RU2326932C2

RU2326932C2 - Device for dehydration of hydrocarbonic liquid

Info

Publication number: RU2326932C2
Application number: RU2006123325/15A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Ширшов (RU); Александр Николаевич Ширшов; Сергей Иванович Каштыкин (RU); Сергей Иванович Каштыкин; Виктор Александрович Мальцев (RU); Виктор Александрович Мальцев; Бронислав Брониславович Квеско (RU); Бронислав Брониславович Квеско; Натали Геннадиевна Квеско (RU); Наталия Геннадиевна Квеско; Михаил Иванович Ламаев (RU); Михаил Иванович Ламаев
Original assignee: Александр Николаевич Ширшов; Сергей Иванович Каштыкин; Виктор Александрович Мальцев; Бронислав Брониславович Квеско; Наталия Геннадиевна Квеско; Михаил Иванович Ламаев
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-06-20
Also published as: RU2006123325A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: device is intended for destruction of the "oil in water"-type emulsions. It includes the internal and external coaxial cylindrical electrodes, coaxially cylindrical partition located between them consisting of three sections, i.e. two dielectric, at the device input and output, and metallic, located in the zone of electric field. The metallic section of the cylindrical partition consists of, at least, two parts separated by dielectric inserts.

EFFECT: increased hydro carbonic liquid dehydration depth due to higher intensity of electric field in its volume.

2 dwg

Description

Изобретение относится к технике разрушения водоуглеводородных эмульсий и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности в процессах обезвоживания нефти и нефтепродуктов.The invention relates to techniques for the destruction of water-hydrocarbon emulsions and can be used in the oil and refining industries in the processes of dehydration of oil and oil products.

В настоящее время проблема разрушения эмульсий при обезвоживании нефтей и нефтепродуктов решается, главным образом, термохимическим способом, который включает в себя нагрев эмульсии с одновременной обработкой ее реагентом-деэмульгатором и последующее гравитационное отстаивание (см. Тронов В.П. Промысловая подготовка нефти. - М.: Недра, 1977).Currently, the problem of the destruction of emulsions during the dehydration of oils and petroleum products is mainly solved by the thermochemical method, which includes heating the emulsion with simultaneous treatment of it with a demulsifying agent and subsequent gravity sedimentation (see Tronov V.P. Oil Field Preparation. - M .: Nedra, 1977).

Недостатком этой технологии является необходимость в комплексе достаточно сложного в эксплуатации, дорогого и громоздкого оборудования (печи, блоки дозирования деэмульгатора, резервуары-отстойники) при больших расходах тепловой энергии и деэмульгатора.The disadvantage of this technology is the need for a complex of rather complicated, expensive and bulky equipment (furnaces, demulsifier dosing units, sedimentation tanks) at high heat energy and demulsifier costs.

В значительной степени устранить эти недостатки возможно путем интенсификации процесса разрушения эмульсий за счет применения устройств, основанных на использовании электрических полей (Гершуни С.М., Лейбовский М.Г. Оборудование для обезвоживания и обессоливания нефти в электрическом поле. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1983).To a large extent, these disadvantages can be eliminated by intensifying the process of emulsion destruction by using devices based on the use of electric fields (Gershuni S.M., Leibovsky M.G. Equipment for dehydration and desalination of oil in an electric field. - M.: TsINTIkhimneftemash, 1983).

Однако применение электрообезвоживающих устройств ограничено в основном областью водоуглеводородных эмульсий со сравнительно невысокой (5-8%) степенью обводненности, что связано с необходимостью исключения электрического пробоя в объеме обезвоживаемой жидкости из-за образования электропроводящих цепочечных агрегатов из поляризованных глобул воды, перекрывающих пространство между электродами.However, the use of electric dewatering devices is mainly limited to the area of water-hydrocarbon emulsions with a relatively low (5-8%) degree of water cut, which is associated with the need to exclude electrical breakdown in the volume of dehydrated liquid due to the formation of electrically conductive chain aggregates from polarized water globules that overlap the space between the electrodes.

Этот недостаток в значительной степени устранен в устройстве, включающем коаксиальные цилиндрические электроды, расположенную между ними коаксиально цилиндрическую перегородку, внутри которой перемещается обезвоживаемая углеводородная жидкость, состоящую из 3-х последовательно соединенных секций, - двух диэлектрических, на входе в устройство и выходе из него, и металлической, расположенной в зоне электрического поля; пространство между внешним электродом и цилиндрической перегородкой заполнено диэлектрической жидкостью (Патент РФ №2056900, кл.6 B01D 17/06).This disadvantage is largely eliminated in the device, including coaxial cylindrical electrodes, a coaxial cylindrical partition located between them, inside which a dehydrated hydrocarbon fluid consisting of 3 sections connected in series, two dielectric, moves at the device inlet and outlet, and metal, located in the electric field; the space between the external electrode and the cylindrical partition is filled with a dielectric fluid (RF Patent No. 2056900, cl.6 B01D 17/06).

Однако при достаточно большой обводненности углеводородной жидкости цепочечные агрегаты из глобул воды образуются при сравнительно низких значениях разности потенциалов и перекрывают пространство между внутренним электродом и цилиндрической перегородкой, что приводит к выравниванию электрических потенциалов внутреннего электрода и металлической секции цилиндрической перегородки, электрическое поле внутри обезвоживаемой жидкости исчезает по всей длине секции. При отсутствии поля цепочечные агрегаты разрушаются в потоке жидкости, электрическое поле восстанавливается, вновь образуются цепочечные агрегаты и т.д. При этом характер изменения поля в потоке жидкости определяется начальным, по ходу потока жидкости, участком металлической секции перегородки, на котором исходная, еще не подвергшаяся воздействию электрического поля, эмульсия характеризуется большой степенью дисперсности капель воды и, соответственно, их большим количеством, занимающей значительную часть объема, что обуславливает образование цепочечных агрегатов при низких разностях потенциалов между внутренним электродом и металлической секцией. Это значение разности потенциалов имеет место по всей длине потока, находящегося в электрическом поле, что ограничивает эффективность коалесцирующего воздействия поля.However, with a sufficiently large water cut of the hydrocarbon liquid, chain aggregates from water globules form at relatively low potential differences and cover the space between the inner electrode and the cylindrical partition, which leads to equalization of the electric potentials of the inner electrode and the metal section of the cylindrical partition, the electric field inside the dehydrated liquid disappears by the entire length of the section. In the absence of a field, chain aggregates are destroyed in the fluid flow, the electric field is restored, chain aggregates are formed again, etc. In this case, the nature of the change in the field in the fluid flow is determined by the initial, along the fluid flow, section of the metal section of the partition, on which the initial emulsion, which has not yet been exposed to an electric field, is characterized by a high degree of dispersion of water droplets and, accordingly, a large number of them, which occupy a significant part volume, which leads to the formation of chain aggregates at low potential differences between the inner electrode and the metal section. This value of the potential difference takes place along the entire length of the stream located in the electric field, which limits the effectiveness of the coalescing effect of the field.

Технической задачей изобретения является увеличение глубины обезвоживания углеводородной жидкости за счет повышения напряженности электрического поля в ее объеме.An object of the invention is to increase the depth of dehydration of a hydrocarbon liquid by increasing the electric field in its volume.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве, включающем внутренний и внешний коаксиальные цилиндрические электроды и расположенную между ними коаксиально цилиндрическую перегородку, внутри которой перемещается обезвоживаемая углеводородная жидкость, состоящую из трех последовательно соединенных секций, - двух диэлектрических, на входе в устройство и выходе из него, и металлической, расположенной в зоне электрического поля, пространство между внешним электродом и цилиндрической перегородкой заполнено диэлектрической жидкостью, металлическая секция цилиндрической перегородки состоит не менее чем из двух частей, при этом части металлической секции отделены друг от друга диэлектрическими вставками.The problem is solved in that in a device comprising an internal and external coaxial cylindrical electrodes and a coaxial cylindrical partition located between them, inside which a dehydrated hydrocarbon fluid consisting of three sections connected in series, two dielectric, moves at the device inlet and outlet , and metal, located in the electric field, the space between the external electrode and the cylindrical partition is filled with a dielectric fluid In fact, the metal section of the cylindrical partition consists of at least two parts, while the parts of the metal section are separated from each other by dielectric inserts.

Составление металлической секции цилиндрической перегородки из нескольких электрически изолированных друг от друга частей обусловлено необходимостью поставить в соответствие «плавающий» потенциал перегородки изменяющемуся по ее длине состоянию водоуглеводородной эмульсии.The compilation of the metal section of the cylindrical partition from several parts electrically isolated from each other is due to the need to match the “floating” potential of the partition to the state of the water-hydrocarbon emulsion that varies along its length.

