RU99341U1

RU99341U1 - ELECTRIC DEHYDRATOR

Info

Publication number: RU99341U1
Application number: RU2010122924/05U
Authority: RU
Inventors: Владимир Нисонович Швецов; Анас Анварович Юнусов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Нотек" (ООО "Нотек")
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2010-11-20

Abstract

1. Электродегидратор, содержащий корпус, систему ввода сырья, штуцер вывода нефти, штуцер сброса воды, высоковольтный источник питания, узел ввода высокого напряжения и пластинчатые электроды, отличающийся тем, что пластинчатые электроды выполнены в виде вертикальных параллельных и чередующихся между собой потенциальных и заземленных пластин, которые закреплены в верхней части корпуса, причем потенциальные электроды закреплены с помощью подвесных изоляторов и электрически соединены с высоковольтным выводом источника питания, а заземленные электроды соединены с корпусом. ! 2. Электродегидратор по п.1, отличающийся тем, что потенциальные и заземленные пластинчатые электроды выполнены из гидрофобного полимерного композитного материала с ограниченной электропроводностью, постепенно возрастающей от нижней кромки к верхней. ! 3. Электродегидратор по п.2, отличающийся тем, что пластинчатые электроды выполнены из полимерного композитного материала с отрицательным температурным коэффициентом электропроводности. ! 4. Электродегидратор по пп.1-3, отличающийся тем, что пластинчатые электроды выполнены электрически анизотропными, причем удельная электропроводность по толщине пластины ниже удельной электропроводности по высоте. 1. Electrodehydrator, comprising a housing, a feed introduction system, an oil discharge fitting, a water discharge fitting, a high voltage power supply, a high voltage input unit and plate electrodes, characterized in that the plate electrodes are made in the form of vertical parallel and alternating between potential and grounded plates which are fixed in the upper part of the housing, and the potential electrodes are fixed by means of suspension insulators and are electrically connected to the high-voltage output of the power source, and the ground ennye electrodes are connected to the housing. ! 2. The electric dehydrator according to claim 1, characterized in that the potential and grounded plate electrodes are made of a hydrophobic polymer composite material with limited electrical conductivity, gradually increasing from the lower edge to the upper. ! 3. Electrodehydrator according to claim 2, characterized in that the plate electrodes are made of a polymer composite material with a negative temperature coefficient of electrical conductivity. ! 4. Electrodehydrator according to claims 1 to 3, characterized in that the plate electrodes are electrically anisotropic, and the electrical conductivity in the thickness of the plate is lower than the electrical conductivity in height.

Description

Полезная модель относится к электродегидраторам для обезвоживания и обессоливания нефти и может быть использована в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.The utility model relates to electric dehydrators for dehydration and desalination of oil and can be used in the oil and refining industries.

Известен электродегидратор, внутри корпуса которого установлены электроды и трубчатый коллектор с отверстиями для распределения эмульсии, отверстия выполнены по нижним образующим коллектора, причем электродегидратор снабжен V-образными отбойными пластинами, установленными под отверстиями коллектора (авт. свид. №613771, В01Д 17/06, опуб. 05.07.78 г.).A known electric dehydrator, inside the case of which electrodes are installed and a tubular collector with holes for emulsion distribution, the holes are made along the lower generatrix of the collector, and the electric dehydrator is equipped with V-shaped baffle plates installed under the collector holes (author certificate. No. 613771, V01D 17/06, publ. 05.07.78 g.).

Недостатками этого электродегидратора являются низкая эффективность, нестабильность его работы и высокое энергопотребление, вызванные неуправляемым формированием проводящих цепочек из капель воды между электродами, которые приводят к перегрузкам высоковольтного трансформатора, его аварийным отключениям и невозможности стабильного поддержания необходимых для эффективной деэмульсации значений напряженности электрического поля.The disadvantages of this electric dehydrator are low efficiency, instability of its operation and high energy consumption caused by uncontrolled formation of conductive chains of water droplets between the electrodes, which lead to overloads of the high-voltage transformer, its emergency shutdowns and the impossibility of stable maintenance of the required electric field strength values for effective demulsification.

Известен электродегидратор, содержащий корпус, систему ввода сырья, штуцер вывода нефти, сборник для воды, высоковольтный источник питания, узел ввода высокого напряжения и пластинчатые электроды (пат. US №4126537, В01Д 13/02, В03С 5/00, опуб. 21.11.1978 г.).Known electric dehydrator containing a housing, a raw material input system, an oil output fitting, a water collector, a high voltage power source, a high voltage input unit and plate electrodes (US Pat. No. 4126537, V01D 13/02, V03C 5/00, publ. 21.11. 1978).

В этом электродегидраторе, наиболее близком к предлагаемому, недостатками являются относительно низкая эффективность и надежность работы, нестабильность режима и высокие энергозатраты вследствие того, что разрушаемая водонефтяная эмульсия поступает сначала в область максимальной напряженности электрического поля на участке минимального расстояния между металлическими электродами и концентрация воды в ней на этом участке также максимальна, поскольку разделение фаз еще не началось. Поэтому для этого участка характерна высокая вероятность систематических электрических пробоев, вызываемых интенсивным формированием проводящих цепочек, приводящих к существенному снижению или полному исчезновению напряжения на всей площади электродов и прекращению процесса коалесценции. Кроме того, поскольку естественные водонефтяные эмульсии всегда полидисперсны, крупные капли воды в области максимальной напряженности поля диспергируют с образованием мельчайших вторичных капель, которые уже не могут коалесцировать в поле с пониженной напряженностью и выводятся из аппарата с потоком нефти.In this electric dehydrator, which is closest to the proposed one, the disadvantages are relatively low efficiency and reliability, mode instability and high energy consumption due to the fact that the destructible water-oil emulsion enters first in the region of maximum electric field strength at the minimum distance between metal electrodes and the concentration of water in it in this section is also maximum, since phase separation has not yet begun. Therefore, this site is characterized by a high probability of systematic electrical breakdowns caused by the intense formation of conductive chains, leading to a significant reduction or complete disappearance of voltage across the entire area of the electrodes and the termination of the coalescence process. In addition, since natural water-oil emulsions are always polydisperse, large droplets of water in the field of maximum field strength are dispersed with the formation of the smallest secondary drops, which can no longer coalesce in the field with reduced tension and are removed from the apparatus with an oil flow.

Задачей заявляемой полезной модели является повышение эффективности, стабильности процесса, снижение энергозатрат.The objective of the claimed utility model is to increase the efficiency, stability of the process, reduce energy consumption.

Указанная задача решается тем, что в электродегидраторе, содержащем корпус, систему ввода сырья, штуцер вывода нефти, штуцер сброса воды, высоковольтный источник питания, узел ввода высокого напряжения и пластинчатые электроды, пластинчатые электроды выполнены в виде вертикальных, параллельных и чередующихся между собой потенциальных и заземленных пластин, которые закреплены в верхней части корпуса, причем потенциальные электроды закреплены с помощью подвесных изоляторов и электрически соединены с высоковольтным выводом источника питания, а заземленные электроды соединены с корпусом. Кроме того, потенциальные и заземленные пластинчатые электроды выполнены из гидрофобного полимерного композитного материала с ограниченной электропроводностью, постепенно возрастающей от нижней кромки к верхней, а также из полимерного композитного материала с отрицательным температурным коэффициентом электропроводности, и пластинчатые электроды выполнены электрически анизотропными, причем удельная электропроводность по толщине пластины каждого электрода ниже удельной электропроводности по высоте.This problem is solved in that in an electric dehydrator containing a housing, a feed introduction system, an oil discharge fitting, a water discharge fitting, a high voltage power supply, a high voltage input unit and plate electrodes, plate electrodes are made in the form of vertical, parallel and alternating between themselves potential and grounded plates, which are fixed in the upper part of the housing, and the potential electrodes are fixed using pendant insulators and are electrically connected to the high-voltage output of the source Tanya and grounded electrodes are connected to the housing. In addition, potential and grounded plate electrodes are made of a hydrophobic polymer composite material with limited electrical conductivity, gradually increasing from the lower edge to the top, as well as of a polymer composite material with a negative temperature coefficient of electrical conductivity, and the plate electrodes are electrically anisotropic, and the specific conductivity in thickness the plates of each electrode are lower than the electrical conductivity in height.

Отличительными признаками предлагаемого электродегидратора являются выполнение пластинчатых электродов в виде вертикальных, параллельных и чередующихся между собой потенциальных и заземленных пластин, которые закреплены в верхней части корпуса, закрепление потенциальных электродов с помощью подвесных изоляторов и соединение их с высоковольтным выводом источника питания, соединение заземленных электродов с корпусом. Такое выполнение и соединение электродов позволяет создать условия как для укрупнения капель воды, движущихся с потоком нефти вверх, для которых электрическое поле в направлении их восходящего движения является постепенно усиливающимся, так и для дальнейшего доукрупнения осаждающихся капель, для которых электрическое поле в направлении их движения является постепенно ослабляющимся, и благодаря гидрофобности, ограниченной проводимости и анизотропии электропроводности предлагаемых электродов обеспечивается полное предотвращение межэлектродных пробоев и коротких замыканий источника питания при любых значениях концентрации воды в эмульсии и стабильность процесса электродеэмульсации, а отрицательный температурный коэффициент электропроводности материала электродов позволяет в значительной мере компенсировать рост потребления электроэнергии при нагреве сырья.Distinctive features of the proposed dehydrator are the implementation of plate electrodes in the form of vertical, parallel and alternating between potential and grounded plates, which are fixed in the upper part of the housing, fixing potential electrodes with pendant insulators and connecting them to the high-voltage output of the power source, connecting the grounded electrodes to the housing . Such an arrangement and connection of the electrodes makes it possible to create conditions both for the enlargement of water droplets moving upward with the oil flow, for which the electric field in the direction of their upward movement is gradually increasing, and for further enlargement of the deposited drops, for which the electric field in the direction of their movement is gradually weakening, and due to hydrophobicity, limited conductivity and anisotropy of the electrical conductivity of the proposed electrodes, complete prevention of m zhelektrodnyh breakdown and short-circuits the power source at any value of the concentration of water in the emulsion stability and elektrodeemulsatsii process, and the negative temperature coefficient of electrical conductivity of the electrode material can largely compensate for the increase in electricity consumption for heating of raw material.

Предложенный электродегидратор иллюстрируется чертежами на фиг.1-3.The proposed electric dehydrator is illustrated by the drawings in figures 1-3.

На фиг.1 - показан общий вид электродегидратора;Figure 1 - shows a General view of the electric dehydrator;

на фиг.2 - графики зависимости потребляемого тока от напряженности электрического поля (предлагаемый);figure 2 - graphs of the dependence of the consumed current on the electric field strength (proposed);

на фиг.3 - графики зависимости потребляемого тока от напряженности электрического поля (прототип).figure 3 - graphs of the dependence of the consumed current on the electric field strength (prototype).

Предлагаемый электродегидратор содержит корпус 1, систему ввода сырья 2, штуцер вывода нефти 3, штуцер сброса воды 4, высоковольтный источник питания 5, узел ввода высокого напряжения 6 и пластинчатые электроды. Пластинчатые электроды выполнены в виде вертикальных, параллельных и чередующихся между собой потенциальных пластин 7 и заземленных пластин 8, которые закреплены в верхней части корпуса 1. Потенциальные электроды (пластины) 7 закреплены с помощью подвесных изоляторов 9 и электрически соединены с высоковольтным выводом 10 источника питания 5, а заземленные электроды 8 соединены с корпусом 1. Потенциальные электроды 7 и заземленные электроды 8 выполнены из гидрофобного полимерного композитного материала с ограниченной электропроводностью, постепенно возрастающей от нижней кромки к верхней, кроме того полимерный композитный материал взят с отрицательным температурным коэффициентом электропроводности и электроды выполнены электрически анизотропными, причем удельная электропроводность по толщине пластины каждого электрода ниже удельной электропроводности по высоте.The proposed electric dehydrator comprises a housing 1, a raw material input system 2, an oil outlet fitting 3, a water discharge fitting 4, a high voltage power supply 5, a high voltage input unit 6, and plate electrodes. The plate electrodes are made in the form of vertical, parallel and alternating between each other potential plates 7 and grounded plates 8, which are fixed in the upper part of the housing 1. Potential electrodes (plates) 7 are fixed using pendant insulators 9 and are electrically connected to the high-voltage output 10 of the power source 5 and the grounded electrodes 8 are connected to the housing 1. Potential electrodes 7 and grounded electrodes 8 are made of a hydrophobic polymer composite material with limited electrical conductivity, p gradually increasing from the bottom edge to the top, besides the polymer composite material is taken with a negative temperature coefficient of electrical conductivity and the electrodes are electrically anisotropic, and conductivity in the thickness of each electrode plate below the conductivity adjustment.

Электродегидратор работает следующим образом. Водонефтяная эмульсия через систему ввода сырья 2 равномерно вводится в аппарат, движется вертикально вверх и поступает сначала в нижнюю часть межэлектродного пространства, в которой вследствие ограниченной электропроводности (резистивности) электродов напряженность электрического поля минимальна и достаточна для коалесценции наиболее крупных капель эмульгированной воды, но в то же время не вызывает их электрического диспергирования. Достаточно укрупнившиеся капли гравитационной силой выводятся из межэлектродного пространства и осаждаются на дно аппарата. Далее разрушаемая эмульсия последовательно проходит через области постепенно усиливающегося электрического поля, в каждой из которых его напряженность оптимальна для коалесценции капель соответствующих размеров. В верхней части межэлектродного пространства напряженность электрического поля максимальна и достаточна для эффективной коалесценции оставшихся в нефти наиболее мелкодисперсных капель воды. Кроме того, в этой области благодаря максимальной неоднородности электрического поля возникают диэлектрофоретические силы, действующие на поляризованные капли и направленные вниз, которые удерживают мелкие капли в электрическом поле, тем самым увеличивая их концентрацию и способствуя их коалесценции, т.е. в рабочем режиме устанавливается динамическое равновесие между процессами принудительной коалесценции капель дисперсной водной фазы нефтяной эмульсии и их естественного гравитационного осаждения, а именно разделения фаз. При этом реализуемый в предлагаемом электродегидраторе режим электрообработки стимулирует и доукрупнение осаждающихся капель, для которых электрическое поле в направлении их движения является постепенно ослабляющимся. Выполнение электродов из материалов, обладающих комплексом свойств гидрофобности, ограниченной электропроводности, анизотропии электропроводности и отрицательного температурного коэффициента электропроводности не только предотвращает межэлектродные пробои и короткие замыкания, но и снижает потребление электроэнергии. Кроме того, предлагаемые электроды обладают высокой стойкостью к агрессивным средам, высокими антиадгезионными свойствами, не подвержены электрохимической коррозии и имеют малый вес, позволяющий снизить нагрузку на подвесные изоляторы и продлить срок их службы.Electrodehydrator operates as follows. The oil-water emulsion through the input system of raw materials 2 is uniformly introduced into the apparatus, moves vertically upward and first enters the lower part of the interelectrode space, in which, due to the limited conductivity (resistance) of the electrodes, the electric field strength is minimal and sufficient for coalescence of the largest drops of emulsified water, but at the same time while time does not cause their electrical dispersion. Sufficiently enlarged droplets by gravitational force are removed from the interelectrode space and deposited on the bottom of the apparatus. Further, the emulsion being destroyed successively passes through regions of a gradually increasing electric field, in each of which its intensity is optimal for the coalescence of droplets of appropriate sizes. In the upper part of the interelectrode space, the electric field strength is maximum and sufficient for effective coalescence of the finest dispersed water droplets remaining in the oil. In addition, in this region, due to the maximum inhomogeneity of the electric field, dielectrophoretic forces arise that act on the polarized drops and directed downward, which hold small drops in the electric field, thereby increasing their concentration and promoting their coalescence, i.e. in the operating mode, a dynamic equilibrium is established between the processes of forced coalescence of droplets of the dispersed aqueous phase of the oil emulsion and their natural gravitational deposition, namely phase separation. Moreover, the electric treatment mode implemented in the proposed electric dehydrator also stimulates the enlargement of the deposited drops, for which the electric field in the direction of their movement is gradually weakening. The implementation of the electrodes from materials with a set of hydrophobic properties, limited electrical conductivity, electrical conductivity anisotropy and a negative temperature coefficient of electrical conductivity not only prevents electrode breakdowns and short circuits, but also reduces energy consumption. In addition, the proposed electrodes are highly resistant to aggressive environments, high anti-adhesive properties, are not susceptible to electrochemical corrosion and have a low weight, which allows to reduce the load on the suspension insulators and extend their service life.

В процессе электрических испытаний предлагаемого электродегидратора с электродами из композитного материала на основе политетрафторэтилена с проводящим наполнителем подвергали электрообработке водонефтяные эмульсии с содержанием минерализованной воды от 5% до 50% об. Зависимости силы потребляемого электродегидратором тока от напряженности электрического поля представлены на графике (фиг.2). Эти испытания показали, что электрический режим во всем диапазоне обводненностей сырья стабильный, колебаний тока, пробоев и коротких замыканий электродов не наблюдалось вплоть до напряженности поля 4 кВ/см, заведомо более высокой, чем напряженности, применяемые при электродеэмульсации нефти, тогда как у прототипа при содержании воды в эмульсии 2% пробой и короткое замыкание электродов произошли при напряженности поля 1,6 кВ/см, а напряженность поля при обработке 5%-ной эмульсии не удалось поднять выше 0,7 кВ/см вследствие возникновения короткого замыкания электродов.In the process of electrical testing of the proposed dehydrator with electrodes made of a composite material based on polytetrafluoroethylene with a conductive filler, oil-water emulsions with a mineralized water content of 5% to 50% vol. The dependence of the strength consumed by the electric dehydrator current on the electric field is presented in the graph (figure 2). These tests showed that the electric mode in the entire range of water cuts in the feedstock is stable, current fluctuations, breakdowns and short circuits of the electrodes were not observed up to a field strength of 4 kV / cm, obviously higher than the intensities used in the electrical emulsion of oil, whereas the prototype the water content in the emulsion 2% breakdown and short circuit of the electrodes occurred at a field strength of 1.6 kV / cm, and the field strength during processing of a 5% emulsion could not be raised above 0.7 kV / cm due to short-circuit one circuit electrodes.

В процессе технологических испытаний предлагаемого электродегидратора проводили электродеэмульсацию тяжелой нефти плотностью 884 кг/м³ с исходным содержанием воды от 5% до 50% об. Процесс осуществляли при температуре 35°С без подачи в сырье деэмульгатора. Результаты деэмульсации приведены в таблице:In the process of technological testing of the proposed dehydrator, an electro-emulsion of heavy oil with a density of 884 kg / m ³ with an initial water content of 5% to 50% vol. The process was carried out at a temperature of 35 ° C without supplying a demulsifier to the feed. The results of demulsification are shown in the table:

Содержание воды, % об.The water content,% vol. На входе электродегидратораAt the input of the electric dehydrator На выходе
электродегидратораAt the exit
dehydrator 55 0,060.06 1010 0,090.09 30thirty 0,130.13 50fifty 0,210.21

Как видно из таблицы, предлагаемый электродегидратор позволяет глубоко обезвоживать тяжелую нефть в широком диапазоне обводненностей сырья, при этом степень обезвоживания превышает 99%.As can be seen from the table, the proposed dehydrator allows you to deeply dehydrate heavy oil in a wide range of water cuts of raw materials, while the degree of dehydration exceeds 99%.

Таким образом, применение предлагаемого электродегидратора позволяет повысить эффективность процесса электродеэмульсации нефти, снизить затраты электроэнергии, расход деэмульгатора, тепловой энергии и повысить стабильность электрического и технологического режима.Thus, the use of the proposed dehydrator allows you to increase the efficiency of the process of electro-emulsion of oil, reduce energy costs, consumption of demulsifier, thermal energy and increase the stability of the electrical and technological mode.

В настоящее время проведены полупромышленные испытания предлагаемого электродегидратора, которые показали его высокую эффективность, стабильность в работе и экономичность. Намечено внедрение предлагаемого электродегидратора в IV квартале 2010 года.Currently, semi-industrial tests of the proposed electric dehydrator have been carried out, which have shown its high efficiency, stability in operation and efficiency. It is planned to introduce the proposed electric dehydrator in the IV quarter of 2010.

Claims

1. Electrodehydrator, comprising a housing, a feed introduction system, an oil discharge fitting, a water discharge fitting, a high voltage power supply, a high voltage input unit and plate electrodes, characterized in that the plate electrodes are made in the form of vertical parallel and alternating between potential and grounded plates which are fixed in the upper part of the housing, and the potential electrodes are fixed by means of suspension insulators and are electrically connected to the high-voltage output of the power source, and the ground ennye electrodes are connected to the housing.

2. The electric dehydrator according to claim 1, characterized in that the potential and grounded plate electrodes are made of a hydrophobic polymer composite material with limited electrical conductivity, gradually increasing from the lower edge to the upper.

3. Electrodehydrator according to claim 2, characterized in that the plate electrodes are made of a polymer composite material with a negative temperature coefficient of electrical conductivity.

4. The electric dehydrator according to claims 1 to 3, characterized in that the plate electrodes are electrically anisotropic, and the electrical conductivity in the thickness of the plate is lower than the electrical conductivity in height.