CN112505302A - 一种连续流动的电场协同介质聚结破乳效果评测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电场协同介质聚结破乳效果评测系统，所述评测系统包括乳状液产生单元、连续流动单元、电‑介协同破乳单元、乳状液分析单元；其中：乳状液产生单元包括乳液配制罐、超声振子、超声波发生器和高温蒸汽发生器；所述连续流动单元包括连接管路和蠕动泵；所述电‑介协同破乳单元包括电‑介协同破乳器和电源，示波器；所述乳状液分析单元用于分析乳状液的性能，包括稳定性分析仪、红外测油仪、动态光散射仪、高清显微镜和计算机等。本发明的评测系统具有评价迅速、结果准确的优点，能够用于对来自现场O/W乳状液和W/O乳状液的电场协同介质破乳效果的评价，实现对电场参数、介质参数的优化。
Description
技术领域
本发明属于石油化工油水分离领域，具体涉及一种连续流动的电场协同介质聚结破乳效果评测系统。
背景技术
在石油化工工业中，乳状液的脱水或除油净化具有广泛需求。如在油田中，井下采出液粗分离后为含水原油(即W/O乳状液)和含油采出水(即O/W乳状液)；如在炼油厂中，蒸馏后的油品含水(即W/O乳状液)，油气和水蒸气冷凝后的污水中含油(即O/W乳状液)。现有技术中电场破乳可应用于乳状液的破乳分离领域，但通常仅通过单一电场进行乳状液的破乳分离，分离效果不佳。例如目前在原油脱水中广泛应用的静电聚结器或静电脱水器的基本原理为施加高压交流或脉冲电场，水滴在电极板之间形成水滴链并发生偶极聚结或振荡聚结，聚结长大的水滴沉降分离。如CN201710460768.0公开的一种管式连续静电聚结器及油水分离方法、CN201410784191.5公开的一种立式静电聚结器橇装化试验装置及方法、CN201410767576.0公开的一种静电聚结快速评价系统及方法中的电脱水装置，与现有的电脱水装置不同，本案发明人发明了电场协同介质聚结的电-介协同破乳器，其基本原理利用电场对水滴的电流体动力学迁移作用，使水滴与填充的聚结介质发生碰撞，并在介质诱导聚结的作用下聚结长大。
由于不同的油田或炼油厂产生的乳状液的物性差异较大，电-介协同破乳器的电场参数、介质参数的设计条件根据物料条件而变。因此，有必要发明能够对工业现场来样或模拟工业现场物料性质乳状液的电-介协同破乳效果的实验室快速评测系统，用以对电-介协同破乳器的参数优化设计、对电源配置的选型等。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种连续流动的电场协同介质聚结破乳效果评测系统，通过电场协同介质聚结强化破乳分离过程，针对不同物性的O/W乳状液、W/O乳状液的电场协同介质聚结破乳的最佳参数不同，对乳状液的电-介协同破乳效果进行快速评价，为电-介协同破乳器的设计提供参考。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电场协同介质聚结破乳效果评测系统，所述评测系统包括乳状液产生单元、连续流动单元、电-介协同破乳单元、乳状液分析单元，其中：
所述乳状液产生单元包括用于配置乳状液的乳液配制罐、放置于所述乳液配制罐中的超声振子和与所述超声振子连接的超声波发生器，所述超声波发生器用于控制所述超声振子利用超声实现O/W乳状液的乳化；所述乳状液产生单元还包括与所述乳液配制罐连接的高温蒸汽发生器，用于利用高温蒸汽实现W/O乳状液的乳化；
所述连续流动单元包括连接管路，所述连接管路的一端插入所述乳液配制罐的底端，另一端连接所述电-介协同破乳单元，所述连接管路中设有用于提供动力的蠕动泵；
所述电-介协同破乳单元包括电-介协同破乳器，所述电-介协同破乳器的外壁设有进液口、出水口和出油口，所述进液口与所述连接管路连接，所述出水口和出油口中，作为连续相的出口连接一出液管路，作为分散相的出口将分散相排至分散相储罐；所述电-介协同破乳单元还包括与所述电-介协同破乳器连接的电源，用于提供电场电力，所述电源连接一示波器，用于显示不同电压信号的波形；
所述乳状液分析单元用于分析所述连接管路和出液管路上的乳状液的性能，包括用于分析乳状液稳定性的稳定性分析仪、用于分析O/W乳状液中油滴粒径分布的马尔文激光粒度仪、用于分析O/W乳状液中含油浓度的红外测油仪、用于分析W/O乳状液中水滴粒径分布的动态光散射仪、用于分析W/O乳状液中含水浓度的卡尔费休水分仪和用于分析乳状液的微观图像，得到液滴粒径分布的高清显微镜和计算机。
根据本发明的优选实施例，所述电-介协同破乳器包括电-介协同破乳模块和用于促进破乳后的油相和水相分离的强化沉降模块；所述电-介协同破乳模块包括用于提供迁移分散相液滴的电场的电极组件和用于固定所述电极组件的格栅，所述电极组件内部均匀填充有由介质颗粒组成的聚结介质，用于捕获分散相液滴并使液滴聚结长大。
根据本发明的优选实施例，所述电极组件包括位于所述电-介协同破乳器中心的一根第一棒状电极和围绕所述第一棒状电极，沿圆周均布的若干根第二棒状电极，且所述第二棒状电极通过导线连通；所述第一棒状电极和第二棒状电极以竖直方式放置于所述电-介协同破乳器内部；所述第一棒状电极和第二棒状电极中，任意一组棒状电极与所述电源的正极连接，作为所述电极组件的阳极，另一组棒状电极与所述电源的负极连接，作为所述电极组件的阴极。
根据本发明的优选实施例，所述电-介破乳器为圆筒状，内径为40-50mm；所述第一棒状电极的直径为2-5mm、长度为30-50cm；所述第二棒状电极的直径为2-3mm、长度为30-50cm，第二棒状电极的数量为6-18根。
根据本发明的优选实施例，所述格栅包括上下两片材质为不导电的高分子材料的格栅，所述格栅的中心和外圈分别设有开孔，所述第一棒状电极和第二棒状电极的两端分别穿入所述开孔，从而由所述上下两片格栅固定。
根据本发明的优选实施例，所述评测系统的评测对象为O/W乳状液，所述电-介协同破乳器的进液口位于所述电-介协同破乳器外壁的底端，所述强化沉降模块位于所述电-介协同破乳模块的上方，出水口和出油口位于所述电-介协同破乳器外壁的顶端，且所述出油口位于所述出水口的上方。
根据本发明的优选实施例，所述评测系统的评测对象为W/O乳状液，所述电-介协同破乳器的进液口位于所述电-介协同破乳器外壁的顶端，所述强化沉降模块位于所述电-介协同破乳模块的下方，出水口和出油口位于所述电-介协同破乳器外壁的底端，且所述出油口位于所述出水口的上方。
根据本发明的优选实施例，所述评测系统的评测对象为O/W乳状液，所述第一棒状电极和第二棒状电极为不溶出的裸电极，电压为3-1000V，聚结介质为亲油性的高分子材料，形状为颗粒形，颗粒尺寸为0.2-3mm，介质床层厚度为15-20cm，平均截面流速为0.001-0.05m/s。
根据本发明的优选实施例，所述评测系统的评测对象为W/O乳状液，所述第一棒状电极和第二棒状电极为涂覆绝缘层的绝缘电极，电压为0.5-15kV，聚结介质为亲水性的无机材料，形状为颗粒形，颗粒尺寸为0.2-3mm，介质床层厚度15-20cm、平均截面流速为0.001-0.03m/s。
根据本发明的优选实施例，所述电源产生的电场型式为直流电场、脉冲电场或交流电场，当为交流或脉冲电场时，频率范围为5-100Hz、占空比0.2-0.8。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种连续流动的电场协同介质聚结破乳效果评测系统，通过电场协同介质聚结强化破乳过程，并及时评价电场协同介质聚结破乳的效果，即针对不同物性的O/W乳状液或W/O乳状液的电场协同介质聚结的最佳参数不同，能够对O/W乳状液或W/O乳状液的电场协同介质聚结破乳效果进行快速评价，为电场协同介质聚结破乳器的设计提供参考。本发明的评测系统具有评价迅速、结果准确的优点，能够用于对来自石油化工、煤化工、生物燃料等行业的现场O/W乳状液或W/O乳状液的电场协同介质破乳效果的评价，及用于对电场参数、介质参数的优化。
附图说明
图1是本发明涉及的电场协同介质聚结破乳效果评测系统的示意图；
图2是本发明涉及的O/W乳状液的电-介协同破乳器的结构示意图；
图3是本发明涉及的W/O乳状液的电-介协同破乳器的结构示意图；
图4是图2中A-A截面的剖面图；
符号说明：
1-示波器、2-电源、3-电-介协同破乳器、4-乳液配制罐、5-超声振子、6-超声波发生器、7-连接管路、8-蠕动泵、9-出液管路、10-分散相储罐、11-乳状液分析单元；
31-进液口、32-出水口、33-出油口、34-第一棒状电极、35-第二棒状电极、36-聚结介质、37-格栅、38-强化沉降模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本案发明人利用电场对水滴或油滴的强制迁移作用和介质对水滴或油滴的诱导聚结作用进行O/W乳状液或W/O乳状液的破乳分离。其中，所述电场对水滴或油滴的强制迁移作用指的是水滴或油滴在电流体动力学作用产生的迁移。所述介质对水滴或油滴的诱导聚结作用指的是亲水性介质对水滴具有的润湿聚结作用，而亲油性介质对油滴具有的润湿聚结作用，使得W/O乳状液中的水滴和O/W乳状液中的油滴可以被介质捕获并诱导聚结。将所述两种作用协同配合，实现W/O乳状液和O/W乳状液的深度破乳。
为了对电场参数、介质参数等进行优化，本发明还提供了一种连续流动的电场协同介质聚结破乳效果评测系统，是以所述电场协同介质聚结破乳的设备为核心搭建的评测系统，可以对流动状态下W/O乳状液和O/W乳状液在电场协同介质聚结破乳的设备中的破乳效果进行评价，即通过配制的不同物性的乳状液在电场协同介质聚结破乳的设备中破乳处理，采用在线检测分析系统对处理前后的乳状液进行稳定性、含油浓度及粒径分布等的变化分析，评价破乳效果，进而实现对电场参数、介质参数的优化。
实施例1
如图1所示，一种电场协同介质聚结破乳效果评测系统，所述评测系统包括乳状液产生单元、连续流动单元、电-介协同破乳单元、乳状液分析单元11，其中：
所述乳状液产生单元包括用于配置乳状液的乳液配制罐4、放置于所述乳液配制罐4中的超声振子5和与所述超声振子5连接的超声波发生器6，所述超声波发生器6用于控制所述超声振子5利用超声实现O/W乳状液的乳化；所述乳状液产生单元还包括与所述乳液配制罐4连接的高温蒸汽发生器(图中未示出)，用于利用高温蒸汽实现W/O乳状液的乳化；
所述连续流动单元包括连接管路7，所述连接管路7的一端插入所述乳液配制罐4的底端，另一端连接所述电-介协同破乳单元，所述连接管路7中设置一用于提供动力的蠕动泵8；
所述电-介协同破乳单元包括电-介协同破乳器3，所述电-介协同破乳器3的外壁设有进液口31、出水口32和出油口33，所述进液口31与所述连接管路7连接，所述出水口32和出油口33中，作为连续相的出口连接一出液管路9，作为分散相的出口将分散相排至分散相储罐10；所述电-介协同破乳单元还包括与所述电-介协同破乳器3连接的电源2，用于提供电场电力，所述电源2连接一示波器1，用于显示不同电压信号的波形；
所述乳状液分析单元用于分析所述连接管路7和出液管路9上的乳状液的性能，包括用于分析乳状液稳定性的稳定性分析仪、用于分析O/W乳状液中油滴粒径分布的马尔文激光粒度仪、用于分析O/W乳状液中含油浓度的红外测油仪、用于分析W/O乳状液中水滴粒径分布的动态光散射仪、用于分析W/O乳状液中含水浓度的卡尔费休水分仪和用于分析乳状液的微观图像，得到液滴粒径分布的高清显微镜和计算机。
进一步的，如图2和图3所示，所述电-介协同破乳器3用于O/W乳状液或W/O乳状液的破乳分离，主要包括电-介协同破乳模块和用于促进破乳后的油相和水相的分离的强化沉降模块38；所述电-介协同破乳模块包括用于提供迁移O/W乳状液中油滴或W/O乳状液中水滴的电场的电极组件和用于固定所述电极组件的格栅37，所述电极组件内部均匀填充有由介质颗粒组成的聚结介质36，用于捕获O/W乳状液中的油滴或W/O乳状液中水滴并使液滴聚结长大。O/W乳状液或W/O乳状液在所述电-介协同破乳模块内竖直流动，分散相液滴在电-介协同破乳模块内聚结长大，液滴随连续相离开电-介协同破乳模块后再经过所述强化沉降模块38，而与连续相流体快速分离。
