ЭЛЕКТРОДЕГИДРАТОР

Полезная модель относится к электродегидраторам для обезвоживания и обессоливания нефти и может быть использована в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.
Известен электродегидратор, внутри корпуса которого установлены электроды и трубчатый коллектор с отверстиями для распределения эмульсии, отверстия выполнены по нижним образующим коллектора, причем электродегидратор снабжен V-образными отбойными пластинами, установленными под отверстиями коллектора (авт. свид. №613771, В01Д 17/06, опуб. 05.07.78 г.).
Недостатками этого электродегидратора являются низкая эффективность, нестабильность его работы и высокое энергопотребление, вызванные неуправляемым формированием проводящих цепочек из капель воды между электродами, которые приводят к перегрузкам высоковольтного трансформатора, его аварийным отключениям и невозможности стабильного поддержания необходимых для эффективной деэмульсации значений напряженности электрического поля.
Известен электродегидратор, содержащий корпус, систему ввода сырья, штуцер вывода нефти, сборник для воды, высоковольтный источник питания, узел ввода высокого напряжения и пластинчатые электроды (пат. US №4126537, В01Д 13/02, В03С 5/00, опуб. 21.11.1978 г.).
В этом электродегидраторе, наиболее близком к предлагаемому, недостатками являются относительно низкая эффективность и надежность работы, нестабильность режима и высокие энергозатраты вследствие того, что разрушаемая водонефтяная эмульсия поступает сначала в область максимальной напряженности электрического поля на участке минимального расстояния между металлическими электродами и концентрация воды в ней на этом участке также максимальна, поскольку разделение фаз еще не началось. Поэтому для этого участка характерна высокая вероятность систематических электрических пробоев, вызываемых интенсивным формированием проводящих цепочек, приводящих к существенному снижению или полному исчезновению напряжения на всей площади электродов и прекращению процесса коалесценции. Кроме того, поскольку естественные водонефтяные эмульсии всегда полидисперсны, крупные капли воды в области максимальной напряженности поля диспергируют с образованием мельчайших вторичных капель, которые уже не могут коалесцировать в поле с пониженной напряженностью и выводятся из аппарата с потоком нефти.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение эффективности, стабильности процесса, снижение энергозатрат.
Указанная задача решается тем, что в электродегидраторе, содержащем корпус, систему ввода сырья, штуцер вывода нефти, штуцер сброса воды, высоковольтный источник питания, узел ввода высокого напряжения и пластинчатые электроды, пластинчатые электроды выполнены в виде вертикальных, параллельных и чередующихся между собой потенциальных и заземленных пластин, которые закреплены в верхней части корпуса, причем потенциальные электроды закреплены с помощью подвесных изоляторов и электрически соединены с высоковольтным выводом источника питания, а заземленные электроды соединены с корпусом. Кроме того, потенциальные и заземленные пластинчатые электроды выполнены из гидрофобного полимерного композитного материала с ограниченной электропроводностью, постепенно возрастающей от нижней кромки к верхней, а также из полимерного композитного материала с отрицательным температурным коэффициентом электропроводности, и пластинчатые электроды выполнены электрически анизотропными, причем удельная электропроводность по толщине пластины каждого электрода ниже удельной электропроводности по высоте.
Отличительными признаками предлагаемого электродегидратора являются выполнение пластинчатых электродов в виде вертикальных, параллельных и чередующихся между собой потенциальных и заземленных пластин, которые закреплены в верхней части корпуса, закрепление потенциальных электродов с помощью подвесных изоляторов и соединение их с высоковольтным выводом источника питания, соединение заземленных электродов с корпусом. Такое выполнение и соединение электродов позволяет создать условия как для укрупнения капель воды, движущихся с потоком нефти вверх, для которых электрическое поле в направлении их восходящего движения является постепенно усиливающимся, так и для дальнейшего доукрупнения осаждающихся капель, для которых электрическое поле в направлении их движения является постепенно ослабляющимся, и благодаря гидрофобности, ограниченной проводимости и анизотропии электропроводности предлагаемых электродов обеспечивается полное предотвращение межэлектродных пробоев и коротких замыканий источника питания при любых значениях концентрации воды в эмульсии и стабильность процесса электродеэмульсации, а отрицательный температурный коэффициент электропроводности материала электродов позволяет в значительной мере компенсировать рост потребления электроэнергии при нагреве сырья.
Предложенный электродегидратор иллюстрируется чертежами на фиг.1-3.
На фиг.1 - показан общий вид электродегидратора;
на фиг.2 - графики зависимости потребляемого тока от напряженности электрического поля (предлагаемый);
на фиг.3 - графики зависимости потребляемого тока от напряженности электрического поля (прототип).
Предлагаемый электродегидратор содержит корпус 1, систему ввода сырья 2, штуцер вывода нефти 3, штуцер сброса воды 4, высоковольтный источник питания 5, узел ввода высокого напряжения 6 и пластинчатые электроды. Пластинчатые электроды выполнены в виде вертикальных, параллельных и чередующихся между собой потенциальных пластин 7 и заземленных пластин 8, которые закреплены в верхней части корпуса 1. Потенциальные электроды (пластины) 7 закреплены с помощью подвесных изоляторов 9 и электрически соединены с высоковольтным выводом 10 источника питания 5, а заземленные электроды 8 соединены с корпусом 1. Потенциальные электроды 7 и заземленные электроды 8 выполнены из гидрофобного полимерного композитного материала с ограниченной электропроводностью, постепенно возрастающей от нижней кромки к верхней, кроме того полимерный композитный материал взят с отрицательным температурным коэффициентом электропроводности и электроды выполнены электрически анизотропными, причем удельная электропроводность по толщине пластины каждого электрода ниже удельной электропроводности по высоте.
Электродегидратор работает следующим образом. Водонефтяная эмульсия через систему ввода сырья 2 равномерно вводится в аппарат, движется вертикально вверх и поступает сначала в нижнюю часть межэлектродного пространства, в которой вследствие ограниченной электропроводности (резистивности) электродов напряженность электрического поля минимальна и достаточна для коалесценции наиболее крупных капель эмульгированной воды, но в то же время не вызывает их электрического диспергирования. Достаточно укрупнившиеся капли гравитационной силой выводятся из межэлектродного пространства и осаждаются на дно аппарата. Далее разрушаемая эмульсия последовательно проходит через области постепенно усиливающегося электрического поля, в каждой из которых его напряженность оптимальна для коалесценции капель соответствующих размеров. В верхней части межэлектродного пространства напряженность электрического поля максимальна и достаточна для эффективной коалесценции оставшихся в нефти наиболее мелкодисперсных капель воды. Кроме того, в этой области благодаря максимальной неоднородности электрического поля возникают диэлектрофоретические силы, действующие на поляризованные капли и направленные вниз, которые удерживают мелкие капли в электрическом поле, тем самым увеличивая их концентрацию и способствуя их коалесценции, т.е. в рабочем режиме устанавливается динамическое равновесие между процессами принудительной коалесценции капель дисперсной водной фазы нефтяной эмульсии и их естественного гравитационного осаждения, а именно разделения фаз. При этом реализуемый в предлагаемом электродегидраторе режим электрообработки стимулирует и доукрупнение осаждающихся капель, для которых электрическое поле в направлении их движения является постепенно ослабляющимся. Выполнение электродов из материалов, обладающих комплексом свойств гидрофобности, ограниченной электропроводности, анизотропии электропроводности и отрицательного температурного коэффициента электропроводности не только предотвращает межэлектродные пробои и короткие замыкания, но и снижает потребление электроэнергии. Кроме того, предлагаемые электроды обладают высокой стойкостью к агрессивным средам, высокими антиадгезионными свойствами, не подвержены электрохимической коррозии и имеют малый вес, позволяющий снизить нагрузку на подвесные изоляторы и продлить срок их службы.
В процессе электрических испытаний предлагаемого электродегидратора с электродами из композитного материала на основе политетрафторэтилена с проводящим наполнителем подвергали электрообработке водонефтяные эмульсии с содержанием минерализованной воды от 5% до 50% об. Зависимости силы потребляемого электродегидратором тока от напряженности электрического поля представлены на графике (фиг.2). Эти испытания показали, что электрический режим во всем диапазоне обводненностей сырья стабильный, колебаний тока, пробоев и коротких замыканий электродов не наблюдалось вплоть до напряженности поля 4 кВ/см, заведомо более высокой, чем напряженности, применяемые при электродеэмульсации нефти, тогда как у прототипа при содержании воды в эмульсии 2% пробой и короткое замыкание электродов произошли при напряженности поля 1,6 кВ/см, а напряженность поля при обработке 5%-ной эмульсии не удалось поднять выше 0,7 кВ/см вследствие возникновения короткого замыкания электродов.
3
В процессе технологических испытаний предлагаемого электродегидратора проводили электродеэмульсацию тяжелой нефти плотностью 884 кг/м с исходным содержанием воды от 5% до 50% об. Процесс осуществляли при температуре 35°С без подачи в сырье деэмульгатора. Результаты деэмульсации приведены в таблице:
Содержание воды, % об.
На входе электродегидратора
На выходеэлектродегидратора
5
0,06
10
0,09
30
0,13
50
0,21
Как видно из таблицы, предлагаемый электродегидратор позволяет глубоко обезвоживать тяжелую нефть в широком диапазоне обводненностей сырья, при этом степень обезвоживания превышает 99%.
Таким образом, применение предлагаемого электродегидратора позволяет повысить эффективность процесса электродеэмульсации нефти, снизить затраты электроэнергии, расход деэмульгатора, тепловой энергии и повысить стабильность электрического и технологического режима.
В настоящее время проведены полупромышленные испытания предлагаемого электродегидратора, которые показали его высокую эффективность, стабильность в работе и экономичность. Намечено внедрение предлагаемого электродегидратора в IV квартале 2010 года.