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脉冲电破乳是近几年出现的一种新型的原油破乳技术,具有破乳效果好、节能等优点,对高含水原油的脱水具有重要的实际意义。本论文意图通过模拟乳状液的破乳实验研究,对油田原油乳状液的破乳进行理论指导。
论文采用高压脉冲电对模拟W/O型乳状液进行破乳脱水实验,借助显微成像系统全面考察液珠在电场中的动态变化过程,以蒸馏法测定净化油中的含水,对乳状液在脉冲电场中破乳的现象和机理进行了研究。
为了获取脉冲电特性参数对破乳脱水效果的影响规律,将含水百分之五十的煤油和白油的W/O型乳状液分别进行正交脱水实验发现:1、对煤油与水形成的乳状液,其破乳存在最佳脉冲频率和电场强度,随脉冲宽度的增加破乳速度加快;而对白油形成的乳状液,脉冲频率在2000Hz以后,随频率的增加,破乳脱水效果下降;电压愈高,破乳脱水愈彻底;随着电压升高,破乳效率提高;脉宽的变化对净化油内的含水率影响不大,但脉宽增加,破乳脱水速度亦增加。2、由于两种乳状液的物理性质不同,即使相同的脉冲电参数,煤油乳状液较白油乳状液破乳脱水慢,同时观察到两者有不同的破乳现象,煤油乳状液在破乳器中出现过渡层,脉冲电场维持其稳定性,水相、有机相分别以扩散的方式经过过渡层;白油乳状液在脉冲电场中小液珠聚并成大液珠,然后下沉,以液膜破裂、液珠聚并、沉降分离为主。
将染色的白油乳状液在微观破乳池中分别施加脉冲电、直流电破乳实验,通过显微成像系统观察分析发现:1、其乳状液在脉冲电场与直流电场下液珠的聚并是不同的,在脉冲电场中主要发生碰撞聚并与振荡聚并;而在直流电场中,以电泳聚并为主;2、当直流电压升高时,聚并速度加快;当脉冲频率、电压升高,液珠运动、聚并较快,当占空比减小,液珠运动、聚并趋于缓慢;3、对含水量不同以及蒸馏水、自来水、矿化水配制的乳状液分别在两种电场下实验,直流电场仅能满足含水量低、非矿化污水乳状液的破乳要求,而脉冲电场通过调节占空比,能够适用含水量较高,矿化污水乳状液的破乳。
实验还首次进行了蒸馏水乳状液中加入一定量的纳米粒子,发现纳米颗粒不仅促使液珠带电,而且使局部液珠容易桥接聚并,对破乳脱水有积极的影响。
依据实验过程,建立了乳状液液珠聚并、动态变化的数学模型;同时将脉冲电场与热力学定律相结合,得到了在脉冲电场中乳状液破乳脱水的热力学传质方程。