Ποια είναι η καλύτερη μέθοδος διαχωρισμού για λάδι και νερό: Οδηγός επιλογής

Απαντώντας στη βασική ερώτηση:Ποια είναι η καλύτερη μέθοδος διαχωρισμού λαδιού και νερού;Δεν υπάρχει ενιαία καλύτερη μέθοδος. το σωστό καθορίζεται από το μέγεθος σταγονιδίων του λαδιού στο νερό, και όλα τα άλλα απορρέουν από αυτό. Το ελεύθερο λάδι, σταγονίδια άνω των 150 μικρομέτρων, διαχωρίζεται μόνο με τη βαρύτητα σε διαχωριστή API 421, φτάνοντας τα 50-150 mg/L. Το διασκορπισμένο λάδι 20-150 μικρομέτρων χρειάζεται έναν αναχαιτιστή συσκευασίας πλακών ή έναν υδροκυκλώνα, που φτάνει τα 20-60 mg/L. Το γαλακτωματοποιημένο λάδι κάτω από 20 μικρόμετρα δεν καθιζάνει καθόλου και απαιτεί επίπλευση διαλυμένου αέρα με χημική πήξη, που φτάνει τα 10-30 mg/L. Το διαλυμένο έλαιο κάτω των 5 μικρομέτρων απαιτεί συγκολλητή ή μεμβράνη, που φτάνει κάτω από 5-10 mg/L. Επομένως, η επιλογή ξεκινά με τη μέτρηση της κατανομής του μεγέθους των σταγονιδίων, όχι με την επιλογή εξοπλισμού: η κυρίαρχη φυσική είναι ο νόμος του Stokes, όπου η ταχύτητα ανόδου κλιμακώνεται με το τετράγωνο της διαμέτρου των σταγονιδίων, οπότε η μείωση του μεγέθους των σταγονιδίων στο μισό ισοδυναμεί με το ρυθμό καθίζησης.

1. Οι τέσσερις πετρελαϊκές καταστάσεις και η μέθοδος που απαιτεί η καθεμία

Το λάδι στο νερό υπάρχει σε τέσσερις φυσικά διακριτές καταστάσεις, και η καθεμία μπορεί να διαχωριστεί μόνο με μια μέθοδο που ταιριάζει με αυτό:

• Δωρεάν λάδι: Διαχωρισμός βαρύτητας:Το ελεύθερο λάδι υπάρχει ως σταγονίδια αρκετά μεγάλα ώστε να ανυψώνονται λόγω της βαρύτητας μέσα σε εύλογο χρόνο παραμονής, συνήθως πάνω από 150 μικρόμετρα, και αυτό αφαιρεί ένας διαχωριστής API 421 ή μια απλή λεκάνη καθίζησης. Επειδή η ταχύτητα ανόδου είναι ανάλογη με το τετράγωνο της διαμέτρου, μια σταγόνα 300 μικρομέτρων 850 kg/m3 λαδιού ανεβαίνει με περίπου 12 mm/s ενώ μια σταγόνα 75 μικρομέτρων διαχειρίζεται μόνο 1 mm/s, γι' αυτό το μέγεθος κοπής καθορίζει το δοχείο. Μια συμβατική λεκάνη API περιορίζει την οριζόντια ταχύτητα στα 0,9 m/min και διατηρεί τον αριθμό Reynolds κάτω από 2.000, παρέχοντας 50-150 mg/L από μια είσοδο πολλών εκατοντάδων σε μερικές χιλιάδες. Αυτό είναι πάντα το πρώτο στάδιο σε μια αμαξοστοιχία επεξεργασίας, επειδή είναι το φθηνότερο ανά τόνο λαδιού που αφαιρείται, ανέχεται φορτία γυμνοσάλιαγκας και στερεά και προστατεύει τα πάντα κατάντη.
• Διασκορπισμένο λάδι: Πακέτα πλακών και υδροκυκλώνες:Το διασκορπισμένο λάδι 20-150 μικρομέτρων καθιζάνει πολύ αργά για μια ανοιχτή λεκάνη, επομένως ο σχεδιασμός μειώνει την απόσταση που πρέπει να διανύσει η σταγόνα αντί να επιμηκύνει το χρόνο. Ένας κυματοειδής αναχαιτιστής πλάκας στοιβάζει πλάκες σε απόσταση 20-40 mm μεταξύ τους σε 45-60 μοίρες, έτσι ένα σταγονίδιο ανεβαίνει μόνο στην επάνω πλάκα, ενώνεται σε μια μεμβράνη και αποστραγγίζεται προς τα πάνω στο κανάλι συλλογής. Αυτό μειώνει το απαιτούμενο αποτύπωμα στο 20-50% μιας λεκάνης API και φτάνει τα 20-60 mg/L. Αντίθετα, ένας υδροκυκλώνας υγρού-υγρού χρησιμοποιεί φυγόκεντρη επιτάχυνση, περιστρέφοντας το ρεύμα έτσι ώστε το βαρύτερο νερό να κινείται προς τον τοίχο και ο πυρήνας του λαδιού να αποσπάται, σε μια συσκευασία ένα κλάσμα του μεγέθους οποιασδήποτε συσκευής βαρύτητας. Οι υδροκυκλώνες είναι η επιλογή στις υπεράκτιες περιοχές και όπου ο χώρος είναι υψηλότερος, αλλά χρειάζονται 200-500 kPa πτώση πίεσης, είναι δυσανεκτικοί σε στερεά και αέρια και χάνουν την αποδοτικότητά τους σε πτώση κάτω από 40-50%.
• Γαλακτωματοποιημένο λάδι: Επίπλευση και χημική επεξεργασία:Κάτω από περίπου 20 μικρόμετρα, τα σταγονίδια σταθεροποιούνται από τασιενεργά, από φυσικές επιφανειοδραστικές ενώσεις ή από λεπτά στερεά στη διεπιφάνεια και η βαρύτητα δεν θα τα διαχωρίσει σε κανένα πρακτικό δοχείο. Η απάντηση είναι να αλλάξει η φυσική: ένα πηκτικό όπως ο χλωριούχος σίδηρος ή το θειικό αλουμίνιο εξουδετερώνει το επιφανειακό φορτίο, ένας πολυηλεκτρολύτης γεφυρώνει τα σταγονίδια σε μεγαλύτερες κροκίδες και η επίπλευση διαλυμένου αέρα συνδέει στη συνέχεια φυσαλίδες αέρα 10-100 μικρομέτρων που μεταφέρουν το κροκίδωμα στην επιφάνεια. Η δοσολογία πρέπει να καθοριστεί με δοκιμή σε βάζο στο πραγματικό ρεύμα, επειδή το βέλτιστο είναι στενό και η υπερβολική δόση επανασταθεροποιεί το γαλάκτωμα, καθιστώντας τα απόβλητα χειρότερα από τη μη επεξεργασία. Η σωστή δόση DAF φτάνει τα 10-30 mg/L και είναι η τυπική δευτερογενής επεξεργασία σε διυλιστήρια και πετροχημικά εργοστάσια, με την επαγόμενη επίπλευση αερίου να προτιμάται όπου τα στερεά είναι υψηλά ή όπου ο κορεσμός είναι ανεπιθύμητος.
• Διαλυμένο και στίλβωμα: Συγκολλητές, μεμβράνες και προσρόφηση:Όταν το όριο εκκένωσης είναι πολύ χαμηλό ή όπου το νερό πρόκειται να επαναχρησιμοποιηθεί, προστίθεται ένα στάδιο στίλβωσης. Ένα φίλτρο συγχώνευσης περνά το ρεύμα μέσω ενός ινώδους ή ειδικά διαβρεγμένου μέσου όπου προσκολλώνται λεπτά σταγονίδια, συγχωνεύονται και αναπτύσσονται έως ότου μπορούν να διαχωριστούν με τη βαρύτητα σε έναν κατάντη θάλαμο, φτάνοντας τα 5-20 mg/L. Η υπερδιήθηση ή οι κεραμικές μεμβράνες απορρίπτουν σχεδόν πλήρως το λάδι, δίνοντας κάτω από 5-10 mg/L και συχνά κάτω από 1-5 mg/L, με κόστος ενός ρεύματος συμπυκνώματος που πρέπει να χειριστείτε και του τακτικού καθαρισμού. Η οργανοπηλική ή η προσρόφηση ενεργού άνθρακα απομακρύνει τους διαλυμένους υδρογονάνθρακες που καμία μηχανική μέθοδος δεν μπορεί να αγγίξει και χρησιμοποιείται ως τελικό στρώμα προστασίας. Για το νερό υδροσυλλεκτών πλοίου, το όριο είναι 15 ppm σύμφωνα με το IMO MEPC.107(49), με ειδικό διαχωριστή, βαθμίδα συνένωσης και φίλτρου, παρακολούθηση περιεκτικότητας λαδιών και αυτόματη βαλβίδα στη θάλασσα που κλείνει σε περίπτωση υπέρβασης του ορίου.

2. Πώς να επιλέξετε: Η ακολουθία απόφασης

Η επιλογή είναι μια ακολουθία πέντε ερωτήσεων και η απάντηση με τη σειρά σχεδόν πάντα δίνει το σωστό τρένο:

• Μετρήστε πρώτα την κατανομή μεγέθους σταγόνων:Αυτή η μεμονωμένη μέτρηση καθορίζει τα πάντα, ωστόσο είναι το βήμα που παραλείπεται πιο συχνά. Ένας αναλυτής μεγέθους σωματιδίων διάθλασης λέιζερ ή μια απλή μικροσκοπική μέτρηση σε ένα φρέσκο, χωρίς διάτμηση δείγμα δίνει την κατανομή και οι τιμές d50 και d90 σάς λένε ποια τεχνολογία θα λειτουργήσει. Εάν το μεγαλύτερο μέρος του λαδιού είναι πάνω από 150 μικρόμετρα, η βαρύτητα είναι αρκετή και κάθε περαιτέρω επένδυση πάει χαμένη. Εάν το d50 είναι κάτω από 20 μικρόμετρα, καμία συσκευή βαρύτητας δεν θα λειτουργήσει σε οποιοδήποτε μέγεθος και τα χρήματα πρέπει να πάνε για χημική προετοιμασία και επίπλευση. Όπου το δείγμα δεν μπορεί να ληφθεί χωρίς διάτμηση, κάτι που είναι σύνηθες επειδή η ίδια η δειγματοληψία μέσω μιας βαλβίδας διασπά τα σταγονίδια, η σωστή προσέγγιση είναι να ληφθεί το δείγμα με χαμηλή ταχύτητα από ένα ειδικό σημείο δειγματοληψίας και να αναλυθεί αμέσως και όχι μετά τη μεταφορά.
• Ελέγξτε εάν το γαλάκτωμα δημιουργείται ανάντη:Πολύ συχνά το πρόβλημα δεν είναι ο διαχωριστής αλλά οι σωληνώσεις. Μια φυγοκεντρική αντλία, μια βαλβίδα ελέγχου στραγγαλισμού, μια μερικώς κλειστή βαλβίδα ή μια αιχμηρή βαλβίδα περιορισμού κόβει το ελαιόλαδο σε ένα σταθερό γαλάκτωμα σταγονιδίων 5-20 μικρομέτρων που κανένας διαχωριστής βαρύτητας δεν μπορεί να ανακτήσει. Πριν καθορίσετε οποιοδήποτε νέο εξοπλισμό, περπατήστε τη γραμμή και εντοπίστε κάθε σημείο διάτμησης μεταξύ της πηγής και του διαχωριστή. Η αντικατάσταση μιας φυγοκεντρικής αντλίας με μια προοδευτική κοιλότητα ή μια αντλία με κοχλία χαμηλής διάτμησης ή η αντικατάσταση μιας βαλβίδας στραγγαλισμού με κίνηση μεταβλητής ταχύτητας, συχνά βελτιώνει την απόδοση περισσότερο από οποιοδήποτε έργο κεφαλαίου και με ένα κλάσμα του κόστους. Ομοίως, ελέγξτε ότι η θερμοκρασία δεν έχει πέσει, καθώς το ιξώδες του νερού αυξάνεται απότομα καθώς κρυώνει και ο ρυθμός καθίζησης πέφτει αναλογικά.
• Καθορίστε το όριο απαλλαγής και το προφίλ καθήκοντος:Η απαιτούμενη συγκέντρωση εξόδου καθορίζει πόσα στάδια χρειάζονται: 50-150 mg/L χρειάζεται μόνο βαρύτητα, 10-30 mg/L χρειάζεται επίπλευση, κάτω από 10 mg/L χρειάζεται συγκολλητή ή μεμβράνη και 15 ppm χρειάζεται ειδικό διαχωριστή ελαίου νερού με παρακολούθηση. Το προφίλ των καθηκόντων έχει σημασία όσο και το όριο. Μια σταθερή ροή είναι εύκολη. Μια ροή που καθοδηγείται από καταιγίδες ή παρτίδες με κορυφές τριών έως δέκα φορές του μέσου όρου απαιτεί είτε ένα πολύ μεγαλύτερο σκάφος είτε μια λεκάνη εξισορρόπησης ανάντη, επειδή οι διαχωριστές με μέση ροή αποτυγχάνουν σε κάθε κύμα. Τα φορτία γυμνοσάλιαγκας, η περιεκτικότητα σε στερεά και η παρουσία επιφανειοδραστικών ή καθαριστικών ουσιών ωθούν τον σχεδιασμό προς μια πιο στιβαρή, λιγότερο βελτιστοποιημένη διαμόρφωση.
• Αξιολογήστε το αποτύπωμα, τις βοηθητικές υπηρεσίες και το λειτουργικό κόστος:Το κόστος κεφαλαίου σπάνια είναι αποφασιστικό όταν υπολογίζεται το αποτύπωμα και οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας. Μια λεκάνη API είναι φθηνή ανά μονάδα απόδοσης, αλλά χρειάζεται ένα μεγάλο οικόπεδο, το οποίο μπορεί να μην υπάρχει σε υπάρχον εργοστάσιο ή υπεράκτια, επομένως ένα πακέτο πλακών ή ένας υδροκυκλώνας κερδίζει παρά το υψηλότερο κεφάλαιο ανά κυβικό μέτρο ανά ώρα. Η επίπλευση χρειάζεται χημικά, μια αντλία κορεσμού, ένα ρεύμα ανακύκλωσης και χειρισμό απορριμμάτων, επομένως συνεπάγεται ένα συνεχές λειτουργικό κόστος και μια απαίτηση εργασίας που δεν απαιτεί η βαρύτητα. Οι μεμβράνες δίνουν την καλύτερη ποιότητα νερού αλλά χρειάζονται προεπεξεργασία, χημικά καθαρισμού, περιοδική αντικατάσταση στοιχείων και διαδρομή για το συμπύκνωμα. Η σωστή σύγκριση είναι το συνολικό κόστος ιδιοκτησίας κατά τη διάρκεια ζωής της εγκατάστασης στο πραγματικό προφίλ δασμών, συμπεριλαμβανομένου του κόστους απόρριψης του ανακτημένου λαδιού και της ιλύος, που είναι συχνά το μεγαλύτερο μεμονωμένο στοιχείο λειτουργίας.
• Σχεδιάστε το τρένο, όχι τη μονάδα:Τα πραγματικά φυτά χρησιμοποιούν μια ακολουθία και τα στάδια είναι συμπληρωματικά παρά ανταγωνιστικά. Μια τυπική αμαξοστοιχία διυλιστηρίου είναι ένας διαχωριστής API για ελεύθερο πετρέλαιο, μια λεκάνη εξισορρόπησης σε υπερτάσεις υγρασίας, επίπλευση διαλυμένου αέρα με χημική δοσολογία για γαλακτωματοποιημένο λάδι και ένα φίλτρο άμμου ή ένας συσσωρευτής για στίλβωση, ακολουθούμενο από βιολογική επεξεργασία για διαλυμένα οργανικά. Κάθε στάδιο έχει μέγεθος για αυτό που αφήνει πίσω του το προηγούμενο και το καθένα προστατεύει το επόμενο από υπερφόρτωση. Όπου το ανακτημένο πετρέλαιο έχει αξία, το τρένο έχει σχεδιαστεί για να το διατηρεί καθαρό και χωρίς νερό και όχι απλώς να το αφαιρεί, καθώς η ελαιώδης ιλύς είναι ένα κόστος διάθεσης ενώ το ανακτημένο πετρέλαιο είναι ένα στοιχείο εσόδων. Και κάθε τρένο χρειάζεται όργανα: παρακολούθηση περιεκτικότητας λαδιού εισόδου και εξόδου, διαφορική πίεση σε κάθε στοιχείο και μέτρηση ροής, έτσι ώστε να ανιχνεύεται και να διαγιγνώσκεται μια πτώση απόδοσης αντί να ανακαλύπτεται στο σημείο εκφόρτισης.

Πίνακας σύγκρισης μεθόδων διαχωρισμού νερού λαδιού

Συχνές Ερωτήσεις (FAQ)

Ε: Μπορείτε να διαχωρίσετε το λάδι και το νερό μόνο με τη βαρύτητα;

Α: Ναι, αλλά μόνο για δωρεάν λάδι. Ο διαχωρισμός με βαρύτητα λειτουργεί όταν τα σταγονίδια λαδιού είναι αρκετά μεγάλα ώστε να ανέβουν στην επιφάνεια εντός του χρόνου παραμονής του σκάφους, που για πρακτικά σχέδια σημαίνει πάνω από περίπου 150 μικρόμετρα. Η φυσική είναι ο νόμος του Stokes: η ταχύτητα ανόδου είναι ανάλογη με το τετράγωνο της διαμέτρου της σταγόνας και τη διαφορά πυκνότητας και αντιστρόφως ανάλογη με το ιξώδες του νερού. Ένα σταγονίδιο τυπικού ορυκτελαίου 300 μικρομέτρων ανεβαίνει με ταχύτητα περίπου 12 mm/s και συλλαμβάνεται εύκολα, αλλά ένα σταγονίδιο 75 μικρομέτρων αυξάνεται μόνο με 1 mm/s και ένα σταγονίδιο 20 μικρομέτρων ουσιαστικά δεν διαχωρίζεται ποτέ σε πραγματικό δοχείο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η βαρύτητα είναι πάντα το πρώτο στάδιο και γιατί πάντα ακολουθείται από κάτι άλλο όταν το όριο εκκένωσης είναι κάτω από περίπου 50 mg/L ή όταν το λάδι έχει γαλακτωματοποιηθεί με άντληση ή από επιφανειοδραστικές ουσίες.

Ε: Γιατί ο διαχωριστής νερού λαδιού μου λειτουργεί το καλοκαίρι αλλά αποτυγχάνει το χειμώνα;

Α: Σχεδόν πάντα λόγω ιξώδους. Το ιξώδες του νερού διπλασιάζεται περίπου μεταξύ 25°C και 5°C και επειδή η ταχύτητα ανόδου των σταγονιδίων είναι αντιστρόφως ανάλογη με το ιξώδες, ο ρυθμός καθίζησης μειώνεται στο μισό στην ίδια περιοχή. Ένας διαχωριστής που σχεδιάστηκε μόνο με ένα μέτριο περιθώριο, ή που λειτουργεί ήδη κοντά στο όριο του, θα μεταφέρει λάδι μόλις κρυώσει το νερό, παρόλο που τίποτα άλλο δεν έχει αλλάξει. Ο ίδιος μηχανισμός εξηγεί γιατί η θέρμανση μιας τροφοδοσίας βαρέος λαδιού βελτιώνει τον διαχωρισμό: το λάδι γίνεται λιγότερο ιξώδες και η διαφορά πυκνότητας αυξάνεται. Οι πρακτικές απαντήσεις είναι να διαστασιολογηθεί ο διαχωριστής χρησιμοποιώντας το ιξώδες στη χαμηλότερη αναμενόμενη θερμοκρασία λειτουργίας και όχι στο περιβάλλον, να μονώσει ή να θερμάνει το δοχείο και τη γραμμή εισόδου όπου το απαιτεί το κλίμα και να ελέγξει εάν το ευρύτερο πρόβλημα είναι ότι το περιθώριο σχεδιασμού ήταν εξαρχής πολύ μικρό.

Ε: Τι σπάει ένα γαλάκτωμα λαδιού σε νερό;

Α: Τέσσερις προσεγγίσεις, κατά σειρά αυξανόμενης έντασης. Χημικό: ένα πηκτικό όπως ο χλωριούχος σίδηρος ή το θειικό αλουμίνιο εξουδετερώνει το επιφανειακό φορτίο που κρατά τα σταγονίδια μακριά και ένας πολυηλεκτρολύτης τα γεφυρώνει σε μεγαλύτερες κροκίδες. η δόση πρέπει να προσδιορίζεται με δοκιμές σε βάζο επειδή είναι ειδική για τη χημεία του νερού. Θερμική: η θέρμανση μειώνει το ιξώδες, αυξάνει τη διαφορά πυκνότητας και αποσταθεροποιεί τη διεπιφανειακή μεμβράνη, γι' αυτό ορισμένα φυτά θερμαίνουν την τροφοδοσία στους 50-70°C. Μηχανική: η ήπια ανάμειξη χαμηλής διάτμησης μετά τη δοσολογία προάγει την ανάπτυξη κροκίδωσης, ενώ η ανάμειξη υψηλής διάτμησης την καταστρέφει, γι' αυτό οι λεκάνες κροκίδωσης χρησιμοποιούν πτερύγια χαμηλής ταχύτητας. Και ηλεκτρικά: ένας ηλεκτροστατικός συσσωρευτής εφαρμόζει ένα πεδίο υψηλής τάσης που πολώνει και τεντώνει τα σταγονίδια, διαρρηγνύοντας το φιλμ και συγχωνεύοντάς τα, και χρησιμοποιείται στην επεξεργασία αφυδάτωσης αργού πετρελαίου και όχι στην υπηρεσία λυμάτων. Το κοινό στοιχείο είναι ότι το σπάσιμο του γαλακτώματος είναι μια προεπεξεργασία που στη συνέχεια επιτρέπει σε ένα στάδιο βαρύτητας ή επίπλευσης να λειτουργήσει.

Ε: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της αφαίρεσης λαδιού και της αφαίρεσης διαλυμένων υδρογονανθράκων;

Α: Ο μηχανικός διαχωρισμός αφαιρεί το λάδι που υπάρχει ως ξεχωριστή φάση, είτε ως ελεύθερα, διασκορπισμένα ή γαλακτωματοποιημένα σταγονίδια, και η απόδοσή του περιγράφεται από το μέγεθος κοπής σταγονιδίων και τη συγκέντρωση εξόδου σε χιλιοστόγραμμα ανά λίτρο. Οι διαλυμένοι υδρογονάνθρακες είναι πραγματικά σε διάλυμα σε μοριακό επίπεδο, τυπικά κάτω από περίπου 5 μικρόμετρα και συνήθως μετρώνται ως ολικοί υδρογονάνθρακες πετρελαίου ή ως ειδική ένωση όπως το βενζόλιο. καμία μέθοδος βαρύτητας, επίπλευσης ή φιλτραρίσματος δεν θα τα αφαιρέσει. Οι διαλυμένοι υδρογονάνθρακες αντιμετωπίζονται με απογύμνωση με αέρα ή ατμό, με προσρόφηση σε ενεργό άνθρακα ή οργανοάργιλο ή με βιολογική επεξεργασία σε ενεργοποιημένη ιλύ ή βιοαντιδραστήρα μεμβράνης. Αυτή η διάκριση έχει σημασία επειδή μια μονάδα που πληροί ένα όριο λαδιού και γράσου 10 mg/L μπορεί να εξακολουθεί να μην έχει όριο διαλυμένων υδρογονανθράκων και επειδή οι μέθοδοι ανάλυσης διαφέρουν: λάδι και γράσο με βαρυμετρική ή υπέρυθρη εκχύλιση, διαλυμένοι υδρογονάνθρακες με αέρια χρωματογραφία.