DE69930473T2

DE69930473T2 - Hochfrequenz-mikrowellenenergie-applikationsvorrichtung zum spalten von öl-wasser-emulsionen

Info

Publication number: DE69930473T2
Application number: DE69930473T
Authority: DE
Inventors: Henry H. Houston Kartchner
Original assignee: Imperial Petroleum Recovery Corp
Current assignee: Imperial Petroleum Recovery Corp
Priority date: 1997-09-23
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2019-05-08
Also published as: ATE320837T1; JP2000317207A; EP1050330A1; US5914014A; ES2262292T3; EP1050330B1; DE69930473D1

Description

STAND DER TECHNIK
In der Raffinationsbranche wird alles dafür getan, aus dem aus tief in der Erde oder aus der Tiefsee gewonnenem Rohöl ein Maximum an nutzbarem petrochemischem Produkt zu extrahieren. Es wäre besonders vorteilhaft, ein reines, schwefelfreies Produkt gewinnen zu können, wobei dies jedoch nur außerordentlich selten der Fall ist. Häufiger wird Rohöl eher teilweise als eine emulgierte Mischung aus Ölen, Wachsen, Teeren, Salz und mit Mineralien beladenem Wasser, feinem Sand und Mineralteilchen gewonnen. Nach der Lagerung an den Standorten der Bohrung und der Raffination tritt eine gewisse natürliche Setzung und Stratifikation ein, wobei jedoch eine renitente Emulsion aus Öl und Wasser und flockenartigen Mineralien verbleibt, die behandelt werden muss. Dieses Slopsöl bzw. Rückstandsöl verbleibt als eine erhebliche Umweltbelastung und stellt Verluste auf der Ertragsseite aus dem wiedergewinnbaren Ausgangsmaterial der Raffination dar. Unter den chemischen und physikalischen Abscheidungs- bzw. Separationstechniken eignen sich für die Industrie der sekundären Ölförderung die Techniken am besten, die als so fungieren, dass sie Ölmoleküle und Wassermolekülen an deren Grenzfläche wirtschaftlich voneinander trennen.
Bei den physikalischen Abscheidungstechniken kommt die Leitungserwärmung zum Einsatz, um die Oberflächenspannung an der Grenzfläche zwischen Öl und Wasser zu reduzieren, und wobei Zentrifugieren eingesetzt wird, um das weniger dichte Öl von dem Wasser zu trennen. In diesen Situationen, in denen das Öl eine große Anzahl an polaren Molekülen mit einem hydrophilen Ende und einem hydrophoben Ende enthält, reicht eine Reduzierung der Oberflächenspannung durch direkte Erwärmung alleine nicht aus. Und unter Bedingungen, bei denen komplexe organische Verbindungen die Dichte des Ölanteils bis nahezu auf die Dichte von Wasser erhöhen, gelingt es der Zentrifuge, die auf die Differenz der Dichten der Komponenten angewiesen ist, nicht, die Komponenten vollständig voneinander zu trennen.
Häufig stellen chemische Zusätze, die als Emulsionsspalter eingesetzt werden, eine wirtschaftliche Belastung dar und werfen ein zusätzliches Problem in Bezug auf die Entsorgung von verunreinigtem Wasser auf. In den meisten Fällen ist eine Kombination aus physikalischen und chemischen Einrichtungen bzw. Methoden erforderlich.
Labor- und Feldversuche haben belegt, das die Anwendung von Hochfrequenz-Mikrowellenenergie (HF-Mikrowellenenergie) auf Öl-Wasser-Emulsionen zu einer Trennung auf molekularer Ebene führt, was gegenüber anderen Methoden einen Vorteil darstellt. Es wird davon ausgegangen, dass die Bindung an der Öl-Wasser-Grenzfläche durchbrochen wird, wenn die HF-Energie das Wassermolekül hin- und herbewegt, bei dem es sich um ein hoch polares Molekül handelt, dass sich in dem oszillierenden Hochfrequenzfeld schnell dreht und wendet. In ähnlicher Weise wird das hydrophile polare Ende der Ölbindungsmoleküle größtenteils durch das Hochfrequenzfeld oszilliert bzw. in Schwingung versetzt. Dieser abscherende Effekt unterstützt die Koaleszenz von Öltröpfchen, die sich von den Wassertröpfchen gelöst haben sowie die letztendliche Spaltung der Emulsion. Die Vibration an der polaren Grenzfläche erzeugt lokalisierte Erwärmung zur weiteren Unterstützung der Separation bzw. der Trennung der Bestandteile.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung dar, die dazu dient, Mikrowellen-Hochfrequenzenergie effektiv auf einem gepumpten Strom einer Kohlenwasserstoff- und Wasseremulsion anzuwenden, bei maximaler Absorption der Hochfrequenzenergie in einem Multimode-H-Mikrowellenhohlraumresonator. Zwei gegenüberliegende Emulsionsströmungskammern mit einem zentral zugeführten Mikrowellenleiter bilden eine Resonanzkammer mit doppeltem Ende mit mehreren HF-Energiereflexionen zur effektiven Behandlung der fließenden Emulsion. Das emulgierte Ausgangsmaterial tritt in die unteren Bereiche beider Strömungskammern ein und verlässt diese oben nach der Erwärmung und Behandlung durch Mikrowellen-Hochfrequenzenergie.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Das U.S. Patent US-A-4.067.683 lehrt ein Verfahren zum elektromagnetischen Erwärmen bzw. Erhitzen eines Kohlenwasserstoff-Fluids mit hoher Viskosität zur Regelung dessen Fluenz unter Verwendung eines pyramidenförmigen Horns, das sich aus einem dielektrischen Material zusammensetzt, das einwärts in einen Ölbrenner-Brennstofftank konvergiert. Ähnliche pyramidenförmige und konische Hochfrequenz-Applikatoren werden entlang einer Rohrleitung nach unten in viskose geologische Öllagerungsstrukturen gerichtet, um das Öl in situ zu erwärmen. Dieses Patent enthält keinen Verweis auf das Spalten von Öl-Wasser-Emulsionen.
Das U.S. Patent US-A-4.174.751 verwendet keine Hochfrequenzenergie zum Extrahieren von „Schieferöl" in situ. Ein flüchtiger Verweis auf ein „elektrostatisches" Abscheidungsverfahren ist in der Beschreibung enthalten, wobei jedoch nicht näher darauf eingegangen wird. Die Anwendung von Hochfrequenzenergie wird nicht erwähnt.
Das U.S. Patent US-A-4.279.722 beschreibt verbesserte katalytische Reaktionen in der Petroleumraffinerie, indem Kohlenwasserstoffreaktionsstoffe, die sich in Kontakt mit katalytischen Stoffen befinden, dem Einfluss von Wellenenergie in dem Mikrowellenbereich ausgesetzt werden. Darin werden jedoch kein Verfahren und keine Vorrichtung zur Anwendung der Hochfrequenz-Mikrowellenenergie gelehrt. Das Patent betrifft die verbesserte Effizienz bei der Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in andere Kohlenwasserstoffe unter Verwendung von Hochfrequenzenergie in katalytischen Verfahren, wobei die Hochfrequenzenergie jedoch nicht zum Spalten von Emulsionen eingesetzt wird.
In „Microwave Demulsification" von C.S. Fang, Bruce K.L. Chung und Peter M.C. Lai, Department of Chemical Engineering, University of Southwestern Louisiana, Lafayette, LA, 70504, USA, und W.J. Klaila, Electromagnetic Energy Corporation, Middleboro, MA, 02346 in der Publikation Chemical Engineering Comm. 1988, Band 73, Seiten 227-239, sind einige vollständige grundlegende Laborversuche dargestellt, um zu zeigen, dass die Demulgierung von Öl und Wasser durch Mikrowellenenergie die Trennstufen bzw. Trennwerte und die dafür erforderlichen Zeiten deutlich verbessert. Feldversuche beinhalteten das Richten von Mikrowellenenergie von einem Mikrowellengenerator mit 20 KW mit einem konusförmigen Applikator, der in einem zylindrischen Metalltank mit einer Höhe von zehn Fuß mit einem Durchmesser von zehn Fuß zentriert ist und nach unten zeigt. Es hat sich gezeigt, dass sich der Inhalt des Tanks nach mehreren Stunden der Anwendung von Hochfrequenzenergie separiert. Dabei handelt es sich um ein stapelweises Verfahren, im Gegensatz zu einem kontinuierlichen Verfahren.
Das U.S. Patent US-A-4.582.629 betrifft ein Verfahren zur Förderung der Trennung von Kohlenwasserstoff und Wasser von einer Emulsion oder Dispersion unter Anwendung von Mikrowellenenergie und folgender Erwärmung der Emulsion unter Verwendung herkömmlicher Heizmittel bzw. Heizeinrichtungen. Spezielle Mittel oder Einrichtungen für die Anwendung von Mikrowellenenergie werden weder beschrieben noch beansprucht.
Das U.S. Patent U5-A-4.810.375 betrifft die Behandlung einer Öl-Wasser-Emulsion mit einem System, das eine Mikrowellenenergiequelle und einen Applikator mit einem Einlass und einem Auslass für den Durchgang der Öl-Wasser-Emulsion oder Dispersion umfasst, ohne detaillierten Verweis auf die Beschaffenheit des Mikrowellenapplikators.
Das U.S. Patent US-A-4.853.119 beschreibt ein Coalescer-Medium, das sich in dem Mikrowellenapplikator befindet, um die Trennung bzw. Abscheidung der Emulsionsbestandteile zu verbessern.
Das U.S. Patent US-A-4.853.507 beschreibt eine Vorrichtung zur effizienten Erwärmung von Mikrowellen von Emulsionen oder Dispersionen mit einem Wellenleiterabschnitt mit einer konischen Impedanzangleichungsmembran, die aus einem schwach dielektrischen Material gebildet wird, um die Impedanzangleichungsoberfläche am besten in einem mit Flüssigkeit gefüllten Ende des Hochfrequenz-Wellenleiterabschnitts zu präsentieren. Verschiedene weitere Applikatorformen werden in der Beschreibung und den Ansprüchen sowohl für runde als auch für rechteckige Wellenleiter beschrieben.
In dem U.S. Patent US-A-4.855.695 wird die dem Demulgatorsystem zugeführte Mikrowellenenergie durch einen mittels Computer realisierten Phasenverschieber auf ein optimales Stehwellen-Verhältnis eingestellt.
Vorgesehen ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Spalten von Öl- und Wasser-Emulsionsausgangsmaterial mit einer Hochfrequenzenergie-Applikatoreinheit, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:

a) zwei parallele, gegenüber liegende transparente Hochfrequenzfenster, die auf zwei ebenen, parallelen, gegenüber liegenden Seiten eines Hochfrequenzenergie-Wellenleiters angeordnet sind;
b) wobei der genannte Wellenleiter eine Deflektoreinrichtung aufweist, um die genannte Hochfrequenzenergie durch die genannten transparenten Hochfrequenzfenster abzulenken;
c) zwei Emulsionsausgangsmaterial-Verfahrenskammern, welche den genannten Hochfrequenzenergie-Applikator umgeben, der die genannte Hochfrequenzenergie in dem genannten Emulsionsausgangsmaterial erfasst;
d) wobei die genannten zwei Emulsionsausgangsmaterial-Verfahrenskammern mindestens einen Ausgangsmaterialeinlass und mindestens einen Ausgangsmaterialauslass aufweisen; und
e) wobei die genannten zwei Emulsionsausgangsmaterial-Verfahrenskammern in Kombination mit dem genannten Hochfrequenzenergie-Applikator einen mitschwingenden, zusammenhängenden Multimode-Mikrowellenhohlraum bilden; wobei das genannte Ausgangsmaterial dadurch optimal in den genannten Ausgangsmaterial-Verfahrenskammern gehalten wird, um eine maximale Emulsionsspaltung zu bewirken.

Vorgesehen ist gemäß der vorliegenden Erfindung ferner ein Verfahren zum Spalten eines Öl- und Wasser-Emulsionsausgangsmaterials in die Bestandteile Öl und Wasser mit einem hochfrequenten (HF) Mikrowellenenergieabsorptions-Applikatorpfad, wobei das Verfahren folgendes umfasst:

a) das Pumpen des genannten Ausgangsmaterials durch zwei Emulsionsausgangsmaterial-Verfahrenskammern, die jeweils, mindestens einen Ausgangsmaterialeinlass und mindestens einen Ausgangsmaterialauslass aufweisen;
b) das Leiten der hochfrequenten (HF) Mikrowellenenergie durch einen Hochfrequenz-Mikrowellen-Wellenleiter;
c) das Aufteilen und Ablenken der genannten hochfrequenten (HF) Mikrowellenenergie, die aus dem genannten hochfrequenten (HF) Mikrowellen-Wellenleiter durch die transparenten ebenen, parallelen Hochfrequenzfenster in die genannten zwei Emulsionsausgangsmaterial-Verarbeitungskammern austreten durch einen hochfrequenten (HF) Mikrowellendetektor;
d) das Verursachen mehrerer Reflexionen der genannten hochfrequenten (HF) Mikrowellenenergie, die zwischen Emulsionsausgangsmaterial-Dualkammern des genannten hochfrequenten (HF) Mikrowellen-Applikators reflektieren, um den genannten hochfrequenten (HF) Mikrowellenabsorptionspfad für eine vollständige Energieabsorption in dem genannten Öl-und Wasser-Emulsionsausgangsmaterial zu erhöhen;
e) wobei die genannte hochfrequente (HF) Mikrowellenenergie mit dem genannten Ö1- und Wasser-Ausgangsmaterial reagiert und dessen Temperatur erhöht; und
f) das Sammeln des genannten Ausgangsmaterials zur weiteren Verarbeitung.

Im Gegensatz zu dem Stand der Technik beschreibt das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Hochfrequenzenergie-Applikator, der Energie zwei gegenüber liegende Hochfrequenz-Abschlusshohlräume reflektiert, und zwar durch schräg stehende Reflektorplatten, die an dem Abschlussende eines rechteckigen Wellenleiters angeordnet sind. Verlustarme, in Bezug auf Hochfrequenzen transparente Flachplattenfenster verhindern das Eindringen von chemischem Ausgangsmaterial in den Wellenleiter. Der Fluss von Ausgangsmaterial verläuft nach oben gegen die Schwerkraft, um es zu verhindern, dass mitgeführte Feststoffe in den Resonatorhohlräumen eingeschlossen werden. Die beiden gegenüber liegenden Hochfrequenz-Abschlusshohlräume fungieren als ein Multimode-H-Mikrowellenhohlraumresonator zum effektiven Absorbieren von Mikrowellenenergie. Die Abmessungen der Wiedereintrittskammer bzw. H-Kammer stimmen ziemlich genau mit den Stehwellenmustern überein, in Anbetracht der dielektrischen Beschaffenheit des Öl-Wasser-Gemischs, das durch die beiden gegenüber liegenden Hohlräume fließt.
Die Wellenleiter-Abschlussreflektorplatten sind so bemessen und angewinkelt, so dass Hochfrequenzverluste so gering wie möglich gehalten werden, und um es zu verhindern, dass reflektierte Energie zu dem Hochfrequenzsender zurückgelangt und diesen beschädigt. Ein dreiteiliger Zirkulator wird in dem Übertragungspfad zwischen dem Sender und dem Mikrowellenapplikator platziert, um etwaige reflektierte Hochfrequenz zu einer wassergekühlten fiktiven Belastung abzuleiten.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung Verbesserungen des Verfahrens der Behandlung von Emulsionen zur Unterstützung deren Abscheidung bzw. Trennung, und in der Vorrichtung, die eingesetzt wird, um Hochfrequenz-Mikrowellenenergie auf das Emulsionsausgangsmaterial anzuwenden, erkennt die Erfindung die Voraussetzung an, zuerst das Ausgangsmaterial auf herkömmliche Art und Weise vorzuerhitzen, um Feststoffe zu schmelzen, wie etwa Wachse und Teere, um deren Niveau der dielektrischen Absorption von Mikrowellen vor der Behandlung mit Mikrowellen zu erhöhen und um die Pumpeigenschaften von Ausgangsmaterial durch Senkung der Viskosität zu verbessern.
Die Einlass- und Auslasstemperaturen werden überwacht und die Strömungsgeschwindigkeit des Ausgangsmaterials wird geregelt, so dass eine optimale Verweildauer und Auslasstemperatur aufrechterhalten werden, um die optimale Abscheidung der Emulsionsbestandteile zu gewährleisten. Ein optimaler Temperaturunterschied des Ausgangsmaterials zwischen den Einlässen und den Auslässen von Mikrowellenhohlräumen wird zu der Steuereinheit der Pumpenzufuhrrate zurückgeführt. Die Pumprate wird so angepasst, dass der geeignete Temperaturunterschied für eine optimale Spaltung der Emulsion aufrechterhalten wird. Der Erfinder ist der Ansicht, dass dieses Verfahren im Vergleich zu den Verfahren zu bevorzugen ist, welche Anpassungen des Stehwellen-Verhältnisses (VSWR als englische Abkürzung von Voltage Standing Wave Ratio) einsetzen, um die Pumprate des Ausgangsmaterials zu regeln.
Der Einlass befindet sich unterhalb des Auslasses, um teilchenförmige Feststoffe auszuspülen, wie zum Beispiel Sand, und um das Einschließen von Sand sowie den verbundenen Strömungsverlust zu verhindern, was zu einer Überhitzung des Ausgangsmaterials führen könnte.
Besondere Aufmerksamkeit kommt bei diesem Design dem Verhindern einer Stagnation oder einer Strömungseinschränkung auf den Oberflächen der für Mikrowellen transparenten Fenster zu. Das Design der speziellen Geometrie der Behandlungskammern verhindern überhitzte Stellen bzw. Hot Spots. Hot Spots führen in nicht ordnungsgemäß gestalteten Systemen zu lokaler Karbonisierung des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials. Die Bildung von leitfähigem Kohlenstoff an den Fenstern überbrückt das Mikrowellenfeld in Verbindung mit einem katastrophalen Anstieg der Temperatur, was zum Schmelzen oder Bruch des Fenstermaterials führt.
Zusätzliche schützende Instrumente überwachen und regeln hinsichtlich etwaiger Strömungsbeschränkungen in dem Pfad des Ausgangsmaterials, um Lücken ebenso zu verhindern wie eine Stagnation des Flusses oder die Bildung von Feststoffen. Der Mikrowellensender wird abgeschaltet, wenn ein beliebiger Fehlerzustand detektiert wird.
Sämtliches eintretendes Ausgangsmaterial wird durch herkömmliche Einrichtungen bzw. Mittel vorab erhitzt sowie durch heißes Abwasser, das von dem behandelten Ausgangsmaterial getrennt ist, um die Viskosität zu reduzieren und um das Vorabfiltern von Steinen und anderen großen Festkörpermassen aus der Emulsion des Ausgangsmaterials zu unterstützen. Der Erfinder hat festgestellt, dass die Mikrowellenenergie bei höherer Temperatur eine bessere Kopplung mit dem Ausgangsmaterial eingeht. Zufuhrtemperaturen von 120 bis 180 Grad Fahrenheit oder darüber sind abhängig von dem Schmelzpunkt organischer Feststoffe für die Mischung sowie von der Art und der Menge der mitgeführten nicht-schmelzenden Feststoffe wie etwa Schmutz und Sand erforderlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht durch den Mikrowellenapplikator und die beiden Verfahrenskammern;
2 eine Querschnittsansicht durch den Mikrowellenapplikator und die beiden Verfahrenskammern;
3 eine Vorderansicht im Aufriss einer Mikrowellenfenstereinheit mit einer entfernten Verfahrenskammerzugangsabdeckung;
4 eine Querschnittsansicht der Hochfrequenz-Mikrowellenapplikatorfensterstruktur.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Wie dies in der Abbildung aus 1 im Detail dargestellt ist, wird Mikrowellenenergie 18 durch einen hohlen Wellenleiter (nicht abgebildet) zugeführt, der mit dem Flansch 15 des Applikator-Wellenleiters 16 gekoppelt ist. Die Mikrowellenenergie wird durch eine angewinkelte Ablenkplatte 5 aufgeteilt und zu den beiden Verfahrenskammern abgelenkt. Zwei ebene, parallele für Mikrowellen transparente Fenster 4 leiten die Mikrowellenenergie in die beiden aus leitfähigen Werkstoffen gestalteten Verfahrenskammern 2. Die Abmessungen der Verfahrenskammern werden so ausgewählt, dass ein Multimode-Resonanzmuster auf der Hochfrequenz im Betrieb und die dielektrischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials maximiert werden. HF-Frequenzen von 915 MHz oder 2.450 MHz sind die am häufigsten verwendeten Frequenzen für die industrielle Verarbeitung zur Vermeidung von Konflikten mit Kommunikationsvorrichtungen.
Die Energie wird durch das Ausgangsmaterial in dem Raum der Ausgangsmaterial-Verfahrenskammer in Form einer Öl- und Wasser-Emulsion absorbiert, tritt durch die Einlassleitung 8 in die Kammer ein und durch die Auslassleitung 38 aus dieser aus. Die Flansche 9 koppeln die Einlassleitungen mit einer gepumpten und sofern erforderlich mit einer vorerhitzten Quelle für gefiltertes Ausgangsmaterial. Die Flansche 39 koppeln Auslassleitungen mit der entsprechenden Einrichtung zur Behandlung des Ausgangsmaterials, wie etwa Zentrifugen und Sammelbehälter. Metallzugangsabdeckungen 3 werden durch Befestigungselemente an der Verwendungsposition gehalten, die um die Peripherie 40 angebracht sind, um ein einfaches Mittel zur Untersuchung und Reinigung der Verfahrenskammern vorzusehen, sollte dies erforderlich werden.
Die beiden Verfahrenskammern 2 bilden in Kombination mit der Ablenkplatte 5 und dem Fensterrahmen 6 einen Multimode-H-Mikrowellenhohlraumresonator mit zwei Keulen.
In der Abbildung aus 2 zeit eine Querschnittsansicht im Detail die Platzierung des Applikators in der Verfahrenskammereinheit 1 mit zwei Keulen. Nach unten in den HF-Energie-Wellenleiter blickend reflektiert die Ablenkplatte 5 die Mikrowellenenergie durch die beiden parallelen, für Mikrowellen transparenten Fenster 4 in die Ausgangsmaterial-Strömungsräume 2. Multimode-Resonanz-Mikrowellenmuster zwischen den Kammerseiten 3 behandeln das Ausgangsmaterial gleichmäßig, während dieses in die Verfahrenskammer 2 eintritt, was zu einer ziemlich gleichmäßigen Verteilung der die Emulsion spaltenden Energie führt, während die Temperatur des Ausgangsmaterials gleichmäßig durch das Strömungsvolumen erhöht wird. Die das Fenster haltende Struktur besteht in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aus einer Reihe von Befestigungselementen 31 mit Gewinde, welche die Fensterrahmen sicher an den hohlen Stützwänden 21 aus einem leitfähigen Material halten, wie etwa einer Edelstahlplatte. Dichtungen 32 und 33 sichern die für Mikrowellen transparenten Fenster 4 davor, dass etwaiges Ausgangsmaterial in den Mikrowellen-Applikator-Wellenleiter eindringt. Blinde hohle Stützwände 21 dienen einem strukturellen Zweck und schränken die Form der Kammereinheit 1 mit zwei Keulen auf effektive Mikrowellen-Resonanzmuster ein, wobei sie jedoch keine HF-Energie in den hohlen Räumen führen.
Die Abbildung aus 3 zeigt im Detail eine Draufsicht eines der ebenen, parallelen, gegenüber liegenden, für Mikrowellen transparenten Fenster. Die Zugangsabdeckung 3 für die Ausgangsmaterial-Verfahrenskammer (nicht abgebildet) wurde entfernt, um das runde Fenster 4 zu zeigen, das durch den Fensterrahmen 6 mit mehreren Befestigungslöchern 31 an der Verwendungsposition befestigt wird. Druckdichtungen 32 verhindern es, dass Ausgangsmaterial in den Mikrowellen-Applikator-Wellenleiter 16 eindringt. Emulsionsausgangsmaterial tritt über die untere Leitung 8 mit einem Flansch 9 und einem weichen Übergang 7 in den Behandlungsraum 2 ein und tritt aus dem Ausgangsmaterial-Behandlungsraum 2 über den weichen Übergang 37 und die Leitung 38 mit dem Verbindungsflansch 39 aus. Diese Zeichnung zeigt zwar ein rundes, für Mikrowellen transparentes Fenster 4, wobei aber auch quadratische oder rechteckige Fenster verwendet werden können.
Die Abbildung aus 4 zeigt im Detail eine Querschnittsansicht des Hochfrequenz-Mikrowellen-Applikators mit besonderer Aufmerksamkeit auf ein bevorzugtes Verfahren zur Anbringung der für Mikrowellen transparenten Fenster. Die Hochfrequenz-Mikrowellenenergie 18 tritt durch den Wellenleiter 16 in den Applikator ein und wird durch die angewinkelte Ablenkeinrichtung 5 durch dickes TEFLON^® oder ein anderes für Mikrowellen transparentes Fluorpolymer-Fenster 4 in den doppelten Ausgangsmaterial-Reaktionskammerraum 2 ein. Die Fenster aus TEFLON^® oder einem anderen inerten Hochtemperatur-Fluorpolymer sind in Bezug auf Mikrowellen nahezu transparent, inert und undurchlässig in Bezug auf die Ausgangsmaterialmischung und ausreichend dick, um den Pumpdruckwerten auf den hohen Temperaturen standzuhalten, die für die Behandlung des Ausgangsmaterials eingesetzt werden. Der Fensterrahmen 6 wird durch eine ausgesparte Befestigungsstruktur 31 an der Verwendungsposition gehalten, wobei eine glatte, gleichmäßige Oberfläche präsentiert wird, um die Strömungseigenschaften zu verbessern und das Einschließen von Feststoffen zu verhindern. Die Druckdichtungen 32 und 33 sind zur Vollständigkeit abgebildet, wobei der Anmelder jedoch festgestellt hat, dass die Kompression der Zunge aus TEFLON^® um die Peripherie des Fensters zwischen der Wellenleiterseitenwand 35 und dem Fensterrahmen 6 ausreichend ist. Die Innenwand 36 der Einlass- und Auslassübergänge der beiden Behandlungskammern weist einen weichen Oberflächenübergang mit dem Fensterrahmen 6 auf. Feststoffe, Wachse und Teere können sich nicht aufbauen und versengen oder karbonisieren, um leitfähige Hot Spots mit Hochfrequenzenergie zu bilden, welche Fenster aus TEFLON^® oder anderen inerten Hochtemperatur-Fluorpolymeren schaden könnten. Darüber hinaus reduziert der weiche Übergang zwischen den Metalloberflächen in den beiden Behandlungskammern die Anzahl der überflüssigen, elektrisch reaktionsfähigen Vorsprünge, welche Hochfrequenzenergie auf Mikrowellenfrequenzen zerstreuen oder reflektieren.

Claims

Vorrichtung zum Spalten von Öl- und Wasser-Emulsionsausgangsmaterial mit einer Hochfrequenzenergie-Applikatoreinheit, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: a) zwei parallele, gegenüber liegende transparente Hochfrequenzfenster, die auf zwei ebenen, parallelen, gegenüber liegenden Seiten eines Hochfrequenzenergie-Wellenleiters angeordnet sind; b) wobei der genannte Wellenleiter eine Deflektoreinrichtung aufweist, um die genannte Hochfrequenzenergie durch die genannten transparenten Hochfrequenzfenster abzulenken; c) zwei Emulsionsausgangsmaterial-Verfahrenskammern, welche den genannten Hochfrequenzenergie-Applikator umgeben, der die genannte Hochfrequenzenergie in dem genannten Emulsionsausgangsmaterial erfasst; d) wobei die genannten zwei Emulsionsausgangsmaterial-Verfahrenskammern mindestens einen Ausgangsmaterialeinlass und mindestens einen Ausgangsmaterialauslass aufweisen; und e) wobei die genannten zwei Emulsionsausgangsmaterial-Verfahrenskammern in Kombination mit dem genannten Hochfrequenzenergie-Applikator einen mitschwingenden, zusammenhängenden Multimode-Mikrowellenhohlraum bilden; wobei das genannte Ausgangsmaterial dadurch optimal in den genannten Ausgangsmaterial-Verfahrenskammern gehalten wird, um eine maximale Emulsionsspaltung zu bewirken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das genannte Ausgangsmaterial vorerhitzt wird, um den Fluss und die dielektrischen Eigenschaften des genannten Ausgangsmaterials zu verbessern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Temperaturunterschied zwischen dem genannten mindestens einen Ausgangsmaterialeinlass und dem genannten mindestens einen Ausgangsmaterialauslass durch eine Temperaturunterschied-Detektionseinrichtung überwacht wird; wobei der genannte Temperaturunterschied zur Regelung der Pumprate des genannten Ausgangsmaterials verwendet wird; wobei das genannte Ausgangsmaterial dadurch optimal in den genannten Ausgangsmaterial-Verfahrenskammern gehalten wird, um eine maximale Emulsionsspaltung zu erreichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die genannten transparenten Hochfrequenzfenster aus einem Kohlenwasserstoff unlöslichem Fluorpolymer gestaltet sind; wobei die genannten transparenten Hochfrequenzfenster eine glatte, durchgängige flache Oberfläche mit den Innenwänden der genannten Ausgangsmaterial-Behandlungskammern bilden; und wobei die genannten transparenten Hochfrequenzfenster eine ausreichende Dicke aufweisen, um den Pumpdrücken und Betriebstemperaturen in den Ausgangsmaterial-Behandlungskammern Stand zu halten.
Verfahren zum Spalten eines Öl- und Wasser-Emulsionsausgangsmaterials in die Bestandteile Öl und Wasser mit einem hochfrequenten (HF) Mikrowellenenergieabsorptions-Applikatorpfad, wobei das Verfahren folgendes umfasst: a) das Pumpen des genannten Ausgangsmaterials durch zwei Emulsionsausgangsmaterial-Verfahrenskammern, die jeweils mindestens einen Ausgangsmaterialeinlass und mindestens einen Ausgangsmaterialauslass aufweisen; b) das Leiten der hochfrequenten (HF) Mikrowellenenergie durch einen Hochfrequenz-Mikrowellen-Wellenleiter; c) das Aufteilen und Ablenken der genannten hochfrequenten (HF) Mikrowellenenergie, die aus dem genannten hochfrequenten (HF) Mikrowellen-Wellenleiter durch die transparenten ebenen, parallelen Hochfrequenzfenster in die genannten zwei Emulsionsausgangsmaterial-Verarbeitungskammern austreten durch einen hochfrequenten (HF) Mikrowellendetektor; d) das Verursachen mehrerer Reflexionen der genannten hochfrequenten (HF) Mikrowellenenergie, die zwischen Emulsionsausgangsmaterial-Dualkammern des genannten hochfrequenten (HF) Mikrowellen-Applikators reflektieren, um den genannten hochfrequenten (HF) Mikrowellenabsorptionspfad für eine vollständige Energieabsorption in dem genannten Öl- und Wasser-Emulsionsausgangsmaterial zu erhöhen; e) wobei die genannte hochfrequente (HF) Mikrowellenenergie mit dem genannten Öl- und Wasser-Ausgangsmaterial reagiert und dessen Temperatur erhöht; und f) das Sammeln des genannten Ausgangsmaterials zur weiteren Verarbeitung.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das genannte Ausgangsmaterial vorerhitzt wird, bevor es in die genannten zwei Emulsionsausgangsmaterial-Verfahrenskammern eintritt.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das genannte Ausgangsmaterial vor dem Eintreten in die genannten zwei Emulsionsausgangsmaterial-Verfahrenskammern gefiltert wird.
Verfahren nach 5, 6 oder 7, wobei die genannten transparenten Hochfrequenzfenster aus einem Kohlenwasserstoff unlöslichem Fluorpolymer gestaltet sind.