PL195125B1

PL195125B1 - Device for electrostatic separation of oil-water emulsions

Info

Publication number: PL195125B1
Application number: PL335702A
Authority: PL
Inventors: Wojciech Piasecki
Original assignee: Abb Sp Zoo
Priority date: 1999-09-27
Filing date: 1999-09-27
Publication date: 2007-08-31
Also published as: PL335702A1

Abstract

1. Urządzenie do elektrostatycznego rozdzielania emulsji olejowo-wodnej zawierające zbiornik z umieszczonymi w nim elektrodami, z których co najmniej jedna pokryta jest warstwą materiału dielektrycznego, znamienne tym, że między elektrodami (3) umieszczony jest układ kształtowania pola elektrycznego, składający się z szeregu przestrzennych, podłużnych elementów przewodzących (5), które umieszczone są równolegle względem siebie w odległości (a), a kształt przekroju poprzecznego podłużnych elementów przewodzących (5) zbliżony jest do trójkąta lub trapezu.1. Device for electrostatic separation oil-water emulsion containing a tank with electrodes placed in it, at least one of which is covered with a layer dielectric material, characteristic placed between the electrodes (3) there is an electric field shaping system, consisting of a series of spatial, longitudinal conductive elements (5), which are placed parallel to each other at distance (a) and the shape of the cross section elongated conductive elements (5) is close to a triangle or a trapezoid.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do elektrostatycznego rozdzielania emulsji olejowo-wodnej.The subject of the invention is a device for the electrostatic separation of an oil-water emulsion.

Elektrostatyczne rozdzielanie ciekłych układów dyspersyjnych jest powszechnie stosowane w przemyśle chemicznym, a szczególnie w petrochemii. Rozdzielanie to polega na wykorzystaniu sił pola elektrycznego, wytworzonego w ciekłym środowisku poddawanym rozdzielaniu. Rozdział faz układu dyspersyjnego w przypadku emulsji olejowo-wodnej występuje wskutek różnicy przenikalności elektrycznej olejów i roztworów wodnych. Różnica pomiędzy stałą dielektryczną wody i oleju wynosi ponad rząd wielkości.Electrostatic separation of liquid dispersion systems is commonly used in the chemical industry, especially in petrochemicals. This separation is based on the use of the electric field forces generated in the liquid environment subject to separation. The phase separation of the dispersion system in the case of oil-water emulsions occurs due to the difference in electric permeability of oils and water solutions. The difference between the dielectric constant of water and oil is more than an order of magnitude.

Przykładem jednego z najprostszych urządzeń służących do rozdziału ciekłych układów dyspersyjnych jest odstojnik elektryczny przedstawiony w polskim opisie patentowym nr 100 659. Odstojnik ten zawiera zbiornik wypełniony rafinowaną frakcją, w którym umieszczone są dwie elektrody. Pomiędzy elektrodami, w bliskiej odległości od tych elektrod umieszczone są bariery z materiału dielektrycznego. Powierzchnie tych barier są większe od powierzchni osłanianych elektrod. Umieszczenie barier w pobliżu elektrod uniemożliwia ładowanie się cząstek fazy rozproszonej od tych elektrod.An example of one of the simplest devices for the separation of liquid dispersion systems is the electric settler presented in Polish patent specification No. 100 659. This settler contains a tank filled with a refined fraction, in which two electrodes are placed. Between the electrodes, in close proximity to these electrodes, barriers made of dielectric material are placed. The surfaces of these barriers are larger than the surfaces of the shielded electrodes. Placing the barriers near the electrodes prevents the charging of dispersed phase particles from these electrodes.

Z opisu patentowego GB 1046317 znany jest proces elektrostatycznego oddzielania wody od płynów zawierających węglowodory, który obejmuje utworzenie niejednorodnego pola elektrostatycznego, wytworzonego przez co najmniej dwie elektrody, z których co najmniej jedna elektroda pokryta jest materiałem dielektrycznym o odpowiedniej grubości, a następnie przepuszczenie przez to pole płynu zawierającego mniejszą ilość wody, przez okres od 1 sekundy do 1 minuty, po czym proces obejmuje odzyskanie substancji węglowodorowych, pozbawionych wody. Korzystnie elektrody wytwarzające niejednorodne pole elektrostatyczne usytuowane SA względem siebie koncentrycznie.From GB 1046317 a process of electrostatic separation of water from hydrocarbon-containing fluids is known, which involves the creation of a heterogeneous electrostatic field, created by at least two electrodes, at least one of which is covered with a dielectric material of appropriate thickness, and then passing through this field of a fluid containing a smaller amount of water for a period of 1 second to 1 minute, whereupon the process comprises the recovery of hydrocarbon substances, free of water. Preferably, the electrodes generate a heterogeneous electrostatic field located concentrically to each other.

Istotą urządzenia według wynalazku, zawierającego zbiornik z umieszczonymi w nim elektrodami, z których co najmniej jedna pokryta jest warstwą materiału dielektrycznego, jest to, że między elektrodami umieszczony jest układ kształtowania pola elektrycznego, składający się z szeregu przestrzennych, podłużnych elementów przewodzących, które usytuowane są równolegle względem siebie w pewnej odległości „a. Kształt przekroju poprzecznego podłużnych elementów układu kształtowania pola elektrycznego zbliżony jest do trójkąta lub trapezu.The essence of the device according to the invention, comprising a reservoir with electrodes placed therein, at least one of which is covered with a layer of dielectric material, is that between the electrodes there is an electric field shaping system, consisting of a series of spatial, elongated conductive elements arranged in it. parallel to each other at a distance "a. The shape of the cross-section of the longitudinal elements of the electric field shaping system is similar to a triangle or a trapezoid.

Korzystnie odległość „a mierzona pomiędzy krawędziami podstaw sąsiadujących ze sobą podłużnych elementów przewodzących jest mniejsza od każdej odległości pomiędzy tymi elementami mierzonej w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny podstaw tych elementów.Preferably, the distance "a, measured between the edges of the bases of adjacent longitudinal conductive elements, is smaller than any distance between these elements measured in a plane parallel to the plane of the bases of these elements.

Korzystnie zewnętrzne powierzchnie tych elementów pokryte są warstwą materiału dielektrycznego.Preferably, the outer surfaces of these elements are covered with a layer of dielectric material.

W drugiej odmianie wykonania wynalazku elektrody stanowią układ kształtowania pola elektrycznego i wykonane są w formie przestrzennych, podłużnych elementów przewodzących, które umieszczone są w odległości „A od siebie. Kształt przekroju poprzecznego elektrod zbliżony jest do trójkąta lub trapezu.In the second embodiment variant of the invention, the electrodes constitute an electric field shaping system and are made in the form of three-dimensional, elongated conducting elements, which are placed at a distance "A from each other." The shape of the cross-section of the electrodes is similar to a triangle or a trapezoid.

Korzystnie odległość „A pomiędzy elektrodami mierzona pomiędzy krawędziami podstaw tych elektrod jest mniejsza od każdej odległości pomiędzy tymi elektrodami, mierzonej w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny podstaw tych elektrod.Preferably, the distance "A between the electrodes measured between the edges of the bases of these electrodes is smaller than any distance between these electrodes, measured in a plane parallel to the plane of the bases of these electrodes.

Korzystnie zewnętrzne powierzchnie obu elektrod pokryte są warstwą materiału dielektrycznego.Preferably, the outer surfaces of both electrodes are covered with a layer of dielectric material.

Zaletą urządzenia według wynalazku jest umożliwienie znacznego przyspieszenia procesu rozdzielania ciekłych układów dyspersyjnych.The advantage of the device according to the invention is that it enables a significant acceleration of the separation process of liquid dispersion systems.

Urządzenie według wynalazku jest przedstawione schematycznie w przykładzie wykonania na rysunku w rzucie aksonometrycznym, na którym fig.1 przedstawia układ kształtowania pola elektrycznego umieszczony między elektrodami, a fig.2 - układ kształtowania pola elektrycznego utworzony przez elektrody.The device according to the invention is shown schematically in the drawing in an axonometric view, in which Fig. 1 shows the electric field shaping system arranged between the electrodes, and Fig. 2 shows the electric field shaping system formed by the electrodes.

W zbiorniku 1, wypełnionym emulsją olejowo-wodną 2 umieszczone są elektrody 3. Elektrody 3 zasilane są z generatora napięcia 4. Pomiędzy elektrodami 3 wewnątrz zbiornika 1 umieszczony jest układ kształtowania pola elektrycznego. Układ ten składa się z szeregu ukształtowanych przestrzennie, podłużnych elementów przewodzących 5, które usytuowane są równolegle względem siebie w pewnej odległości „a. Każdy z elementów 5 w przekroju poprzecznym ma kształt trójkąta, którego podstawa usytuowana jest równolegle do dna zbiornika 1. Kształt przekroju poprzecznego elementu 5 może być inny, przykładowo może to być nie uwidoczniony na rysunku trapez, lecz wymagania dotyczące tego kształtu muszą spełniać warunek, że odległość a mierzona pomiędzy krawędziami podstaw sąsiadujących ze sobą podłużnych elementów 5 jest mniejsza od każdej odległości pomiędzy tymi elementami, mierzonej w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny podstaw tych elementów.The electrodes 3 are placed in the tank 1 filled with oil-water emulsion 2. The electrodes 3 are supplied from the voltage generator 4. Between the electrodes 3 inside the tank 1 there is an electric field shaping system. This system consists of a series of spatially shaped, elongated conductive elements 5 which are arranged parallel to each other at a distance "a. Each of the elements 5 has the shape of a triangle in cross-section, the base of which is situated parallel to the bottom of the tank 1. The shape of the cross-section of the element 5 can be different, for example it can be a trapezoid not shown in the drawing, but the requirements for this shape must meet the condition that the distance a, measured between the edges of the bases of adjacent longitudinal elements 5, is smaller than any distance between these elements, measured in a plane parallel to the plane of the bases of these elements.

PL 195 125 B1PL 195 125 B1

W drugiej odmianie wykonania wynalazku elektrody 6 stanowią same w sobie układ kształtowania pola elektrycznego. Elektrody te wykonane są w kształcie przestrzennych, podłużnych elementów, przewodzących, które umieszczone są w odległości A od siebie. Odległość A pomiędzy elektrodami mierzona pomiędzy krawędziami podstaw tych elektrod jest mniejsza od każdej odległości pomiędzy tymi elektrodami, mierzonej w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny podstaw tych elektrod. Elektrody te w przekroju poprzecznym mają kształt trójkąta. Zarówno w pierwszym jak i drugim wykonaniu wynalazku budowa elektrod 3 i 6 może być identyczna. W pierwszym wykonaniu wynalazku wartość niejednorodnego pola elektrycznego wytworzonego w zbiorniku 1 jest większa u podstaw elementów 5 układu kształtowania tego pola niż u wierzchołków tych elementów. Podobnie w drugim wykonaniu wynalazku wartość niejednorodnego pola elektrycznego wytworzonego w zbiorniku 1 jest większa u podstaw elektrod 6 niż u ich wierzchołków.In the second embodiment of the invention, the electrodes 6 are themselves an electric field shaping system. These electrodes are made in the shape of spatial, elongated, conductive elements, which are placed at a distance A from each other. The distance A between the electrodes measured between the edges of the bases of these electrodes is smaller than any distance between these electrodes, measured in a plane parallel to the plane of the bases of these electrodes. These electrodes are triangular in cross-section. In both the first and the second embodiment of the invention, the structure of the electrodes 3 and 6 may be identical. In the first embodiment of the invention, the value of the inhomogeneous electric field generated in the tank 1 is greater at the bases of the elements 5 of the field shaping system than at the vertices of these elements. Similarly, in the second embodiment of the invention, the value of the non-uniform electric field produced in the reservoir 1 is greater at the bases of the electrodes 6 than at their tips.

W niejednorodnym polu elektrycznym na cząsteczki o wyższej stałej dielektrycznej działa siła skierowana w kierunku silniejszego pola elektrycznego, co powoduje gromadzenie się tych cząsteczek w miejscach o odpowiednim potencjale, wytworzonym przez elektrody, które umieszczone są w rozdzielanej emulsji. Powoduje to powstanie siły skierowanej w dół, działającej na cząsteczki wody, która wymusza ich ruch w kierunku dna zbiornika. W ten sposób następuje skuteczne oddzielenie cząsteczek wody od cząsteczek oleju, a tym samym rozdzielenie składników emulsji olejowo-wodnej, dzięki współdziałaniu sił elektrostatycznych i grawitacyjnych. W przypadku zgromadzenia się warstwy wody na dnie zbiornika 1 i powstania w ten sposób wodnej fazy ciągłej gwałtownie wzrasta przewodność elektryczna tej warstwy. W celu zabezpieczenia się przed tym zjawiskiem, elektrody 3, 6 i/lub układ kształtowania pola elektrycznego pokryty jest warstwą dielektryczną. W przypadku stałego odprowadzania fazy wodnej z dna zbiornika i fazy olejowej zgromadzonej w wyższej partii zbiornika 1, przy stałym doprowadzaniu do tego zbiornika emulsji olejowo-wodnej, urządzenie według wynalazku może służyć do ciągłego procesu separacji.In a heterogeneous electric field, particles with a higher dielectric constant are subjected to a force directed towards the stronger electric field, which causes these particles to accumulate in places with appropriate potential, created by electrodes, which are placed in the separated emulsion. This creates a downward force on the water molecules, forcing them to move towards the bottom of the tank. In this way, the water molecules are effectively separated from the oil molecules, and thus the components of the oil-water emulsion are separated, thanks to the interaction of electrostatic and gravity forces. In the event that a layer of water accumulates at the bottom of the tank 1 and thus an aqueous continuous phase is formed, the electrical conductivity of this layer increases sharply. In order to prevent this from happening, the electrodes 3, 6 and / or the electric field shaping system are covered with a dielectric layer. In the event that the water phase is continuously discharged from the bottom of the tank and the oil phase collected in the upper part of tank 1, while the oil-water emulsion is continuously fed into this tank, the device according to the invention can serve for a continuous separation process.

Claims

Patent claims

1.to θΙθ ^ Γί ^ θίνοζηθςο for splitting an oil-water emulsion containing a reservoir with electrodes placed in it, at least one of which is covered with a layer of dielectric material, characterized in that an electric field shaping system is placed between the electrodes (3), consisting of from a series of spatial, longitudinal conducting elements (5), which are placed parallel to each other at a distance (a), and the cross-sectional shape of the longitudinal conducting elements (5) is similar to a triangle or a trapezoid.

2. The device according to claim The method of claim 1, characterized in that the distance (a) between the spatial conductive elements (5), measured between the edges of the bases of adjacent longitudinal conductive elements (5), is smaller than any distance between these elements, measured in a plane parallel to the plane of the bases of these elements.

3. Device according to rules. 1, in that the circumferential surfaces of the elongated conductive elements are covered with a layer of dielectric material.

4. Device for electrostatic separation of oil-water emulsions comprising a reservoir with electrodes placed in it, at least one of which is covered with a layer of dielectric material, characterized in that the electrodes (6) constitute an electric field shaping system and are made in the form of three-dimensional, oblong conductive elements that are placed at a distance (A) from each other, and the cross-sectional shape of the electrodes (6) is similar to a triangle or a trapezoid.

5. The device according to claim 1 4. The method of claim 4, characterized in that the distance (A) between the electrodes (6) measured between the edges of the bases of these electrodes is smaller than any distance between the electrodes measured in a plane parallel to the plane of the bases of said electrodes.

6. Device according to principles. 4, in that the external p <^ i ^ i <^ and ^ 2 ^ (^ 1 ^ r ^ and e of both ectodes (6) are covered with a layer of dielectric material.