[发明专利]用于促进油连续相乳液中的液滴聚结的方法和装置

说明书

本发明提供了用于通过电聚结分离诸如油包水乳液之类的两种流体的混合物的分离装置。分离装置可包括一系列流动调节器，各流动调节器具有不同的电容率，使得选择具有与流动介质的电容率相近或相等的电容率的流动调节器。另一种分离装置可包括具有频率依赖性电容率的流动调节器，从而选择所产生的电场的频率，使得流动调节器的电容率尽可能相近于或等于流动介质的电容率。另一种分离装置可包括可替换的流动调节器，该可替换的流动调节器可由具有与流动介质的电容率相近或相等的电容率的流动调节器来替换。

技术领域

本公开主要涉及流体的分离。更具体而言，本公开的实施方案涉及通过使用可控静电场和自适应电容率促进液滴聚结来进行乳液的分离。

背景技术

采出烃(如原油)可能包含水以及其他流体。因此，在烃加工中需要将水与油分离以生产可销售的产品。用于油水分离的电聚结法已有超过一百年的历史，并且该技术现在已广泛地应用于商业应用中。例如，将电聚结器安装在世界上现有的油气生产设施中。还将聚结器填料用于油气工业中的分离容器内以增强聚结过程，但是这样的填料通常不能与静电场协同工作。在电聚结中，若液滴彼此非常接近，则认为液滴聚结由电场触发。在大于几个液滴直径的距离处，静电力可能不会驱动液滴的接近和碰撞，因为产生液滴的吸引的静电力强烈地依赖于液滴间距离。在工业设备设计的限制内，当液滴之间的距离等于或大于液滴直径时，静电力可能效率太低而不能促进液滴聚结。

发明内容

为了解决电聚结器的局限性，一些现有技术引入了流动干扰元件以防止由层流中的电场驱动的液滴排列和成拱。例如，美国专利No.9,440,241描述了引入流动干扰元件以增强分离装置的电极之间的微湍流和电聚结的优点。然而，这种现有技术没有考虑到湍流不是提高液滴接触率的主要流动特性。在一些情况中，利用这种流动干扰元件局部地提高湍流强度可引起液滴解体(即，流体重新混合)并且不利地影响分离。与现有技术相比，乳液流流线的曲率和流动管道的分流和合并可能是优化的液滴接触率和接触时间的主要驱动因素。此外，这种现有技术没有考虑到流动干扰元件的介电常数(即，电容率)相对于经分离的水油乳液的介电常数的任何影响。

本公开的实施方案通过设计和调节流动调节器元件的介电性质并将电场保持在最优值来改进电聚结器分离性能。本公开的实施方案还包括流动调节器的改进的几何结构，以进一步提高分离过程的效率。

在一个实施方案中，提供了一种用于分离两种液体的混合物的装置。该装置包括配置为接收两种液体的混合物的部分以及位于该部分下游的第一流动调节器部分，该第一流动调节器部分具有至少一个用于产生第一电场的第一电极和具有第一电容率的第一流动调节器。该装置还包括位于第一流动调节器部分的下游的第二流动调节器部分，并且第二流动调节器具有至少一个用于产生第二电场的第二电极和具有第二电容率的第二流动调节器。该装置还包括：电容率测量装置，其连接至第一部分并且配置为测量混合物的电容率；以及流动调节器部分选择器，其配置为接受来自电容率测量装置的混合物电容率，并且基于混合物电容率与第一电容率之间的比较结果以及混合物电容率与第二电容率之间的比较结果来使第一流动调节器部分的至少一个第一电极通电或使第二流动调节器部分的至少一个第二电极通电。

在一些实施方案中，混合物为油包水乳液。在一些实施方案中，第一流动调节器为具有螺旋形流动路径的螺旋形流动调节器或包括多个分支流动路径的分支流动调节器。在一些实施方案中，第二流动调节器为具有螺旋形流动路径的螺旋形流动调节器或包括多个分支流动路径的分支流动调节器。在一些实施方案中，第一流动调节器为无机材料和聚合物基质。在一些实施方案中，第二流动调节器为无机材料和聚合物基质。在一些实施方案中，选择第一流动调节器的长度和第一电场的强度，使得流动调节器部分的电粘度值在1000至600000的范围内。