进一步的，结合图4，所述电极组件包括位于所述电-介协同破乳器3中心的一根第一棒状电极34和围绕所述第一棒状电极34，沿圆周均布的若干根第二棒状电极35，且所述第二棒状电极35通过导线连通；所述第一棒状电极34和第二棒状电极35以竖直方式放置于所述电-介协同破乳器3内部；所述第一棒状电极34和第二棒状电极35中，任意一组棒状电极与所述电源2的正极连接，作为所述电极组件的阳极，另一组棒状电极与所述电源2的负极连接，作为所述电极组件的阴极。
优选的，所述电-介破乳器3为圆筒状，内径为40-50mm；所述第一棒状电极34的直径为2-5mm、长度为30-50cm；所述第二棒状电极35的直径为2-3mm、长度为30-50cm，第二棒状电极35的数量为6-18根。
进一步的，所述格栅37包括上下两片材质为不导电的高分子材料的格栅，所述格栅37的中心和外圈分别设有开孔，所述第一棒状电极34和第二棒状电极35的两端分别穿入所述开孔，从而由所述上下两片格栅37固定。优选的，所述格栅37的材质为聚四氟乙烯或有机玻璃。
进一步的，所述评测系统的评测对象为O/W乳状液，如图2所示，所述电-介协同破乳器3的进液口31位于所述电-介协同破乳器3外壁的底端，所述强化沉降模块38位于所述电-介协同破乳模块的上方，出水口32和出油口33位于所述电-介协同破乳器3外壁的顶端，且所述出油口33位于所述出水口32的上方。
进一步的，所述评测系统的评测对象为W/O乳状液，如图3所示，所述电-介协同破乳器3的进液口31位于所述电-介协同破乳器3外壁的顶端，所述强化沉降模块38位于所述电-介协同破乳模块的下方，出水口32和出油口33位于所述电-介协同破乳器3外壁的底端，且所述出油口33位于所述出水口32的上方。
进一步的，所述评测系统的评测对象为O/W乳状液，所述第一棒状电极34和第二棒状电极35为不溶出的裸电极，电压为3-1000V，聚结介质36为亲油性的聚四氟乙烯、聚丙烯等高分子材料，形状为颗粒形，颗粒尺寸为0.2-3mm，介质床层厚度为15-20cm，平均截面流速为0.001-0.05m/s；
进一步的，所述评测系统的评测对象为W/O乳状液，所述第一棒状电极34和第二棒状电极35为涂覆绝缘层的绝缘电极，电压为0.5-15kV，聚结介质36为亲水性的玻璃、石英砂等无机材料，形状为颗粒形，颗粒尺寸为0.2-3mm，介质床层厚度15-20cm，平均截面流速为0.001-0.03m/s；
进一步的，所述电源2产生的电场型式为直流电场、脉冲电场或交流电场，当为交流或脉冲电场时，频率范围为5-100Hz、占空比0.2-0.8。
实施例2
采用实施例1所述连续流动的电场协同介质聚结破乳效果评测系统，处理O/W乳状液并进行电场协同介质聚结破乳特性分析。
所述电-介协同破乳器的内径为40mm；第一棒状电极的直径为3mm、长度为32cm，材质为金属钛，作为所述电极组件的阴极；第二棒状电极的数量为12根，直径为2mm、长度为32mm，材质为金属钛，通过铜导线连通，作为所述电极组件的阳极；所述格栅为聚四氟乙烯材质；电源提供的电场为直流电场，电压为200V；聚结介质的介质颗粒是尺寸为3mm的聚丙烯颗粒；所述电场协同介质聚结破乳器内的平均截面流速为0.001-0.01m/s；所述强化沉降模块为编织的纤维网结构；O/W乳状液中的油相为柴油、水相为去离子水，所述乳液配制罐中配置的O/W乳状液的油含量522mg/L。
采用图1中的评测系统，测试并获得所述电-介协同破乳器的介质床层厚度对O/W乳状液分离性能的影响规律，如下表所示，为电-介协同破乳器的介质参数的优化提供参考。
Claims (10)
1.一种电场协同介质聚结破乳效果评测系统，其特征在于，所述评测系统包括乳状液产生单元、连续流动单元、电-介协同破乳单元、乳状液分析单元，其中：
所述乳状液产生单元包括用于配置乳状液的乳液配制罐、放置于所述乳液配制罐中的超声振子和与所述超声振子连接的超声波发生器，所述超声波发生器用于控制所述超声振子利用超声实现O/W乳状液的乳化；所述乳状液产生单元还包括与所述乳液配制罐连接的高温蒸汽发生器，用于利用高温蒸汽实现W/O乳状液的乳化；
所述连续流动单元包括连接管路，所述连接管路的一端插入所述乳液配制罐的底端，另一端连接所述电-介协同破乳单元，所述连接管路中设有用于提供动力的蠕动泵；
