Electrostatic forces and their application in the oil and gas industry
Authors: Осипов М.С. , Аредаков М.Г. , Кравцов А.С. , Кравец Н.С. 
Published: July 2024

В статье рассмотрены особенности применения электростатических сил в нефтегазовой отрасли. Исследуется ускоренное разделение глицерина в процессе производства биодизеля с помощью сильных электростатических полей. Умножители напряжения Кокрофта-Уолтона были реализованы для генерирования высокого постоянного напряжения до 4000 В. Напряжение прикладывалось к эмульсии биодизель / глицерин с использованием двух пар сплошных медных электродов на расстоянии 4 см. Скорость разделения и форма волны высокого напряжения регистрировались каждую секунду в программируемом микроконтроллере. Результаты экспериментов показали, что время достижения 100% -ной полноты разделения под действием только силы тяжести достигло 8,3 ч. Было ускорено до достижения полноты разделения 115,49% за 0,301 ч под воздействием 4000 В. Аналогичные результаты были получены с чрезмерной концентрацией эмульгатора, что привело к значительному замедлению отделения глицерина под действием силы тяжести. Например, время разделения уменьшилось с 17, 18, 20 и 25,19 ч до 0,5, 0,52, 0,61 и 0,67 ч после приложения 2000 В к образцам с 4,0, 5,0, 6,0 и 7,0 г эмульгатора соответственно. Качество отделенного биодизеля оценивалось с помощью газового хроматографического анализа до и после подачи высокого напряжения. Хроматограмма не показала появления каких-либо посторонних пиков, подтверждающих, что приложение высокого напряжения не вызвало или даже не инициировало какую-либо химическую реакцию. Кроме того, незначительные изменения были измерены в физических свойствах, таких как плотность, показатель преломления, температура вспышки и содержание воды.

The article discusses the features of the application of electrostatic forces in the oil and gas industry. The accelerated separation of glycerol in the process of biodiesel production using strong electrostatic fields is investigated. Cockcroft-Walton voltage multipliers were implemented to generate high DC voltage up to 4000 V. The voltage was applied to the biodiesel / glycerin emulsion using two pairs of solid copper electrodes at a distance of 4 cm. The separation rate and the high voltage waveform were recorded every second in the programmable microcontroller. The results of the experiments showed that the time to achieve 100% separation completeness under the influence of gravity alone reached 8.3 hours. It was accelerated to achieve separation completeness of 115.49% in 0.301 hours under the influence of 4000 V. Similar results were obtained with an excessive concentration of the emulsifier, which led to a significant slowdown in the separation of glycerol under the influence of gravity. For example, the separation time decreased from 17, 18, 20, and 25.19 hours to 0.5, 0.52, 0.61, and 0.67 hours after applying 2000 V to samples with 4.0, 5.0, 6.0, and 7.0 g of emulsifier, respectively. The quality of the separated biodiesel was evaluated by gas chromatographic analysis before and after the high voltage supply. The chromatogram did not show the appearance of any extraneous peaks, confirming that the application of high voltage did not cause or even initiate any chemical reaction. In addition, minor changes were measured in physical properties such as density, refractive index, flash point, and water content.