DE3020457A1 - Vorrichtung und verfahren zum elektrischen trennen von emulsionen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum elektrischen trennen von emulsionen

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Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum elektrischen Trennen von Emulsionen. Unter "Emulsion" werden hierbei sowohl echte Emulsionen als auch Dispersionen verstanden, die Emulsionen ähneln. Die erfindungsgemäßen Emulsionen umfassen nicht mischbare äußere und innere flüssige Phasen, wobei die innere Phase ein wäßriges Material und die äußere Phase ein organisches Material ist. Die innere wäßrige Phase hat eine höhere Dielektrizitätskonstante und Leitfähigkeit als die äußere organische Phase. Das wäßrige Material kann verschiedene wasserlösliche Verunreinigungen, z.B. Chloridionen, und unlösliche Salze oder anorganische Feststoffe, z.B. Sand, enthalten. Die zur elektrischen Trennung eingesetzte Emulsion kann als Strom aus einer natürlichen Quelle vorliegen oder als Strom aus einer Produktionsanlage, z.B. einer Ölraffinerie oder einer Anlage zur Produktion von Chemikalien oder anderen Materialien. Die Emulsion kann aber auch erst hergestellt oder weiter modifiziert werden, indem man ein wäßriges Medium mit einem flüssigen organischen Material vermischt. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Trennung von Emulsionen aus Wasser und hochleitfähigen, hochviskosen Rohölen mit niedrigem API-Grad.
Elektrische Felder werden zum Trennen zahlreicher Emulsionen angewandt, bei denen die innere Phase ein wäßriges Material, z.B. Wasser, Lauge oder Säure,und die äußere Phase ein organisches flüssiges Material, z.B. Rohöl, ist. Diese Emulsionen werden zwischen Hochspannungselektroden geleitet, deren elektrisches Feld eine Koaleszenz der inneren Phase bewirkt. Unter "Koaleszenz" wird hierbei eine Agglomeration der dispersen inneren Phase, die sich in der kontinuierlichen äußeren
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Phase befindet, verstanden. Es bilden sich ausreichend große Teilchen der inneren Phase, die sich aufgrund des unterschiedlichen spezifischen Gewichts von der äußeren Phase trennen.
Herkömmliche Verfahren zum Trennen von Wasser/Rohöl-Emulsionen, bei denen ein elektrisches Feld angewandt wird, erfordern für die praktische Durchführung einen bestimmten Potentialgradienten. Beispielsweise beträgt die an die Elektroden angelegte Hochspannung üblicherweise etwa 11 000 bis 33 000 Volt oder sogar mehr. Die Elektroden sind gewöhnlich in einem Abstand von etwa 10,16 bis 27,94 cm angeordnet. In üblichen Verfahren beträgt daher der Potentialgradient etwa 2,5 bis 8,5 Kilovolt pro 2,54 cm Abstand zwischen den Elektroden. Dieses Elektrodenabstand/Hochspannungskriterium des Potentialgradienten existiert unabhängig davon, ob alle Elektroden unter Strom stehen oder ob dies nur für einige Elektroden zutrifft, während andere geerdet sind.
Zur Durchführung dieser herkömmlichen elektrischen Behandlung zum Trennen von Emulsionen ist eine Vielzahl von Vorrichtungen entwickelt worden. Hierbei handelt es sich um zwei Haupttypen, nämlich um Hochgeschwindigkeits- und Niedergeschwindigkeits-Behandlungsvorrichtungen. Beispiele für Hochgeschwindigkeitsvorrichtungen sind in den US-PSen 2 443 646, 2 527 690, 2 543 996, 2 557 847, 2 880 158 und 2 894 895 beschrieben. Beispiele für Niedergeschwindigkeitsvorrichtungen sind in den üS-PSen 2 033 129, 2 033 137, 2 098 982,
2 102 051, 3 396 100, 3 458 429, 3 649 500 und 3 672 511 beschrieben. Andere elektrische Vorrichtungen der herkömmlichen Art sind z.B. in den üS-PSen 2 182 145, 2 855 356, 2 976 228,
3 205 160 und 3 205 161 beschrieben.
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Diese herkömmlichen Vorrichtungen ergeben in den meisten Anwendungsbereichen zufriedenstellende Ergebnisse. In manchen Fällen jedoch, insbesondere beim Einsatz von leitfähigeren, viskoseren Rohölen von niedrigem API-Grad, ist der Energieverbrauch dieser Vorrichtungen zu groß und nicht linear. In manchen Anwendungsbereichen wird die elektrische Stabilität durch große Stromflüsse beeinträchtigt, die dazu führen, daß die Schutzeinrichtungen der Vorrichtung die Betriebsspannung von der (den) stromführenden Elektrode(n) abschalten oder sie verringern. Sofern eine Behandlung erfolgt, ist die Emulsionstrennlexstung in diesen elektrischen Vorrichtungen dadurch beeinträchtigt, daß die elektrische Behandlung nicht optimiert ist. Vor allem sind Änderungen in der Spannung, der Strömungsgeschwindigkeit, der Temperatur oder in anderen Betriebsparametern, die der Korrektur eines bestimmten Problems in einer Vorrichtung zum Trennen einer Emulsion dienen, zur Lösung desselben Problems bei einer anderen Emulsion völlig ungeeignet. Diese Erscheinung wird bei der elektrischen Trennung von Emulsionen seit nunmehr fast 50 Jahren beobachtet. Es kann somit festgestellt werden, daß identische elektrische Vorrichtungskonfigurationen beim Trennen von Emulsionen mit unterschiedlichen Eigenschaften, z.B. hinsichtlich der relativen Mengen an innerer und äußerer Phase, der chemischen Zusammensetzung und der Leitfähigkeit der kontinuierlichen Phase, unterschiedlich und auch nicht linear reagieren.
Für dieses nicht berechenbare Betriebsverhalten von Vorrichtungen zur Behandlung von Emulsionen sind verschiedene Gründe genannt worden. Beispielsweise sammelt sich eine beträchtliche Menge an dispergiertem Wasser zwischen den Elektroden dieser Vorrichtungen. Weitere Wassermengen sammeln sich zwischen den Kanten der stromführenden Elektrode und" den Metallwänden des Gefäßes. Diese Wassermengen resultieren aus der hydraulischen Strömung im Inneren der Vorrichtung und/oder den Effekten des elektrischen Feldes auf die
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Emulsion. Die Wassermengen können sich so ausrichten, daß hochleitfähige Stromwege entstehen. Diese Erscheinung wird als "Kettenbildung" bezeichnet. Die Kettenbildung hat sehr starke Stromflüsse zwischen der stromführenden Elektrode und benachbarten geerdeten Elektroden oder den Metallwänden der Vorrichtung zur Folge. Die starken Ströme führen wiederum zu einer äußerst hohen Belastung des Transformators. Die Strom drossel verringert die an der Primärseite des Transformators anliegende Spannung, was automatisch eine beträchtliche Abnahme des an den Elektroden anliegenden Potentials zur Folge hat. Dies führt dazu, daß das eingeschlossene Wasser absinkt, wodurch zwar die Kettenbildung aufgehoben wird, das Potential jedoch unter den Wert absinkt, der für die Koaleszenz erforderlich ist. Viele dieser Vorrichtungen werden in einem Gleichgewichtszustand mit einem an die stromführende Elektrode angelegten Potential betrieben, bei dem eine Behandlung der Emulsion unter etwas reduzierten Strömungsbedingungen erfolgt, um eine Kettenbildung zu vermeiden. Eine geringfügige Änderung irgendeines Betriebsparameters macht jedoch die Trennung der Emulsion unmöglich und/oder verursacht eine Kettenbildung, was eine beträchtliche Verringerung des Behandlungsgradienten in dem elektrischen Feld und des Trenneffekts der Emulsion zur Folge hat.
