Brevet FR2207866A1 — publié le 19740621

L présente invention concerne un procédé et un dispositif de filtration et de déminéralisaion d'un condensat. Dans de nombreux eas, lors de la déminéralisation d'un condensat, il arrive q les mat1%r#s solides filtrables, par exemple lcs oxydes métaliques, s'accumulent dans un lit initial échangeur @@lons a ure vitesse qui nécessite le nettoyage du lit, ae manière que les solides séparés par filtration soient. retires à des intervalles de temps bien inférieur;~ a ceux çai sont nécessaires à la régénération chimique du lit. Le retrait de ces matières solides est nécessaire pour que les partes d: charge ne soient pas trop élevées.Bien que les durées peuvent beaucoup varier d'un installations à l'autre, on peut mieux comprendre le problème en considérant quelques chiffres. Par exemple, si on suppose que le lit supérieur nécessite un lavage tous les quinze jours pour le retrait des matières solides accumulées dues à la filtration, il est possible que l'activité d'échange d'ions par unité de volume n'ait diminué que de 10 à 20 % seulement dans le lit. C'est-à-dire que le lit doit être nettoyé un nombre de fois important avant de nécessiter une régénération chimique. Un dispositif supplémentaire de finition à courant descendant t:S U habituellement souhaitable et il comprend une matière coûteuse ; un tel lit est disposé selon l'invention la la partie inférieure. Il nécessite- nor malement une régénération après des intervalles de temps encore plus longs que le 1it supérieur Car il peut con tenir après un t temps comparable de fonctionnement une quantité types très faible dematières ioniques accumulées. Dans une variante, il peut t'tr rentable de Le jeter.Il est aussi possible d'utiliser ] a matière dc ce lit inférieur comme partie du lit supérieur, car cli e est encore utilisable, bien que peu souhaitable pour former le lit inférieur. Selon l'invention, on utiliser un seul réservoir pour deux lits, grâce à un dispositi# qui maintient le lit inférieur en position malgré le retrait et le remplacement du lit supérieur. La contamination du lit inférieur par la matière du lit supérieur est à éviter, les solides de contamination et la matière d'échange d'ions partiellement épuisée étant séparés. Au cours d'un exemple de fonctionnement, le nettoyage du lit supérieur est réalisé tous les 10 jours, la régénération de ce lit tous les 45 à 60 jours et la régénération ou l'évacuation du lit inférieur à des intervalles de 60 à 180 jours. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une coupe verticale d'un exemple de réservoir permettant la mise en oeuvre de l'invention~ ;et - la figure 2 est une coupe transversale, avec des parties retirées, par un plan horizontal correspondant à la ligne 2-2 de la figure 1. On va maintenant décrire l'appareil représenté sur le dessin, puis les compositions des lits et enfin un exemple de fonctionnement. Un réservoir 2 peut avoir la configuration de la figure 1, c'est-à-dire celle d'un cylindre vertical ayant des extrémités supérieure et inférieure arrondies, mais il peut avoir aussi une partie inférieure de petit diamètre destinée à loger un lit inférieur de résine échangeuse d'ions dans lequel, pour un volume donné, la hauteur est accrue de manière que l'écoulement vertical suive un trajet allongé. Une partie supérieure 4 du réservoir contient un lit A de résine échangeuse d'ions (unique ou en mélange) dont la face supérieure se trouve au niveau A'. Une région 6 contient un lit inférieur B de résine échangeuse d'ions. Les deux régions 4 et 6 sont délimitées par un ensemble de blocage de résine portant la référence 8 et représenté en détails sur la figure 2 dans un mode de réalisation préféré. Un réseau 10 est formé de barres parallèles 12. Ces barres ont des dimensions variables, mais elles peuvent avoir par exemple une hauteur de l'ordre de 9,5 à 65 mm et des épaisseurs de 3 à 6,5 mm, en étant espacées de 6 à 20 mm. Ces barres peuvent entre avantageusement groupées en ensembles soudés à des fils métalliques (non représentés), lten- semble du réseau recouvrant toute la section du réservoir étant formé de tels groupes de barres qui peuvent entre placés dans des trous d'hommes (non représentés) de manière à reposer sur des barres 14 de support d'espacement relativement grand.Sous le réseau est disposé un ensemble distributeur et collecteur d'eau comprenant un distributeur 18 communiquant avec des tuyauteries 20 munies de trous 22 assurant l'entrée et la