誘電率の閾値差内であってもよい。いくつかの実施形態では、閾値差が１％未満、２％未満、３％未満、４％未満、または５％未満であってもよい。
【００８５】
セクションセレクタ８１２は、受信した測定誘電率を記憶された誘電率のリストと比較するロジックを含むことができる。いくつかの実施形態では、セクションセレクタ８１２が特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、セクションセレクタ８１２が縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサまたは複雑命令セットコンピュータ（ＣＩＳＣ）プロセッサなどのマイクロプロセッサを含んでもよい。セクションセレクタ８１２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性メモリ、およびＲＯＭ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリ、任意の他の適切な光学、磁気、もしくはソリッドステート記憶媒体、またはそれらの組合せを含むことができる。メモリは、フローコンディショナ８０２に関連する誘電率のリストを記憶することができる。メモリは誘電率に関連付けられたフローコンディショナの電界を励起するための適切な信号を示す、各誘電率に関連付けられた識別子または他のインジケータを（例えば、リストまたは他のデータ構造内に）記憶することができる。
【００８６】
セクション８０４の各々は流動媒体中の電気凝集のために、そのセクション内に電界を生成するための１つ以上の電極を含み得る。図８に示すように、３つのフローコンディショナ８０２は、それぞれ異なる誘電率を有することができる。例えば、セクション８０４Ａに配置されるフローコンディショナ８０２Ａは第１の誘電率を有してもよく、セクション８０４Ｂに配置されるフローコンディショナ８０２Ｂは第１の誘電率と異なる第２の誘電率を有してもよく、セクション８０４Ｃに配置されるフローコンディショナ８０２Ｃは第１および第２の誘電率と異なる第３の誘電率を有する可能性がある。一例において、測定部８０６内の流動媒体は、フローコンディショナ８０２Ａの第１の誘電率に大部分一致する測定誘電率を有する可能性がある。この例では、セクションセレクタ８１２がフローコンディショナ８０２Ａを有するセクション８０４Ａ内の電極に通電するのであろう。セクション８０４Ｂおよび８０４Ｃの電極は、通電されず、その結果、それらのセクションには電界が発生しないであろう。別の例では、測定部８０６内の流動媒体がフローコンディショナ８０２Ｃの誘電率に大部分一致する測定誘電率を有する可能性がある。この例では、セクションセレクタ８１２がフローコンディショナ８０２Ｃを有するセクション８０４Ｃ内の電極に通電するのであろう。セクション８０４Ａおよび８０４Ｂ内の電極は通電されず、電界はそれらのセクションに生成されないであろう。
【００８７】
フローコンディショナ８０２は、フローコンディショナを構築するために異なる誘電材料を使用することによって、異なる誘電率を有する可能性がある。いくつかの実施形態では、所与の誘電率の誘電体材料が高分子マトリックス中への無機充填剤の挿入から形成されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では第１のフローコンディショナ８０２Ａが第１の高分子マトリックス中に第１の無機充填剤を有してもよく、第２のフローコンディショナ８０２Ｂは第２の高分子マトリックス中に第２の無機充填剤を有してもよく、第３のフローコンディショナ８０２Ｃは第３の高分子マトリックス中に第３の無機充填剤を有する可能性がある。いくつかの実施形態では、無機充填剤がＡｌ２Ｏ３、ＢａＴｉＯ３、ＴｉＯ２、またはＺｒＯ２であってもよい。理解されるように、高分子マトリックスに添加される無機充填剤の量およびタイプは、所望の誘電特性を有する材料を生成するように調整され得る。さらに、高分子マトリックスは流動媒体の誘電率の変化を最小限に抑えるために、（他のマトリックスと比較して）比較的低い水および原油吸収を有するように選択されてもよいことを理解されたい。表８は、本開示の実施形態と共に使用するのに適したフローコンディショナを構築するために使用することができる例示的な無機充填剤および例示的なポリマーを示す：
