KR20200112978A

KR20200112978A - 오일 연속 에멀젼에서 액적 합체를 촉진시키는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20200112978A
Application number: KR1020207025265A
Authority: KR
Inventors: 시모네 레스; 세바스티안 에이. 듀발; 아브데라자크 트라이디아; 레지스 디. 빌라지네스
Original assignee: 사우디 아라비안 오일 컴퍼니
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2019-02-05
Publication date: 2020-10-05
Also published as: US20200129885A1; US20200114280A1; US10926193B2; US10926196B2; WO2019152967A1; US10926194B2; JP2021511960A; US20200114281A1; EP3743185A1; US20200114279A1; US10926192B2; US10926195B2; SG11202006566SA; EP3743185B1; CN111683726A; US20190240596A1; US10537830B2; US20200139267A1

Abstract

전기합체를 통해, 유중수 에멀젼과 같은, 두 유체의 혼합물을 분리하기 위한 분리 장치가 제공된다. 흐름 매체의 유전율과 유사하거나 동일한 유전율을 갖는 유량 정류기가 선택되도록, 분리 장치는 상이한 유전율을 각각 갖는 일련의 유량 정류기를 포함할 수 있다. 다른 분리 장치는 진동수-의존적 유전율을 갖는 유량 정류기를 포함할 수 있어서, 생성된 전기장의 진동수는, 유량 정류기의 유전율이 흐름 매체의 유전율과 가능한 유사하거나 동일하도록, 선택된다. 또 다른 분리 장치는 흐름 매체의 유전율과 동일하거나 유사한 유전율을 갖는 유량 정류기로 대체될 수 있는 대체가능한 유량 정류기를 포함할 수 있다.

Description

오일 연속 에멀젼에서 액적 합체를 촉진시키는 방법 및 장치

본 개시는 일반적으로 유체의 분리에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시의 구현예는 제어가능한 정전기장 및 적응성 (adaptive) 유전율을 사용하여 액적 합체 (coalescence)를 촉진함으로써 에멀젼을 분리하는 것에 관한 것이다.

생산된 탄화수소 (예: 원유)는 기타 유체뿐만 아니라 물을 포함할 수 있다. 결과적으로, 오일로부터 물의 분리가 판매가능한 제품을 제조하기 위해 탄화수소 공정처리에서 필요하다. 물-오일 분리를 위한 전기합체 (electrocoalescence)는 100 년 넘게 알려져 왔으며, 이 기술은 현재 상업적 적용에서 널리 시행되고 있다. 예를 들어, 전기코어레서 (electrocoalescer)는 전 세계의 기존 오일 및 가스 제조 시설에 설치되어 있다. 코어레서 (coalescer) 패킹은 합체 공정을 향상시키기 위해 분리기 용기 내부의 오일 및 가스 산업에서도 배치되지만, 그러나 이러한 패킹은 일반적으로 정전기장과 시너지 효과를 내면서 작동하지 않는다. 전기합체에서, 액적 (droplet)이 서로 매우 가깝다면, 액적 합체는 전기장에 의해 촉발되는 것으로 믿어진다. 액적의 인력을 발생시키는 정전기력은 액적간 거리에 크게 의존하기 때문에, 몇 개의 액적 직경보다 큰 거리에서, 정전기력은 액적의 접근과 충돌을 유도하지 못할 수 있다. 산업 장비 설계의 한계 내에서, 액적 사이의 거리가 액적 직경보다 크거나 같을 때, 정전기력은 액적 합체를 촉진하기에는 너무 비효율적일 수 있다.

전기코어레서와 관련된 한계를 해결하기 위해, 몇몇 종래 기술은 층류에서 전기장에 의해 구동되는 액적 정렬 및 아치 쌓기 (arching)를 방지하기 위해 흐름 방해 요소를 도입한다. 예를 들어, 미국 특허 제9,440,241호는 분리 장치의 전극들 사이에 미세-난류 및 전기합체를 향상시키기 위해 흐름 방해 요소를 도입하는 것의 장점을 설명한다. 그러나, 이러한 종래 기술은 난류가 액적 접촉 속도를 향상시키는 주요 흐름 특성이 아니라는 것을 고려하지 못한다. 몇몇 경우에서, 이러한 흐름 방해 요소로 국부적으로 난류 강도를 증가 시키는 것은 액적이 부서짐 (즉, 유체 재-혼합)을 결과하고, 분리에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 종래 기술과는 대조적으로, 에멀젼 흐름 유선 (streamline)의 곡률, 및 스트림-튜브의 분할과 병합은 최적화된 액적 접촉 속도 및 수축 시간의 주요 동인 (driver)이 될 수 있다. 더욱이, 이러한 종래 기술은 분리되는 물-오일-에멀젼의 유전 상수에 대한 흐름 방해 요소의 유전 상수 (즉, 유전율)의 어떠한 영향도 고려하지 못한다.

본 개시의 구현예는 유량 정류기 (flow conditioner) 요소의 유전 (dielectric) 성질을 설계 및 조정함으로써, 및 전기장을 최적의 값으로 유지함으로써 전기코어레서 분리 성능을 개선한다. 본 개시의 구현예는 분리 공정의 효율을 더욱 개선하기 위해 유량 정류기의 개선된 기하학적 구조를 더욱 포함한다.

하나의 구현예에서, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는 두 액체의 혼합물을 수용하도록 구성된 섹션, 및 상기 섹션의 하류에 있는 제1 유량 정류기 섹션 (flow conditioner)을 포함하고, 상기 제1 유량 정류기 섹션은 제1 전기장을 발생시키기 위한 적어도 하나의 제1 전극, 및 제1 유전율을 갖는 제1 유량 정류기를 갖는다. 상기 장치는 또한 상기 제1 유량 정류기 섹션의 하류에 있으며, 제2 전기장을 발생시키기 위한 적어도 하나의 제2 전극, 및 제2 유전율을 갖는 제2 유량 정류기를 갖는 제2 유량 정류기 섹션을 포함한다. 상기 장치는 상기 제1 섹션에 연결되고, 상기 혼합물의 유전율을 측정하도록 구성된 유전율 측정 장치, 및 상기 유전율 측정 장치로부터 혼합물 유전율을 수신하도록 구성되었으며, 상기 혼합물 유전율과 상기 제1 유전율 및 상기 혼합물 유전율과 상기 제2 유전율 사이의 비교에 기초하여, 상기 제1 유량 정류기 섹션의 적어도 하나의 제1 전극에 에너지를 공급하거나, 또는 상기 제2 유량 정류기 섹션의 적어도 하나의 제2 전극에 에너지를 공급하는 유량 정류기 (flow conditioner) 섹션 선택기 (selector)를 더욱 포함한다.

몇몇 구현예에서, 상기 혼합물은 유중수 (water-in-oil) 에멀젼이다. 몇몇 구현예에서, 상기 제1 유량 정류기는 나선형 (helicoidal) 흐름 경로를 포함하는 나선형-형태의 유량 정류기이거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기이다. 몇몇 구현예에서, 상기 제2 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 포함하는 나선형-형태의 유량 정류기이거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기이다. 몇몇 구현예에서, 상기 제1 유량 정류기는 무기 물질 및 중합체 매트릭스이다. 몇몇 구현예에서, 상기 제2 유량 정류기는 무기 물질 및 중합체 매트릭스이다. 몇몇 구현예에서, 상기 제1 유량 정류기의 길이 및 상기 제1 전기장의 세기는, 상기 유량 정류기 섹션의 전기점성 수 (electroviscous number)가 1000 내지 600000의 범위에 있도록, 선택된다.

또 다른 구현예에서, 전기합체를 통해 두 액체의 혼합물을 분리하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 혼합물을 분리 장치에 제공하는 것을 포함한다. 분리 장치는 제1 전기장을 발생시키기 위한 적어도 하나의 제1 전극, 및 제1 유전율을 갖는 제1 유량 정류기를 포함하는 제1 유량 정류기 섹션; 및 제2 전기장을 발생시키기 위한 적어도 하나의 제2 전극, 및 제2 유전율을 갖는 제2 유량 정류기를 포함하는 제2 유량 정류기 섹션;을 포함한다. 상기 방법은 상기 혼합물의 유전율을 측정하는 단계; 및 상기 혼합물 유전율을 상기 제1 유전율 및 상기 제2 유전율과 비교하는 단계;를 더욱 포함한다. 상기 방법은 또한 오직 상기 제1 전기장 또는 상기 제2 전기장만이 발생되도록, 상기 비교에 기초하여, 상기 제1 유량 정류기 섹션의 적어도 하나의 제1 전극 또는 상기 제2 유량 정류기 섹션의 적어도 하나의 제2 전극에 에너지를 공급하는 단계; 및 상기 제1 전기장 또는 상기 제2 전기장을 통해 상기 혼합물을 유도 (directing)하는 단계를 더욱 포함한다.

몇몇 구현예에서, 상기 혼합물은 유중수 에멀젼이다. 몇몇 구현예에서, 상기 제1 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 갖는 나선형-형태의 유량 정류기이거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기이다. 몇몇 구현예에서, 상기 제2 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 갖는 나선형-형태의 유량 정류기이거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기이다. 몇몇 구현예에서, 상기 제1 유량 정류기의 길이 및 상기 제1 전기장의 세기는, 상기 유량 정류기 섹션의 전기점성 수가 1000 내지 600000의 범위에 있도록, 선택된다. 몇몇 구현예에서, 상기 방법은, 상기 제1 유량 정류기 섹션의 적어도 하나의 제1 전극에 에너지를 공급하도록, 또는 상기 제2 유량 정류기 섹션의 적어도 하나의 제2 전극에 에너지를 공급하도록 구성된, 유량 정류기 섹션 선택기에 상기 측정된 유전율을 전송하는 단계를 포함한다.

몇몇 구현예에서, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 또 다른 장치가 제공된다. 상기 장치는 상기 혼합물을 수용하도록 구성된 제1 섹션; 상기 제1 섹션에 연결되고, 상기 혼합물의 유전율을 측정하도록 구성된 유전율 측정 장치; 전기장을 발생시키기 위한 전극 및 유전율 범위를 갖는 유량 정류기를 포함하는 유량 정류기 섹션을 포함하며, 상기 유전율 범위는 상기 전기장의 진동수의 함수가 되도록 한다. 상기 장치는 또한 상기 유전율 측정 장치로부터 혼합물 유전율을 수용하고, 혼합물 유전율과 유전율 범위의 사이의 비교에 기초한 진동수에서 유량 정류기 섹션의 전극에 에너지를 공급하도록 구성된 진동수 선택기를 포함한다.

몇몇 구현예에서, 상기 혼합물은 유중수 에멀젼이다. 몇몇 구현예에서, 상기 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 갖는 나선형-형태의 유량 정류기이거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기이다. 몇몇 구현예에서, 상기 유량 정류기는 에폭시 수지 내에 실리카 나노입자를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 상기 유량 정류기의 길이 및 상기 전기장의 세기는, 상기 유량 정류기 섹션의 전기점성 수가 1000 내지 600000의 범위에 있도록, 선택된다.

또 다른 구현예에서, 두 액체의 혼합물을 분리하는 또 다른 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 혼합물을 분리 장치에 제공하는 단계를 포함한다. 상기 분리 장치는, 제1 섹션에 연결되어 상기 혼합물의 유전율을 측정하도록 구성된 유전율 측정 장치; 유전율 범위가 전기장의 진동수의 함수가 되도록, 상기 전기장을 발생시키기 위한 전극 및 상기 유전율 범위를 갖는 유량 정류기를 포함하는 유량 정류기 섹션, 및 상기 유전율 측정 장치로부터 혼합물 유전율을 수용하고, 및 진동수에서 유량 정류기 섹션의 전극에 에너지를 공급하도록 구성된 진동수 선택기를 포함한다. 상기 방법은 상기 혼합물의 유전율을 측정하는 단계, 및 상기 혼합물 유전율을 상기 유전율 범위와 비교하는 단계를 더욱 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 혼합물 유전율과 상기 유전율 범위의 사이의 비교에 기초한 진동수에서 상기 유량 정류기 섹션의 전극에 에너지를 공급하는 단계, 및 상기 전기장을 통해 상기 혼합물을 유도하는 단계를 포함한다.

몇몇 구현예에서, 상기 혼합물은 유중수 에멀젼이다. 몇몇 구현예에서, 상기 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 갖는 나선형-형태의 유량 정류기이거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기이다. 몇몇 구현예에서, 상기 방법은 상기 유전율 측정 장치로부터 혼합물 유전율을 수신하고, 및 상기 진동수에서 상기 유량 정류기 섹션의 전극에 에너지를 공급하도록 구성된, 진동수 선택기에 상기 혼합물 유전율을 전송하는 단계를 포함한다.

또 다른 구현예에서, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치 또 다른 장치가 제공된다. 상기 장치는, 상기 혼합물을 수용하도록 구성된 제1 섹션; 및 전기장을 발생시키기 위한 전극, 및 제1 유전율을 갖는 제1 제거가능한 유량 정류기를 포함하는 유량 정류기 섹션을 포함하고, 상기 유량 정류기 섹션은 상기 제1 제거가능한 유량 정류기 대신에 제2 유전율을 갖는 제2 제거가능한 유량 정류기를 수용하도록 구성된다. 상기 장치는 또한, 상기 제1 섹션에 연결되어 있으며, 상기 혼합물의 유전율을 측정하고, 및 상기 혼합물 유전물을 상기 제1 유전율과 비교하도록 구성된 유전율 측정 장치를 포함한다.

몇몇 구현예에서, 상기 혼합물은 유중수 에멀젼이다. 몇몇 구현예에서, 상기 제1 제거가능한 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 갖는 나선형-형태의 유량 정류기이거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기이다. 몇몇 구현예에서, 상기 제2 제거가능한 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 갖는 나선형-형태의 유량 정류기이거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기이다. 몇몇 구현예에서, 상기 제1 제거가능한 유량 정류기는 무기 물질 및 중합체 매트릭스이다. 몇몇 구현예에서, 상기 제2 제거가능한 유량 정류기는 무기 물질 및 중합체 매트릭스이다. 몇몇 구현예에서, 상기 유량 정류기의 길이 및 상기 전기장의 세기는, 상기 유량 정류기 섹션의 전기점성 수가 1000 내지 600000의 범위에 있도록, 선택된다.

또 다른 구현예에서, 두 액체의 혼합물을 분리하는 또 다른 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 혼합물을 분리 장치에 제공하는 단계를 포함한다. 상기 분리 장치는 전기장을 발생시키기 위한 전극, 및 제1 유전율을 갖는 제1 제거가능한 유량 정류기를 포함하는 유량 정류기 섹션을 포함하며, 상기 유량 정류기 섹션은 상기 제1 제거가능한 유량 정류기 대신에 제2 유전율을 갖는 제2 제거가능한 유량 정류기를 수용하도록 구성된다. 상기 방법은 또한 상기 혼합물의 유전율을 측정하는 단계; 상기 유량 정류기 섹션으로부터 상기 제1 제거가능한 유량 정류기를 제거하는 단계; 및 상기 유량 정류기 섹션에 제2 제거가능한 유량 정류기를 설치하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 유량 정류기 섹션의 전극에 에너지를 공급하는 단계; 및 상기 전기장을 통해 상기 혼합물을 유도하는 단계를 더욱 포함한다.

몇몇 구현예에서, 상기 혼합물은 유중수 에멀젼이다. 몇몇 구현예에서, 상기 제1 제거가능한 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 갖는 나선형-형태의 유량 정류기이거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기이다. 몇몇 구현예에서, 상기 제2 제거가능한 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 갖는 나선형-형태의 유량 정류기이거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기이다.

도 1은 유량 정류기 및 해유화제 투여량의 조합에 대한 실험 결과를 예시하는 전기합체 (electrocoalescence, EC) 후 분리된 물의 부피 백분율 대 분리 시간의 그래프이다.
도 2는 상이한 유량 정류기의 제1 구성에 대한 실험 결과를 예시하는 전기합체 (EC) 후 분리된 물의 부피 백분율 대 분리 시간의 그래프이다.
도 3은 더 높은 유속에서 상이한 유량 정류기의 제1 구성에 대한 실험 결과를 예시하는 전기합체 (EC) 후 분리된 물의 부피 백분율 대 분리 시간의 그래프이다.
도 4는 상이한 유량 정류기의 제2 구성에 대한 실험 결과를 예시하는 전기합체 (EC) 후 분리된 물의 부피 백분율 대 분리 시간의 그래프이다.
도 5는 상이한 유량 정류기의 제3 구성에 대한 실험 결과를 예시하는 전기합체 (EC) 후 분리된 물의 부피 백분율 대 분리 시간의 그래프이다.
도 6은 유중수 에멀젼의 유전 상수의 진동수-의존적 거동을 예시하는 유중수 에멀젼의 유전율 (실수 및 허수 부) 대 진동수의 그래프이다.
도 7은 유중수 에멀젼의 유전율에 대한 물 절단 (water cut)의 효과를 도시하는 유중수 에멀젼에 대한 유전율 대 진동수의 그래프이다.
도 8은 본 개시의 구현예에 따른 분리 장치의 일련의 섹션에 배치되고, 상이한 유전율을 갖는, 일련의 유량 정류기를 갖는 분리 장치의 개략적인 다이어그램이다.
도 9는 본 개시의 구현예에 따른 도 8에서 도시된 분리 장치의 작동을 위한 공정의 블록 다이어그램이다.
도 10은 본 개시의 구현예에 따른 분리 장치의 섹션에 배치되고 진동수-의존적 유전율을 갖는 유량 정류기를 갖는 분리 장치의 개략적인 다이어그램이다.
도 11은 본 개시의 구현예에 따른 진동수 시프트 및 이의 유전율에 대한 효과를 도시하는 유중수 에멀젼에 대한 유전율 대 진동수의 그래프이다.
도 12는 본 개시의 구현예에 따른 도 10에 도시된 분리 장치의 작동을 위한 공정의 블록 다이어그램이다.
도 13a 및 13b는 본 개시의 구현예에 따른 분리 장치의 섹션에 배치되고 상이한 유전율을 갖는 대체가능한 유량 정류기를 갖는 분리 장치의 개략적인 다이어그램이다.
도 14는 본 개시의 구현예에 따른 도 13a 및 13b에 도시된 분리 장치의 작동을 위한 공정의 블록 다이어그램이다.

본 개시는, 본 개시의 구현예들을 예시하는 수반된 도면들을 참조하여 좀더 완전히 설명될 것이다. 그러나, 본 개시는 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 예시된 구현예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 구현예는 본 개시가 철저하게 및 완전하게 될 수 있도록, 및 본 개시의 범주를 당업자에게 완전히 전달하도록 제공된다.

본 개시의 구현예는 전기합체를 통해 두 유체의 혼합물 (예를 들어, 유중수 에멀젼)의 분리를 위하여 분리 장치를 포함하고, 상기 분리 장치는 분리 장치를 통해 흐르는 유체의 유전율에 적응할 수 있는 유전율을 갖는 유량 정류기를 갖는다. 여기에 사용된 바와 같은, 용어 "흐름 매체 (flowing medium)"는 분리 장치를 통해 흐르는 유체를 지칭할 수 있다. 여기에 사용된 바와 같은, 유량 정류기는 "액적 충돌기 (droplets collider)"라고도 지칭될 수 있다. 여기에 사용된 바와 같은, 용어 "유전율 (permittivity)"은 상대 유전율을 지칭한다.

하나의 구현예에서, 분리 장치는 측정 섹션, 및 상이한 유전율을 갖는 유량 정류기를 갖는 다중 섹션을 포함한다. 분리 장치는 분리 장치의 측정 섹션에서 흐름 매체의 유전율을 측정하는 유전 측정 장치를 포함한다. 측정된 유전율은, 측정된 유전율을 유량 정류기의 저장된 유전율과 비교하고, 측정된 유전율과 가능한 한 동일하거나 유사한 유전율을 갖는 유량 정류기를 선택하는, 섹션 선택기에 제공될 수 있다. 그 다음에, 섹션 선택기는 선택된 유량 정류기의 전극에 (AC 전압 발전기를 통해) 에너지를 공급한다.

또 다른 구현예에서, 분리 장치는 측정 섹션 및 진동수-의존성 유전율을 갖는 유량 정류기를 갖는 섹션을 포함한다. 분리 장치는 분리 장치의 측정 섹션에서 흐름 매체의 유전율을 측정하는 유전 측정 장치를 포함한다. 측정된 유전율은, 유량 정류기의 유전율이 흐름 매체의 유전율과 가능한 한 동일하거나 유사하게 하는 전기장 진동수를 선택하는, 진동수 선택기에 제공될 수 있다. 그 다음에, 진동수 선택기는 선택된 진동수에서 유량 정류기의 전극에 (AC 전압 발전기를 통해)에 에너지를 공급한다.

또 다른 구현예에서, 분리 장치는 측정 섹션, 및 제1 유전율을 갖는 대체가능한 유량 정류기를 갖는 섹션을 포함한다. 대체가능한 유량 정류기는 제2 유전율을 갖는 유량 정류기로 대체될 수 있다. 분리 장치는 분리 장치의 측정 섹션에서 흐름 매체의 유전율을 측정하는 유전 측정 장치를 포함한다. 측정된 유전율은 디스플레이를 위해 컴퓨터에 제공될 수 있다. 측정된 유전율에 기초하여, 대체가능한 유량 정류기는 제2 유전율을 갖는 유량 정류기로 교체되어, 제2 유전율이 흐름 매체의 측정된 유전율과 가능한 한 동일하거나 유사하도록 할 수 있다.

실시예 및 실험

다음의 실시예 및 실험이 본 개시의 구현예를 실증하기 위해 포함된다. 다음의 실시예에서 개시된 기술 및 장치는 본 개시의 실행에서 잘 기능하는 것으로 발견된 기술 및 장치를 나타내며, 따라서 그 실행을 위한 모드를 구성하는 것으로 간주될 수 있는 것으로 당업자에게 이해되어야 한다. 그러나, 당업자는, 본 개시에 비추어 볼 때, 많은 변경이 개시되는 특정 구현예에서 이루어질 수 있고, 본 개시의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 여전히 같거나 유사한 결과를 얻을 수 있음을 인식해야 한다. .

아래에 설명된 실시예 및 실험은 유량 정류기와 전기장의 조합을 최적화하여 얻은 분리 성능의 개선을 실증하고 최적화에 대한 유량 정류기의 기하학적 구조의 영향을 더욱 보여준다. 실험은 양변위 펌프, 전극 섹션과 분리 콘을 (처리된 에멀젼 샘플의 분리 프로파일을 모니터하기 위해) 호스팅하는 온도 챔버, 및 전압 증폭기, 함수 발생기, 오실로스코프 및 제어기로서 랩톱을 갖는 랙 (rack)을 사용하는 흐름 루프에서 수행된다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과는 스웨덴 스톡홀름에 있는 COMSOL Inc.에 의해 제조된 COMSOL® Multiphysics 시뮬레이션을 사용하여 얻었졌다.

실험은 세개의 상이한 유량 정류기를 사용하여 수행되었다. 고도로 분기된 유량 정류기 (유형 A)가 사용되었다. 여기에 사용된 바와 같은, 용어 "고도로 분기된 (highly branched)"은 액적간 접촉을 최대화하는 다중 흐름 스트림 분할 및 교차를 갖는 유량 정류기를 지칭한다. 유형-A의 유량 정류기는 특징적인 혼합 길이 L_m = 0.4 센티미터 (cm) ± 2 밀리미터 (mm)를 가졌다. 나선형 모양의 믹서 (유형 B, "나선형 유량 정류"라고도 지칭됨)를 갖는 유량 정류기도 또한 사용되었다. 유형-B의 유량 정류기는 특징적인 혼합 길이 L_m = 1.0 cm ± 2 mm를 가졌다. 여기에 사용된 바와 같은, 용어 특징적인 혼합 길이 (L_m)는, 패턴으로 배열되어 유량 정류기를 형성하는, 두 개의 연속적인 흐름 분리 벽들 사이에서 부피의 평균 수력 (hydraulic) 직경으로 정의된다. 유형 C의 "유량 정류기"는 빈 파이프였으며, 어떤 유량 정류 요소도 포함하지 않았다.

여기에 설명된 바와 같이, 실험 데이터는 유량 정류기 기하학적 구조가 물-오일 분리 성능에 영향을 미치고 및 개선시킬 수 있음을 나타낸다. 특히, 고도로 분기된 정류기 (유형-A)는 다른 정류기 (유형-B)보다 물-오일 분리를 개선시킨다. 또한, 유형-A 및 유형-B 유량 정류기 모두는 직선 파이프 (유형-C)보다 유리하다는 것을 증명하였다. 따라서, 액적 충돌을 개선하도록 설계된 정적 유량 정류 요소는, 유도된 (induced) 난류가 재-유화 (re-emulsification)로 이어지지 않는 한, 매끄러운 파이프 섹션 내부의 간단한 전기장 적용 위에서 물-오일 분리를 개선시킬 수 있다.

정전기 분리 실험은 아랍 미디엄 원유로 준비된 오일-계 에멀젼을 사용하여 수행되었다. 합성 염수 (brine)가 탈이온수에 3.5% 중량/부피 (w/v)의 염화나트륨 (NaCl)을 첨가하여 준비되었다. 에멀젼은 20 부피 (vol)%의 합성 염수와 80 부피%의 원유를 첨가하고, 독일 Staufen의 IKA®에 의해 제조된 T-25 ULTRA-TURRAX® 균질기를 사용하여 16,400 rpm에서 40 초 동안 혼합하여 형성되었다. 각각의 실험을 위해 사용된 에멀젼의 부피는 500 밀리리터 (ml)이었다. 아래에서 논의된 바와 같이, 몇몇 실험에서, 40 백만분의 일 (ppm)의 해유화제 (demulsifier)가 혼합 전에 원유에 첨가되었다. 이러한 실험에서, 해유화제 유형은 테스트된 원유의 생산 현장에서 사용된 기존 (incumbent) 해유화제이었다. 유체는 45℃로 예열되었고, 실험은 45℃의 온도에서 수행되었다. 마찬가지로, 이전에 전기장에 노출된 샘플의 분리 곡선은 45 ℃의 온도로 설정된 오븐에서 얻어졌다.

각 실험에서, 적용된 전기장은 4.8 킬로볼트/센티미터 (kV/cm)이었다. 전기장은 16 kV의 전압을 적용하여 3.34 cm 간격의 전극들을 가로질러 발생되었다. 파형은 1 킬로헤르쯔 (kHz)의 진동수를 갖는 정현파이었다. 그러나, 본 개시의 구현예는 실험에서 설명된 전기장의 특성에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 전기장 특성의 최적화가 각각의 원유 품질에 대해 수행될 수 있는 것으로 인식되어야 한다. 예를 들어, 전기장 세기는 수십 볼트/센티미터 (V/cm)로부터 초기 방전 또는 액적 분해 (break-up)의 지점까지의 범위일 수 있었다. 추가로 이해되는 바와 같이, 전기장을 발생시키기 위해 사용되는 파형은, 전극의 회로 단락을 방지하면서, 최적의 전기장 진폭을 유지하도록 최적화된 수학적 함수에 기초할 수 있다. 진동수는 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이 최적화될 수 있다.

기본 케이스 - 수평 흐름 및 전기장 없음

실험에 사용된 아랍 미디엄 원유는 매우 안정적인 에멀젼을 형성하는 것으로 알려져 있다. 기본선 (baseline)을 설정하기 위해, 몇몇 실험은 해유화제를 주입하거나 주입하지 않고 (즉, 해유화제 투여량은 40 ppm 또는 0 ppm임), 유형 A 유량 정류기 및 빈 파이프 (유형 C)를 통해 아랍 미디엄 원유 에멀젼의 샘플을 순환시켜 어떠한 전기장도 없는 상태에서 수행되었다. 주어진 분리 시간 후에 분리 초기 에멀젼 샘플의 총 물 부피의 백분율이 측정되어 분리 성능을 결정하였다. 0 분 (min), 5 분, 10 분, 20 분, 및 25 분의 기간에서 에멀젼 샘플로부터 분리된 물의 부피 백분율은 약 0.4 리터/분 (l/min)의 유속 (즉, 약 12.3 초 체류 시간)에 대해 결정되었다. 표 1은 유량 정류기 (유형 A 또는 유형 C) 및 해유화제 투여량 (0 ppm 또는 40 ppm)의 각 조합에 대한 기본 케이스 실험의 결과를 보여준다.

분리 시간 (min)	유형-A (0 ppm 해유화제)	유형-A (40 ppm 해유화제)	유형 C (0 ppm 해유화제)	유형 C (40 ppm 해유화제)
0	0%	0.4%	0%	1.1%
5	0%	0.9%	0%	2.2%
10	0%	1.3%	0%	2.8%
20	0%	1.7%	0%	3.3%
25	0%	2.2%	0%	3.9%

표 1 : 분리된 물의 부피 백분율 대 기본 케이스에 대한 시간

도 1은 유량 정류기 (유형 A 또는 유형 C) 및 해유화제 투여량 (0 ppm or 40 ppm)의 각 조합에 대한 기본 케이스 실험의 결과를 예시하는 전기합체 (EC) 후 분리된 물의 부피 퍼센트 대 분리 시간의 그래프 (100)이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, y-축 (102)은 분리된 물의 부피 퍼센트를 도시하고 x-축 (104)은 분리 시간을 도시한다. 도 1은 또한 기본 케이스 실험의 결과를 더욱 예시하기 위해 y-축 (102) 및 x-축 (104) 상에서 상이한 간격을 갖는 삽입 그래프 (106)를 포함한다.

구성 1: 수평 흐름 및 짧은 유량 정류기

제1 구성에서, 실험은 수평 방향으로 흐르는 아랍 미디엄 원유 에멀젼을 사용하여 수행되었다. 에멀젼은 40 ppm의 해유화제 첨가를 갖는 아랍 미디엄 원유로 형성되었다. 실험은 수평으로 지향된 유형 A, 유형 B, 및 유형 C 유량 정류기를 사용하여 수행되었다. 0.4 l/min의 유량이 모든 실험에서 사용되었으며, 이는 적용된 전기장에서 약 12 초의 체류 시간에 해당한다. 여기서 다시, 주어진 분리 시간 후에 분리된 초기 에멀젼 샘플의 총 물 부피의 백분율이 측정되어 분리 성능을 결정하였다. 0 분 (min), 5 분, 10 분, 20 분, 및 25 분의 기간에서 에멀젼 샘플로부터 분리된 물의 부피 백분율이 결정되었다. 유형 C 유량 정류기의 두번 실행이 수행되었다. 표 2는 각 유량 정류기 (유형 A, 유형 B 또는 유형 C)에 대한 제1 구성 실험의 결과를 보여준다.

분리 시간 (min)	유형-A (40 ppm 해유화제)	유형-B (40 ppm 해유화제)	유형 C (40 ppm 해유화제)	유형 C (40 ppm ), 제2 실행
0	40%	30%	7.5%	7.5%
5	80%	60%	25%	25%
10	85%	65%	32.5%	35%
20	85%	70%	40%	45%
25	85%	70%	40%	45%

표 2 : 분리된 물의 부피 백분율 대 제1 구성에 대한 시간

도 2는 각각의 유량 정류기 (유형 A, 유형 B, 또는 유형 C)에 대한 제1 구성 실험의 결과를 예시하는 EC 후 분리된 물의 부피 백분율 대 분리 시간의 그래프 (200)이다. 도 2에 나타낸 바와 같이. y-축 (202)은 분리된 물의 부피 백분율을 도시하고, x-축 (204)은 분리 시간을 도시한다.

표 2 및 도 2에 나타낸 결과는 유량 정류기의 성능을 예시하고, 상분리를 향상시키기 위한 기하학적 구조의 중요성을 실증한다. 유형 A 유량 정류기는 가장 높은 분리 성능, 및 10 분 후에 80 %를 넘는 개선된 물 분리를 제공하였다. 유형 B 유량 정류기는 다음으로 가장 높은 분리 성능을 가졌으며, 10 분 후에 65 %의 물의 분리를 허용하였다. 유형 C 유량 정류기 (빈 파이프)로 수행된 두 번의 실행은 10 분 후에 35 %의 분해 (resolved)된 물에 접근하는 분리 성능을 나타낸다.

실험은 또한 제1 구성 및 더 높은 유량을 사용하여 수행되어, 전기장 영역에서 더 높은 난류 및 더 짧은 체류 시간의 조합된 효과를 평가하였다. 실험은 0.8 l/min의 유량에서 유형 A 및 유형 C 유량 정류기를 사용하여 수행되었으며, 약 2.3 cm/s에서 이전의 제1 구성 실험보다 두 배 빠른 평균 유속을 결정하였다. 0 분 (min), 5 분, 10 분, 20 분, 및 25 분의 기간에서 에멀젼 샘플로부터 분리된 물의 부피 백분율이결정되었다. 표 3은 더 높은 유량과 유형 A 및 유형 C 유량 정류기에서 제1 구성 실험의 결과를 보여준다.

분리 시간 (분)	유형-A (40 ppm 해유화제)	유형-C (40 ppm 해유화제)
0	15%	7.5%
5	30%	12.5%
10	35%	15%
20	40%	22.5%
25	45%	25%

표 3 : 분리된 물의 부피 백분율 대 더 높은 유량에서 제1 구성에 대한 시간

도 3은 유형 A 및 유형 C 유량 정류기에 대한 더 높은 유량에서 제1 구성 실험의 결과를 예시하는 EC 후에 분리된 물의 부피 백분율 대 분리 시간의 그래프 (300)이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, y-축 (302)은 분리된 물의 부피 백분율을 도시하고, x-축 (304)은 분리 시간을 도시한다.

표 3 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 분리 성능은 표 2 및 도 2에 나타낸 결과를 생성하기 위해 사용된 더 낮은 유속에 비해 감소한다. 10 분의 분리 후, 분리 성능은 유형 A 유량 정류기의 경우 59 % 만큼, 유형 C 유량 정류기의 경우 55 % 만큼 감소한다. 두 배의 긴 유량 정류기를 사용함으로써, 분리 성능 감소는 전기장 하에서 에멀젼의 더 짧은 체류 시간에 주로 기인하는 것으로 실증되었다.

구성 2: 수직 흐름 및 짧은 유량 정류기

제2 구성에서, 실험은 수평 방향으로 흐르는 아랍 미디엄 원유 에멀젼을 사용하여 수행되었다. 에멀젼은 40 ppm의 해유화제의 첨가를 갖는 아랍 미디엄 원유로 형성되었다. 제2 구성 실험은 산업용 분리기 입구 장치의 아래방향 (즉, 수직) 레그에서 전극의 통합을 통해 본 개시의 적용가능성을 실증하기 위해 수행되었다. 결과적으로, 본 개시의 구현예는 분리기 입구 장치 내의 통합에 적용을 가질 수 있어서, 전기장의 사용은 이러한 장치에 존재하는 흐름 난류와 시너지화된다.

실험은 수직으로 지향된 유형 A 및 유형 C 유량 정류기를 사용하여 수행되었다. 0.4 l/min의 공급스트림 유량이 사용되었으며, 하향 속도는 중력에 의해 결정되었다. 여기서 다시, 주어진 분리 시간 후에 분리된 초기 에멀젼 샘플의 총 물 부피의 백분율이 측정되어 분리 성능을 결정하였다. 0 분 (min), 5 분, 10 분, 20 분, 및 25 분의 기간에서 에멀젼 샘플로부터 분리된 물의 부피 백분율이 결정되었다. 유형 C 유량 정류기의 두 번 실행이 수행되었다. 표 4는 각각의 유량 정류기 (유형 A 또는 유형 C)에 대한 제1 구성 실험의 결과를 보여준다.

분리 시간 (min)	대조구(Control)	유형-A (40 ppm 해유화제)	유형-C (40 ppm 해유화제)
0	0%	15%	7.5%
5	0%	30%	12.5%
10	0%	35%	15%
20	0%	40%	22.5%
25	0%	45%	25%

표 4: 분리된 물의 부피 백분율 대 제2 구성에 대한 시간

도 4는 유형 A 및 유형 C 유량 정류기에 대한 제2 구성 실험의 결과를 예시하는 EC 후에 분리된 물의 부피 백분율 대 분리 시간의 그래프 (400)이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, y-축 (402)은 분리된 물의 부피 백분율을 도시하고, x-축 (404)은 분리 시간을 도시한다.

상대적으로 낮은 분리 성능은 전기장에서 짧은 체류 시간의 결과이었다. 그러나, 표 4 및 도 4는 유형 C 유량 정류기과 비교하여 유형 A 유량 정류기를 사용하여 분리 성능의 개선을 나타낸다.

구성 3: 수평 흐름 및 더 긴 유량 정류기

제3 구성에서, 실험은 제1 구성에서 사용된 유량 정류기보다 더 긴 유량 정류기에서 수평 방향으로 흐르는 아랍 미디엄 원유 에멀젼을 사용하여 수행되었다. 제2 구성의 실험 결과는 더 높은 유량이 비효율적인 물 분리로 이어질 수 있음을 시사하였다. 제3 구성 실험은 제2 구성을 사용한 성능 저하가 유량 정류기 내부의 과도한 난류로부터 기인한 것인지 또는 전기장에서 더 짧은 체류 시간으로부터 기인한 것인지 결정하기 위해 수행되었다.

에멀젼은 40 ppm의 해유화제의 첨가를 갖는 아랍 미디엄 원유로 형성되었다. 실험은 제1 구성에서 사용된 유량 정류기보다 2 배 더 긴 길이를 갖는, 수평으로 지향된 유형 A, 유형 B, 및 유형 C 유량 정류기를 사용하여 수행되었다. 0.8 l/min의 유량은 표 3에 나타낸 결과를 생성한 제1 구성 실험에서 사용된 2.3 cm/s 에멀젼 유속을 복제하기 위해 모든 실험에서 사용되었다. 결과적으로, 전기장 하에서의 에멀젼 체류 시간은 약 6.6 초로부터 약 13.9 초까지로 증가되었고, 한편 단위 시간당 기계적 혼합 에너지는 동일하였다.

주어진 분리 시간 후에 분리된 초기 에멀젼 샘플의 총 물 부피의 백분율은 측정되어 분리 성능을 결정하였다. 0 분 (min), 5 분, 10 분, 20 분, 및 25 분의 기간에서 에멀젼 샘플로부터 분리된 물의 부피 백분율이 결정되었다. 유형 C 유량 정류기의 두 번 실행이 수행되었다. 표 5는 각각의 유량 정류기 (유형 A, 유형 B, 및 유형 C)에 대한 제3 구성 실험의 결과를 보여준다.

분리 시간 (min)	대조구 (Control)	유형e-A (40 ppm 해유화제)	유형 B (40 ppm 해유화제)	유형 C (40 ppm 해유화제), 제2 실행
0	0%	58.8%	30%	24%
5	0%	88.2%	45%	40%
10	0%	94.1%	60%	52%
20	0%	94.1%	65%	60%
25	0%	94.1%	70%	60%

표 5: 분리된 물의 부피 백분율 대 제3 구성을 위한 시간

도 5는 각각의 유량 정류기 (유형 A, 유형 B, 또는 유형 C)에 대한 제3 구성 실험의 결과를 예시하는 EC 후에 분리된 물의 부피 백분율 대 분리 시간의 그래프 (500)이다. 도 5에서 나타낸 바와 같이, y-축 (502)은 분리된 물의 부피 백분율을 도시하고, x 축 (504)은 분리 시간을 도시한다.

표 5 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 분리 성능은 크게 향상된다. 유형 A 유량 정류기를 사용하여 얻은 물 분리는 100 %에 접급한다. 제3 구성 실험의 결과는 최적의 체류 시간을 선택하는 것의 중요성, 및 정적 유량 정류기와 전기장의 시너지 효과를 예시한다.

실험 결과는 두 가지 추가 결론을 지지한다. 첫째, 심지어 더 큰 유량에서도, 유량 정류기는 흡착 사건 후 액적을 분해함으로써 전기장의 영향을 상쇄 (offset)하지 않는다. 둘째, 유량 정류기의 기하학적 구조는 분리 성능의 주요 인자가 될 수 있다. 예를 들어, 실험 결과에 기초하여, 유형 B 유량 정류기는 유형 C (빈 파이프) 유량 정류기와 유형 A 유량 정류기 사이에 있는 분리 성능을 지속적으로 제공하였다. 또 다른 실시예에서, 유형 A 유량 정류기는 모든 실험 및 조건에 대하여 최고의 분리 성능을 제공하였다.

전기유체학적 무차원 수 (ELECTROHYDRODYNAMIC DIMENSIONLESS NUMBERS)

(예를 들어, 상대적으로 더 큰 산업 시스템과 같은) 특정 구현예의 경우, 전기점성 수 (electroviscous number (N_ev)에 대한 범위는 위에서 설명한 실험 결과로부터 결정되었다. N_ev는 유전 전기 레일리 수 (Rayleigh numbe) (Ra)의 비율로 정의될 수 있으며, 운동력 (kinetic forces)에 대한 정전기력의 우세의 정량화를 제공할 수 있다. N_ev는 방정식 1에 따라 결정될 수 있다.

(1)

[0067]여기서 Ra 및 Re는 방정식 2 및 3에 따라 결정된다.

(2)

(3)

여기서 σ는 유체 밀도 (kg/㎥)이고, ξ는 동점도 (m²/s)이며,

는 진공 유전율 (패럿/미터) (F/m))이고, L_m은 시스템 특성 길이 (m)이며, L은 유량 정류기 길이 (m)이고, E₀는 전기장 (V/m)이며, U₀는 평균 유체 속도 (m/s)이다.

실험 데이터를 사용하여 방정식 1-3을 푸는 것은 1000 내지 600000 범위의 전자점성 수 N_ev의 식별을 결과한다. 따라서, 1000 내지 600000 범위의 N_ev는 본 개시에서 설명된 구현예들에 따른 분리 장치의 예비 설계를 위해 사용될 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 이러한 시스템은 전기장 E가 액적 분해의 시작으로 이어지는 임계 값 E_max 미만인 한 효과적일 수 있다. E_max의 값은 에멀젼들 사이에서 다양할 수 있지만, 그러나 몇몇 구현예에서 가능한 액적간 필드 강화 현상에 기초하여 E_max = 6 kV/cm로 설정될 수 있다. 또한, 몇몇 구현예에서, L_m은 효율적인 액적 충돌 프로세스를 제공하기 위해 2cm를 초과하지 않아야 한다.

전기장 및 합체력 최적화

이해되는 바와 같이, 오일 및 물의 상대적인 비율, 유전 상수, 및 온도 (이것은 수상 유전 상수에 대한 특별한 영향을 가짐)에 따라 오일 및 물의 혼합물의 유전 특성을 결정하기 위한 다양한 기술 (예를 들어, 리치튼넥커 (Lichtenecker) 방정식)이 알려져 있다. Lichtenecker 방정식을 사용하여, 오일-물 혼합물의 유전 특성의 변화가 0 % 내지 40 % 범위의 물 함량과 20 ℃ 내지 약 60 ℃ 범위의 온도에 대해 평가되었다. 표 6은 20℃에서 순수 오일의 유전율 (2.5로 가정)과 관련하여 다양한 물 함량 및 온도에서 오일-물 혼합물의 유전 상수의 % 변화를 보여준다.

물 함량	유전 상수의 % 변화 (20℃)	유전 상수의 % 변화 (40℃)	유전 상수의 % 변화(60℃)
5	15%	15%	15%
10	33%	32%	32%
15	54%	53%	53%
20	80%	79%	78%
25	112%	110%	108%
30	151%	148%	145%
35	198%	194%	189%
40	257%	250%	243%

표 6: 물 절단 (WATER CUT) 및 온도에 따른 물-오일 혼합물의 유전 상수 (유전율)의 변화

표 6에 나타낸 바와 같이, 오일-물 혼합물 유전 상수의 변화는 무시할 수 없으며, 더 큰 물 함량은 유전 상수에 대하여 더 큰 온도 영향을 결과한다. 결과적으로, 실제 생산 환경은 일반적으로 시간이 지남에 따라 (예를 들어, 주간과 야간 사이의 온도 차이의 결과로서) 온도 및 물 함량을 모두 변동시키는 것을 포함하기 때문에, 유전 상수의 변화는 상당할 수 있으며, 및 전기코어레서의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 아래에 논의된 바와 같이, 본 개시에 설명된 시뮬레이션 결과는 이 크기의 유전 특성의 변화가 전기장 분포에 부정적인 영향을 미칠 수 있고, 전기코어레서 시스템의 성능 저하를 결과할 수 있음을 실증한다. 그러나, 기존 전기코어레서 시스템은 유체에서 유전 특성의 변화의 이들 효과를 설명하지 못하고 있다. 그러나, 대조적으로, 본 개시에서 설명된 구현예는 이들 변화를 감지하고, 전기코어레서 시스템의 분리 성능에 미치는 이들의 영향을 최소화할 수 있다.

또한, 흐름 매체 (예를 들어, 유중수 에멀젼)의 유전 특성은 전기합체 공정의 효율성에 영향을 미친다. 유중수 에멀젼의 유전 상수는 물-대-오일 부피 비율 및 물 염도에 의존한다. 도 6은 유중수 에멀젼의 유전 상수의 진동수-의존적 거동을 예시하는 유중수 에멀젼의 유전율 대 진동수의 그래프 (600)이다. 도 6에서 나타낸 바와 같이, 좌측 y-축 (602)은 유전율 값을 도시하고, x-축 (604)은 헤르츠 (Hz) 단위의 진동수를 도시한다. 도 6에서 또한 나타낸 바와 같이, 우측 y-축 (606)은 손실 인자 값 (e'')을 도시한다. 유전율은 도 6에서 라인 608에 의해 도시된다. 손실 인자는 도 6의 라인 610으로 도시된다.

도 7은 유전율에 대한 물 절단 (water cut)의 효과를 도시하는 유중수 에멀젼에 대한 유전율 대 진동수의 그래프 (700)이다. 도 7에서 나타낸 바와 같이, y-축 (702)은 유전율 값을 도시하고, x-축 (704)은 헤르츠 (Hz) 단위의 진동수를 도시한다. 도 7에서 또한 나타낸 바와 같이, 라인 (706)은 10 % 물 컷을 갖는 유중수 에멀젼의 유전율을 도시하고, 라인 (708)은 20 % 물 컷을 갖는 유중수 에멀젼의 유전율을 도시하며, 라인 (710)은 40 % 물 컷을 갖는 유중수 에멀젼의 유전율을 도시한다. 도 7은 또한 예시적인 유량 정류기의 유전율에 대응하는 라인 (712)을 도시한다.

유중수 에멀젼의 유전 상수는 온도, 물 염도, 수분 함량 및 원유 조성과 같은 변수에 의존하며, 이들 모두는 전기합체에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 전기합체 시스템에 내장된 유량 정류기는 1 kHz의 작동 진동수에서, 10 % 물 컷을 갖는 흐름 에멀젼의 유전율과 정합하는 (즉, 동일한) 유전율을 갖는 것으로 가정하였다. 도 7에서 점 A (714)에 해당하는, 이 조건에서, 전기합체 효율은 최대화될 수 있다. 또한, 유중수 에멀젼과 유량 정류기의 유전율에서 차이가 없다.

이해되는 바와 같이, 오일 저수지가 노화됨에 따라, 더 많은 물이 원유와 함께 생성된다. 또한, 저수지의 균일한 개발을 보장하기 위해, 생산 우물이 저수지 엔지니어에 의해 결정된대로, 상이한 조합으로 사용된다. 결과적으로, 우물 스트림을 수용하는 생산 시설은 수용된 스트림에서 물 컷의 빈번한 변화를 경험할 수 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 물 컷의 증가는 라인 708 내지 710에 의하여, 및 라인 710 내지 라인 712에 의해 나타낸 바와 같이, 왼쪽 및 위쪽으로 유중수 에멀젼에 대한 유전율 곡선을 변환하여 에멀젼 유전율에 영향을 미칠 수 있다. 도 7에서 예시하는 바와 같이, 이 변환은 지점 A' (716)에서, 및 그 다음에, 물 컷이 증가함에 따라 지점 A" (718)에서, 새로운 작동 조건을 식별한다.

다음 단락들은 에멀젼 유전 특성의 변화가 전기코어레서 시스템의 유체 체적 내부의 전기장을 수정함으로써 기존 전기코어레서 시스템의 분리 효율에 어떻게 영향을 미치는지 설명한다.

컴퓨터 시뮬레이션 연구가 COMSOL Multiphysics 과학 소프트웨어 패키지를 사용하여 수행되었다. 아래에서 논의된 바와 같이, 시뮬레이션은 유량 정류기 물질과 흐름 매체의 유전 상수 사이의 차이가 유전 상수의 차이에 비례하는 전기장 불균일성을 초래할 것이라는 것을 나타내었다.

표 7은 이 효과의 정량화를 제공하고, 유체 영역에서 최대 (Emax) 및 최소 (Emin) 전기장에 대한 상대 유전율 비 εr_에멀젼/εr_정류기의 영향을 나타낸다.

εr_에멀젼/εr_정류기	\|Emax\| (kV/cm)	\|Emin\| (kV/cm)
1/6	43%	20%
1/5	39%	19%
1/4	33%	18%
1/3	26%	17%
1/2	17%	13%
1	0%	0%
2	-18%	-22%
3	-30%	-35%
4	-39%	-45%
5	-45%	-52%
6	-50%	-57%

표 7: 최대 및 최소 전기장에 대한 상대 유전율 비의 영향

컴퓨터 시뮬레이션은 2.5의 일정한 유량 정류기 유전율과 1.6 kV/cm의 평균 전기장을 가정하여 실행되었다. 시뮬레이션을 수행하기 위해, 위에서 설명한 실험에 사용된 유량 정류기 유형 A의 기하학적 구조가 수치적으로 생성된 다음, 전기장이 유량 정류기를 통해 흐르는 유체 체적에서 계산되었다. 가장자리 효과를 제거하고, 가능한 한 보수적이기 위해, 결과는 유량 정류기의 내부 직경의 절반에 해당하는 정사각형 길이를 갖는 유체 영역의 내부 정사각형 섹션에 대해 얻어졌다.

도 7은 40 %의 물 컷을 갖는 유중수 에멀젼 (라인 710)이 약 100 헤르츠 내디 약 100,000 헤르츠까지의 범위의 진동수에서 (즉, 전기코어레서 일반적으로 사용되는 진동수에서) 11의 유전율을 갖는다. 결과적으로, 이 실시예에서, 유전율 비는 약 4.4이다 (유중수 에멀젼 유전율/유량 정류기 유전율 = 11/2.5). 표 7에서 나타낸 바와 같이, 이 유전율은 예상 값의 각각 약 -39% 및 약 -45%의 최대 및 최소 전기장 세기의 변화를 결과할 것이다. 이해되는 바와 같이, 이것은 전기장의 상당한 감소이며, 전기코어레서에서 액적 인력을 유도하는 양극성 힘이 전기장 세기의 제2 파워에 비례하기 때문에, 전기코어레서 효율에 극적인 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

적응성 유전율 유량 정류기를 갖는 분리 장치

여기서 논의된 바와 같이, 본 개시의 구현예는 유리하게는 그의 유전율을 흐름 매체 (예를 들어, 유중수 에멀젼)의 유전율에 적응시키는 유량 정류기를 갖는다. 유리하게는, 표 7에 나타낸 바와 같이, 유량 정류기의 유전율이 흐름 매체의 유전율과 같거나 (예를 들어, 1:1) 또는 가능한 한 유사하게 되는 것을 보장하는 것은 최대 및 최소 전기장 세기의 변화를 최소화하고, 분리 성능에 부정적인 영향을 결과한다. 전술한 내용을 고려하여, 분리 장치에서 적응성 유전율 유량 정류기를 구현하는 본 개시의 구현예가 아래에서 설명된다.

도 8은 본 개시의 구현예에 따른 장치 (800)의 일련의 섹션 (804)에 배치되고 상이한 유전율을 갖는 물질로 구성되는 일련의 유량 정류기 (802)를 갖는 분리 장치 (800)를 도시한다. 상기 장치는 측정 섹션 (806), 유전 상수 측정 장치 (808), AC 전압 발전기 (810), 및 섹션 선택기 (812)를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 분리 장치 (800)의 섹션은 일반적으로 원통형 (예를 들어, 관형) 형상일 수 있다. 후술하는 바와 같이, 분리 장치 (800)는 측정 섹션 (806)에서 흐름 매체의 유전 상수를 측정할 수 있고, 흐름 매체의 유전율에 가장 가까운 유전율을 갖는 유량 정류기 (802) 중 하나를 선택할 수 있다.

화살표 (814)로 나타낸 바와 같이, 에멀젼은 분리 장치 (800)의 측정 섹션 (806)으로 들어갈 수 있다. 유전 상수 측정 장치 (808)는 흐름 매체의 유전 특성을 측정할 수 있고, 상기 유전율을 섹션 선택기 (812)로 전송할 수 있다. 섹션 선택기는 AC 전압 발전기 (810)에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 유전 상수 측정 장치 (808)로부터 수신된 흐름 매체의 유전율에 응답하여, 섹션 선택기 (812)는 흐름 매체의 유전율과 동일하거 또는 가능한 한 유사한 유전율을 갖는 유량 정류기를 갖는 섹션 (804)의 전극에 에너지를 공급할 수 있다. 여기에 사용된 바와 같은, 용어 "가능한 한 유사한"은 유량 정류기 물질의 물리적 특성에 의해 달성될 수 있는 흐름 매체의 유전율 값에 가능한 한 가까운 유량 정류기 유전율을 지칭한다. 예를 들어, 분리 장치 (800)의 몇몇 구현예에서, 선택된 유량 정류기의 유전율은 흐름 매체의 유전율의 임계 차이 내에 있을 수 있다. 몇몇 구현예에서, 임계 차이는 1 % 미만, 2 % 미만, 3 % 미만, 4 % 미만 또는 5 % 미만일 수 있다.

섹션 선택기 (812)는 수신된 측정된 유전율을 저장된 유전율의 목록과 비교하는 로직을 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 섹션 선택기 (812)는 주문형 반도체 (application-specific integrated circuit, ASIC) 또는 필드 프로그래밍 지원 게이트 어레이 (field-programmable gate array, FPGA)를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 섹션 선택기 (812)는 감소된 명령 세트 컴퓨팅 (RISC) 프로세서 또는 복합 명령 세트 컴퓨팅 (CISC) 프로세서와 같은 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 섹션 선택기 (812)는 랜덤 액세스 메모리 (RAM)와 같은 휘발성 메모리, 및 ROM, 플래시 메모리, 임의의 다른 적절한 광학, 자기, 또는 고체-상태 저장 매체, 또는 이들의 조합과 같은 비-휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 메모리는 유량 정류기 (802)와 관련된 유전율의 목록을 저장할 수 있다. 메모리는 유전율과 관련된 유량 정류기의 전기장에 에너지를 공급하기 위한 적절한 신호를 표시하는 (예를 들어, 목록 또는 다른 데이터 구조에서) 각각의 유전율과 관련된 식별자 또는 다른 표시자를 저장할 수 있다.

각각의 섹션 (804)은 흐름 매체에서 전기합체를 위한 상기 섹션에서 전기장을 생성하기 위한 하나 이상의 전극을 포함할 수 있다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 3 개의 유량 정류기 (802)는 각각 상이한 유전율을 가질 수 있다. 예를 들어, 섹션 804A에 배치된 유량 정류기 (802A)는 제1 유전율을 가질 수 있고, 섹션 804B에 배치된 유량 정류기 (802B)는 제1 유전율과 다른 제2 유전율을 가질 수 있으며, 섹션 (804C)에 배치된 유량 정류기 (802C)는 제1 및 제2 유전율과 다른 제3 유전율을 가질 수 있다. 하나의 실시예에서, 측정 섹션 (806)의 흐름 매체는 유량 정류기 (802A)의 제1 유전율과 주로 거의 일치하는 측정 유전율을 가질 수 있다. 이 실시예에서, 섹션 선택기 (812)는 유량 정류기 (802A)를 갖는 섹션 (804A)에서 전극에 에너지를 공급할 것이다. 섹션 804B 및 804C에서 전극은 에너지가 공급되지 않을 것이며, 결과적으로, 아무런 전기장도 해당 섹션에서 발생되지 않을 것이다. 또 다른 실시예에서, 측정 섹션 (806)에서 흐름 매체는 유량 정류기 (802C)의 유전율과 주로 거의 일치하는 측정 유전율을 가질 수 있다. 이 실시예에서, 섹션 선택기 (812)는 유량 정류기 (802C)를 갖는 섹션 (804C)에서 전극에 에너지를 공급할 것이다. 섹션 804A 및 804B에서 전극은 에너지가 공급되지 않을 것이며, 아무런 전기장도 해당 섹션에서 발생되지 않을 것이다.

유량 정류기 (802)는 유량 정류기를 구성하기 위해 상이한 유전 물질을 사용함으로써 변화하는 유전율을 가질 수 있다. 몇몇 구현예에서, 주어진 유전율의 유전 물질은 중합체 매트릭스 내에 무기 충전제를 삽입함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서, 제1 유량 정류기 (802A)는 제1 중합체 매트릭스에서 제1 무기 충전제를 가질 수 있고, 제2 유량 정류기 (802B)는 제2 중합체 매트릭스에서 제2 무기 충전제를 가질 수 있으며, 제3 유량 정류기 (802C)는 제3 중합체 매트릭스에서 제3 무기 충전제를 가질 수 있다. 몇몇 구현예에서, 무기 충전제는 Al₂O₃, BaTiO₃, TiO₂, 또는 ZrO₂일 수 있다. 이해되는 바와 같이, 중합체 매트릭스에 첨가되는 무기 충전제의 양 및 유형은 원하는 유전 특성을 갖는 물질을 생성하도록 조정될 수 있다. 추가적으로, 중합체 매트릭스는 흐름 매체의 유전 상수의 변화를 최소화하기 위해 (다른 매트릭스에 비해) 상대적으로 낮은 물 및 원유 흡수 (uptake)를 갖도록 선택될 수 있는 것으로 인식되어야 한다. 표 8은 본 개시의 구현예와 함께 사용하기에 적합한 유량 정류기를 구성하는 데 사용될 수있는 대표적인 무기 충전제 및 대표적인 중합체를 나타낸다.

무기 충전제	유전율 (유전 상수)	중합체	유전율 (유전 상수)
TiO₂	100	폴리이미드	2.8-3.2
네오프렌	78	플루오르화 폴리이미드	2.5-2.9
Al₂O₃	9-10	메틸실세스퀴옥산	2.6-2.8
SiO₂	3.9	폴리아릴렌 에테르 (polyarelene ether)	2.6-2.9
BaTiO₃	1200-10000	폴리에틸렌	2.3-2.7
ZrO₂	22	폴리스타이렌	2.5-2.9
		테프론 AF	2.1

표 8: 대표적인 유량 정류기 물질

예를 들어, 몇몇 구현예에서, 유량 정류기 (802)는 폴리이미드 매트릭스에서 BaTiO₃, TiO₂, 또는 ZrO₂로 구성될 수 있다.

다른 구현예에서, 유량 정류기 (802)는 폐쇄된 셀 다공성을 갖는 세라믹 물질을 사용하여 구성될 수 있다. 흐름 매체가 모래 입자를 포함하는 몇몇 구현예에서, 세라믹 물질을 사용하는 유량 정류기 구성은 모래 입자에 의해 야기되는 침식 (erosion)을 최소화하기 위해 사용될 수 있다.

하나 이상의 유량 정류기 (802A, 802B 및 802C)는 각각 고도로 분기된 기하학적 구조 또는 나선형 기하학적 구조를 갖는 정적 믹서를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 하나 이상의 유량 정류기 (802A, 802B 및 802C)는 정적 믹서가 없는 직선 파이프일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유량 정류기 (802A, 802B 및 802C)는 상이한 기하학적 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 유량 정류기 (802A 및 802B)는 고도로 분기된 기하학적 구조를 갖는 정적 믹서를 가질 수 있고, 유량 정류기 (802C)는 나선형 기하학적 구조를 갖는 정적 믹서를 가질 수 있다. 다른 구현예에서, 유량 정류기 (802A, 802B, 및 802C)는 안내 날개 (guide vane) 및 믹서와 같은 다른 유량 정류기 요소를 각각 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 유량 정류기 (802)는 흐름 방향으로 직렬로 또는 병렬로 배열된 4 개 이상의 유량 정류기를 가질 수 있다.

몇몇 구현예에서, 각각의 유량 정류기 (802A, 802B, 및 802C)의 전기장 및 길이는 유량 정류기의 N_ev가 약 1000 내지 약 600000의 범위에 있는 것을 보장하도록 선택될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 각각의 유량 정류기 (802A, 802B, 및 802C)의 전기장은 예를 들어 약 6 킬로볼트/센티미터 (kV/cm)일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 각각의 유량 정류기 (802A, 802B, 및 802C)의 특징적인 혼합 길이 (L_m)는 2 cm 이하일 수 있다.

분리 장치 (800)는 수평 방향 또는 수직 방향 또는 임의의 중간 경사로 사용될 수 있다. 분리 장치 (800)는 수평 방향 또는 수직 방향으로 사용될 수 있다. 분리 장치가 수직 또는 경사진 방향으로 설치된 구현예에서, 분리 장치 (800)를 통하는 흐름은 상향 (즉, 중력에 대항하여) 또는 하향 (즉, 중력과 함께)일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 분리 장치 (800)는 원유 처리 설비에서 분리 용기와 같은 분리 용기의 입구에 포함될 수 있다. 예를 들어, 분리 장치 (800)는 고압 생산 트랩 (HPPT)의 입구, 저압 생산 트랩 (LPPT)의 입구, 또는 둘 모두에 통합될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 분리 장치 (800)는 추가적으로 또는 대안적으로 고압 생산 트랩 (HPPT)과 저압 생산 트랩 (LPPT)의 사이에 위치할 수 있다. 이러한 구현예에서, 분리 장치 (800)는, 원유가 원유 처리 설비의 습식 원유 취급 트레인에 제공되기 전에, 원유로부터 물을 제거할 수 있게 할 수 있다. 유리하게는, 원유 처리 시설에서 분리 장치 (800)의 사용은 물 분리를 개선시킬 수 있고, 해유화제의 소비를 줄일 수 있으며, 추가적인 물 분리를 위한 자본 비용을 줄일 수 있고, 가열 요건을 줄일 수 있다 (예를 들어, 원유는 일반적으로 기존 분리 기술을 사용하여 분리를 향상시키기 위해 가열될 수 있다).

몇몇 구현예에서, 분리 장치 (800)는, 분리 장치 (800)를 기존 입구 장치에 새로 장착하는 것과 같이, 멀티-드럼 입구 장치 또는 분리기 입구 장치와 같은, 입구 장치에 통합될 수 있다. 예를 들어, 분리 장치 (800)는, 이미 일종의 분리 능력을 갖는 장치를 포함하는, 기존의 입구 장치에 전기합체 분리를 추가할 수 있다.

도 9는 본 개시의 구현예에 따라 도 8에 도시된 분리 장치 (800)의 작동을 위한 공정을 (900)을 도시한다. 처음에, 분리 장치 (800)를 통하여 유중수 에멀젼의 흐름이 개시될 수 있다 (블록 902). 예를 들어, 유중수 에멀젼은 원유 처리 시설에 운반된 웰 (well) 또는 다수의 웰로부터 생산된 원유일 수 있다. 측정 섹션에서 물-오일-에멀젼의 유전 특성이 측정될 수 있다 (블록 904).

측정된 유전율은 섹션 선택기 (812)로 전송될 수 있다 (블록 906). 섹션 선택기 (812)는 측정된 유전율을 분리 장치의 유량 정류기와 관련된 저장된 유전율과 비교할 수 있고, 유중수 에멀젼의 측정된 유전율과 동일하거나 가능한 한 유사한 유량 정류기 유전율을 선택할 수 있다. (블록 908). 예를 들어, 3 개의 유량 정류기를 갖는 구현예의 경우, 측정된 유전율과 가능한 한 유사한 3 개의 유량 정류기 중 하나의 유전율이 선택될 수 있다. 다음으로, 선택된 유량 정류기 유전율을 갖는 유량 정류기의 전극은 전기장을 발생시키기 위해 에너지가 공급될 수 있고 (블록 910), 유중수 에멀젼은 전기장 및 선택된 유량 정류기를 갖는 섹션에서 분리될 수 있다 (블록 912).

도 10은 본 개시의 구현예에 따른 장치 (1000)의 섹션 (1004)에 배치되고 진동수-의존 유전 응답 (즉, 진동수-의존 유전율)을 갖는 물질로 구성되는 유량 정류기 (1002)를 갖는 분리 장치 (1000)를 도시한다. 상기 장치는 측정 섹션 (1006), 유전 상수 측정 장치 (1008), AC 전압 발전기 (1010), 및 진동수 선택기 (1012)를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 분리 장치 (1000)의 섹션은 일반적으로 원통형 (예를 들어, 관형) 형상일 수 있다. 후술하는 바와 같이, 분리 장치 (1000)는 측정 섹션 (1006)에서 흐름 매체의 유전 상수를 측정할 수 있고, 유량 정류기 (1002)의 진동수-의존 유전율을 흐르는 매체의 유전율과 정합 (match)시키기 위해 섹션 (1004)에서 발생된 전기장의 진동수를 선택할 수 있다.

화살표 (1014)로 나타낸 바와 같이, 유중수 에멀젼은 장치 (1000)의 측정 섹션 (1006)에 들어갈 수 있다. 유전 상수 측정 장치 (1008)는 흐름 매체의 유전 특성을 측정할 수 있고, 상기 유전율을 진동수 선택기 (1012)로 전송할 수 있다. 섹션 선택기는 AC 전압 발전기 (1010)에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 유전 상수 측정 장치 (1008)로부터 수신된 흐름 매체의 유전율에 응답하여, 진동수 선택기 (1012)는, 유량 정류기의 유전율이 에멀젼의 유전율과 동일하거나 가능한 한 유사하게 하는 전기장 진동수를 선택할 수 있다. 그 다음에, 진동수 선택기 (1012)는 선택된 진동수에서 유량 정류기의 전극에 (AC 전압 발전기 (1010)를 통해) 에너지를 공급한다.

진동수 선택기 (1012)는 측정된 유전율을 유량 정류기 (1002)에 의해 달성 가능한 유전율의 범위와 비교하기 위하여 로직을 포함할 수 있다. 각각은 수신된 측정된 유전율을 저장된 유전율의 목록과 비교한다. 몇몇 구현예에서, 진동수 선택기 (1012)는 주문형 반도체 (application-specific integrated circuit, ASIC) 또는 필드-프로그래밍 지원 게이트 어레이 (field-programmable gate array, FPGA)를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 진동수 선택기 (1012)는, 감소된 명령 세트 컴퓨팅 (RISC) 프로세서 또는 복합 명령 세트 컴퓨팅 (CISC) 프로세서와 같은, 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 진동수 선택기 (1012)는 랜덤 액세스 메모리 (RAM)와 같은 휘발성 메모리, 및 ROM, 플래시 메모리, 임의의 다른 적절한 광학, 자기, 또는 고체-상태 저장 매체, 또는 이들의 조합과 같은 비-휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리는 (목록 또는 다른 데이터 구조와 같은) 진동수 또는 유전율로부터 진동수를 계산할 수 있는 알고리즘과 각각 연관된 유전율의 범위를 저장할 수 있다.

몇몇 구현예에서, 유량 정류기 (1002)는 전기장의 진동수에 따라 변하는 유전 유전율을 갖는 물질로 구성될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 상기 물질은 에폭시 수지에 실리카 나노입자를 갖는 중합체 물질일 수 있다. 이해되는 바와 같이, 진동수에 따라 변하는 유전 유전율을 갖는 물질은 오일-물 혼합물의 분리를 위해 전기코어레서에서 사용된 진동수의 범위에서 제조될 수 있다. 예를 들어, 유전율 변화의 진폭과 그것이 발생하는 곳의 진동수는 그들의 각각의 유전 유전율 및 전기 전도도를 고려하여 매트릭스 및 충전제의 선택에 의하여 조정될 수 있다.

몇몇 구현예에서, 유량 정류기 (1002)의 전기장 및 길이는 유량 정류기의 N_ev가 약 1000 내지 약 600000의 범위에 있는 것을 보장하도록 선택될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유량 정류기 (1002)의 전기장은 많아야 약 6 킬로볼트/센티미터 (kV/cm)일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유량 정류기 (1002)의 특징적인 혼합 길이 (L_m)는 2 cm 이하일 수 있다.

유량 정류기 (1002)는 고도로 분기된 기하학적 구조 또는 나선형 기하학적 구조를 갖는 정적 믹서를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유량 정류기 (1002)는 정적 믹서가 없는 직선 파이프일 수 있다. 다른 구현예에서, 유량 정류기 (1002)는 안내 날개 및 믹서와 같은 다른 유량 정류기 요소를 포함할 수 있다.

분리 장치 (1000)는 수평 방향 또는 수직 방향 또는 임의의 중간 경사로 사용될 수 있다. 분리 장치가 수직 또는 경사진 방향으로 설치된 구현예에서, 분리 장치 (1000)를 통하는 흐름은 상향 (즉, 중력에 대항하여) 또는 하향 (즉, 중력과 함께)일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 분리 장치 (1000)는 원유 처리 설비에서 분리 용기와 같은 분리 용기의 입구에 포함될 수 있다. 예를 들어, 분리 장치 (1000)는 고압 생산 트랩 (HPPT)의 입구, 저압 생산 트랩 (LPPT)의 입구, 또는 둘 모두에 통합될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 분리 장치 (800)는 추가적으로 또는 대안적으로 고압 생산 트랩 (HPPT)과 저압 생산 트랩 (LPPT)의 사이에 위치할 수 있다. 이러한 구현예에서, 분리 장치 (1000)는, 원유가 원유 처리 설비의 습식 원유 취급 트레인에 제공되기 전에, 원유로부터 물을 제거할 수 있게 할 수 있다. 유리하게는, 원유 처리 시설에서 분리 장치 (1000)의 사용은 물 분리를 개선시킬 수 있고, 해유화제의 소비를 감소시킬 수 있으며, 추가적인 물 분리를 위한 자본 비용을 감소시킬 수 있고, 가열 요건을 감소시킬 수 있다 (예를 들어, 원유는 일반적으로 기존 분리 기술을 사용하여 분리를 향상시키도록 가열될 수 있다).

몇몇 구현예에서, 분리 장치 (1000)는, 분리 장치 (1000)를 기존 입구 장치에 새로 장착하는 것과 같이, 멀티-드럼 입구 장치 또는 분리기 입구 장치와 같은, 입구 장치에 통합될 수 있다. 예를 들어, 분리 장치 (1000)는, 이미 일종의 분리 능력을 갖는 장치를 포함하는, 기존의 입구 장치에 전기합체 분리를 추가할 수 있다.

도 11은 본 개시의 구현예에 따른 유전율에 대한 진동수 시프트 및 효과를 도시하는 유중수 에멀젼에 대한 유전율 대 진동수의 그래프 (1100)이다. 도 11은 도 7에서 나타내고, 위에서 논의된 그래프 (700)를 재현한다. 도 11 나타낸 바와 같이. y-축 (1102)은 유전율 값을 도시하고, x-축 (1104)은 헤르츠 (Hz) 단위로 진동수를 도시한다. 또한 도 11에서 예시한 바와 같이, 라인 1106은 10 % 물 컷을 갖는 유중수 에멀젼의 유전율을 도시하고, 라인 1108은 20 % 물 컷을 갖는 유중수 에멀젼의 유전율을 도시하며, 라인 1110은 40 % 물 컷을 갖는 유중수 에멀젼의 유전율을 도시한다. 도 11은 또한 대표적인 유량 정류기의 유전율에 대응하는 라인 (1112)을 도시한다.

도 11에 나타낸 바와 같이. 지점 A (1114)에 의해 도시된 최적 조건으로부터 지점 A' (1116)로 이동한 후, kHz로부터 300 Hz로 진동수 조정은 (라인 1112에서 나타낸) 유량 정류기의 유전율을 증가시킬 것이고, 지점 B (1118)에 의해 나타낸 최적 조건으로 이동할 것이다.

도 12는 본 개시의 구현예에 따른 도 10에 도시된 분리 장치 (1000)의 작동을 위한 공정 (1200)을 도시한다. 초기에, 분리 장치 (1000)를 통한 물-오일-에멀젼의 흐름이 개시될 수 있다 (블록 1202). 예를 들어, 유중수 에멀젼은 원유 처리 시설로 운반되는 웰 또는 다수의 웰로부터 생산된 원유일 수 있다. 측정 섹션에서 물-오일-에멀젼의 유전 특성이 측정될 수 있다 (블록 1204).

측정된 유전율은 진동수 선택기 (1012)로 전송될 수 있다 (블록 1206). 측정된 유전율을 이용하여, 진동수 선택기 (1012)는, 유량 정류기 (1002)의 진동수-의존적인 유전율이 측정된 유전율과 동일하거나 가능한 한 유사하도록, 전기장의 진동수를 선택할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서, 진동수 선택기 (1012)는 측정된 유전율을 유량 정류기 (1002)에 의해 달성가능한 유전율의 범위와 비교할 수 있다. 유전율의 범위에서 각각의 유전율은 저장된 목록, 유전율로부터 진동수를 계산할 수 있는 알고리즘, 또는 기타 기술을 통해서와 같이, 진동수와 연관될 수 있다. 다음으로, 진동수 선택기는 유량 정류기의 전기장 진동수를 선택된 진동수로 변경시킬 수 있어서 (즉, 전극에 전송된 신호를 통해 진동수를 변경), 유량 정류기의 유전율은 선택된 진동수에 응답하여 변경되어, 에멀젼의 유전율과 동일하거나 가능한 한 유사하게 된다 (블록 1208). 물-오일 에멀젼은 유전율이 일치 (match)하는 전기장 및 유량 정류기를 갖는 섹션에서 분리될 수 있다 (블록 1210).

도 13a 및 도 13b는 본 개시의 구현예에 따라 상이한 유전율을 갖는 상이한 물질로 구성되고 장치 (1300)의 섹션 (1306)에 배치된 대체가능한 유량 정류기 (1302 및 1304)를 갖는 분리 장치 (1300)를 도시한다. 상기 장치는 측정 섹션 (1308), 유전 상수 측정 장치 (1310), 및 AC 전압 발전기 (1312)를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 분리 장치 (1300)의 섹션은 일반적으로 원통형 (예를 들어, 관형) 형상일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유전 상수 측정 장치 (1310)는 컴퓨터 (1314)에 연결될 수 있다. 아래에 설명되는 바와 같이, 분리 장치 (1300)는 측정 섹션 (1308)에서 흐름 매체의 유전 상수를 측정할 수 있고, 흐름 매체의 유전 상수가 섹션 (1306)에서 유량 정류기의 유전율과 허용할 수 없는 양만큼 다른지 여부의 표시를 제공할 수 있다. 이에 응답하여, 분리 장치 (1300)에서 유량 정류기 (예를 들어, 유량 정류기 (1302))는 또 다른 유량 정류기 (예를 들어, 유량 정류기 (1304))로 대체될 수 있다. 이해되는 바와 같이, 도 13a 및 13b에 나타낸 구현예는 2 개의 유량 정류기를 도시하고 있지만, 다른 구현예는 분리 장치 (1300)에 각각이 제거가능하고 및 설치가능한 3개, 4개, 5개 또는 그 이상의 유량 정류기를 사용할 수 있다.

화살표 (1316)에 의해 나타낸 바와 같이, 에멀젼은 유량 정류기 (1302)를 갖는 장치 (1300)의 측정 섹션 (1308)으로 들어갈 수 있다. 유전 상수 측정 장치 (1310)는 흐름 매체의 유전 특성을 측정할 수 있고, 흐름 매체의 유전율을 유량 정류기 (1302)의 유전율과 비교할 수 있다. 비교에 대한 응답으로, 도 13b에 나타낸 바와 같이, 유량 정류기 (1302)는 흐름 매체의 유전율과 더 근접하게 정합하는 유량 정류기 (1304)로 대체될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 섹션 (1306)은 액세스 패널, 제거가능한 벽, 또는 섹션에 배치된 유량 정류기에 액세스를 가능하게 하는 다른 특징을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 유량 정류기 (1302)는 제거될 수 있고, 유량 정류기 (1304)가 섹션 (1306)에 설치될 수 있다.

유량 정류기 (1302 및 1304), 및 분리 장치 (1300)에서 사용된 다른 유량 정류기는, 유량 정류기를 구성하기 위해 상이한 유전 물질을 사용함으로써, 상이한 유전율을 가질 수 있다. 몇몇 구현예에서, 주어진 유전율의 유전 물질은 중합체 매트릭스에 무기 충전제를 삽입함으로써 형성될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 무기 충전제는 Al₂O₃, BaTiO₃, TiO₂, 또는 ZrO₂일 수 있다. 이해되는 바와 같이, 중합체 매트릭스에 첨가되는 무기 충전제의 양 및 유형은 원하는 유전 특성을 갖는 물질을 생성하도록 조정될 수 있다. 추가적으로, 중합체 매트릭스는 시간에 따라서 및 유체에 노출될 때 유전 상수의 변화를 최소화하기 위해 (다른 매트릭스와 비교하여) 상대적으로 낮은 물 및 원유 흡수를 갖도록 선택될 수 있는 것으로 인식되어야 한다. 위에서 설명한 표 8은 무기 물질 및 중합체의 예를 제공한다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서, 유량 정류기 (1302 및 1304)는 폴리이미드 매트릭스에서 BaTiO₃, TiO₂, 또는 ZrO₂로 구성될 수 있다.

다른 구현예에서, 분리 장치 (1300)에 사용하기 위한 유량 정류기는 닫힌 셀 다공성을 갖는 세라믹 물질을 사용하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서, 제1 유량 정류기 (1302)는 제1 중합체 매트릭스에서 제1 무기 충전제를 가질 수 있고, 제2 유량 정류기 (1304)는 제2 중합체 매트릭스에서 제2 무기 충전제를 가질 수 있다. 흐름 매체가 모래 입자를 포함하는 몇몇 구현예에서, 세라믹 물질을 사용하는 유량 정류기 구성은 모래 입자에 의해 야기되는 침식을 최소화하기 위해 사용될 수 있다.

몇몇 구현예에서, 각각의 유량 정류기 (1302 및 1304)의 전기장 및 길이는 유량 정류기의 N_ev가 약 1000 내지 약 600000의 범위에 있는 것을 보장하도록 선택될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 각각의 유량 정류기 (1302 및 1304)의 전기장은 많아야 약 6 킬로볼트/센티미터 (kV/cm)일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유량 정류기 (1302 및 1304) 각각의 특징적인 혼합 길이 (L_m)는 2 cm 이하일 수 있다.

하나 이상의 유량 정류기 (1302 및 1304)는 각각 고도로 분기된 기하학적 구조 또는 나선형 기하학적 구조를 갖는 정적 믹서를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 하나 이상의 유량 정류기 (1302 및 1304)는 정적 믹서가 없는 직선 파이프일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 유량 정류기 (1302 및 1304)는 상이한 기하학적 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 유량 정류기 (1302)는 고도로 분기된 기하학적 구조를 갖는 정적 믹서를 가질 수 있고, 유량 정류기 (1304)는 나선형 기하학적 구조를 갖는 정적 믹서를 가질 수 있다. 다른 구현예에서, 유량 정류기 (1302 및 1304)는 안내 날개 및 믹서와 같은 다른 유량 정류기 요소를 포함할 수 있다.

분리 장치 (1300)는 수평 배향 또는 수직 배향 또는 임의의 중간 경사로 사용될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 분리 장치 (1300)는 원유 처리 설비의 분리기 용기와 같은 분리기 용기의 입구에 포함될 수 있다. 예를 들어, 분리 장치 (1300)는 고압 생산 트랩 (HPPT)의 입구, 저압 생산 트랩 (LPPT)의 입구, 또는 둘 모두에 통합될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 분리 장치 (1300)는 추가적으로 또는 대안적으로 고압 생산 트랩 (HPPT)과 저압 생산 트랩 (LPPT)의 사이에 위치할 수 있다. 이러한 구현예에서, 분리 장치 (1300)는, 원유가 원유 처리 설비의 습식 원유 취급 트레인에 제공되기 전에, 원유로부터 물의 제거를 가능하게 할 수 있다. 유리하게는, 원유 처리 시설에서 분리 장치 (1300)의 사용은 물 분리를 개선시킬 수 있고, 해유화제의 소비를 감소시킬 수 있으며, 추가적인 물 분리를 위한 자본 비용을 절감시킬 수 있고, 가열 요구사항을 감소시킬 수 있다 (예를 들어, 원유는 기존 분리 기술을 사용하여 분리를 향상시키도록 일반적으로 가열될 수 있다).

몇몇 구현예에서, 분리 장치 (1300)는 분리 장치 (1300)를 기존 입구 장치에 새로 장착하는 것과 같은, 다중-드럼 입구 장치 또는 분리기 입구 장치와 같은, 입구 장치에 통합될 수 있다. 예를 들어, 분리 장치 (1300)는, 이미 일종의 분리 능력을 갖는 장치를 포함하는, 기존의 유입 장치에 전기합체 분리를 추가할 수 있다.

도 14는 본 개시의 구현예에 따른 도 13a 및 13b에 도시된 분리 장치 (1300)의 작동을 위한 공정 (1400)을 도시한다. 초기에, 분리 장치 (1300)를 통하여 물-오일-에멀젼의 흐름이 개시될 수 있다 (블록 1402). 예를 들어, 유중수 에멀젼은 원유 처리 시설로 운반되는 웰 또는 여러 웰로부터의 원유로부터 생산될 수 있다. 측정 섹션에서 물-오일-에멀젼의 유전 특성이 측정될 수 있다 (블록 1404).

측정된 유전율은 분리 장치에 연결된 컴퓨터의 디스플레이 상에서와 같이 제공될 수 있다 (블록 1406). 측정된 유전율 및 분리 장치에 설치된 유량 정류기의 유전율에 기초하여, 유량 정류기는 에멀젼의 측정된 유전율과 동일하거나 가능한 한 유사한 유전율을 갖는 유량 정류기로 대체될 수 있다 (블록 1408). 대체 후, 유량 정류기의 전극은 에너지가 공급될 수 있고, 유중수 에멀젼은 전기장 및 동일하거나 유사한 유전율을 갖는 유량 정류기를 갖는 섹션에서 분리될 수 있다 (블록 1410).

범위는 약 하나의 특정 값으로부터, 약 다른 특정 값까지, 또는 둘다로 본 개시에서 표현될 수 있다. 이런한 범위가 표현될 때, 또 다른 구현예는, 상기 범위 내의 모든 조합과 함께, 하나의 특정 값으로부터, 다른 특정 값까지, 또는 둘다에 있는 것으로 이해되어야 한다.

본 개시의 다양한 관점의 추가적인 수정 및 대안적인 구현예는 본 설명을 고려하여 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 설명은 단지 예시적인 것으로 해석되어야 하며, 본 개시에 설명 된 구현예들을 수행하는 일반적인 방식을 당업자에게 교시하기 위한 목적이다. 본 개시에서 나타내고 설명된 형태는 구현예의 예로서 간주되는 것으로 이해되어야 한다. 요소 및 물질은 본 개시에 예시되고 설명된 것으로 대체될 수 있고, 부품 및 공정은 반전되거나 생략될 수 있으며, 특정 특징들은, 본 설명의 이점을 갖은 후 당업자에게 명백한 바와 같이 전부, 독립적으로 사용될 수 있다. 변경이 다음의 청구 범위에 기재된 바와 같이 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 개시에 기재된 요소들에서 이루어질 수 있다. 본 개시에서 사용되거나 설명된 제목은 조직적인 목적만을 위한 것이며, 설명의 범주를 제한하기 위해 사용된 것으로 의미하지 않는다.

Claims

두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치로서, 상기 장치는:
두 액체의 혼합물을 수용하도록 구성된 섹션;
상기 섹션의 하류에 있으며, 제1 전기장을 발생시키기 위한 적어도 하나의 제1 전극 및 제1 유전율을 갖는 제1 유량 정류기 (flow conditioner)를 포함하는, 제1 유량 정류기 섹션;
상기 제1 유량 정류기 섹션의 하류에 있으며, 제2 전기장을 발생시키기 위한 적어도 하나의 제2 전극 및 제2 유전율을 갖는 제2 유량 정류기를 포함하는, 제2 유량 정류기 섹션;
상기 제1 섹션에 연결되고, 상기 혼합물의 유전율을 측정하도록 구성된, 유전율 측정 장치;
상기 유전율 측정 장치로부터 혼합물 유전율을 수신하도록 구성된 유량 정류기 섹션 선택기 (selector)를 포함하고, 상기 유량 정류기 섹션 선택기는 상기 혼합물 유전율과 상기 제1 유전율, 및 상기 혼합물 유전율과 상기 제2 유전율 사이의 비교에 기초하여, 상기 제1 유량 정류기 섹션의 적어도 하나의 제1 전극에 에너지를 공급거나, 또는 상기 제2 유량 정류기 섹션의 적어도 하나의 제2 전극에 에너지를 공급하는, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 혼합물은 유중수 (water-in-oil) 에멀젼인, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 포함하는 나선형-형태의 유량 정류기를 포함하거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기를 포함하는, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 포함하는 나선형-형태의 유량 정류기를 포함하거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기를 포함하는, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 유량 정류기는 무기 물질 및 중합체 매트릭스를 포함하는, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 유량 정류기는 무기 물질 및 중합체 매트릭스를 포함하는, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 유량 정류기의 길이 및 상기 제1 전기장의 세기는, 상기 유량 정류기 섹션의 전기점성 수 (electroviscous number)가 1000 내지 600000의 범위에 있도록, 선택되는, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
전기합체 (electrocoalescence)를 통해 두 액체의 혼합물을 분리하는 방법으로서, 상기 방법은:
상기 혼합물을 분리 장치에 제공하는 단계, 상기 장치는:
제1 전기장을 발생시키기 위한 적어도 하나의 제1 전극, 및 제1 유전율을 갖는 제1 유량 정류기를 포함하는 제1 유량 정류기 섹션; 및
제2 전기장을 발생시키기 위한 적어도 하나의 제2 전극, 및 제2 유전율을 갖는 제2 유량 정류기를 포함하는 제2 유량 정류기 섹션;을 포함함;
상기 혼합물의 유전율을 측정하는 단계;
상기 혼합물 유전율을 상기 제1 유전율 및 상기 제2 유전율과 비교하는 단계;
오직 상기 제1 전기장 또는 상기 제2 전기장만이 발생되도록, 상기 비교에 기초하여, 상기 제1 유량 정류기 섹션의 적어도 하나의 제1 전극 또는 상기 제2 유량 정류기 섹션의 적어도 하나의 제2 전극에 에너지를 공급하는 단계;
상기 제1 전기장 또는 상기 제2 전기장을 통해 상기 혼합물을 유도 (directing)하는 단계를 포함하는, 전기합체를 통해 두 액체의 혼합물을 분리하는 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 혼합물은 유중수 에멀젼인, 전기합체를 통해 두 액체의 혼합물을 분리하는 방법.
청구항 8 또는 9에 있어서,
상기 제1 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 포함하는 나선형-형태의 유량 정류기를 포함하거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기를 포함하는, 전기합체를 통해 두 액체의 혼합물을 분리하는 방법.
청구항 8, 9, 또는 10에 있어서,
상기 제2 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 포함하는 나선형-형태의 유량 정류기를 포함하거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기를 포함하는, 전기합체를 통해 두 액체의 혼합물을 분리하는 방법.
청구항 8, 9, 10, 또는 11에 있어서,
상기 제1 유량 정류기의 길이 및 상기 제1 전기장의 세기는, 상기 유량 정류기 섹션의 전기점성 수가 1000 내지 600000의 범위에 있도록, 선택되는, 전기합체를 통해 두 액체의 혼합물을 분리하는 방법.
청구항 8, 9, 10, 11, 또는 12에 있어서,
상기 제1 유량 정류기 섹션의 적어도 하나의 제1 전극에 에너지를 공급하도록, 또는 상기 제2 유량 정류기 섹션의 적어도 하나의 제2 전극에 에너지를 공급하도록 구성된, 유량 정류기 섹션 선택기에 상기 측정된 유전율을 전송하는 단계를 포함하는, 전기합체를 통해 두 액체의 혼합물을 분리하는 방법.
두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치로서, 상기 장치는:
상기 혼합물을 수용하도록 구성된 제1 섹션;
상기 제1 섹션에 연결되고, 상기 혼합물의 유전율을 측정하도록 구성된, 유전율 측정 장치;
전기장을 발생시키기 위한 전극 및 유전율 범위를 갖는 유량 정류기를 포함하는 유량 정류기 섹션, 상기 유전율 범위는 상기 전기장의 진동수의 함수를 포함함; 및
상기 유전율 측정 장치로부터 혼합물 유전율을 수용하고, 혼합물 유전율과 유전율 범위의 사이의 비교에 기초한 진동수에서 유량 정류기 섹션의 전극에 에너지를 공급하도록 구성된 진동수 선택기를 포함하는, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
청구항 14에 있어서,
상기 혼합물은 유중수 에멀젼인, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
청구항 14 또는 15에 있어서,
상기 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 포함하는 나선형-형태의 유량 정류기를 포함하거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기를 포함하는, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
청구항 14, 15, 또는 16에 있어서,
상기 유량 정류기는 에폭시 수지 내에 실리카 나노입자를 포함하는, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
청구항 14, 15, 16, 또는 17에 있어서,
상기 유량 정류기의 길이 및 상기 전기장의 세기는, 상기 유량 정류기 섹션의 전기점성 수가 1000 내지 600000의 범위에 있도록, 선택되는, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
두 액체의 혼합물을 분리하는 방법으로서, 상기 방법은:
상기 혼합물을 분리 장치에 제공하는 단계, 상기 장치는:
상기 혼합물의 유전율을 측정하도록 구성된 유전율 측정 장치;
전기장을 발생시키기 위한 전극 및 유전율 범위를 갖는 유량 정류기를 포함하는 유량 정류기 섹션, 상기 유전율 범위는 상기 전기장의 진동수의 함수를 포함함; 및
상기 유전율 측정 장치로부터 혼합물 유전율을 수용하고, 진동수에서 유량 정류기 섹션의 적어도 하나의 제1 전극에 에너지를 공급하도록 구성된 진동수 선택기를 포함함;
상기 혼합물의 유전율을 측정하는 단계;
상기 혼합물 유전율을 상기 유전율 범위와 비교하는 단계;
상기 혼합물 유전율과 상기 유전율 범위의 사이의 비교에 기초하여, 진동수에서 상기 유량 정류기 섹션의 전극에 에너지를 공급하는 단계;
상기 전기장을 통해 상기 혼합물을 유도하는 단계를 포함하는, 두 액체의 혼합물을 분리하는 방법.
청구항 19에 있어서,
상기 혼합물은 유중수 에멀젼인, 두 액체의 혼합물을 분리하는 방법.
청구항 19 또는 20에 있어서,
상기 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 포함하는 나선형-형태의 유량 정류기를 포함하거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기를 포함하는, 두 액체의 혼합물을 분리하는 방법.
청구항 19, 20, 또는 21에 있어서,
상기 유전율 측정 장치로부터 혼합물 유전율을 수신하고, 상기 진동수에서 상기 유량 정류기 섹션의 전극에 에너지를 공급하도록 구성된, 진동수 선택기에 상기 혼합물 유전율을 전송하는 단계를 포함하는, 두 액체의 혼합물을 분리하는 방법.
두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치로서, 상기 장치는:
상기 혼합물을 수용하도록 구성된 제1 섹션;
전기장을 발생시키기 위한 전극, 및 제1 유전율을 갖는 제1 제거가능한 유량 정류기를 포함하는 유량 정류기 섹션, 상기 유량 정류기 섹션은 상기 제1 제거가능한 유량 정류기 대신에 제2 유전율을 갖는 제2 제거가능한 유량 정류기를 수용하도록 구성됨; 및
상기 제1 섹션에 연결되어 있으며, 상기 혼합물의 유전율을 측정하고, 및 상기 혼합물 유전물을 상기 제1 유전율과 비교하도록 구성된 유전율 측정 장치를 포함하는, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
청구항 23에 있어서,
상기 혼합물은 유중수 에멀젼인, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
청구항 23 또는 24에 있어서,
상기 제1 제거가능한 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 포함하는 나선형-형태의 유량 정류기를 포함하거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기를 포함하는, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
청구항 23, 24, 또는 25에 있어서,
상기 제2 제거가능한 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 포함하는 나선형-형태의 유량 정류기를 포함하거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기를 포함하는, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
청구항 23, 24, 25, 또는 26에 있어서,
상기 제1 제거가능한 유량 정류기는 무기 물질 및 중합체 매트릭스를 포함하는, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
청구항 23, 24, 25, 26, 또는 27에 있어서,
상기 제2 제거가능한 유량 정류기는 무기 물질 및 중합체 매트릭스를 포함하는, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
청구항 23, 24, 25, 26, 27, 또는 28에 있어서,
상기 유량 정류기의 길이 및 상기 전기장의 세기는, 상기 유량 정류기 섹션의 전기점성 수가 1000 내지 600000의 범위에 있도록, 선택되는, 두 액체의 혼합물을 분리하기 위한 장치.
두 액체의 혼합물을 분리하는 방법으로서, 상기 방법은:
상기 혼합물을 분리 장치에 제공하는 단계, 상기 장치는:
전기장을 발생시키기 위한 전극, 및 제1 유전율을 갖는 제1 제거가능한 유량 정류기를 포함하는 유량 정류기 섹션, 상기 유량 정류기 섹션은 상기 제1 제거가능한 유량 정류기 대신에 제2 유전율을 갖는 제2 제거가능한 유량 정류기를 수용하도록 구성됨; 및
상기 혼합물의 유전율을 측정하는 단계;
상기 유량 정류기 섹션으로부터 상기 제1 제거가능한 유량 정류기를 제거하는 단계;
상기 유량 정류기 섹션에 제2 제거가능한 유량 정류기를 설치하는 단계;
상기 유량 정류기 섹션의 전극에 에너지를 공급하는 단계;
상기 전기장을 통해 상기 혼합물을 유도하는 단계를 포함하는, 두 액체의 혼합물을 분리하는 방법.
청구항 30에 있어서,
상기 혼합물은 유중수 에멀젼인, 두 액체의 혼합물을 분리하는 방법.
청구항 30 또는 31에 있어서,
상기 제1 제거가능한 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 포함하는 나선형-형태의 유량 정류기를 포함하거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기를 포함하는, 두 액체의 혼합물을 분리하는 방법.
청구항 30, 31, 또는 32에 있어서,
상기 제2 제거가능한 유량 정류기는 나선형 흐름 경로를 포함하는 나선형-형태의 유량 정류기를 포함하거나, 또는 복수의 분기된 흐름 경로를 포함하는 분기된 유량 정류기를 포함하는, 두 액체의 혼합물을 분리하는 방법.