Die stromführenden und geerdeten Elektroden können relativ weit voneinander bzw. der Erde angeordnet werden, um eine Kettenbildung zu vermeiden. Selbst wenn jedoch Kettenbildungseffekte vermieden werden, ist das Betriebsverhalten der Vorrichtung nicht immer vorhersehbar. Beispielsweise ist argumentiert worden, daß die Trennung der Emulsion durch die Vorrichtung umso besser ist, je höher das an die stromführendein) Elektrode (n) angelegte Potential ist. Diese Theorie hat sich nicht immer als richtig erwiesen, da eine Erhöhung des Potentials der stromführenden Elektroden in vielen Fällen eine relativ größere Erhöhung des von der Sekundärseite des Transformators bezogenen Stromes zur Folge hat. Dieser hohe Bedarf bewirkt, daß die Stromdrossel sofort das an der (den) stromführen-
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den Elektrode(η) anliegende Potential verringert. Als Ergebnis würde die Behandlungseffizienz selbst bei einer Erhöhung des Stromverbrauchs nicht verbessert.
In Hochgeschwindigkeitsvorrichtungen wird die Kettenbildung hydraulisch durch Anwendung einer Geschwindigkeit vermieden, bei der die Emulsion beim Einspritzen in das Feld turbulent bleibt. In Niedergeschwindigkeitsvorrichtungen erfolgt die Beschickung mit einer Geschwindigkeit, bei der das Wasser aus dem elektrischen Feld fällt, bevor eine Kettenbildung stattfindet.
Viele Emulsionstypen, insbesondere hochviskose Rohöle mit niedrigem API-Grad, machen den Betrieb herkömmlicher Vorrichtungen äußerst empfindlich gegenüber Änderungen der Betrieb sparameter. So bewirken geringe Änderungen in beliebigen Betriebsbedingungen plötzliche und erhebliche Änderungen in der Emulsionstrennung. Diese Änderungen sind außerdem nicht kalkulierbar oder von gleichmäßiger Größe. Eine Betriebsstörung der Vorrichtung ergibt gewöhnlich relativ große Änderungen in dem elektrischen Feld und dementsprechend verbraucht jede stromführende Elektrode mehr Strom aus dem Transformator.
Die Unvorhersehbarkeit der Änderungen des elektrischen Systems und ihr Einfluß auf die Emulsionsbehandlungseffizienz in herkömmlichen Vorrichtungen hat zu einem außerordentlich hohen Stromverbrauch und zu einer geringeren Behandlungseffizienz unter bestimmten Behandlungsbedingungen geführt. Emulsionen von hochviskosen Rohölen mit niedrigem API-Grad, die beim Dampffluten oder Feuerfluten anfallen, sind typische Beispiele für diesen Problembereich. Herkömmliche Vorrichtungen können mit diesen Rohölen nur schwer betrieben" oder in Betrieb gesetzt werden.
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In den Vorrichtungen der vorstehend genannten Patentschriften ist die Behandlung außerdem vom Absetzen der koaleszierten wäßrigen Materialtropfen abhängig. Diese Vorrichtungen sind letzten Endes elektrisch unterstützte Abscheider. Die Absetzgeschwiuaigkeit der koaleszierten Tropfen beschränkt daher die Wirksamkeit der Vorrichtung. Diese Absetzgeschwindigkeit gehorcht dem Stokes-Gesetz für das Absitzen von Wassertröpfchen: „
V = k
Hierbei bedeuten
V die Absetz- oder Endgeschwindigkeit der fallenden Wassertröpfchen ,
r den Radius der als kugelförmig angenommenen Tropfen, ν die Viskosität des Öls, durch das das Wasser strömt, P die Dichte des fallenden Tropfens, P„ die Dichte des Öls, durch das das Wasser fällt, und
k eine geeignete Konstante für das zu trennende System.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Vorrichtung zum Trennen von Emulsionen bereitzustellen, die die vorstehenden Nachteile nicht aufweist.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur elektrischen Trennung von Emulsionen, die nicht mischbare wäßrige und organische flüssige Phasen aufweisen, wobei die wäßrige Phase die innere Phase ist. Die Vorrichtung wird gekennzeichnet durch (a) ein Metallgefäß mit einem Emulsionseinlaß, einem Auslaß für das wäßrige Material und einem Auslaß für das organische Material, wobei der Auslaß für das wäßrige Material im unteren Teil des Gefäßes angeordnet ist, (b) einen Verteiler, der im unteren Teil des Gefäßes über dem Auslaß über das wäßrige Material angeordnet und über eine Leitung mit dem Emulsionseinlaß verbunden ist, (c) eine mit Strom versorgbare, planare, permeable Elektrode, die in dem
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Gefäß im Abstand von den Gefäßwänden und zwischen dem Verteiler und dem Kollektor horizontal angeordnet ist, wobei die Elektrode die einzige in dem Gefäß befindliche Elektrode ist, (d) einen elektrischen Leiter, der die Elektrode mit einer elektrischen Stromquelle außerhalb des Gefäßes verbindet, (e) einen Isolator, der den Leiter elektrisch gegen das Gefäß isoliert und (f) eine Einrichtung, die den Pegel des wäßrigen Materials, das sich im unteren Teil des Gefäßes sammelt, auf ein Niveau zwischen dem Verteiler und der Elektrode regelt.
Die elektrische Stromquelle, mit der die Elektrode verbunden ist, verleiht der Elektrode ein Potential zur Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen der Elektrode und der Oberfläche des wäßrigen Materials, das ausreichend groß ist, um die Emulsion an der Oberfläche des wäßrigen Materials sofort zu trennen. Die elektrische Stromquelle ist hinsichtlich des Potentials, das sie liefert, regelbar. Vorzugsweise liefert die elektrische Stromquelle ein Potential, das zwischen der Elektrode und der Oberfläche des wäßrigen Materials einen Emulsionsbehandlungsgradienten von etwa 0,5 bis 4, vorzugsweise etwa 0,75 bis 1,5 Kilovolt pro 2,54 cm ergibt. Besonders bevorzugt ist ein Behandlungsgradient von 1,5 Kilovolt pro 2,54 cm.
Die elektrische Stromquelle liefert ein Potential, das einen ausreichenden Behandlungsgradienten zwischen der Elektrode und der Oberfläche des wäßrigen Materials ergibt, um die Emulsion für den Stromfluß leitfähig zu machen, wobei das Potential jedoch nicht ausreicht, um Substanzen in der Emulsion zu ionisieren, in welchem Fall eine geringe Erhöhung des angelegten Potentials eine überproportional große Zunahme des Stromflusses durch die Emulsion bewirkt.
Die Vorrichtung weist vorzugsweise eine Einrichtung zum Einstellen des vertikalen Abstandes zwischen der Elektrode und
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der Oberfläche des elektrischen Materials auf.
Das Behandlungsgefäß kann sich sowohl horizontal als auch vertikal erstrecken und hat vorzugsweise zylindrische Form. Kugelförmige Gefäße können ebenfalls angewandt werden. Bei horizontal erstreckten Gefäßen wird im oberen Teil des Gefäßes vorzugsweise ein Kollektor angewandt, der über eine Leitung mit dem Auslaß für das organische Material verbunden ist. Als Verteiler sind Pfannen- oder Trogverteiler bevorzugt und umgekehrte Pfannenverteiler besonders bevorzugt.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum elektrischen Trennen von Emulsionen, die nicht mischbare wäßrige und organische flüssige Phasen aufweisen, wobei die wäßrige Phase die innere Phase ist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, iaß man (a) in einem Behandlungsgefäß einen Vorrat an wäßrigem Material hält, das als elektrische Erdung dient, (b) zwischen der Oberfläche des Vorrates an wäßrigem Material und einer stromführenden horizontalen planaren permeablen Elektrode, die über der Oberfläche des wäßrigen Materials angeordnet ist, ein elektrisches Feld erzeugt, (c) die Emulsion in den Vorrat aus wäßrigem Material einleitet, (d) die Emulsion zur Oberfläche des Vorrats an wäßrigem Material aufsteigen läßt, (e) an die stromführende Elektrode ein ausreichendes Potential anlegt, um in dem elektrischen Feld einen ausreichend großen Emulsions-Behandlungsgradienten zu erzeugen, damit die wäßrige Phase der Emulsion an der Oberfläche des wäßrigen Materials sofort koalesziert, so daß sich die Emulsion trennt und die koaleszierten Tropfen, ohne daß ein Absitzen erforderlich ist, Teil der Oberfläche des wäßrigen Materials werden, wobei das Potential nicht ausreicht, um Substanzen in der Emulsion zu ionisieren, so daß eine geringfügige Erhöhung des angelegten Potentials keine überproportional große Zunahme des Stromflusses durch die Emulsion bewirkt, (f) die organische flüssige Phase aufsteigen läßt und (g) die organische Flüs-
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sigkeit vom oberen Teil des Behandlungsgefäßes und das wäßrige Material vom unteren Teil des Behandlungsgefäßes abzieht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat neben einer größeren elektrischen Stabilität und Effizienz den Vorteil, daß sie von einem Absetzen unabhängig ist. Sie kann daher mit verkürzter Absetzzeit als bekannte Vorrichtungen betrieben werden und kann auch in der Vertikalausdehmung kürzer sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Trennen von Emulsionen aus Wasser und hochleitfähigen, hochviskosen Rohölen von niedrigem API-Grad. Sie hat sich als besonders vorteilhaft in einem Verfahren zum elektrischen Trennen von verdünnten Bitumenemulsionen erwiesen, um Wasser und Mineralteilchen abzutrennen.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Ausführungsform einer elektrischen Behandlungsvorrichtung;
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 eine teilweise Draufsicht auf die stromführende Elektrode von Fig. 1 in Richtung der Linie 3-3;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer kleinen Pilot-Anlage zum Entwässern oder Entsalzen von Öl;
Fig. 5 einen senkrechten Schnitt durch die in der Anlage von Fig. 4 verwendete elektrische Behandlungsvorrichtung;
Fig. 6 einen senkrechten Schnitt durch die in der Vorrichtung von Fig. 4 verwendete Elektrode und ihre Trägerkonstruktion;
Fig. 7 eine teilweise horizontale Draufsicht auf die Elektrode von Fig. 6;
Fig. 8 einen senkrechten Schnitt durch eine andere Elektrode und ihre Trägerkonstruktiön, die in der Vorrichtung von Fig. 4 verwendet werden kann;
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Fig. 9 eine teilweise horizontale Draufsicht auf die Elektrode von Fig. 8 und
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung .
In den Fig. 1 und 2 ist eine Vorrichtung gezeigt, die ein Metallgefäß 1 mit einem Emulsionseinlaß 2, einem Auslaß 3 für das wäßrige Material und einem Auslaß 4 für das organische Material umfaßt. Ein durch einen Schwimmer 7 gesteuerter Pegelregler 6 regelt die Flüssigkeitsströmung aus dem Auslaß 3 mit einer nicht gezeigten Einrichtung und hält hierdurch die Wasseroberfläche 8 in dem Gefäß 1 auf einem relativ konstanten Niveau. Die Wasseroberfläche 8 ist die Grenzfläche zwischen dem Vorrat an wäßrigem Material im unteren Teil des Gefäßes 1 und dem darüber befindlichen organischen Material. Ein unter der Wasseroberfläche 8 angeordneter Verteiler 9 teilt die aus dem Einlaß 2 eintretende Emulsion in mehrere nach oben gerichtete gleichmäßige Ströme. Die Emulsion strömt aus öffnungen 11 nach oben zur Wasseroberfläche 8, dann zwischen der Wasseroberfläche 8 und der stromführenden, horizontal angeordneten Elektrode 12 und schließlich zum Auslaß 4. Die Wasseroberfläche 8 dient als geerdete Elektrode und kann als "Wasseroberflächenelektrode11 bezeichnet werden. Der Pegelregler 6 ist so eingestellt, daß er die Wasseroberfläche über den öffnungen 11 des Verteilers 9, hier als umgekehrter Pfannenverteiler dargestellt, hält.
Wie in Fig. 3 gezeigt, besteht die Elektrode 12 aus Stäben 13, die quer auf beabstandeten Klemmträgern 14 und 16 befestigt sind. Da Flüssigkeit im Abstand zwischen den Stäben strömen kann, kann die Elektrode 12 als "permeabel" bezeichnet werden. Statt dessen können jedoch auch andere Arten von permeablen Elektroden oder Lochelektroden verwendet werden. Stäbe sind aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften bevorzugt und haben auch den Vorteil, daß sie keine scharfen Kan-
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ten aufweisen, an denen eine Hochspannungsentladung erfolgen kann. Die Elektrode 12 wird im Abstand von der Gefäßwand von Isolatoren 17 getragen, die mit dem Gefäß T verbunden sind* Die Elektrode sollte sich im wesentlichen über den Querschnitt des Gefäßes 1 erstrecken und eine ausreichende Fläche bedecken, damit in dem elektrischen Feld,, das von der zwischen der Wasseroberfläche 8 und der stromführenden Elektrode 12 strömenden Emulsion durchquert wird, ein wirksamer Behandlungsgradient erzeugt wird.
Die Isolatoren 1? können vertikal verstellbar gehalten werden, damit der Emulsionsbehandlungsgradient über den Abstand zwischen der Elektrode 12 und der Wasseroberfläche δ geregelt werden kann. Zu diesem Zweck ist ein Gewindestab 18 mit den Isolatoren 17 verbunden, der sich durch Spulen 19 auf dem Gefäß 1 nach oben erstreckt. Ein Handrad 2T steht außerhalb der Spulen 19 in Gewindeeingriff mit dem Stab 18. Eine Stopfbuchse 22 über der Spule 19 dichtet einen glatten Bereich des Gewindestabes 18 flüssigkeitsdicht ab. Beim Drehen des Handrades 21 wird der Gewindestab 18 senkrecht bewegt, so daß der Vertikalabstand zwischen der stromführenden Elektrode 12 und der Wasseroberfläche 8 einstellbar ist. Vorzugsweise wird jedoch der Abstand zwischen der Elektrode 12 und der Wasseroberfläche 8 durch Einstellen des Schwimmers 7 oder auch des Wasserpegelreglers 6 geregelt.
Die Elektrode 12 wird von einer äußeren Stromquelle versorgt. Bei Anwendung von Wechselstrom kann die äußere Stromquelle ein Autotransformator 23 sein, der mit einer geeigneten Spannungsquelle verbunden ist. Der Transformator 23 steht über eine Strombegrenzungsdrossel 26 mit einem Hochspannungstransformator 24 in Verbindung. Auf der Sekundär-seite des Transformators 24 ist eine Anschlußklemme geerdet. Die andere Anschlußklemme ist durch eine Eintrittsbuchse '27 mit der Leitung 28 in dem Gefäß 1 verbunden, die ihrerseits mit der stromführenden Elektrode 12 verbunden isf. Ein mit der Hoch-
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spannungsleitung 28 in Reihe geschaltetes Amperemeter 29 mißt den zur Elektrode 12 fließenden Strom. Ein im Nebenschluß über die Hochspannungs-Sekundär-seite des Transformators 24 geschaltetes Voltmeter 31 mißt das angelegte Potential. Das angelegte Potential und der zur Elektrode 12 fließende Strom können daher während des Betriebs der Vorrichtung gemessen werden.
Ein Kollektor 32 führt zu dem Auslaß 4. Der hier gezeigte Kollektor hat die Form eines Rohres mit mehreren öffnungen 33, durch die die Flüssigkeit auf dem Weg zum Auslaß 4 eintritt. Es können jedoch auch andere Kollektorformen angewandt werden. Vorzugsweise erstreckt sich der Kollektor 32 über die Länge der Elektrode 12. Bei dieser Anordnung in dem Gefäß 1 strömt die Emulsion von dem Einlaß 2 durch den Verteiler 9 zur Wasseroberfläche 8, durch das elektrische Feld zwischen der stromführenden Elektrode 12 und der Wasseroberfläche 8 und hierauf zu dem Auslaß 4. Die Emulsion wird an der Oberfläche des wäßrigen Materials getrennt, wobei die innere wäßrige Phase koalesziert und Teil des Vorrats an wäßrigem Material wird. Das wäßrige Material wird am Auslaß 3 abgezogen.
Der optimale Abstand zwischen der stromführenden Elektrode und den Wänden des Gefäßes 1 hängt weitgehend von der Art der zu behandelnden Emulsion und dem anzuwendenden elektrischen Potential ab. Der Abstand sollte so gewählt werden, daß die kritische Spannung der zwischen der Elektrode 12 und den geerdeten Wänden des Gefäßes 1 befindlichen Emulsion das an die Elektrode angelegte Potential nicht erreicht oder überschreitet. Die kritische Spannung ist die Spannung, bei der die Emulsion hoch-leitfähig wird. Wenn dieses Kriterium eingehalten wird, ist es nicht erforderlich, gegen irgendeinen Teil der Gefäßwandung zu isolieren. Das Phänomen der kritischen Spannung beruht vermutlich auf der Tatsache, daß bei höheren Spannungen in der organischen Phase der Emulsion vorhandene Substanzen ionisieren, wobei eine geringe Erhöhung
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des Potentials eine große Zunahme des Stromflusses bewirkt. Größere Abstände, als der minimal ausreichende Abstand verringern den Energieverbrauch der Behandlungsvorrichtung. In ähnlicher Weise sollte der Abstand zwischen der Elektrode 12 und der Wasseroberfläche 8 so gewählt werden, daß die dazwischen befindliche Emulsion keinem größeren Spannungsgradienten als der kritischen Spannung ausgesetzt ist.
Während des Betriebs kann ein beliebiges Potential unter der kritischen Spannung an die stromführende Elektrode 12 angelegt werden, so daß ein elektrisches Feld von ausreichender Intensität erzeugt wird, um die Emulsion während des Durchquerens des elektrischen Feldes zu trennen. Da der Aufbau der Vorrichtung in linearer Beziehung zum Stromverbrauch, bezogen auf das während des Betriebs angelegte Potential, steht, kann das an die Elektrode 12 angelegte Potential so eingestellt werden, daß jede beliebige Behandlungseffizienz erzielt wird. Das Potential könnte so eingestellt werden, daß die Emulsion in geringem Abstand von der stromführenden Elektrode 12 oder an irgendeiner Stelle zwischen der Elektrode 12 und der Wasseroberfläche 8 getrennt wird. Bei diesen Potentialen kann die Emulsion ein inneres "Polster" bilden, in dem das wäßrige Material von ausreichender Konzentration ist, um als geerdete Elektrode, d.h. als zweite Wasseroberflächenelektrode zu fungieren.
Es hat sich gezeigt, daß das innere "Polster" vermieden werden kann, wenn man die Emulsionsströjnungsgeschwindigkeit verringert, das Elektrodenpotential erhöht oder den Wasserpegel· näher an die Elektrode hebt. Das Verschwinden des inneren Polsters zeigt an, daß an die Elektrode 12 ein ausreichendes Potential angelegt ist, damit praktisch die gesamte Behandlung sofort an der Oberfläche 8 des wäßrigen Materials erfoigt. Die Koaleszenz der wäßrigen Phase findet sofort statt, sobald die Emulsion die Oberfläche des wäßrigen Materials durch-
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brichtr ohne daß ein Absetzen erforderlich ist. Damit die Behandlung für alle im Betrieb auftretenden Emulsions-Strömungsgeschwindigkeiten in dem Gefäß an der Wasseroberfläche 8 stattfindet, kann das an die Elektrode 12 angelegte Potential proportional zu dem Emulsionsstrom durch den Verteiler 9 in das Gefäß 1 geregelt werden. Der Pegel des wäßrigen Materials kann auch als Regelgröße verwendet werden, indem man ihn mit der Stromquelle koppelt. Das System sucht und hält dann automatisch den höchsten praktischen Wasserpegel und gewährleistet eine optimale Verfahrensführung.
Das Potential der Elektrode 12 kann auf die höchste Emulsions-Strömungsgeschwindigkeit in dem Gefäß 1 eingestellt werden. Der bei diesem Potential herrschende Stromfluß ist somit mit dem maximalen Emulsionsdurchsatz der Vorrichtung in Übereinstimmung. Diese Behandlungsbedingungen gewährleisten eine wirksame Behandlung zwischen der Elektrode 12 und der Wasseroberfläche 8 bei maximaler Emulsions-Strömungsgeschwindigkeit. Für alle niedrigeren Emulsions-Strömungsgeschwindigkeiten und Durchsätze in dem Gefäß 1 erfolgt die Behandlung an der Wasseroberfläche 8.
In den meisten Fällen ist ein an die stromführende Elektrode 12 angelegtes Potential ausreichend, das einen Emulsionsbehandlungsgradienten von etwa 0,5 bis 4 Kilovolt pro 2,54 cm Abstand zwischen der Elektrode 12 und der Wasseroberfläche 8 ergibt. Für die praktische Trennung von Rohöl/Wasser-Emulsionen hat sich ein Emulsionsbehandlungsgradient von etwa 1,5 Kilovolt pro 2,54 cm Abstand zwischen diesen Elektroden als wirksam erwiesen. Allerdings ist ein spezifischer Bereich für diese Potentialgradienten nicht universell anwendbar, da sich die Emulsionseigenschaften stark unterscheiden. Der Emulsionsbehandlungsgradient muß ausreichend groß sein-, um eine Ko aleszenz der Emulsion zu bewirken. Der Gradient darf jedoch nicht den Punkt erreichen oder überschreiten, an dem eine geringe Potentialerhöhung eine überportional große
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Zunahme des Stromflusses durch die Emulsion, die das elektrische Feld zwischen der Elektrode 12 und der Wasseroberfläche 8 durchquert, zur Folge hat. Der Emulsionsbehandlungsgradient wird daher vorzugsweise so eingestellt,, daß man ein ausreichendes Potential anlegt, bei dem praktisch die gesamte Emulsion an der Wasseroberfläche 8 getrennt wird, das jedoch keine zu großen Strebe hervorruft=
Anstelle des in den Fig. 1 und 2 gezeigten, sich horizontal erstreckenden Behandlungsgefäßes kann auch ein senkrechtes oder kugelförmiges Gefäß verwendet v/erden. Vertikal erstreckte Vorrichtungen eignen sich für niedrige Eehandlungsgeschwindigkeiten, wenn eine kleine Elektrode erforderlich ist. Wenn diese Gefäße zur Erzielung der gev7ünschten Elektrodenfläche einen Durchmesser von 3 (-05 m erreichen, sind horizontal erstreckte Vorrichtungen billiger. Kugelförmige Vorrichtungen haben bestimmte theoretische Vorteile, sind jedoch teuer und schwer transportierbar. Vertikal erstreckte Vorrichtungen von bis zu 3,05 m Durchmesser erfordern keinen Kollektor« In den Fig. 5 und 10 sind derartige Verrichtungen gezeigt.
Fig. 4 ist eine schematischs Darstellung einer Pilot-Anlage zum Entwässern oder Entsalzen von Rohöl, in der die vertikale Vorrichtung von Fig. 5 verwendet wird. Die Anlage umfaßt eine Behandlungsvorrichtung (Entsalzer) 36, die mit einer Emulsion aus Rohöl und Wasser beschickt wird. Das "nasse" Rohöl, wird durch ein Dosierventil 38 und eine Pumpe 37 in den Wärmeaustauscher 39 geleitet. Das erhitzte Rohöl aus dem Wärmeaustauscher 39 fließt in die Leitung 41. Wasser, z.B. Frischwasser oder Leitungswasser, kann über eine Pumpe 42 und ein Dosierventil 43 in die Leitung 41 geleitet werden. Das Rohöl und Wasser werden durch einen Wärmeaustauscher und anschließend in einen Mischer 46 geleitet, in dem das" Wasser in dem Rohöl dispergiert wird. Der Mischer 46 hat ein druckbeaufschiagtes Mischventil. Die Dispersion aus Rohöl und Wasser wird von dem Mischer 46 zum Einlaß 47 der Vorrichtung 36 geleitet.
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Das Rohöl und. Wasser v/erden in dem Wärmeaustauscher 44 auf ausreichende Temperatur erhitzt, damit die Dispersion elektrisch getrennt werden kann. Temperaturen von etwa 71 bis 1490C sind für diesen Zweck geeignet. In dem Wärmeaustauscher 44 steht Dampf aus einem Dampfentwickler im Wärmeaustausch mit dem Rohöl und Wasser. Der Dar:,pf aus dem Wärmeaustauscher 44 ist Abdampf, kann jedoch gegebenenfalls wiederverwendet werden.
In der Vorrichtung 36 wird die Dispersion elektrisch getrennt. Das entwässerte oder behandelte Rohöl wird aus der Vorrichtung 36 über den Auslaß 48 abgezogen. Das entwässerte Rohöl strömt aus dem Auslaß 48 mit etwa derselben Temperatur, mit der die Dispersion am Einlaß 47 eintritt. Es stellt daher eine Quelle für Eigenwärme dar, die zum Vorerhitzen des in die Leitung 41 eintretenden Rohöls verwendet werden kann. Zu diesem Zweck wird das "nasse" Rohöl in dem Wärmeaustauscher 39 durch das entwässerte Rohöl erhitzt. Aus dem Wärmeaustauscher 39 wird das entwässerte Rohöl durch die Überlaufleitung 51, die mit einem Ventil 52 versehen ist, in einen geeigneten Lagertank geleitet. Das Ventil 49 ermöglicht einen Öltransport zwischen den ölzufuhr- und -abStromleitungen für die Kreislaufführung und/oder für andere Zivecke.
Wenn die Vorrichtung 36 zum Entsalzen eingesetzt wird, leitet man eine geringe Wassermenge in die Leitung 41, wo sie gründlich mit dem "nassen" Rohöl vermischt wird. Die Wassermenge ist gewöhnlich nicht kritisch. Nach üblicher Praxis können dem Rohöl beliebige Wassermengen zugesetzt werden, z.B. 5 bis 10 %„ Wenn das Rohöl lediglich entwässert werden soll, v/ird dem "nassen" Rohöl kein Wasser zugemischt. Das in der Vorrichtung 36 von dem Rohöl abgetrennte Wasser v/ird durch den Auslaß 57, der mit dem Ventil 60 versehen ist, abgezog'en.
Die Vorrichtung 36 ist mit einer Spannungsquelle 53 verbunden, die Hochspannungs-Wechselstrom erzeugt. Die Spannungs-
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quelle 53 ist an eine 220 Volt-Wechselstromleitung angeschlossen. Die Hochspannung der Stromquelle 53 wird über eine isolierte Leitung 54 und eine Eintrittsbuchse 56 in die Vorrichtung geleitet. Die Stromquelle 53 umfaßt eine integrale Strombegrenzungsdrossel, die zu hohe Ströme begrenzt, bei denen die Hochspannungskomponenten beschädigt würden. Die Stromquelle 53 ist hinsichtlich der Ausgangsspannung und auch der verbrauchten Eingangsleistung regelbar. Die Ausgangsspannung ist im Bereich von 0 bis etwa 3 5 kV regelbar. Die Eingangsleistung ist so regelbar, daß der Stromverbrauch auf den Bereich von 5 bis 125 kVA begrenzt ist. Die Stromquelle 53 ist auch mit Meßanzeigen für die an der Elektrode in der Vorrichtung 36 anliegende Hochspannung und den Stromverbrauch der Vorrichtung bei der angelegten Hochspannung versehen. Die Stromversorgung der Elektrode durch die Stromquelle 53 kann somit sowohl hinsichtlich des Potentials als auch der Stromstärke genau geregelt werden.
In Fig. 5 ist eine Vorrichtung 36 gezeigt, die aus einem Stahlgefäß von 0,61 m Durchmesser und etwa 2,44 m Länge besteht. Das Gefäß 58 weist einen oberen Flansch 59 auf, auf dem ein Oberflansch 61 mit Schrauben 62 befestigt ist. Der Einlaß 47 und die Auslässe 48 und 57 sind 3,81 cm-Stahlrohre, die an dem Gefäß 58 befestigt sind. In dem Oberflansch 61 ist eine Eintrittsbuchse 56 vorgesehen, die sich ins Innere des Gefäßes 58 erstreckt. Ein Teflon-Aufhänger 63 dient als Träger für die planare stromführende Elektrode 72. Die Elektrode 72 hängt an dem Aufhänger 63 über einen Teflon-beschichteten Stahlstab 66 „ Der Stab 66 ist über die Eintrittsbuchse 56 mit der Leitung 54 verbunden. Die Elektrode 72 befindet sich 40,64 cm unter dem Flansch 59. In dem Gefäß 58 sind acht Probenpunkte Nr. 1 bis 8 vorgesehen, die voneinander einen Vertikalabstand von 15,24 cm haben. Der Probenpunkt Nr. 1 befindet sich 25,4 cm
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unter dem Flansch 59. Der Probenpunkt Nr. 2 ist auf demselben Niveau wie die Elektrode 72.
Die Dispersion, ein "nasses" Rohöl, wird durch den Einlaß 47 zugeführt und strömt durch einen Verteiler 67, der sich 88,90 cm über dem Boden des Gefäßes 58 befindet. Der Verteiler 67, der zwischen den Probenpunkten Nr. 5 und 6 angeordnet ist, besteht aus vier gleichen Längen eines 5,08 cm-Stahlrohrs, die horizontal kreuzförmig angeordnet sind. Die Rohre tragen ein horizontal an ihren freien Enden befestigtes T-Stück. Der Verteiler 67 verteilt die Dispersion gleichmäßig, sowohl horizontal als auch vertikal, über praktisch den gesamten Querschnitt der Vorrichtung 36.
Die Vorrichtung 36 weist ein herkömmliches luftbetriebenes Pegelreglersystem auf, das durch einen Schwimmer 68 gesteuert wird. Das System ist am Auslaß 57 über Leitungen, die durch die unterbrochene Linie 69 dargestellt sind, mit einem herkömmlichen, nicht gezeigten Motorventil verbunden. Das Pegelreglersystem hält die Öl/Wasser-Grenzfläche 71 auf einem bestimmten, jedoch regelbaren Niveau im Inneren der Vorrichtung 36. Die Grenzfläche 71 wird üblicherweise ej.ruge cm über dem Verteiler 6'? gehalten. Bei dieser Anordnung ergibt die Wasseroberfläche (Grenzfläche 71) eine geerdete Wasseroberflächenelektrode in der Vorrichtung 36. Die Grenzfläche 71 kann mit dem Pegelreglersystem relativ zur Elektrode 72 gehoben oder gesenkt werden.
Der Abstand zwischen der Elektrode 72 und der nahesten metallischen Erdung, d.h. der Seitenwand des Gefäßes 58, ist ausreichend, damit die Strom-Spannungs-Belastungslinien der Vorrichtung 36 im wesentlichen in geradlinigen Funktionen in Deckung sind, (1) bis eine im wesentlichen maximale Trennung des Rohöls bei etwas erhöhtem Potential erzielt werden kann, (2) während das "nasse" Rohöl elektrisch behandelt wird und (3) bei der vollständigen Füllung mit entwässertem Rohöl.
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3Q20457
Der Abstand zwischen der Elektrode 72 und der Wasseroberfläche an der Grenzfläche 71 ist bis zu 88,90 cm variabel und ergibt dementsprechend für ein gegebenes Elektrodenpotential einen bestimmten Behandlungsgradienten.
Die Einzelheiten der planaren Elektrode 72' sind in den Fig. 6 und 7 gezeigt. Die Elektrode 72' besteht aus Stahlbändern 73 und 74, die kreuzweise miteinander verbunden sind. Fünf ringförmige Stäbe 76, 77, 78, 79 und 81 aus 9,53 mm-Stahl sind auf die Bänder 73 und 74 geschweißt. Der Stab 76 wird mit einem Durchmesser von 6,35 cm geformt. Die übrigen Elektrodenstäbe haben voneinander und von dem Stab 76 einen zentralen Abstand von 3,18 cm. Die Vertikalausdehnung der Elektrode 72' beträgt etwa 2,54 cm und der maximale Außendurchmesser 34,29 cm. Die Elektrode 72' wird von einer Teflon-Aufhängung 73 an einem Teflon-beschichteten Trägerstab 82 gehalten. Die Eintrittsbuchse 56 in dem Flansch 61 ist in eine dezentrale Stellung verschoben. Ihr unteres Ende ist über eine Schraube 64 direkt mit einem Winkel 65 verbunden, der von der Elektrode 72' getragen wird.
Die Fig. 8 und 9 zeigen eine alternative Form einer planaren Elektrode, die allgemein mit 83 bezeichnet ist. Die Elektrode 83 umfaßt Bänder 84 und 86, die kreuzförmig verschweißt sind. Auf den Bändern sind Stahlbänder 87 und 88 befestigt. Diese Bänder haben eine Vertikalausdehnung von etwa 1,91 cm und bestehen aus 1,59 mm dickem Federstahl. Der maximale Durchmesser der Elektrode 83 beträgt 20,32 cm. Das Band 87 hat einen Durchmesser von 10,16 cm und das Band 88 einen Durchmesser von 20,32 cm. Die Elektrode 83 hängt über einen Teflonbeschichteten Stab 89 an dem Aufhänger 63. Die Buchse 56 steht über die Schraube 92 in elektrischer Verbindung mit dem Winkel 91 auf der Elektrode 83.
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Neben den beiden gezeigten Elektroden-Ausführungsformen für die Vorrichtung 36 können auch beliebige andere Elektrodenkonfigurationen verwendet werden, die entsprechend den genannten Kriterien dimensioniert sind.
Die Vorrichtung 36 wird in gründlichen Tests mit "nassem" Rohöl betrieben, das identisch mit einem Produkt ist, das in Californien in einem 60 000 Barrel/Tag-Entsalzer entwässert und entsalzt wird. Das Rohöl ist ein Gemisch aus mehreren California-Qualitäten, die in einer Pipeline zur Raffinerie vermischt werden. Es hat folgende Eigenschaften: Spezifisches Gewicht API 22,5° bei 15,56°C, BS + W-Gehalt 1,3 Volumenprozent, Destillationswassergehalt 1,5 Volumenprozent, Chlorgehalt etwa 20,4 kg pro 1000 Barel. Das Rohöl wird mit Frischwasser in einer Menge von 10 Volumenprozent des der Vorrichtung 36 zugeführten Rohöls versetzt. Der Mischer 46 arbeitet mit einer 4,54 kg-Druckdifferenz an dem druckbeaufschlagten 5,08 cm-Mischventil. Das Rohöl und das Wasser werden unter Bildung einer "dichten" Wasserin-öl-Dispersion gründlich vermischt, über die Stromquelle 53 werden an die Elektroden in der Vorrichtung 36 verschiedene Wechselstrom-Hochspannungen angelegt.
Die ersten Tests werden in der Vorrichtung 36 unter Verwendung der auf dem Niveau des Probenpunkts Nr. 2 angeordneten Elektrode 72· durchgeführt. Der Verteiler 67 befindet sich zwischen den Probenpunkten Nr. 5 und 6. Die Dispersion hat eine Temperatur von 93,3°C. Aus praktischen Gründen ist die Widerstandsgerade (load line) eine lineare Punktion·.
An die planare Elektrode 72' werden 16 bzw. 21 kV angelegt und die Wasseroberfläche an der Grenzfläche 71 wird unmittelbar über dem Probenpunkt Nr. 4 gehalten. Diese Anordnung ergibt bei der Trennung der Dispersion ein ·
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entwässertes Rohöl mit einem BS + W (Bodensediment + Wasser)-Gehalt von 1,3 bzw. 0,9 %. Die Wasseroberfläche wird dann über den Probenpunkt Nr. 3 angehoben. Hierauf legt man 20 bzw. 22,2 kV an die Elektrode 72' an. Die Vorrichtung 36 produziert ein entwässertes Rohöl mit einem BS+W -Gehalt von 0,9 in beiden Durchgängen. Das elektrische Feld ist ausreichend intensiv, um praktisch die gesamte Dispersion an der Wassergrenzfläche 71 zu trennen. Der BS-W-Gehalt des Rohöls an den verschiedenen Probenpunkten wird gemessen und ist in der folgenden Tabelle I angegeben.
