Qu'est-ce qu'un séparateur d'huile et d'eau: principes de fonctionnement, types et applications

Pour répondre à la question fondamentale:Qu'est-ce qu'un séparateur d'huile et d'eau et comment fonctionne-t-il?Un séparateur d'eau-huile est un récipient ou un canal qui élimine l'huile libre et dispersée des eaux usées industrielles en exploitant la différence de densité entre les deux phases immiscibles.La séparation suit la loi de Stokes, où la vitesse de montée d'une goutte d'huile est v = g x d2 x (rho_eau - rho_huile) / (18 x mu), donc une goutte de 150 micromètres de 850 kg/m3 d'huile dans l'eau monte à environ 3-4 mm/s.le séparateur doit ralentir suffisamment le liquide en vrac pour que la gouttelette atteigne la surface avant que l'eau ne sorte.Un séparateur de gravité conventionnel API 421 limite donc la vitesse horizontale à 0,9 m/min (3 pi/min), maintient le nombre de Reynolds inférieur à 2,000, et utilise un rapport profondeur/largeur de 0,3-0.5Les unités de taille appropriée réduisent l'huile entrante de 100 à 1 000 mg/L à 10 à 50 mg/L, tandis que les étapes de polissage atteignent les limites de décharge de 10 à 15 ppm fixées par les régulateurs et par l'OMI MEPC.107 ((49) pour l'eau de cale à bord du navire.

Quatre principes physiques déterminent si un séparateur répond à ses spécifications de sortie:

• Différence de densité et loi de Stokes:Tout commence par la différence de densité entre les phases huile et eau.18 g/cm3Le pétrole brut, le bitume et certaines huiles synthétiques atteignent 950 à 1.010 kg/m3 et se séparent très lentement ou pas du tout.la moitié de la taille des gouttelettes les quarts de la hausse: une gouttelette de 300 micromètres s'élève à environ 12 mm/s tandis qu'une gouttelette de 75 micromètres ne gère que 1 mm/s. C'est précisément pour cela que les séparateurs sont spécifiés par leur taille de coupe,et pourquoi n'importe quel dispositif en amont qui coupe des gouttelettes plus petites, comme une pompe centrifuge ou une vanne d'étranglement, détruit discrètement les performances du séparateur en aval.
• Temps de séjour et flux calme:Un séparateur est un dispositif pour acheter du temps. Le liquide doit rester dans le récipient assez longtemps pour que la gouttelette de conception se déplace du fond du flux vers la surface,qui dans un séparateur API signifie de l'inverse à la surface de l'eau, généralement 1,5-3 m. Avec une vitesse de montée de 3 mm/s qui nécessite 500-1000 secondes de rétention, ou 8-17 minutes,et la longueur du récipient résulte de la division de la rétention requise par la vitesse horizontale admissibleLa turbulence détruit ce calcul, de sorte que les distributeurs d'entrée, les déflecteurs perforés et une longue zone d'arrêt sont obligatoires,et les concepteurs vérifient les performances en vérifiant que le nombre de Reynolds reste inférieur à 2, 000 et idéalement inférieur à 500 dans la zone de séparation.
• Coalescence et croissance des gouttelettes:La gravité seule ne peut pas éliminer les gouttelettes inférieures à environ 50 à 60 micromètres dans un bassin de taille raisonnable, de sorte que la plupart des séparateurs modernes ajoutent un milieu de coalescence.Dans un intercepteur de plaques ondulées, l'eau coule à travers une pile de plaques espacées de 20 à 40 mm, réglées à 45 à 60 degrésLes gouttelettes ne s'élèvent qu'à une courte distance de la face inférieure de la plaque située au-dessus, se fondent en un film, et le film s'écoule ensuite vers le haut le long de la plaque jusqu'au canal de collecte.Parce que la distance de dépôt effective passe de mètres à centimètres, un IPC permet la même séparation dans 20 à 50% de l'empreinte d'un bassin API ouvert.qui doit être drainé régulièrement, sinon la pile s'enfonce et perd entièrement son avantage..
• Flotation et assistance chimique:Lorsque l'huile est émulsifiée ou que les gouttelettes sont stabilisées par des tensioactifs, la séparation par gravité échoue et l'usine passe à la flottaison.La flotation à air dissous sature un flux de recyclage d'air à 300 à 600 kPa et le libère par une vanne à aiguille ou un éducteur à pression atmosphérique, produisant un nuage de bulles de 10 à 100 micromètres qui se fixent aux gouttelettes d'huile et les transportent à la surface, où un skimmer enlève le flotteur.un polyelectrolyte cationique ou anionique décompose l'émulsion, et un coagulant de sel ferrique ou d'aluminium déstabilise la charge.mais une surdose rétablit l'émulsion et rend l'effluent pire que le fait de ne pas traiter du tout.

La sélection est déterminée par la concentration d'huile à l'entrée, la répartition de la taille des gouttelettes, l'espace disponible sur la parcelle et la limite de décharge à respecter:

• Séparateur de gravité API:Conception de référence pour les eaux huileuses de raffinerie et pétrochimiques, normalisée dans l'API 421 et utilisée depuis longtemps comme première étape de traitement.Il s'agit d'un long bassin de béton rectangulaire avec un skimmer de vol à chaîne balayant l'huile flottante vers un tuyau en fente à l'extrémité en aval, et un grattoir de boues transportant les solides déposés vers une trémie à l'entrée.Sa faiblesse est l' empreinte.: le traitement de 1 000 m3/h à une tranche de 150 micromètres nécessite un bassin d'environ 40 à 60 m de long.
• Intercepteur de plaque ondulée et intercepteur de plaque inclinée:Un CPI ou un TPI emballe le même principe de séparation dans un réservoir en acier d'une fraction de la taille, en utilisant la pile de plaques parallèles décrite ci-dessus.L'espacement des plaques de 20-40 mm et une inclinaison de 45-60 degrés permettent aux solides de migrer vers le bas tandis que les films d'huile migrent vers le hautCes unités sont fabriquées en usine, montées sur des patins, et traitent généralement 5 à 500 m3/h, ce qui en fait le choix standard pour les plates-formes offshore, les terminaux,et rénovations d'installations où un nouveau bassin de béton ne peut pas être verséElles sont plus sujettes à l'encrassement par les solides et les graisses lourdes qu'un bassin ouvert, de sorte que le dépistage en amont et le nettoyage régulier des plaques ne sont pas négociables.
• Flotation à l'air dissous et à l'air induit:Les unités de flottation traitent ce que la gravité ne peut pas: l'huile émulsionnée et les fines gouttelettes dispersées dans la gamme de 5 à 50 micromètres.Le DAF utilise le flux de recyclage sous pression décrit précédemment et est courant dans le traitement des effluents de raffinerie et pétrochimique comme étape secondaire après le séparateur APIL'IGF disperse le gaz mécaniquement à l'aide d'un éducteur induit par une roue ou d'un rotor éclaboussé, en évitant le récipient de saturation et la pompe et en tolérant des solides plus élevés.les deux produisent un flux de dépôts flottants de 1 à 5% d'huile qui doit être redirigé pour récupération ou élimination., et les deux sont sensibles aux surtensions de débit, de sorte que l'égalisation en amont est une exigence de conception plutôt qu'une option.
• Hydrocyclones, refroidisseurs et polisseurs à membrane:Là où l'espace est à prix premium, comme sur les plateformes offshore,les hydrocyclones liquide-liquide tournent le courant à grande vitesse de sorte que l'eau plus lourde est jetée sur la paroi et le noyau d'huile plus léger est tiré par le détecteur de vortexIls sont compacts et sans pièces mobiles, mais nécessitent une chute de pression de 200 à 500 kPa, sont intolérants aux solides et aux gaz,et leurs performances diminuent fortement en bas de 40-50% du flux de conceptionPour le polissage à très bas niveaux, un filtre à cartouche coalescente ou une unité à ultrafiltration ou à membrane céramique peut faire descendre l'huile en dessous de 5 à 10 ppm,au prix du remplacement régulier des supports et d'un flux de concentrés qui doit être manipulé.

Q: Quelle est la différence entre un séparateur d'huile et d'eau et un séparateur d'API?

A: Un séparateur d'huile et d'eau est la catégorie générale qui englobe tout dispositif qui sépare l'huile de l'eau.tandis qu'un séparateur API est une conception de gravité spécifique normalisée par l'American Petroleum Institute dans API 421Un séparateur d'API est un long bassin rectangulaire avec un skimmer de vol et un grattoir de boue de taille pour éliminer les gouttelettes supérieures à 150 micromètres, tenant généralement la vitesse horizontale à 0.9 m/min et le nombre de Reynolds inférieur à 2,000En effet, il s'agit d'un bassin ouvert qui tolère bien les charges de limaces et de solides, mais nécessite une grande surface de terrain.les hydrocyclones et les coalescors sont les étapes secondaires ou de polissage qui la suivent.

Q: Quelle concentration d'huile peut atteindre un séparateur d'huile et d'eau?

R: Cela dépend de la technologie et de la répartition de la taille des gouttelettes à l'entrée.puisqu'il ne retire que l'huile libreUn intercepteur à plaques ondulées améliore cette valeur à 20 à 60 mg/l. L'ajout de DAF assisté chimiquement amène l'effluent dans la fourchette de 10 à 30 mg/l.et une phase de polissage par coalescence ou membrane peut atteindre moins de 5-10 mg/lPour l'eau de fond de navire, la limite réglementaire est de 15 ppm selon l'OMI MEPC.107 ((49),qui est rempli d'un séparateur d'eau huileuse dédié à l'aide d'une étape de coagulation et de filtration suivie d'un moniteur de teneur en huile et d'une soupape automatique à bord.

Q: Pourquoi un séparateur d'huile et d'eau cesse-t-il soudain de fonctionner?

R: Quatre causes expliquent la plupart des défaillances.une vanne de contrôle d'étranglement ou une restriction partiellement fermée émulsionne l'huile en gouttelettes inférieures à la taille de coupe de conceptionL'accumulation de solides: boues, écailles et boues remplissent le bassin ou le pont à travers la plaque, réduisant le volume effectif et le débit de court-circuit.Chute de température: la viscosité de l'eau augmente fortement à mesure qu'elle se refroidit, et puisque la vitesse de hausse est inversement proportionnelle à la viscosité, une unité qui fonctionne en été peut échouer en hiver.un nouveau tensioactif, agent nettoyant ou inhibiteur de la corrosion dans le flux de déchets stabilise l'émulsion et défait entièrement la séparation par gravité.

Q: Quelle est la taille d'un séparateur d'huile et d'eau?

R: Commencez par la taille de coupe des gouttelettes de conception, généralement de 150 micromètres pour les API,et calculer la vitesse de montée avec la loi de Stokes en utilisant les densités réelles d'huile et d'eau à la température de fonctionnement plutôt qu'à la température ambiante- régler la vitesse horizontale à 0,9 m/min et le rapport profondeur/largeur entre 0,3 et 0,5, puis vérifiez que le nombre de Reynolds est inférieur à 2,000. La longueur du récipient résulte de la vitesse horizontale multipliée par le temps de rétention requis, qui est la profondeur de séparation divisée par la vitesse de montée des gouttelettes. Appliquez toujours un facteur de sécurité de 1.5 à 2.0 pour les turbulences à l'entrée, confirmer le comportement de déclenchement jusqu'à 30 à 40% du débit de conception et ajouter une alarme de niveau d'huile et un contrôle automatique du dégagement pour empêcher le transfert d'huile pendant les charges de limaces.