तेल और पानी को अलग करने की सबसे अच्छी विधि क्या है: एक चयन गाइड

मुख्य प्रश्न का उत्तर: तेल और पानी को अलग करने की सबसे अच्छी विधि क्या है? कोई एक सर्वोत्तम विधि नहीं है; सही विधि तेल की बूंदों के आकार पर निर्भर करती है, और बाकी सब कुछ उसी से तय होता है। मुक्त तेल, 150 माइक्रोमीटर से बड़ी बूंदें, केवल गुरुत्वाकर्षण से API 421 सेपरेटर में अलग हो जाती है, जो 50-150 मिलीग्राम/लीटर तक पहुँचती है। 20-150 माइक्रोमीटर की बिखरी हुई तेल को प्लेट पैक इंटरसेप्टर या हाइड्रोसाइक्लोन की आवश्यकता होती है, जो 20-60 मिलीग्राम/लीटर तक पहुँचती है। 20 माइक्रोमीटर से कम की इमल्सीफाइड तेल बिल्कुल भी नहीं बैठ पाती है और इसके लिए रासायनिक जमावट के साथ घुली हुई हवा के प्लवन की आवश्यकता होती है, जो 10-30 मिलीग्राम/लीटर तक पहुँचती है। 5 माइक्रोमीटर से कम घुले हुए तेल के लिए एक कोलेससर या झिल्ली की आवश्यकता होती है, जो 5-10 मिलीग्राम/लीटर से नीचे पहुँचती है। इसलिए चयन उपकरण चुनने के बजाय बूंदों के आकार वितरण को मापने से शुरू होता है: शासी भौतिकी स्टोक्स का नियम है, जहाँ चढ़ाई वेग बूंदों के व्यास के वर्ग के साथ बढ़ता है, इसलिए बूंदों के आकार को आधा करने से बसने की दर चौथाई हो जाती है।

1. तेल की चार अवस्थाएँ और प्रत्येक के लिए आवश्यक विधि

पानी में तेल चार भौतिक रूप से अलग-अलग अवस्थाओं में मौजूद होता है, और प्रत्येक को केवल एक विधि से अलग किया जा सकता है जो उसके लिए उपयुक्त हो:

• मुक्त तेल: गुरुत्वाकर्षण पृथक्करण: मुक्त तेल इतनी बड़ी बूंदों के रूप में मौजूद होता है कि वे उचित निवास समय के भीतर गुरुत्वाकर्षण से सतह पर आ सकें, आमतौर पर 150 माइक्रोमीटर से ऊपर, और इसे API 421 सेपरेटर या एक साधारण अवसादन बेसिन द्वारा हटाया जाता है। क्योंकि चढ़ाई वेग व्यास के वर्ग के समानुपाती होता है, 850 किग्रा/मी³ तेल की 300 माइक्रोमीटर की बूंद लगभग 12 मिमी/सेकंड की गति से ऊपर उठती है, जबकि 75 माइक्रोमीटर की बूंद केवल 1 मिमी/सेकंड की गति से ऊपर उठ पाती है, यही कारण है कि कट आकार बर्तन को परिभाषित करता है। एक पारंपरिक API बेसिन क्षैतिज वेग को 0.9 मीटर/मिनट तक सीमित करता है और रेनॉल्ड्स संख्या को 2,000 से नीचे रखता है, जो कुछ सौ से कुछ हजार के इनलेट से 50-150 मिलीग्राम/लीटर प्रदान करता है। यह हमेशा एक उपचार ट्रेन में पहला चरण होता है, क्योंकि यह हटाए गए तेल के प्रति टन सबसे सस्ता होता है, यह स्लॉग लोड और ठोस पदार्थों को सहन करता है, और यह डाउनस्ट्रीम सब कुछ सुरक्षित रखता है।
• बिखरा हुआ तेल: प्लेट पैक और हाइड्रोसाइक्लोन: 20-150 माइक्रोमीटर का बिखरा हुआ तेल एक खुले बेसिन के लिए बहुत धीरे-धीरे बैठता है, इसलिए डिजाइन समय को लंबा करने के बजाय बूंद को यात्रा करने वाली दूरी को छोटा करता है। एक नालीदार प्लेट इंटरसेप्टर 20-40 मिमी की दूरी पर 45-60 डिग्री पर प्लेटों को स्टैक करता है, इसलिए एक बूंद केवल ऊपर की प्लेट तक पहुँचती है, एक फिल्म में मिल जाती है और ऊपर की ओर संग्रह चैनल में निकल जाती है; यह आवश्यक पदचिह्न को API बेसिन के 20-50% तक कम कर देता है और 20-60 मिलीग्राम/लीटर तक पहुँचता है। एक तरल-तरल हाइड्रोसाइक्लोन इसके बजाय केन्द्रापसारक त्वरण का उपयोग करता है, धारा को घुमाता है ताकि भारी पानी दीवार की ओर चला जाए और तेल कोर को बाहर निकाला जा सके, किसी भी गुरुत्वाकर्षण उपकरण के आकार के एक अंश के पैकेज में। हाइड्रोसाइक्लोन अपतटीय और जहाँ जगह प्रीमियम पर है, वहाँ पसंद किए जाते हैं, लेकिन उन्हें 200-500 kPa के दबाव की आवश्यकता होती है, वे ठोस और गैस के प्रति असहिष्णु होते हैं, और 40-50% से नीचे टर्नडाउन पर दक्षता खो देते हैं।
• इमल्सीफाइड तेल: प्लवन और रासायनिक उपचार: लगभग 20 माइक्रोमीटर से नीचे, बूंदें सर्फेक्टेंट, प्राकृतिक सतह-सक्रिय यौगिकों, या इंटरफ़ेस पर महीन ठोस पदार्थों द्वारा स्थिर होती हैं, और गुरुत्वाकर्षण उन्हें किसी भी व्यावहारिक बर्तन में अलग नहीं कर पाएगा। इसका उत्तर भौतिकी को बदलना है: फेरिक क्लोराइड या एल्यूमीनियम सल्फेट जैसे जमावटकर्ता सतह आवेश को बेअसर करते हैं जो बूंदों को अलग रखता है, एक पॉलीइलेक्ट्रोलाइट उन्हें बड़ी फ्लोक्स में जोड़ता है, और घुली हुई हवा का प्लवन फिर 10-100 माइक्रोमीटर की हवा के बुलबुले संलग्न करता है जो फ्लोक को सतह पर ले जाते हैं ताकि उसे स्किम किया जा सके। खुराक का निर्धारण वास्तविक धारा पर जार परीक्षण द्वारा किया जाना चाहिए, क्योंकि इष्टतम संकीर्ण होता है और अधिक खुराक इमल्शन को फिर से स्थिर कर देती है, जिससे बहिःस्राव बिना उपचार के बदतर हो जाता है। सही ढंग से खुराक की गई DAF 10-30 मिलीग्राम/लीटर तक पहुँचती है और रिफाइनरियों और पेट्रोकेमिकल संयंत्रों में द्वितीयक उपचार का मानक है, जहाँ ठोस पदार्थ अधिक होते हैं या जहाँ सैचुरेटर अवांछनीय होता है, वहाँ प्रेरित गैस प्लवन को प्राथमिकता दी जाती है।
• घुला हुआ और पॉलिशिंग: कोलेससर, झिल्ली और अधिशोषण: जहाँ निर्वहन सीमा बहुत कम है, या जहाँ पानी का पुन: उपयोग किया जाना है, वहाँ एक पॉलिशिंग चरण जोड़ा जाता है। एक कोलेसिंग फिल्टर धारा को रेशेदार या विशेष रूप से गीले माध्यम से गुजारता है जहाँ महीन बूंदें संलग्न होती हैं, विलीन होती हैं और तब तक बढ़ती हैं जब तक कि उन्हें डाउनस्ट्रीम कक्ष में गुरुत्वाकर्षण द्वारा अलग नहीं किया जा सकता है, जो 5-20 मिलीग्राम/लीटर तक पहुँचती है। अल्ट्राफिल्ट्रेशन या सिरेमिक झिल्ली लगभग पूरी तरह से तेल को अस्वीकार करती हैं, जो 5-10 मिलीग्राम/लीटर से नीचे और अक्सर 1-5 मिलीग्राम/लीटर से नीचे देती हैं, एक सांद्रता धारा की लागत पर जिसे संभाला जाना चाहिए और नियमित सफाई की आवश्यकता होती है। ऑर्गेनोक्ले या सक्रिय कार्बन अधिशोषण घुले हुए हाइड्रोकार्बन को हटाता है जिसे कोई भी यांत्रिक विधि नहीं छू सकती है, और इसे अंतिम गार्ड बेड के रूप में उपयोग किया जाता है। जहाज के बिलज पानी के लिए, IMO MEPC.107(49) के तहत सीमा 15 पीपीएम है, जिसे एक समर्पित सेपरेटर, एक कोलेसिंग और फिल्टर चरण, एक तेल सामग्री मॉनिटर और एक स्वचालित ओवरबोर्ड वाल्व के साथ पूरा किया जाता है जो सीमा पार होने पर बंद हो जाता है।

2. कैसे चुनें: निर्णय अनुक्रम

चयन पाँच प्रश्नों का एक अनुक्रम है, और उन्हें क्रम में उत्तर देने से लगभग हमेशा सही ट्रेन मिलती है:

• पहले बूंदों के आकार का वितरण मापें: यह एकल माप सब कुछ निर्धारित करता है, फिर भी यह वह कदम है जिसे सबसे अधिक बार छोड़ दिया जाता है। एक लेजर विवर्तन कण आकार विश्लेषक या एक ताजे, बिना कतरन वाले नमूने पर एक साधारण माइक्रोस्कोपिक गणना वितरण देती है, और d50 और d90 मान आपको बताते हैं कि कौन सी तकनीक काम करेगी। यदि अधिकांश तेल 150 माइक्रोमीटर से ऊपर है, तो गुरुत्वाकर्षण पर्याप्त है और कोई भी अतिरिक्त निवेश व्यर्थ है। यदि d50 20 माइक्रोमीटर से नीचे है, तो कोई भी गुरुत्वाकर्षण उपकरण किसी भी आकार में काम नहीं करेगा और पैसा रासायनिक कंडीशनिंग और प्लवन में जाना चाहिए। जहाँ नमूना कतरन के बिना नहीं लिया जा सकता है, जो आम है क्योंकि वाल्व के माध्यम से नमूना लेना बूंदों को तोड़ता है, सही तरीका कम वेग पर एक समर्पित नमूना बिंदु से नमूना लेना और परिवहन के बाद नहीं, बल्कि तुरंत उसका विश्लेषण करना है।
• जांचें कि क्या इमल्शन अपस्ट्रीम बनाया जा रहा है: अक्सर समस्या सेपरेटर की नहीं बल्कि पाइपलाइन की होती है। एक केन्द्रापसारक पंप, एक थ्रॉटलिंग नियंत्रण वाल्व, एक आंशिक रूप से बंद वाल्व या एक तेज प्रतिबंध मुक्त तेल को 5-20 माइक्रोमीटर बूंदों के एक स्थिर इमल्शन में कतरता है जिसे कोई भी गुरुत्वाकर्षण सेपरेटर ठीक नहीं कर सकता है। किसी भी नए उपकरण को निर्दिष्ट करने से पहले, लाइन पर चलें और स्रोत और सेपरेटर के बीच हर कतरन बिंदु की पहचान करें; एक केन्द्रापसारक पंप को प्रोग्रेसिव कैविटी या लो-शियर स्क्रू पंप से बदलना, या थ्रॉटलिंग वाल्व को वेरिएबल स्पीड ड्राइव से बदलना, अक्सर किसी भी पूंजी परियोजना से अधिक प्रदर्शन में सुधार करता है और लागत के एक अंश पर। इसी तरह, जांचें कि तापमान कम नहीं हुआ है, क्योंकि पानी की चिपचिपाहट ठंडी होने पर तेजी से बढ़ती है और बसने की दर उसी के अनुपात में गिर जाती है।
• निर्वाहन सीमा और ड्यूटी प्रोफाइल को परिभाषित करें: आवश्यक आउटलेट एकाग्रता यह निर्धारित करती है कि कितने चरणों की आवश्यकता है: 50-150 मिलीग्राम/लीटर के लिए केवल गुरुत्वाकर्षण की आवश्यकता होती है, 10-30 मिलीग्राम/लीटर के लिए प्लवन की आवश्यकता होती है, 10 मिलीग्राम/लीटर से नीचे के लिए कोलेससर या झिल्ली की आवश्यकता होती है, और 15 पीपीएम के लिए निगरानी के साथ एक समर्पित तैलीय जल सेपरेटर की आवश्यकता होती है। ड्यूटी प्रोफाइल सीमा जितना ही महत्वपूर्ण है। एक स्थिर प्रवाह आसान है; तूफान-संचालित या बैच-संचालित प्रवाह जिसमें औसत से तीन से दस गुना अधिक चोटियाँ होती हैं, या तो बहुत बड़े बर्तन या अपस्ट्रीम में एक समकारी बेसिन की आवश्यकता होती है, क्योंकि औसत प्रवाह पर आकार के सेपरेटर हर वृद्धि के दौरान विफल हो जाते हैं। स्लॉग लोड, ठोस सामग्री और सर्फेक्टेंट या सफाई एजेंटों की उपस्थिति सभी डिजाइन को अधिक मजबूत, कम अनुकूलित विन्यास की ओर धकेलते हैं।
• पदचिह्न, उपयोगिताएँ और परिचालन लागत का मूल्यांकन करें: एक बार पदचिह्न और उपयोगिताओं की गणना हो जाने के बाद पूंजीगत लागत शायद ही कभी निर्णायक होती है। एक API बेसिन प्रदर्शन की इकाई के लिए सस्ता है लेकिन इसके लिए एक बड़े प्लॉट की आवश्यकता होती है, जो किसी मौजूदा संयंत्र या अपतटीय पर मौजूद नहीं हो सकता है, इसलिए प्लेट पैक या हाइड्रोसाइक्लोन प्रति घंटे प्रति घन मीटर उच्च पूंजी के बावजूद जीत जाता है। प्लवन के लिए रसायनों, एक सैचुरेटर पंप, एक रीसायकल स्ट्रीम और स्किमिंग हैंडलिंग की आवश्यकता होती है, इसलिए इसमें निरंतर परिचालन लागत और श्रम की आवश्यकता होती है जो गुरुत्वाकर्षण में नहीं होती है। झिल्ली सर्वोत्तम जल गुणवत्ता प्रदान करती हैं लेकिन उन्हें पूर्व-उपचार, सफाई रसायनों, आवधिक तत्व प्रतिस्थापन और सांद्रता के लिए एक मार्ग की आवश्यकता होती है। सही तुलना वास्तविक ड्यूटी प्रोफाइल पर संयंत्र जीवन भर कुल स्वामित्व लागत है, जिसमें पुनर्प्राप्त तेल और कीचड़ के निपटान की लागत भी शामिल है, जो अक्सर सबसे बड़ी एकल परिचालन वस्तु होती है।
• ट्रेन डिजाइन करें, यूनिट नहीं: वास्तविक संयंत्र एक अनुक्रम का उपयोग करते हैं, और चरण प्रतिस्पर्धी के बजाय पूरक होते हैं। एक विशिष्ट रिफाइनरी ट्रेन मुक्त तेल के लिए एक API सेपरेटर है, झटके को कम करने के लिए एक समकारी बेसिन है, इमल्सीफाइड तेल के लिए रासायनिक खुराक के साथ घुली हुई हवा का प्लवन है, और पॉलिशिंग के लिए एक रेत फिल्टर या कोलेससर है, जिसके बाद घुले हुए कार्बनिक पदार्थों के लिए जैविक उपचार होता है। प्रत्येक चरण को पिछले वाले द्वारा छोड़े गए के लिए आकार दिया जाता है, और प्रत्येक अगले को अधिभार से बचाता है। जहाँ पुनर्प्राप्त तेल का मूल्य होता है, ट्रेन को इसे साफ और पानी रहित रखने के लिए डिज़ाइन किया गया है न कि केवल इसे हटाने के लिए, क्योंकि तैलीय कीचड़ एक निपटान लागत है जबकि पुनर्प्राप्त तेल एक राजस्व मद है। और हर ट्रेन को इंस्ट्रूमेंटेशन की आवश्यकता होती है: इनलेट और आउटलेट तेल सामग्री की निगरानी, ​​प्रत्येक तत्व में अंतर दबाव और प्रवाह माप, ताकि प्रदर्शन में गिरावट का पता लगाया और निदान किया जा सके न कि निर्वहन बिंदु पर खोजा जा सके।

तेल जल पृथक्करण विधियों की तुलना मैट्रिक्स

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQ)

प्र: क्या आप केवल गुरुत्वाकर्षण से तेल और पानी को अलग कर सकते हैं?

उ: हाँ, लेकिन केवल मुक्त तेल के लिए। गुरुत्वाकर्षण पृथक्करण तब काम करता है जब तेल की बूंदें इतनी बड़ी होती हैं कि वे बर्तन के निवास समय के भीतर सतह पर आ सकें, जिसका अर्थ है व्यावहारिक डिजाइनों के लिए लगभग 150 माइक्रोमीटर से ऊपर। भौतिकी स्टोक्स का नियम है: चढ़ाई वेग बूंदों के व्यास के वर्ग और घनत्व अंतर के समानुपाती होता है, और पानी की चिपचिपाहट के व्युत्क्रमानुपाती होता है। विशिष्ट खनिज तेल की 300 माइक्रोमीटर की बूंद लगभग 12 मिमी/सेकंड की गति से ऊपर उठती है और आसानी से पकड़ ली जाती है, लेकिन 75 माइक्रोमीटर की बूंद केवल 1 मिमी/सेकंड की गति से ऊपर उठती है और 20 माइक्रोमीटर की बूंद प्रभावी रूप से वास्तविक बर्तन में कभी अलग नहीं होती है। यही कारण है कि गुरुत्वाकर्षण हमेशा पहला चरण होता है और जब निर्वहन सीमा लगभग 50 मिलीग्राम/लीटर से नीचे होती है या जब तेल को पंपिंग या सर्फेक्टेंट द्वारा इमल्सीफाइड किया गया हो तो यह हमेशा किसी और चीज से क्यों पीछा किया जाता है।

प्र: मेरा तेल जल सेपरेटर गर्मियों में क्यों काम करता है लेकिन सर्दियों में विफल हो जाता है?

उ: लगभग हमेशा चिपचिपाहट के कारण। 25°C और 5°C के बीच पानी की चिपचिपाहट लगभग दोगुनी हो जाती है, और क्योंकि बूंदों के चढ़ने का वेग चिपचिपाहट के व्युत्क्रमानुपाती होता है, उसी सीमा में बसने की दर आधी हो जाती है। एक सेपरेटर जिसे केवल मामूली मार्जिन के साथ डिजाइन किया गया था, या जो पहले से ही अपनी सीमा के करीब काम कर रहा है, इसलिए जैसे ही पानी ठंडा होता है, तेल ले जाएगा, भले ही कुछ और न बदला हो। यही तंत्र बताता है कि भारी तेल फीड को गर्म करने से पृथक्करण क्यों बेहतर होता है: तेल कम चिपचिपा हो जाता है और घनत्व अंतर बढ़ जाता है। व्यावहारिक प्रतिक्रियाएं सेपरेटर को परिवेश के बजाय न्यूनतम अपेक्षित ऑपरेटिंग तापमान पर चिपचिपाहट का उपयोग करके आकार देना है, यदि जलवायु की मांग हो तो बर्तन और इनलेट लाइन को इन्सुलेट या गर्म करना है, और यह जांचना है कि व्यापक समस्या यह है कि डिजाइन मार्जिन बहुत छोटा था।

प्र: पानी में तेल का इमल्शन क्या तोड़ता है?

उ: चार दृष्टिकोण, बढ़ती तीव्रता के क्रम में। रासायनिक: फेरिक क्लोराइड या एल्यूमीनियम सल्फेट जैसे जमावटकर्ता सतह आवेश को बेअसर करते हैं जो बूंदों को अलग रखता है, और एक पॉलीइलेक्ट्रोलाइट उन्हें बड़ी फ्लोक्स में जोड़ता है; खुराक का निर्धारण जार परीक्षण द्वारा किया जाना चाहिए क्योंकि यह पानी की रसायन शास्त्र के लिए विशिष्ट है। तापीय: गर्म करने से चिपचिपाहट कम हो जाती है, घनत्व अंतर बढ़ जाता है और इंटरफेशियल फिल्म अस्थिर हो जाती है, यही कारण है कि कुछ संयंत्र फीड को 50-70°C तक गर्म करते हैं। यांत्रिक: खुराक के बाद कोमल, कम-शियर मिश्रण फ्लोक वृद्धि को बढ़ावा देता है, जबकि उच्च-शियर मिश्रण इसे नष्ट कर देता है, यही कारण है कि फ्लोक्यूलेशन बेसिन धीमी गति वाले पैडल का उपयोग करते हैं। और विद्युत: एक इलेक्ट्रोस्टैटिक कोलेससर एक उच्च-वोल्टेज क्षेत्र लागू करता है जो बूंदों को ध्रुवीकृत और खींचता है, फिल्म को तोड़ता है और उन्हें मिलाता है, और अपशिष्ट जल सेवा के बजाय कच्चे तेल के निर्जलीकरण उपचार में उपयोग किया जाता है। सामान्य तत्व यह है कि इमल्शन को तोड़ना एक पूर्व-उपचार है जो फिर गुरुत्वाकर्षण या प्लवन चरण को काम करने की अनुमति देता है।

प्र: तेल हटाने और घुले हुए हाइड्रोकार्बन को हटाने में क्या अंतर है?

उ: यांत्रिक पृथक्करण तेल को हटाता है जो एक अलग चरण के रूप में मौजूद होता है, चाहे वह मुक्त, बिखरी हुई या इमल्सीफाइड बूंदों के रूप में हो, और इसके प्रदर्शन को बूंद कट आकार और मिलीग्राम प्रति लीटर में आउटलेट एकाग्रता द्वारा वर्णित किया जाता है। घुले हुए हाइड्रोकार्बन वास्तव में आणविक स्तर पर समाधान में होते हैं, आमतौर पर लगभग 5 माइक्रोमीटर से नीचे और आमतौर पर कुल पेट्रोलियम हाइड्रोकार्बन या बेंजीन जैसे विशिष्ट यौगिक के रूप में मापा जाता है; कोई भी गुरुत्वाकर्षण, प्लवन या निस्पंदन विधि उन्हें नहीं हटाएगी। घुले हुए हाइड्रोकार्बन को हवा या भाप के साथ स्ट्रिपिंग, सक्रिय कार्बन या ऑर्गेनोक्ले पर अधिशोषण, या सक्रिय कीचड़ या झिल्ली बायोरिएक्टर में जैविक उपचार द्वारा संबोधित किया जाता है। यह अंतर महत्वपूर्ण है क्योंकि 10 मिलीग्राम/लीटर तेल और ग्रीस सीमा को पूरा करने वाला संयंत्र अभी भी घुले हुए हाइड्रोकार्बन सीमा को पूरा करने में विफल हो सकता है, और क्योंकि विश्लेषणात्मक विधियां भिन्न होती हैं: तेल और ग्रीस गुरुत्वाकर्षण या अवरक्त निष्कर्षण द्वारा, घुले हुए हाइड्रोकार्बन गैस क्रोमैटोग्राफी द्वारा।