По мере продвижения эмульсии в электрическом поле вследствие электрокоалесценции происходит снижение степени дисперсности глобул воды, уменьшается их количество; при этом доля объема адсорбционно-сольватных («бронирующих») слоев на поверхности глобул в общем объеме глобул снижается, соответственно, увеличивается расстояние между глобулами.As the emulsion advances in an electric field due to electrocoalescence, the degree of dispersion of water globules decreases, their number decreases; the fraction of the volume of adsorption-solvate (“armoring”) layers on the surface of the globules in the total volume of globules decreases, respectively, the distance between the globules increases.

Кроме того, часть укрупнившихся глобул по мере продвижения потока эмульсии в электрическом поле под действием сил тяжести переходит в образующий водный слой. Поэтому во второй части металлической перегородки критическое значение внутренней разности потенциалов имеет более высокое значение, чем в первой части, в третьей еще более высокое и т.д. При этом частота изменения этой разности потенциалов от нуля до критического значения уменьшается при перемещении потока эмульсии от одной части секции к другой. На некотором последующем участке критическая разность потенциалов становится большей, чем максимальное ее значение в объеме жидкости, и перекрытие расстояния между внутренним электродом и перегородкой прекращается.In addition, part of the enlarged globules as the emulsion flows in the electric field, under the influence of gravity, passes into the forming aqueous layer. Therefore, in the second part of the metal partition, the critical value of the internal potential difference has a higher value than in the first part, in the third even higher, etc. Moreover, the frequency of change of this potential difference from zero to a critical value decreases when the emulsion flow moves from one part of the section to another. In a certain subsequent section, the critical potential difference becomes larger than its maximum value in the liquid volume, and the distance between the internal electrode and the partition is closed.

Отделение частей металлической секции друг от друга диэлектрическими вставками необходимо для того, чтобы электрический потенциал каждой части не зависел от электрических потенциалов соседних частей металлической секции. Исходя из этого требования определяются конфигурация и геометрические параметры вставки.Separation of the parts of the metal section from each other by dielectric inserts is necessary so that the electric potential of each part does not depend on the electric potentials of neighboring parts of the metal section. Based on this requirement, the configuration and geometric parameters of the insert are determined.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства, на фиг.2 - иллюстрация изменения разностей потенциалов во времени между внутренним электродом и металлической секцией цилиндрической перегородки, а также между перегородкой и внешним электродом при составлении металлической секции из нескольких частей, на примере синусоидальной разности потенциалов, приложенной к электродам.Figure 1 presents a schematic diagram of the device, figure 2 is an illustration of the change in potential differences in time between the inner electrode and the metal section of the cylindrical partition, as well as between the partition and the outer electrode when composing the metal section from several parts, for example, a sinusoidal potential difference, applied to the electrodes.

Устройство включает в себя внутренний цилиндрический электрод 1, коаксиальный внешний цилиндрический электрод 2, коаксиальную цилиндрическую перегородку, составленную из диэлектрических секций 3 и металлических частей 4, отделенных друг от друга диэлектрическими вставками 5, а также входной 6 и выходной 7 патрубки, изоляторы 8 с уплотнителями 9.The device includes an internal cylindrical electrode 1, a coaxial external cylindrical electrode 2, a coaxial cylindrical partition composed of dielectric sections 3 and metal parts 4, separated from each other by dielectric inserts 5, as well as input 6 and output 7 pipes, insulators 8 with seals 9.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Обезвоживаемая углеводородная жидкость через входной патрубок 6 и диэлектрическую секцию 3 перегородки поступает в металлические части 4 перегородки, где под воздействием электрического поля происходит укрупнение капель воды и отделение их под действием сил тяжести. Высоковольтный электрический потенциал подается на внутренний электрод 1, внешний электрод 2 заземлен. Диэлектрические вставки 5 между металлическими частями 4 служат для обеспечения независимости электрических потенциалов каждой части от электрических потенциалов соседних частей. Внешний электрод 2 с изолятором 8 образуют замкнутое пространство, заполняемое диэлектрической жидкостью, вытеканию которой препятствуют уплотнители 9. Вывод разрушенной эмульсии осуществляется через диэлектрическую секцию перегородки 3 и выходной патрубок 7.The dehydrated hydrocarbon fluid through the inlet pipe 6 and the dielectric section 3 of the partition enters the metal part 4 of the partition, where, under the influence of an electric field, coarsening of water droplets occurs and their separation under the influence of gravity. A high voltage electric potential is supplied to the internal electrode 1, the external electrode 2 is grounded. Dielectric inserts 5 between the metal parts 4 are used to ensure the independence of the electric potentials of each part from the electric potentials of the neighboring parts. The external electrode 2 with the insulator 8 form a closed space filled with a dielectric fluid, the outflow of which is prevented by the seals 9. The output of the destroyed emulsion is carried out through the dielectric section of the partition 3 and the outlet pipe 7.

Изменение общей разности потенциалов (U₀) между электродами происходит по кривой 1 (фиг.2). В отсутствие в углеводородной жидкости глобул воды разность потенциалов между металлическими частями перегородки и внешним электродом (U₂) изменяется по кривой 2, между этими частями и внутренним электродом (U₁) - по кривой 3. При определенной концентрации глобул воды, с ростом общей разности концентраций по кривой 1, разность потенциалов между внутренним электродом и первой по ходу жидкости металлической частью перегородки повышается первоначально по кривой 3 (фиг.2а), достигает критического значения Uкр, при котором цепочечные агрегаты из поляризованных глобул воды перекрывают пространство внутри этой части перегородки, и превращается в ноль. Вследствие этого цепочечные агрегаты под воздействием потока жидкости разрушаются. Разность потенциалов внутри электрической части перегородки вновь начинает возрастать от нуля до Uкр и т.д. В результате изменение разности потенциалов носит пилообразный характер (линии 4, фиг.2).The change in the total potential difference (U ₀ ) between the electrodes occurs along curve 1 (figure 2). In the absence of water globules in the hydrocarbon liquid, the potential difference between the metal parts of the septum and the external electrode (U ₂ ) changes along curve 2, between these parts and the internal electrode (U ₁ ) - along curve 3. At a certain concentration of water globules, with an increase in the total difference concentration along curve 1, the potential difference between the inner electrode and the first metal part of the partition along the liquid increases initially along curve 3 (Fig. 2a), reaches a critical value of Ucr, at which the chain aggregates from polarized water globules overlap the space inside this part of the septum, and turns into zero. As a result, chain aggregates are destroyed by the flow of fluid. The potential difference inside the electrical part of the partition again begins to increase from zero to Ucr, etc. As a result, the change in the potential difference is sawtooth (line 4, figure 2).

Во второй по ходу жидкости металлической части перегородки изменение разности потенциалов имеет тот же по характеру вид (фиг.2б), но ввиду снижения концентрации глобул из-за их укрупнения и частичного перехода в водный слой в первой металлической части перегородки критическое значение разности потенциалов Uкр имеет большее значение. В третьей части еще более высокое (фиг.2в) и т.д.In the second liquid part of the metal part of the septum, the change in the potential difference has the same form (Fig. 2b), but due to the decrease in the concentration of globules due to their enlargement and partial transition to the water layer in the first metal part of the septum, the critical value of the potential difference Uкр has more value. In the third part, even higher (figv), etc.

Изменение разностей потенциалов между металлическими частями перегородки и внешним электродом также имеет пилообразный характер (ломаные 5, фиг.2). Величины их определяются из известной зависимости U₀=U₁+U₂, соответственно U₂=U₀-U₁.The change in potential differences between the metal parts of the septum and the external electrode also has a sawtooth character (broken 5, figure 2). Their values are determined from the known dependence U ₀ = U ₁ + U ₂ , respectively, U ₂ = U ₀ -U ₁ .

При подаче на электроды разности потенциалов (U₀) несинусоидального характера вид изменения разности потенциалов (U₁) в объеме обезвоживаемой жидкости в той или иной степени изменится, однако значимость разделения металлической секции на два и более электрически изолированных друг от друга участка останется на том же уровне.When a potential difference (U ₀ ) of a non-sinusoidal nature is applied to the electrodes, the type of change in the potential difference (U ₁ ) in the volume of the dehydrated liquid will change to one degree or another, however, the significance of dividing the metal section into two or more sections that are electrically isolated from each other will remain at the same level.

Claims

A device for dehydration of a hydrocarbon liquid, comprising an internal and external coaxial electrodes, a coaxial cylindrical partition located between them, inside which a dehydrated hydrocarbon liquid is moved, consisting of three sections connected in series, two dielectric sections, at the device inlet and outlet, and metal, located in the electric field, the space between the external electrode and the cylindrical partition is filled with a dielectric fluid, characterized The fact that the metal section of the cylindrical partition consists of at least two parts, while the parts of the metal section are separated from each other by dielectric inserts.