DE3784554T2

DE3784554T2 - Schichtstoff-elektroden fuer verteilte ladungen und entsalzungssystem.

Info

Publication number: DE3784554T2
Application number: DE8787105398T
Authority: DE
Inventors: Bruce C Johnson; Floyd L Prestridge
Original assignee: National Tank Co
Current assignee: Cameron Solutions Inc
Priority date: 1986-05-05
Filing date: 1987-04-11
Publication date: 1993-07-15
Anticipated expiration: 2007-04-12
Also published as: EP0248170A3; NO170670B; JPS62262757A; NO871830D0; CN87103382A; CA1294918C; NO170670C; NO871830L; DE3784554D1; CN1015962B; JPH0131937B2; US4702815A; EP0248170B1; EP0248170A2

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf elektrostatische Trennungsverfahren und im besonderen auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, eine verhältnismäßig polare (ionisierte) Flüssigkeit in einer verhältnismäßig nicht polaren Flüssigkeit wiederholt die Tropfen zerstreuen und die Tropfen vereinigen zu lassen dadurch, daß ein Strom der polaren Flüssigkeit im Gegenstrom zu der Strömungsrichtung der nichtpolaren Flüssigkeit geleitet wird durch ein elektrisches Feld von unterschiedlichen elektrischen Feldgradienten (vektoriellen Feldgrößen), aufgebaut durch eine Mehrzahl von Schichtstoff- Elektroden.
Trennungsverfahren, die von elektrischen Feldern mit hoher Spannung Gebrauch machen, weisen eine Fest-Festtrennung auf in der Erzaufbereitung, eine Fest -oder Flüssigtrennung von einer nichtleitenden Flüssigkeit und den Gebrauch von elektrostatischen Abscheidern, um feste oder flüssige Partikel aus Abgasen und Klimaanlagen zu entfernen. Das elektrostatische Feld, das in diesen Trennungsverfahren benutzt wird, wird erzeugt durch das Anlegen einer Wechselstrom-Spannung, einer Gleichstromspannung oder einigen Kombinationen dieser an ein Stromnetz in dem Strömungsablauf.
Wenn die Flüssig-Flüssigtrennung in einer elektrostatischen Entwässerungsanlage Wasser aus einer Öl-Wasser-Emulsion entfernt, wirkt das Öl als nichtpolare Flüssigkeit wie ein Nichtleiter und Wassertröpfchen, die polar sind, werden vereinigt. Die Vereinigung trifft auf, wenn kleine Wassertröpfchen zusammenstoßen und sich verbinden, um größere Wassertröpfchen zu bilden. Wassertröpfchen werden vereinigt durch den Aufbau eines elektrischen Feldes zwischen Elektrodeneleinenten und den Druchgang der Öl-Wasser-Emulsion durch das elektrische Feld. Da Wasser schwach polar ist, werden die Tröpfchen durch das elektrische Feld weiter polarisiert. Die polarisierten Tröpfchen werden voneinander angezogen und gelangen zur Vereinigung miteinander. Die größeren Tröpfchen setzen sich am Boden der Entwässerungsanlage ab, wo das Wasser entfernt wird. Das entwässerte Öl bewegt sich aufwärts und wird aus dem oberen Teil der Entwässerungsanlage entfernt.
Kleine Wassertröpfchen haben eine niedrige Geschwindigkeit, sich abzusetzen und lagern sich daher langsam ab oder werden mit der Strömung fortgetragen. Es ist erwünscht, kleine Wassertröpfchen zu veranlassen, sich zu vereinigen, um größere Tröpfchen zu bilden, da die größeren Wassertröpfchen sich leichter absetzen. Jedoch sind kleine Wassertröpfchen schwieriger durch Öl zu bewegen und benötigen daher einen größeren elektrischen Feldgradienten, um sich zu vereinigen. Besonders um kleine Wassertröpfchen sich vereinigen zu lassen, wird ein starker elektrischer Feldgradient benötigt, wie er zustande kommt, wenn eine hohe Spannung an Elektrodenelemente gelegt wird.
Es sind typische Anforderungen an Entsalzung, den Salz- oder Solegehalt von Naßöl auf 0,5 kg (1 Pfund) Salz auf 1,5 x10&sup5; Liter (1000 Barrels) öl zu reduzieren. Das Salz ist gewöhnlich in der Sole enthalten, die bei der Erdölgewinnung produziert wird. Die Entfernung des Wassers entfernt den größten Teil des Salzes. Jedoch verbleiben einige sehr kleine Soletröpfchen in dem dehydrierten Öl, was einen unannehmbaren Grad des Salzgehaltes in der Höhe von 9 bis 14 kg (20 bis 30 Pfund) auf 1,5 x10&sup5; Liter (1000 Barrels) Öl ergeben kann. Daher wird frisches oder weniger salziges Wasser hinzugefügt, um sich mit der Sole zu verbinden und sie zu verdünnen, die in dem dehydrierten Naßöl gefolgt von einer weiteren Stufe der Entwässerung zurückbleibt. Wenn der Wassergehalt auf denselben Wassergehalt der Emulsion nach der Eingangsstufe der Entwässerung reduziert wird, wird der Salzgehalt des dehydrierten Öls nach der zweiten Stufe der Entwässerung ebenfalls vermindert.
Elektroden sind in Entwässerungsanlagen der bisherigen Technik aus elektrisch leitendem Material gebaut worden, gewöhnlich Metallen, welche die angelegte Ladung augenblikklich zu allen Teilen der Oberfläche des Elektrodensystems bringen, allein begrenzt durch die Kraftquelle, welche die Energie dazu liefert. Wenn diese Systeme ohne Lichtbogenbildung arbeiten, ist eine sehr geringe Energie erforderlich, um das elektrische Feld zwischen den Elektrodenelementen aufrecht zu erhalten. Wenn jedoch Lichtbogenbildung auftritt, wird ein großer Betrag von Energie verbraucht. Überdies bricht, selbst wenn der Lichtbogen nur an einer Stelle der hochleitenden Elektrodenplatte auftritt, das elektrische Feld über der ganzen Elektrode zusammen und beendet dadurch den Entwässerungsprozeß, bis die Lichtbogenbildung zum Erlöschen gebracht wird. Um das Auftreten von Lichtbogenbildung schnell zu erfassen, die Lichtbogenbildung zum Erlöschen zu bringen und die Spannung an den Elektroden wiederherzustellen und dadurch den elektrischen Feldgradienten wieder zu errichten, sind komplizierte Steuerungssysteme verwendet worden von der Art wie das Spannungs- Steuerungssystem, das offenbart ist in dem U.S.-Patent 4,400,253.
Außerdem bestehen Nachteile der Metallelektroden bisheriger Technik darin, daß aufgrund der Leitfähigkeit der Elektrodenplatten die volle an die Elektrode angelegte Spannung an allen Rändern, Ecken und Punkten der Elektroden ebenso wie an der Stützvorrichtung der Elektrode besteht. Dieses läuft auf die Erzeugung von vielen Feldverzerrungen und Punktladungen hinaus. Verzerrungen in dem elektrischen Feld und Punktladungen bringen hohe elektrische Feldgradienten hervor, welche das Wachstum wässriger Tröpfchen begrenzen und Tröpfchenzerstreuung verursachen. Wenn diese Zerstreuungsmechanismen in Gebieten bestehen, wo die Verarbeitungsflüssigkeiten das elektrische Feld verlassen, werden die wässrigen Tropfen nicht vereinigt und daher mit dem verarbeiteten organischen Strom von der Art wie dehydriertes Öl weggetragen.
Die gewöhnlicheren Formen der Entsalzung sowohl für Feldwie für Raffinerieverfahren benutzen die Hinzufügung von Wasser zur Verdünnung, entweder Frischwasser oder weniger salzhaltiges Wasser, zu den einmal dehydrierten Rohölemulsionen. Die Emulsion wird dann zusammen mit dem Verdünnungswasser zusammenströmen durch einen Mischer geschwemmt, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, daß die Sole mit zerstreuten Tropfen mit dem Verdünnungswasser in Berührung kommt und die Tropfen sich vereinigen. Der Rohölstrom ist dann wiederum dehydriert. Die Beseitigung der verdünnten Sole ist nicht vollständig, und das beseitigte Salz ist begrenzt auf einen Bruchteil, der sich aus dem Produkt des Volumens des Verdünnungswassers und der Misch-Effizienz ergibt. Häufig sind vielfache Stufen der Entsalzung erforderlich, um den Anforderungen an das Salz gerecht zu werden. Eine solche vielstufige Entwässerungsanlage in einem einzigen Kessel wird offenbart im U.S.-Patent 4,149,958.
Noch eine andere vielstufige Entwässerungsanlage ist offenbart im U.S.-Patent 4,308,127, welches das Hindurchleiten einer Emulsion durch eine Reihe elektrischer Felder lehrt, um eine polare Phase der Tropfenzerstreuung mit dem letzten elektrostatischen Feld, das kleiner wird durch die Wirkung einheitlich geladener Elektroden, die physikalisch divergieren, der Tropfenvereinigung zuzuführen. Die Emulsion, von der fast die ganze polare Phase der Tropfenzerstreuung entfernt worden ist, wird durch ein abnehmendes elektrisches Feld geleitet als letzter Schritt in der Tropfenvereinigung der polaren Phase der Tropfenzerstreuung.
Das Europäische Patent No. 0 096 739 offenbart ein Elektrodensystem, welches wenigstens ein Paar Elektroden aufweist in der Gestalt von zwei parallelen Platten, durch welche Emulsionen von verhältnismäßig polarer und verhältnismäßig nicht polarer Flüssigkeit geleitet werden. Die Elektrodenplatten werden von Materialien eingeschlossen, die die Platten instand setzten, die elektrische Leitfähigkeit zu verändern, um ein vielfaches elektrisches Feld zu errichten, welches in der Richtung des Flusses der Emulsion abnimmt.
Was benötigt wird, ist ein Verfahren und eine Vorrichtung, Sole von einer Ölemulsion zu trennen, bei denen Lichtbogenbildung nicht auftreten wird, welche von verzerrten Feldern und Punktladungen frei sein würde und das Naßöl einer wachsenden Feldstärke unterwerfen würde, um eine Tropfenvereinigung zu veranlassen und die verhältnismäßig großen Tröpfchen zu entfernen, gefolgt von einer hohen elektrischen Feldstärke, um kleine Wassertröpfchen zu vereinigen, gefolgt von einem abnehmenden elektrischen Feld, um die Trennungskräfte zu reduzieren, denen die vereinigten Wassertröpfchen im Ausgangsbereich ausgesetzt sind, um die Mitnahme der Tröpfchen zu minimieren. Solch ein Verfahren und Vorrichtung würden ferner einen Gegenstrom von Verdünnungswasser haben, welches Tropfenzerstreuung aufweist und gemischt wird mit der Emulsion in dem hohen elektrischen Feld und dadurch die Wahrscheinlichkeit erhöht, mit der zurückbleibenden Sole in Verbindung zu treten und sie zu verdünnen gefolgt von Tropfenvereinigung zur Abscheidung.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung liefert eine Vorrichtung zur Entwässerung von Öl, umfassend ein Gehäuse; einen Einlaß für Naßöl, das einen Solegehalt hat; einen Auslaß, um entwässertes Öl aus dem Gehäuse abzuziehen; einen Auslaß, um Abwasser aus dem Gehäuse abzuziehen; eine Mehrzahl von im wesentlichen parallelen Platten, die zwischen sich Durchgänge für das Naßöl bilden, wobei jede Platte einen laminaren Aufbau aufweist, der ein im wesentlichen ebenes, elektrisch nicht leitendes, erstes Glied und ein im wesentlichen ebenes, elektrisch leitendes, zweites Glied umfaßt, wobei die ebenen Abmessungen des zweiten Gliedes geringer als die des ersten Gliedes sind; und Mittel zum Anlegen einer nichtmodulierten Spannung an das zweite Glied jeder Platte, um ein elektrisches Feld im Durchgang zwischen benachbarten Platten zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß: die Anordnung der zwei Glieder der Platten so ist, daß aus einer senkrechten Sicht auf das zweite Glied das zweite Glied von dem ersten Glied umgeben ist; und dadurch, daß die Vorrichtung ferner umfaßt: einen Verteiler, der unter den Platten angeordnet ist, um das Naßöl zwischen den Platten zu verteilen; und einen Einlaß für relativ frisches Wasser und einen Wasserverteiler über den Platten, um das relativ frische Wasser in relativ großen Tropfen über den oberen Bereich des Gehäuses und in das elektrische Feld zwischen den Platten im Gegenstrom zu dem Naßöl zu verteilen, wodurch, während das Naßöl in das zwischen zwei benachbarten Platten erzeugte elektrische Feld eintritt und in Strömungsrichtung einem zunehmenden elektrischen Feldgradienten beim Passieren eines ersten, nicht leitenden Abschnittes der Platten unterworfen wird, dann einem gleichmäßig hohen elektrischen Feld beim Passieren eines leitenden, zentralen Abschnittes der Platten und dann einem abnehmenden elektrischen Feldgradienten beim Passieren eines zweiten, nicht leitenden Abschnittes, das relativ frische Wasser im Gegenstrom zum Naßöl durch das elektrische Feld zwischen zwei benachbarten Platten hindurchtritt, wobei das Wasser einem zunehmenden elektrischen Feldgradienten beim Passieren des zweiten nicht leitenden Abschnittes der Platten, in welchem die großen Wassertröpfchen zerteilt werden, unterworfen wird, dann einem gleichmäßig hohen elektrischen Feld, wo kleinere Wassertröpfchen vereinigt werden, größere Wassertröpfchen zerteilt werden, und das Wasser mit dem Naßöl vermischt und dadurch der Kontakt von Wasser mit Sole vergrößert wird, die größeren Tröpfchen der verdünnten Sole dann einem abnehmenden elektrischen Feldgradienten beim Passieren des ersten, nicht leitenden Abschnittes der Platten unterworfen sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Sicht, teilweise im Schnitt, einer Entwässerungsanlage, die aus einem horizontal verlängerten Kessel besteht, der aufgehängte Schichtstoff-Elektroden enthält, die gemäß der vorliegenden Erfindung entworfen sind;
Fig. 2 ist eine perspektivische Sicht, teilweise im Schnitt, einer der in Fig. 1 gezeigten entsprechenden Entwässerungsanlage, in der sich Schichtstoff-Elektroden in Längsrichtung mit dem Kessel erstrecken;
Fig. 3 ist eine perspektivische Sicht einer Schichtstoff-Elektrode;
Fig. 4 ist ein Querschnitt zweier benachbarter Schichtstoff- Elektroden mit einem Durchgang für die Emulsion zwischen sich;
Fig. 5 ist eine perspektivische Sicht von zwei Paaren von Schichtstoff-Elektroden, die Durchgänge für die Emulsion zwischen sich bilden und eine Art offenbart, in der Spannung an sie angelegt werden kann;
Fig. 6 ist eine perspektivische Sicht von zwei Paaren von Schichtstoff-Elektroden, die Durchgänge zwischen sich bilden und eine alternative Weise offenbart, in der Spannung daran angelegt werden kann;
Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm, das das Pultrusions- Verfahren offenbart, durch das eine Schichtstoff-Elektrode hergestellt werden kann.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführung

Um auf die Zeichnung Bezug zu nehmen, anfangs auf Fig. 1, so ist dort eine Öl-Entwässerungsanlage 10 dargestellt, die gemäß der vorliegenden Erfindung entworfen ist. Diese Erfindung überträgt eine Kontaminante bzw. Verunreinigung zwischen eine oder mehrere verhältnismäßig nichtpolare Flüssigkeiten und eine oder mehrere verhältnismäßig polare Flüssigkeiten, wobei die polaren und die nichtpolaren Flüssigkeiten nicht ineinander mischbar sind. Diese Kontaminanten enthalten wenigstens Natriumchlorid-Teilchen und Metallionen. Die folgende bevorzugte Ausführung der Erfindung überträgt eine Kontaminante, die ursprünglich in der nichtpolaren Flüssigkeit vorhanden ist, auf die polare Flüssigkeit. In der bevorzugten Ausführung wird die polare Flüssigkeit mit zerstreuten Tropfen in Kontakt gebracht mit einer Kontaminante der verhältnismäßig nichtpolaren Flüssigkeit, um sich mit der Kontaminante zu verbinden, und die Tröpfchen der verbundenen Kontaminante und polaren Flüssigkeit vereinigen sich dann zur Beseitigung von der verhältnismäßig nicht polaren Flüssigkeit. In der bevorzugten Ausführung ist die polare Flüssigkeit Wasser, die nichtpolare Flüssigkeit ist Öl und die Kontaminante ist Natriumchlorid.
