Деэмульгирование под действием электрического поля

Длительность оседания капель под действием сил тяжести может быть очень значительной (табл.5).

Таблица.

Каков же механизм действия поля? Почему увеличивается скорость оседания капель?

Эмульсия — масса мельчайших частиц воды, диспергированных в нефти.

Под действием электрического поля капли воды поляризуются, вытягиваются вдоль силовых линий поля и начинают направленно двигаться. Если электрическое поле будет переменным, то направление движения капель будет постоянно изменяться, капли будут испытывать деформацию — т.к. постоянно будут изменяться полярность, направление движения и форма капель будет постоянно меняться. При столкновении таких диполей оболочки разрываются, частицы сливаются, укрупняются и оседают под действием сил тяжести (рис.1).

Таким образом, если не учитывать силы, обусловленные встречным движением потока и напряжением электрического поля, то скорость осаждения под действием сил тяжести подчиняется уравнению Стокса:

W=gd2(B-H)/18H.

Под действием сил электрического поля происходит сближение капель на такое расстояние, когда начинают действовать межмолекулярные силы притяжения, достигающие при малых расстояниях между каплями значительной величины.

Зависимость силы притяжения между диполями от их размера и расстояния между ними описываются уравнением:

F=6E2r6 / l4,.

Где — диэлектрическая проницаемость среды;

Е — напряженность электрического поля, В/см;

r — радиус капли, м;

l — расстояние между центрами капель, м.

Таким образом, под действием сил притяжения защитные адсорбционные оболочки капель воды сдавливаются и разрушаются. Происходит коалесценция капель.

Помимо заряда наведенного (индуцированного) внешним электрическим полем, частицы дисперсной фазы могут приобретать собственный заряд, например, при контакте с электродом. Величина этого заряда может быть определена по формуле:

q=¼Er2.

В этом случае, частицы, перезарядившись, начинают двигаться с большой скоростью к противоположному электроду и на этом пути сталкиваются с другими частицами. Если их кинетическая энергия достаточна, то при столкновении защитные оболочки частиц разрушаются и они сливаются.

Таким образом, в электрическом поле мелкодиспергированные капли быстро укрупняются до размеров 150−200 мкм и оседают под действием силы тяжести. Электрическое поле позволяет преодолеть сопротивление коалесценции, обусловленное бронирующими оболочками на каплях воды.

Факторы, влияющие на отстой в электрическом поле Электрическое поле можно использовать, когда требуется разделить две фазы, одна из которых — дисперсионная среда — не проводит электрический ток, а другая — дисперсная фаза — электропроводна, т. е. оно применимо только к эмульсиям типа В/Н.

При повышении температуры: (исходя из формулы Стокса) Снижается вязкость дисперсионной среды и тем облегчается осаждение частиц дисперсной фазы;

Снижается устойчивость нефтяных эмульсий;

Увеличивается разность плотностей частицы и среды.

Но при повышении температуры увеличивается электропроводность среды, что может привести к нарушению электрического режима в аппарате, к увеличению давления насыщенных паров. Следовательно, процесс необходимо проводить в аппаратах, рассчитанных на повышенное давление.

Напряженность электрического поля — отношение напряжения на электродах к расстоянию между ними, т. е. градиент поля, В/см (один из наиболее важных факторов).

Напряженность поля между электродами определяется:

Напряжением, приложенным к электродам;

Расстоянием между электродами;

Формой электродов.

E=U/l, где.

U — напряжение, В;

l — расстояние, между электродами, см.

Градиент поля, который необходимо создать между электродами, зависит от количества отделяемых примесей, желаемой степени очистки, свойств нефти и воды, разности их плотностей, вязкости, производительности аппарата, конструкции электродов.

Градиент тем больше, чем больше примесей, выше степень очистки, больше вязкость продукта.

Взаимодействие между каплями воды можно увеличить, если повысить напряженность поля Е, т.к. при этом растет поляризация капель и силы дипольного притяжения увеличиваются пропорционально Е2.

Однако при чрезмерном повышении напряженности поля возможно электрическое диспергирование капель. По мере роста Е длина капли увеличивается и при достижении критической напряженности происходит ее диспергирование на множество мельчайших капель радиусом 10−7 — 10−8 см (0.1 — 0.01 мкм).

Критическая напряженность поля Екр определяется по уравнению:

Екр=А2/(d),.

где — поверхностное натяжение;

d — диаметр капли;

— диэлектрическая проницаемость среды;

А — коэффициент пропорциональности (зависит от концентрации эмульсии): для одиночной капли А=380, а при концентрации эмульсии 5, 10 и 20% величина, А соответственно равна: 382, 391 и 403.

В электродегидраторах должно выполняться условие Е< Екр, в противном случае необходимо либо уменьшить напряжение на электродах, либо увеличить расстояние между ними.

Электродегидратор Электродегидратор (ЭДГ) применяют для глубокого обессоливания средних и тяжелых нефтей. Устанавливают его после блочных печей нагрева или других нагревателей и после отстойников.

В ЭДГ электроды (1, 2 на рис.2) подвешены горизонтально друг над другом, имеют форму прямоугольных занимающих все сечение рам. Расстояние между электродами — 25−40 см, питаются они от двух трансформаторов мощностью по 50 кВт.

Подача сырья в ЭДГ осуществляется снизу — через раздаточный коллектор с ответвлениями, обеспечивающий равномерное поступление эмульсии по всему горизонтальному сечению аппарата под водяную подушку.

В ЭДГ эмульсия проходит через три зоны обработки. В первой зоне эмульсия проходит слой отстоявшейся воды, уровень которой поддерживается автоматически на 20−30 см выше раздаточного коллектора. В этой зоне эмульсия подвергается водной промывке, в результате которой она теряет основную массу пластовой воды. Обезвоженная эмульсия, двигаясь в вертикальном направлении с небольшой скоростью, последовательно подвергается обработке сначала в зоне слабой напряженности электрического поля (вторая зона), между уровнем отстоявшейся воды и нижним электродом, а затем в зоне сильной напряженности, между обоими электродами.

Для разрушения эмульсии и обессоливания нефтей, содержащих парафин, применяются ЭДГ, имеющие три электрода. В этих аппаратах эмульсию вводят через распределительные головки, помещенные между нижним и средним электродами.

Технические характеристики ЭДГ.