【００８８】
【表８】
2021511960.tif 000013
【００８９】
例えば、いくつかの実施形態では、フローコンディショナ８０２がＢａＴｉＯ３、ＴｉＯ２、またはＺｒＯ２ポリイミドマトリックスから構築されてもよい。
他の実施形態では、フローコンディショナ８０２が独立気泡多孔性を有するセラミック材料を使用して構成することができる。流動媒体が砂粒子を含むいくつかの実施態様において、砂粒子によって引き起こされる浸食を最小限に抑えるために、セラミック材料を使用する流動改良材構造を使用してもよい。
【００９０】
フローコンディショナ８０２Ａ、８０２Ｂ、および８０２Ｃのうちの１つ以上は、それぞれ、高度に分岐した幾何形状または螺旋状の幾何形状を有するスタティックミキサーを含んでもよい。
【００９１】
一部の実施形態では１つまたは複数のフローコンディショナ８０２Ａ、８０２Ｂ、および８０２Ｃはスタティックミキサーなしの直管であってもよい。いくつかの実施形態ではフローコンディショナ８０２Ａ、８０２Ｂ、および８０２Ｃは異なる形状を有する可能性がある。例えば、フローコンディショナ８０２Ａおよび８０２Ｂは高度に分岐された幾何学的形状を有するスタティックミキサーを有してもよく、フローコンディショナ８０２Ｃはヘリコイド形状を有するスタティックミキサーを有する可能性がある。他の実施形態ではフローコンディショナ８０２Ａ、８０２Ｂ、および８０２Ｃはそれぞれ、ガイドベーンおよびミキサーなどの他のフローコンディショナ要素を含んでもよい。他の実施形態では、フローコンディショナ８０２が流れ方向に直列に又は並列に配置された４つ以上のフローコンディショナを有することができる。
【００９２】
いくつかの実施形態ではフローコンディショナ８０２Ａ、８０２Ｂ、および８０２Ｃのそれぞれの電界および長さはフローコンディショナのＮｅｖが約１０００〜約６０００００であることを保証するように選択されてもよい。いくつかの実施形態では、フローコンディショナ８０２Ａ、８０２Ｂ、および８０２Ｃのそれぞれの電界は例えば、約６キロボルト／センチメートル（ｋＶ／ｃｍ）であってもよい。いくつかの実施形態ではフローコンディショナ８０２Ａ、８０２Ｂ、および８０２Ｃのそれぞれの特徴的な混合長さＬｍは２ｃｍ以下であってもよい。
【００９３】
分離装置８００は水平方向または垂直方向に、または任意の中間傾斜で使用されてもよい。分離装置８００は、水平配向または垂直配向で使用されてもよい。分離装置が垂直または傾斜した向きで設置される実施形態では、分離装置８００を通る流れは上向き（すなわち、重力に逆らう）または下向き（すなわち、重力を伴う）であってもよい。いくつかの実施形態では、分離装置８００が原油処理施設内の分離容器などの分離容器の入口に含まれてもよい。例えば、分離装置８００は、高圧生成トラップ（ＨＰＰＴ）の入口、低圧生成トラップ（ＬＰＰＴ）の入口、またはその両方に統合されてもよい。いくつかの実施形態では、分離装置８００が追加的にまたは代替的に、高圧生成トラップ（ＨＰＰＴ）と低圧生成トラップ（ＬＰＰＴ）との間に配置されてもよい。このような実施形態では、分離装置８００は原油が原油処理設備の湿式原油取扱いトレインに供給される前に、原油から水を除去することを可能にすることができる。有利には原油処理設備における分離装置８００の使用が水分離を改善し、解乳化剤の消費を低減し、追加の水分離のための資本コストを低減し、加熱要件を低減することができる（例えば、原油は既存の分離技術を使用して分離を強化するために典型的に加熱することができる）。
【００９４】
いくつかの実施形態では、分離装置８００が分離装置８００を既存の入口装置に後付けするような、マルチドラム入口装置または分離装置入口装置などの入口装置に一体化されてもよい。例えば、分離装置８００は、既にタイプの分離能力を有する装置を含む、既存の入口装置に電気凝集分離を追加してもよい。
【００９５】
図９は、本開示の一実施形態による、図８に示す分離装置８００の動作のためのプロセス９００を示す。最初に、分離装置８００を通る油中水型エマルジョンの流れを開始する（ブロック９０２）。例えば、油中水型エマルジョンは、原油処理施設に輸送されるウェル又は複数のウェルから原油を生成することができる。測定セクション内の水−油エマルジョンの誘電特性を測定することができる（ブロック９０４）。
【００９６】
測定された誘電率は、セクションセレクタ８１２（ブロック９０６）に送ることができる。セクションセレクタ８１２は分離装置内のフローコンディショナに関連する蓄積誘電率に対する測定誘電率を比較し、油中水エマルジョンの測定誘電率と同等または同程度であるフローコンディショナ誘電率を選択することができる。（ブロック９０８）。例えば、３つのフローコンディショナを有する実施形態については、測定誘電率とできるだけ類似している３つのフローコンディショナのうちの１つの誘電率を選択してもよい。次に、選択されたフローコンディショナ誘電率を有するフローコンディショナの電極を通電して電界を発生させてもよく（ブロック９１０）、油中水エマルジョンは、電界および選択されたフローコンディショナを有する部分で分離されてもよい（ブロック９１２）。
【００９７】
図１０は本開示の一実施形態による、周波数依存誘電応答（すなわち、周波数依存誘電率）を有する材料から構築され、装置１０００のセクション１００４に配置されるフローコンディショナ１００２を有する分離装置１０００を示す。装置は、測定部１００６、誘電率測定装置１００８、ＡＣ電圧発生器１０１０、および周波数セレクタ１０１２を含んでもよい。いくつかの実施形態では、分離装置１０００のセクションがほぼ円筒形（例えば、管状）の形状であってもよい。以下に記載されるように、分離装置１０００は測定部１００６内の流動媒体の誘電率を測定し、流動媒体の誘電率とフローコンディショナ１００２の周波数依存誘電率を一致させるために、区間１００４内の発生電界の周波数を選択してもよい。
【００９８】
矢印１０１４によって示されるように、油中水型エマルジョンは、装置１０００の測定セクション１００６に入り得る。誘電率測定装置１００８は流動媒体の誘電特性を測定し、誘電率を周波数セレクタ１０１２に送信することができる。セクションセレクタは、ＡＣ電圧発生器１０１０によって給電されてもよい。誘電率測定装置１００８から受け取られた流れ媒体の誘電率に応答して、周波数セレクタ１０１２は、フローコンディショナの誘電率をエマルジョンの誘電率と同等または可能な限り類似させる電界周波数を選択してもよい。次いで、周波数セレクタ１０１２は、選択された周波数で、フローコンディショナの電極を（ＡＣ電圧発生器１０１０を介して）通電する。
【００９９】
周波数セレクタ１０１２は、測定された誘電率を、フローコンディショナ１００２によって達成可能な誘電率の範囲と比較するための論理を含んでもよい。各々は、受信された測定誘電率を、記憶された誘電率のリストと比較する。いくつかの実施形態では、周波数セレクタ１０１２が特定用途向け集積回路（ＡＩＳＣ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、周波数セレクタ１０１２が縮小命令セット・コンピューティング（ＲＩＳＣ）プロセッサまたは複合命令セット・コンピューティング（ＣＩＳＣ）プロセッサなどのマイクロプロセッサを含むことができる。周波数セレクタ１０１２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性メモリ、およびＲＯＭ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリ、任意の他の適切な光、磁気、もしくはソリッドステート記憶媒体、またはそれらの組合せを含むことができる。メモリは例えば、（リストまたは他のデータ構造などの）周波数にそれぞれ関連する誘電率の範囲、または誘電率からの周波数の計算を可能にするアルゴリズムを記憶することができる。
【０１００】
いくつかの実施形態では、フローコンディショナ１００２が電界の周波数によって変化する誘電率を有する材料から構成されてもよい。いくつかの実施形態では、材料がエポキシ樹脂中にシリカナノ粒子を有するポリマー材料であってもよい。理解されるように、周波数によって変化する誘電率を有する材料は、油水混合物の分離のための電気凝集機で使用される周波数の範囲で製造され得る。例えば、誘電率変化の振幅およびそれが生じる周波数は、それらのそれぞれの誘電率および電気伝導率を考慮して、マトリクスおよび充填剤の選択によって調節されてもよい。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、フローコンディショナ１００２の電界および長さはフローコンディショナのＮｅｖが約１０００〜約６０００００であることを保証するように選択されてもよい。いくつかの実施態様において、フローコンディショナ１００２の電界は、最大で約６キロボルト／センチメートル（ｋＶ／ｃｍ）であってもよい。いくつかの実施形態では、フローコンディショナ１００２の特徴的な混合長さＬｍが２ｃｍ以下であってもよい。
【０１０２】
フローコンディショナ１００２は、高度に分岐した幾何学的形状または螺旋状の幾何学的形状を有するスタティックミキサーを含んでもよい。一部の実施形態では、フローコンディショナ１００２がスタティックミキサーを使用しない直管であってもよい。他の実施形態では、フローコンディショナ１００２がガイドベーンおよびミキサーなどの他のフローコンディショナ要素を含んでもよい。
【０１０３】
分離装置１０００は水平方向または垂直方向に、または任意の中間傾斜で使用されてもよい。分離装置が垂直または傾斜した向きで設置される実施形態では、分離装置１０００を通る流れは上向き（すなわち、重力に逆らう）または下向き（すなわち、重力を伴う）であってもよい。いくつかの実施形態では、分離装置１０００が原油処理施設内の分離容器などの分離容器の入口に含まれてもよい。例えば、分離装置１０００は、高圧生成トラップ（ＨＰＰＴ）の入口、低圧生成トラップ（ＬＰＰＴ）の入口、またはその両方に統合されてもよい。いくつかの実施形態では、分離装置１０００が追加的にまたは代替的に、高圧生成トラップ（ＨＰＰＴ）と低圧生成トラップ（ＬＰＰＴ）との間に配置されてもよい。このような実施形態では、分離装置１０００は、原油が原油処理設備の湿式原油取扱いトレインに供給される前に、原油から水を除去することを可能にすることができる。有利には原油処理設備における分離装置１０００の使用が水分離を改善し、解乳化剤の消費を低減し、追加の水分離のための資本コストを低減し、加熱要件を低減することができる（例えば、原油は典型的には既存の分離技術を使用して分離を強化するために加熱することができる）。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、分離装置１０００が既存の入口装置に後付けされるような、マルチドラム入口装置または分離装置入口装置などの入口装置に一体化されてもよい。例えば、分離装置１０００は、既に一種の分離能力を有する装置を含む既存の入口装置に電気凝集分離を加えることができる。
【０１０５】
図１１は、本開示の一実施形態による、周波数シフトおよび誘電率への影響を示す、油中水型エマルジョンについての誘電率対周波数のグラフ１１００である。図１１は、図７に示され、上述されたグラフ７００を再現する。図１１に示すように、ｙ軸１１０２は誘電率値を表し、ｘ軸１１０４は周波数をヘルツ（Ｈｚ）で表す。図１１にも示されるように、線１１０６は１０％の水分カットを有する油中水型エマルジョンの誘電率を示し、線１１０８は２０％の水分カットを有する油中水型エマルジョンの誘電率を示し、線１１１０は４０％の水分カットを有する油中水型エマルジョンの誘電率を示す。図１１は、例示的なフローコンディショナの誘電率に対応する線１１１２も示す。
【０１０６】
図１１に示されるように、点Ａ（１１１４）によって描写される最適条件から点Ａ’（１１１６）に移動した後、ｋＨｚから３００Ｈｚへの周波数調整は、フローコンディショナ（ライン１１１２に示される）の誘電率を増加させ、点Ｂ（１１１８）によって示される最適条件に移動するのであろう。
【０１０７】
図１２は、本開示の一実施形態による、図１０に示す分離装置１０００の動作のためのプロセス１２００を示す。最初に、分離装置１０００を通る水−油エマルジョンの流れを開始することができる（ブロック１２０２）。例えば、油中水型エマルジョンは、原油処理施設に輸送される井戸又は複数の井戸から原油を生成することができる。測定セクション内の水−油エマルジョンの誘電特性を測定することができる（ブロック１２０４）。
【０１０８】
測定された誘電率は、周波数セレクタ１０１２（ブロック１２０６）に送ることができる。測定された誘電率を使用して、周波数セレクタ１０１２は、電界の周波数を選択して、フローコンディショナ１００２の周波数依存誘電率が測定された誘電率に可能な限り等しいか、または類似するようにしてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、周波数セレクタ１０１２が測定された誘電率を、フローコンディショナ１００２によって達成可能な誘電率の範囲と比較してもよい。誘電率の範囲内の各誘電率は、記憶されたリスト、誘電率からの周波数の計算を可能にするアルゴリズム、または他の技法などを介して、周波数に関連付けることができる。次に、周波数セレクタはフローコンディショナの誘電率がエマルジョンの誘電率となるべく等しいかまたは類似するように選択された周波数に対応して変化するように、フローコンディショナの電界周波数を選択された周波数（すなわち、電極に送られる信号を介して周波数を変化させる）に変化させてもよい（ブロック１２０８）。水−油エマルジョンは、誘電率が一致する電界およびフローコンディショナを有するセクションで分離され得る（ブロック１２１０）。
【０１０９】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、本開示の一実施形態による、異なる誘電率を有する異なる材料から構成され、装置１３００のセクション１３０６に配置された交換可能なフローコンディショナ１３０２および１３０４を有する分離装置１３００を示す。装置は、測定部１３０８、誘電率測定装置１３１０、およびＡＣ電圧発生器１３１２を含んでもよい。いくつかの実施形態では、分離装置１３００のセクションがほぼ円筒形（例えば、管状）の形状であってもよい。いくつかの実施形態では、誘電率測定装置１３１０がコンピュータ１３１４に結合されてもよい。以下に記載されるように、分離装置１３００は測定部１３０８内の流動媒体の誘電率を測定し、流動媒体の誘電率が、セクション１３０６内のフローコンディショナの誘電率と許容できない量だけ異なる場合の指標を提供してもよい。これに応じて、分離装置１３００内のフローコンディショナ（例えば、フローコンディショナ１３０２）は別のフローコンディショナ（例えば、フローコンディショナ１３０４）と置換されてもよい。理解されるように、図１３Ａおよび１３Ｂに示される実施形態は２つのフローコンディショナを描写するが、他の実施形態は分離装置１３００内でそれぞれ取り外し可能および取り付け可能であり得る３つ、４つ、５つ以上のフローコンディショナを使用してもよい。
【０１１０】
矢印１３１６によって示されるように、エマルジョンは、フローコンディショナ１３０２を有する装置１３００の測定セクション１３０８に入り得る。誘電率測定装置１３１０は流動媒体の誘電特性を測定し、流動媒体の誘電率とフローコンディショナ１３０２の誘電率とを比較してもよい。この比較に応じて、図１３Ｂに示されるように、フローコンディショナ１３０２は、流動媒体の誘電率により近く一致するフローコンディショナ１３０４によって置き換えられてもよい。いくつかの実施形態では、セクション１３０６がアクセスパネル、取り外し可能な壁、またはセクション内に配置されたフローコンディショナへのアクセスを可能にする他の特徴を含むことができる。このようにして、フローコンディショナ１３０２を除去し、フローコンディショナ１３０４をセクション１３０６に設置してもよい。
【０１１１】
フローコンディショナ１３０２および１３０４、ならびに分離装置１３００で使用される他のフローコンディショナは、フローコンディショナを構築するために異なる誘電材料を使用することによって異なる誘電率を有する可能性がある。いくつかの実施形態では、所与の誘電率の誘電体材料が高分子マトリックス中への無機充填剤の挿入から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、無機充填剤がＡｌ２Ｏ３、ＢａＴｉＯ３、ＴｉＯ２、またはＺｒＯ２であってもよい。理解されるように、高分子マトリックスに添加される無機充填剤の量およびタイプは、所望の誘電特性を有する材料を生成するように調整され得る。さらに、高分子マトリックスは経時的および流体に曝されたときの誘電率の変化を最小限に抑えるために、（他のマトリックスと比較して）比較的低い水および原油の取り込みを有するように選択されてもよいことを理解されたい。上記の表８は、無機材料およびポリマーの例を提供する。例えば、いくつかの実施形態では、フローコンディショナ１３０２および１３０４がＢａＴｉＯ３、ＴｉＯ２、またはＺｒＯ２ポリイミドマトリックスから構築されてもよい。
【０１１２】
他の実施形態では、分離装置１３００で使用するためのフローコンディショナが独立気泡多孔性を有するセラミック材料を使用して構成することができる。例えば、いくつかの実施形態では第１のフローコンディショナ１３０２が第１の高分子マトリックス中に第１の無機充填剤を有してもよく、第２のフローコンディショナ１３０４は第２の高分子マトリックス中に第２の無機充填剤を有する可能性がある。流動媒体が砂粒子を含むいくつかの実施態様において、砂粒子によって引き起こされる浸食を最小限に抑えるために、セラミック材料を使用する流動改良材構造を使用してもよい。
【０１１３】
いくつかの実施形態では、フローコンディショナ１３０２および１３０４のそれぞれの電界および長さはフローコンディショナのＮｅｖが約１０００〜約６０００００であることを保証するように選択されてもよい。いくつかの実施形態では、フローコンディショナ１３０２および１３０４のそれぞれの電界が最大で約６キロボルト／センチメートル（ｋＶ／ｃｍ）であってもよい。いくつかの実施形態では、フローコンディショナ１３０２および１３０４のそれぞれの特徴的な混合長さＬｍが２ｃｍ以下であってもよい。
【０１１４】
フローコンディショナ１３０２および１３０４のうちの１つ以上は、それぞれ、高度に分岐した幾何形状または螺旋状の幾何形状を有するスタティックミキサーを含んでもよい。いくつかの実施態様において、フローコンディショナ１３０２および１３０４のうちの１つ以上は、スタティックミキサーを伴わない直管であってもよい。いくつかの実施態様において、フローコンディショナ１３０２および１３０４は、異なる幾何学的形状を有する可能性がある。例えば、フローコンディショナ１３０２は高度に分岐した幾何形状を有するスタティックミキサーを有してもよく、フローコンディショナ１３０４はヘリコイド形状を有するスタティックミキサーを有する可能性がある。他の実施形態では、フローコンディショナ１３０２および１３０４がガイドベーンおよびミキサーなどの他のフローコンディショナ要素を含んでもよい。
【０１１５】
分離装置１３００は水平方向または垂直方向に、または任意の中間傾斜で使用されてもよい。いくつかの実施形態では、分離装置１３００が原油処理施設内の分離容器などの分離容器の入口に含まれてもよい。例えば、分離装置１３００は、高圧生成トラップ（ＨＰＰＴ）の入口、低圧生成トラップ（ＬＰＰＴ）の入口、またはその両方に一体化されてもよい。いくつかの実施形態では、分離装置１３００が追加的にまたは代替的に、高圧生成トラップ（ＨＰＰＴ）と低圧生成トラップ（ＬＰＰＴ）との間に配置されてもよい。そのような実施形態では、分離装置１３００は、原油が原油処理設備の湿式原油取扱いトレインに供給される前に、原油から水を除去することを可能にすることができる。有利には原油処理設備における分離装置１３００の使用が水分離を改善し、解乳化剤の消費を低減し、追加の水分離のための資本コストを低減し、加熱要件を低減し得る（例えば、原油は既存の分離技術を使用して分離を強化するために典型的に加熱され得る）。
【０１１６】
いくつかの実施形態では、分離装置１３００が既存の入口装置に後付けされるような、マルチドラム入口装置または分離装置入口装置などの入口装置に一体化されてもよい。例えば、分離装置１３００は、既に一種の分離能力を有する装置を含む既存の入口装置に電気凝集分離を加えることができる。
【０１１７】
図１４は、本開示の実施形態による、図１３Ａおよび図１３Ｂに示される分離装置１３００の動作のためのプロセス１４００を示す。最初に、分離装置１３００を通る水−油エマルジョンの流れを開始することができる（ブロック１４０２）。例えば、油中水型エマルジョンは、原油処理施設に輸送される井戸または複数の井戸から原油から生成されてもよい。測定セクション内の水−油エマルジョンの誘電特性を測定することができる（ブロック１４０４）。
【０１１８】
測定された誘電率は、分離装置（ブロック１４０６）に結合されたコンピュータのディスプレイ上などに提供されてもよい。分離装置に設置されたフローコンディショナの誘電率および測定された誘電率に基づいて、フローコンディショナは、エマルジョンの測定された誘電率に可能な限り等しいかまたは類似する誘電率を有するフローコンディショナと置き換えられてもよい（ブロック１４０８）。交換後、フローコンディショナの電極に通電し、油中水型エマルジョンを、等しいまたは類似の誘電率を有する電界およびフローコンディショナを有するセクションで分離することができる（ブロック１４１０）。
【０１１９】
範囲は、本開示において、約１つの特定の値から約別の特定の値まで、またはその両方として表されてもよい。そのような範囲が表現される場合、別の実施形態は１つの特定の値から、他の特定の値、またはその両方、ならびに前記範囲内のすべての組合せであることを理解されたい。
【０１２０】
本開示の様々な態様のさらなる修正および代替実施形態は、この説明を考慮すれば当業者には明らかであろう。したがって、この説明は例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示で説明される実施形態を実行する一般的な方法を当業者に教示することを目的とする。本開示において示され、説明される形態は、実施形態の例として解釈されるべきであることが理解されるべきである。要素および材料は開示において図示され、説明されたものと置き換えられてもよく、部分およびプロセスは逆にされ、または省略されてもよく、いくつかの特徴は独立して利用されてもよく、すべて、この説明の利益を得た後に当業者には明らかであろう。以下の特許請求の範囲に記載された本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示に記載された要素に変更を加えることができる。本開示で使用または説明される見出しは、組織的な目的のためだけのものであり、本説明の範囲を限定するために使用されることを意味するものではない。
【図１】
2021511960.tif 000014
【図２】
2021511960.tif 000015
【図３】
2021511960.tif 000016
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2021511960.tif 000020
【図８】
2021511960.tif 000021
【図９】
2021511960.tif 000022
【図１０】
2021511960.tif 000023
【図１１】
2021511960.tif 000024
【図１２】
2021511960.tif 000025
【図１３Ａ】
2021511960.tif 000026
【図１３Ｂ】
2021511960.tif 000027
【図１４】
2021511960.tif 000028
【国際調査報告】
2021511960.tif 000029
2021511960.tif 000030
2021511960.tif 000031
2021511960.tif 000032
2021511960.tif 000033