WO2013019142A1 - Method for de-watering a water-in-oil emulsion - Google Patents
Method for de-watering a water-in-oil emulsion Download PDFInfo
- Publication number
- WO2013019142A1 WO2013019142A1 PCT/RU2011/000588 RU2011000588W WO2013019142A1 WO 2013019142 A1 WO2013019142 A1 WO 2013019142A1 RU 2011000588 W RU2011000588 W RU 2011000588W WO 2013019142 A1 WO2013019142 A1 WO 2013019142A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- oil
- water
- energy
- emulsion
- microwave
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G33/00—Dewatering or demulsification of hydrocarbon oils
- C10G33/02—Dewatering or demulsification of hydrocarbon oils with electrical or magnetic means
Definitions
- the invention relates to the field of processing of petroleum products, and more specifically to methods of electrophysical removal of water from an oil-water emulsion, and can be used for dehydration of an oil-water emulsion in the oil industry.
- a known method of dehydration and desalination of oil proposed in patent RU N ° 2160762 [6] and which consists in processing oil with a microwave signal, which is formed in the form of a set of spectral components as the resulting signal of the output signals of the system, which includes at least three sources Microwave energy. Simultaneously with the processing of the microwave signal, turbulence of the oil flow is created and the magnetic field is applied, the direction of the lines of force of which is 90 ° with respect to the translational fluid motion vector.
- the disadvantage of this method is the insufficient rate of demulsification of the oil-water emulsion.
- the closest in its features to the claimed invention is a method of reducing the viscosity of hydrocarbons in the production of heavy oil, bitumen, kerogen by supplying microwave energy and ultrasonic energy (US) directly to the hydrocarbon bed through casing pipes (see US patent No. 7,677,673) [ 9].
- a combined effect on hydrocarbon raw materials is carried out using microwave energy with a frequency in the range from 100 MHz to 3000 MHz and ultrasonic energy with a frequency in the range from 10 kHz to 40 kHz.
- the method allows to reduce the viscosity of heavy oil by 2 - 3.5 times.
- This method can only be used to reduce the viscosity of oil products, since the destruction of persistent oil-water emulsions requires a significantly higher level at frequencies from 10 kHz to 40 kHz.
- Ultrasonic energy has a low cavitation threshold.
- a low cavitation threshold does not allow increasing the specific ultrasonic energy, since exceeding the cavitation threshold leads to an intensification of the emulsification process with the formation of a stable emulsion.
- the problem to which the present invention is directed is to develop a method for more efficient removal of water and solid impurities from oil in a stream with minimal energy consumption.
- the technical result provided by the claimed invention is achieved by developing a method of dehydration of a water-oil emulsion, which consists in the fact that hydrocarbon raw materials, in particular, on water-oil emulsion, carry out a combined effect using microwave energy and ultrasonic energy, using microwave waveguides in the form of metal pipes and a coalescent system, characterized in that they use microwave energy in the range from 100 MHz to 3000 MHz and power flow density from 50 to 200 W / cm simultaneously with the processing of water-oil emulsion with ultrasonic energy with a frequency in the range from 300 kHz to 2000 kHz and with an intensity below the cavitation threshold, but sufficient to break the emulsion, mainly in the range t 1 to 10 W / cm, depending on the composition of the emulsion.
- the ultrasonic frequency should be more than 300 kHz.
- an oil-water emulsion is treated with ultrasonic energy with an intensity of 0.8 to 1.2 W / cm and a frequency of 18 to 40 kHz.
- an increase in the cavitation threshold is achieved by modulating ultrasound with short pulses from 100 ⁇ s to 500 ms.
- An essential feature that distinguishes the claimed method of dehydration of an oil-water emulsion is the combined use for dehydration of microwave and ultrasonic energy with experimentally selected parameters in frequency and intensity.
- a water-oil emulsion is water. Due to the significant asymmetry of its molecule, it has exceptional polarization, which makes it an ideal material for microwave exposure. Microwave heating has a volumetric nature of heating, and the presence of low thermal conductivity of the medium practically does not affect heating, in addition, microwave energy weakens the intermolecular bonds in oil, reducing its viscosity to the required value even at superheat temperatures lower than when heating in the traditional way, which can dramatically reduce energy costs for lowering viscosity and heating oil.
- part of the water is in the form of small drops with a shell of surface-active substances (surfactants), and part of the solid inclusions in the form of finely dispersed difficultly precipitated suspensions.
- surfactants surface-active substances
- part of the solid inclusions in the form of finely dispersed difficultly precipitated suspensions. Oil, if not a polar dielectric, practically does not absorb
- Water being a polar dielectric, completely absorbs microwave energy and is very hot.
- a temperature gradient is created in the boundary layer between water drops and oil, which destroys the stability of surface tension forces that support the separate coexistence of the oil and water phases.
- the second factor in the influence of microwave energy is associated with the fact that molecules of surface-active substances have polar and non-polar ends that bind oil and water.