sortie de l'eau lors du fonctionnement comme décrit plus loin. Les trous ont une dimension telle qu'ils empêchent le passage de la résine Dans une variante, des tuyauteries ayant des trous de grande dimension portent des tamis empêchant le passage des perles de résine. Le distributeur est relié à une tuyauterie 24 dépassant à l'extérieur du réservoir et munie d'une vanne 26. Une dérivation de cette tuyauterie, portant la référence 28, comprend des vannes 30 et 32, pour la réalisation d'opérations décrites plus loin. Alors que le réseau et le distributeur sont représentés sous forme d'éléments séparés, ils peuvent entre combinés en un seul ensemble ayant des passages du type cité et permettant l'entrée et la sortie de 17 eau, notamment l'écoulement vers le haut dans les passages. Ces passages peuvent être des trous d'une plaque, donnant les mimes résultats qu'un réseau pour empêcher que la matière des lits ne se mélange. il peut s'agir de petits trous empêchant le passage de la matière ou de trous relativement importants recouverts d'une toile métallique comme indiqué. A la partie inférieure du réservoir reste un espace 40 qui contient une matière granulaire portant un panneau plan 41 en matière plastique ou en métal revêtu de matière plastique, et au-dessus duquel est disposé un distributeur 34 communiquant avec les tuyauteries 36 munies de perforations 38 associées à des toiles métalliques et permettant le retrait de l'eau traitée alors que la matière échangeuse d'ions est maintenue en place, l'écoulement vers l'extérieur étant réalisé par la tuyauterie 42 qui com prend une vanne principale 43 de commande. La disposition au-dessous de l'évacuation peut aussi être du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 291 311. Une connexion 44, commandée par une vanne 46, permet le retrait de la résine échangeuse d'ions de l'es- pace disposé au-dessus du panneau 41. La vanne 43 peut autre évitée gracie à une connexion 48 munie d'une vanne 50 et d'une connexion 52 de rentrée. Une dérivation 54 est commandée par une vanne 56. Une connexion latérale 57 de sortie commandée par une vanne 59 est disposée au-dessus du réseau et permet le retrait de la résine du lit A. La connexion principale d'entrée représentée en 58 rejoint le distributeur classique 61 d'eau. Une connexion 60 d'évacuation est commandée par une vanne 62. L'eau destinée au transfert des résines peut pénétrer dans la connexion 64 à la partie supérieure du réservoir sous la commande de la vanne 66. Cependant, la plus grande partie de l'eau destinée au transfert peut circuler dans la tuyauterie 24 sous la commande de la vanne 32, et ellè peut remonter dans le distributeur à travers le réseau 10. Un passage 68 permet l'introduction de la résine sous forme d'une suspension sous la commande de la vanne 70. On va maintenant décrire la composition des lits de résine. Le lit supérieur peut btre formé de résines échangeusesd'ions cationiques ou anioniques séparées ou mélangées de nombreux types, suivant le traitement nécessaire. Un exemple de lit mixte a des particules de dimensions comprises entre 0,25 et 0,88 mm, la résine échangeuse de cations étant par exemple du type "Amberlite" 200 (de Rohm et Haas) ou "Dowex" 50W (de Dow Chemical Company), alors que la résine échangeuse d'anions peut entre du type "Amberlite" 400 ou 900 ou "Dowex" SBR-P (des mimes compagnies). Le rapport de la résine cationique à la résine anionique peut wetre par exemple de 2 : 1 ou 3 : 1.Le traitement décrit est caractéristique des condensats habituels, mais les spécialistes peuvent noter qu'on peut utiliser d'autres résines ou des résines équivalentes convenant mieux à certains traitements particuliers. La teneur totale en matières solides dissoutes peut autre de l'ordre de 10 parties par milliard, et elle comprend habituellement des traces de chlorure de sodium, de chlorure de calcium et de chlorure de magnésium provenant de fuites de fluide de refroidissement. il faut noter que des matières solides, habituellement sous forme d'oxydes de fer et de cuivre, peuvent autre présentes en quantités de l'ordre de 15 à 30 parties par milliard, du fait de la corrosion. A la place d'une résine mixte, Ic lit supérieur peut comprendre une résine échangeuse de cations seule ou mtme une résine échangeuse d'anions, suivant le traitement voulu. La ou les résines peuvent autre de deux types convenant particulièrement bien à la filtration ainsi qu'à l'échange d'ions. Le lit inférieur B peut comprendre une résine mixte de mtme composition que le lit A ou de composition différente. Cependant, la composition du lit inférieur peut autre d'un autre type, suivant le traitement à réaliser, et le lit inférieur peut comprendre une résine unique d'un type ou d'un autre. Dans un appareil complet de traitement de condensats, les ensembles cités sont en général utilisés en batteries formées par exemple de 5 ensembles ou plus, si bien que le traitement du condensat peut se poursuivre mtme lorsqu'un ensemble ou plusieurs ne fonctionnent pas, du fait du nettoyage ou de la régénération comme décrit dans la suite. Les ensembles qui travaillent fonctionnent en parallèle. Pendant le fonctionnement de l'échangeur, le con densat traité s'écoule en pénétrant en 58 et en sortant en 42, après avoir circulé en descendant dans les lits A et B en série. Lors de ce fonctionnement, le lit A constitue un filtre qui retire les matières solides telles que les oxydes métalliques, et l'échange classique d'ions a lieu grace à l'action normale des résines échangeuses d'anions et de cations. Le réseau 10 oppose une faible résistance à l'écoulement qui se poursuit dans le lit B qui assure la finition. Comme décrit précédemment, ce lit peut aussi contenir un mélange de résines échangeuses de cations et d'anions, bien qu'il puisse s'agir dans certains cas d'une simple résine échangeuse de cations ou d'anions.Pendant ce fonctionnement, la sortie 24 est habituellement fermée, et elle peut être ouverte de temps en temps par ouverture de la vanne 30 lors du prélèvement d'échantillons permettant de contrtler le fonctionnement du lit supérieur à la fois aux points de vue du passage d'ions et de l'apparition de matières solides dans l'effluent. Comme décrit précédemment, l'arr8t du fonctionnement de l'ensemble est habituellement dfl à une accumulation excessive de matières solides retirées par filtration. Lorsque le contrtle indique un tel état, le fonctionnement peut être interrompu par arrêt de l'introduction du condensat. Cependant, l'expérience peut imposer un certain intervalle de temps après lequel le lit supérieur est lavé, à titre de précaution. Des essais des conditions de fonctionnement normal de l'installation peuvent aussi établir un tel intervalle de temps, le contrtle réel étant utilisé uniquement pour la détection des conditions anormales qui ne doivent en aucun cas entre atteintes. Quels que soient les critères, après l'arrtt de l'alimentation, le lit supérieur est avantageusement retiré et transmis dans un autre récipient en vue du lavage. il est très souhaitable à ce moment que le retrait ne perturbe pas le lit B, c'est-à-dire ne retire pas une quantité notable de la matière de ce lit ou ne permette pas que la matière du lit supérieur ou les solides filtrés ne pénètrent dans le lit inférieur. A cet effet, la vanne 59 est ouverte et permet la sortie de la matière du lit supérieur pendant que de l'eau à faible débit pénètre par le distributeur 18, 20 du fait de l'ouverture de la vanne 32. L'eau de transfert pénètre en 64, la vanne 66 étant ouverte, et chasse la matière du lit supérieur sous forme d'une suspension. Les vannes 451 46, 50 et 56 sont fermées à ce moment.Lorsque la suspension s'échappe par la connexion 57, un débit relativement faible d'eau remonte par le réseau 10 et empoche efficacement toute descente de la matière par le réseau, ce faible écoulement empochant aussi une remontée importante de matières du lit B par le réseau il s'agit donc d'un blocage hydraulique des lits au-dessus et au-dessous du réseau. La matière retirée du lit A et les solides filtrés passent dans un réacteur de lavage. Bien que le lavage puisse entre réalisé de diverses manières, le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 455 819 décrit un procédé souhaitable et préféré de mise en oeuvre d'une telle opération. il n'y a pas de régénération chimique des matières du lit A et les résines ne doivent pas Stre séparées, car il s'agit seulement du retrait des matières filtrées du fait de l'action du lit supérieur comme un simple filtre, les propriétés d'échange d'ions du lit supérieur étant encore suffisantes pour permettre un fonctionnement prolongé à cet effet. Ainsi, le traitement est très réduit en compa- raison de celui de régénération. Après le lavage, la matière peut autre conservée temporairement dans un réservoir pour revenir ensuite au même ensemble ou à un autre de la batterie. Pour que le temps pendant lequel l'ensemble traité comme décrit est arrêté soit minimal, la matière lavée provenant du réser voir peut oestre rapidement renvoyée à l'ensemble et à cet effet une suspension de cette matière est introduite par la connexion 68 et la vanne ouverte 70, l'air étant chassé par la canalisation 60, la vanne 62 étant ouverte. il est avantageux que l'eau continue à péhétrer lentement dans le distributeur et la vanne ouverte 32, mais après le dépit de la résine, la vanne 32 peut zetre fermée et la vanne 26 ouverte de manière que 11 excès d'eau de la suspension s'échappe. Il est avantageux qu'un léger courant d'eau remonte au cours du fonctionnement dans le lit inférieur, l'eau pénétrant par la connexion 48. Cette eau remonte dans le distributeur 20 et empêche la contamination du lit inférieur. La vanne 59 est fermée lors de cette mise en place du lit A. La vanne 66 a été fermée avant cette opération, si bien que l'air peut remplir la partie supérieure du réservoir en passant par la vanne 62.L'ensemble est alors remis en circuit et l'air est d'abord chassé par liteau dans la canalisation 60. Comme indiqué précédemment, on peut réaliser un certain nombre de lavages d'un lot particulier de résine mixte A avant que les caractéristiques d'échange d'ions aient été réduites à un point nécessitant une régénération en plus d'un lavage. Qorsque la résine atteint un tel point, on la retire comme décrit mais après retrait, non seulement on la lave, mais aussi on la régénère, si bien qu'on doit séparer les deux résines et les régénérer séparément par un acide et une base, avant de les mélanger à nouveau et de les renvoyer comme décrit soit directement après mélange soit après conservation dans un réservoir de stockage. La régénération peut entre réalisée de toute manière classique, par exemple comme décrit dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 3 385 787 et 3 414 508. A des intervalles de temps encore plus longs que ceux qui correspondent à la régénération du lit supérieur, le lit inférieur peut nécessiter une régénération ou un remplacement. Le remplacement est simple, car après le retrait du lit supérieur de l'ensemble, le lit inférieur peut autre retiré par la connexion 44, l'eau pénétrant par la vanne ouverte 32 et le distributeur 20, 22, ou par la canalisation 48, après ouverture de la vanne 50. Ce lit inférieur peut être remplacé par une matière neuve ou provenant d'un réservoir de stockage contenant un lit régénéré ayant préalablement fonctionné comme lit inférieur.Si la régénération doit wetre réalisée, la mise en oeuvre après retrait peut entre classique ; si le lit est formé d'une résine échangeuse de cations seule, la régénération de cette matière est réalisée ; s'il s'agit d'un lit mixte, la régénération peut autre réalisée comme décrit en référence à un lit supérieur. Le cas échéant, la matière d'un lit inférieur, avant autre jetée ou régénérée, peut autre utilisée pour compléter un lit supérieur. il faut noter que le déminéralisateur peut fonctionner dans un système ammonié des types décrits dans les brevets précités. La description qui précède montre que l'invention présente de nombreux avantages, son rtle essentiel étant de rendre minimales la production de déchets chimiques et l'utilisation de produits chimiques. Elle s'applique à un dispositif de déminéralisation notamment destiné à des condensats de pureté élevée qui doivent autre maintenus à une qualité élevée pour l'alimentation d'une chaudière. Dans ce cas, la filtration destinée au retrait des matières solides est très important, ainsi que l'échange d'ions qui retire les ions qui peuvent pénétrer dans le dispositif du fait des fuites ou de l'addition d'eau, Pour éviter le prix et le temps nécessaires à lten- tretien de lit d'échange, le lavage du lit supérieur est réalisé aux intervalles nécessaires, mais sans régénération chimique des matières tant qu'une telle régénération n'est pas nécessaire. Lorsqu'ils sont nécessaires,le lavage et la régénération chimique sont tous deux réalisés. De plus, le remplacement ou la régénération de la matière de finition du lit inférieur n'est réalisé que lorsque c'est nécessaire, habituellement à des intervalles bien plus longs que ceux qui sont nécessaires à la régénération chimique du lit supérieur. Ces opérations nécessitent que le mélange des matières des lits supérieur et inférieur soit évité pour que le traitementreste très efficace. A cette fin, le réacteur comporte un dispositif de protection essentiellement hydraulique, comprenant notamment un réseau qui oppose une faible résistance à l'écoulement lors du fonctionnement normal, au cours d'un traitement de condensat, mais un courant ascendant d'eau empêche le transfert de la résine dans les conditions qui habituellement provoquent le mélange des lits du fait de la turbulence, alors que les lits doivent rester séparés. En particulier, cette opération est efficace lorsque le lit supérieur est retiré ou remplacé. Il faut noter que le réservoir des éléments inter nes peut autre revêtu de diverses matières, par exemple de caoutchouc ou de chlorure de polyvinyle, qui ne sont pas corrodées par l'eau, ou peut mtme être en un métal non corrodable ou en une matière plastique, convenant à la réalisation des divers éléments. Bien qu'on ait décrit l'invention en référence à un ensemble d'échange d'ions à plusieurs lits, il faut noter qu'il convient à une batterie d'ensemble destinée à une seule installation et que les lits décrits ne sont pas affectés à un ensemble particulier, c'est-à-dire à un réservoir particulier. Par exemple, un lit supérieur, après retrait d'un ensemble, peut wetre traité ~avé ou régénéré) puis introduit dans un réservoir de stockage pour autre utilisé en vue du remplacement d'un lit supérieur d'un autre ensemble, et lorsque les lavages et les régénérations périodiques doivent être réalisés, il s'agit évidemment des lits et non pas des ensembles dans lesquels ils peuvent être utilisés successivement. Evidemment, les traitements peuvent étre programmés de diverses manières de façon qu'un lit particulier soit convenablement traité le cas échéant. il est évident que les compositions des lits peuvent varier, notamment les volumes totaux et relatifs dans un ensemble, en fonction de la qualité du condensat traité et de la qualité voulue. Les matières, les cycles de traitement, etc... dépendent évidemment des circonstances particulières. il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. REVEEDICATIONS I. Procédé de déminéralisation d'eau, caractérisé en ce qu'il comprend une opération continue dans laquelle l'eau descend en série dans des lits supérieur et inférieur, le lit supérieur comprenant au moins une résine échangeuse dtions étant capable de filtrer les matières solides de l'eau et le lit inférieur comprenant au moins une résine échangeuse d'ions, les résines étant placées dans un réacteur unique et ayant une interface de contact, ledit procédé comprenant de plus le retrait du lit supérieur dudit réacteur et son lavage assurant le retrait des solides filtrés sans régénération chimique, puis le renvoi du lit lavé dans le meme réacteur ou un réacteur analogue en vue d'un fonctionnement ultérieur continu, et la répétition de ce retrait ou un ou plusieurs lavages analogues, un lavage étant suivi d'une régénération chimique 'et d'un renvoi en vue de la mise en oeuvre de ladite opération. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interface entre les lits est disposée à l'emplacement d'un dispositif de protection comprenant des passages de dimension verticale notable, le retrait du lit supérieur étant réalisé vers le bas et vers l'extérieur du récipient à un emplacement disposé au-dessus du dispositif de protection pendant que de 11 eau remonte par lesdits passages en empêchant que la matière du lit supérieur et la matière filtrée par celui-ci ne se mélangent à la matière du lit inférieur. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de protection est un réseau de barres distantes formant des passages de hauteur supérieure à la largeur; 4. Appareil de déminéralisation d'eau, caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir ayant un dispositif transversal de protection comprenant des passages de hauteur notable, des lits supérieur et inférieur ayant une interface à l'emplacement du dispositif de protection, le lit supérieur comprenant au moins une résine échangeuse d'ions étant capable de filtrer les matières solides de l'eau descendant dans le réservoir, le lit inférieur comprenant au moins une résine échangeuse d'ions, le réservoir ayant une sortie destinée au retrait du lit supérieur et placée Suste au-dessus du dispositif de protection, et une entrée associée au dispositif de protection et destinée à assurer la formation d'un courant ascendant d'eau dans les passages de ce dispositif de protection. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de protection est un réseau de barres distantes délimitant des passages dont la hauteur est supérieure à la largeur.