기름과 물을 분리하는 가장 좋은 방법은 무엇입니까: 선택 가이드

핵심 질문에 답하기:기름과 물을 분리하는 가장 좋은 방법은 무엇입니까?최선의 단일 방법은 없습니다. 올바른 것은 물 속의 기름 방울 크기에 따라 설정되고 다른 모든 것은 그 결과를 따릅니다. 150마이크로미터 이상의 작은 물방울인 유리 오일은 API 421 분리기에서 중력만으로 분리되어 50-150mg/L에 도달합니다. 20~150마이크로미터의 분산 오일에는 20~60mg/L에 도달하는 플레이트 팩 인터셉터 또는 하이드로사이클론이 필요합니다. 20마이크로미터 미만의 유화 오일은 전혀 침전되지 않으며 화학적 응고를 통한 용해된 공기 부유가 필요하며 10~30mg/L에 도달합니다. 5마이크로미터 미만의 용해된 오일에는 5~10mg/L 미만에 도달하는 코어레서 또는 멤브레인이 필요합니다. 따라서 선택은 장비를 선택하는 것이 아니라 액적 크기 분포를 측정하는 것으로 시작됩니다. 지배적인 물리학은 스톡스 법칙입니다. 여기서 상승 속도는 액적 직경의 제곱에 비례하므로 액적 크기를 절반으로 줄이면 정착 속도가 4분의 1이 됩니다.

1. 4가지 석유 상태와 각각에 필요한 방법

물 속의 기름은 물리적으로 구별되는 네 가지 상태로 존재하며 각 상태는 그에 맞는 방법으로만 분리할 수 있습니다.

• 자유 오일: 중력 분리:유리 오일은 합리적인 체류 시간(일반적으로 150마이크로미터 이상) 내에서 중력에 의해 상승할 만큼 큰 물방울로 존재하며 이는 API 421 분리기 또는 간단한 침전조를 통해 제거됩니다. 상승 속도는 직경의 제곱에 비례하기 때문에 850kg/m3 오일의 300마이크로미터 액적은 대략 12mm/s로 상승하는 반면 75마이크로미터 액적은 1mm/s만 관리하므로 절단 크기가 용기를 정의합니다. 기존 API 유역은 수평 속도를 0.9m/min으로 제한하고 레이놀즈 수를 2,000 미만으로 유지하여 수백에서 수천의 유입구에서 50~150mg/L를 전달합니다. 이는 제거된 오일 톤당 가장 저렴하고 슬러그 부하와 고형물을 허용하며 하류의 모든 것을 보호하기 때문에 항상 처리 트레인의 첫 번째 단계입니다.
• 분산 오일: 플레이트 팩 및 하이드로사이클론:20-150 마이크로미터의 분산된 오일은 개방형 유역에 비해 너무 느리게 침전되므로 시간을 늘리기보다는 물방울이 이동해야 하는 거리를 단축하도록 설계되었습니다. 골판형 플레이트 인터셉터는 플레이트를 45-60도에서 20-40mm 간격으로 쌓아서 물방울이 위쪽 플레이트로만 올라가고 필름으로 합쳐져 수집 채널로 위쪽으로 배출됩니다. 이는 필요한 공간을 API 유역의 20-50%로 줄이고 20-60 mg/L에 도달합니다. 대신 액체-액체 하이드로사이클론은 원심 가속도를 사용하여 흐름을 회전시켜 무거운 물이 벽으로 이동하고 오일 코어가 중력 장치보다 작은 크기로 패키지로 배출됩니다. 하이드로사이클론은 해양 및 공간이 부족한 곳에서 선택되지만 200-500kPa의 압력 강하가 필요하고 고체 및 가스에 대한 내성이 없으며 40-50% 미만의 턴다운에서는 효율성이 떨어집니다.
• 유화유: 부유선광 및 화학적 처리:약 20마이크로미터 미만의 작은 물방울은 계면활성제, 천연 표면 활성 화합물 또는 경계면의 미세한 고체에 의해 안정화되며 실제 용기에서는 중력에 의해 분리되지 않습니다. 대답은 물리학을 바꾸는 것입니다. 염화제2철이나 황산알루미늄과 같은 응고제는 표면 전하를 중화시키고, 고분자 전해질은 물방울을 더 큰 플록으로 연결하고, 용해된 공기 부유는 그런 다음 스키밍을 위해 플록을 표면으로 운반하는 10~100마이크로미터의 기포를 부착합니다. 투여량은 실제 흐름에 대한 병 테스트를 통해 결정해야 합니다. 왜냐하면 최적의 범위가 좁고 과다 투여하면 에멀젼을 다시 안정화시켜 폐수를 처리하지 않는 것보다 더 나쁘게 만들기 때문입니다. 올바르게 투여된 DAF는 10-30mg/L에 도달하며 정유소 및 석유화학 플랜트의 표준 2차 처리이며, 고체 함량이 높거나 포화제가 바람직하지 않은 경우 유도된 가스 부양이 선호됩니다.
• 용해 및 연마: 유착기, 멤브레인 및 흡착:배출 한계가 매우 낮거나 물을 재사용해야 하는 경우 연마 단계가 추가됩니다. 유착 필터는 하류 챔버에서 중력에 의해 분리되어 5~20mg/L에 도달할 수 있을 때까지 미세한 물방울이 부착되고 합쳐지고 성장하는 섬유질 또는 특수하게 젖은 매체를 통해 스트림을 통과시킵니다. 한외여과막이나 세라믹 막은 오일을 거의 완전히 걸러내므로 처리해야 하는 농축액 흐름과 정기적인 청소 비용으로 5~10mg/L 미만, 종종 1~5mg/L 미만의 오일을 제공합니다. 유기점토 또는 활성탄 흡착은 기계적 방법으로는 닿을 수 없는 용해된 탄화수소를 제거하며 최종 가드베드로 사용됩니다. 선상 빌지수의 경우 IMO MEPC.107(49)에 따라 한도는 15ppm이며 전용 분리기, 유착 및 필터 단계, 오일 함량 모니터 및 한도를 초과하면 닫히는 자동 선외 밸브를 충족합니다.

2. 선정방법 : 결정순서

선택은 5개의 질문으로 구성된 순서이며, 순서대로 대답하면 거의 항상 올바른 순서가 나옵니다.

• 먼저 액적 크기 분포를 측정합니다.이 단일 측정으로 모든 것이 결정되지만 가장 자주 건너뛰는 단계입니다. 레이저 회절 입자 크기 분석기 또는 절단되지 않은 신선한 샘플의 간단한 현미경 계수를 통해 분포가 제공되고, d50 및 d90 값은 어떤 기술이 작동할지 알려줍니다. 대부분의 오일이 150마이크로미터를 초과하면 중력만으로 충분하므로 추가 투자가 낭비됩니다. d50이 20마이크로미터 미만이면 어떤 크기에서도 중력 장치가 작동하지 않으며 돈은 화학적 조절 및 부양에 들어가야 합니다. 밸브를 통한 샘플링 자체가 액적을 분해하기 때문에 전단 없이 샘플을 채취할 수 없는 경우, 올바른 접근 방식은 전용 샘플 지점에서 낮은 속도로 샘플을 채취하여 운반 후 즉시 분석하는 것입니다.
• 에멀젼이 업스트림에서 생성되고 있는지 확인하십시오.종종 문제는 분리기가 아니라 배관입니다. 원심 펌프, 조절 제어 밸브, 부분적으로 닫힌 밸브 또는 날카로운 제한 장치는 자유 오일을 중력 분리기가 회수할 수 없는 5-20 마이크로미터 액적의 안정적인 유제로 절단합니다. 새 장비를 지정하기 전에 라인을 살펴보고 소스와 분리기 사이의 모든 전단 지점을 식별하십시오. 원심 펌프를 프로그레시브 캐비티 또는 저전단 스크류 펌프로 교체하거나 스로틀 밸브를 가변 속도 드라이브로 교체하면 자본 프로젝트보다 적은 비용으로 성능이 향상되는 경우가 많습니다. 마찬가지로, 물이 냉각됨에 따라 점도가 급격하게 상승하고 이에 비례하여 침전 속도가 떨어지므로 온도가 떨어지지 않았는지 확인하십시오.
• 방전 한도 및 업무 프로필을 정의합니다.필요한 배출구 농도는 필요한 단계 수를 설정합니다. 50-150 mg/L에는 중력만 필요하고, 10-30 mg/L에는 부양이 필요하고, 10 mg/L 미만에는 코어레서 또는 멤브레인이 필요하며, 15ppm에는 모니터링 기능이 있는 전용 유수 분리기가 필요합니다. 업무 프로필은 한도만큼 중요합니다. 꾸준한 흐름은 쉽습니다. 평균의 3~10배의 피크를 갖는 폭풍 구동 또는 배치 구동 흐름에는 훨씬 더 큰 용기 또는 상류 균등화 유역이 필요합니다. 왜냐하면 평균 흐름 크기의 분리기는 모든 서지 동안 실패하기 때문입니다. 슬러그 로드, 고형물 함량 및 계면활성제 또는 세척제의 존재로 인해 설계는 더욱 견고하고 덜 최적화된 구성으로 진행됩니다.
• 설치 공간, 유틸리티 및 운영 비용 평가:일단 설치 공간과 유틸리티를 계산하면 자본 비용이 결정적인 경우는 거의 없습니다. API 유역은 성능 단위당 비용이 저렴하지만 기존 공장이나 해양에는 존재하지 않을 수 있는 대규모 부지가 필요하므로 시간당 입방미터당 자본이 더 높음에도 불구하고 플레이트 팩이나 하이드로사이클론이 승리합니다. 부양에는 화학 물질, 포화 펌프, 재활용 스트림 및 스키밍 처리가 필요하므로 중력이 필요하지 않은 지속적인 운영 비용과 노동 요구 사항이 필요합니다. 멤브레인은 최고의 수질을 제공하지만 전처리, 세척용 화학물질, 주기적인 요소 교체 및 농축 경로가 필요합니다. 올바른 비교는 회수된 오일 및 슬러지의 처리 비용을 포함하여 실제 작업 프로필에서 플랜트 수명에 대한 총 소유 비용이며, 이는 단일 운영 항목 중 가장 큰 경우가 많습니다.
• 장치가 아닌 기차를 디자인하십시오:실제 식물은 순서를 사용하며 단계는 경쟁적이기보다는 보완적입니다. 일반적인 정유소 트레인은 유리 오일을 위한 API 분리기, 서지를 댐핑하기 위한 균등화 분지, 유화 오일을 위한 화학 약품을 사용한 용존 공기 부유선광, 연마용 모래 필터 또는 코어레서, 이어서 용존 유기물에 대한 생물학적 처리입니다. 각 단계는 이전 단계가 남겨둔 크기에 맞게 크기가 지정되며 각 단계는 과부하로부터 다음 단계를 보호합니다. 회수된 기름이 가치가 있는 경우, 회수된 기름은 수익 항목인 반면 유성 슬러지는 처리 비용이기 때문에 열차는 단순히 기름을 제거하는 것이 아니라 깨끗하고 물이 없는 상태를 유지하도록 설계되었습니다. 그리고 모든 열차에는 계기가 필요합니다. 입구 및 출구 오일 함량 모니터링, 각 요소의 차압 및 흐름 측정을 통해 성능 저하를 배출 지점에서 발견하기보다는 감지하고 진단합니다.

기름 수분 분리 방법 비교 매트릭스

자주 묻는 질문(FAQ)

Q: 중력만으로 기름과 물을 분리할 수 있나요?

A: 네, 하지만 무료 석유에만 해당됩니다. 중력 분리는 오일 방울이 용기의 체류 시간 내에 표면으로 올라갈 만큼 충분히 클 때 작동하며, 이는 실제 설계에서 약 150마이크로미터 이상을 의미합니다. 물리학은 스톡스 법칙입니다. 상승 속도는 물방울 직경의 제곱과 밀도 차이에 비례하고 물 점도에 반비례합니다. 일반적인 미네랄 오일의 300마이크로미터 액적은 약 12mm/s의 속도로 상승하여 쉽게 포착되지만, 75마이크로미터의 액적은 단 1mm/s의 속도로 상승하며 20마이크로미터의 액적은 실제 용기에서 효과적으로 분리되지 않습니다. 이것이 중력이 항상 첫 번째 단계이고 배출 한계가 약 50mg/L 미만이거나 오일이 펌핑이나 계면활성제에 의해 유화된 경우 항상 다른 단계가 뒤따르는 이유입니다.

Q: 유수 분리기가 여름에는 작동하지만 겨울에는 작동하지 않는 이유는 무엇입니까?

A: 거의 항상 점도 때문에 그렇습니다. 물의 점도는 25°C에서 5°C 사이에서 대략 두 배로 증가하며, 액적 상승 속도는 점도에 반비례하기 때문에 침전 속도는 같은 범위에서 절반으로 줄어듭니다. 적당한 마진으로만 설계되었거나 이미 한계에 가깝게 작동하고 있는 분리기는 아무런 변화가 없더라도 물이 냉각되자마자 오일을 운반하게 됩니다. 동일한 메커니즘으로 중유 공급물을 가열하면 분리가 향상되는 이유가 설명됩니다. 즉, 오일의 점성이 낮아지고 밀도 차이가 증가합니다. 실제적인 대응은 대기 온도가 아닌 최저 예상 작동 온도에서의 점도를 사용하여 분리기의 크기를 결정하고, 기후가 요구하는 용기와 입구 라인을 단열하거나 가열하며, 애초에 설계 마진이 너무 작았는지가 더 넓은 문제인지 확인하는 것입니다.

Q: 수중유 에멀젼을 깨뜨리는 것은 무엇입니까?

A: 강도가 높아지는 순서대로 네 가지 접근 방식을 취합니다. 화학적: 염화제2철 또는 황산알루미늄과 같은 응고제는 물방울을 분리시키는 표면 전하를 중화시키고, 고분자 전해질은 물방울을 더 큰 플록으로 연결합니다. 용량은 물의 화학적 특성에 따라 다르므로 병 테스트를 통해 결정해야 합니다. 열: 가열하면 점도가 감소하고 밀도 차이가 증가하며 계면 필름이 불안정해집니다. 이것이 바로 일부 공장에서 공급물을 50~70°C로 가열하는 이유입니다. 기계적: 투입 후 부드러운 저전단 혼합은 플록 성장을 촉진하는 반면 고전단 혼합은 플록을 파괴합니다. 이것이 바로 응집조가 저속 패들을 사용하는 이유입니다. 전기적: 정전기 코어레서는 액적을 분극화하고 늘려 필름을 파열시키고 병합하는 고전압 장을 적용하며 폐수 처리보다는 원유 탈수 처리에 사용됩니다. 공통 요소는 에멀젼을 깨는 것이 중력 또는 부양 단계가 작동하도록 하는 전처리라는 것입니다.

Q: 오일 제거와 용해된 탄화수소 제거의 차이점은 무엇입니까?

A: 기계적 분리는 자유, 분산 또는 유화 액적 등 별도의 상으로 존재하는 오일을 제거하며, 그 성능은 액적 절단 크기와 리터당 밀리그램 단위의 출구 농도로 설명됩니다. 용해된 탄화수소는 일반적으로 약 5마이크로미터 미만의 분자 수준에서 실제로 용액 상태로 존재하며 일반적으로 총 석유 탄화수소 또는 벤젠과 같은 특정 화합물로 측정됩니다. 중력, 부양 또는 여과 방법으로는 이를 제거할 수 없습니다. 용해된 탄화수소는 공기나 증기로 제거하거나, 활성탄이나 유기점토에 흡착하거나, 활성 슬러지나 막 생물반응기에서 생물학적 처리를 통해 처리됩니다. 이러한 구별은 10 mg/L 오일 및 그리스 제한을 충족하는 공장이 여전히 용존 탄화수소 제한을 충족하지 못할 수 있고 분석 방법이 다르기 때문에 중요합니다. 오일 및 그리스는 중량 분석 또는 적외선 추출을 통해, 용존 탄화수소는 가스 크로마토그래피를 통해 분석합니다.