- Microwave energy acts only on the polar part of the molecule, which destroys its connection with the non-dipole part and weakens the ability of the surfactant to maintain the water-oil structure.
- small droplets and solid particles are involved in the oscillatory motion, which leads to the destruction of the surfactant shell.
- ultrasonic energy with an intensity below the cavitation threshold is used.
- the uniqueness of the proposed technology lies in the combined use of microwave and ultrasonic energies at values that allow for high-quality separation of water from oil at lower energy costs.
- FIG. 1 presents an algorithm for performing operations in the implementation of the proposed method, where 101 is the stage of emulsion destruction and viscosity reduction in the flow due to the combined effect of microwave and ultrasonic energy, 102 is the stage of droplet enlargement in coalescers under the influence of ultrasonic energy, 103 is the stage of gravity separation into oil and water.
- FIG. 2 shows a functional diagram of a variant of the installation intended for the practical implementation of the proposed method, where 201 is a microwave waveguide in the form of a metal pipe, 202 is a microwave generator, 203 is a high-frequency ultrasonic generator, 204 is a coalescentor, 205 is a radio-transparent partition, 206 is a low-frequency ultrasonic generator, 207 — self-cleaning ultrasonic filter, 208 — separation tank, 209 — water-oil separation boundary detection sensor.
- magnetrons Ml 16, Ml 68 can be used as microwave generators, and generators and radiators used in sonar ultrasound can serve as sources of ultrasonic energy
- the claimed method of dehydration of a water-oil emulsion using the combined effect of microwave and ultrasonic energy has improved technical and economic indicators, namely: shorter demulsification time; less energy consumption; high quality commercial oil.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
- Mixers With Rotating Receptacles And Mixers With Vibration Mechanisms (AREA)
Abstract
The invention relates to the field of processing petroleum products. What is claimed is: a method for de-watering a water-in-oil emulsion using microwave energy fed in via waveguides in the form of metal pipes, and a system of coalescers, characterized in that, in addition to the microwave energy within the range of from 100 MHz to 3000 MHz and with a power flux density of from 50 to 200 W/cm2, ultrasound energy with an intensity of from 1 to 10 W/cm2 and a frequency of from 300 kHz to 2000 kHz is fed into the waveguides, and ultrasound energy with an intensity of from 0.8 to 1.2 W/cm2 and a frequency of from 18 to 40 kHz is used in the coalescers.
Description
СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ METHOD FOR DEWATING WATER-OIL EMULSION
Изобретение относится к области обработки нефтепродуктов, а более конкретно - к способам электрофизического удаления воды из водонефтяной эмульсии, и может быть использовано для обезвоживания водонефтяной эмульсии в нефтяной промышленности. The invention relates to the field of processing of petroleum products, and more specifically to methods of electrophysical removal of water from an oil-water emulsion, and can be used for dehydration of an oil-water emulsion in the oil industry.
Из уровня техники известен способ обезвоживания водонефтяной эмульсии, описанный в патенте RU Ne 2152817 [1], заключающийся в том, что товарную форму деэмульгатора предварительно растворяют в воде и воздействуют постоянным магнитным полем на водный раствор деэмульгатора при протекании его через зазоры омагничивающего устройства. После чего эмульсию смешивают с химическим реагентом и отстаивают. К недостаткам данного способа можно отнести применение химических реагентов и длительное время деэмульгации водонефтяной эмульсии. Известен также способ обезвоживания углеводородных жидкостей, описанный в опубликованной заявке на патенте RU е 99 133 299 [2], при котором углеводородную жидкость подвергают воздействию неоднородным электрическим полем; при этом неоднородное электрическое поле создается однополярными электрическими импульсами, и жидкость обрабатывается в электрическом поле напряженностью 40-80 кВт/см2 . Недостатками данного способа являются длительное время деэмульгации, низкая производительность и низкий уровень деэмульгации. The prior art method for the dehydration of water-oil emulsions described in patent RU Ne 2152817 [1], which consists in the fact that the commodity form of the demulsifier is pre-dissolved in water and exposed to a constant magnetic field on the aqueous solution of the demulsifier when it flows through the gaps of the magnetizing device. Then the emulsion is mixed with a chemical reagent and defend. The disadvantages of this method include the use of chemicals and a long time demulsification of oil-water emulsions. There is also a method of dehydration of hydrocarbon liquids described in the published patent application RU e 99 133 299 [2], in which the hydrocarbon liquid is exposed to a non-uniform electric field; in this case, an inhomogeneous electric field is created by unipolar electric pulses, and the liquid is processed in an electric field with an intensity of 40-80 kW / cm 2 . The disadvantages of this method are the long demulsification time, low productivity and low level of demulsification.
