Способ электрохимического разделения несмешивающихся жидкостей и дисперсных систем

Изобретение относится к способу электрохимического разделения несмешивающихся жидкостей и дисперсных систем, включающему: a) электрокоагуляцию-переполяризацию с использованием Al-анода и Cu-катода с размещением катода в зоне с минимальным жидкостным протоком и прохождением основного жидкостного протока через анод, с последующей электродеполяризацией с использованием C-анода и Cu-катода с размещением катода в зоне с минимальным жидкостным протоком и прохождением основного жидкостного протока через анод, с размещением каждой электродной пары в отдельных корпусах с межкорпусным соединительным устройством, выполненных из электроизоляционных материалов, с последующим гидродинамическим или гидростатическим разделением на фракции, причем допускается замена материала электродных пар и их конструкции, с изменением соотношения площадей анод/катод; b) управление электрокоагуляцией-переполяризацией осуществляется посредством задаваемой на электродной паре разности потенциалов подаваемой на электродную пару от источника постоянного тока или источника тока, работающего в импульсном режиме, при которой основная часть мощности расходуется не на инициирование электролизных процессов сопровождающихся анодным растворением, а на переполяризацию поверхностных зарядов; c) управление электродеполяризацией осуществляется с начальным повышением разности потенциала на электродной паре с помощью источника постоянного тока или источника тока, работающего в импульсном режиме, до значений, характеризующихся началом электролизных процессов с последующим отключением от источника питания и подключением к электродной паре нагрузки, соответствующей накапливающемуся на электродной паре заряду, и все управление осуществляется в режиме жидкостного протока. Использование настоящего способа позволяет повысить эффективность разделения несмешивающихся жидкостей, золей, суспензий, уменьшить энергозатраты и снизить материалоемкость. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Способ электрохимического разделения несмешивающихся жидкостей и дисперсных систем.

Описание изобретения.

Способ может быть реализован на предприятиях металлургической, машиностроительной и других областях промышленности для очистки сточных вод, различных природных водных объектов; в нефтяной промышленности для разделения прямых, обратных, множественных эмульсий вода-нефть, золей, взвесей, суспензии и др.

Существует несколько электрохимических методов очистки сточных вод: анодное окисление, катодное восстановление растворенных веществ, электрокоагуляция и электродиализ. Из них наибольшее распространение получил метод электрокоагуляции, который может быть применен для удаления из сточных вод мелкодисперсных и органических примесей, эмульсий, масел, жиров, нефтепродуктов, хроматов, фосфатов и др.

Основными недостатками внедряемых на сегодняшний день в промышленности электрохимических методов очистки жидкостей является высокая энергоемкость ~1-1,5 кВт ч/куб. м, высокая металлоемкость за счет расходных электродов (Al ~ 70 г/куб. м, Fe ~ 100…250 г/куб.м) и низкая пропускная способность электрокоагуляторов, преимущественно работающих в ламинарном режиме (см., например ISSN 2078-3981 Научно-практический журнал «Экология производства» №4, 2012 г.).

Цель изобретения - повысить эффективность разделения несмешивающихся жидкостей, золей, взвесей, суспензий и др., уменьшение энергозатрат и снижение материалоемкости. Снижение расхода применяемой в технологическом цикле реагентной базы, частичный или полный отказ от ее использования, возможность управления технологическим процессом.

Достижение цели заключается в совместном применении электрокоагуляции-переполяризации - электродеполяризации и «линии задержки» (оборудование для раздела фаз имеющее различные конструкции и принципы действия: отстойники, сепараторы и другие технические устройства). Осуществление электрокоагуляции-переполяризации и электродеполяризации достигается расположением разнородных электродных пар в корпусах выполненных из электроизоляционных материалов. Учитывая тот факт, что все электрохимические процессы с максимальной эффективностью происходят на границе - поверхность электрода/жидкость, способ размещения одного из электродов предполагает достижение максимальной контактирующей поверхности - с максимальной жидкостным протоком, а второй электрод расположен в зоне с минимальной жидкостным протоком.

Основные процессы способа

Электрокоагуляция-переполяризация (ЭКП). На электродную пару, установленную в секции, подается постоянное напряжение от источника постоянного тока или от источника тока, работающего в импульсном режиме (частота импульсов зависит от скорости жидкостного протока). Выбор подаваемого на электродную пару напряжения зависит от материала электродов и объема прокачиваемой жидкости.

Вклад газовыделения, являющийся результатом электролизных процессов, с учетом общего газового фона прокачиваемой жидкости пренебрежимо мал, поэтому влияние газового фактора в способе не рассматривается, так как в способе основная часть мощности, подаваемая на электродную пару от источника постоянного тока, расходуется не на инициирование электролизных процессов, а на переполяризационные процессы.

Элекродеполяризация (ЭД). Управление электродеполяризацией осуществляется следующим образом:

1. Измеряется при полном заполнении отсека прокачиваемой жидкостью наведенный на электродной паре потенциал без протока.

2. В режиме жидкостного протока электродная пара подключается к источнику постоянного тока или источнику тока, работающему в импульсном режиме, с последующим отключением и замером напряжения на электродной паре. При подключении электродной пары к источнику питания происходит увеличение разности потенциала до момента резкого возрастания потребляемой мощности, которое регистрируется резким возрастанием вольт-амперных характеристик на электродной паре и является началом электролизных процессов.

3. В режиме жидкостного протока электродная пара отключается от источника питания с подключением к ней нагрузки, подобранной таким образом, что выделяемая мощность соответствует накапливающемуся на электродной паре заряду, но не позволяющей резкому сбросу напряжения ниже установленного по п. 1 значения.

Выход жидкостного протока из ЭКП соединен со входом в ЭД, длина соединительного устройства подбирается таким образом, чтобы минимизировать воздействие наведенных на электродных парах потенциалов друг на друга.

Для оптимизации процессов, перечисленных в способе, производят подбор материала электродов и выбор полярности электродных пар, осуществляемых в зависимости от электрохимических свойств прокачиваемой жидкости ее катионно-анионного состава, соотношения несмешивающихся фракций и т.д. Электроды выполняются различной конструкции, с подбором отношения площадей анод/катод.

Предлагаемый способ поясняется следующим примером.

Установка работает следующим образом - нефтяная эмульсия с характеристиками: ρ=1.17…1,18 г/куб см, М=280…310 г/л, pH=3…6, состав рассола Cl Na Ca типа с высоким содержанием сульфидной серы (~30 г/л, S 2-), количество остаточного нефтепродукта от 150…1000 мг/л, количество механических примесей - 50…60 мг/л (здесь под остаточным содержанием нефтепродукта подразумевается общее количество экстрагируемых толоулом фракций, влияющих на оптическую плотность при спектрофотометрическом методе определения), поступает в ЭКП.

Способ управления осуществляется следующим образом:

Жидкость, предназначенная для разделения, подается до полного заполнения корпусов ЭКП и ЭД. На установленные в ЭКП электроды Al «+» и Cu «-» подается постоянное напряжение первоначально - 6 В от источника питания постоянного тока, I ~ 1А. При объеме прокачиваемой жидкости ~ 1 куб. м/час. Анод - А1 «+» устанавливается на выходе жидкостного протока из ЭКП в ЭД. Катод - Cu «-» электрод размещен в зоне с минимальным жидкостным протоком. В нашем случае объем отсеков ЭКП и ЭД составляет 2,8 л каждый, длина соединительного устройства ЭКП и ЭД составляла 450 мм и с площадью поперечного сечения 20 кв. см для минимизации воздействия наведенных потенциалов двух электродных пар ЭКП и ЭД друг на друга. Площадь сечения соединительного устройства выбирается в зависимости от количества необходимой для прокачки (производительность) жидкости с данными гидродинамическими свойствами при заданном давлении.

ЭД представляет собой биполярную электрическую систему с двумя разнородными электродами Анод - C «+» и Катод - Cu «-». Катод - Cu «-» также размещен в зоне с минимальным жидкостным протоком с прохождением основного жидкостного протока через Анод - С «+», расположенный по всей высоте электродного отсека (его площадь и конструкция также определяется необходимостью обеспечить максимальную контактную площадь с протекающей жидкостью с большим жидкостным протоком по отношению к Катоду - Cu «-»).

Управление электродной парой ЭД осуществляется следующим образом:

1. Измеряется (при полном заполнении отсека ЭД) наведенный на электродной паре потенциал (в нашем случае он составлял - 0,4 В).

2. Подключаем электродную пару к источнику питания постоянного тока в режиме жидкостного протока 6 В на короткое время ~1 мин.

3. Отключаем источник питания от электродов ЭД и заново измеряем на электродной паре наведенный потенциал в режиме жидкостного протока. В нашем случае он составлял 1,3 В, и удерживался сколь угодно долго. При повторном подключении к электродной паре источника питания 6 В увеличение разности потенциала выше 1,3 В инициировало электролизные процессы и приводило к резкому увеличению потребляемой мощности.

4. После того как на электродной паре ЭД установился наведенный заряд (в нашем случае 1,3 В) к электродной паре подключается нагрузка, потребляемая мощность которой подбирается в соответствии с накапливающимся на электродной паре заряду: зависит от площади контакта вода - несмешивающаяся органическая фаза - газовая фракция, мех. примеси; т.е. от площади двойного электрического слоя и скорости протока эмульсии - чем меньше глобулы, тем больше площадь; чем выше скорость протока, тем больше скорость нарастания электродного заряда (в нашем случае при скорости протока 1 куб. м/ час и соотношения вода/нефть до 1000/1 достаточно было 5 mA потребителя мощности). Подобранная таким образом нагрузка не позволяла снижать накапливаемый на электродной паре ЭД потенциал менее 0,7…0,8 В (так как при резком увеличении сброса наводимого за счет выше указанных процессов заряда на электродных парах и как следствие - падение разности потенциала менее 0,6 В наблюдалось резкое снижение эффективности работы установки).

Дальнейшая корректировка показателей степени очистки выходной жидкости возможна за счет изменения подачи напряжения на электродную пару ЭКП.

Прошедшая через ЭКП и ЭД эмульсия поступала в отстойник, где пробы отбирались после 12-минутного отстоя из средней части отстойника (отстойник объемом 200 л, скорость прохождения 1 куб. м/час или 5 объемов в час).

На выходе были получены следующие результаты:

- снижение остаточного содержания нефтепродуктов в воде с 150…1000 мг/л до 5 мг/л (независимо от резкого изменения входных параметров концентрации остаточного нефтепродукта в воде);

- снижение содержания механических примесей - с 50…60 мг/л до 20…25 мг/л:

- общее энергопотребление составило ~10 Вт/м3 прокачиваемой жидкости.

Необходимыми условиями для реализации способа электрохимического разделения несмешивающихся жидкостей и дисперсных систем, приводимых в примере, являются:

1. Наличие в эмульсии электролита, наиболее интенсивно раздел фаз происходит при pH<6. При смещении pH в сторону нейтральной и щелочной среды допускается подкисление совместимой (без образования малорастворимых соединений) с данным геохимическим объектом реагентом. При невозможности этого (экономическая нецелесообразность при больших объемах эмульсии, невозможность прокачки из-за низкой коррозионной стойкости оборудования) предусматривается замена материала электродной пары с переполяризацией электродов, подбираемых для каждого прокачиваемого типа электролита (Анод для ЭД - стойкий к окислительно-восстановительным процессам в щелочных средах).

2. Наличие жидкостного протока (все процессы происходят в динамическом режиме).

3. При высоком содержании нефтепродуктов в эмульсии как диэлектрической составляющей конструкция электродных сегментов предусматривает предварительную заливку электролита в корпусные отстойники и установку ответного электрода (проходного) ниже уровня с жидкостного протока.

4. Интервал рабочей разности потенциалов в ЭКП подбирается для каждого типа эмульсии отдельно и зависит от материала электродов и катионно-анионного состава электролита и устанавливается в процессе пробной прокачки, что позволяет оптимизировать процесс и предоставляет возможность им управлять.

Все описанные в данной способе электрохимические процессы не противоречат принципам теории Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека (см. для примера Щукин Е.Д. Перцов А.В. Амелина Е.А. Коллоидная химия. М., 2004).

Схема, поясняющая способ, изображена на Фиг. 1.

Исходная жидкость поступает через вход 1 в ЭКП 2, основной поток которой проходит через Анод 3, а Катод 4 расположен в зоне с минимальным жидкостным протоком 5. Выход жидкостного протока из ЭКП соединен с входом в ЭД соединительным устройством 6. Поступающая в ЭД 7 жидкость, основной поток которой проходит через Анод 8, а Катод 9 расположен в зоне с минимальным жидкостным протоком 10. Жидкость с выхода ЭД 11, из установки ЭКП-ЭД 12, поступает для дальнейшего гидродинамического или гидростатического раздела фаз 13.

Заявленный способ повышает эффективность разделения несмешивающихся жидкостей: прямых, обратных, множественных эмульсий вода-нефть, золей, взвесей, суспензии и др., упрощает технологию и аппаратное оформление процесса и может быть реализован в различных отраслях промышленности. Устройство по реализации способа работает как в ненапорном, так и в напорном режиме, что расширяет области ее применения. Высокая конструкционная адаптированность к различным промышленным технологическим схемам (как самостоятельная, так и встраиваемая в технологический процесс конструкция). Высокая производительность за счет работы в турбулентном режиме. Применение данного способа в нефтяной промышленности при закачивании жидкости в пласт позволяет значительно снижать кольматационную нагрузку на коллектор.

1. Способ электрохимического разделения несмешивающихся жидкостей и дисперсных систем, включающий:
a) электрокоагуляцию-переполяризацию с использованием Al-анода и Cu-катода с размещением катода в зоне с минимальным жидкостным протоком и прохождением основного жидкостного протока через анод, с последующей электродеполяризацией с использованием C-анода и Cu-катода с размещением катода в зоне с минимальным жидкостным протоком и прохождением основного жидкостного протока через анод, с размещением каждой электродной пары в отдельных корпусах с межкорпусным соединительным устройством, выполненных из электроизоляционных материалов; с последующим гидродинамическим или гидростатическим разделением на фракции, причем допускается замена материала электродных пар и их конструкции с изменением соотношения площадей анод/катод;
b) управление электрокоагуляцией-переполяризацией осуществляется посредством задаваемой на электродной паре разности потенциалов, подаваемой на электродную пару, от источника постоянного тока или источника тока, работающего в импульсном режиме, при которой основная часть мощности расходуется не на инициирование электролизных процессов, сопровождающихся анодным растворением, а на переполяризацию поверхностных зарядов;
c) управление электродеполяризацией осуществляется с начальным повышением разности потенциала на электродной паре с помощью источника постоянного тока или источника тока, работающего в импульсном режиме, до значений, характеризующихся началом электролизных процессов с последующим отключением от источника питания и подключением к электродной паре нагрузки, соответствующей накапливающемуся на электродной паре заряду, и все управление осуществляется в режиме жидкостного протока.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предусматривается смена полярности электродных пар в зависимости от электрохимических свойств и химического состава прокачиваемой жидкости.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к нефтедобыче и нефтепереработке. Изобретение касается способа обезвоживания углеводородного сырья, включающего высокочастотную магнитную обработку углеводородного сырья сигналом в формируемом им импульсном магнитном поле.

Изобретение относится к смесителям-электрокоалесценторам и может использоваться для получения водонефтяных эмульсий на установках электрообессоливания нефти. Смеситель-электрокоалесцентор представляет собой вертикальный заземленный корпус, выполненный в виде трубы Вентури, соосно которому размещен электрод.

Изобретение относится к способам подготовки нефти к переработке в условиях НПЗ и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности. Изобретение касается способа, включающего дегазацию сырой нефти, разделение ее на две части, нагрев первой части до температуры, близкой к температуре электрообессоливания и обезвоживания, за счет охлаждения легких продуктов (бензинов, керосинов) до температуры транспортировки.

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности. Изобретение относится к электрообессоливающей установке, состоящей из дегазатора, рекуперационных теплообменников нагрева дегазированной нефти продуктами переработки нефти, сепаратора, электродегидраторов, оснащенных струйными насосами подачи циркулирующей дренажной воды и струйными насосами подачи балансовой дренажной воды.

Изобретение относится к электродегидраторам и предназначено для обезвоживания и обессоливания нефти. Электродегидратор содержит электроды и снабжен распределительными устройствами, представляющими собой открытые снизу и перфорированные сверху распределительные короба, которые в рабочем состоянии имеют куполообразную форму и выполнены из гибкого диэлектрического материала, прикрепленного к раме.

Изобретение относится к области обработки материалов посредством электромагнитной энергии. Описаны способ и устройство, содержащее множество электромагнитных резонансных структур, связанных с общим объемом для проведения процесса или реакции таким образом, что поддерживается резонанс каждой структуры, наряду с тем, что объем для проведения процесса или реакции является частью каждой резонансной структуры.

Настоящее изобретение относится к устройству для регенерации отработанного трансформаторного масла, характеризующемуся тем, что оно включает волновод, на торцах которого размещены упорные кольца и полый конус с отверстием в вершине с возможностью перемещения его между упорными кольцами стержнем, соединенным с основанием полого конуса через скользящее кольцо.

Изобретение относится к процессам подготовки нефти и может быть использовано для обезвоживания нефти в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. .

Изобретение относится к устройству для разделения водонефтяных эмульсий в электрическом поле и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области подготовки товарной нефти и может быть использовано на производствах нефтеперерабатывающей и нефтедобывающей промышленности для создания аппаратов сверхвысокочастотной (СВЧ) обработки водонефтяных смесей.

Изобретение относится к нефтяной промышленности. Изобретение касается способа обезвоживания нефтяных эмульсий за счет того, что ограниченный объем нефтяной эмульсии подают в оборотную емкость, при необходимости нагревают, циркулируют по замкнутому кругу через магнитный аппарат или статично выдерживают в нем и в том и другом случаях обрабатывают вращающимся магнитным полем; или циркулируют по замкнутому кругу и последовательно дезинтегрируют в дезинтеграторе и обрабатывают вращающимся магнитным полем в магнитном аппарате; или размещают и последовательно выдерживают в оборотной емкости, магнитном аппарате и разделительном отстойнике, при этом в оборотной емкости нефтяную эмульсию при необходимости нагревают, в магнитном аппарате обрабатывают вращающимся магнитным полем, в разделительном отстойнике получают обезвоженную нефть, причем перед размещением в магнитном аппарате нефтяную эмульсию предварительно дезинтегрируют путем круговой циркуляции через дезинтегратор, а время обработки при дезинтегрировании в магнитном аппарате и разделительном отстойнике устанавливают экспериментально по принципу достижения требуемого или наилучшего результата. Изобретение также касается устройства для обезвоживания нефтяных эмульсий. Технический результат - эффективное обезвоживание стойких нефтяных эмульсий. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей отрасли промышленности, связанной с переработкой нефти, в частности к способам сепарирования нефти, и может быть использовано на судовых сепараторах для очистки нефти. Способ сепарирования нефти включает предварительный нагрев сырой нефти, ее сепарирование, получение очищенной нефти и осадка. При этом сырую нефть предварительно подогревают в подогревателе до температуры 58-60°C. Затем нефть, проходя по залитым компаундом трубкам, опоясывающим обмотку статора сепаратора, дополнительно подогревается за счет тепловыделений в обмотках и магнитопроводах статора электродвигателя сепаратора. Далее в торцовой и цилиндрической частях барабана сепаратора, одновременно являющегося ротором электродвигателя сепаратора, нефть подогревается до температуры 65-70°C, необходимой для сепарирования. Кроме того, при этом нефть подвергается воздействию электромагнитного поля с аксиальной и цилиндрической частей статора электродвигателя сепаратора. Техническим результатом изобретения является снижение энергозатрат и интенсификация процесса сепарирования нефти. 2 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли промышленности, связанной с переработкой нефти, в частности к электрооборудованию для сепарирования нефти, и может быть использовано, например, для сепарирования нефти на нефтяных месторождениях, на судовых сепараторах для очистки нефти. Установка для сепарирования нефти содержит подогреватель нефти и сепаратор. Сепаратор содержит корпус, электропривод и закрепленный в подшипниках ротор из электропроводящего, немагнитного материала, выполненный в виде барабана сепаратора. Электропривод состоит из электродвигателя, имеющего статор, содержащий аксиальную часть с сердечником и обмоткой, в лобовых частях которой размещены замоноличенные компаундом трубки для охлаждения статора и подогрева нефти. Статор электродвигателя дополнительно содержит цилиндрическую часть, при этом обмотки двух частей статора соединены последовательно. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение энергоэффективности установки для сепарирования нефти, снижение массогабаритных показателей, повышение надежности. 1 ил.

Изобретение относится к процессу подготовки нефти и подтоварной воды. Предложен способ разделения водонефтяной эмульсии путём введения в неё углеродных нанотрубок, содержащих металлы, выбранные из ряда: железо, кобальт, никель. В эмульсию также вводят поверхностно-активное вещество и осуществляют перемешивание. Далее производят воздействие магнитным полем. Техническим результатом является ускорение процесса подготовки нефти и снижение остаточной обводнённости подготавливаемой нефти. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Группа изобретений относится к нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использована при обезвоживании и обессоливании нефти. Аппарат содержит выносной смеситель (3) нефти с пресной промывочной водой и размещенные в общем корпусе (1) разделенные поперечной перегородкой (10) камеру водной промывки (2) нефти и отстойную камеру (11). Отстойная камера представляет собой электроосадительную камеру. Аппарат может дополнительно содержать камеру предварительного обезвоживания. На корпусе камеры предварительного обезвоживания может быть дополнительно установлена газоотделительная камера. В камере водной промывки нефти размещены вертикально или наклонно один или несколько инжекторных смесителей с размещенными в нижней части соплами (4) и соосными им смесительными патрубками (5). Обеспечивается повышение эффективности процесса обезвоживания и обессоливания нефти за счет увеличения времени смешения нефти с водой при высоком соотношении вода/нефть. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к способу электрохимического разделения несмешивающихся жидкостей и дисперсных систем, включающему: a) электрокоагуляцию-переполяризацию с использованием Al-анода и Cu-катода с размещением катода в зоне с минимальным жидкостным протоком и прохождением основного жидкостного протока через анод, с последующей электродеполяризацией с использованием C-анода и Cu-катода с размещением катода в зоне с минимальным жидкостным протоком и прохождением основного жидкостного протока через анод, с размещением каждой электродной пары в отдельных корпусах с межкорпусным соединительным устройством, выполненных из электроизоляционных материалов, с последующим гидродинамическим или гидростатическим разделением на фракции, причем допускается замена материала электродных пар и их конструкции, с изменением соотношения площадей анодкатод; b) управление электрокоагуляцией-переполяризацией осуществляется посредством задаваемой на электродной паре разности потенциалов подаваемой на электродную пару от источника постоянного тока или источника тока, работающего в импульсном режиме, при которой основная часть мощности расходуется не на инициирование электролизных процессов сопровождающихся анодным растворением, а на переполяризацию поверхностных зарядов; c) управление электродеполяризацией осуществляется с начальным повышением разности потенциала на электродной паре с помощью источника постоянного тока или источника тока, работающего в импульсном режиме, до значений, характеризующихся началом электролизных процессов с последующим отключением от источника питания и подключением к электродной паре нагрузки, соответствующей накапливающемуся на электродной паре заряду, и все управление осуществляется в режиме жидкостного протока. Использование настоящего способа позволяет повысить эффективность разделения несмешивающихся жидкостей, золей, суспензий, уменьшить энергозатраты и снизить материалоемкость. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх