Америка заменит нефть на водород. Замена нефти на электро


Будет ли замена нефти?

Neft2Ох, сколько раз мы слышали радужные прогнозы аналитиков! Де, вот еще чуть-чуть, и нефть перестанет быть основным двигателем прогресса, автомобили будут работать на водороде, а обогреваться мы будем с помощью солнечных батарей… но на деле, если только отбросить в сторону розовые очки, видится отнюдь другая картина.

 

Есть в России изобретатель, Виктор Петрик. Он не раз критиковал водородные идеи, называя из научной бессмыслицей. И, сдается, он делает это с полным на то основанием.

NeftЕще в семидесятых прошлого века в, тогда еще, Ленинграде была основана крупная серия публикаций, посвященная водороду, и в множестве монографий, статей и книг рассказывалось о преимуществе сей светлой идеи. Строилось все на неограниченности топливного ресурса – океанической воде. И, конечно, учитывалось минимальное влияние на экологию. И вот, минуло несколько десятилетий. И что же? Термоядерные технологии, которые должны были предварить эру водорода, по сей день зиждятся на лабораторных эксприментах, не всегда удачных. А водородная идея вылилась в создание странного и не всегда применимого автомобиля. Вы видели хотя бы один такой на улицах своего города? Вот и мы о том же. Кстати, в Соединенных Штатах Америки исследования в этой области начались еще в сороковых годах прошлого века. И тоже – неудача.

Так в чем же проблема? Казалось бы, бери себе воду, расщепляй ее на кислород и водород, да направляй последний в нужное русло.. а проблема вся в ключевом вопросе. Каков этот задел по технологии извлечения водорода? Как произвести в нужных количествах дешевый водород, да еще и из возобновляемого сырья?

Итак, это первый вопрос – технология получения топлива. А второй не менее сложный: разработка двигателя для машин, торпед, танков… А третий вопрос еще более масштабен: создание разветвленной инфраструктуры для заправочных мини- и макси-станций, да заодно, доставка к заправкам топлива, то бишь, водорода.

Вот и посчитайте, сколько миллиардов, даже сотен миллиардов зеленых будет стоить создание хотя бы нескольких станций в масштабах крупного города, и насколько возрастет «стоимость» одного километра на водородном транспорте? И хоть в Калифорнии несколько станций уже есть, мало кто стремится пересесть на более экологичный двигатель.

И единственное, что сейчас более-менее реализовано, так это гибридный автомобиль, но и он без бензина ездить не будет. Ну как, вы все еще считаете, что узрите эру водородного топлива?!

www.oilngases.ru

Найдена замена нефти

17 июня 2008

Оксана Бойко

Ученые назвали наиболее вероятную альтернативу традиционным видам топлива

Выгодной заменой для ограниченных запасов нефти и газа может стать солнечная энергия или солнечное топливо. По мнению американских ученых, создание этих альтернативных источников топлива – вопрос времени. При этом эксперты уверены, что «солнечный бензин» не станет причиной ценовых обвалов на нефтяном рынке. Важно и то, что энергия, полученная от небесного светила, не несет скрытых угроз человечеству, как, например, биотопливо.

Первоочередная задача, которая стоит перед исследователями, – научиться получать солнечную энергию из воды, уверен профессор Колумбийского университета Луис Брюс, являющийся обладателем первой премии Кавли за фундаментальные исследования в области расщепления энергии и нанотехнологий.

«На это может уйти 10–20 лет, а может, и 12 месяцев. Я не берусь предсказать сроки в наш век столь бурного научного прорыва. Но я убежден, что именно солнце заменит нефть и снимет проблему энергобезопасности, сделав мир стабильней», – цитирует ученого РИА «Новости».

Стоит отметить, что исследователи давно пытаются поставить на службу человечеству экологически чистую и доступную солнечную энергию.

В США, к примеру, спонсируется программа перевода всех объектов городской собственности на солнечные генераторы. Аналогичные программы действуют в Германии и других европейских странах.

При этом эксперты уверены, что, снимая проблему энергобезопасности, солнечная активность не станет причиной ценовых обвалов на нефтяном рынке.

«Я не считаю, что переход на новые виды энергии, открытие которых все мы ожидаем в ближайшей перспективе, подорвет устои российской экономики, которая развивается довольно динамично. Нефтяные вливания вовсе не всегда благо для экспортеров, и арабские страны уже почувствовали это, оказавшись под мощным инфляционным давлением», – говорит вице-президент и главный экономист консалтинговой компании Conference Board Барт ван Арк.

Однако в ближайшие несколько десятилетий, по прогнозам специалистов, темпы добычи нефти останутся на прежнем уровне.

«Возможен ценовой откат, но не обвал. На уровень 2004 года цена на нефть не опустится уже никогда», – считает эксперт.

Как уже писала газета ВЗГЛЯД, еще одной потенциальной заменой нефти – помимо солнечной энергии – считается биотопливо.

Однако в широком его использовании есть ряд минусов. В частности, для налаживания производства биотоплива необходимо задействовать огромные площади сельскохозяйственных угодий, что может вызвать беспрецедентный дефицит продовольствия.

Кроме того, как заявил профессор экологии Корнельского университета Дэвид Пиментел, комментируя результаты своего исследования, использование растительной биомассы для производства жидкого топлива экономически невыгодно, поскольку выход чистой энергии получается отрицательным.

Как сообщается в пресс-релизе Корнельского университета, кукуруза, например, требует для своего производства на 29% больше энергии, чем отдает взамен.

Перспективы использования в качестве сырья зеленой и древесной биомассы выглядят еще более туманными, поскольку чистые потери энергии составляют 45 и 57% соответственно.

Таким образом, говорит профессор Пиментел, растительная биомасса вполне пригодна для отопления жилых домов и производственных помещений, однако говорить о широком ее использовании для производства альтернативных видов жидкого топлива для двигателей внутреннего сгорания пока не приходится.

17.06.2008

Интересно почитать

ecoteco.ru

Вода - энергоноситель, способный заменить нефть.

Николай Васильевич Косинов

Введение

Нефть, уголь и природный газ являются основными энергоносителями, заменитель которым еще не найден. Все они являются продуктами Солнца, за миллионы лет накопившиеся на Земле. Сжигание этих энергоносителей с целью получения энергии является основным фактором загрязнения окружающей среды. Природные запасы углеродсодержащих энергоносителей, на образование которых ушли миллионы лет, стремительно истощаются. В связи с этим, по мере роста потребностей общества в энергии, проблема обеспечения энергией все болше обостряется. Существующие способы получения энергии, как тепловой, так и электрической, основанные на сжигании природных энергоносителей, являются губительными для биосферы Земли. Атомная энергетика имеет нерешенную проблему захоронения и утилизации опасных отходов. Все меньше надежд у ученых на успешную реализацию программы управляемого термоядерного синтеза. Решение этой задачи многократно уже отодвигалось на более поздние сроки и теперь видят ее решение не ранее 2050 года. Технологии аккумулирования солнечной энергии пока еще не получили широкого применения, поэтому они не могут выступать альтернативой сжиганию природных энергоносителей.

Как видим, мир еще не нашел экологически чистой энергии и не знает способы ее получения безопасные для биосферы несмотря на огромнейшие затраты на эти цели. Причиной является то, что поиски ведутся в традиционных направлениях, которые в рамках сложившихся представлений, могут привести лишь к небольшим "косметическим" доработкам существующих подходов и не способны вывести на прорывные решения. Прорывным можно считать такое решение, которое позволит найти неисчерпаемый источник энергии, способный заменить нефть, уголь и газ, но, в отличие от последних, не загрязняющий окружающую среду. Стремительное истощение природных энергоносителей выводит задачу поиска принципиально новых способов получения энергии на первый план.

Если проанализировать наиболее эффективные технологии получения энергии, используемые в настоящее время, то можно увидеть определенную закономерность. Суть ее состоит в следующем. На конечной стадии всей цепи энергетических преобразований в современных способах получения энергии появляется новое вещество. Причем, это вещество становится, как правило, более опасным для биосферы, чем исходный энергоноситель. Это является общим признаком для современных способов получения энергии. Это относится и к энергетике, основанной на сжигании природного топлива, и к атомной энергетике, и к ядерному синтезу. Мир уже свыкся с мыслью, что для получения энергии нужно воздействовать на вещество и на конечной стадии вместе с энергией получать, как неизбежное зло, новое вещество. Более того, такой путь считается чуть ли не единственно возможным. А так ли это? Задача состоит в том, чтобы найти новый энергоноситель и совершенно новые способы получения энергии, свободные от традиционной схемы: "вещество в начале энергопреобразваний – энергия и новое вещество в конце энергопреобразваний".

Очевидно, альтернативой существующим способам получения энергии могут стать только такие, в которых на конечной стадии энергетических преобразований не будет появляться опасное вещество или даже будет совсем отсутствовать вещество, как таковое. Такую задачу уже ставят перед собой ученые. Особенно большой интерес к проблеме новой энергии проявляет космическое агенство США NASA. NASA ставит такие задачи, которые, на первый взгляд, могли бы показаться фантастическими. В 1997 году было проведено заседание рабочей группы, на котором рассматривались новые подходы для достижения научного прорыва в космических исследованиях на основе создания двигателей, не требующих запасов горючего на борту. Рассматривались новые методы получения энергии, в том числе энергии физического вакуума, которые могли бы обеспечить научный прорыв в области создания ракетных двигателей, работающих на новых принципах [14, 15].

1. Сравнение эффектичности современных способов получения энергии.

Основные современные способы получения энергии основаны на химических или ядерных реакциях. В таблице 1 для сравнения приведены приближенные значения удельного энергетического выхода для различных способов получения энергии.

Табл. 1.

Удельный энергетический выход в различных способах получения энергии.

