Где он используется и что решает: типичное промышленное применение керамических мембран для разделения нефти и воды

1. Технология должна применяться к конкретным водным условиям.

В двух предыдущих статьях подробно объяснялось, «почему выбирают керамические мембраны» и «как они работают», но даже самая лучшая технология имеет ценность только тогда, когда она применяется к конкретным водным условиям.Керамические мембраны для разделения нефти и водыне являются панацеей-всех проблем. Их наиболее подходящим применением являются потоки нефтесодержащих сточных вод, характеризующиеся «мелкими каплями масла, сильно загрязненной водой и суровыми условиями эксплуатации». Напротив, для применений с низким содержанием нефти, мягкими водными условиями и ограниченными колебаниями более экономичными могут оказаться более дешевые-органические мембраны или традиционные методы физической-химической обработки. В этой статье рассматриваются несколько типичных промышленных сценариев, чтобы понять, какую проблему на самом деле решают керамические мембраны и когда следует пересмотреть их применение.

2. Сценарий 1: Пластовая вода на нефтяном месторождении и обратная закачка

Начнем спластовая вода нефтяного месторождения. Это одна из самых классических областей применения керамических мембран. Пластовая вода выносится на поверхность во время добычи нефти, неся с собой сырую нефть, пластовый песок, ионы отложений и большие количества эмульгированной нефти. Он также часто сохраняет температуру пласта.-Большая часть добываемой воды становится теплой, когда достигает поверхности, а некоторые потоки могут быть даже относительно горячими. Что делает ситуацию еще более сложной, так это ее «двойная миссия»: вода может либозакачиваться повторно в пласт для поддержания давления, который предъявляет требования к содержанию взвешенных веществ и масла, илиобработан для повторного использования или утилизации в соответствии с требованиями, что предъявляет еще более высокие требования к стабильности качества воды. Традиционное гравитационное разделение и флотация растворенным воздухом часто могут оказаться неэффективными, когда эмульгированная нефть сочетается с высоким содержанием песка. Керамические мембраны хорошо подходят для этих условий благодаря своим гидрофильным и олеофобным характеристикам, а также устойчивости к температуре и истиранию. Фильтрация с перекрестным потоком-непрерывно удаляет песок и нефть, а ультрафильтрация удерживает эмульгированную нефть, производя стабильный и более чистый пермеат, который помогает предотвратить закупорку пласта во время повторной закачки и защищает последующие процессы во время повторного использования. В инженерном опытеЗащита окружающей среды Тайхэ с помощью керамических мембранных систем для нефтесодержащих сточных вод, значительная часть приложений, связанных с нефтяными месторождениями-,именно потому, что их потребность в «грязной, но стабильной» работе близко соответствует сильным сторонам керамических мембран.

2.1 Качественные требования к качеству обратной закачки воды

Что касается повторной закачки, стоит добавить еще несколько слов о требованиях к качеству, поскольку они являются важной основой для выбора мембран на нефтепромыслах. Если содержание взвешенных твердых частиц и нефти в воде для обратной закачки слишком велико, они могут закупорить поровые каналы и повредить пласт после закачки, что приведет к увеличению давления закачки и снижению эффективности нефтеотдачи. Таким образом, закачка воды обычно фокусируется на трех аспектах:концентрацию взвешенных веществ и распределение частиц по размерам-, содержание нефти и совместимость с пластовой водой,включая возможность образования накипи или набухания глины. Ценность керамических мембран заключается в их способности одновременно снижать содержание взвешенных веществ и эмульгированного масла до стабильного и относительно низкого уровня, сохраняя при этом низкие колебания качества пермеата. Для месторождений, требующих долгосрочной-стабильной закачки, это более значимо, чем временное достижение низкого значения. Что касается конкретных пределов, они существенно различаются в зависимости от нефтяных месторождений и резервуаров и должны определяться в соответствии со стандартами,-специфичными для конкретного участка, а не путем применения единого универсального значения.

3. Сценарий 2: нефтеперерабатывающие и нефтехимические сточные воды

Далеенефтесодержащие сточные воды нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий. Этот тип воды более сложный, чем вода нефтяных месторождений. Помимо нефти, оно может содержать фенолы, сульфиды, взвешенные частицы катализатора и различные другие загрязнения. Качество воды может значительно колебаться во время переключения технологического-устройства, а температура также может быть относительно высокой. Здесь ценность керамических мембран заключается не в том, чтобы «взять» на себя все загрязнения, а в том, что они служат стабильным «барьером для удаления масла и взвешенных твердых частиц»: сначала удаляются масло и частицы, которые оказывают наибольшее влияние на последующие процессы, чтобы последующая биологическая или усовершенствованная очистка могла работать более стабильно. Их устойчивость к химической очистке особенно полезна, поскольку сточные воды нефтеперерабатывающих заводов сильно загрязнены и могут требовать частой очистки. Органические мембраны могут быть повреждены после многократной очистки, тогда как керамические мембраны выдерживают многократные циклы очистки. Конечно, сточные воды нефтеперерабатывающих заводов имеют сложный состав, поэтому керамические мембраны обычно являются «центральным компонентом» комбинированного процесса очистки, а не «единственной» технологией очистки. Это различие необходимо осознать реалистично.

(Рисунок: четыре типичных сценария нефтесодержащих сточных вод: добываемая вода на месторождениях, сточные воды нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий, сточные воды металлообрабатывающей промышленности, сточные воды-жидкости и сточные воды пищевой-перерабатывающей промышленности и скотобойни, иллюстрирующие соответствующие формы нефти и основные проблемы.)

4. Сценарий 3: Металлообработка и резка-Сточные воды.

Третья категория – это сточные воды от механообработки и смазочно-охлаждающих жидкостей.После длительного использования эмульсий и смазочно-охлаждающих жидкостей в обрабатывающих цехах они могут превратиться в «черный бульон», содержащий как минеральное масло, так и большое количество поверхностно-активных веществ и технологических-присадок к жидкостям, с чрезвычайно стабильным эмульгированием и высоким ХПК. Объем сточных вод этого типа не обязательно может быть большим, но сложность их очистки отнюдь не низка. Обычная коагуляция и флотация растворенным воздухом часто не обеспечивают полной деэмульгации, в результате чего в очищенной воде остаются остатки нефти. Преимущество керамической ультрафильтрации здесь заключается в том, что она особенно эффективна для «обработки эмульсий»: она удерживает стабильные капли масла, в то время как пермеат может затем подвергаться выпариванию, биологической очистке или пост-деэмульгационной обработке. Для обрабатывающих компаний это может означать продление срока службы смазочно-охлаждающей жидкости, сокращение образования опасных отходов и увеличение возможностей повторного использования. На фоне все более строгого экологического регулирования его ценность заключается не только в эффективности очистки, но и в соблюдении нормативных требований.

5. Сценарий 4: Сточные воды пищевой промышленности и скотобойни, содержащие животные и растительные масла.

Четвертая категория — это сточные воды, содержащие животные и растительные масла, от пищевой промышленности, скотобоен и аналогичных производств.Нефть в этом виде сточных вод состоит в основном из животных и растительных жиров и масел. Температура часто бывает относительно высокой, особенно в горячих-технологических сточных водах, а вода также содержит взвешенные вещества, белки и органические вещества. В отличие от минерального масла, животные и растительные масла с большей вероятностью затвердевают при низких температурах и прилипают к поверхности мембраны, что приводит к более высоким требованиям к очистке. Здесь особенно полезны высокая-температурная стойкость и сильная очищающая способность керамических мембран: теплая вода или щелочная очистка могут расплавить затвердевшее масло и удалить прилипшие органические вещества, обеспечивая хорошее восстановление флюса. Керамические мембраны часто используются в качестве тонкого-фильтрационного барьера после отделения масла ифлотация растворенным воздухом, что еще больше снижает остаточное эмульгированное масло и позволяет пермеату поступать на биологическую очистку или более последовательно соответствовать требованиям к сбросу.

6. Другие приложения, заслуживающие внимания

Помимо четырех основных областей применения, описанных выше, заслуживают внимания и несколько других сценариев.При холодной прокатке и обработке металловЭмульсионные сточные воды содержат смесь масла, железного порошка и поверхностно-активных веществ, что затрудняет деэмульгацию и повышает концентрацию железа. Хотякоксовые сточные водыв основном характеризуется фенолами и аммиаком, но может также содержать смолоподобные фракции масла, что предъявляет строгие требования к устойчивости к загрязнению мембран и химической стойкости.Трюмная вода корабляпредставляет собой типичный поток сточных вод "малого-объема, с высоким-содержанием нефти-, сильно колеблющимся". Часто ее решают на мобильных платформах, уделяя особое внимание компактности системы и устойчивости к гидравлическим ударам и ударам под нагрузкой. Общими характеристиками этих применений являются мелкие капли масла, сложное качество воды и неопределенные условия эксплуатации, которые попадают в зону комфорта керамических мембран. Однако следует также подчеркнуть, что перед внедрением керамических мембран в любое новое применение следует сначала провести анализ качества воды и пилотные испытания, чтобы подтвердить совместимость материалов и химическую совместимость, а также проверить осуществимость стратегии очистки перед масштабированием-. Керамические мембраны не являются универсальным компонентом, работающим по принципу «подключи-и-работай».

Если сопоставить эти приложения рядом, становится ясно, что, хотя они кажутся разными, их основные проблемы очень схожи.-Все они сочетают в себе «тонкую нефть + грязную воду + колебания». В следующей таблице представлено качественное сравнение этих общих проблем и логики применения керамических мембран.

7. Керамические мембраны редко работают в одиночку: комбинированные процессы обработки.

Следует подчеркнуть еще один момент: керамические мембраны редко работают в одиночку.Для применений с высоким-содержанием-масла обычно используется метод "сепарация масла/DAF + керамическая мембрана". Когда требуется расширенное повторное использование воды, часто применяется «керамическая мембрана + обратный осмос». В приложениях с высоким уровнем растворенных органических веществ на выходе можно также добавить биологическую очистку или предварительное окисление.Этот тип комбинации заключается не в простом штабелировании оборудования, а в том, чтобы позволить каждой стадии очистки делать то, что она делает лучше всего. -физическая-химическая обработка удаляет основную часть нефти, керамические мембраны удаляют эмульгированное масло и взвешенные твердые вещества, обратный осмос удаляет растворенные соли, а биологическая очистка разрушает растворенные органические вещества. Понимание этого «разделения труда» необходимо для расходования бюджета там, где это важно во время выбора системы, вместо того, чтобы ожидать, что один этап лечения решит все.

7.1 Куда уходит концентрат? Замкнутый-цикл удаления

Еще один часто упускаемый из виду вопрос, который напрямую влияет на осуществимость проекта, — это куда направляется концентрат. Керамические мембраны концентрируют масло и взвешенные вещества на стороне концентрата. Концентрат имеет более высокое содержание масла и меньший объем, но в конечном итоге его все равно необходимо утилизировать-именно в этом и проявляется ценность «уменьшения объема».Разумным путем обычно является сначала дальнейшее концентрирование или деэмульгирование концентрата, а затем извлечение и повторное использование извлекаемой нефти. Оставшийся тяжелый нефтесодержащий шлам и эмульгированные остатки затем отправляются на утилизацию или сжигание в соответствии с установленными нормами как опасные отходы или в соответствии с местными требованиями.Пункт назначения, метод утилизации и стоимость концентрата должны быть включены в проект на этапе выбора, а не ждать, пока система будет построена, чтобы обнаружить, что концентрат некуда отправлять. Для всего проекта по очистке нефтесодержащих сточных вод то, что в конечном итоге определяет, может ли проект быть реализован, часто не производительность самой мембраны, а то, правильно ли замкнута вся цепочка «поступление воды, выход масла, повторное использование воды и утилизация масла».

8. Выбор приложения: несколько качественных сигналов, которые следует учитывать

Если пойти на шаг глубже, когда вам действительно нужно выбрать очищающий раствор для конкретного применения, недостаточно просто посмотреть, «содержит ли вода нефть». Вам необходимо учитывать несколько качественных показателей:насколько колеблется качество воды, насколько высока рабочая температура, насколько велико содержание масла и взвешенных веществ и насколько строги требования к качеству воды,-после которой подается.Следующая таблица помогает согласовать ключевые факторы принятия решений и избежать инвестирования в неправильном направлении.

9. Честно говоря: ограничения керамических мембран

Следует честно признать, что керамические мембраны также имеют ограничения в этих приложениях: они требуют более высоких первоначальных инвестиций, относительно хрупкие и предъявляют более жесткие требования к установке и предварительной обработке. Когда содержание масла чрезвычайно велико и масло присутствует в основном в виде свободного масла, удаление «массового» масла сначала путем отделения масла и флотации растворенным воздухом часто оказывается более экономичным, чем непосредственное применение мембраны. При использовании сильных органических растворителей или экстремальных значений pH совместимость материалов также должна быть подтверждена заранее. Другими словами, керамические мембраны являются «оптимальным решением для трудно-очищаемых- нефтесодержащих сточных вод», а не «оптимальным решением для всех нефтесодержащих сточных вод».

10. Вывод: сначала оцените воду, а затем решите, использовать ли мембрану.

Когда сценарии применения и методология рассматриваются вместе, вывод становится очевидным:При определении того, следует ли использовать керамические мембраны в конкретном приложении, не спешите сравнивать цены. Вместо этого вернитесь к трем шагам, которые неоднократно доказывали свою важность:-во-первых, проведите водный баланс, чтобы понять объем воды, откуда берется нефть и куда уходит концентрат; затем классифицируйте качество воды, чтобы определить первичную форму нефти и требуемый порог качества воды в нижнем течении-; наконец, рассчитайте период окупаемости и общую стоимость владения, чтобы определить, сможет ли экономия на замене, простое и затратах на соблюдение требований в долгосрочной перспективе покрыть первоначальные инвестиции.Как только эти три шага будут выполнены должным образом, естественным образом станет ясно, где следует использовать керамические мембраны и какие проблемы они могут решить.