DE3020457C2 - - Google Patents
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- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Trennen von
Emulsionen. Unter "Emulsion" werden hierbei sowohl echte Emulsionen
als auch Dispersionen verstanden, die Emulsionen ähneln.
Die erfindungsgemäß zu trennenden 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 Ölraffinierie 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
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.
Diese herkömmliche elektrische Behandlung zum Trennen
von Emulsionen wird mit einer Vielzahl von Vorrichtungen
durchgeführt. Hierbei handelt es sich um zwei
Haupttypen, nämlich um Hochgeschwindigkeits- und Niedergeschwindigkeits-
Behandlungsvorrichtungen. Beispiele für Hochgeschwindigkeitsvorrichtungen
sind in den US-PS 24 43 646,
25 27 690, 25 43 996, 25 57 847, 28 80 158 und 28 94 895 beschrieben.
Beispiele für Niedergeschwindigkeitsvorrichtungen
sind in den US-PS 20 33 129, 20 33 137, 20 98 982,
21 02 051, 33 96 100, 34 58 429, 36 49 500 und 36 72 511 beschrieben.
Andere elektrische Vorrichtungen der herkömmlichen
Art sind z. B. in den US-PS 21 82 145, 28 55 356, 29 76 228,
32 05 160 und 32 05 161 beschrieben.
In mit diesen Vorrichtungen durchgeführten Verfahren werden in den
meisten Anwendungsbereichen zufriedenstellende Ergebnisse erhalten.
In manchen Fällen jedoch, insbesondere beim Einsatz von leitfähigeren,
viskoseren Rohölen von niedrigem API-Grad, ist der Energieverbrauch
zu groß und nicht linear. In manchen Anwendungsbereichen
wird die elektrische Stabilität durch große Stromflüsse beeinträchtigt,
die dazu führen, daß die Schutzeinrichtungen der verwendeten
Vorrichtung die Betriebsspannung von der (den) stromführenden
Elektrode(n) abschalten oder sie verringern. Sofern eine Behandlung
erfolgt, ist die Emulsionstrennleistung 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 von 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
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 Stromdrossel 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 strömführenden 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 um so besser ist, je höher das an die stromführende(n)
Elektrode(n) angelegte Potential ist. Diese Theorie
hat sich nicht immer als richtig erwiesen, da eine Erhöhung
des Potential 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) stromführenden
Elektrode(n) 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 Betriebsparameter.
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.
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
Absetzgeschwindigkeit 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 angenommenden Tropfen,
v die Viskosität des Öls, durch das das Wasser strömt,
P p die Dichte des fallenden Tropfens,
P H die Dichte des Öls, durch das das Wasser fällt, und
k eine geeignete Konstante für das zu trennende System.
V die Absetz- oder Endgeschwindigkeit der fallenden Wassertröpfchen,
r den Radius der als kugelförmig angenommenden Tropfen,
v die Viskosität des Öls, durch das das Wasser strömt,
P p die Dichte des fallenden Tropfens,
P H die Dichte des Öls, durch das das Wasser fällt, und
k eine geeignete Konstante für das zu trennende System.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Trennen
von Emulsionen bereitzustellen, das die vorstehenden
Nachteile nicht aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren
gemäß Patentansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit einer Vorrichtung durchgeführt,
umfassend (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
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 im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete 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. Die elektrische Stromquelle liefert ein
Potential, das zwischen der Elektrode und der Oberfläche
des wäßrigen Materials einen Emulsionsbehandlungsgradienten
von 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
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.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete 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 Vertikalausdehnung kürzer sein.
Die verwendete 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 zeigt
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 Trägerkonstruktion, die in der Vorrichtung
von Fig. 4 verwendet werden kann;
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 "Wasseroberflächenelektrode"
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 13
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 Kanten
aufweisen, an denen eine Hochspannungsentladung erfolgen
kann. Die Elektrode 12 wird im Abstand von der Gefäßwand
von Isolatoren 17 getragen, die mit dem Gefäß 1 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 17 können vertikal verstellbar gehalten werden,
damit der Emulsionsbehandlungsgradient über den Abstand
zwischen der Elektrode 12 und der Wasseroberfläche 8 geregelt
werden kann. Zu diesem Zweck ist ein Gewindestab 18 mit den
Isolatoren 17 verbunden, der sich durch Rohrstutzen 19 auf dem
Gefäß 1 nach oben erstreckt. Ein Handrad 21 steht außerhalb
der Rohrstutzen 19 in Gewindeeingriff mit dem Stab 18. Eine Stopfbuchse
22 über dem Rohrstutzen 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 Sekundärseite 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 ist. Ein mit der Hochspannungsleitung
28 in Reihe geschaltetes Amperemeter 29 mißt
den zur Elektrode 12 fließenden Strom. Ein im Nebenschluß
über die Hochspannungs-Sekundärseite 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 12
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
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.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann während des Betriebs 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 im
erfindungsgemäßen Verfahren der Aufbau der verwendeten 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 Emulsionsströmungsgeschwindigkeit 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 erfolgt.
Die Koaleszenz der wäßrigen Phase findet sofort statt, sobald
die Emulsion die Oberfläche des wäßrigen Materials durchbricht,
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. Im erfindungsgemäßen Verfahren
kann der Pegel des wäßrigen Materials 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 im erfindungsgemäßen
Verfahren verwendeten 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 0,75 bis 1,5 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 Koaleszenz der Emulsion zu bewirken. Der Gradient
darf jedoch nicht den Punkt erreichen oder überschreiten, an
dem eine geringe Potentialerhöhung eine überproportional große
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 Ströme hervorruft.
Anstelle des in den Fig. 1 und 2 gezeigten, sich horizontal
erstreckenden Behandlungsgefäßes kann auch ein senkrechtes
oder kugelförmiges Gefäß verwendet werden. Vertikal erstreckte
Vorrichtungen eignen sich für niedrige Behandlungsgeschwindigkeiten,
wenn eine kleine Elektrode erforderlich ist. Wenn
diese Gefäße zur Erzielung der gewünschten 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 Vorrichtungen gezeigt.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer für das erfindungsgemäße
Verfahren verwendbaren 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 als 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 44
und anschließend in einem Mischer 46 geleitet, in dem das
Wasser in dem Rohöl dispergiert wird. Der Mischer 46 hat
ein druckbeaufschlagtes Mischventil. Die Dispersion aus Rohöl
und Wasser wird von dem Mischer 46 zum Einlaß 47 der Vorrichtung
36 geleitet.
Das Rohöl und Wasser werden in dem Wärmeaustauscher 44 auf
ausreichende Temperatur erhitzt, damit die Dispersion
elektrisch getrennt werden kann. Temperaturen von etwa 71
bis 149°C sind für diesen Zweck geeignet. In dem Wärmeaustauscher
44 steht Dampf aus einem Dampfentwickler im Wärmeaustausch
mit dem Rohöl und Wasser. Der Dampf 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 Zwecke.
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,
wird dem "nassen" Rohöl kein Wasser zugemischt. Das in der
Vorrichtung 36 von dem Rohöl abgetrennte Wasser wird durch
den Auslaß 57, der mit dem Ventil 60 versehen ist, abgezogen.
Die Vorrichtung 36 ist mit einer Spannungsquelle 53 verbunden,
die Hochspannungs-Wechselstrom erzeugt. Die Spannungsquelle
53 ist an einen 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
35 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 zur Anwendung im erfindungsgemäßen Verfahren
geeignete 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
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 einige cm
über dem Verteiler 67 gehalten. Bei dieser Anordnung ergibt
die Wasseroberfläche (Grenzfläche 71) eine geerdete Wasseroberflächenelektrode
in der Vorrichtung 36. Die Grenzfläche
71 kann mit dem Pegelreglersystem relativ zu 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.
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 im erfindungsgemäßen Verfahren alternativ
zu verwendende 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 Teflon-beschichteten
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.
Neben den beiden gezeigten Elektroden-Ausführungsformen
für die Vorrichtung 36 können im erfindungsgemäßen
Verfahren 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 Barrel. 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" Wasser-in-Öl-Dispersion gründlich vermischt. Über die Stromquelle 53 werden an die Elektroden in der Vorrichtung 36 verschiedene Wechselstrom-Hochspannungen angelegt.
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 Barrel. 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" Wasser-in-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 Funktion.
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
entwässertes Rohöl mit einem BS+W (Bodensediment+
Wasser)-Gehalt von 1,3 bzw. 0,9%.
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.
Dieselben Tests werden unter Verwendung der planaren Elektrode
83 wiederholt. Die hierbei erzielten Ergebnisse sind in
der Tabelle II genannt.
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
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, dann zwischen der Wasseroberfläche 108 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 7
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 Amperemeter
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.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorstehend anhand von 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-PS 20 72 917 und 20 72 918 beschrieben.
Claims (3)
1. Verfahren zum elektrischen Trennen von Emulsionen,
die nicht mischbare wäßrige und organische flüssige
Phasen umfassen, wobei die wäßrige Phase die
innere Phase ist, bei dem man
- (a) in einem Behandlungsgefäß einen Vorrat an wäßrigem Material hält, den 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 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,
- (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,
dadurch gekennzeichnet,
daß man einen Emulsionsbehandlungsgradienten von
0,75 bis 1,5 Kilovolt pro 2,54 cm einstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Emulsionsbehandlungsgradient
etwa 1,5 Kilovolt pro
2,54 cm beträgt.
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