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Angelegte
WechselStrom
spannung (kV)		 Stromstärke
(πιΑ)		 Tabelle I Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 8 Nr.
Temp. 16 28 OH
%BS+W		 1,3 1,0 8, 2 W
200 21 40 1,3 1,2 0,7 7, W
200 20 46 0,9 0,9 1,0 W
200 22,2 36 0,9 1,0 0,5 W
200 0,9
Nr. 5 Nr. 6 Nr.
crt ο»
Dieselben Tests werden unter Verwendung der planaren Elektrode 83 wiederholt. Die hierbei erzielten Ergebnisse sind in der Tabelle II genannt.
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O οι O
O OO PO
Temp. Angelegte Strom OH tabelle II Nr. 2 Nr. 3 Nr.
gpm Wechselstrom stärke %BS+W
spannung (kV) (mA) Nr. 1 1,7 W
200 24,6 28,0 1,0 1,2 W
7 200 20,O 24,0 1,2 1,3 2,4 50 W
7 200 16,0 23,5 1,2 1,1 3,0 40 ,0 W
7 200 12,0 16,0 1,5 1,1
7 1,8
Nr. 5 Nr. 6 Nr. 7 Nr.
CD •ΤΟΠΙ
Aus den Daten ist ersichtlich, daß die Elektrode 83 die Dispersion außerordentlich gut trennt. Sie zeigt dieselben charakteristischen Eigenschaften wie die Elektrode 72·.
Die Testdaten zeigen, daß die Vorrichtung 36 eine erfindungsgemäße Trennung von Dispersionen ermöglicht. Eine geeignete Dimensionierung und Beabstandung der stromführenden Elektrode und die Behandlung mit einem elektrischen Feld in Nachbarschaft zu einer Wasseroberflächenelektrode ergibt ein Behandlungssystem mit einer linearen Beziehung des Stromflusses für jede Änderung der angelegten Spannung. Ein an die stromführende Elektrode angelegtes ausreichendes Potential ermöglicht, daß praktisch die gesamte Dispersion an der Wasseroberfläche sofort getrennt wird. Dieses Charakteristikum ermöglicht beliebige Behandlungsbedingungen, einschließlich optimaler Bedingungen, zum Trennen beliebiger Dispersionen.
Aufgrund ihres kleinen Maßstabs hat die Vorrichtung 36 jedoch ein hohes Verhältnis von Elektrodenkanten zu Elektrodenfläche und ist daher nicht so wirksam wie eine große Vorrichtung mit niedrigem Verhältnis von Kanten zu Fläche.
In Fig. 10 ist eine vertikal erstreckte elektrische Behandlungsvorrichtung schematisch dargestellt. Die Vorrichtung umfaßt ein vertikal erstrecktes, üblicherweise zylindrisches Metallgefäß 101 mit einem Emulsionseinlaß 102, einem Auslaß 103 für das wäßrige Material und einem Auslaß 104 für das organische Material. Ein Pegelregler 106, der durch ein Schwimmerventil 107 gesteuert ist (obwohl auch andere, für diesen Zweck bekannte Vorrichtungen verwendet werden können), regelt den Strom des wäßrigen Materials aus dem Auslaß 103 mit einer nicht gezeigten Einrichtung und hält, dadurch die Wasseroberfläche 108 auf einem relativ konstanten Niveau im Inneren des Gefäßes 101. Die Wasseroberfläche 108 ist die
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Grenzfläche zwischen dem Vorrat an wäßrigen Material im unteren Teil des Gefäßes 101 und der darüber befindlichen Emulsion bzw. dem organischen Material. Ein unter der Wasseroberfläche 108 angeordneter umgekehrter Pfannenverteiler teilt die aus dem Einlaß 102 eintretende Emulsion in mehrere nach oben gerichtete gleichmäßige Ströme. Die Emulsion fließt durch die Öffnungen 111 nach oben zur Wasseroberfläche 108, darin zwischen der Wasseroberfläche 1O8 und der stromführenden, horizontal angeordneten, permeablen, planaren Elektrode, die schematisch mit 112 bezeichnet ist, und anschließend zum Auslaß 104. Der Pegelregler 106 ist so eingestellt, daß die Wasseroberfläche über den öffnungen 111 des Verteilers 109 gehalten wird.
Die Elektrode 112 erstreckt sich im wesentlichen über den Querschnitt des Gefäßes 101, jedoch im Abstand von den Gefäßwänden. Sie kann ähnlich wie die Elektroden der Fig. 6 und bzw. 8 und 9 konstruiert sein, obwohl sie in dieser Ausführungsform durch Stäbe 115 an den mit dem oberen Ende des Gefäßes 101 verbundenen Isolatoren 117 gehalten wird. Anstatt, der Elektroden der Fig. 6 bis 9 können auch andere Arten von permeablen oder Lochelektroden verwendet werden.
Der Abstand zwischen der Elektrode 112 und der Wasseroberfläche 108 kann durch Einstellen des Schwimmers 107 oder des Wasserpegelreglers 106 geregelt werden.
Die Elektrode 112 wird durch eine geeignete Stromquelle versorgt, die einen Hochspannungstransformator 124 aufweist, dessen Primärseite mit einer Wechselstrom-Spannungsquelle verbunden ist. Auf"der Sekundärseite des Hochspannungstransformators ist eine Anschlußklemme geerdet, während die andere Anschlußklemme durch die Eintrittsbuchse 127 mit der Leitung 128 im Inneren des Gefäßes 101 verbunden ist. Die Leitung 128 führt zu der stromführenden Elektrode 112. Ein in Reihe mit der Hochspannungsleitung 128 geschaltetes Ampere-
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meter 129 mißt den zur Elektrode 112 fließenden Strom, während ein im Nebenschluß zur Sekundärseite des Hochspannungstransformators geschaltetes Voltmeter 131 das angelegte Potential mißt.
Bei dieser Anordnung in dem Gefäß 101 strömt die Emulsion aus dem Einlaß 102 durch den Verteiler 109 zur Wasseroberfläche 108, dann durch das elektrische Feld zwischen der stromführenden Elektrode und der Wasseroberfläche 108, die als elektrisch geerdete Elektrode dient, und schließlich zum Auslaß 104. Die Emulsion wird an der Oberfläche des wäßrigen Materials getrennt, wobei die innere wäßrige Phase koalesziert und Teil des Vorrats an wäßrigem Material wird. Das wäßrige Material wird am Auslaß 103 abgezogen.
Die Vorrichtung von Fig. 10 hat z.B. eine Höhe von 2,74 m. Das obere Ende des Verteilers 109 ist z.B. 0,91 m über dem Boden des Gefäßes 101 angeordnet und die Elektrode 112 befindet sich z.B. 1,22 m unter dem oberen Ende des Gefäßes. Der Abstand zwischen dem Pegel der Wasseroberfläche 108 und der Elektrode 112 kann z.B. zwischen 10,16 und 27,94 cm geändert werden.
Eine grob vergleichbare, vertikal erstreckte, herkömmliche Behandlungsvorrichtung hätte zwei horizontal angeordnete Elektroden mit einem Abstand von 10,16 bis 27,94 cm, wobei sich die untere Elektrode in einem Abstand von 0,91 m über der Oberfläche des wäßrigen Materials befindet, um ein Absetzen zu ermöglichen, und die Oberfläche des wäßrigen Materials sich 1,52 m über dem Boden des Gefäßes befindet. Diese Vorrichtung wäre daher 1,22 m höher als die Vorrichtung von Fig. 10.
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Das erfindungsgemäße System ist vorstehend für Emulsionen (einschließlich Emulsionen ähnelnden Dispersionen) beschrieben worden, bei denen das wäßrige Material ein höheres spezifisches Gewicht als die organische Flüssigkeit hat. Das erfindungsgemäße System kann jedoch auch dann angewandt werden, wenn die organische Flüssigkeit ein höheres spezifisches Gewicht als das wäßrige Material hat. In diesem Fall wird die Vorrichtung umgekehrt. Das wäßrige Material würde unter dem Einfluß der Schwerkraft nach oben über eine Schicht aus organischem flüssigem Material strömen. Das erfindungsgemäße Prinzip wäre somit das gleiche. Die in der Beschreibung und den Ansprüchen genannten relativen Richtungen und Positionen (oben, unten, etc.) beziehen sich auf die üblicherweise verwendete Vorrichtung und schließen nicht den Fall aus, daß die Vorrichtung in umgekehrter Stellung eingesetzt wird. Bestimmte Teeremulsionen sind Beispiele dafür, daß die organische Flüssigkeit ein höheres spezifisches Gewicht hat als das wäßrige Material. Die Trennung derartiger Emulsionen in herkömmlichen Zweielektroden-Vorrichtungen ist in den US-PSen 2 072 917 und 2 072 918 beschrieben.
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eer

Claims (15)

POSTFACH 860 820 18555 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 983921/22 PETROLITE CORPORATION 369 Marshall Avenue Saint Louis, Missouri 63119, T.St.A. " Vorrichtung und Verfahren zum elektrischen Trennen von Emulsionen " Patentansprüche
1. Vorrichtung zum elektrischen Trennen von Emulsionen, die nicht mischbare wäßrige und organische flüssige Phasen aufweisen, wobei die wäßrige Phase die innere Phase ist, gekennzeichnet durch
(a) ein Metallgefäß (1, 58, 101) mit einem Emulsionseinlaß (2, 47, 102), einem im unteren Teil des Gefäßes befindlichen Auslaß (3, 57, 103) für das wäßrige Material und einem im oberen Teil des Gefäßes befindlichen Auslaß (4, 48, 104) für das organische Material,
(b) einem Verteiler (9, 67, 109), der sich im unteren Teil des Gefäßes über dem Auslaß für das wäßrige Material befindet und über eine Leitung (2 , 47, 102) mit dem Emulsionseinlaß verbunden ist,
(c) eine mit Strom versorgbare planare permeable Elektrode, (12, 72, 112), die in dem Gefäß im Abstand von den Gefäßwänden (1, 58, 101) zwischen dem Verteiler und dem
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ORIGINAL-INSPECTED
Auslaß für das organische Material horizontal angeordnet ist, wobei diese Elektrode die einzige in dem. Gefäß befindliche Elektrode ist,
(d) einen elektrischen Leiter (28, 54, 66, 115, 128), der die Elektrode mit einer elektrischen Stromquelle (24, 124) ausserhalb des Gefäßes verbindet,
(e) einen Isolator (27, 56, 63, 117, 127), der den Leiter elektrisch gegen das Gefäß isoliert, und
(f) eine Einrichtung (6, 7, 68, 69, 106, 107), die den Pegel (8, 71, 108) des wäßrigen Materials, das sich im unteren Teil des Gefäßes sammelt, auf ein Niveau zwischen dem Verteiler und der Elektrode regelt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine elektrische Stromquelle (24, 124) zum Anlegen eines elektrischen Potentials an die Elektrode (12, 72, 112) aufweist, um zwischen der Elektrode und der Oberfläche (8, 71, 108) des wäßrigen Materials ein elektrisches Feld zu erzeugen, wobei das elektrische Potential ausreichend groß ist, um die Emulsion an der Oberfläche des wäßrigen Materials zu trennen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Stromquelle (24, 124) hinsichtlich des erzeugten elektrischen Potentials regelbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Stromquelle(24, 124) ein elektrisches Potential liefert, das zwischen der Elektrode und der Oberfläche des wäßrigen Materials einen Emulsions-Behandlungsgradienten von etwa 0,5 bis 4 Kilovolt pro 2,54 cm ergibt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,' daß der Behandlungsgradient etwa 0,75 bis 1,5 Kilovolt pro 2,54 cm beträgt.
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6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsgradient etwa 1,5 Kilovolt pro 2,54 cm beträgt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Stromquelle (24, 124) ein elektrisches Potential liefert, das zwischen der Elektrode (12, 72, 112) und der Oberfläche (8, 71, 108) des wäßrigen Materials einen ausreichend großen Emulsxonsbehandlungsgradienten ergibt, der die Emulsion für den Stromfluß leitfähig macht, wobei dieses Potential jedoch nicht zur Ionisierung von Substanzen in der Emulsion ausreicht, so daß eine geringe Erhöhung des angelegten Potentials keine überproportional große Zunahme des Stromflusses durch die Emulsion bewirkt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine Einrichtung (18, 21) zum Einstellen des vertikalen Abstandes zwischen der Elektrode und der Oberfläche des wäßrigen Materials aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Metallgefäß (1) horizontal erstreckt und der Auslaß (4) für das organische Material einen Kollektor (32) im
oberen Teil des Gefäßes umfaßt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Metallgefäß (58, 101) vertikal erstreckt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler (9, 109) ein Trog- oder Pfannenverteiler ist.
12. Verfahren zum elektrischen Trennen von Emulsionen, die nicht mischbare wäßrige und organische flüssige Phasen umfassen, wobei die wäßrige Phase die innere Phase ist, dadurch gekennzeichnet, daß man
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(a) in einem Behandlungsgefäß einen Vorrat an wäßrigem Material hält, das als Erdung dient,
(b) zwischen einer stromführenden horizontalen planaren permeablen Elektrode, die über der Oberfläche des wäßrigen Materials angeordnet ist, und der Oberfläche des wäßrigen Materials ein elektrisches Feld erzeugt,
(c) die Emulsion in den Vorrat des wäßrigen Materials einleitet,
(d) die Emulsion zur Oberfläche des wäßrigen Materials aufsteigen läßt,
(e) an die stromführende Elektrode ein ausreichendes Potential anlegt, um in dem elektrischen Feld einen ausreichend großen Emulsions-Behandlungsgradienten zu erzeugen, damit die wäßrige Phase der Emulsion an der Oberfläche des wäßrigen Materials sofort koalesziert, so daß sich die Emulsion trennt und die koaleszierten Tropfen, ohne daß ein Absetzen erforderlich ist, Teil der Oberfläche des wäßrigen Materials werden, wobei das Potential nicht ausreicht, um Substanzen in der Emulsion zu ionisieren, so daß eine geringe Erhöhung des angelegten Potentials keine überproportional große Zunahme des Stromflusses durch die Emulsion bewirkt,
(f) die organische flüssige Phase aufsteigen läßt und
(g) die organische Flüssigkeit vom oberen Teil des Behandlungsgefäßes und das wäßrige Material vom unteren Teil des Behandlungsgefäßes abzieht.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulsionsbehandlungsgradient etwa 0,5 bis 4 Kilovolt pro 2,54 cm beträgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulsionsbehandlungsgradient etwa 0,75 bis 1,5 Kilovolt pro 2,54 cm beträgt.
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15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulsionsbehandlungsgradient etwa 1,5 Kilovolt pro 2,54 cm beträgt.
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