Un separador de aceite y agua API es un dispositivo diseñado para separar grandes cantidades de aceite y sólidos suspendidos de las aguas residuales industriales producidas en refinerías de petróleo , plantas petroquímicas , plantas químicas , plantas de procesamiento de gas natural y otras fuentes de agua oleosa industrial. El separador API es un dispositivo de separación por gravedad diseñado utilizando la Ley de Stokes para definir la velocidad de ascenso de las gotas de aceite en función de su densidad y tamaño. El diseño se basa en la diferencia de gravedad específica entre el aceite y las aguas residuales porque esa diferencia es mucho menor que la diferencia de gravedad específica entre los sólidos suspendidos y el agua. Los sólidos suspendidos se depositan en el fondo del separador como una capa de sedimento, el aceite sube a la parte superior del separador y las aguas residuales limpias son la capa intermedia entre la capa de aceite y los sólidos. [1]
El nombre se deriva del hecho de que dichos separadores están diseñados de acuerdo con los estándares publicados por el Instituto Americano del Petróleo (API). [1] [2]
El separador API es un dispositivo de separación por gravedad diseñado utilizando los principios de la ley de Stokes que definen la velocidad de ascenso de las gotas de petróleo en función de su densidad , tamaño y propiedades del agua. El diseño del separador se basa en la diferencia de gravedad específica entre el petróleo y las aguas residuales porque esa diferencia es mucho menor que la diferencia de gravedad específica entre los sólidos suspendidos y el agua. Con base en ese criterio de diseño, la mayoría de los sólidos suspendidos se asentarán en el fondo del separador como una capa de sedimento, el petróleo subirá a la parte superior del separador y las aguas residuales serán la capa intermedia entre el petróleo en la parte superior y los sólidos en la parte inferior. [3] Las Normas de Diseño API, cuando se aplican correctamente, realizan ajustes a la geometría, el diseño y el tamaño del separador más allá de los principios simples de la Ley de Stokes. Esto incluye tolerancias para las pérdidas por turbulencia de entrada y salida del flujo de agua, así como otros factores. La Especificación API 421 requiere una relación mínima de largo a ancho de 5:1 y una relación mínima de profundidad a ancho de 0,3:0,5. [4]
Por lo general, la capa de petróleo se retira y luego se vuelve a procesar o desechar, y la capa de sedimento del fondo se elimina mediante un raspador de cadena y de paletas (o un dispositivo similar) y una bomba de lodos. La capa de agua se envía a un tratamiento adicional para eliminar aún más el petróleo residual y luego a algún tipo de unidad de tratamiento biológico para eliminar los compuestos químicos disueltos indeseables. [ cita requerida ]
Muchos aceites se pueden recuperar de las superficies de agua abiertas mediante dispositivos de desnatado. Considerados como una forma confiable y económica de eliminar aceite, grasa y otros hidrocarburos del agua, los desnatados de aceite a veces pueden lograr el nivel deseado de pureza del agua. En otras ocasiones, el desnatado también es un método rentable para eliminar la mayor parte del aceite antes de utilizar filtros de membrana y procesos químicos. Los desnatados evitarán que los filtros se obstruyan prematuramente y mantendrán bajos los costos de los productos químicos porque hay menos aceite para procesar. [ cita requerida ]
Debido a que el desnatador de grasa involucra hidrocarburos de mayor viscosidad, los desnatadores deben estar equipados con calentadores lo suficientemente potentes para mantener la grasa fluida para su descarga. Si la grasa flotante forma grumos o esteras sólidas, se puede utilizar una barra rociadora, un aireador o un aparato mecánico para facilitar su eliminación. [5]
Sin embargo, los aceites hidráulicos y la mayoría de los aceites que se han degradado en algún grado también tendrán un componente soluble o emulsionado que requerirá un tratamiento adicional para eliminarlo. Disolver o emulsionar el aceite utilizando surfactantes o solventes generalmente agrava el problema en lugar de resolverlo, lo que produce aguas residuales que son más difíciles de tratar.
Los separadores de diseño API y tanques de gravedad similares no están diseñados para ser efectivos cuando alguna de las siguientes condiciones se aplica a las condiciones de alimentación: [ cita requerida ]
Según la Ley de Stokes, los crudos más pesados requieren un mayor tiempo de retención. En muchos casos en los que las refinerías han cambiado a crudos más pesados, la eficiencia del separador API ha disminuido. [4]
Debido a las limitaciones de rendimiento, el agua descargada de los separadores de tipo API generalmente requiere varias etapas de procesamiento adicionales antes de que el agua tratada pueda descargarse o reutilizarse. El tratamiento adicional del agua está diseñado para eliminar gotas de aceite menores de 150 micrones, materiales disueltos e hidrocarburos, aceites más pesados u otros contaminantes no eliminados por el API. Las tecnologías de tratamiento secundario incluyen flotación por aire disuelto (DAF) , tratamiento biológico anaeróbico y aeróbico, separadores de placas paralelas, hidrociclón , filtros de cáscara de nuez y filtros de medios. [ cita requerida ]
Los separadores de placas, o separadores de placas coalescentes, son similares a los separadores API, ya que se basan en los principios de la Ley de Stokes, pero incluyen conjuntos de placas inclinadas (también conocidos como paquetes paralelos). [3] La parte inferior de cada placa paralela proporciona más superficie para que las gotas de aceite suspendidas se fusionen en glóbulos más grandes. Los separadores de placas coalescentes pueden no ser efectivos en situaciones en las que los productos químicos del agua o los sólidos suspendidos restringen o impiden que las gotas de aceite se fusionen. En funcionamiento, se pretende que el sedimento se deslice por la parte superior de cada placa paralela, sin embargo, en muchas situaciones prácticas, el sedimento puede adherirse a las placas, lo que requiere una eliminación y limpieza periódicas. Dichos separadores aún dependen de la gravedad específica entre el aceite suspendido y el agua. Sin embargo, las placas paralelas pueden mejorar el grado de separación de aceite y agua para gotas de aceite de más de 50 micrones de tamaño. Alternativamente, se agregan separadores de placas paralelas al diseño de los separadores API y requieren menos espacio que un separador API convencional para lograr un grado de separación similar.
Los separadores de placas paralelas son similares a los separadores API, pero incluyen conjuntos de placas paralelas inclinadas (también conocidos como paquetes paralelos). Las placas paralelas proporcionan más superficie para que las gotas de petróleo suspendidas se fusionen en glóbulos más grandes. Dichos separadores aún dependen de la gravedad específica entre el petróleo suspendido y el agua. Sin embargo, las placas paralelas mejoran el grado de separación de petróleo y agua. El resultado es que un separador de placas paralelas requiere significativamente menos espacio que un separador API convencional para lograr el mismo grado de separación. [6]
El separador API fue desarrollado por la API y la Rex Chain Belt Company (ahora Evoqua). El primer separador API se instaló en 1933 en la refinería Atlantic Refining Company (ARCO) en Filadelfia. [4] Desde entonces, prácticamente todas las refinerías del mundo han instalado separadores API como primera etapa primaria de sus plantas de tratamiento de aguas residuales aceitosas . La mayoría de esas refinerías instalaron los separadores API utilizando el diseño original basado en la diferencia de gravedad específica entre el petróleo y el agua. Sin embargo, muchas refinerías ahora utilizan empaquetaduras de placas paralelas de plástico para mejorar la separación por gravedad. [7] [3] Hoy en día, las regulaciones a menudo requieren separadores API con cubiertas fijas o flotantes para el control de compuestos orgánicos volátiles (VOC). [4] Además, la mayoría de los separadores API deben estar sobre el suelo para la detección de derrames. [4]
Existen otras aplicaciones que requieren la separación de aceite y agua. Por ejemplo: