Ученые из Пермского Политеха и Института механики сплошных сред УрO РАН нашли способ повысить эффективность очистки нефти от воды и других примесей.

Математическая модель позволит изучить физические процессы на молекулярном уровне, которые происходят под влиянием электрического поля.

Нефть - это сложная смесь углеводородов с различными молекулярными массами и другими химическими соединениями, и при извлечении из пласта она содержит в т.ч. воду, что нежелательно для дальнейшей обработки, поэтому важно разделять эти жидкости.

Для решения этой проблемы часто используют методы, основанные на действии электрического поля. Нефть и содержащиеся в ней примеси обычно слабо проводят ток.

Одной из проблем добычи и первичной переработки нефти является очистка нефти от воды. Вода содержится в добываемой смеси в виде эмульсии, поэтому она трудно отделяется от нефтяных масел. Поэтому смесь часто разделяют с помощью методов, основанных на применении электрического поля. Капли смеси под действием неоднородного электрического поля отклоняются от направления общего потока эмульсии, поэтому микроскопические капли воды сливаются в более крупные, и затем их извлекают из нефти. Это возможно за счет неоднородного электрического поля. Причем переменное электрическое поле работает не менее эффективно, чем постоянное. Однако в переменном электрическом поле этому процессу могут сопутствовать другие физические процессы и явления. Некоторые из них снижают эффективность разделения смеси.

Одной из причин, которая мешает каплям воды сливаться, является электроконвекция. Электрическое поле может вызывать в нефти различные электрогидродинамические течения. Основной механизм неустойчивости связан с накоплением заряда. В слабопроводящей жидкости он возникает за счет разложения молекул на ионы или введения ионов с электродов. Ранее считалось, что замена постоянного электрического поля переменным препятствует возникновению неустойчивости. Но, по словам ученых, она может возникать из-за резонансных явлений при колебаниях поля.

Ученые из Пермского Политеха и Института механики сплошных сред УрО РАН провели экспериментальные исследования поведения смеси бензола и хлорбензола, которая имитировала свойства нефти. Ее подвергли воздействию колеблющегося неоднородного электрического поля с частотой 50 Гц. Разработчики выявили, что в смеси образуется конвекция, а неустойчивость обеспечивается за счет доли хлорбензола выше 0,4.

Ученые создали математическую модель конвекции, которая позволяет рассчитывать перемещение электронов и концентрацию ионов в жидкости. Для возникновения конвекции нужен заряд в толще среды, который попадает туда с помощью электронов. Также ученые провели численное моделирование, которое демонстрирует структуру конвективного течения. Эта структура совпадает с данными, полученными в ходе экспериментов. В результате исследований учеными была создана оригинальная физическая модель возникновения электроконвекции в диэлектрической жидкости в переменном электрическом поле.

Результаты работы пермских ученых можно использовать в процессе добычи и первичной обработки нефти. Это позволит более эффективно очищать ее от воды и других примесей.

Источник: neftegaz.ru