Zwei grundlegende Zerstreuungsmechanismen sind beteiligt, wenn elektrische Felder genutzt werden, um nicht mischbare Flüssigkeiten zu mischen, d.h. Emulsionen zu machen. Erstens lassen die hydrodynamischen Kräfte, denen die wässrigen Tröpfchen in einem elektrischen Feld ausgesetzt werden, Trennungskräfte wirksam werden, die die einzelnen Tröpfchen veranlassen, sich in kleinere Tröpfchen zu zerteilen. zweitens, wenn die Oberflächen-Ladung an einer gegebenen Tröpfchengröße einen kritischen Gradient erreicht, werden elektrodynamische Kräfte das Tröpfchen veranlassen, in kleinere Tröpfchen zu zersprengen auf der Suche, die Oberfläche auszudehnen, über die sich die Ladung verteilen kann. Hydrodynamische und elektrodynamische Kräfte wirken beide darauf hin, in einem elektrischen Feld eine mittlere Größe des wässrigen Tröpfchens zu schaffen, wobei seine Größe von dem elektrischen Feldgradienten abhängt.
Naßöl 12, das aus einer Rohöl-Sole-Emulsion besteht, tritt in ein Gehäuse 14 durch einen Öleinlaß 15. Gehäuse 14 ist gewöhnlich ein verlängerter horizontaler zylindrischer Kessel mit geschlossenen Enden. Naßöl 12 wird die Länge des Gehäuses 14 entlang unter einem Verteiler 16 verteilt und durch Öffnungen 18 verstreut in der Nähe der Öl-Wasser- Grenzfläche, welche sich zwischen der Emulsion 22, die verarbeitet wird, und dem Wasserkörper 24 bildet. Wasser wird automatisch dem Wasserkörper 24 durch den Wasserauslaß 68 entzogen, um die Höhe der Grenzfläche 20 zu erhalten. Naßöl 12 fließt aufwärts und wird eine Emulsion 22, die verarbeitet wird, und tritt durch eine Mehrzahl aufgehängter, wesentlich paralleler Schicht-Elektroden 26 hindurch. Obwohl ein vertikaler Fluß von Naßöl 12 bevorzugt wird, die Erfindung ist darauf nicht begrenzt. Der Ölfluß durch einen Aufbereiter oder Dehydrator 10 beträgt gewöhnlich 86 x 10³ Liter Öl pro Tag und Quadratmeter (50 Barrels Öl pro Tag und Quadratfuß) der Elektrode 16 am Maximum-Querschnitt des Aufbereiters 10. Jedoch kann der Ölfluß verschieden sein von einem so niedrigen Betrag wie 86 x 10² Liter pro Tag und Quadratmeter (5 Barrels Öl pro Tag und Quadratfuß) für schwere Öle bis zu einem Übermaß von 170 x 10³ Liter pro Tag und Quadratmeter (100 Barrels Öl pro Tag und Quadratfuß) der Elektrode für leichtes Öl bei hohen Temperaturen.
Schichtstoff-Elektroden 26 werden aus einem laminaren Gefüge hergestellt, welches ein wesentlich ebenes, elektrisch nichtleitendes erstes Glied 28 hat, mit einem wesentlich ebenen, elektrisch leitenden zweiten Glied 30 an einer ebenen Oberfläche davon angeordnet. Die Ausdehnung der Ebene des zweiten Gliedes 30 ist typisch geringer als die Ausdehnung der Ebene des ersten Gliedes, was hinausläuft auf ein wesentlich zentral gelegenes zweites Glied 30, welches aus einer senkrechten Sicht auf das zweite Glied 30 ein elektrisch leitender zentraler Bezirk ist, gebildet durch das zweite Glied 30, umgeben von einem elektrisch nichtleitenden Bezirk, der von einem Teil des ersten Gliedes 28 gebildet wird. In einer bevorzugten Ausführung sind benachbarte Schicht-Elektroden 26 in derselben Weise ausgerichtet, so daß es immer ein elektrisch nichtleitendes erstes Glied 28 zwischen benachbarten elektrisch leitenden Gliedern 30 gibt.
Infolge des Aufbaus der Schichtstoff-Elektroden wird Lichtbogenbildung minimalisiert und ist selbstverlöschend.
Mit einer nichtmodulierten hohen Spannung, angelegt an den von Glied 30 gebildeten zentralen Bezirk, wächst das elektrische Feld, welches zwischen je zwei benachbarten Schichtstoff-Elektroden 26 von der Vielzahl der Schichtstoff-Elektroden 26 gebildet wird, wesentlich an von der äußeren Peripherie 32 des nichtleitenden ersten Gliedes 28 der Schichtstoff-Elektrode 26 zum elektrischen Feldgradienten, der zwischen dem leitenden zweiten Glied 30 besteht. Der elektrische Feldgradient ist mitten durch den leitenden Bezirk 30 am größten. Die verschiedenen elektrischen Feldgradienten, die zwischen den verschiedenen Bezirken von zwei benachbarten Schichtstoff-Elektroden 26 bestehen, werden ausführlicher weiter unten erörtert. Der Gebrauch von Schichtstoff-Elektroden, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, beseitigt die Notwendigkeit, die an die Elektroden angelegte Spannung zu modulieren. Weiterhin ist auch ein Steuerungssystem der Spannung, das fähig ist, Lichtbogenbildung zu erfassen und zum Erlöschen zu bringen, nicht notwendig.
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführung eines Öl-Entwässerungsverfahrens wird am besten mit Bezug auf Fig. 1, 3 und 4 verstanden. Sowie eine Emulsion 22 aufwärts über Schichtstoff-Elektroden 26 strömt, wird sie bezüglich zur Strömungsrichtung der Emulsion 22 zuerst einem wachsenden elektrischen Feldgradienten unterworfen, der durch Vektoren 38 erzeugt im Gebiet 36 dargestellt wird, dem elektrischen Feldgradienten von einförmig hoher Stärke, der durch Vektoren 42 erzeugt im Gebiet 40 dargestellt wird, und im Anschluß einem abnehmenden elektrischen Feldgradienten, der durch Vektoren 46 erzeugt im Gebiet 44 dargestellt wird. Sowie Emulsion 22 in den wachsenden elektrischen Feldgradienten des Gebietes 36 eintritt, werden die größeren, weniger stabilen zerstreuten Soletröpfchen, welche die Öl- Sole-Emulsion 22 enthält, zu noch größeren Tröpfchen vereinigt, welche dann von ausreichender Größe sind, sich gegen die Strömung von Emulsion 22 abzusetzen, sich in der Grenzfläche 20 zu vereinigen und Teil des Wasserkörpers 24 zu werden zur anschließenden Entfernung vom Boden der Entwässerungsanlage durch den Wasserauslaß 68.
Sowie die ein wenig dehydrierte oder reduzierte Emulsion 22 ihren Fluß aufwärts durch den wachsenden Feldgradienten 38 erzeugt im Gebiet 36 fortsetzt, werden immer kleinere zerstreute Soletröpfchen, welche die Öl-Sole-Emulsion 22 enthält, zu immer noch größeren Tröpfchen vereinigt, von denen einige dann ausreichende Größe haben, sich gegen den Aufwärtsstrom von Emulsion 22 abzusetzen, und dabei fortfahren, sich zu vereinigen, so wie sie sich nach unten absetzen durch den wachsenden elektrischen Feldgradienten 38, welcher in Bezug auf die sich absetzenden vereinigten Soletröpfchen ein abnehmender elektrischer Feldgradient ist, der die Vereinigung der größeren Soletröpfchen weiter steigert. Die sich absetzenden Soletröpfchen vereinigen sich in der Grenzfläche 20 und kommen mit dem Wasserkörper 24 zusammen.
Die ein wenig dehydrierte oder reduzierte Emulsion 22, welche die kleineren, stabileren zerstreuten Soletröpfchen enthält, setzt den Fluß aufwärts fort in einen stärkeren, einförmigen elektrischen Feldgradienten erzeugt in Gebiet 40, wie dargestellt durch Vektoren 42, der besteht zwischen dem elektisch leitenden zweiten Glied 30 von einer Schichtstoff-Elektrode 26 und dem elektrisch nichtleitenden ersten Glied 28 einer benachbarten Schichtstoff-Elektrode 26. Die kleineren Soletröpfchen werden durch den starken, einförmigen elektrischen Feldgradienten 42 vereinigt zu einer mittleren Tröpfchengröße 48, die durch den elektrischen Feldgradienten 42 bestimmt wird. Diese Tröpfchen von Sole und zerstreutem Verdünnungswasser, besonders diejenigen, die eine mittlere Tröpfchengröße 48 erreichen, sind genügend groß, um von der Schwerkraft und den elektrokonvektiven Strömen beeinflußt zu werden und zu wandern oder sich abzusetzen gegen den Aufwärtsstrom von Emulsion 22. Eine Mehrheit von vereinigten Tröpfchen, welche die mittlere Tröpfchengröße 48 erreichen, wandert zurück in das wachsende elektrische Feld 38, welches in Bezug auf die sich absetzenden vereinigten Soletröpfchen ein abnehmender elektrischer Feldgradient ist, der die Vereinigung der sich absetzenden Soletröpfchen weiter steigert. Die sich absetzenden Soletröpfchen vereinigen sich in der Grenzfläche 20 und kommen mit dem Wasserkörper 24 zusammen.
Eine Minderheit von vereinigten Tröpfchen, welche die mittlere Tröpfchengröße 48 im Gebiet 40 erreichen, werden zusammen mit den sehr kleinen Soletröpfchen, die von dem elektrischen Feld erzeugt im Gebiet 40 nicht erreicht werden, mit Emulsion 22 aufwärts getragen in das Gebiet 44. Dieses hat einen in Strömungsrichtung von Emulsion 22 abnehmenden elektrischen Feldgradienten. Ein abnehmender elektrischer Feldgradient 46 besteht zwischen Bezirken des nichtleitenden ersten Gliedes 28 an zwei benachbarten Schichtstoff-Elektroden 26. Gebiet 44 mit abnehmendem elektrischen Feldgradienten 46 induziert weiter eine Vereinigung der Tröpfchen, welche die mittlere Tröpfchengröße 48 erreichen und sich dabei mit einigen der kleineren Soletröpfchen verbinden, die mit dem Strom der Emulsion 22 fortgetragen werden, oder mit anderen Tröpfchen mittlerer Tröpfchengröße 48, die mit dem Strom der Emulsion 22 fortgetragen werden. Die so gebildeten Tröpfchen von mehr als mittlerer Größe fallen dann gegen die Strömung von Emulsion 22 zurück in das Gebiet 40, wo sie einem elektrischen Feldgradienten von einförmig hoher Stärke 42 ausgesetzt werden, welcher die Tröpfchen von mehr als mittlerer Größe 48 in kleinere Tröpfchen trennt und dabei die Tröpfchen in Emulsion 22 rückzerstreut. Einige der rückzerstreuten Soletröpfchen haben die mittlere Größe 48 und setzen sich gegen die Strömung von Emulsion 22 nach unten ab in das elektrische Feld 36, setzen die Vereinigung fort, setzen sich zur Grenzfläche 20 ab, vereinigen sich in ihr und kommen im Wasserkörper 24 zusammen. Eine Minderheit von den rückzerstreuten Soletröpfchen mittlerer Größe 48 und die kleineren rückzerstreuten Soletröpfchen werden wiederum in Gebiet 40 getragen. Während dieser Prozeß sich wiederholt, tritt eine allmähliche Abwärtswanderung der Soletröpfchen ein, sowie die Sole von Emulsion 22 getrennt wird. Die Geschwindigkeit der Abwärtswanderung der Tröpfchen wird von den jeweiligen elektrischen Feldgradienten zwischen Gebiet 40 und den Gebieten 44 und 36 gesteuert.
Gleichzeitig wird Verdünnungswasser 50 in das Gehäuse 14 des Ölaufbereiters oder Dehydrators 10 eingeführt durch das Verdünnungswasser-Einlaßrohr 52. Verdünnungswasser kann frisches Wasser oder weniger salziges Wasser sein, als durch Wasserauslaß 68 entfernt wird. Das vom Einlaßrohr 52 aufgenommene Verdünnungswasser 50 wird die Länge des Gehäuses 14 entlang verteilt und in teilweise entwässerte Emulsion 22 eingelassen über Schichtstoff-Elektroden 26 durch Verteilerkopf 54 mit Öffnungen 56. Verdünnungswasser 50 tritt in Emulsion 22 als große Tröpfchen 58 ein, gewöhnlich von mehr als mittlerer Größe 48 und setzt sich daher rasch gegen die Aufwärtsströmung von Emulsion 22 ab in den abnehmenden elektrischen Feldgradienten 46 des elektrischen Feldes 44. Die sich abwärts absetzenden größeren Wassertropfen 58 des Verdünnungswassers 50 werden einem wachsenden elektrischen Feldgradienten in Gebiet 44 ausgesetzt infolge ihres Gegenstroms zu Emulsion 22. Die größeren Wassertröpfchen 58 werden, wenn sie den in Gebiet 44 erzeugten elektrischen Feld ausgesetzt werden, in kleinere Wassertröpfchen 60 getrennt, welche in der teilweise dehydrierten Emulsion 22 zerstreut werden und beginnen, sich zu berühren, sich zu vereinigen und beliebige Soletröpfchen zu verdünnen, die ins Gebiet 44 vorgedrungen sind. Die vereinigten Tröpfchen im elektostatischen Feld 44 setzen sich gegen die Strömung von Emulsion 22 ab in den elektrischen Feldgradienten 42 von wesentlich einförmig hoher Stärke, wo sie vollständig zerstreut werden. Tröpfchen werden wiederholt vereinigt, verstreut und wiedervereinigt mit der Sole in Emulsion 22 zwischen benachbarten Schichtstoff-Elektroden, so wie sie wandern oder sich nach unten absetzen durch Gebiet 40, von dort durch Gebiet 36 gegen die Strömung von Emulsion 22 und sich eventuell in der Grenzfläche 22 vereinigen und im Wasserkörper 24 zusammenkommen.
Auf diese Weise wird die in Emulsion 22 verbleibende Sole in Gebiet 44 durch Verdünnungswasser 50 verdünnt, von dort wird die verdünnte Sole von Emulsion 22 abgeschieden in einer hoch wirksamen Weise, die einen leistungsfähigen vielstufigen Mischer/Vereiniger/Trenner entspricht, infolge der Kombination von intensiven Mischen und gegenströmigen Fluß von Verdünnungswasser. Wenn sie verbunden wird mit der Abscheidung relativ großer Soletröpfchen vom Naßöl 12 im Bezirk des elektrischen Feldes, das in Gebiet 36 erzeugt wird, und der Abscheidung von kleineren Soletröpfchen, die in dem in Gebiet 40 erzeugten elektrischen Feld 40 vereinigt werden, entwässert diese Kombination von Soleabscheidung das Öl 64, das sich im oberen Bereich von Gehäuse 14 der Entwässerungsanlage 10 sammelt und von dort durch den Ölauslaß 66 entfernt wird.
Diese Abfolge von Verdünnungswasser zufügen, mischen, vereinigen und sich absetzen wird ad infinitum wiederholt, sowie sich die Flüssigkeit durch elektrostatische Felder bewegt, die es der polarisierten Flüssigkeit erlauben, sich abwärts abzusetzen, und zahlreiche Stufen hervorbringen, gegenströmiger Mischung, Trennung, Verdünnung und Vereinigung. Wenn in dieser Gegenstromanordnung genutzt, wird der Dehydrator 10, der gemäß der vorliegenden Erfindung entworfen wird, ein äußerst wirkungsvoller, vielstufiger, wirtschaftlicher Mischer/Trenner, um in der bevorzugten Ausführung Sole von Naßöl abzuscheiden.
Wie am besten in Fig. 1 zu sehen, fließt das Naßöl, das im Gehäuse 14 eintritt und durch Streuer 16 und Öffnungen 18 verteilt wird, aufwärts durch parallele Durchgänge, die zwischen Paaren von Schichtstoff-Elektroden 26 gebildet sind, die in der bevorzugten Ausführung vertikal aufgehängt sind und sich gewöhnlich quer zur Längsausdehnung von Gehäuse 14 erstrecken. Als Alternative können sich die Schichtstoff-Elektroden 26 in Längsrichtung mit Gehäuse 14 erstrecken, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Befestigung für Schichtstoff-Elektroden 26 schließt isolierte Aufhänger 72 ein, welche sich aufwärts erstrecken von einem ersten Satz von Gerüststangen 74, die Schichtstoff-Elektroden 26 tragen mit der Ladung eines Pols und isolierte Aufhänger 76, welche sich aufwärts erstrecken von einem zweiten Satz von Gerüststangen 78, welche die übriggebliebenen Schichtstoff-Elektroden tragen. Die isolierten Aufhänger 72 und 76 sind dazu bestimmt, die Last der Gerüststangen 74 und 78 zu tragen, beziehungsweise so gut wie eine Hälfte von Schichtstoff-Elektroden 26.
Zum Beispiel wurde mit einem gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführten Dehydrator oder Aufbereiter 10, der Rohöl aufnimmt, mit einem Beivolumen von 0,5 % Sole (200,000 PPM Salz) zerstreut in der fortlaufenden Ölemulsion mit 1,0 % Volumen Verdünnung (Frischwasser) im Gegenstrom, ein Salzentferner von 99,93 % erzielt. Das entspricht einer Verminderung des Salzgehaltes von 181 kg (400 Pounds) auf 1,5 x 10&sup5; Liter (1000 Barrels) Öl. Die Viskosität der Ölphase betrug 0,1166 m²/s bei der Testtemperatur und die Fluß-Rate des Öls entsprach 51 x 10&sup4; Liter Öl pro Tag und Quadratmeter (300 Barrels Öl pro Tag und Quadratfuß) Elektrodenoberfläche. Die an den leitenden zentralen Bezirk 30 der Schichtstoff-Elektroden 26 angelegte Spannung betrug 45.000 Volt mit einem Elektroden-Zwischenraum von 0,08 m (3 Inch).
Um das zu errichten, was als ein einzelnes elektrisches Feld angesehen werden kann, mit Bezirken eines variierenden elektrischen Feldgradienten oder als Vielzahl elektrischer Felder, wobei einige einen konstanten Feldgradienten und andere eine varrierenden Feldgradienten haben, wird eine Mehrzahl von Schichtstoff-Elektroden 26 gebraucht. In einer typischen Schichtung ist Elektrode 26 laminar aufgebaut und umfaßt ein elektrisch nichtleitendes erstes Glied 28 aus Glasfaser und ein elektrisch leitendes zweites Glied 30 ist eine Graphitfaser. Eine Schichtstoff-Elektrode 26 kann hergestellt werden durch ein Pultrusionverfahren (Zieh-Strangpressen), das mit Bezug auf Fig. 7 am besten verstanden wird.
Fig. 7 zeigt eine typische fortlaufende Pultrusionverarbeitung. Endlosstrang-Rovings 80 aus Glasfaser werden von einer Roving-Spule 82 gezogen und ein Vlies 84 aus Glasfaser wird von Spule 86 gezogen. Ein fortlaufender Streifen von elektrisch leitenden Material 88, wie Graphitfaser, wird von Spule 90 gezogen. Die Breite des elektrisch leitenden Materials 88 ist wesentlich geringer als die Breite der Endlosstrang-Rovings aus Glasfaser 80 oder Vlies 84 aus Glasfaser. Das geschichtete elektrisch leitende Material 88, die Endlosstrang-Rovings 80 und Vlies 84 werden durch eine Führung 92 geleitet, von dort durch ein thermales Fixierbad aus Harz 94, welches einen Harzimpregnator 96 enthält in dem die Glasfaser vollständig durchfeuchtet wird.
Nach dem Durchgang der Schichten von Glasfaser und Graphit durch ein Harzbad 94 können eine obere Oberflächenschicht 98 und eine untere Oberflächenschicht 100 von den Spulen 102 und 104 bzw. hinzugefügt werden. Oberflächenschichten 98 und 100 können Glasfaser sein. Nachdem das Oberflächenmaterial hinzugefügt ist, tritt das durchfeuchtete Material in den Vorformer 106 ein, der die Schichten 98, 88, 80, 84 und 100 in ihre annähernd gültige Gestalt bringt. Der fortlaufende, bandartige laminare Strang 108, umfaßt von den Lagen 98, 88, 80, 84 und 100 wird dann durch eine formende und nachbehandelnde Düse 110 mittels Ziehblöcken 112 gezogen. Der Strang 108 gelangt von der formenden und nachbehandelnden Düse 110 in seine endgültige Gestalt und wird gekühlt in der Bahn durch Luft oder Wasser und dann in die vorbestimmten Längen geschnitten durch Trennsäge 114. Nach dem Schnitt in vorbestimmte Längen wird, da der Streifen von elektrisch leitendem Material 88 sich über die ganze Länge eines jeden abgetrennten Glasfaserteils erstreckt, das elektrisch leitende Material von den Rändern entfernt, die von Trennsäge 114 geschnitten sind, so wie durch einen Schleifprozeß. Die Entfernung leitenden Materials 88 macht es begleitend erforderlich, die obere Oberflächenschicht 98 zu entfernen. Die obere Oberflächenschicht 98 wird wieder hergestellt derart wie durch Anstrich der Fläche mit einem Epoxidharz. Entfernung des elektrisch leitenden Materials 88 innerhalb annähernd 0,08 oder 0,1 m (3 oder 4 Inch) von den Schnitträndern ist als angemessen befunden worden, Lichtbogenbildung oder verzerrten elektrischen Feldern rund um die Enden von Schichtstoff-Elektroden 26 vorzubeugen.
Eine Mehrzahl von einheitlich mit Zwischenraum angeordneten, wesentlich parallelen Schichtstoff-Elektroden 26 ist in Dehydrator 10 gruppiert mit einer Spannungsquelle, die mit dem elektrisch leitenden zweiten Glied 30 jeder Elektrode 26 verbunden ist. Die Leitfähigkeit des elektrisch leitenden zweiten Gliedes 30 überträgt sofort die Ladung gleichmäßig darüber. Dadurch wird ein elektrisches Feld zwischen je zwei benachbarten Elektroden 26 errichtet. Ein elektrisches Feld mit einem gleichförmigen Gradienten dessen Größe abhängt von dem Abstand zwischen benachbarten Elektroden 26 und der Spannung, die daran angelegt ist, wird errichtet zwischen dem elektrisch leitenden zweiten Glied 30 von einer Elektrode 26 und dem elektrisch nicht leitenden ersten Glied 29 von einer benachbarten Schichtstoff-Elektrode 26. Es ist diese Fläche der Elektrode, die den starken, einförmigen elektrischen Feldgradienten errichtet, der eine wässrige Phase zerstreut in die organische Phase und die zwei Phasen zusammen mischt.
Das elektrisch nichtleitende erste Glied 29 nimmt, obwohl ein isolierenden Material von der Art wie Glasfaser, bereitwillig Oberflächenladung auf und hält sie zurück. Somit wird ein elektrisches Feld auch bestehen zwischen dem elektrisch nichtleitenden ersten Glied 29 im Bezirk 28 einer Schichtstoff-Elektrode 26 und dem elektrisch nichtleitenden ersten Glied 29 einer benachbarten Schichtstoff-Elektrode 26. Das Aufladen eines isolierenden Materials ist vor allem ein Oberflächenphänomen. Jedoch ist die Ladungsübertragungsrate entlang der Oberfläche eines Isolators und die Ladungsverlustrate an die unmittelbare Umgebung bezogen auf die Entladungszeitkonstante des Isolators, definiert durch die Gleichung:
T = e/d
wobei T die Entladungszeitkonstante ist, e die Dielektrizitätskonstante des Isolators und d die Leitfähigkeit des Isolators. Ein Material mit einer großen Entladungszeitkonstanten kann eine Ladung entlang seiner Oberfläche verhältnismäßig langsam übertragen, wird aber weniger wahrscheinlich das leitende zweite Glied 30 entladen als ein Material mit einer kleineren Entladungszeitkonstanten. Daher wird ein isolierendes Material mit einer großen Entladungszeitkonstanten wahrscheinlich für die meisten Anwendungen am besten passen. Eine typische Schichtstoff-Elektrode 26 kann 3,6 m (12 Fuß) lang und 0,8 m (30 Inch) hoch sein. Die Graphitfaser, die das leitende zweite Glied 30 bildet, kann 0,2 m (8 Inch) oder weniger breit sein, wird sich annähernd in Mittellage befinden von der Spitze bis zum Boden und sich die 3,6 m (12 Fuß) Länge entlang erstrecken bis auf annähernd 0,08 bis 0,1 m (3 bis 4 Inch) von jedem Ende.
Somit ist ein elektrisches Feld errichtet in Gebiet 44 zwischen den nichtleitenden Teilen von benachbarten Elektroden 26. Zwischen dem Rand 120 des leitenden zentralen Bezirks 30 und Rand 122 der Elektrode 26 nimmt der elektrische Feldgradient ab von dem starken elektrischen Feldgradienten zwischen den leitenden zentralen Bezirk 30 von zwei benachbarten Elektroden, schematisch dargestellt durch Vektoren 42. Dieser elektrische Feldgradient ist schematisch dargestellt durch Vektoren 46. Der Rand 120, der die Berührungslinie mit dem leitenden zentralen Bezirk 30 ist, ist die Ladungsquelle für diesen nichtleitenden Teil von Elektrode 26. Die Oberflächenladung ist unter Verarbeitungsbedingungen nicht gleichförmig über den Bereich der Oberfläche des isolierenden, nichtleitenden Materials 28 der Elektrode 26. Die Ladung nimmt ab mit der wachsenden Entfernung vom Rand 120 des leitenden zentralen Bezirks 30. Die genaue Abnahme hängt von verschiedenen Faktoren ab unter Einschluß der Entladungszeitkonstanten des isolierenden Materials, der Leitfähigkeit der organischen Phase des Naßöls 12 und des Bruchteils des Volumen der zerstreuten wässrigen Phase in der Emulsion. Eine Zunahme in jedem der beiden letzteren Parametern läßt die Ladungsverlustrate von dem isolierenden Material anwachsen und läßt die Rate des Wechsels in der Ladungsdichte mit wachsender Entfernung vom Rand 120 anwachsen.
Ein ähnliches elektrisches Feld wird in Fläche 36 zwischen Rand 124 des leitenden zweiten Gliedes 30 errichtet und Rand 126 von Elektrode 26. Der elektrische Feldgradient nimmt ab von dem starken elektrischen Feldgradienten zwischen dem leitenden zweiten Glied 30 von zwei benachbarten Elektroden 26, dargestellt durch Vektoren 124, bis auf einen kleinsten elektrischen Feldgradienten an dem Rand 126 von Elektrode 26. Dieser elektrische Feldgradient ist schematisch dargestellt durch Vektoren 38.
In einigen Anwendungen kann es wünschenswert sein, sicherzustellen, daß das Potential auf dem nichtleitenden Teil der Elektrode 26 an ihrem Rand auf null zurückgeht. Dieses kann gewährleistet werden durch Erdung des Endes eines nichtleitenden Abschnittes der am weitesten von der Berührung mit dem leitenden zweiten Glied 30 entfernt ist. Es würde höchst wünschenswert sein, das Potential auf dem nichtleitenden Teil von Elektrode 26 auf nahe null abfallen zu lassen in Flußrichtung von Emulsion 22.
