Brevet FR2467621A1 — publié le 19810430

1. La présente invention concerne un procédé de dé- saération des liquides, en particulier de désaération de l'eau, ayant pour but d'enlever une partie importante de l'oxygène qui a éLé absorbé par le liquide. On sait injecter de l'eau,par exemple de l'eau de mer, dans des couches pétrolifères pour déplacer les hydro- carbures présents et obtenir une meilleure récupération des ressources naturelles. Malheureusement, l'injection d'eau de mer contenant de l'oxygène présente certains inconvénients. L'oxygène pré- sent provoque par exemple, la corrosion des conduites et est à l'origine d'une croissance indésirable d'aérobies qui sont entraînés par l'eau injectée. La croissance d'aérobies dans des formations pétrolifères peut se traduire par des colonies de microorganismes qui obstruent les couches pétro- lifères, de sorte que l'effet souhaité n'est pas obtenu. L'oxygène et les autres gaz peuvent être désorbés, extraits de l'eau par ébullition de celle-ci à la pression atmosphérique, mais ce procédé ne convient pas au traitement de grandes quantités d'eau. Les gaz absorbés peuvent égale- ment être extraits dans des unités de dégazage, construites généralement sous forme de colonne à contre-courant conte- nant des plateaux de garnissage ou plateaux perforés. L'eau est introduite au sommet de l'unité de dégazage et le gaz 2. d'extraction, par exemple du gaz naturel purifié, est intro- duit à la partie inférieure de la colonne et barbote dans l'eau en contact intime avec celle-ci, le gaz d'extraction déplaçant les autres gaz absorbés, de sorte qu'on obtient de l'eau libérée tout au moins en partie, par exemple d'oxygène. Le dégazage présente néanmoins, certains inconvé- nients; par exemple l'équipement utilisé est cher, lourd et encombrant, ce qui est particulièrement gênant sur une plate- forme au large des côtes o il occupe de la place et repré- sente un poids indésirable. Des volumes importants de gaz naturel pauvres en soufre sont consommés et doivent être brûlés après utilisa- tion. Le gaz présente des dangers dans le voisinage d'une telle installation, ce qui entraîne des restrictions quant à son emplacement, ainsi que la nécessité de prévoir diverses mesures de sécurité. La quantité de gaz absorbé par un liquide étant proportionnelle à sa pression partielle du gaz au-dessus du liquide, on peut aussi extraire un gaz absorbé en réduisant sa pression partielle au-dessus du liquide. A cet effet, on peut utiliser des dispositifs de désaération sous vide de ty- pe classique, ayant une construction semblable à celle des unités de dégazage, mais au lieu d'introduire le gaz par la partie inférieure, le sommet du dispositif de désaération est de préférence relié à une pompe à vide de façon à réduire la pression partielle du gaz. S'agissant des dispositifs de dé- saération sous vide classiques, l'effet recherché nécessite que le dispositif comporte plusieurs étages. Un tel dispositif de désaération est par conséquent aussi lourd et aussi encom- brant qu'une unité de dégazage. De plus, lors du stade final, il est souvent nécessaire d'ajouter des substances chimiques consommant de l'oxygène de façon à obtenir des teneurs en oxy- gène d'un niveau acceptable. L'addition de substances chimi- ques nécessite un équipement supplémentaire de dosage et de commande coûteux, et le prix des substances chimiques aura encore pour effet d'augmenter les frais généraux. 3. Une technologie connue de l'art antérieur a fait l'objet d'une description du Dr. Charles C. Patton dans un article intitulé: "Oilfield Water Systems" (Petro Tech Ltd. 1977). Cet article contient une description des équipements et procédés actuels ainsi qu'une liste importante d'articles concernant ce sujet. La présente invention concerne un procédé et un dispositif perfectionnés de désaération des liquides sous vi- de, qui permettent en particulier la désaération de l'eau en une étape et d'obtenir une eau traitée renfermant de très faibles teneurs en oxygène libre résiduel. Le procédé selon la présente invention permet également l'utilisation d'un équipement sensiblement moins volumineux que les équipements des procédés de l'art antérieur. Selon le procédé de la présente invention, l'eau à traiter est injectée dans une zone sous vide et frappe une ou plusieurs surfaces recouvertes par un matériau poreux "tuant la mousse" que l'eau atomisée pénètre pour atteindre une seconde zone o l'eau désaérée est maintenue à un niveau relativement constant. A l'intérieur de la zone sous vide, on maintient un vide aussi bas que possible, correspondant de préférence approximativement à la pression de vapeur de l'eau. De façon à éviter que l'eau introduite ne frappe l'eau dans la zone sous-jacente, une cloison perméable est prévue entre l'eau et la zone supérieure. Cette cloison perméable peut être constituée du même matériau que celui que l'eau vient heurter pendant son injection. Il existe plusieurs dispositifs et procédés con- nus pour séparer un gaz d'un liquide. Ainsi, le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3.631.654, bien que ne concernant pas un dispositif de désaération sous vide, décrit un dispo- sitif de séparation d'un mélange mécanique de gaz et de li- quides. Un filtre est humecté par le liquide et seul le liqui- de traverse le filtre grâce à la pression différentielle. Une autre partie du filtre repousse le liquide et laisse pas- ser le gaz pour qu'il atteigne un orifice de sortie séparé. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3.523.408 4. décrit un dispositif capable de séparer un gaz et un liquide, et ce dispositif est basé sur le même principe de séparation que le dispositif du brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3.631.654. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 4.039.305 décrit un filtre séparant des bulles de gaz de l'huile. Le mélange est amené à traverser un matériau filtrant o les phases huile et gaz sont séparées. Le brevet anglais n0 1.298.920 décrit un disposi- tif de désaération sous vide (dégazeur). Un objet de ce dis- positif est de prévoir une grande zone de contact entre le liquide situé à l'intérieur de la cuve sous vide et le vide. Cet objet est atteint en amenant le liquide à sortir des éléments filtrants situés à l'intérieur de la cuve. La demande de brevet anglais n0 2.013.520 décrit un dispositif qui peut être, mais ne l'est pas nécessairement, un dégazeur sous vide. Un objet de cette demande de brevet est de séparer un gaz d'un milieu moussant. Le gaz est ex- trait de la partie supérieure d'un récipient après avoir traversé des éléments filtrants qui ne laissent pas passer la mousse. La demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne n0 2.645.561 ne décrit pas un dispositif de dé- saération sous vide (dégazeur) qui enlève les gaz dissous d'un liquide, mais un dispositif permettant de séparer des gaz non dissous et des corps étrangers d'un liquide. Un tel dispositif est souvent disposé à l'avant d'une pompe. Le brevet anglais n 1.323.957 décrit des caracté- ristiques qui ont certains points de ressemblance avec l'objet de la présente invention. Ce brevet décrit un dispo- sitif en deux stades o une première désaération ou premier dégazage est exécuté dans une première zone, à la suite de quoi le liquide traité préalablement est fourni à un autre étage de traitement d'une nature correspondante. Il est évi- dent que le stade préliminaire ne suffit pas à obtenir le niveau de gaz souhaité, et il est nécessaire de chauffer le liquide avant de le soumettre au second stade. Cela consti- 5. tue un procédé coûteux impliquant l'utilisation de chaleur. Selon le brevet anglais cité en dernier, le liqui- de est pulvérisé sur un matériau poreux (ou dans sa direc- tion), disposé horizontalement, par exemple sur des anneaux de Raschig. Selon la présente invention, le liquide à traiter est injecté par une ou plusieurs buses vers des surfaces dis- posées verticalement qui sont revêtues