Наименее эффективны способы получения энергии, основанные на сжигании топлива. Атомная энергетика имеет на несколько порядков лучшие показатели. Наиболее эффективным сейчас считается управляемый термоядерный синтез. Во всех приведенных способах процесс получения энергии сопровождается появлением веществ, небезопасных для биосферы. Исходные химические элементы никуда не деваются, а образуют новые химические или ядерные соединения, которые остаются в виде отходов или попадают в атмосферу. Как видим, наиболее распространенный способ, основанный на сжигании энергоносителей, имеет очень малый энергетический выход и вдобавок очень сильно загрязняет окружающую среду. Не являются идеальными и другие способы получения энергии.

Решение проблемы экологической безопасности видят в использовании водорода в качестве энергоносителя. Водород привлекателен тем, что при его сжигании образуется вода – совершенно безопасное вещество. Считается, что по экологической безопасности у водорода нет конкурентов. Однако реализация этой задачи сдерживается большими энергозатратами на получение водорода из воды. Если нефть, газ и уголь - это готовые энергоносители, то водород в чистом виде на Земле отсутствует. Чтобы получить водород его необходимо добыть из воды, на что затрачивается электроэнергия, ранее полученная путем сжигания все тех же традиционных энергоносителей. Поэтому, экологически чистому использованию водорода все равно предшествует экологически опасный способ получения энергии для разложения воды. На рис. 1 приведена схема энергопреобразований при получении и сжигании водорода.

Рис. 1. Схема энергопреобразований при получении и сжигании водорода.

Для того, чтобы водородная энергетика состоялась, нужно, чтобы полученная энергия при сжигании водорода намного превышала затраченную энергию на его получение. Пока эта задача не решена.

Как видим, все традиционные способы получения энергии подпадают под упомянутую выше схему: "вещество в начале энергопреобразований - энергия и новое вещество в конце энергопреобразований". Новое вещество создает серьезные проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды. Не является идеальной в этом плане и водородная технология. Учитывая, что удельный энергетический выход в процессах, основанных на химических реакциях, чрезвычайно мал, то становится понятным, что решение энергетической проблемы необходимо искать на других направлениях. Задача состоит в том, чтобы найти новые способы получения энергии, свободные от недостаков традиционных технологий.

2. Внутренняя структура протона.

Во второй половине прошлого века теоретическая физика пришла к выводу о возможности распада протона [2, 3]. Распад протона представляет собой очень заманчивое явление для цели получения экологически чистой энергии. Протон был открыт в начале 20-х г.г. прошлого века в экспериментах с альфа-частицами. В опытах по рассеянию на протонах электронов и гамма-квантов были получены доказательства существования внутренней структуры у этой частицы. В 1970 г. в Стенфордском центре линейного ускорителя удалось в эксперименте получить прямое свидетельство того, что протон действительно обладает внутренней структурой [1]. Однако, до сих пор отсутствует понимание, на каких принципах строится механизм формирования структуры протона. Из-за этого у протона остается много нераскрытых тайн. Непонятно его происхождение, неизвестна причина его стабильности. Не находит объяснение природа его массы, равная 1836,1526675(39) электронным массам. Из всех тяжелых частиц протон является единственной стабильной частицей. Эта частица является основой всех сложных вещественных образований Вселенной. Мир своим существованием обязан протону. Есть все основания полагать, что раскрытие его внутренней структуры откроет доступ к новым способам получения энергии. Освоение энергии протона может стать важнейшим фактором в решении энергетической проблемы.

Теория внутренней структуры протона изложена в [6, 8, 10], где показано, что структура протона представляет собой фрактальную конструкцию. Фрактал, выявленный в струтуре протона, отражает детерминированный процесс его образования. Открытие фрактальной закономерности образования протона, позволило получить важные характеристики элементарных частиц расчетным путем. В [6, 8, 10] определены фрактальные структуры различных элементарных частиц и найдено математическое описание фрактала протона.

Этапы и закономерность формирования структуры протона приведены на рис. 2. Формирование полной структуры протона происходит за десять шагов структурообразования, что представлено «фрактальным треугольником» [10].

P1 = 1+1

P2 = (2+1)

P3 = 2(2+1)+1

P4 = 2(2(2+1)+1)+1

P5 = 2(2(2(2+1)+1)+1)+1

P6 = 2(2(2(2(2+1)+1)+1)+1)+1

P7 = 2(2(2(2(2(2+1)+1)+1)+1)+1)+1

P8 = 2(2(2(2(2(2(2+1)+1)+1)+1)+1)+1)+1

P9 = 2(2(2(2(2(2(2(2+1)+1)+1)+1)+1)+1)+1)+1

P10 = 2(2(2(2(2(2(2(2(2+1)+1)+1)+1)+1)+1)+1)+1)+1

P11 = 2(2(2(2(2(2(2(2(2(2+1)+1)+1)+1)+1)+1)+1)+1)+1)+1

Рис. 2. Десять этапов формирования структуры протона.