Ein ähnliches elektrisches Feld wird errichtet zwischen Rand 128 des leitenden zweiten Gliedes 30 und Rand 130 der Elektrode 26, ebenso wie zwischen Rand 132 des leitenden zweiten Gliedes 30 und Rand 134 der Elektrode 26. Diese Abnahme im elektrischen Feld zwischen dem Gradienten an Rand 126 und nahe null an den Rändern 130 und 134 der Elektrode 26 ist größer infolge der typisch kürzeren physikalischen Entfernung.
Die Entfernung des Streifens von elektrisch leitendem Material 88 von den Rändern 130 und 134 von Elektrode 26 und dadurch die Bildung des elektrisch leitenden zweiten Gliedes 30 von Elektrode 26 stellt sicher, daß dort keine Lichtbogenbildung um die Enden von Elektroden 26 stattfinden wird, wenn ein elektrisches Feld zwischen zwei benachbarten Schichtstoff-Elektroden 26 errichtet wird.
Somit wird bei einem relativ nichtleitenden Naßöl 12, das die Mehrzahl von Schichtstoff-Elektroden 26 umgibt, sehr wenig Energie erfordert, um eine Ladung auf den Elektroden 26 aufrecht zu erhalten. Das elektrisch nichtleitende erste Glied 29 hat eine hinreichende Ladungsbeförderungsleistung, die notwendige Ladung unter normalen Bearbeitungsbedingungen zu liefern und aufrecht zu erhalten, um die oben beschriebenen elektrischen Feldgradienten zu errichten. Sollten die örtlichen Bedingungen zwischen benachbarten Elektroden zu Kurzschluß oder Lichtbogenbildung führen, so wie sie verursacht sein können durch eine Emulsion mit hohem Wassergehalt oder übermäßig viel Verdünnungswasser, wird die Ladung infolge der Entladungszeitkonstanten von dem umgebenden Gebiet der Oberfläche einer Elektrode schneller zerstreut werden als sie ersetzt werden kann. Eine verminderte Oberflächenladung begegnet nur in der Fläche des Lichtbogens und bringt den Lichtbogen dadurch zum Erlöschen und begrenzt die von dem Lichtbogen verbrauchte Energie und unterbricht weiterhin den Vorgang der Mischung, Zerstreuung und Vereinigung nur für eine kurze Dauer und nur in dem unmittelbaren Bezirk des Lichtbogens, da die Spannung auf dem Rest von Elektrode 26 infolge der Entladungszeitkonstanten unbeeinflußt ist.
Wo also die die Elektrizitätsstärke der Emulsion zwischen benachbarten Elektroden 26 ausreichend ist, erhalten die Ladungsbeförderungseigenschaften von Elektrode 26 das elektrische Feld aufrecht, und der Vorgang der Mischung, Zerstreuung und Vereinigung setzt sich fort. Deshalb haben Schichtstoff-Gitterwiderstände 26 ein eigenes stromregulierendes Merkmal, das die Neigung zur Lichtbogenbildung vermindert und, noch mehr, die anhaltende Lichtbogenbildung unterdrückt, sollte ein Lichtbogen auftreten. Aus diesem Grund kann ein Dehydrator 10, der gemäß der vorliegenden Erfindung entworfen ist, benutzt werden, Naßöl mit einem höheren Wassergehalt zu entwässern, mag das Wasser von Anfang an vom Naßöl geliefert oder als Verdünnungswasser zugefügt werden, als ein Dehydrator mit leitenden Elektrodenplatten. Außerdem kann der Dehydrator mit einer höheren Spannung im Bereich von 42,000 Volt bis 50,000 Volt mit enger angeordneten Elektroden arbeiten im Vergleich mit der bisherigen Technik von gewöhnlich 23,500 Volt an Elektroden mit 0,15 m (6 Inch) Zwischenraum. Keine äußere Modulation oder Regulation der Energiezufuhr wird benötigt. Die höhere Spannung kann genutzt werden aufgrund der inherent reduzierten Neigung, Lichtbogen zu bilden. Die Kombination von höherer Spannung und engerem Zwischenraum liefert einen viel höheren elektrischen Feldgradienten zwischen dem leitenden zweiten Glied 30 und einer benachbarten Schichtstoff-Elektrode 26 und setzt dabei die mittlere Tropfengröße 48 herab und steigert den Vorgang der Zerstreuung und Mischung.
Wie in Fig. 1, 2 und 4 bis 6 gezeigt, befindet sich das leitende zweite Glied von benachbarten Elektroden 26 in einer bevorzugten Ausführung an derselben Seite des ersten Gliedes 29 derart, daß es immer eine isolierende Schicht zwischen den leitenden Graphitfasern benachbarter Elektroden 26 gibt. In einer bevorzugten Ausführung ist Elektrode 26 gebaut aus zwei Schichten isolierenden Materials wie Glasfaser mit einem leitenden zentralen Bezirks wie Graphitfaser schichtweise dazwischen angeordnet.
Einige Harze pflegen an der Oberfläche Feuchtigkeit aufzunehmen mit dem Wasser in Emulsion 22. Oberflächenfeuchtigkeit ist Wasser, das an der Oberfläche von Schichtstoff-Elektrode 26 haftet. Oberflächenfeuchtigkeit ist unerwünscht, da das Wasser die Leitfähigkeit der Elektrodenoberfläche anwachsen läßt und dabei nicht nur den elektrischen Feldgradienten ändert, sondern auch die Entladungszeitkonstante. Die Änderung im elektrischen Feldgradienten beeinflußt den vollständigen Vorgang der Mischung, Zerstreuung und Vereinigung. Die Änderung in der Entladungszeitkonstanten kann eine größere Ladung während der Lichtbogenbildung liefern und dabei das elektrische Feld über eine größere Fläche zusammenbrechen lassen und den Vorgang der Mischung, Zerstreuung und Vereinigung unterbrechen. So sind Isolatoren wünschenswert, die keine Oberflächenfeuchtigkeit aufnehmen.
Schichtstoff-Elektroden können Rippen 70 enthalten, welche die doppelte Funktion erfüllen, strukturelle Stärke ebenso wie Flächen eines größeren elektrischen Feldgradienten zu liefern infolge des engeren physikalischen Abstandes zwischen benachbarten Elektroden. Rippen würden teilweise nützlich sein, die Verdünnungswassertröpfchen zu zerstreuen, und sind daher nützlich im zweiten Glied 30 und dem oberen Teil der Schichtstoff-Elektrode 26 in den Bezirken der elektrischen Felder, die in den Flächen 40 und 44 erzeugt werden.
Wie man am besten in Fig. 5 und 6 sieht, kann eine Spannung an die Mehrzahl der Schichtstoff-Elektroden 26 auf mehrere Arten angelegt werden. Wie in Fig. 5 dargestellt, ist die erste Wicklung 140 des spannungserhöhenden Stufenstransformators 142 mit einer Energiequelle 144 verbunden. Die in die zweite Wicklung 146 induzierte Spannung ist an einer Seite der zweiten Wicklung 146 mit dem elektrisch leitenden zweiten Glied 30 einer jeden Schichtstoff-Elektrode 26 verbunden. Die andere Seite der zweiten Wicklung 146 ist geerdet. Die zweite Wicklung 146 ist mit den Schichtstoff-Elektroden 26 verbunden durch zwei Gleichrichter von der Art wie antiparallele Dioden 148 und 150. Diode 148 ist zwischen der zweiten Wicklung 146 und der Hälfte der Schichtstoff-Elektroden 26 angeschlossen, und Diode 150 ist zwischen zweiter Wicklung 146 und der übrigen Hälfte der Schichtstoff-Elektroden 26 angeschlossen, so daß jede zweite Schichtstoff-Elektrode 26 mit derselben Diode verbunden ist. Auf diese Weise ist jedes benachbarte Paar von Schichtstoff-Elektroden 26 mit verschiedenen Gleichrichtern verbunden, und daher ist das Paar von Schichtstoff-Elektroden 26 gegensätzlich geladen. Der Wasserkörper 24 ist mit Bezug auf beide entgegengesetzt geladenen Schichtstoff-Elektroden 26 geerdet.
Alternativ können, wie in Fig. 6 dargestellt, die Gleichrichter weggelassen werden, und eine Seite der zweiten Wikklung 146 mit jeder zweiten Schichtstoff-Elektrode 26 verbunden werden, während die andere Seite der zweiten Wicklung 146 geerdet und mit den übrigen Schichtstoff-Elektroden 26 verbunden wird. Auf diese Weise wird eine Schichtstoff-Elektrode 26 in jedem benachbarten Paar von Schichtstoff-Elektroden 26 mit einer Wechselstromspannung geladen, während die andere Schichtstoff-Elektrode in dem benachbarten Paar geerdet ist.
Die vorliegende Erfindung kann in jedem Flüssig-flüssig-Austauschsystem genutzt werden, in dem eine wirkungsvolle Mischung und Trennung der unmischbaren Polaren und nichtpolaren Lösungen erforderlich ist. Diese Systeme schließen die Gewinnung solcher Produkte ein, sind aber nicht darauf beschränkt, die aus ihrem Erz durch schwache Säuren gelöst werden können, wie solche Systeme, die in der Uran- und Kupfergewinnung verwendet werden.
Ein stellvertretendes System, in dem die vorliegende Erfindung genutzt werden kann, ist das hydrometallurgische Abbausysten von Prestridge, US-Patent 4,120,769. In diesem System werden drei Strömungskreise offenbart, um darzustellen, wie Kupfer von Erz abgeschieden wird in einen letzten Kreislauf zu einem elektrolytischen Extraktionsprozeß, um die Gewinnung zu vollenden. Der erste Kreislauf enthält schwache Säure (polare Lösung) in der Extraktorschleife, um Kupfer vom Erz zu lösen. Diese schwache Säure der Extraktorschleife wird dadurch mit Kupfer angereichert. Die zweite Schleife enthält ein selektives Ionenaustauschgemisch in einem nichtpolaren, organischen Träger, das eingerichtet ist, das Kupfer aus der angereicherten schwachen Säure zu entfernen. Als nächstes wird das Ionenaustauschgemisch, das mit Kupfer belastet ist, mit einer Säure gemischt, die stark genug ist für die hydrogenen Ionen, das Kupfer aus dem belasteten Ionenaustauschgemisch zu verdrängen und das Gemisch mit den hydrogenen Ionen wieder herzustellen. Das Kupfer kann dann von der starken Säure durch einen elektrolytischen Extraktionsprozeß getrennt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Entwässerung von Öl, umfassend ein Gehäuse (14); einen Einlaß (15) für Erdölquellen-Ausbeute (Naßöl) (12), die einen Solegehalt hat; einen Auslaß (66), um entwässertes Öl aus dem Gehäuse abzuziehen; einen Auslaß (68), um Abwasser aus dem Gehäuse abzuziehen; eine Mehrzahl von im wesentlichen parallelen Platten (26), die zwischen sich Durchgänge für das Naßöl bilden, wobei jede Platte einen laminaren Aufbau aufweist, der ein im wesentlichen ebenes, elektrisch nichtleitendes, erstes Glied (28) und ein im wesentlichen ebenes, elektrisch leitendes, zweites Glied (30) umfaßt, wobei die ebenen Abmessungen des zweiten Gliedes geringer als die des ersten Gliedes sind; und Mittel zum Anlegen einer nicht-modulierten Spannung an das zweite Glied jeder Platte, um ein elektrisches Feld im Durchgang zwischen benachbarten Platten zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der zwei Glieder der Platten so ist, daß aus einer senkrechten Sicht auf das zweite Glied das zweite Glied (30) von dem ersten Glied (28) umgeben ist; und dadurch, daß die Vorrichtung ferner umfaßt: einen Verteiler (16), der unter den Platten angeordnet ist, um das Naßöl zwischen den Platten zu verteilen; und einen Einlaß (52) für relativ frisches Wasser und einen Wasserverteiler (54) über den Platten, um das relativ frische Wasser in relativ großen Tropfen (58) über den oberen Bereich des Gehäuses und in das elektrische Feld zwischen den Platten im Gegenstrom zu dem Naßöl zu verteilen, wodurch, während das Naßöl in das zwischen zwei benachbarten Platten erzeugte elektrische Feld eintritt und in Strömungsrichtung einem zunehmenden elektrischen Feldgradienten beim Passieren eines ersten, nicht leitenden Abschnittes der Platten unterworfen wird, dann einem gleichmäßig hohen elektrischen Feld beim Passieren eines leitenden, zentralen Abschnittes der Platten und dann einem abnehmenden elektrischen Feldgradienten beim Passieren eines zweiten, nicht leitenden Abschnittes unterworfen ist, das relativ frische Wasser im Gegenstrom zum Naßöl durch das elektrische Feld zwischen zwei benachbarten Platten hindurchtritt, wobei das Wasser einem zunehmenden elektrischen Feldgradienten beim Passieren des zweiten nichtleitenden Abschnittes der Platten, in welchem die großen Wassertröpfchen (58) zerteilt werden, unterworfen wird, dann einem gleichmäßig hohen elektrischen Feld unterworfen ist, wo kleinere Wassertröpfchen (60) vereinigt werden, größere Wassertröpfchen zerteilt werden, und das Wasser mit dem Naßöl vermischt und dadurch der Kontakt von Wasser mit Sole vergrößert wird, die größeren Tröpfchen der verdünnten Sole dann einem abnehmenden elektrischen Feldgradienten beim Passieren des ersten, nichtleitenden Abschnittes der Platten unterworfen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß benachbarte Platten (26) in der gleichen Weise so angeordnet sind, daß ein elektrisch nichtleitendes, erstes Teil (28) zwischen benachbarten, elektrisch leitenden, zweiten Teilen (30) angeordnet ist, wodurch Lichtbogenbildung minimiert und selbstlöschend ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (26) vertikal angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen zwischen der Mehrzahl von Platten (26) und einer Energiequelle (144) zwischengeschalteten Transformator (142), wodurch die an die Mehrzahl von Platten angelegte Spannung größer ist als die Spannung der Quelle.

5. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend:

a) wenigstens eine Öffnung in dem Wasserverteiler (54) welche gleichmäßige Verteilung des relativ frischen Wassers (50) entlang des Wasserverteilers vorsieht; und

b) wenigstens eine Öffnung (18) im Naßöl-Verteiler (16), welche gleichmäßige Verteilung des Naßöls entlang des Naßöl-Verteilers vorsieht.

6. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend isolierte Träger (72, 76) zur Aufhängung jeder Platte (26) am Gehäuse (14).

7. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (26) mit einer Energiequelle verbunden sind in einer Anordnung, um benachbarte Platten entgegengesetzt zu laden.

8. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten so mit einer Energiequelle verbunden sind, daß von jedem benachbarten Paar von Platten eine Platte mit einem Wechselstrom-Potential geladen und die andere Platte geerdet ist.

9. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtleitende, erste Teil (28) aus Glasfasern hergestellt ist.

10. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Teil (30) aus Grafitfasern hergestellt ist.