JP5406454B2 - 多重周波数静電凝集 - Google Patents
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Description
本願の主題は、開発に関して存続する連邦支援研究のいずれにも関連がなく、本願はいずれのマイクロフィッシュ・アペンディクス(microfiche appendix)においても引用されていない。
(関連技術に関する説明)
石油工業の創成以来、油と水の分離は課題であり続けている。世界で生産される原油の殆ど全ては、油と水の組み合わせとして地表に到達する。原油によっては、水はどちらかと言うと少ない成分である場合もあるが、殆どにおいてそれは厄介な成分である。更に、基本流体がエマルジョンであり、水が小さな液滴となって油基剤内に懸濁している場合には、油と水の分離は一層難しくなる。
いられる機器は、ベッセル内部に離間した板を設けており、ベッセルはエマルジョンの入口と、軽い成分(油)用の上位出口と、重い成分(水)用の下位出口とを有する。このように、凝集および分離が同じベッセル内で行われる。
に気体が蓄積する。気体は気体出口22から引き出される。
電極28および30には穿孔されており、エマルジョンが入口12から出口14および16に進むときに、これらを貫通し、更にその間を通過するように位置付けられている。電極28および30は、油/水界面18よりも上に電界を形成する。水液滴の形成を増強するために電気エネルギを電極28および30間に印加する。この目的のため、第1導体32が電極28まで達しており、第2導体34が第2電極30を接地に接続する。ベッセル10は接地電位にあり、したがって、第2電極30をベッセル内部に直接接続することができ、第2導体34の必要性を解消する。
図1からわかることは、ベッセル10の電極28および30に供給される電気エネルギは、周波数F1で変化し、同時に周波数F2で強度変調を受ける電界から成るということである。図1の構造は、エマルジョンの凝集を増強するために二重周波数方法を用いた、二重周波数静電凝集システムとして動作する。
48に供給して電圧バス50上にDC電圧を精製することによって、発生することができる。変調器52が、DC電圧を、図2に見られるような変調信号44に変換し、これを導体54に供給する。次いで、チョッパ回路56が電圧信号F2を、図2に見られるような、それよりも周波数が高い基本電圧信号F1に細断する。信号F2によって強度変調を受けた基本電圧信号F1は、導体58上に現れ、変圧器36の一次側38に供給される。
本発明を実用化する際、処理ベッセル内にある電極に印加する電気エネルギ信号は、処理するエマルジョンの特性に応じて選択する。基本周波数F1がエマルジョンの油成分の導電率に比例する場合に、水含有油性エマルジョンの凝集が改善することが確認されており、導電率はpS/mで表されている。一例として、油成分の導電率が75,000pS/mであるエマルジョンでは、好ましい基本周波数は約1450Hzである。
最大液滴直径が得られ、その結果分離率が最大となり、流出物における残留水含有量が最低となる。「最大電圧」は、臨界電圧に関係があり、変調周波数F2において電極に印加される最高電圧62である。実際には、最大電圧が短い期間だけ臨界電圧を超過する可能性がある。臨界電圧を一時的に超過すると、最も小さい散乱水液滴を付勢し、導き出して凝集および分離プロセスに関与させる。
更に、ここで用いる場合、「基本周波数」F1という用語は、散乱水液滴の最大放電を防止するために必要な最小周波数を意味する。この周波数は、主に、油の導電率による影響を受ける。基本周波数F1を上昇させる(60Hzよりも高く)ことができると、広範囲の原油に対して静電凝集プロセスを最適化することができる。「変調周波数」F2は、最小電圧において形成する最大水液滴の自然周波数である。この周波数はいずれの液滴直径、界面張力、および液滴質量についても計算することができるが、実際には、プロセス・ベッセルが異なれば水力効率が異なるため、経験から決定するのが最良である。
「しきい値電圧」および「臨界電圧」は、ここで用いる場合、物理法則によって決定される電圧であり、処理するエマルジョンの特性、処理ベッセルの幾何学的形状、およびエマルジョンの流量によって決定する。「最小電圧」および「最大電圧」は、F2の振幅を定義する電圧を意味し、システムを設計する技術者が、ここに開示する二重周波数プロセスを実用化するために選択する電圧である。前述のように、F2を定義する最小電圧は、しきい値電圧に近いとよいが、必ずしも一致しなくてもよく、F2を定義する最大電圧は、エマルジョンの臨界電圧に近いとよいが、必ずしも一致しなくてもよい。前述のように、用途によっては、最大電圧が多少しきい値電圧よりも低いと都合がよい場合もあり、最大電圧は臨界電圧よりも多少高くてもよい。
図3の構成では、図1と比較して、第1および第2電極76および78は、垂直に方位付けられ、これらの間に空間があり、ここを通過してエマルジョンが流れ、ベッセル内部の界部分から上位油出口16に向かって移動するように示されている。二重周波数静電界が形成されるのは、電極76および78の間である。電極76および78の実際の物理的構造は、エマルジョンの実質的に全てがこれらの間を通過するように、または電極に印加した電気信号が発生する静電界を少なくとも受けるようになっている。
低い周波数(1〜20Hz)の変調と組み合わせて利用する。このプロセスは、三相電圧をDCバス電圧に変換することによって実用化することができる。次いで、DC電圧を変調して低周波電圧を供給し、更にこれを細分して所望の高周波を得る。このプロセスによって発生する波形は、静電凝集に成功するためには、5つの特性上の特徴を有していなければならない。第1に、最低電圧はしきい値電圧またはその近傍でなければならない。第2に、最高電圧は臨界電圧近傍でなければならない。第3に、基本周波数F1を、原油の導電率から決定する。第4に、変調周波数F2は、必要な液滴サイズ、ならびに原油および水の混合物、即ち、エマルジョンの界面張力に左右される。振幅変調高周波波長を1対のダイオードによって整流すると、正および負の波形が生ずる。図2Aおよび図2Bを参照のこと。第5に、波形特性、即ち、変調の形状が重要である。この形状は、正弦波または方形波、あるいは図5から図12に示すような種々のその他の波形とすることができる。加えて、図12に示すような波形の組み合わせも用いることができる。
この「多重周波数」方法は、高周波静電界を確立し、電界強度および低周波変調場を最大にして散乱水の凝集を促進し最大液滴サイズにすることによって、静電凝集を促進する。この技法は、商業的に成功しており、従来の非変調凝集方法に対して、30から100%凝集性能を向上させる。
が生じ、静電エネルギを最大に高める。導電率が高い原油では、図7および図11に示すように、電圧はゆっくりと上昇して液滴の粉砕を防止し、次いで急速な電圧が生ずる。検査によって確認されたのは、図7および図11に示すような高周波上昇電圧に最も良く応答する原油があり、他方図6、図8、および図10に示すような高周波低下電圧を必要とする原油もあるということである。
する場合、平均周波数は3.75Hzとなる。振幅変調周波数が0Hzで、印加電圧がしきい値レベル近傍の場合、基本周波数は、図5の波形を用いることによるというように、液滴の凝集を促進するために、広い範囲にわたって変調した周波数とすることができる。0Hzよりも大きな振幅変調周波数では、基本周波数は、更に低い基本周波数から更に高い基本周波数までの広い範囲にわたって変調した周波数とすることもできる。例えば、基本周波数は1600Hzおよび500Hzの間で変更することができ、発振周波数は、変調周波数と同等とすることもできる。
Claims (30)
- エマルジョンの不混和性の重い成分と軽い成分の分離を増強する方法であって、
前記エマルジョンを処理ベッセル内に導入するステップと、
周波数が選択可能なAC電圧源を設けるステップと、
前記電圧源からの、少なくとも1つの選択した周波数F1のAC電圧を用いて、前記エマルジョンが通過する前記ベッセル内に少なくとも1つの電界を確立するステップと、
(a)周波数変調、および(b)振幅および周波数変調の組み合わせから選択した変調方法を用いて、前記AC電圧を周期的に変調するステップと、
を含む、方法。 - 請求項1記載の方法において、正弦波、方形波、三角形状波、台形状波、指数形状波、対数形状波、半円形状波、および逆半円形状波、ならびにその組み合わせから成る群から選択したフォーマットで、前記AC電圧を変調する、方法。
- 請求項1記載の方法において、前記AC電圧は、本質的に、選択可能な周波数F1の正弦波である、方法。
- 請求項1記載の方法において、前記電界は、前記ベッセル内において離間した電極間に確立する、方法。
- 請求項4記載の方法において、前記電極の1つは、接地電位にある、方法。
- 請求項1記載の方法において、前記AC電圧変調により変調される前記AC電圧の振幅は、選択したしきい値電圧に等しい振幅下限値を有する、方法。
- 請求項1記載の方法において、F1および前記変調方法は、前記エマルジョンの別個の特性に応じて、別個に選択する、方法。
- 請求項1記載の方法において、F1は、前記エマルジョンの導電率に応じて選択される、方法。
- 請求項1記載の方法において、前記選択した変調方法は、液滴の質量および/または前記エマルジョンの界面張力によって決定する、方法。
- 請求項1記載の方法において、F1は、100から1600Hzまでの好ましい範囲内である、方法。
- 請求項1記載の方法において、前記変調周波数は0から60Hzまでの範囲内である、方法。
- 請求項1記載の方法において、前記変調電圧電位の強度および周波数を同時に変調する、方法。
- 請求項1記載の方法において、各サイクルの第1の半部において、前記AC電圧の強度が指数的に上昇し、各サイクルの第2の半部において前記AC電圧の強度が指数的に低下する波形で、前記AC電圧の振幅を周期的に変調する、方法。
- 請求項1記載の方法において、各サイクルの第1の半部において、前記AC電圧の強度が第1の指数関数的速度で上昇し、各サイクルの第2の半部において前記AC電圧の強度が前記第1の指数関数的速度より低い第2の指数関数的速度で低下する波形で、前記AC電圧の振幅を周期的に変調する、方法。
- 請求項1記載の方法において、各サイクルの第1の半部において、前記AC電圧の強度が第1の指数関数的速度で上昇し、各サイクルの第2の半部において前記AC電圧の強度が前記第1の指数関数的速度より速い第2の指数関数的速度で低下する波形で、前記AC電圧の振幅を周期的に変調する、方法。
- 請求項1記載の方法において、前記AC電圧は一定の強度のままであり、その周波数が、第1の周波数と該第1の周波数より低い第2の周波数との間で周期的に変化する、方法。
- 請求項1記載の方法において、各サイクルの第1の半部において、前記AC電圧の強度が線形に上昇し、各サイクルの第2の半部において前記AC電圧の強度が線形に低下する波形で、前記AC電圧の振幅を周期的に変調する、方法。
- 請求項1記載の方法において、各サイクルの第1の半部において、前記AC電圧の強度が第1の線形速度で上昇し、各サイクルの第2の半部において前記AC電圧の強度が前記第1の線形速度より高い第2の線形速度で低下する波形で、前記AC電圧の振幅を周期的に変調する、方法。
- 請求項1記載の方法において、各サイクルの第1の半部において、前記AC電圧の強度が第1の線形速度で上昇し、各サイクルの第2の半部において前記AC電圧の強度が前記第1の線形速度より低い第2の線形速度で低下する波形で、前記AC電圧の振幅を周期的に変調する、方法。
- 請求項1記載の方法において、前記AC電圧の強度は、第1の強度と該第1の強度より高い第2の強度との間で周期的に変化し、その周波数は、第1の周波数と該第1の周波数より低い第2の周波数との間で周期的に変化する、方法。
- 請求項1記載の方法において、前記AC電圧の強度は、第1の強度と該第1の強度より高い第2の強度との間で周期的に変化し、前記AC電圧の周波数は、第1の周波数と該第1の周波数より低い第2の周波数との間で同時に周期的に変化し、該周波数の変化は、前記AC電圧の周期的強度変化と一致して周期的に生ずる、方法。
- 水/油性エマルジョンにおいて水を凝集する方法であって、
AC電圧源を設けるステップと、
水が下位部分の予め選択した水位まで維持してあるベッセルに、前記エマルジョンを通すステップであって、前記水が電気接地電位として作用する、ステップと、
前記ベッセルの前記水位よりも上に、離間した電極を設けるステップと、
前記電極間において上向きに前記エマルジョンを通過させるステップと、
前記AC電圧源から周波数F1を用いるステップと、
前記AC電圧を半波整流して、第1極性の整流電圧電位を得て、前記電極の一方に印加するステップと、
前記AC電圧を半波整流して、逆極性の整流電圧電位を得て、前記電極の他方に印加するステップであって、前記電圧電位は、前記電極と前記水接地電位との間に印加することにより、周波数F1で変化する、ステップと、
(a)周波数変調、ならびに(b)振幅および周波数変調の組み合わせから選択した変調方法を用いて、周波数F1の前記AC電圧を周期的に変調するステップと、
前記ベッセルの下位部分から、前記水位を維持するための必要に応じて、水を引き抜くステップと、
前記ベッセルの上位部分から、水含有量が減少したエマルジョンを引き抜くステップと、
を含む、方法。 - 液体炭化水素の脱塩方法であって、
AC電圧源を設けるステップと、
塩分を含む炭化水素をベッセルの一部に流入させるステップと、
前記ベッセル内に、複数の平行な離間した電極を設けるステップと、
前記液体炭化水素の特性に応答して、前記AC電圧源から、周波数F1のAC電圧を用いるステップと、
前記周波数F1のAC電圧を前記電極に印加することにより、隣接する電圧間に電界を確立するステップと、
(a)周波数変調、ならびに(b)振幅および周波数変調の組み合わせから選択した変調方法を用いて、前記AC電圧を周期的に変調するステップと、
隣接する前記電極間に前記塩分を含む炭化水素を導入するステップと、
前記ベッセルの前記隣接する電極間に、前記炭化水素の流れと逆方向の流れで淡水を流入させるステップと、
前記ベッセルの一部から水を引き抜くステップと、
前記ベッセルの一部から塩分を低減した炭化水素を引き抜くステップと、
を含む、方法。 - エマルジョンの不混和性の重い成分および軽い成分の分離を増強する方法であって、
AC電圧源を設けるステップと、
前記エマルジョンのしきい値電圧を決定するステップと、
前記エマルジョンを処理ベッセルに導入するステップと、
前記AC電圧源から、周波数F1のAC電圧を用いるステップと、
前記エマルジョンが通過する前記ベッセル内に少なくとも1つの電界を確立するために、前記周波数F1のAC電圧を用いるステップと、
(a)周波数変調、ならびに(a)振幅および周波数変調の組み合わせから選択した変調方法を用いて、前記AC電圧を変調するステップであって、その最小電圧を前記決定したしきい値電圧の0.8から1.2倍とする、ステップと、
を含む、方法。 - エマルジョンの不混和性の重い成分および軽い成分の分離を増強する方法であって、
AC電圧源を設けるステップと、
前記エマルジョンの物理特性の少なくとも一部を判定するステップと、
前記エマルジョンを処理ベッセルに導入するステップと、
前記エマルジョンが通過する前記ベッセル内に少なくとも1つの電界を確立するために、前記AC電圧源から周波数F1を用いるステップと、
(a)周波数変調、ならびに(b)振幅および周波数変調の組み合わせから選択した変調方法を用いて、周波数F2で前記AC電圧を周期的に変調するステップであって、判定したエマルジョンの物理特性に応じて、F1およびF2を別個に選択する、ステップと、
を含む、方法。 - 導電性エマルジョンの不混和性の重い成分および軽い成分の分離を増強する方法であって、
AC電圧源を設けるステップと、
前記エマルジョンを処理ベッセルに通すステップと、
前記エマルジョンが通過する前記ベッセル内に少なくとも1つの電界を確立するために、前記電圧源から周波数F1のAC電圧を用いるステップであって、前記エマルジョンの導電率に応じてF1を選択するステップと、
選択した周波数F2で前記AC電圧を変調するステップであって、F1がF2よりも高く、(a)周波数変調、ならびに(b)振幅および周波数変調の組み合わせから変調方法を選択する、ステップと、
を含む、方法。 - 液滴を有するエマルジョンの不混和性の重い成分および軽い成分の分離を増強する方法であって、
AC電圧源を設けるステップと、
前記エマルジョンを処理ベッセルに導入するステップと、
前記AC電圧源から、基本周波数F1を用いるステップと、
前記エマルジョンが通過する前記ベッセル内に少なくとも1つの電界を確立するために、基本周波数F1の電圧を用いるステップと、
選択した周波数F2で前記基本周波数F1のAC電圧を変調するステップであって、F1がF2よりも高く、液滴の効果的な成長を達成するようにF2を選択し、(a)周波数変調、ならびに(b)振幅および周波数変調の組み合わせから変調方法を選択する、ステップと、
を含む、方法。 - 請求項27記載の方法において、液滴のストークス径を超える効果的な成長を達成するようにF2を選択する、方法。
- エマルジョンの不混和性の重い成分および軽い成分の分離を増強する方法であって、
AC電圧源を設けるステップと、
前記エマルジョンの界面張力を測定するステップと、
前記エマルジョンを処理ベッセルに導入するステップと、
前記エマルジョンが通過する前記ベッセル内に少なくとも1つの電界を確立するために、前記AC電圧源から周波数F1のAC電圧を用いるステップと、
選択した周波数F2で周波数F1のAC電圧を周期的に変調するステップであって、F1がF2よりも高く、F2を前記測定した界面張力によって決定し、(a)周波数変調、ならびに(b)振幅および周波数変調の組み合わせから変調方法を選択する、ステップと、
を含む、方法。 - エマルジョンの不混和性の重い成分および軽い成分の分離を増強する方法であって、
前記エマルジョンを処理ベッセルに導入するステップと、
AC電圧源を設けるステップと、
前記エマルジョンが通過する前記ベッセル内に少なくとも1つの電界を確立するために、少なくとも1つの周波数F1のAC電圧を前記AC電圧源から用いるステップと、
(a)周波数変調、および(b)振幅および周波数変調の組み合わせから選択した変調方法を用いて、前記AC電圧を周期的に変調するステップと、
を含む、方法。
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