На рис. 2 Рn – количество ветвей фрактала, адекватных зарядово-сопряженным вещественным образованиям. Фрактал протона имеет перекрывающиеся самоподобные структуры различного масштаба. Общая структура представляет собой переплетающийся узор, где завершающий фрагмент субструктуры низшего порядка является одновременно началом субструктуры более высокого порядка (рис. 3). Невозможно отделить или изъять из общей структуры повторяющуюся самоподобную субструктуру, не разрушая при этом весь переплетающийся узор (рис. 3). Протон имеет 10 самоподобных внутренних субструктур, повторяющих в масштабе первичную ячейку фрактала.

mirznanii.com

5 источников энергии, которые заменят нефть

Электричество из волн

Идея использовать волнение моря для получения энергии не то, чтобы нова: заявка на патент волновой мельницы была подана аж в 1799 году. В конце девятнадцатого века кинетическую энергию волн научились преобразовывать в электричество — и только в 2008 в Португалии была запущена первая волновая электростанция. Мощность ее была невелика — всего 2,25 МВт — но зато потенциал волновой энергетики был оценен по достоинству, и теперь аналогичные проекты создаются в десятке стран, включая Россию.

По подсчетам ученых, в перспективе волновая энергетика окажется выгодней, чем ветровая (удельная мощность волн на порядок превышает удельную мощность ветра), а прилегающие к морям страны смогут генерировать до 5% электроэнергии за счет волн.

Энергия вирусов

Представь себе, вирусы — микроскопические вредители, которые переносят болезни — могут быть неплохим источником энергии. Приспособить их для такого использования удалось ученым Национальной лаборатории имени Лоуренса (США). Модифицированный ими вирус-бактериофаг под названием M13 создает электрический заряд при прикосновении к «инфицированной» им поверхности. Иными словами, чтобы получить от него электричество, достаточно провести пальцем, например, по экрану смартфона — делов-то! Правда, максимальный заряд, которого ученым удалось добиться от M13, составлял четверть батарейки AAA. Впрочем, это был лишь первый прорыв в «микроэнергетике»: ученые полагают, что ее потенциал значительно больше.

Биотопливо из водорослей

Другим не менее изобретательным решением стало использование водной растительности в качестве топлива. Получаемая таким образом энергия едва ли сравнится по объемам с энергией, получаемой от добычи нефти и газа, — зато сможет решить проблему загрязнения водоемов, с каждым годом встающую в ряде стран все острее. Скажем, в Японии. Правительство страны ежегодно выделяет немалые суммы на очистку берегов от водорослей — их переработка позволит хотя бы отбить затраченные средства.

Как водоросли превращаются в топливо? Первым делом, собранную растительность помещают в резервуар. Потом при помощи специальных бактерий в нем запускается процесс брожения. При брожении выделяется метан, который в итоге и направляется в электрический генератор.

Как ты понимаешь, получаемой из водорослей энергии недостаточно, чтобы пытаться подключить ей жилые дома — однако она в разы превосходит энергию всех прочих источников биологического топлива, и сравнительно просто добывается. А значит, к ней будут обращаться все чаще.

Энергетический потенциал мирового океана

Волновая энергетика и водоросли — лишь часть источников энергии, доступных благодаря океану. Остальные менее популярны – но не менее перспективны:

Энергия приливов. Для ее получения используются приливные электростанции. Подобные установки существуют уже в десятке стран, включая Россию. По подсчетам ученых, данный источник немногим уступает волновой энергетике.  

Энергия течений. Представляешь, сколько энергии мог бы вырабатывать, скажем, Гольфстрим? И не пытайся: много. Пока что разработкой этого направления занимается Великобритания и США. В Штатах, кстати, уже разработана турбина мощностью 400 кВт.

Энергия температурного градиента морской воды. Или попросту энергия, полученная из разницы между температурой воды на поверхности и на глубине. Сравнительно новый источник, исследуемый главным образом США. Потенциал пока не вполне изучен.

Осмотическая энергия. Называемая также энергией диффузии жидкостей, она получается в местах смешивания соленой и пресной воды. Единственная на данный момент подобная электростанция построена в Норвегии.

Не стоит забывать и про так называемую энергию водного потока. Ничего нового: именно ее выработкой занимаются известные тебе гидроэлектостанции.

Энергия земных недр

Нефть и газ не единственное, зачем стоит бурить землю: геотермальная энергия, или энергия земных недр, однажды сможет составить им конкуренцию. Для ее получения используются геотермальные станции. Устанавливаемые вблизи вулканов, такие установки успешно снабжают энергией Исландию, Японию, Индонезию и ряд других стран. При этом сама магма ими не используется: энергию дает кипящая вода, вроде той, что вырывается на поверхность в гейзерах.

Энергетический потенциал недр не так высок, как у вышеперечисленных источников. Зато этот вид энергии подходит странам, лишенным выхода к морю.

Термоядерная энергия

Сколько бы альтернативная энергетика ни использовала естественные процессы, происходящие на планете, самый мощный источник энергии будет полностью рукотворным. Им станет ITER — Международный экспериментальный термоядерный реактор, способный воссоздавать процессы, происходящие внутри звезд.

Первоначально запуск ITER планировался на 2016 год, однако теперь сроки сдвинулись к началу 30-х. Более того, подключить установку к энергетической сети удастся от силы к 2040. Впрочем, результат стоит ожиданий: выделяемой при термоядерном синтезе энергии должно хватить на несколько стран.

mhealth.ru

Америка заменит нефть на водород - Энергетика и промышленность России - № 5 (33) май 2003 года - WWW.EPRUSSIA.RU

Газета "Энергетика и промышленность России" | № 5 (33) май 2003 года

Российский министр энергетики Игорь Юсуфов впервые участвовал в сессии Международного энергетического агентства.

Он рассказал, что на ближайшие 20 лет Россия рассчитывает остаться одним из ведущих поставщиков энергоресурсов в мире. Никто не возражал. Только министр энергетики США Спенсер Абрахам выразил уверенность в том, что за это время мир уже перейдет на новый вид моторного топлива, основой которого будет водород.

С Международным энергетическим агентством (МЭА) Россия сотрудничает с 1994 года, однако выступить на сессии МЭА в Париже Россию пригласили впервые. МЭА, как известно, проводит постоянный мониторинг энергетических рынков, оценивает дефицит или избыток энергоресурсов, после чего дает рекомендации, к которым прислушиваются мировые рынки, в частности нефтяной. Агентство констатировало, что дефицит запасов нефти у компаний в мировом масштабе (речь идет не о стратегических, а об обыкновенных запасах) составляет сейчас 200 млн. баррелей, поэтому недавнее решение ОПЕК о сокращении с 1 июня добычи на 2 млн. баррелей нефти в сутки не будет способствовать дальнейшему снижению цен. Это отметил, подводя итоги заседания, исполнительный директор МЭА Клод Мандиль. И призвал наращивать запасы нефти (что подтолкнет цены вверх).

Председательствовавший на сессии МЭА министр энергетики Великобритании Брайан Уилсон сказал, что мировые рынки отреагировали на начало военной операции в Ираке гораздо спокойнее, чем реагировали в аналогичных ситуациях в недавнем прошлом: цены колебались меньше, сохраняя относительную стабильность.

Российский министр энергетики Игорь Юсуфов сообщил, что к 2020 году Россия увеличит добычу нефти до 450-520 млн. т в год (в прошлом году страна добыла 380 млн. т), а добыча газа должна вырасти до 700 млрд. куб. м в год (в прошлом году было добыто 595,3 млрд. куб. м газа). При этом вне зависимости от того, станет Россия официальным членом МЭА в ближайшее время или нет, она рассчитывает на особую роль: в 2002 году Россия стала первым экспортером нефти в мире и сдавать позиции не собирается. Слова министра означали, что Россия хочет стать более самостоятельным игроком на энергетическом рынке, балансируя между потребителями ресурсов (странами ОЭСР) и поставщиками (странами ОПЕК). Кстати, ОПЕК, членом которой Россия не является, к ее мнению всегда прислушивается, отметил министр.

На расширение сотрудничества в МЭА согласились. Как заявил господин Мандиль, «процесс принятия России в члены МЭА мог бы занять годы, потому что для того, чтобы стать членом МЭА, ей сначала нужно стать членом ОЭСР». Тем не менее «Москва стала бы ценным дополнением в группе МЭА», - подчеркнул он.

Министр энергетики США Спенсер Абрахам перевел дискуссию в совершенно другое русло - он предложил членам МЭА заглянуть в будущее. И увидел, что весь мир через 20 лет (а развитые страны намного раньше) перейдет на новый вид моторного топлива, так что их зависимость от нефти (а значит, в какой-то степени и от России) уменьшится радикально. По словам американского министра, в предстоящие пять лет Соединенные Штаты намерены потратить $1,7 млрд. на разработку водородного двигателя, а Европейский союз выделит $2 млрд. на исследования по созданию как водородного топлива, так и других возобновляемых видов энергии. «Объединив наши усилия, мы сможем значительно приблизить тот день, когда каждый сможет купить работающий на водородном топливе автомобиль по доступной цене», - решительно заявил он. И если верить решительности американцев, то России остается совсем немного времени на то, чтобы насладиться ролью ведущего мирового поставщика нефти.

www.eprussia.ru

Анализ влияния неоднородности электрического поля на интенсивность обезвоживания нефти

скачать файл

К.В. Таранцев, (к.т.н., доцент)

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ НЕОДНОРОДНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ НЕФТИ

(обзор патентованной литературы)

г. Пенза, Пензенский государственный университет

В настоящее время для обезвоживания нефти на электрообессоливающих установках применяются электродегидраторы для разделения эмульсий типа вода в нефти.

Разделение эмульсии в электродегидраторах может проходить в однородном и неоднородном электрическом поле. Практика показывает, что данный процесс более эффективен в неоднородном электрическом поле. Ниже проведен анализ влияния неоднородности электрического поля на интенсивность обезвоживания нефти на основе патентов.

На ранних этапах нефтедобычи на промыслах США устанавливали вертикальные электродегидраторы, которые были выполнены в виде сварного газонепроницаемого резервуара, снабжённого двумя электродами, из которых один изолирован и от корпуса резервуара и от земли, а другой заземлён [1].

Нефть с водой вводилась в дегидратор через центральную впускную трубу, поднималась вверх, распределялась специальным распределителем в области электрического поля и подвергалась обработке. Освобождённая от воды нефть непрерывно поднималась в верхнюю часть дегидратора и отсюда подавалась в складские резервуары; вода отводилась автоматически из нижней части дегидратора непрерывным потоком.

Применялись дегидраторы нескольких размеров. Стандартный дегидратор, применявшийся на установках периодической обработки или на установках для работы на дополнительных линиях, имел 3,04 м в диаметре и 3,66 м в высоту и обладал ёмкостью порядка 28,5 м3 (рис. 1) [1]. Производительность таких установок составляла от 158 до 635 м3 чистой нефти в сутки.

Рис. 1. Схема дегидратора с горизонтальным неоднородным полем [1].

В США применялись вертикальные электрические дегидраторы с электродами типа горизонтального неоднородного (концентрированного) поля (H.C.F.) и электродами типа концентрических колец (C.R.).

Высокая напряженность поля, через которую проходит эмульсия, специфически сформированные пути движения жидкости и радиальное положение электродов, являются основными особенностями этих конструкций. Дегидратор данного типа с успехом разрушал чрезвычайно стойкие эмульсии и применялся главным образом для периодической обработки.

В дегидраторе [3] (рис. 2) на изоляторе 14 подвешен сложносоставной электрод, выполненный в виде трубы Вентури с закрепленными на выходе из диффузора 24 осадительными полками 18, 20, 21.

Рис. 2. Схематическое изображение электродегидратора [3]: а - вертикальное сечение; б - горизонтальное сечение, взятое по линии 2-2; в - сечение, поясняющее устройство сопла.

Аппарат перед началом работы заполняется сухой нефтью. Эмульсия поступает на обработку через сопло 30. Внутри сопла, соосно закреплен заземленный электрод 31`. Поступающая эмульсия увлекает в движение осушенную нефть как обозначено стрелками 45, которая образует диэлектрический барьер и препятствует короткому замыканию электродов. Направление движения потоков в корпусе аппарата организовано так, что они не препятствуют процессу осаждения капелек воды из нефти. Кроме того, между внешними краями дисковых электродов и стенкой корпуса аппарата образуется дополнительное поле, способствующее процессу коалесценции капель.

В следующей конструкции электродегидратора [5] (рис. 3) имеется две зоны обработки. Эмульсия поступает вначале в поле высокой напряженности и интенсивной циркуляции между соплом-электродом 30 и электродом Вентури 21, а затем в поле меньшей напряженности, меньших скоростей циркуляции и меньшего содержания воды, между заземленным корпусом 11 и экраном 16. Нижний экран 40 позволяет организовать еще одну зону обработки 43, и предотвращает пробой на границе раздела воды с нефтью.

Рис. 3. Схематическое изображение электродегидратора [5]: а - вертикальное сечение; б - горизонтальное сечение, взятое по линии 2-2; в - сечение, поясняющее устройство сопла.

Патент [7] (рис. 4) основан на возможности эффективного расслоения эмульсий в результате прохождения ламинарного потока эмульсии, через область действия пульсирующего электрического поля при условии поддержания плотности электрического тока приблизительно одинаковой в различных точках потока эмульсии. Разделение эмульсии достигается, при протекании ее относительно тонким плавным потоком между расходящимися электродами значительной длины. Поток сырой нефтяной эмульсии течет между концентрическими электродами противоположной полярности. Один или оба электродов, расходятся так, чтобы электрическое сопротивление во время расслоения эмульсии не менялось. В расширяющемся кольцевом пространстве происходит последовательная перестройка водных частиц, и отделение образовавшихся капель на последующих стадиях разделения в отстойнике. Если угол расхождения электродов подобран в соответствии со свойствами эмульсии, т.е. если напряженность поля между электродами без эмульсии возрастает пропорционально изменению проводимости эмульсии, то поддерживается постоянной напряженность поля между электродами при заполненном рабочем пространстве.

Рис. 4. Продольное сечение конструкции электродов [7]; а - диаграмма, иллюстрирующая электрическое и механическое функционирование электродов; б, в - схемы, иллюстрирующие комбинации электродов.

Постоянный ток позволяет эффективно разрушать эмульсии в случаях, когда она свободна от твердых коллоидных частиц. В многих случаях, эти частицы присутствуют, наблюдается эффект катофореза, который вызывает быструю инкрустацию отрицательного электрода, последующее нагревание и снижение напряжения, и в присутствии солей в воде эмульсии приводит к электролизу и выделению газов.