所述电-介协同破乳单元包括电-介协同破乳器，所述电-介协同破乳器的外壁设有进液口、出水口和出油口，所述进液口与所述连接管路连接，所述出水口和出油口中，作为连续相的出口连接一出液管路，作为分散相的出口将分散相排至分散相储罐；所述电-介协同破乳单元还包括与所述电-介协同破乳器连接的电源，用于提供电场电力，所述电源连接一示波器，用于显示不同电压信号的波形；
所述乳状液分析单元用于分析所述连接管路和出液管路上的乳状液的性能，包括用于分析乳状液稳定性的稳定性分析仪、用于分析O/W乳状液中油滴粒径分布的马尔文激光粒度仪、用于分析O/W乳状液中含油浓度的红外测油仪、用于分析W/O乳状液中水滴粒径分布的动态光散射仪、用于分析W/O乳状液中含水浓度的卡尔费休水分仪和用于分析乳状液的微观图像，得到液滴粒径分布的高清显微镜和计算机。
2.根据权利要求1所述的破乳效果评测系统，其特征在于，所述电-介协同破乳器包括电-介协同破乳模块和用于促进破乳后的油相和水相分离的强化沉降模块；所述电-介协同破乳模块包括用于提供迁移分散相液滴的电场的电极组件和用于固定所述电极组件的格栅，所述电极组件内部均匀填充有由介质颗粒组成的聚结介质，用于捕获分散相液滴并使液滴聚结长大。
3.根据权利要求2所述的破乳效果评测系统，其特征在于，所述电极组件包括位于所述电-介协同破乳器中心的一根第一棒状电极和围绕所述第一棒状电极，沿圆周均布的若干根第二棒状电极，且所述第二棒状电极通过导线连通；所述第一棒状电极和第二棒状电极以竖直方式放置于所述电-介协同破乳器内部；所述第一棒状电极和第二棒状电极中，任意一组棒状电极与所述电源的正极连接，作为所述电极组件的阳极，另一组棒状电极与所述电源的负极连接，作为所述电极组件的阴极。
4.根据权利要求3所述的破乳效果评测系统，其特征在于，所述电-介破乳器为圆筒状，内径为40-50mm；所述第一棒状电极的直径为2-5mm、长度为30-50cm；所述第二棒状电极的直径为2-3mm、长度为30-50cm，第二棒状电极的数量为6-18根。
5.根据权利要求3所述的破乳效果评测系统，其特征在于，所述格栅包括上下两片材质为不导电的高分子材料的格栅，所述格栅的中心和外圈分别设有开孔，所述第一棒状电极和第二棒状电极的两端分别穿入所述开孔，从而由所述上下两片格栅固定。
6.根据权利要求2所述的破乳效果评测系统，其特征在于，所述评测系统的评测对象为O/W乳状液，所述电-介协同破乳器的进液口位于所述电-介协同破乳器外壁的底端，所述强化沉降模块位于所述电-介协同破乳模块的上方，出水口和出油口位于所述电-介协同破乳器外壁的顶端，且所述出油口位于所述出水口的上方。
7.根据权利要求2所述的破乳效果评测系统，其特征在于，所述评测系统的评测对象为W/O乳状液，所述电-介协同破乳器的进液口位于所述电-介协同破乳器外壁的顶端，所述强化沉降模块位于所述电-介协同破乳模块的下方，出水口和出油口位于所述电-介协同破乳器外壁的底端，且所述出油口位于所述出水口的上方。
8.根据权利要求3所述的破乳效果评测系统，其特征在于，所述评测系统的评测对象为O/W乳状液，所述第一棒状电极和第二棒状电极为不溶出的裸电极，电压为3-1000V，聚结介质为亲油性的高分子材料，形状为颗粒形，颗粒尺寸为0.2-3mm，介质床层厚度为15-20cm，平均截面流速为0.001-0.05m/s。
9.根据权利要求3所述的破乳效果评测系统，其特征在于，所述评测系统的评测对象为W/O乳状液，所述第一棒状电极和第二棒状电极为涂覆绝缘层的绝缘电极，电压为0.5-15kV，聚结介质为亲水性的无机材料，形状为颗粒形，颗粒尺寸为0.2-3mm，介质床层厚度15-20cm、平均截面流速为0.001-0.03m/s。
10.根据权利要求1所述的破乳效果评测系统，其特征在于，所述电源产生的电场型式为直流电场、脉冲电场或交流电场，当为交流或脉冲电场时，频率范围为5-100Hz、占空比0.2-0.8。
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