Известен способ обезвоживания водонефтяной эмульсии, описанный в патенте RU 2167692 [3]. В источнике [3] предложен способ обезвоживания нефти путем ее обработки в знакопеременном
электрическом поле при амплитуде импульса от 0,5 до 1 кВт/см с длительностью переднего фронта импульса от 2x10"3 до 5x10"4 сек. К недостаткам данного способа следует отнести низкую производительность способа и низкая степень обезвоживания нефтяной ЭМУЛЬСИИ. A known method of dehydration of an oil-water emulsion described in patent RU 2167692 [3]. The source [3] proposed a method of dehydration of oil by processing it in alternating an electric field with a pulse amplitude of 0.5 to 1 kW / cm and a pulse leading edge duration of 2x10 "3 to 5x10 " 4 sec. The disadvantages of this method include the low productivity of the method and the low degree of dehydration of the oil EMULSION.
Известен описанный в патенте US Me 5,914,014 [4] способ отделения воды от нефти из водонефтяного эмульгированного сырья за счет использования энергии сверхвысоких частот (СВЧ). Способ [4] заключается в том, что поток эмульсии закачивается в многорежимную СВЧ резонансную кювету, состоящую из двух противостоящих проточных камер. Затем эмульсия подается на центрифугу для последующего разделения. Основным недостатком данного способа является большой расход СВЧ энергии для нагрева эмульсии до 82°С. При этом необходимо иметь дополнительное оборудование для разделения эмульсии на фракции. Кроме того, диэлектрические параметры эмульсии сильно меняются в зависимости от состава нефти и процента содержания воды, что приводит к частичному отражению (потере) СВЧ энергии. The known method described in US Pat. No. 5,914,014 [4] for separating water from oil from oil-water emulsified raw materials by using microwave energy. The method [4] consists in the fact that the emulsion stream is pumped into a multi-mode microwave resonant cell consisting of two opposing flow chambers. Then the emulsion is fed to a centrifuge for subsequent separation. The main disadvantage of this method is the high consumption of microwave energy for heating the emulsion to 82 ° C. It is necessary to have additional equipment for the separation of the emulsion into fractions. In addition, the dielectric parameters of the emulsion vary greatly depending on the composition of the oil and the percentage of water content, which leads to partial reflection (loss) of microwave energy.
Известен также способ электромагнитной обработки многофазных дисперсионных сред, предложенный в опубликованной заявке на патент RU 2000124843 [5]. В данном способе обработку дисперсионных сред гжушествляют в импульсивном электромагнитном поле с помощью установки, состоящей из генератора периодических электромагнитных импульсов и «п» электромагнитных импульсных соленоидов. Недостатком данного способа является относительно низкая степень деэмульгации многофазных дисперсионных сред (водонефтяных эмульсий).
Известен способ обезвоживания и обессоливания нефти, предложенный в патенте RU N° 2160762 [6] и заключающийся в обработке нефти СВЧ-сигналом, который формируют в виде набора спектральных компонент как результирующий сигнал выходных сигналов системы, включающей в себя, по меньшей мере, три источника СВЧ энергии. Одновременно с обработкой СВЧ сигналом создают турбулизацию потока нефти и осуществляют воздействие магнитным полем, направление силовых линий которого составляет 90° по отношению к вектору поступательного движения жидкости, Недостатком данного способа является недостаточная скорость деэмульгации водонефтяной эмульсии. There is also a method of electromagnetic processing of multiphase dispersion media, proposed in the published patent application RU 2000124843 [5]. In this method, the treatment of dispersion media is buzzed in a pulsed electromagnetic field using an apparatus consisting of a generator of periodic electromagnetic pulses and "n" electromagnetic pulsed solenoids. The disadvantage of this method is the relatively low degree of demulsification of multiphase dispersion media (oil-water emulsions). A known method of dehydration and desalination of oil, proposed in patent RU N ° 2160762 [6] and which consists in processing oil with a microwave signal, which is formed in the form of a set of spectral components as the resulting signal of the output signals of the system, which includes at least three sources Microwave energy. Simultaneously with the processing of the microwave signal, turbulence of the oil flow is created and the magnetic field is applied, the direction of the lines of force of which is 90 ° with respect to the translational fluid motion vector. The disadvantage of this method is the insufficient rate of demulsification of the oil-water emulsion.
Из непатентной литературы известен способ, применяемый в отношении гидрозолей (см. «Маленькая энциклопедия, ультразвук», главный редактор И. П. Голямина, изд. «Советская энциклопедия», Москва 1979, стр.161) [7]. Обработка осуществляется в условиях жидкой дисперсионной среды под воздействием ультразвуковой энергии, при этом скорость коагуляции определяется интенсивностью ультразвуковой энергии и частотой, значения которых зависят от состава гидрозолей, однако реализация описанного в [7] процесса осложняется тем, что невозможно подать большой уровень УЗ из-за возникновения кавитации, не позволяющей увеличить скорость коагуляции. From non-patent literature, a method is known for hydrosols (see “Small Encyclopedia, Ultrasound,” Editor-in-Chief I. P. Golyamina, Publishing House “Soviet Encyclopedia”, Moscow 1979, p. 161) [7]. Processing is carried out in a liquid dispersion medium under the influence of ultrasonic energy, while the coagulation rate is determined by the intensity of ultrasonic energy and frequency, the values of which depend on the composition of hydrosols, however, the implementation of the process described in [7] is complicated by the fact that it is impossible to apply a high level of ultrasound due to the occurrence of cavitation, which does not allow to increase the coagulation rate.
Известна конструкция установки, предназначенной для обезвоживания и обессоливания с помощью СВЧ энергии (см. патент RU No 2338775) [8]. В указанной конструкции обезвоживание водонефтяной эмульсии осуществляется в круглых трубах (волноводах) СВЧ энергией и коалесценторами. Недостатком данной конструкции
является значительные энергозатраты и низкая скорость деэмульгации водонефтяной эмульсии. The known design of the installation, intended for dehydration and desalination using microwave energy (see patent RU No. 2338775) [8]. In this design, the dehydration of the oil-water emulsion is carried out in round tubes (waveguides) of microwave energy and coalescenters. The disadvantage of this design significant energy costs and low rate of demulsification of oil-water emulsion.
Наиболее близким по своим признакам к заявляемому изобретению является способ снижения вязкости углеводородного сырья при добыче тяжелой нефти, битума, керогена путем подачи СВЧ энергии и ультразвуковой энергии (УЗ) непосредственно в зону залегания углеводородов через обсадные трубы (см. патент US JN° 7,677,673) [9]. При этом осуществляют комбинированное воздействие на углеводородное сырье с помощью СВЧ энергии с частотой в диапазоне от 100 МГц до 3000 МГц и УЗ энергии частотой в диапазоне от 10 кГц до 40 кГц. Согласно источнику [9], способ позволяет уменьшить вязкость тяжелой нефти в 2 - 3,5 раза. Данный способ может использоваться только для уменьшения вязкости нефтепродуктов, так как для разрушения стойких водонефтяных эмульсий требуется значительно более высокий уровень на частотах от 10 кГц до 40 кГц УЗ энергия имеет низкий порог кавитации. При этом низкий порог кавитации не позволяет увеличить удельную УЗ энергию, поскольку превышение порога кавитации ведет к усилению процесса эмульгирования с образованием стойкой эмульсии. Задача, на решение которой направленно настоящее изобретение, заключается в разработке способа более эффективного удаления из нефти воды и твердых примесей в потоке при минимальных затратах энергии. The closest in its features to the claimed invention is a method of reducing the viscosity of hydrocarbons in the production of heavy oil, bitumen, kerogen by supplying microwave energy and ultrasonic energy (US) directly to the hydrocarbon bed through casing pipes (see US patent No. 7,677,673) [ 9]. At the same time, a combined effect on hydrocarbon raw materials is carried out using microwave energy with a frequency in the range from 100 MHz to 3000 MHz and ultrasonic energy with a frequency in the range from 10 kHz to 40 kHz. According to the source [9], the method allows to reduce the viscosity of heavy oil by 2 - 3.5 times. This method can only be used to reduce the viscosity of oil products, since the destruction of persistent oil-water emulsions requires a significantly higher level at frequencies from 10 kHz to 40 kHz. Ultrasonic energy has a low cavitation threshold. At the same time, a low cavitation threshold does not allow increasing the specific ultrasonic energy, since exceeding the cavitation threshold leads to an intensification of the emulsification process with the formation of a stable emulsion. The problem to which the present invention is directed, is to develop a method for more efficient removal of water and solid impurities from oil in a stream with minimal energy consumption.
Технический результат, обеспечиваемый заявляемым изобретением, достигается за счет разработки способа обезвоживания водонефтяной эмульсии, заключающегося в том, что на углеводородное
сырье, в частности, на водонефтяную эмульсию, осуществляют комбинированное воздействие с помощью СВЧ энергии и УЗ энергии, используя при этом волноводы СВЧ в виде металлических труб и систему коалесценторов, отличающегося тем, что используют СВЧ энергию в диапазоне от 100 МГц до 3000 МГц и с плотностью потока мощности от 50 до 200 Вт/см одновременно с обработкой водонефтяной эмульсии УЗ энергией с частотой в диапазоне от 300 кГц до 2000 кГц и с интенсивностью ниже порога кавитации, но достаточной для разрушения эмульсии, преимущественно в диапазоне от 1 до 10 Вт/см , в зависимости от состава эмульсии. Для повышения порога кавитации частота УЗ должна быть более 300 кГц. В коалесценторах водонефтяную эмульсию обрабатывают УЗ энергией с интенсивностью от 0,8 до 1,2 Вт/см и частотой от 18 до 40 кГц. The technical result provided by the claimed invention is achieved by developing a method of dehydration of a water-oil emulsion, which consists in the fact that hydrocarbon raw materials, in particular, on water-oil emulsion, carry out a combined effect using microwave energy and ultrasonic energy, using microwave waveguides in the form of metal pipes and a coalescent system, characterized in that they use microwave energy in the range from 100 MHz to 3000 MHz and power flow density from 50 to 200 W / cm simultaneously with the processing of water-oil emulsion with ultrasonic energy with a frequency in the range from 300 kHz to 2000 kHz and with an intensity below the cavitation threshold, but sufficient to break the emulsion, mainly in the range t 1 to 10 W / cm, depending on the composition of the emulsion. To increase the cavitation threshold, the ultrasonic frequency should be more than 300 kHz. In coalescentors, an oil-water emulsion is treated with ultrasonic energy with an intensity of 0.8 to 1.2 W / cm and a frequency of 18 to 40 kHz.