d'un matériau po- reux, lequel empêche la formation de mousse. Une partie du liquide pénètre naturellement le matériau poreux et migre à travers lui, mais le gros du liquide s'écoule le long de la surface du matériau poreux, de sorte qu'un éventuel effet de filtration sera très limité. Comme il apparaîtra dans les résultats expérimen- taux indiqués ci-après, la désaération obtenue avec le pré- sent procédé est sensiblement supérieure à celle des systèmes de l'art antérieur. On suppose que lorsque, par exemple, l'eau est injectée dans un dispositif de désaération o la zone sous vide est maintenue à une très faible pression, les gaz absorbés peuvent former "des noyaux d'ébullition" autour des- quels la vapeur ou de grosses bulles de vapeur sont formées et immédiatement libérées de l'eau éjectée avant ou après avoir heurté le matériau poreux. On suppose en outre que l'efficaci- té moins bonne des unités classiques de dégazage sous vide à garnissage est due à la formation de mousse et de bulles de gaz sur la surface de l'eau présente. Par suite de la tension de surface de l'eau, la pression partielle de l'oxygène à l'intérieur d'une bulle sera supérieure à la pression partiel- le à l'extérieur de la bulle, et il en résultera que la te- neur en oxygène de l'eau en contact avec une telle bulle sera supérieure à la pression totale qui devrait régner à l'inté- rieur de la colonne. On suppose que la moins bonne efficacité d'une unité classique de dégazage sous vide est due à la for- mation de bulles et de mousse pendant l'écoulement de l'eau vers le bas à travers la garniture de la colonne et que la formation de mousse a pour effet de limiter l'efficacité des unités de dégazage de ce type. 6. Pour la mise en pratique du procédé selon la pré- sente invention, on prévoit un dispositif qui comprend au moins une zone sous vide, dans laquelle l'eau est injectée et au moins une zone sous-jacente o l'eau désaérée est re- cueillie et soutirée. A l'intérieur de la première zone, au moins une surface d'impact d'un matériau poreux "tuant la mousse" est prévue, matériau contre lequel l'eau est injec- tée par une ou plusieurs buses appropriées. Les première et seconde zones sont séparées par une cloison perméable constituée d'un matériau poreux, par exemple du même matériau formant la paroi d'impact de l'eau injectée. L'objet de la cloison entre l'eau de la zone sous jacente et la zone d'introduction d'eau a pour but d'éviter en partie la formation de mousse et en partie le contact di- rect entre l'eau provenant des buses et l'eau traitée, qui sans cela entraînerait une moins bonne efficacité du disposi- tif. Le niveau de l'eau traitée est de préférence réglé d'une manière telle que la surface de l'eau est maintenue à l'intérieur de la cloison poreuse séparant les deux zones. Les zones sont prévues à l'intérieur d'une envelop- pe qui peut être placée sous le vide nécessaire. Cette enve- loppe est de préférence isolée de façon à éviter une conden- sation indésirable sur sa surface extérieure. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec le dessin ci- joint: o la figure 1 représente un mode de réalisation particulier de la présente invention. Le dispositif comprend un réservoir extérieur fer- mé 1 construit de façon à pouvoir être mis sous vide. Dans le réservoir 1, une enveloppe intérieure 2 est prévue qui permet d'éviter que l'eau ne vienne en contact avec la pa- roi extérieure du réservoir, tout au moins dans sa partie supérieure. L'espace 3 formé entre l'enveloppe 2 et le ré- servoir 1 communique en 4 avec le côté aspiration d'un ven- tilateur 17, par exemple d'un ventilateur dit Roots, par 7. l'intermédiaire d'une conduite 16. Il en résulte que l'espa- ce 3 sera mis sous vide et que, par conséquent, un effet d'isolation thermique se produira qui rendra inutile une isolation supplémentaire. A l'intérieur de l'enveloppe 2 sont prévues une ou plusieurs parois verticales concentriques 5 et 5a. Ces parois sont revêtues d'un matériau