Коагулятор — это устройство, вызывающее коалесценцию в среде. Они в основном используются для разделения эмульсий на компоненты посредством различных процессов, действующих в обратном порядке по отношению к эмульгатору .
Коалесцеры бывают двух основных типов: механические и электростатические. Механические коалесцеры используют фильтры или перегородки для коалесценции капель, в то время как электростатические коалесцеры используют электрические поля постоянного или переменного тока (или их комбинации).
Механические коагуляторы, которые являются более распространенным типом коагуляторов, работают путем физического изменения капли механическими средствами. Они обычно применяются в мировой нефтегазовой промышленности для удаления воды или углеводородного конденсата. Хотя коагуляторы по определению функционируют как инструмент разделения жидкостей, их также используют и ошибочно называют фильтрами .
В области очистки сжатого воздуха коалесцирующие фильтры используются для отделения жидкой воды и масла от сжатого воздуха с помощью эффекта коалесценции. Коалесценция (физика) показывает, как коалесцирующие фильтры, работающие при более низких температурах и высоких давлениях, работают лучше. [1] Эти фильтры дополнительно удаляют частицы. Наиболее часто используемым носителем в этом случае является боросиликатное микроволокно.
В нефтегазовой, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности коагуляторы жидкость-газ широко используются для удаления воды и углеводородных жидкостей до уровня менее 0,011 мВт (плюс твердых частиц размером менее 0,3 мкм) из природного газа с целью обеспечения качества природного газа и защиты оборудования, расположенного ниже по течению, такого как компрессоры, газовые турбины , аминовые или гликолевые абсорберы, молекулярные сита , PSA, измерительные станции, защитные слои ртути, газовые нагреватели или печи, теплообменники или мембраны для очистки газа-газа.
В газовой промышленности коагуляторы газа/жидкости используются для извлечения смазочного масла после компрессора. Все жидкости будут удалены, но извлечение смазочного масла является основной причиной установки коагулятора на выходе компрессора. Жидкости из зоны выше компрессора, которые могут включать аэрозольные частицы, увлеченные жидкости или большие объемы жидкостей, называемые «пробками», и которые могут быть водой и/или комбинацией углеводородных жидкостей, должны быть удалены фильтром/коалесцирующим сосудом, расположенным выше компрессора. Эффективность коагуляторов газа/жидкости обычно составляет 0,3 мкм (0,3 микрона) частиц жидкости, с эффективностью до 99,98%.
Коагуляторы жидкость-жидкость также могут использоваться для отделения углеводородов от водных фаз, например, для удаления нефти из пластовой воды. Они также использовались для удаления пиролизного бензина (бензола) из охлаждающей воды на этиленовых заводах, хотя в этом случае постоянная смена картриджей может привести к воздействию BTX (бензол, толуол и ксилол) на оператора, а также к проблемам утилизации и высоким эксплуатационным расходам из-за частой замены.
Электростатические коагуляторы используют электрические поля для индуцирования коалесценции капель в эмульсиях вода-в-сырой нефти с целью увеличения размера капель. Квадратичная зависимость диаметра капель в законе Стокса увеличивает скорость осаждения и дестабилизирует эмульсию. Воздействие на капли воды возникает из-за совершенно разных диэлектрических свойств проводящих капель воды, диспергированных в изолирующем масле. Капли воды имеют диэлектрическую проницаемость, которая намного выше, чем у окружающего масла. Кроме того, вода с растворенной солью также является очень хорошим проводником. Когда незаряженная капля подвергается воздействию переменного электрического поля, поле поляризует каплю, создавая электрическое поле вокруг капли, чтобы противодействовать внешнему полю. Поскольку капля воды очень проводящая, индуцированные заряды будут находиться на поверхности. Капля не имеет чистого заряда, но имеет одну положительную и одну отрицательную сторону. Внутри капли электрическое поле равно нулю. Когда две капли с индуцированными диполями приближаются друг к другу, они испытывают силу, притягивающую капли друг к другу до тех пор, пока они не сольются.
При добыче нефти попутно добываемая вода смешивается с нефтью в дроссельных клапанах и технологическом оборудовании, производя эмульсии типа «вода в нефти». Количество воды увеличивается в течение срока эксплуатации резервуара. Эмульсии дестабилизируются с помощью гравитационных сепараторов, а скорость осаждения увеличивается за счет применения тепла, деэмульгаторов и переменного электрического поля. Переменное электрическое поле вызывает силы притяжения между каплями воды и увеличивает вероятность коалесценции при контакте. Согласно закону Стокса, скорость осаждения увеличивается пропорционально квадрату диаметра капли. Способствуя коалесценции мелких капель воды, скорость осаждения может быть значительно увеличена. Содержание воды обычно снижается до менее 0,5 об.%, если это конечная стадия обработки перед экспортом сырой нефти.
Типичные электростатические коагуляторы представляют собой большие отстойники, содержащие электроды, и работают в условиях ламинарного потока с голыми электродами, которые могут быть уязвимы к короткому замыканию. Альтернативой этому типу коагулятора является проточный предварительный коагулятор, который устанавливается выше по потоку в сепараторном резервуаре. В компактном электростатическом коагуляторе [2] коалесценция капель достигается путем приложения электрических полей переменного тока (50–60 Гц) к эмульсиям вода-в-масле в условиях турбулентного потока. Турбулентность увеличивает частоту столкновений между каплями воды. Электроды изолированы для предотвращения короткого замыкания и допускают содержание воды до 40%, а также водяные пробки. Оборудование представляет собой отдельную проточную секцию электростатической обработки, установленную выше по потоку от гравитационного сепаратора для повышения производительности. Разделяя секции обработки и осаждения, можно получить компактный электростатический коагулятор, который также может быть модернизирован.
Коагуляторы жидкость-жидкость также широко используются в нефтеперерабатывающей промышленности для удаления последних следов загрязняющих веществ, таких как амин или каустик, из промежуточных продуктов на нефтеперерабатывающих заводах, а также для последней стадии обезвоживания конечных продуктов, таких как керосин (авиатопливо), сжиженный нефтяной газ, бензин и дизельное топливо до менее чем 15 мВт свободной воды в углеводородной фазе. Эти коагуляторы часто являются электростатическими, в которых электрическое поле постоянного тока побуждает капли воды коалесцировать, таким образом, оседая под действием силы тяжести.