В одном из вариантов реализации заявляемого способа повышение порога кавитации обеспечивают за счет модулирования УЗ короткими от 100 мкс до 500 мс импульсами. In one embodiment of the proposed method, an increase in the cavitation threshold is achieved by modulating ultrasound with short pulses from 100 μs to 500 ms.
Существенным признаком, отличающим заявленный способ обезвоживания водонефтяной эмульсии, является совместное применение для обезвоживания СВЧ и УЗ энергии с экспериментально выбранными параметрами по частоте и интенсивности. An essential feature that distinguishes the claimed method of dehydration of an oil-water emulsion is the combined use for dehydration of microwave and ultrasonic energy with experimentally selected parameters in frequency and intensity.
Одним из основных компонентов водонефтяной эмульсии является вода. Из-за значительной асимметрии своей молекулы она обладает исключительной поляризацией, что делает ее идеальным материалом для СВЧ воздействия. СВЧ нагрев обладает объемным характером нагрева, и наличие низкой теплопроводности среды практически не влияет на скорость
нагрева, кроме того СВЧ энергия ослабляет межмолекулярные связи в нефти, снижая ее вязкость до требуемой величины даже при температурах перегрева меньших, чем при нагреве традиционным способом, что позволяет резко снизить энергозатраты на снижение вязкости и нагрев нефти. One of the main components of a water-oil emulsion is water. Due to the significant asymmetry of its molecule, it has exceptional polarization, which makes it an ideal material for microwave exposure. Microwave heating has a volumetric nature of heating, and the presence of low thermal conductivity of the medium practically does not affect heating, in addition, microwave energy weakens the intermolecular bonds in oil, reducing its viscosity to the required value even at superheat temperatures lower than when heating in the traditional way, which can dramatically reduce energy costs for lowering viscosity and heating oil.
В водонефтяной эмульсии часть воды находится в виде мелких капель с оболочкой из поверхностно активных веществ (ПАВ), а часть твердых включений в виде мелкодисперсионных трудно осаждаемых суспензий. Нефть, как не полярный диэлектрик, практически не поглощаетIn the oil-water emulsion, part of the water is in the form of small drops with a shell of surface-active substances (surfactants), and part of the solid inclusions in the form of finely dispersed difficultly precipitated suspensions. Oil, if not a polar dielectric, practically does not absorb
СВЧ энергию и поэтому слабо греется. Вода, являясь полярным диэлектриком, полностью поглощает СВЧ энергию и сильно нагревается. В пограничном слое между каплями воды и нефтью создается температурный градиент, разрушающий устойчивость сил поверхностного натяжения, поддерживающих раздельное сосуществование нефтяной и водяной фаз. Microwave energy and therefore weakly heated. Water, being a polar dielectric, completely absorbs microwave energy and is very hot. A temperature gradient is created in the boundary layer between water drops and oil, which destroys the stability of surface tension forces that support the separate coexistence of the oil and water phases.
Второй фактор воздействия СВЧ энергии связан с тем, что у молекул поверхностно активных веществ имеются полярные и неполярные концы, связывающие нефть и воду. СВЧ энергия воздействует только на полярную часть молекулы, что разрушает ее связь с недипольной частью и ослабляет способность ПАВ сохранять водонефтяную структуру. Одновременно, под влиянием высокочастотных акустических колебаний мелкие капли и твердые частицы вовлекаются в колебательное движение, что приводит к разрушению оболочки ПАВ.
Для обеспечения сближения всех водяных капель в крупные глобулы используется , УЗ энергия интенсивностью ниже порога кавитации. The second factor in the influence of microwave energy is associated with the fact that molecules of surface-active substances have polar and non-polar ends that bind oil and water. Microwave energy acts only on the polar part of the molecule, which destroys its connection with the non-dipole part and weakens the ability of the surfactant to maintain the water-oil structure. At the same time, under the influence of high-frequency acoustic vibrations, small droplets and solid particles are involved in the oscillatory motion, which leads to the destruction of the surfactant shell. To ensure the convergence of all water droplets into large globules, ultrasonic energy with an intensity below the cavitation threshold is used.
При облучении УЗ энергией неоднородной среды, у которой включения отличаются по плотности от среды (плотность воды отличается от плотности нефти), между включениями под влиянием звукового поля возникают силы Бъеркнеса, которые притягивают капли друг к другу с силой и заставляют слиться в более крупные капли (см., например, Погодаев Л. И., Борщевский Ю. Т. «О механизме возникновения кумулятивных струй при захлопывании сферических пузырьков», www.tribo.ru. Трение, износ, смазка, Том 10, N2I. март 2008 г. [10]; а также см. [7]. When ultrasound is irradiated with energy from an inhomogeneous medium, in which the inclusions differ in density from the medium (water density differs from the density of oil), Bjerknes forces appear between the inclusions under the influence of the sound field, which attract the droplets to each other with force and force them to merge into larger droplets ( see, for example, Pogodaev L.I., Borschevsky Yu. T. "On the mechanism of the formation of cumulative jets during the collapse of spherical bubbles", www.tribo.ru. Friction, wear, lubrication, Volume 10, N2I. March 2008 [ 10]; and also see [7].
Комбинированное воздействие СВЧ и УЗ энергий позволяет разрушить стойкие эмульсии при минимальных затратах энергии. В результате гидродинамического воздействия происходит слияние (коагуляция) мелких частиц капель в более крупные. The combined effect of microwave and ultrasonic energies allows you to destroy persistent emulsions with minimal energy consumption. As a result of hydrodynamic effects, small particles of droplets merge (coagulate) into larger ones.
Кроме этого под влиянием УЗ волн нарушается симметрия двойного электрического слоя вокруг отдельных капель воды, и появляется дипольный момент. Вследствие появления зарядов капли притягиваются друг к другу.In addition, under the influence of ultrasonic waves, the symmetry of the double electric layer around individual drops of water is broken, and a dipole moment appears. Due to the appearance of charges, the droplets are attracted to each other.
С увеличением диаметра капель воды пропорционально увеличивается скорость разделения эмульсии на составные компоненты Вода— Нефть. With an increase in the diameter of water droplets, the rate of separation of the emulsion into its components Water — Oil proportionally increases.
Таким образом, используя комбинированные воздействия СВЧ и УЗ энергий на водонефтяную эмульсию можно произвести полное разрушение эмульсии и отделение нефти от воды и различных твердых примесей в потоке в течении короткого времени без использования
химических реагентов и без значительного нагрева нефти, ухудшающего качество нефти, при минимальных затратах энергии. Thus, using the combined effects of microwave and ultrasonic energies on a water-oil emulsion, it is possible to completely destroy the emulsion and separate oil from water and various solid impurities in the stream for a short time without using chemicals and without significant heating of the oil, worsening the quality of the oil, with minimal energy consumption.
Уникальность предлагаемой технологии заключается в комбинированном использовании СВЧ и УЗ энергий при значениях, позволяющих обеспечить высококачественное отделение воды от нефти при меньших энергозатратах. The uniqueness of the proposed technology lies in the combined use of microwave and ultrasonic energies at values that allow for high-quality separation of water from oil at lower energy costs.
На Фиг. 1 представлен алгоритм выполнения операций при осуществлении заявляемого способа, где 101 - этап разрушения эмульсии и снижения вязкости в потоке за счет комбинированного воздействия СВЧ и УЗ энергии, 102 - этап укрупнения капель в коалесценторах под воздействием УЗ энергии, 103 - этап гравитационного разделения на нефть и воду. In FIG. 1 presents an algorithm for performing operations in the implementation of the proposed method, where 101 is the stage of emulsion destruction and viscosity reduction in the flow due to the combined effect of microwave and ultrasonic energy, 102 is the stage of droplet enlargement in coalescers under the influence of ultrasonic energy, 103 is the stage of gravity separation into oil and water.
Оптимальные режимы обработки водонефтяной эмульсии окончательно определены на макетах установки с использованием заявляемого способа обезвоживания водонефтяной эмульсии. The optimal processing regimes of the oil-water emulsion are finally determined on the mock-ups of the installation using the proposed method of dehydration of the oil-water emulsion.
На Фиг. 2 приведена функциональная схема варианта установки, предназначенной для практической реализации заявляемого способа, где 201 - СВЧ волновод в виде металлической трубы, 202 - СВЧ генератор, 203 - высокочастотный УЗ генератор, 204 - коалесцентор, 205 - радиопрозрачная перегородка, 206 - низкочастотный УЗ генератор, 207 - самоочищающийся УЗ фильтр, 208 - бак разделения, 209 - датчик определения границы разделения вода-нефть. In FIG. 2 shows a functional diagram of a variant of the installation intended for the practical implementation of the proposed method, where 201 is a microwave waveguide in the form of a metal pipe, 202 is a microwave generator, 203 is a high-frequency ultrasonic generator, 204 is a coalescentor, 205 is a radio-transparent partition, 206 is a low-frequency ultrasonic generator, 207 — self-cleaning ultrasonic filter, 208 — separation tank, 209 — water-oil separation boundary detection sensor.
Практическая реализация предлагаемого способа не вызывает затруднений, поскольку имеется возможность использования в установке стандартного оборудования, например, магнетроны Ml 16, Ml 68 могут использоваться в качестве СВЧ генераторов, а
используемые в гидролокации УЗ генераторы и излучатели могут служить в качестве источников УЗ энергии The practical implementation of the proposed method does not cause difficulties, since it is possible to use standard equipment in the installation, for example, magnetrons Ml 16, Ml 68 can be used as microwave generators, and generators and radiators used in sonar ultrasound can serve as sources of ultrasonic energy
По сравнению с известными из уровня техники решениями заявляемый способ обезвоживания водонефтяной эмульсии с использованием комбинированного воздействия СВЧ и УЗ энергии обладает улучшенными техническими и экономическими показателями, а именно: меньшим временем деэмульгации; меньшими энергозатратами; высоким качеством товарной нефти.
Compared with the solutions known from the prior art, the claimed method of dehydration of a water-oil emulsion using the combined effect of microwave and ultrasonic energy has improved technical and economic indicators, namely: shorter demulsification time; less energy consumption; high quality commercial oil.
Claims
1. Способ обезвоживания водонефтяной эмульсии с использованием сверхвысокочастотной (СВЧ) энергии, подающейся через волноводы, 5 выполненные в виде металлических труб, и системы коалесценторов, отличающийся тем, что в волноводы подают помимо СВЧ энергии в диапазоне от 100 МГц до 3000 МГц и с плотностью потока мощности от 50 до 200 Вт/см , ультразвуковую (УЗ) энергию, интенсивностью от 1 до 10 Вт/см и с частотой от 300 кГц до 2000 кГц, а в коалесценторах ю используют УЗ энергию, интенсивностью от 0,8 до 1,2 Вт/см2 и частотой от 18 до 40 кГц. 1. A method of dewatering an oil-water emulsion using microwave energy supplied through waveguides 5 made in the form of metal pipes and a coalescent system, characterized in that in addition to microwave energy in the range from 100 MHz to 3000 MHz and with a density power flow from 50 to 200 W / cm, ultrasonic (ultrasound) energy, intensity from 1 to 10 W / cm and with a frequency from 300 kHz to 2000 kHz, and in coalescentors they use ultrasound energy, from 0.8 to 1, 2 W / cm 2 and a frequency of 18 to 40 kHz.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подаваемую в волноводы 2. The method according to p. 1, characterized in that the supplied to the waveguides
УЗ энергию подвергают модуляции короткими импульсами длительностью от 100 мкс до 500 мс. Ultrasonic energy is subjected to modulation by short pulses with a duration from 100 μs to 500 ms.
15 fifteen
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2011/000588 WO2013019142A1 (en) | 2011-08-04 | 2011-08-04 | Method for de-watering a water-in-oil emulsion |
| RU2012139191/04A RU2536583C2 (en) | 2011-08-04 | 2011-08-04 | Method of water-petroleum emulsion dehydration |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2011/000588 WO2013019142A1 (en) | 2011-08-04 | 2011-08-04 | Method for de-watering a water-in-oil emulsion |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2013019142A1 true WO2013019142A1 (en) | 2013-02-07 |
Family
ID=47629513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2011/000588 WO2013019142A1 (en) | 2011-08-04 | 2011-08-04 | Method for de-watering a water-in-oil emulsion |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2536583C2 (en) |
| WO (1) | WO2013019142A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103555364A (en) * | 2013-10-25 | 2014-02-05 | 西南石油大学 | Method for dechlorinating crude oil through phonochemical combination in oil plant |
| CZ305506B6 (en) * | 2014-03-21 | 2015-11-04 | Galexum Technologies Ag | Method of cracking and/or demulsifying hydrocarbons and/or fatty acids in emulsions |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2696282C1 (en) * | 2018-05-04 | 2019-08-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный университет" | Method for treatment of oil-water emulsion by pulse magnetic field and device for its implementation |
| RU2723163C1 (en) * | 2019-05-07 | 2020-06-09 | Ирина Дмитриевна Гиззатова | Method of measuring moisture content and determining impurities of transformer oil |
| RU2710181C1 (en) * | 2019-08-06 | 2019-12-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпромнефть Научно-Технический Центр" (ООО "Газпромнефть НТЦ") | System and method for electromagnetic phase separation of water-oil emulsion |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080221226A1 (en) * | 2007-03-07 | 2008-09-11 | Petroleo Brasileiro S.A. | Method for the microwave treatment of water-in-oil emulsions |
| RU2338775C1 (en) * | 2007-05-15 | 2008-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "БИГ-96" | Modular microwave device for oil dehydration and demineralisation |
| RU2361901C2 (en) * | 2005-02-15 | 2009-07-20 | Сальфко, Инк. | Increasing quality of oil by means of ultra-sonic and microwave frequency treatment |
| US7677673B2 (en) * | 2006-09-26 | 2010-03-16 | Hw Advanced Technologies, Inc. | Stimulation and recovery of heavy hydrocarbon fluids |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2258554C1 (en) * | 2004-02-09 | 2005-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Искра" | Device for separation of water from water-and-oil emulsion flowing in pipe line |
| AR079901A1 (en) * | 2010-01-15 | 2012-02-29 | Sorokin Sergey | PROCESS FOR THE TREATMENT OF UNINFINED OIL AND PETROLEUM-BASED PRODUCTS |
-
2011
- 2011-08-04 WO PCT/RU2011/000588 patent/WO2013019142A1/en active Application Filing
- 2011-08-04 RU RU2012139191/04A patent/RU2536583C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2361901C2 (en) * | 2005-02-15 | 2009-07-20 | Сальфко, Инк. | Increasing quality of oil by means of ultra-sonic and microwave frequency treatment |
| US7677673B2 (en) * | 2006-09-26 | 2010-03-16 | Hw Advanced Technologies, Inc. | Stimulation and recovery of heavy hydrocarbon fluids |
| US20080221226A1 (en) * | 2007-03-07 | 2008-09-11 | Petroleo Brasileiro S.A. | Method for the microwave treatment of water-in-oil emulsions |
| RU2338775C1 (en) * | 2007-05-15 | 2008-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "БИГ-96" | Modular microwave device for oil dehydration and demineralisation |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103555364A (en) * | 2013-10-25 | 2014-02-05 | 西南石油大学 | Method for dechlorinating crude oil through phonochemical combination in oil plant |
| CN103555364B (en) * | 2013-10-25 | 2015-11-04 | 西南石油大学 | Refinery soundization associating crude oil dechlorination method |
| CZ305506B6 (en) * | 2014-03-21 | 2015-11-04 | Galexum Technologies Ag | Method of cracking and/or demulsifying hydrocarbons and/or fatty acids in emulsions |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2536583C2 (en) | 2014-12-27 |
| RU2012139191A (en) | 2014-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sadatshojaie et al. | Applying ultrasonic fields to separate water contained in medium-gravity crude oil emulsions and determining crude oil adhesion coefficients | |
| Atehortúa et al. | Water-in-oil emulsions separation using an ultrasonic standing wave coalescence chamber | |
| Luo et al. | Enhanced separation of water-in-oil emulsions using ultrasonic standing waves | |
| Antes et al. | Effect of ultrasonic frequency on separation of water from heavy crude oil emulsion using ultrasonic baths | |
| Check et al. | Theoretical and experimental investigation of desalting and dehydration of crude oil by assistance of ultrasonic irradiation | |
| Khajehesamedini et al. | Experimental and theoretical study of crude oil pretreatment using low-frequency ultrasonic waves | |
| Sousa et al. | Oil-in-water and water-in-oil emulsions formation and demulsification | |
| JP4621671B2 (en) | Ultrasonic method and apparatus for demulsifying water-oil emulsions | |
| RU2536583C2 (en) | Method of water-petroleum emulsion dehydration | |
| Issaka et al. | Review on the fundamental aspects of petroleum oil emulsions and techniques of demulsification | |
| Check | Two-stage ultrasonic irradiation for dehydration and desalting of crude oil: a novel method | |
| Luo et al. | Optimization of acoustic parameters for ultrasonic separation of emulsions with different physical properties | |
| CA2983827A1 (en) | Method and apparatus for conditioning fluids | |
| JP2008529789A (en) | Multi-frequency electrostatic aggregation | |
| RU2730324C2 (en) | Methods of separating at least one emulsion by applying an electric field and a device for realizing said method | |
| JP2011517425A (en) | Separation of multiple components in a stream | |
| Eshmetov et al. | INFLUENCE OF ULTRASONIC IMPACT ON OIL PREPARATION PROCESSES. | |
| US20150291456A1 (en) | Electric field induced separation of components in an emulsion | |
| US20160097004A1 (en) | Processes for desalting crude oil under dynamic flow conditions | |
| US8653148B2 (en) | Microwave process and apparatus for breaking emulsions | |
| Yasir et al. | The impact of electric field on the demulsification efficiency in an electro-coalescence process | |
| RU2272128C1 (en) | Formation fluid treatment method | |
| WO2008107673A1 (en) | A method of separating an oil phase and an aqueous phase | |
| Mizoguchi et al. | Demulsification of oil-in-water emulsions by application of an electric field: relationship between droplet size distribution and demulsification efficiency | |
| RU2698803C1 (en) | Technology of destruction of stable water-oil emulsions by ultrasonic method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2012139191 Country of ref document: RU Kind code of ref document: A |
|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 11870231 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 32PN | Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established |
Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC EPC (EPO FORM 1205A DATED 11-07-2014 |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 11870231 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |