بهترین روش جداسازی روغن و آب چیست: راهنمای انتخاب

پاسخ به سوال اصلی:بهترین روش جداسازی روغن و آب چیست؟بهترین روش واحد وجود ندارد. اندازه مناسب با اندازه قطره روغن در آب تعیین می شود و همه چیزهای دیگر از آن ناشی می شود. روغن آزاد، قطرات بالای 150 میکرومتر، تنها با نیروی جاذبه در جداکننده API 421 جدا می شود و به 50-150 میلی گرم در لیتر می رسد. روغن پراکنده 20-150 میکرومتری نیاز به یک بسته صفحه ای یا هیدروسیکلون دارد که به 20-60 میلی گرم در لیتر می رسد. روغن امولسیون شده زیر 20 میکرومتر به هیچ وجه نمی تواند ته نشین شود و نیاز به شناورسازی هوای محلول با انعقاد شیمیایی دارد که به 10-30 میلی گرم در لیتر می رسد. روغن محلول زیر 5 میکرومتر به یک کولسر یا غشاء نیاز دارد که به زیر 10-5 میلی گرم در لیتر می رسد. بنابراین، انتخاب با اندازه‌گیری توزیع اندازه قطرات شروع می‌شود، نه با انتخاب تجهیزات: فیزیک حاکم، قانون استوکس است، که در آن سرعت افزایش با مربع قطر قطره مقیاس می‌شود، بنابراین نصف کردن اندازه قطرات، سرعت ته‌نشینی را یک چهارم می‌کند.

1. چهار حالت نفتی و روش مورد نیاز هر کدام

روغن در آب در چهار حالت فیزیکی متمایز وجود دارد و هر یک تنها با روشی که با آن مطابقت دارد قابل تفکیک است:

• روغن رایگان: جداسازی جاذبه:روغن آزاد به صورت قطرات به اندازه کافی بزرگ وجود دارد که توسط گرانش در مدت زمان معقولی، معمولاً بالای 150 میکرومتر، بالا می‌آیند، و این همان چیزی است که جداکننده API 421 یا یک حوضچه ته نشینی ساده حذف می‌کند. از آنجایی که سرعت افزایش متناسب با مربع قطر است، یک قطره 300 میکرومتری روغن 850 کیلوگرم بر متر مکعب تقریباً با سرعت 12 میلی‌متر بر ثانیه بالا می‌آید در حالی که یک قطره 75 میکرومتری تنها 1 میلی‌متر بر ثانیه را مدیریت می‌کند، به همین دلیل است که اندازه برش ظرف را مشخص می‌کند. یک حوضه API معمولی سرعت افقی را به 0.9 متر در دقیقه محدود می کند و عدد رینولدز را زیر 2000 نگه می دارد و 50-150 میلی گرم در لیتر را از ورودی چند صد تا چند هزار نفری تحویل می دهد. این همیشه اولین مرحله در قطار تصفیه است، زیرا ارزانترین به ازای هر تن روغن برداشته شده است، بارها و مواد جامد را تحمل می کند و از همه چیز در پایین دست محافظت می کند.
• روغن پراکنده: بسته های صفحه و هیدروسیکلون ها:روغن پراکنده 20-150 میکرومتری برای یک حوضچه باز خیلی آهسته ته نشین می شود، بنابراین این طرح به جای طولانی شدن زمان، مسافتی را که قطره باید طی کند، کوتاه می کند. یک رهگیر صفحه راه راه صفحات را در فاصله 20-40 میلی متری در 45-60 درجه روی هم قرار می دهد، بنابراین یک قطره فقط به صفحه بالا می رود، در یک فیلم به هم می پیوندد و به سمت بالا به کانال جمع آوری تخلیه می شود. این ردپای مورد نیاز را به 20-50٪ از یک حوضه API کاهش می دهد و به 20-60 میلی گرم در لیتر می رسد. یک هیدروسیکلون مایع-مایع در عوض از شتاب گریز از مرکز استفاده می‌کند، جریان را می‌چرخاند تا آب سنگین‌تر به سمت دیوار حرکت کند و هسته روغن کشیده شود، در بسته‌ای به اندازه هر وسیله گرانشی. هیدروسیکلون‌ها انتخابی در خارج از ساحل هستند و در مکان‌هایی که فضا در بالاترین حد قرار دارد، اما به 200-500 کیلو پاسکال افت فشار نیاز دارند، نسبت به جامدات و گازها تحمل نمی‌کنند و در هنگام فروپاشی زیر 40-50 درصد کارایی خود را از دست می‌دهند.
• روغن امولسیون شده: شناورسازی و درمان شیمیایی:زیر حدود 20 میکرومتر، قطرات توسط سورفکتانت‌ها، ترکیبات فعال سطحی طبیعی یا مواد جامد ریز در سطح مشترک تثبیت می‌شوند و گرانش آنها را در هیچ ظرف عملی جدا نمی‌کند. پاسخ این است که فیزیک را تغییر دهید: یک منعقد کننده مانند کلرید آهن یا سولفات آلومینیوم بار سطحی را خنثی می کند، یک پلی الکترولیت قطرات را به لخته های بزرگتر تبدیل می کند و شناور شدن هوای محلول سپس حباب های هوای 10-100 میکرومتری را می چسباند که لخته را برای لخته ها به سطح می برد. دوز باید با آزمایش شیشه بر روی جریان واقعی تعیین شود، زیرا بهینه باریک است و مصرف بیش از حد امولسیون را تثبیت می کند و پساب را بدتر از عدم تصفیه می کند. DAF با دوز صحیح به 10-30 میلی گرم در لیتر می رسد و تیمار ثانویه استاندارد در پالایشگاه ها و کارخانه های پتروشیمی است، با فلوتاسیون گازی القایی در جاهایی که مواد جامد زیاد هستند یا جایی که اشباع کننده نامطلوب است ترجیح داده می شود.
• محلول و پولیش: کوالسرها، غشاها و جذب:در جایی که حد تخلیه بسیار کم است، یا جایی که قرار است آب مجددا استفاده شود، یک مرحله پرداخت اضافه می شود. یک فیلتر ادغام کننده جریان را از طریق یک محیط فیبری یا مرطوب مخصوص عبور می دهد که در آن قطرات ریز چسبیده، ادغام می شوند و رشد می کنند تا زمانی که بتوانند توسط گرانش در یک محفظه پایین دست جدا شوند و به 5-20 میلی گرم در لیتر می رسند. غشاهای اولترافیلتراسیون یا سرامیکی تقریباً به طور کامل روغن را دفع می‌کنند و کمتر از 5-10 میلی‌گرم در لیتر و اغلب کمتر از 1-5 میلی‌گرم در لیتر می‌دهند، به قیمت یک جریان کنسانتره که باید به کار گرفته شود و به طور منظم تمیز می‌شود. خاک رس یا جذب کربن فعال، هیدروکربن های محلول را که هیچ روش مکانیکی نمی تواند لمس کند را حذف می کند و به عنوان یک بستر محافظ نهایی استفاده می شود. برای آبگیر کشتی، حد مجاز 15 پی پی ام بر اساس IMO MEPC.107(49) است که با جداکننده اختصاصی، مرحله ادغام و فیلتر، مانیتور محتوای روغن و یک دریچه خودکار روی کشتی که در صورت تجاوز از حد مجاز بسته می شود، وجود دارد.

2. نحوه انتخاب: دنباله تصمیم

انتخاب دنباله ای از پنج سوال است و پاسخ دادن به آنها به ترتیب تقریباً همیشه قطار مناسب را به دست می دهد:

• ابتدا توزیع اندازه قطرات را اندازه گیری کنید:این اندازه گیری واحد همه چیز را تعیین می کند، با این حال این مرحله اغلب نادیده گرفته می شود. یک آنالایزر اندازه ذرات پراش لیزری یا یک شمارش میکروسکوپی ساده روی یک نمونه تازه و بدون برش، توزیع را نشان می‌دهد و مقادیر d50 و d90 به شما می‌گویند که کدام فناوری کار خواهد کرد. اگر بیشتر روغن بالای 150 میکرومتر باشد، جاذبه کافی است و هر گونه سرمایه گذاری بیشتر به هدر می رود. اگر d50 کمتر از 20 میکرومتر باشد، هیچ وسیله گرانشی در هر اندازه ای کار نمی کند و پول باید صرف تهویه شیمیایی و شناور شود. در مواردی که نمونه را نمی توان بدون برش برداشت، که معمول است زیرا نمونه برداری خود از طریق دریچه، قطرات را می شکند، رویکرد صحیح این است که نمونه را با سرعت کم از یک نقطه نمونه اختصاصی گرفته و آن را بلافاصله به جای پس از حمل و نقل، آنالیز کنیم.
• بررسی کنید که آیا امولسیون در بالادست ایجاد می شود یا خیر:اغلب مشکل جداکننده نیست، بلکه لوله است. یک پمپ گریز از مرکز، یک شیر کنترل دریچه گاز، یک شیر نیمه بسته یا یک محدودیت تیز، روغن آزاد را به یک امولسیون پایدار از قطرات 5-20 میکرومتری تبدیل می کند که هیچ جداکننده گرانشی نمی تواند آن را بازیابی کند. قبل از مشخص کردن تجهیزات جدید، خط را طی کنید و هر نقطه برشی بین منبع و جداکننده را شناسایی کنید. جایگزینی یک پمپ گریز از مرکز با یک حفره پیشرونده یا یک پمپ پیچی کم برش، یا جایگزینی یک دریچه گاز با یک محرک سرعت متغیر، اغلب عملکرد را بیش از هر پروژه سرمایه ای و با کسری از هزینه بهبود می بخشد. به طور مشابه، بررسی کنید که دما کاهش نیافته باشد، زیرا ویسکوزیته آب با سرد شدن به شدت افزایش می‌یابد و نرخ ته نشینی به نسبت کاهش می‌یابد.
• حد تخلیه و مشخصات وظیفه را تعریف کنید:غلظت خروجی مورد نیاز تعیین می‌کند که چند مرحله لازم است: 50-150 میلی‌گرم در لیتر فقط به نیروی جاذبه، 10-30 میلی‌گرم در لیتر به فلوتاسیون، زیر 10 میلی‌گرم در لیتر نیاز به کولسر یا غشاء، و 15 پی‌پی‌ام به جداکننده آب روغنی اختصاصی با نظارت نیاز دارد. مشخصات وظیفه به اندازه محدودیت اهمیت دارد. یک جریان ثابت آسان است. یک جریان طوفان محور یا دسته ای با قله های سه تا ده برابر میانگین به یک کشتی بسیار بزرگتر یا یک حوضه یکسان سازی در بالادست نیاز دارد، زیرا جداکننده هایی با اندازه جریان متوسط ​​در طول هر موج از کار می افتند. بارهای حلزونی، محتوای جامدات و وجود سورفکتانت ها یا مواد پاک کننده، همگی طراحی را به سمت یک پیکربندی قوی تر و بهینه تر سوق می دهند.
• ارزیابی ردپای، خدمات و هزینه عملیاتی:هزینه سرمایه به ندرت زمانی تعیین کننده است که ردپای و خدمات آب و برق محاسبه شود. یک حوضه API به ازای واحد عملکرد ارزان است اما به یک قطعه بزرگ نیاز دارد که ممکن است در یک کارخانه موجود یا خارج از ساحل وجود نداشته باشد، بنابراین یک بسته صفحه یا یک هیدروسیکلون با وجود سرمایه بالاتر در هر متر مکعب در ساعت برنده است. شناورسازی به مواد شیمیایی، پمپ اشباع کننده، جریان بازیافت و جابجایی اسکیمینگ نیاز دارد، بنابراین هزینه عملیاتی مداوم و نیاز به نیروی کار را به همراه دارد که گرانش آن را ندارد. غشاء و فرآیندهای غشایی بهترین کیفیت آب را ارائه می دهند، اما نیاز به پیش تصفیه، مواد شیمیایی پاک کننده، جایگزینی دوره ای عنصر و مسیری برای کنسانتره دارند. مقایسه صحیح کل هزینه مالکیت در طول عمر کارخانه در مشخصات وظیفه واقعی است، از جمله هزینه دفع روغن و لجن بازیافت شده، که اغلب بزرگترین آیتم عملیاتی واحد است.
• قطار را طراحی کنید نه واحد:گیاهان واقعی از یک توالی استفاده می کنند و مراحل به جای رقابت مکمل یکدیگر هستند. یک قطار پالایشگاهی معمولی یک جداکننده API برای روغن آزاد، یک حوضه یکسان سازی برای نوسانات مرطوب، شناورسازی هوای محلول با دوز شیمیایی برای روغن امولسیون شده، و یک فیلتر شنی یا یک ترکیب کننده برای پرداخت و به دنبال آن تصفیه بیولوژیکی برای مواد آلی محلول است. اندازه هر مرحله برای آنچه مرحله قبلی پشت سر می گذارد اندازه گیری می شود و هر مرحله بعدی را از اضافه بار محافظت می کند. در جایی که نفت بازیافتی دارای ارزش است، قطار به گونه ای طراحی شده است که آن را تمیز و بدون آب نگه دارد تا صرفاً حذف آن، زیرا لجن روغنی هزینه دفع است در حالی که نفت بازیافتی یک قلم درآمد محسوب می شود. و هر قطار به ابزار دقیق نیاز دارد: نظارت بر محتوای روغن ورودی و خروجی، فشار تفاضلی در هر عنصر و اندازه‌گیری جریان، به طوری که کاهش عملکرد به جای کشف در نقطه تخلیه، شناسایی و تشخیص داده شود.

ماتریس مقایسه روشهای جداسازی آب نفت

سوالات متداول (سؤالات متداول)

س: آیا می توانید روغن و آب را به تنهایی از طریق گرانش جدا کنید؟

پاسخ: بله، اما فقط برای روغن رایگان. جداسازی گرانشی زمانی عمل می‌کند که قطرات روغن به اندازه‌ای بزرگ باشند که در مدت زمان ماندن کشتی به سطح برسند، که برای طراحی‌های عملی به معنای بالای 150 میکرومتر است. فیزیک قانون استوکس است: سرعت افزایش با مجذور قطر قطرات و اختلاف چگالی متناسب است و با ویسکوزیته آب نسبت معکوس دارد. یک قطره 300 میکرومتری روغن معدنی معمولی با سرعت 12 میلی‌متر بر ثانیه بالا می‌آید و به راحتی جذب می‌شود، اما یک قطره 75 میکرومتری تنها با سرعت 1 میلی‌متر بر ثانیه بالا می‌آید و یک قطره 20 میکرومتری به طور موثر هرگز در یک ظرف واقعی جدا نمی‌شود. به همین دلیل است که گرانش همیشه اولین مرحله است و چرا وقتی حد تخلیه زیر حدود 50 میلی گرم در لیتر است یا زمانی که روغن با پمپاژ یا سورفکتانت ها امولسیون شده است همیشه چیز دیگری دنبال می شود.

س: چرا جداکننده آب روغن من در تابستان کار می کند اما در زمستان خراب می شود؟

پاسخ: تقریباً همیشه به دلیل ویسکوزیته. ویسکوزیته آب تقریباً بین 25 درجه سانتیگراد تا 5 درجه سانتیگراد دو برابر می شود و از آنجا که سرعت افزایش قطرات با ویسکوزیته نسبت معکوس دارد، نرخ ته نشینی در همان محدوده نصف می شود. جداکننده‌ای که فقط با یک حاشیه کوچک طراحی شده است، یا در حال حاضر نزدیک به حد مجاز خود کار می‌کند، بنابراین به محض سرد شدن آب، روغن را حمل می‌کند، حتی اگر هیچ چیز دیگری تغییر نکرده باشد. همین مکانیسم توضیح می‌دهد که چرا گرم کردن خوراک روغن سنگین جداسازی را بهبود می‌بخشد: روغن چسبناک‌تر می‌شود و اختلاف چگالی افزایش می‌یابد. پاسخ‌های عملی عبارتند از اندازه‌گیری جداکننده با استفاده از ویسکوزیته در کمترین دمای کاری مورد انتظار به جای محیط، برای عایق‌سازی یا گرم کردن مخزن و خط ورودی در جایی که آب و هوا آن را می‌طلبد، و بررسی اینکه آیا مشکل گسترده‌تر این است که حاشیه طراحی در وهله اول خیلی کوچک بوده است یا خیر.

س: چه چیزی امولسیون روغن را در آب می شکند؟

ج: چهار رویکرد، به ترتیب افزایش شدت. شیمیایی: یک منعقد کننده مانند کلرید آهن یا سولفات آلومینیوم بار سطحی را که قطرات را از هم دور نگه می دارد خنثی می کند و یک پلی الکترولیت آنها را به لخته های بزرگتر تبدیل می کند. دوز باید با آزمایش شیشه تعیین شود زیرا این دوز مخصوص شیمی آب است. حرارتی: گرمایش ویسکوزیته را کاهش می دهد، اختلاف چگالی را افزایش می دهد و لایه سطحی را بی ثبات می کند، به همین دلیل است که برخی از گیاهان خوراک را تا 50-70 درجه سانتی گراد گرم می کنند. مکانیکی: اختلاط ملایم و کم برش پس از دوز باعث رشد لخته می شود، در حالی که اختلاط با برش زیاد آن را از بین می برد، به همین دلیل است که حوضچه های لخته سازی از پدل های با سرعت آهسته استفاده می کنند. و الکتریکی: یک کوالسر الکترواستاتیک یک میدان ولتاژ بالا اعمال می کند که قطرات را قطبی و کشیده می کند، فیلم را پاره می کند و آنها را ادغام می کند، و در تصفیه خشکی نفت خام به جای خدمات فاضلاب استفاده می شود. عنصر رایج این است که شکستن امولسیون یک پیش تصفیه است که سپس به مرحله گرانش یا شناور اجازه می دهد تا کار کند.

س: تفاوت بین حذف روغن و حذف هیدروکربن های محلول چیست؟

ج: جداسازی مکانیکی روغنی را که به صورت فاز جداگانه وجود دارد، خواه به صورت قطرات آزاد، پراکنده یا امولسیون شده، حذف می کند و عملکرد آن با اندازه برش قطره و غلظت خروجی بر حسب میلی گرم در لیتر توصیف می شود. هیدروکربن های محلول واقعاً در سطح مولکولی در محلول هستند، معمولاً کمتر از حدود 5 میکرومتر و معمولاً به عنوان کل هیدروکربن های نفتی یا به عنوان یک ترکیب خاص مانند بنزن اندازه گیری می شوند. هیچ روش گرانشی، شناورسازی یا فیلتراسیون آنها را حذف نمی کند. هیدروکربن های محلول با جداسازی با هوا یا بخار، جذب روی کربن فعال یا رس ارگانیک، یا با تصفیه بیولوژیکی در لجن فعال یا بیوراکتور غشایی مورد بررسی قرار می گیرند. این تمایز اهمیت دارد زیرا کارخانه‌ای که دارای حد مجاز روغن و گریس 10 میلی‌گرم در لیتر است ممکن است باز هم محدودیت هیدروکربن محلول را نداشته باشد، و چون روش‌های تحلیلی متفاوت است: روغن و گریس با استخراج وزنی یا مادون قرمز، هیدروکربن‌های محلول با کروماتوگرافی گازی.