Un separador API de agua y petróleo es un dispositivo diseñado para separar cantidades brutas de petróleo 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 industriales de agua aceitosa. 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 petróleo en función de su densidad y tamaño. El diseño 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. 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 las normas publicadas 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 aceite y las aguas residuales porque esa diferencia es mucho menor que la diferencia de gravedad específica entre los sólidos suspendidos y el agua. Según ese criterio de diseño, la mayoría de los sólidos suspendidos se depositarán en el fondo del separador como una capa de sedimento, el aceite subirá a la parte superior del separador y las aguas residuales serán la capa intermedia entre el aceite de arriba y los sólidos. En el fondo. [3] Los Estándares de Diseño API, cuando se aplican correctamente, realizan ajustes a la geometría, el diseño y el tamaño del separador más allá de los simples principios de la Ley de Stokes. Esto incluye asignaciones para pérdidas por turbulencias 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]
Normalmente, la capa de aceite se retira y posteriormente se vuelve a procesar o eliminar, y la capa de sedimento del fondo se elimina mediante un raspador de cadena y paleta (o dispositivo similar) y una bomba de lodos. La capa de agua se envía a un tratamiento adicional para la eliminación adicional de cualquier aceite residual y luego a algún tipo de unidad de tratamiento biológico para la eliminación de compuestos químicos disueltos indeseables. [ cita necesaria ]
Muchos hidrocarburos se pueden recuperar de superficies de aguas abiertas mediante dispositivos desnatadores. Considerados una forma confiable y económica de eliminar aceite, grasa y otros hidrocarburos del agua, los skimmers de aceite a veces pueden alcanzar 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 skimmers evitarán que los filtros se obstruyan prematuramente y mantendrán bajos los costos de productos químicos porque hay menos petróleo para procesar. [ cita necesaria ]
Debido a que el desnatado de grasa involucra hidrocarburos de mayor viscosidad, los desnatadores deben estar equipados con calentadores lo suficientemente potentes como para mantener el fluido de grasa 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 la 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 usando tensioactivos 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 destinados a ser efectivos cuando cualquiera de las siguientes condiciones se aplica a las condiciones de alimentación: [ cita necesaria ]
Según la ley de Stokes, los aceites más pesados requieren más tiempo de retención. En muchos casos en los que las refinerías han cambiado a pizarras de crudo más pesado, la eficiencia del separador API ha disminuido. [4]
Debido a limitaciones de rendimiento, el agua descargada de los separadores 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 de menos 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 necesaria ]
Los separadores de placas, o separadores de placas coalescentes, son similares a los separadores API en el sentido de 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 petróleo suspendidas se fusionen en glóbulos más grandes. Los separadores de placas coalescentes pueden no ser efectivos en situaciones donde los químicos del agua o los sólidos suspendidos restringen o evitan que las gotas de aceite se fusionen. En funcionamiento, se pretende que el sedimento se deslice hacia abajo 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 remoción y limpieza periódicas. Dichos separadores todavía dependen de la gravedad específica entre el petróleo suspendido y el agua. Sin embargo, las placas paralelas pueden mejorar el grado de separación de aceite y agua para gotas de aceite de tamaño superior a 50 micrones. 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 similar de separación.
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 formando glóbulos más grandes. Dichos separadores todavía 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 API y Rex Chain Belt Company (ahora Evoqua). El primer separador API se instaló en 1933 en la refinería de 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 oleosas . 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] Las regulaciones actuales a menudo requieren separadores API con cubiertas fijas o flotantes para el control de compuestos orgánicos volátiles (COV). [4] Además, la mayoría de los separadores API deben estar sobre el suelo para la detección de derrames. [4]
Hay otras aplicaciones que requieren la separación de aceite y agua. Por ejemplo: