Сепарация нефти и воды: технологии, конструкция системы и выбор оборудования

Пластовая вода из устья скважины, промывная вода с пищевого завода и трюмная вода с судна имеют одну проблему: нефть должна выйти, прежде чем воду можно будет повторно использовать или сбросить. Настоящая трудность заключается не в общей концентрации масла, а в размере капель. Свободное масло размером более 150 микрон поднимается за считанные минуты; эмульгированное масло размером менее 20 микрон может оставаться стабильным в течение нескольких недель. Таким образом, хорошо спроектированная система разделения нефти и воды опирается на поэтапный цикл, а не на одну машину, начиная с грубого удаления и заканчивая полировкой, адаптированной к цели сброса или повторного использования. Инженеры планирования очистка пластовой воды или шире очистка промышленных сточных вод проекты следуют той же логике: сначала охарактеризуйте поток, а затем сопоставьте каждую технологию с состоянием нефти, которую она действительно может обеспечить.

Сепарация нефти и воды начинается с изучения состояния нефти

Первый вывод: стоимость разделения резко возрастает по мере уменьшения размера капель. Удаление свободной нефти самотеком может стоить всего несколько центов за кубический метр, в то время как удаление эмульгированной нефти может потребовать флотации, фильтрации или использования химикатов, стоимость которых во много раз выше. Таким образом, знание состояния нефти в вашем потоке является наиболее важным шагом при выборе системы разделения нефти и воды. Лабораторный анализ размера капель в сочетании с простыми анализами в банках покажет вам, будет ли работать только гравитация или вам нужно добавить флотацию и фильтрацию. Многие заводы недооценивают долю эмульгированной нефти в поступающей воде и впоследствии испытывают трудности с получением разрешений на выбросы. Единовременное вложение в лабораторию нескольких сотен долларов может сэкономить десятки тысяч на доработке.

Нефть в сточных водах обычно разделяют на четыре состояния в зависимости от размера капель. В таблице ниже приведены все состояния, их поведение и применяемые технологии.

Сравнение основных технологий разделения нефти и воды

Каждая технология имеет рабочую зону, которая определяет ее место в технологической цепочке лечения. Сепараторы API остаются наиболее экономичным первичным этапом для свободной нефти, но они не могут разрушать эмульсии. Пластинчатые коагуляторы улучшают гравитационное разделение за счет сокращения вертикального расстояния, которое капли должны подниматься. Флотация растворенным воздухом (DAF) прикрепляет микропузырьки к каплям масла и сегодня является вторичным этапом по умолчанию для эмульгированного масла на многих промышленных предприятиях. Гидроциклоны представляют собой компактную альтернативу свободной и диспергированной нефти, особенно на морских платформах, занимаемая площадь которых ограничена. Мембранная фильтрация обеспечивает очень низкий уровень масла, но несет в себе более высокую энергию и риск загрязнения.

Химические деэмульгаторы заслуживают упоминания, поскольку зачастую они являются наименее дорогостоящим способом разрушения плотной эмульсии. Они работают путем нейтрализации межфазной пленки, которая стабилизирует капли, обеспечивая слияние при легком перемешивании. Однако они увеличивают эксплуатационные расходы, создают шлам нефтеводяной химии и требуют тщательного контроля дозирования, поэтому большинство стационарных установок предпочитают физические методы, такие как DAF, в качестве вторичного этапа.

Согласно рекомендациям API по проектированию сепараторов и рекомендациям Агентства по охране окружающей среды США по очистке сточных вод, эти рабочие диапазоны одинаковы для нефтеперерабатывающих, нефтехимических, морских и муниципальных установок. На диаграмме ниже сравниваются три распространенные технологии по пяти практическим критериям.

Проектирование многоступенчатой системы разделения нефти и воды

Начните с характеристики притока: распределение капель по размерам, концентрация масла, температура, содержание твердых частиц, а также цель сброса или повторного использования. Например, для морских операций в водах США предел содержания масел и смазок Агентства по охране окружающей среды в соответствии с частью 435 40 CFR составляет 29 мг/л в среднем за месяц и максимум 42 мг/л в день. Разрешения на земельные участки зачастую более строгие, поэтому размер этапа огранки должен быть соответствующим.

Шаг 1 – Предварительная обработка. Механическое сито удаляет крупные твердые частицы и волокнистый мусор, которые в противном случае могли бы засорить коалесцентную среду и флотационные сопла. Вращающееся барабанное сито представляет собой компактный выбор для входных потоков, несущих взвешенные твердые частицы.

Вращающееся барабанное сито для стадии предварительной обработки Это компактное механическое сито удаляет крупные твердые частицы и волокнистый мусор из поступающей воды, предотвращая засорение и защищая последующие коалесцирующие среды и флотационные сопла от истирания. Посмотреть продукт →

Этап 2 – Первичная гравитационная сепарация. Сепаратор API или пластинчатый коагулятор удаляет большую часть свободного масла. Песок оседает в том же резервуаре, защищая последующие насосы и инструменты от истирания. Затем классификатор песка обезвоживает и выгружает осевший песок в почти сухом виде.

Классификатор песка для разделения песка и воды Этот шнековый классификатор обезвоживает и выгружает осевший песок с влажностью ниже 60 %, защищая насосы и инструменты, сохраняя при этом первичный сепарационный резервуар чистым и эффективным. Посмотреть продукт →

Этап 3 – Вторичная флотация. Установка DAF удаляет диспергированное и частично эмульгированное масло, прикрепляя микропузырьки к каплям и поднимая их на поверхность для сбора. Горизонтальные флотационные машины хорошо интегрируются в существующие конструкции резервуаров и требуют меньше места, чем вертикальные конструкции.

Горизонтальная воздушная флотационная машина для удаления нефти Используя микропузырьки для флотации диспергированной и эмульгированной нефти и взвешенных твердых частиц, эта установка DAF повышает эффективность разделения, требуя при этом меньше места, что делает ее идеальной для вторичной флотации. Посмотреть продукт →

Шаг 4 – Полировка. Картриджная фильтрация, мембранное разделение или адсорбция активированным углем добавляются, когда лимит разрешения или спецификация повторного использования требуют уровня масла ниже того, которого может достичь только флотация. Обезжиренный слой масла из сепаратора можно восстановить, если объемы этого оправдывают, в то время как нефтесодержащий осадок из скиммера DAF обычно требует обезвоживания перед утилизацией за пределами площадки. Включение обращения с осадком в проектную смету позволяет избежать неожиданностей при вводе в эксплуатацию.

Типичный разделитель API в изометрической проекции

Контрольный список выбора оборудования для разделения нефти и воды

Выбор оборудования на основании приведенной ниже таблицы снижает риск недостаточного или завышенного размера. Опыт эксплуатации показывает, что большинство отказов сепараторов происходит из-за игнорирования одного из этих шести параметров.

Признаками того, что существующая система недостаточно производительна, являются видимый масляный блеск в сточных водах, фильтрующие картриджи, которые засоряются за несколько дней, а также рост потребления химикатов при том же качестве корма. Прежде чем инвестировать в новое оборудование, измерьте реальное распределение капель по размерам, по крайней мере, в течение полного производственного цикла; суточные пики часто меняют состояние нефти больше, чем средняя концентрация.

Часто задаваемые вопросы о разделении нефти и воды