آب تولید شده از دهانه چاه، آب شستشو از یک کارخانه مواد غذایی، و آب آشامیدنی از یک کشتی، همگی یک مشکل دارند: روغن باید قبل از استفاده مجدد یا تخلیه آب خارج شود. مشکل واقعی غلظت کل روغن نیست، بلکه اندازه قطرات است. روغن آزاد بالای 150 میکرون در عرض چند دقیقه افزایش می یابد. روغن امولسیون شده زیر 20 میکرون می تواند برای هفته ها پایدار بماند. بنابراین یک سیستم جداسازی آب و روغن که به خوبی طراحی شده است، به جای یک ماشین واحد، به یک قطار مرحلهای تکیه میکند، که با حذف درشت شروع میشود و با پرداخت متناسب با هدف تخلیه یا استفاده مجدد به پایان میرسد. مهندسین برنامه ریزی تصفیه آب تولید کرد یا گسترده تر تصفیه فاضلاب صنعتی پروژهها از همین منطق پیروی میکنند: ابتدا جریان را مشخص کنید، سپس هر فناوری را با حالت نفتی که واقعاً میتواند ارائه دهد مطابقت دهید.
جداسازی نفت از آب با دانستن وضعیت نفت آغاز می شود
نتیجه گیری اول: هزینه جداسازی با کاهش اندازه قطرات به شدت افزایش می یابد. حذف روغن آزاد توسط نیروی ثقلی می تواند تنها چند سنت در هر متر مکعب هزینه داشته باشد، در حالی که حذف روغن امولسیون شده ممکن است به شناورسازی، فیلتراسیون یا مواد شیمیایی با چندین برابر هزینه نیاز داشته باشد. بنابراین، دانستن وضعیت روغن در جریان شما، مهم ترین گام در تعیین محدوده یک سیستم جداسازی نفت از آب است. تجزیه و تحلیل اندازه قطرات آزمایشگاهی، همراه با آزمایشهای ساده شیشه، به شما میگوید که آیا گرانش به تنهایی کار میکند یا اینکه باید شناورسازی و فیلتراسیون را اضافه کنید. بسیاری از گیاهان کسری از روغن امولسیون شده را دستکم میگیرند و بعداً با گشتوگذارهای مجوز مبارزه میکنند. سرمایه گذاری یک بار آزمایشگاهی چند صد دلاری می تواند ده ها هزار نفر را در کار مجدد صرفه جویی کند.
روغن موجود در فاضلاب به طور کلی بر اساس اندازه قطرات به چهار حالت تقسیم می شود. جدول زیر هر حالت، رفتار آن و فناوریهای کاربردی را خلاصه میکند.
| حالت نفتی | اندازه قطره | رفتار | تکنولوژی معمولی |
|---|---|---|---|
| روغن رایگان | > 150 میکرون | در عرض چند دقیقه به سطح می آید | جداکننده API، کفگیر |
| روغن پراکنده | 20-150 میکرون | به آرامی بلند می شود؛ حساس به تلاطم | ترکیب کننده صفحه، هیدروسیکلون |
| روغن امولسیون شده | 1-20 میکرون | به دلیل سورفکتانت ها پایدار است | DAF، غشاء، دمولسیفایر |
| روغن حل شده | <1 میکرون | مولکولی؛ با نیروی جاذبه قابل جابجایی نیست | کربن فعال بیولوژیکی |
مقایسه فنآوریهای اصلی جداسازی نفت و آب
هر فناوری دارای یک پاکت کاری است که مکان آن را در قطار درمانی تعیین می کند. جداکننده های API مقرون به صرفه ترین مرحله اولیه برای روغن آزاد هستند، اما نمی توانند امولسیون ها را بشکنند. کوالسرهای صفحه ای با کوتاه کردن فاصله عمودی که قطرات باید بلند شوند، جداسازی گرانشی را بهبود می بخشند. شناورسازی هوای محلول (DAF) میکرو حباب ها را به قطرات نفت متصل می کند و امروزه مرحله پیش فرض ثانویه برای روغن امولسیون شده در بسیاری از کارخانه های صنعتی است. هیدروسیکلون ها جایگزین فشرده ای برای نفت آزاد و پراکنده هستند، به ویژه در سکوهای دریایی که ردپای آنها محدود است. فیلتراسیون غشایی تا سطوح بسیار پایین روغن جلا میدهد، اما انرژی و خطر رسوب بیشتری را به همراه دارد.
دمولسیفایرهای شیمیایی شایسته ذکر هستند زیرا آنها اغلب کم هزینه ترین راه برای شکستن امولسیون سفت هستند. آنها با خنثی کردن لایه سطحی که قطرات را تثبیت می کند، کار می کنند، و اجازه می دهند تحت تکان دادن ملایم ادغام شوند. با این حال، آنها هزینه عملیاتی را اضافه می کنند، لجن شیمیایی نفت-آب را ایجاد می کنند و به کنترل دقیق دوز نیاز دارند، به همین دلیل است که اکثر تاسیسات دائمی روش های فیزیکی مانند DAF را به عنوان مرحله ثانویه ترجیح می دهند.
با توجه به راهنمای طراحی جداکننده API و مراجع تصفیه فاضلاب EPA ایالات متحده، این محدوده کاری در سراسر تاسیسات پالایشگاهی، پتروشیمی، دریایی و شهری سازگار است. نمودار رادار زیر سه فناوری رایج را در پنج معیار عملی مقایسه میکند.
طراحی سیستم جداسازی آب و روغن چند مرحله ای
با مشخص کردن پسرو شروع کنید: توزیع اندازه قطرات، غلظت روغن، دما، محتوای جامد، و هدف تخلیه یا استفاده مجدد. به عنوان مثال، برای عملیات دریایی در آب های ایالات متحده، محدودیت روغن و گریس EPA تحت 40 CFR قسمت 435، میانگین ماهانه 29 میلی گرم در لیتر و حداکثر روزانه 42 میلی گرم در لیتر است. مجوزهای زمینی اغلب سختگیرانه تر هستند، بنابراین مرحله پرداخت باید بر اساس آن اندازه شود.
مرحله 1 - پیش تصفیه یک صفحه مکانیکی، جامدات درشت و بقایای فیبری را که در غیر این صورت رسانه های ادغام کننده پایین دست و نازل های شناور را مسدود می کنند، حذف می کند. صفحه نمایش درام دوار یک انتخاب فشرده برای جریان های ورودی حامل مواد جامد معلق است.
صفحه نمایش درام چرخشی برای مرحله پیش تصفیه این صفحهنمایش مکانیکی فشرده، جامدات درشت و زبالههای فیبری را از نفوذ حذف میکند، از گرفتگی جلوگیری میکند و از رسانههای ادغامکننده پایین دست و نازلهای شناور در برابر سایش محافظت میکند. مشاهده محصول → مرحله 2 - جداسازی گرانشی اولیه. جداکننده API یا کوالسر صفحه بخش عمده ای از روغن آزاد را حذف می کند. شن در یک مخزن می نشیند و از پمپ ها و ابزارهای پایین دست در برابر سایش محافظت می کند. سپس یک طبقهبندی گریت، ماسههای تهنشین شده را به شکل تقریباً خشک آبگیری و تخلیه میکند.
طبقه بندی گریت برای جداسازی آب شن و ماسه این طبقهبندیکننده پیچ، ماسههای رسوبشده را با رطوبت کمتر از 60 درصد تخلیه میکند و از پمپها و ابزارها محافظت میکند و در عین حال مخزن جداسازی اولیه را تمیز و کارآمد نگه میدارد. مشاهده محصول → مرحله 3 - شناورسازی ثانویه. یک واحد DAF روغن پراکنده و نیمه امولسیون شده را با چسباندن میکرو حباب ها به قطرات، شناور کردن آنها به سطح برای تمیز کردن، حذف می کند. ماشینهای فلوتاسیون هوای افقی به خوبی با طرحبندی مخازن موجود ادغام میشوند و نسبت به طرحهای عمودی به فضای کمتری نیاز دارند.
دستگاه فلوتاسیون هوای افقی برای حذف روغن این واحد DAF با استفاده از میکرو حبابها برای شناور کردن روغن پراکنده و امولسیون شده و مواد جامد معلق، کارایی جداسازی را افزایش میدهد در حالی که به فضای کمتری نیاز دارد، و آن را برای شناورسازی ثانویه ایدهآل میکند. مشاهده محصول → مرحله 4 - پرداخت. فیلتراسیون کارتریج، جداسازی غشایی، یا جذب کربن فعال زمانی اضافه میشود که محدودیت مجوز یا مشخصات استفاده مجدد، سطح روغن را کمتر از آنچه شناورسازی به تنهایی میتواند به آن برسد، اضافه میکند. در صورتی که حجم ها آن را توجیه کنند، لایه روغن بدون چربی جداکننده قابل بازیابی است، در حالی که لجن روغنی از کفگیر DAF معمولاً قبل از دفع خارج از محل نیاز به آبگیری دارد. گنجاندن جابجایی لجن در برآورد طراحی از غافلگیری در طول راه اندازی جلوگیری می کند.
یک جداکننده API معمولی در نمای ایزومتریک
چک لیست انتخاب تجهیزات جداسازی روغن و آب
انتخاب تجهیزات بر اساس جدول زیر، خطر بزرگی یا بزرگی بیش از حد را کاهش می دهد. تجربه میدانی نشان میدهد که بیشتر خرابیهای جداکننده ناشی از نادیده گرفتن یکی از این شش پارامتر است.
| معیار | چرا مهم است | مفهوم طراحی |
|---|---|---|
| سرعت و پیک جریان | اندازه کم باعث انتقال روغن می شود | جداکننده های اندازه در جریان متوسط 1.25-1.5x |
| اندازه قطره distribution | تعیین می کند که آیا گرانش می تواند کار کند یا خیر | زیر 20 میکرون، DAF یا غشاء را اضافه کنید |
| دما | دمای بالاتر باعث کاهش ویسکوزیته می شود | گرمایش جریان های سرد به افزایش سرعت کمک می کند |
| غلظت مواد جامد | اتصال دهنده ها و نازل های فلوتاسیون را مسدود می کند | ابتدا صفحه نمایش و حذف شن را نصب کنید |
| محدودیت های شیمیایی | برخی از سایت ها استفاده از دمولسیفایر را محدود می کنند | به جای آن جداسازی فیزیکی را انتخاب کنید |
| حد مجاز | نیاز پولیش را تنظیم می کند | 29 میلی گرم در لیتر در مقابل 10 میلی گرم در لیتر قطار را تغییر می دهد |
نشانههایی که نشان میدهد یک سیستم موجود کمتر از اندازه است عبارتند از: درخشش روغن قابل مشاهده در پساب، کارتریجهای فیلتر که در چند روز مسدود میشوند، و افزایش مصرف مواد شیمیایی برای همان کیفیت خوراک. قبل از سرمایه گذاری در تجهیزات جدید، توزیع اندازه واقعی قطرات را حداقل در یک چرخه کامل تولید اندازه گیری کنید. پیک های روزانه اغلب حالت روغن را بیشتر از غلظت متوسط تغییر می دهد.
سوالات متداول در مورد جداسازی نفت از آب
Q1. جداکننده آب و روغن چیست؟
جداکننده روغن و آب با استفاده از تفاوت های چگالی، ادغام، شناورسازی، فیلتراسیون یا عمل شیمیایی، روغن را از آب خارج می کند. انواع متداول عبارتند از جداکننده های API، کوالسرهای صفحه، واحدهای DAF و سیستم های غشایی.
Q2. جداکننده روغن و آب API چگونه کار می کند؟
یک جداکننده API جریان ساکن و زمان ماند طولانی را فراهم می کند، معمولاً 1.5-2 ساعت، بنابراین روغن آزاد برای تمیز کردن به سطح بالا می رود در حالی که جامدات ته نشین شده در پایین جمع می شوند.
Q3. تفاوت بین روغن آزاد و امولسیون شده چیست؟
روغن آزاد به صورت قطرات بزرگتر از حدود 150 میکرون وجود دارد و با نیروی جاذبه جدا می شود. روغن امولسیون شده قطرات زیر 20 میکرون است که توسط سورفکتانت ها تثبیت شده و به شناورسازی، غشاها یا دمولسیفایرهای شیمیایی نیاز دارند.
Q4. چگونه روغن را از آب تولید شده جدا می کنید؟
تصفیه آب تولید شده از قطار چند مرحلهای استفاده میکند: هیدروسیکلونها یا جداکنندههای صفحه برای روغن بدون حجیم، DAF برای پرداخت ثانویه، و فیلتراسیون یا تصفیه بیولوژیکی در صورت نیاز به محدودیتهای تخلیه یا تزریق مجدد.
Q5. سقف تخلیه روغن و گریس چقدر است؟
استاندارد فراساحلی EPA ایالات متحده برای آب تولیدی 29 میلی گرم در لیتر به طور متوسط ماهانه و حداکثر 42 میلی گرم در لیتر روزانه تحت 40 CFR قسمت 435 است. مجوزهای زمینی اغلب سختگیرانه تر هستند، معمولاً 10-20 میلی گرم در لیتر.
Q6. آیا منعقد کننده ها می توانند جداسازی روغن از آب را بهبود بخشند؟
بله. منعقد کننده های آلومینیوم یا آهن و لخته سازهای آلی بار سطحی را خنثی می کنند و ادغام قطرات را تقویت می کنند و به طور قابل توجهی کارایی DAF و فیلتراسیون را برای امولسیون های محکم بهبود می بخشند.