poreux 6, par exemple en laine de verre ou en un matériau textile constitué de fibres naturel- les ou artificielles ou analogues, ayant une épaisseur com- prise par exemple entre 50 et 100 mm. Les parois 5 et 5a s'étendent vers le bas jusqu'à un revêtement 11 en matériau poreux qu'elles traversent, matériau qui recouvre un bain 7. Le revêtement 11 et les parois concentriques 5 et 5a reposent sur une feuille perforée 20 ou analogue. L'eau est introduite par une vanne de commande 13, une conduite 8, et des buses 9 sous une pression suffisante pour assurer une bonne répartition c'est-à-dire sous une pressiond'environ 0,5 à 0,7 bar pour une dimension de buse de 15 mm. Les buses 9 projettent l'eau contre le matériau poreux 6 des parois 5 et 5a. Le revête- ment 11 évite que l'eau dont la vitesse est relativement éle- vée ne vienne en contact avec l'eau traitée du bain 7. Ainsi, on évite que l'eau contenant de l'oxygène ne soit mise en contact direct avec l'eau traitée. Des expériences ont montré que, à moins qu'il n'y ait le revêtement 11, il était diffi- cile d'obtenir un pourcentage d'oxygène résiduel inférieur à 0,40 ppm dans un dispositif de désaération sous vide à un étage pour une température d'eau comprise entre 10 et 200C. Dans le revêtement 6,l'eau est soumise à une décé- lération, et est distribuée sans formation de mousse; elle traverse ce revêtement 6 et s'écoule éventuellement le long des parois 5 et 5a jusque dans le bain 7. Compte tenu du fait que l'eau provenant des buses 9 est empêchée de venir en con- tact direct avec l'eau du bain 7 et qu'elle s'écoule dans le bain après avoir traversé le revêtement poreux, les gaz désor- bés ne peuvent être acheminés avec l'eau qui doit être in- troduite dans le bain. Comme la surface de l'eau du bain 7 est en contact avec le revêtement poreux, la formation de 8. mousse est évitée à la surface de l'eau. La surface du bain 7 est de préférence maintenue à l'intérieur du revêtement 11 comme cela est représenté en 12. Cela est obtenu grâce à la vanne de commande 13 qui est actionnée par une tige 21 reliée à un flotteur 14. L'eau est soutirée du dispositif de désaéra- tion par l'orifice de sortie 15. Le gaz et la vapeur sont soutirés à la partie supérieure du dispositif par la condui- te 16 au moyen d'une pompe à vide, par exemple du ventila- teur Roots 17. A la sortie de celui-ci, les gaz/vapeur peu- vent être condensés dans un dispositif de refroidissement à injection 18 par l'introduction d'eau froide. Le volume qu'une pompe 19 doit pomper est par conséquent très réduit. L'eau est mélangée dans le dispositif de refroidissement 18 et le condensat obtenu peut être utilisé pour le remplissage de la pompe à liquide, c'est-à-dire que celui-ci se fait au- tomatiquement. Une comparaison entre un dispositif de désaération d'eau de mer classique fonctionnant sous vide et le disposi- tif de désaération décrit précédemment montre que le procédé et le dispositif de la présente invention-présentent des avantages importants. Pour une capacité de 340 m3 d'eau par heure, les dimensions et rendements suivants sont typiques Dispositif classique Diamètre 3 m Hauteur 10 m Efficacité: 0,05 ppm d'oxygène résiduel à une température de 300C et 0,10 ppm d'oxygène résiduel à une température de 200C Dispositif selon la présente invention Diamètre 1,5 m Hauteur 3,9 m Efficacité: 0,015 ppm d'oxvcène résiduel à une température de 13'C (la valeur de 0,015 ppm était la limite inférieure du dispositif de mesure utilisé). Comme il apparaît d'après les résultats précédents, 9. une extraction d'oxygène sensiblement supérieure est obtenue dans le dispositif de désaération de la présente invention quand on la compare à celle du moyen classique. Avec ce der- nier dispositif, la teneur en oxygène résiduel était 7 fois plus élevée pour une température de 200C que la teneur obte- nue avec le dispositif de désaération de la présente inven- tion bien que celui-ci ait été essayé à une température d'eau de 130C, ce qui souligne encore les avantages présentés par la présente invention. Le volume du dispositif classique est d'environ 10 fois supérieur à celui du dispositif de la présente invention, ce qui signifie une réduction considérable du poids et des dimensions de ce dernier. Bien que le dispositif représenté dans la figure comporte un revêtement absorbant 6 sur la paroi 5, il est pos- sible de recouvrir sa surface opposée avec un revêtement cor- respondant et de disposer les buses d'une manière telle que l'eau introduite soit également pulvérisée sur ce revêtement. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 10. REVENDICATIONS 1 - Procédé de désaération de liquides,en particu- lier d'eau, o le liquide est introduit dans une zone sous vide contenant un myen de distribution de liquide, à la suite de quoi le liquide est extrait après désaération de la zone, caractérisé en ce que l'eau de la zone sous vide est éjec- tée vers au moins une surface verticale d'impact en matériau poreux, qui empoche la formation de mousse, et est dirigée, par l'intermédiaire du matériau poreux vers un orifice-de sortie de la zone sous vide. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'un matériau fibreux est utilisé comme matériau poreux. 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que l'eau est éjectée vers plusieurs surfaces en matériau poreux distantes les unes des autres. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'eau est éjectée vers un certain nombre de surfa- ces concentriques, sensiblement verticales, en forme d'an-- neau en matériau poreux. - Dispositif utilisé pour l'exécution du procé- dé selon l'uoe des reverxications -à 4,comprenant un réservoir (1) relié à un système sousvide (16,17,18, 19), un moyen (8) d'introduction dans le réservoir d'un liquide, par exemple d'eau, et un orifice (15) d'évacuation du liquide traité,ca- ractérisé en ce qu'au moins uoe surface verticale d'impact en matériau poreux (6, 11), qui empêche la formation de mousse, est prévue à l'intérieur du réservoir (1) ainsi que des moyens (9) pour appliquer un liquide sur la surface poreuse (6, 11). 6 - Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que le matériau poreux (6) est constitué d'un tex- tile ou analogue en fibres naturelles ou artificielles. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le matériau poreux (6) est prévu sur des parois verticales (5, 5a) ou constitue ces parois. l. * 11. 8 -Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'une surface d'impact en matériau poreux (11) limite la partie supérieure du réservoir (1) contre un bain d'eau sous-jacent (7). 9 - Dispositif selon la revendication 8,caractéri- sé en ce que le matériau poreux (6) s'étend vers le bas et, si on le souhaite, à travers la paroi d'impact (11) en maté- riau poreux. - Dispositif selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce que des moyens (14, 21, 13) sont prévus pour régler le bain d'eau (7) à un niveau (12) situé à l'intérieur du matériau poreux (11). 11 - Dispositif selon 1 'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend une structure de support perméable à l'eau (20) qui supporte le matériau poreux (11) et au moins une paroi (5, 5a) sur laquelle le matériau po- reux (6) est appliqué. 12 - Dispositif selon l'une des revendications 5 à 11, caractérisé en ce que les parois (5, 5a) constituées du ma- tériau poreux (6) ou revêtues de ce matériau ont la forme de parois verticales sensiblement annulaires et concentri- ques. 13 - Dispositif selon l'une des revendications 5 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte un espace (3) défini par le réservoir (1) et une enveloppe intérieure (2) qui s'étend au moins jusqu'au niveau du liquide (12), cet espace (3) étant relié à un système de mise sous vide (16, 17, 18,19). 14 - Dispositif selon la revendication 13,carac- térisé en ce que l'espace (3) communique avec une conduite (16) par l'intermédiaire d'orifices (4) pratiqués dans la paroi de la conduite.