Авторы [7] избегают катафореза, поляризации и существенно уменьшают электролиз при помощи переменного тока. Преимуществами данного способа являются его меньшая стоимость и большее удобство работы и контроля. Поскольку эмульсии, могут содержать разное количество твердых частиц, необходимо, достаточно быстрое чередование полярности, для предотвращения любого перемещения твердых частиц к электродам. Для большинства эмульсий коммерческая частота тока 50 или 60 Герц достаточна, чтобы предотвратить катафорез.

После входа в заряженную зону 2, 3, пленки, окружающие капли воды находятся на грани разрыва и обеспечивают достаточную проводимость между электродами 1 и 4 через воду. Это состояние показано на рисунке 4 символом 5, иллюстрирующим физическое состояние в котором, водные капли являются теперь смежными и пленка разрывается. Это начало роста капельки.

Таким образом, капли собираются в цепочки и по мере продвижения потока происходит образование и перераспределение цепочек капель воды, как показано на рисунке 4 символами 6a, 6b, 6c, 6d, и 6e.

Расположение электродов в данном изобретении отличается от других, в которых электроды параллельны или сходятся в направлении потока эмульсии. Это позволяет уменьшить скорость течения эмульсии между отклоняющимися электродами и предотвратить повторное эмульгирование.

При движении эмульсии вдоль электродов расположенных на равном расстоянии (рис. 4,б) образующиеся мостики из капель увеличиваются по мере прохождения потока. Основное количество электричества проходит в месте выхода эмульсии из рабочей зоны. В результате электроды, используемые в экспериментах, корродируют на выходе. В конструкции показанной на рис.4,в корродирует фактически вся поверхность электродов, что свидетельствует о более равномерном распределении количества электричества в активной зоне.

Кроме того, в экспериментах с переменным током частотой 50 Герц, для эффективного расслоения эмульсии необходимо обеспечить 15 до 25 циклов обработки между ее входом и выходом из активной зоны. Условие, не достижимое для конструкции, показанной на рис. 4,б, где активная зона сконцентрирована вдоль очень короткого пути эмульсии и необходимое время для расслоения не достигается. Таким образом, конструкция, показанная на рис. 4,б не может обеспечить эффективное решение.

Авторы указывают, что угол раскрытия электродов не может быть предсказан для неизвестной эмульсии, он должен быть найден в результате лабораторных исследований. Хорошие результаты были получены с углами раскрытия, изменяющимися от 1:5 до 1:25, большие углы, более пригодны к влажным эмульсиям. Наиболее оптимальным расстоянием между электродами является то, которое позволяет обеспечить напряжение от 100 до 3 000 Вт (обычно оно составляет от 300 до 1 500 Вт).

В работе [8], представлены метод и аппарат для разделения жидкостей в электрическом поле постепенно уменьшающейся напряженности. Поле создается источником постоянного тока. В корпусе аппарата (рис. 5) установлены электроды электроды 12 и 13, выполненные из пластин постепенно расходящихся под углом, регулирующим степень уменьшения напряженности электрического поля вдоль потока 6. Эмульсия первоначально поступает в полость 2 по стрелке 3. Через горизонтальный патрубок 4, установленный в перегородке 5 она направляется в пространство между электродами 12 и 13. Направление потока эмульсии, обозначено стрелкой 6. Длина этого пути выбирается так, чтобы времени пребывания эмульсии в корпусе электродегидратора было достаточно для коагуляции мелких капель и их последующего расслоения на два отдельных потока: воды 7 и нефти 8. Патрубки для раздельного выхода нефти 9 и воды 10 установлены в стенке 11.

Рис. 5. Схематическое изображение электродегидратора [8]

На рисунке 6 показана конструкция электродегидратора [8], в котором электрод выполнен в форме конуса установленного внутри трубопровода 20. Нефтяная эмульсия, течет в направлении стрелки 32. После процесса разделения, менее плотная, т.е. более легкая нефть поднимается вверх и выходит из трубопровода 20 через патрубок 22, а более плотная и более тяжелая вода выходит вниз и из сборника 23.

Рис. 6. Схематическое изображение электродегидратора [8]

Выпрямитель 30 включен в схему так, что положительный заряд подается на электрод 29, в то время как на электрод 25 подается отрицательный заряд через выпрямитель 31.

Пространственное расхождение электродов позволяет постепенно уменьшать силу электрического поля. Если на рис. 8 электроды выполнены из плоских, расходящихся пластин, то, как показано на рис. 6, уменьшения напряженности поля можно добиться, выполнив электроды в форме конуса и трубы. В обоих случаях, напряженность электрического поля уменьшается вдоль потока жидкости.

Равномерное распределение потока в рабочие пространства между электродами можно осуществить с помощью перегородок 42 и 43 установленных вдоль боковых сторон корпуса 40. У каждой перегородки есть ряд патрубков, через которые эмульсия поступает в пространство между отклоняющимися плоскими электродами. Вода сливается в большие капли, осаждается в результате совместного действия электрического и гравитационного полей, и формирует слой воды 54. Нефть, лишенная воды, формирует слой 55 выше электродов (рис.7).

Рис. 7. Схематическое изображение вида сверху электродегидратора [8], в котором установлен пакет электродов: а – поперечное сечение корпуса электродегидратора по линии 4—4.

В патенте [9] предлагается сформировать множество электростатических полей так, чтобы эффективно разделить жидкости составляющие эмульсию. Эмульсия сначала поступает в электростатическое поле между изолированными электродами. Затем перетекает в электростатическое поле между неизолированными электродами. Заключительная стадия - прохождение почти полностью расслоившейся эмульсии через электростатическое поле между электродами, которые устроены так, чтобы напряженность поля уменьшалась в направлении движения жидкости.

Давней проблемой расслоения эмульсий воды в нефти является их переменная диэлектрическая проницаемость. Трудно точно указать предел, при котором увеличивающееся количество водной фазы в эмульсии понижает электропроводность эмульсии до величины, при которой напряжения на электродах будет не достаточно для поддержания электростатического поля. При практическом использовании электродегидраторов не всегда удается определить уровень проводимости, при котором происходит короткое замыкание между электродами. На практике эту проблему решают установкой дополнительного электрического изолятора между заряженными электродами.

В патенте [10] пульсирующее напряжение, подаваемое периодически на электроды, вызывает пульсирующее однонаправленное перемещение капель воды. Это позволяет расслаивать эмульсий с относительно широким диапазоном концентрации воды в нефти и менее и более 1%. Патент однозначно определяет «влажную» эмульсию, как эмульсию с содержанием больше 1% воды, в то время как «сухие» эмульсии, определены с содержанием менее 1%. Так как сложно расслаивать эмульсии с содержанием воды значительно превышающем 1%, то необходимо использовать другие средства и методы для уменьшения содержания воды в нефти до 1 % и менее. Для расслоения эмульсий до требуемого уровня содержания воды рекомендуется использовать поля с пульсирующим однонаправленным напряжением. Требования к добытой нефти в ряде случаев определяют содержание капель воды размером 100 микрометров или меньше. В связи с этим актуально постепенное уменьшение напряженности.

На рисунке 8 приведена схема, поясняющая механизм процесса.

Рис. 8 Элементы конструкции для генерации третьего электростатического поля [9].

Анализ конструкции представленной на рисунке 11 позволил авторам [9] сделать вывод, что вертикальный цилиндрический корпус может эффективно выполнять функцию производственной установки для обезвоживания добываемой нефти в небольших количествах.

Однако горизонтальное расположение для электродегидраторов предпочтительнее, чем вертикальное. Обслуживание, ремонт и замена элементов оборудования на горизонтальном корпусе аппарата удобнее, чем на вертикальном.

На рисунке 9 [9] изображена конструкция электродегидратора, реализованная в горизонтально расположенном корпусе. Форма и расположение электродов 41,42 показаны на рисунке 14.

Рис. 9 Сечение горизонтального электродегидратора [9]: а – схема потоков; б – движение потоков в сечении вдоль линий 5-5.

Таким образом, оба варианта патента предусматривают наличие трех электростатических полей, через которые последовательно проходит эмульсия. На основе данного изобретения были созданы лабораторные модели, а впоследствии промышленное оборудование.

На рис. 10 представлен график, построенный на основе экспериментальных данных для эмульсии с 12% воды, полученными авторами патента [9]. По оси абсцисс отложено процентное содержание воды, остающейся в эмульсии после того, как эмульсия прошла через аппарат. По оси ординат - пропускная способность в баррелях эмульсии в сутки на квадратный фут электродной области. А - типовые аппараты в виде горизонтального цилиндрического корпуса соответствующего рис. 34, и вертикальных электродов 40 расположенных на расстоянии 8 дюймов друг от друга. Б - с расстоянием между электродами 3 дюйма. Большая интенсивность электростатического поля, поддерживаемого между электродами расположенными на расстоянии 3", менее эффективна, чем в случае расстояния 8" и содержание воды можно уменьшить только до достижения 2 %. С – данные, полученные для разработанного авторами аппарата [9]. Согласно полученным данным конструкции соответствующие изобретению [9] позволяли снизить содержание воды в нефти до концентрации 0,5 % и ниже.

Рис. 10 Рабочие характеристики конструкции: А, Б - типовые аппараты, с расстоянием между электродами 3 и 8 дюймов ; С – данные для аппарата [9]

Список литературы.

1. Ши Г. Б. Нефтяные эмульсии и методы борьбы с ними. – М.: ГНТИ НГЛ, 1946, 138 с. 2. патент США № 1838979. 3. патент США № 1838932. 4. патент США № 1838934. 5. патент США № 1838926. 6. патент США № 2033137. 7. патент США № 2092491. 8. патент США № 4126537. 9. патент США № 4308127. 10. патент США № 3847775

скачать файл

www.vesnat.ru