Brevet FR2416870A1 — publié le 19790907

La présente invention concerne un procédé de traitement d'eau chargée de sels par des résines échangeuses d'ions. On a déjà prop le contact continu ou semi-continu d'une eau chargée de sels et d'une résine échangeuse d'ions, soit pour la purification de l'eau soit pour la récupération des sels disssous soit dans ces deux buts. On connaît par exemple différents appareils de contact décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique nO 3 152 072 et 2 815 722 et dans le brevet britannique nO 1 070 251. Dans tous ces appareils de contact, les compartiments ou récipients séparés sont utilisps afin qu'ils mettent en oeuvre les réactions d'absorption et les réactions de régénération de résine, la résine échangeuse d'ions étant déplacée hydrauliquement ou par gravité ou d'une autre manière entre les compartiments ou récipients. Dans une catégorie de résines échangeuses d'ions, la régénération est assurée à l'aide d'un courant d'eau chaude qui peut avoir la salinité du courant de charge ou du courant produit, comme indiqué dans un certain nombre de brevets décrivant la composition et l'utilisation de telles résines, notamment les brevets australiens nO 295 961 et 274 029. De telles résines sont connues sous la marque de fabrique "Sirotherm" de ICI Australia Limited. Comme la mise à disposition, la préparation et le chauffage de l'eau de régénération sont motteux et comme le rejet de l'effluent salé qui est formé est aussi comateux, il est souhaitable que la quantité d'eau utilisée soit minimale. L'article The Chem.Eng. nO 324, p. 624 indique, comme on peut le calculer facilement, que l'utilisation d'un appareillage continu de contact à contre-courant permet une réduction importante par un facteur de 2 à 3 de la quantité de matière nécessaire de régénération. De cette manière, le rendement d'eau produite obtenu par le procédé est accru notablement, et l'énergie thermique nécessaire est considérablement réduite. Une conséquence logique de ce phénomène est que, lorsque le rendement obtenu avec un procédé donné qui assure le prélèvement d'eau de salinité donnée et qui forme une eau produite de salinité déterminée, doit titre maximal, la salinité du courant effluent rejeté doit être maintenue à une valeur aussi élevée que possible.Les restrictions normales sont dues aux forces d'entratnement qui peuvent entre pour le passage du sel de la résine régénérée au courant li7uidC chaud assurant la régénération. Be rendement peut aussi être limité si pour une raison quelconque le courant effluent est dilué par de l'eau de salinité réduite avant son rejet. L'invention concerne un procédé permettant une augmentation importante de la salinité du courant effluent, au-delà de la valeur qui peut être prévue pour un fonctionnement normal d'un appareillage continu d'échange d'ions à contre-courant mettant en oeuvre des résines régénérables thermiquement. L'invention concerne à cet effet un procédé de traitement d'eau chargée de sels, à l'aide de résines d'échange d'ions régénérables thermiquement, selon lequel la résine, après contact avec l'eau chargée de sels, est régénérée par contact à contre-courant avec de l'eau chaude de régénération dans un récipient de régénération, 50 à 90 ffi de l'eau chaude de régénération étant retirés sous forme d'un effluent salé chaud, à une sortie comprise entre l'entrée et la sortie de résine, le reste de l'eau chaude de régénération étant refroidi dans un échangeur de chaleur et retiré par une sortie après contact à contrecourant avec la résine entrante. De préférence, la proportion d'eau chaude de régénération retirée par la sortie intermédiaire est comprise entre 55 et 75 . L'eau refroidie de régénération qui est au contact de la résine introduite, transfère une partie des sels qu'elle contient à la résine jusqu'à ce qu'elle atteigne à peu près la salinité de l'eau entrée dans la résine qui pénètre dans le récipient. Elle peut donc être renvoyée sous forme d'une eau de charge au début du procédé de dessalement ou, après chauffage, elle peut être utilisée comme eau de régénération. Be courant effluent provenant de la sortie intermédiaire a donc une teneur en selsqui est accrue si bien que, -pour une masse donnée de sels retirés de la résine, le volume d'effluent est réduit de façon correspondante, et le rejet en est donc simplifié. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de mise en oeuvre particuliers, faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique est un schéma d'une installation destinée à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. EEN:P1E 1 On monte une installation pilote modifiée destinée à mettre en oeuvre le type de procédé décrit dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique nO 3 152 072, et on remplit le récipient de traitement de la quantité convenable de résine échangeuse d'ions "Sirotherm" TR10, cette résine étant une résine b bouchon comprenant des particules d'acide polyacrylique et de polytriallylamine dans un liant d'alcool polyvinylique réticulé comme décrit dans le brevet australien nO 434 130.L'appareil de régénération est représenté sur la figure et il comprend un cylindre vertical t d'acier inoxydable ayant un diamètre interne de 305 mm et une hauteur de 2,09 m, avec un dispositif d'introduction d'eau de régénération a l'une au moins des deux entrées 2 et 3, à proximité du fond de l'appareil de régénération. on seulement l'appareil comporte le dispositif normal de retrait d'eau à la partie supérieure de la colonne comme indiqué par la sortie 4 mais encore il comprend un dispositif de retrait d'eau chaude formant un effluent, à une sortie 5, à 1,33 m de la base de la colonne. Un serpentin hélicoSdal 6 d'échange de chaleur ayant un diamètre de 150 mm et une longueur de 150 mm, formé de tube d'acier inoxydable de diamètre externe égal à 12,7 mm, est placé dans la colonne 1, la spire inférieure étant à 1,45 m de la base de la colonne. On fait circuler une petite quantité d'eau froide de charge dans l'échangeur 6 afin qu'il refroidisse la solution saline qui remonte dans la colonne, et on la fait alors passer dans le réservoir de matière chaude de régénération (non représenté) sous forme d'une matière de régénération d'appoint. De la chaleur est aussi échangée directement de la matière de régénération qui remonte à la résine qui descend, essentiellement dans la région comprise entre 1,33 et 1,45 m de la base de la colonne. La résine "Sirotherm" chargée à la base de la colonne d'absorption (non représentée) est pompée dans une petite trémie 7 placée juste au-dessus de la colonne 1, et elle peut pénétrer alors en haut de la colonne par intermittence lorsque les vannes convenables de commande interrompent le courant'd'eau de régéné ration et permettent la chute de la résine par gravité à la partie supérieure de la colonne de régénération. La résine continue à tomber par intermittence dans la colonne 1 et est retirée hydrauliquement à la base de cette colonne puis est transmise à la partie supérieure de la colonne d'absorption. Bien que cet appareillage de traitement n'assure pas véritablement un contact continu à contre-courant de la résine et de l'eau de régénération, il assure néanmoins un contact semicontinu entre ces courants. Le récipient de traitement et l'appareil de régénération forment l'ensemble l'ensemble de l'installation. Celle-ci ne comprend pas de récipient de lavage d'eau. L'installation pilote est mise en route avec un courant de charge d'eau salée contenant 17,1 meq/l de NaCl et, après plusieurs heures de fonctionnement, on considère qu'elle a atteint l'état de régime permanent, lorsque les mesures de température et de salinité des différents courants mis en oeuvre dans l'opération ont montré une variation de quelques pourcents seulement entre les points correspondants de fonctionnement cyclique. A ce moment, on effectue des mesures précises des salinités, températures et débits moyens et d'autres paramètres importants, et on échantillonne la résine en divers points en vue d'une analyse chimique ultérieure. L'eau produite par l'installation a une salinité de 7,6 meq/l, et le rendement global du procédé, déterminé comme étant le rapport du débit d'eau produite au ebit total d'eau introduite pour le traitement, est de 92 fo. Pour un débit moyen d'entrée de résine dans l'appareil 1 de régénération de 2,28 kg/min (masse sèche) ayant une charge anionique de 0,51 meq/g de résine sèche et comprenant 5,6 1/min d'eau cntratnée ayant une salinité de 15,5 meq/l et pour un débit total de cciiiant chaud de régénération de 10,5 1/min ayant une salinité de 20,2 meq/l, on constate que le retrait de 7,1 1/min de la sortie intermédiaire 5 donne un effluent dont la salinité est de 126 meq/l et la température est de 800C. Le courant retiré à la partie supérieure de la colonne par la sortie 4 a un débit de 9,0 1/min et une salinité de 21,7 meq/l, et, après échange indirect avec l'effluent chaud provenant de la sortie intermédiaire 5, il est renvoyé dans le réservoir de matière chaude de régénération. La dilution ultérieure avec une petite quantité d'eau de charge et de vapeur vive assurant le chauffage donne le courant a'eau chaude transmis à l'entrée 3 et utilisé pour la régénération thermique de la résine 'tSirotherm". 'les échantillons de résine prélevés à la sortie 5 de l'effluent intermédiaire et à la base de la colonne à la sortie 2 indiquent les charges de sel de 0,65 et 0,22 meq/g respectivement, indiquant ainsi que, depuis le niveau d'entrée à la partie supérieure de la colonne, la charge de sel a d1abord augmenté puis diminué, avec d'abord une surcharge puis une régénération par le courant ascendant d'eau. chaude. La relation connue d'équilibre entre la résine "Sirotherm" TR10 et les solutions de NaCl indique que la salinité du courant effluent à la sortie 5 aurait été de 150 meq/l si les conditions d'équilibre avec la résine surchargée contenant 0,65 meq/g avaient pu être atteintes.Il faut comparer cette valeur à tO4 meq/l qui constitue la salinité de la solution en équilibre avec la résine entrant dans l'appareil de régénération, ces chiffres indiquant que la zone de reflux augmente notablement la salinité potentielle qui peut être atteinte par le courant effluent. EXEMPLE 2 On utilise la même installation et les mêmes procédés généraux que dans l'exemple 1 pour le dessalement d'un courant de charge contenant 18,5 meq/l de NaCl, sous forme d'un courant produit ayant une salinité de 4,5 meq/l et un effluent de 87 meq/l. le rendement global du procédé est de 83 %. Le débit moyen d'entrée de résine dans l'appareil de régénération est égal à 2,36 kg/min (masse sèche) avec une charge anionique de 0,89 meq/g de résine sèche. Cette charge augménte à 0,99 meq/g au point de retrait intermédiaire pour l'effluent et diminue à 0,45 meq/g à la base de la colonne de régénération. 'les salinités de solution qui seraient en équilibre avec la résine à l'entrée supérieure 4 et à la sortie intermédiaire 5 seraient de 118 et 153 meq/l respectivement. Be débit total de matière chaude de régénération cst de 17,2 1/min pour une salinité de 26,0 meq/l, et il comprend une petite quantité d'eau d'alimentation et de condensat de vapeur d'eau ainsi que t2,8 l/min d'eau de salinité égale à 29,1 meq/l qui ont été retirés de la partie supérieure de la colonne de régénération. Ce dernier courant comprend les 5,9 1/mîri de matière chnlrrlc de régénération qui peuvent passer dans la zone de reflux, additionnés de l'eau froide entratnée qui pénètre dans la colonne avec la résine. EXEMPLE 5 A titre de comparaison, on utilise la mdme installation et les mimes procédés que dans l'exemple 1 pour le dessalement d'un courant de charge contenant 18,5 meq/l de Nazi, mais on ne retire pas d'effluent au point intermédiaire d'échantillonnage et on n'assure pas de refroidissement indirect dans la partie supérieure de la colonne de régénération. Le courant produit a une salinité de 4,5 meq/l mais le rendement global du procédé n'est que de 67 . Le débit moyen d'entrée de résine dans l'appareil de régénération est de 2,42 kg (masse sèche) avec une charge anionique de 0,95 meq/g de résine sèche. Cette charge est tombée à 0,90 meq/g au moment où la résine a atteint le point intermédiaire auquel i'effluent chaud est normalement retiré selon l'invention, et est tombée à 0,37 meq/g lorsque la résine a atteint la partie inférieure de la colonne de régénération. La salinité de la solution qui aurait été en équilibre avec la résine à la partie supérieure de la colonne, est de 87 meq/l. Be débit total de matière chaude de régénération est de 16,9 î/min pour une salinité de 11,4 meq/l, et comprend une petite quantité de condensat de vapeur d'eau ainsi que des quantités à peu près égales d'eau d'alimentation et d'eau produite. Cet exemple indique que, pour des salinités de charge et de produit à peu près identiques, et pour des mêmes conditions de débit de résine et de matière chaude de régénération dans l'appareil de régénération, par rapport à l'exemple 2, le rendement total obtenu pour le procédé est bien inférieur-à celui que donne l'exemple 2 mis en oeuvre selon l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'eau chargée de sels par des résines échangeuses d'ions régénérables thermiquement, selon lequel la résine, après contact avec l'eau chargée de sels est régénérée par contact à contre-courant avec de l'eau chaude de régénération dans un récipient de régénération, ledit procédé étant caractérisé en ce que 50 à 90 ffi de l'eau chaude de régénération sent retirés sous forme d'un effluent salé chaud d'une sortie intermédiaire entre l'entrée et la sortie de résine, et le reste de l'eau chaude de régénération est refroidi dans un échangeur de chaleur et est retiré par une sortie après contact à contre-courant avec la résine introduite. 2. Procédé selon la revendicatitn 1, caractérisé en ce que la proportion d'eau chaude de régénération retirée de la sortie intermédiaire est comprise entre 55 et 75 0.