Масло-водяной сепаратор API — это устройство, предназначенное для отделения большого количества нефти и взвешенных твердых частиц из промышленных сточных вод, образующихся на нефтеперерабатывающих заводах , нефтехимических заводах , химических заводах , заводах по переработке природного газа и других промышленных источниках маслянистой воды. Сепаратор API — это устройство гравитационного разделения, разработанное с использованием закона Стокса для определения скорости подъема капель нефти на основе их плотности и размера. Конструкция основана на разнице удельного веса между нефтью и сточными водами, поскольку эта разница намного меньше разницы удельного веса между взвешенными твердыми частицами и водой. Взвешенные твердые частицы оседают на дне сепаратора в виде слоя осадка, нефть поднимается наверх сепаратора, а очищенные сточные воды являются средним слоем между слоем нефти и твердыми частицами. [1]
Название происходит от того факта, что такие сепараторы проектируются в соответствии со стандартами, опубликованными Американским институтом нефти (API). [1] [2]
Сепаратор API представляет собой устройство гравитационного разделения, разработанное с использованием принципов закона Стокса , которые определяют скорость подъема капель масла на основе их плотности , размера и свойств воды. Конструкция сепаратора основана на разнице удельного веса между маслом и сточными водами, поскольку эта разница намного меньше, чем разница удельного веса между взвешенными твердыми частицами и водой. Исходя из этого критерия проектирования, большая часть взвешенных твердых частиц будет оседать на дно сепаратора в виде слоя осадка, масло поднимется наверх сепаратора, а сточные воды будут средним слоем между нефтью наверху и твердыми частицами внизу. [3] Стандарты проектирования API при правильном применении вносят корректировки в геометрию, конструкцию и размер сепаратора, выходящие за рамки простых принципов закона Стокса. Это включает в себя допуски на потери турбулентности на входе и выходе потока воды, а также другие факторы. Спецификация API 421 требует минимального соотношения длины к ширине 5:1 и минимального соотношения глубины к ширине 0,3:0,5. [4]
Обычно нефтяной слой снимается и впоследствии повторно обрабатывается или утилизируется, а донный слой осадка удаляется цепным и скребковым скребком (или аналогичным устройством) и шламовым насосом. Водный слой отправляется на дальнейшую обработку для дополнительного удаления остатков нефти, а затем на какой-либо тип биологической установки очистки для удаления нежелательных растворенных химических соединений. [ необходима цитата ]
Многие виды нефти можно собрать с поверхности открытой воды с помощью скиммеров. Считающиеся надежным и дешевым способом удаления нефти, жира и других углеводородов из воды, скиммеры иногда могут достичь желаемого уровня чистоты воды. В других случаях скиммер также является экономически эффективным методом удаления большей части нефти перед использованием мембранных фильтров и химических процессов. Скиммеры предотвратят преждевременное засорение фильтров и снизят расходы на химикаты, поскольку обрабатывать придется меньше нефти. [ необходима цитата ]
Поскольку для сбора жира используются углеводороды с более высокой вязкостью, скиммеры должны быть оснащены нагревателями, достаточно мощными, чтобы поддерживать смазку в жидком состоянии для сброса. Если плавающий жир образует твердые комки или маты, для облегчения удаления можно использовать распылительную штангу, аэратор или механический аппарат. [5]
Однако гидравлические масла и большинство масел, которые деградировали в какой-либо степени, также будут иметь растворимый или эмульгированный компонент, для устранения которого потребуется дополнительная обработка. Растворение или эмульгирование масла с использованием поверхностно-активных веществ или растворителей обычно усугубляет проблему, а не решает ее, производя сточные воды, которые сложнее очищать.
Сепараторы, спроектированные по стандартам API, и аналогичные гравитационные резервуары не должны быть эффективными, если к условиям подачи применимо любое из следующих условий: [ необходима ссылка ]
Согласно закону Стокса, более тяжелые масла требуют большего времени удержания. Во многих случаях, когда НПЗ перешли на более тяжелые сорта сырой нефти, эффективность сепаратора API снизилась. [4]
Из-за ограничений производительности вода, сбрасываемая из сепараторов типа API, обычно требует нескольких дополнительных стадий обработки, прежде чем очищенная вода может быть сброшена или повторно использована. Дальнейшая очистка воды предназначена для удаления капель масла размером менее 150 микрон, растворенных материалов и углеводородов, более тяжелых масел или других загрязняющих веществ, не удаленных API. Технологии вторичной очистки включают флотацию растворенным воздухом (DAF) , анаэробную и аэробную биологическую очистку, сепараторы с параллельными пластинами, гидроциклон , фильтры из скорлупы грецкого ореха и фильтры-носители. [ необходима цитата ]
Пластинчатые сепараторы или коалесцирующие пластинчатые сепараторы похожи на сепараторы API, поскольку они основаны на законах Стокса, но включают наклонные пластинчатые сборки (также известные как параллельные пакеты). [3] Нижняя сторона каждой параллельной пластины обеспечивает большую поверхность для слияния взвешенных капель масла в более крупные глобулы. Коалесцирующие пластинчатые сепараторы могут быть неэффективны в ситуации, когда химические вещества в воде или взвешенные твердые частицы ограничивают или предотвращают слияние капель масла. При эксплуатации предполагается, что осадок будет скользить вниз по верхней стороне каждой параллельной пластины, однако во многих практических ситуациях осадок может прилипать к пластинам, требуя периодического удаления и очистки. Такие сепараторы по-прежнему зависят от удельного веса между взвешенным маслом и водой. Однако параллельные пластины могут повысить степень разделения масла и воды для капель масла размером более 50 микрон. В качестве альтернативы в конструкцию сепараторов API добавляются параллельные пластинчатые сепараторы, которые требуют меньше места, чем обычный сепаратор API, для достижения аналогичной степени разделения.
Сепараторы с параллельными пластинами похожи на сепараторы API, но они включают наклонные сборки параллельных пластин (также известные как параллельные пакеты). Параллельные пластины обеспечивают большую поверхность для слияния взвешенных капель масла в более крупные глобулы. Такие сепараторы по-прежнему зависят от удельного веса между взвешенным маслом и водой. Однако параллельные пластины повышают степень разделения масла и воды. В результате сепаратор с параллельными пластинами требует значительно меньше места, чем обычный сепаратор API, чтобы достичь той же степени разделения. [6]
Сепаратор API был разработан API и Rex Chain Belt Company (теперь Evoqua). Первый сепаратор API был установлен в 1933 году на нефтеперерабатывающем заводе Atlantic Refining Company (ARCO) в Филадельфии. [4] С тех пор практически все нефтеперерабатывающие заводы мира установили сепараторы API в качестве первой первичной ступени своих установок по очистке маслянистых сточных вод . Большинство этих нефтеперерабатывающих заводов установили сепараторы API, используя оригинальную конструкцию, основанную на разнице удельного веса между нефтью и водой. Однако многие нефтеперерабатывающие заводы теперь используют пластиковую насадку с параллельными пластинами для улучшения гравитационного разделения. [7] [3] Сегодняшние правила часто требуют, чтобы сепараторы API имели фиксированные или плавающие крышки для контроля летучих органических соединений (ЛОС). [4] Кроме того, большинство сепараторов API должны находиться над землей для обнаружения разливов. [4]
Существуют и другие приложения, требующие разделения масла и воды. Например: