Brevet FR2482476A1 — publié le 19811120

La présente invention concerne la régénération de résines échangeuses d'ions en présence de saumure et plus spécialement, la conservation du sel par recyclage prédéterminé de la saumure. La récupération de la saumure utilisée pour régénérer des résines échangeuses d'ions est un mode opératoire admis. Cependant comme cela se fait couramment, cette récupération impose des contraintes d'appareillage et de technique qui interdisent cette pratique et limitent les économies résultantes. L'utilisation de plus d'une cuve à saumure est classique, qu'il s'agisse ou non de tenter spécialement de récupérer la saumure. Des exemples sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique NO 2 689 218 (voir figure 1), NO 3 977 968 (voir figure 2) et dans le document intitulé "Demineralization by Ion Exchange"(voir page 44) publié par "Applebaum-Academic Press", 1968. La présente invention a principalement pour objet de conserver le sel au cours d'une régénération de résines échangeuses d'ions en présence de saumure, de simplifier la régénération des résines échangeuses d'ions par une saumure récupérée et de réduire les besoins en appareillage pour assurer la régénération de résines échangeuses d'ions par une saumure récupérée. L'invention a encore pour objet d'effectuer les opérations ci-dessus à l'aide d'une seule cuve à saumure. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 représente schématiquement un appareil selon la présente invention les figures 2 à 7 sont des représentations schématiques simplifiées du même appareil à des stades successifs de la régénération des résines et de la récupération de la saumure ; et la figure 8 est un graphique donnant la dureté to tale et la concentration du sel en fonction du volume de l'ef fluent de l'agent de régénération à partir d'un lit de résine pendant une telle régénération. Selon les caractéristiques essentielles de l'invention, on fait passer la saumure d'un poste de concentration sur et à travers un lit d'une résine échangeuse d'ions à régénérer, on jette la partie initiale de l'effluent de l'agent de régénération déchargé de ce lit et on ramène le reste de l'effluent de ragent de régénération dudit lit au poste de concentration pour l'y reconcentrer. Plus particulièrement, la saumure provenant d'une masse de cette dernière située à proximité d'un lit de sel contenu dans un saturateur est évacuée de ce dernier et est injectée dans une colonne renfermant un lit de résine échangeuse dtions et une masse contiguë de liquide à traiter en la faisant passer à travers la résine, le traitement étant provisoirement interrompu. Le poste d'injection se trouve dans la masse de liquide et à proximité de l'interface résine/liquide qu'on appelle parfois ci-après "poste intermédiaire" du fait qu'elle se trouve entre le volume de la masse de liquide et le lit de résine.On fait passer la saumure à travers le lit de résine ; la partie initiale de la saumure usée qui est déchargée du lit est jetée ; et la partie de 1s saumure qui est ultérieurement déchargée du lit est ramenée à l'endroit précédent situé au-dessus du lit de sel où elle est reconcen- trée pour être utilisée d'une façon analogue. La figure 1 montre schématiquement à gauche une colonne classique lO renfermant une'résine échangeuse d'ions et à droite une cuve de sel 30 constituant le saturateur ainsi que la tuyauterie de raccordement, les vannes et l'équipement accessoire. Une conduite 11 d'entrée du liquide de service comportant une vanne V1 pénètre dans le sommet de la colonne et se termine près de ce sommet par un distributeur supérieur 21. Une conduite 12 de sortie du liquide de service part d'un collecteur 22 placé dans un matériau de fond 29 (graviers, etc.) dans la partie extrême inférieure de la colonne et comporte une vanne V2 après laquelle elle se prolonge jusqu'à un poste d'utilisation (non représenté).Une conduite 13 de sortie du liquide de lavage à contre-courant comportant une vanne V3 est branchée sur la conduite d'entrée 11 entre la vanne V1 et la colonne 10. Une conduite 14 d'entrée du liquide de lavage à contre-courant comportant une vanne V4, une conduite 15 de sortie du liquide de rinçage comportant une vanne une conduite 16 de sortie à faible débit comportant une vanne S6 et une conduite 17 de récupération de la saumure comportant une vanne V7 sont reliées à la conduite de sortie 12 entre le fond de la colonne et la vanne V2. Une conduite 18 de transfert de la saumure à laquelle sont incorporées une pompe 40 et une vanne V8 se prolongent d'une couche inférieure de matériau de fond 39 contenu dans la cuve 30 jusqu'à un niveau intermédiaire à l'intérieur de la colonne 10 pour se terminer par un distributeur intermédiaire 28 placé dans la partie du liquide de service 24 qui se trouve immédiatementau-dessus du lit de résine échangeuse d'ions 26 et qui est juxtaposée à l'interface résine/liquide. La conduite 19 d'entrée du liquide de rinçage à faible débit comportant une vanne V9 relie la conduite 12 à la conduite 18 entre la vanne V8 et le distributeur intermédiaire 28. Une couche 34 de saumure située dans la partie supérieure de la cuve 30 recouvre le lit de sel 36 se trouvant dans la partie inférieure de cette cuve.Un interrupteur 32 commandé par flotteur, représenté à l'extrémité supérieure gauche de la cuve de sel, permet de mettre en marche la pompe 40 lorsque la cuve contient suffisamment de saumure et empêche ladite pompe de fonctionner lorsque la saumure est tombée à un niveau minimal de fgnctionnement (représenté en traits mixtes). Un interrupteur 31 commandé par flotteur représenté à l'extrémité supérieure droite de la cuve de sel ferme une vanne de sortie V10 de la conduite de récupération pour empêcher un débordement de la saumure Un interrupteur 37 sensible à la pression situé entre les vannes entrée et de sortie V7 et V10 de la conduite de récupération remplit également une fonction de commande qui sera décrite plus loin. Pour simplifier, on va considérer que la figure 1 illustre à titre d'exemple le traitement normal de service d'un liquide d'admission (par exemple de l'eau à boire ou destinée à être utilisée dans un procédé commercial ou industriel), ce liquide remplissant la partie supérieure de la colonne 10 et traversant la résine pour sortir de la colonne et aboutir à un endroit d'utilisation éloigné (non représenté) Les vannes V1 et M2 d'entrée du liquide de service (et de rin çage) et de sortie du liquide de service respectivement, situées dans les conduites d'entrée et de sortie 11 et 12 sont ouvertes et toutes les autres vannes sont fermées.La présente invention sera mieux comprise à l'aide des figures 2 à 7 représentant les étapes successives qui reproduisent des parties déterminées de la figure 1 et qui montrent les réglages appropriés des vannes pour les étapes successives au cours de la mise en oeuvre de l'invention, les vannes ouvertes étant principalement représentées. La figure 2 illustre une étape de lavage à contrecourant qui intervient normalement entre l'étape de service (figure 1) et l'étape de régénération de la résine à l'aide de la saumure. Pendant le lavage à contre-courant, les seules vannes ouvertes sont la vanne d'entrée V4 de la conduite 14 par laquelle l'eau fraîche passe dans le fond de la colonne et la vanne de sortie V3 de la conduite 13 par laquelle le liquide de lavage à contre-courant est évacué du sommet de la cuve ou colonne 10. La figure 3 illustre l'étape initiale de l'évacuation de la saumure de la cuve 30 pour l'injecter dans la colonne de résine 10 afin de régénérer le lit de résine échangeuse d'ions 26 qu'elle contient. La pompe 40 aspire la saumure 34 à travers le lit de sel 36 et la sous-couche 39 pour la transférer dans la colonne de résine par. l'intermédiaire de la conduite 18, la vanne de transfert V8 de cette dernière étant ouverte. Une vanne V6 d'évacuation du liquide résiduel incorporée à la conduite de sortie 16 est- ouverte de façon à éliminer la première partie de l'effluent du fluide de régénération ou saumure usée après son passage à travers le lit de résine. Toutes les autres vannes sont fermées pendant cette étape. La saumure est injectée non pas au sommet de la colonne mais à un niveau intermédiaire situé entre le sommet et la base, immédiatement au-dessus du sommet du lit de résine, par l'intermédiaire du distributeur 28, qui peut être en forme de croisillon pour assurer une couverture régulière du lit. La saumure admise est refoulée à travers le lit de résine puis est évacuée du fond de la colonne comme décrit. Pendant ce transfert de la saumure, son niveau baisse dans la cuve de sel, ce qui fait descendre les flotteurs des deux interrupteurs 31 et 32 qui ouvrent la vanne V10 de la conduite de récupération 17 qui, toutefois, est encore fermée par sa vanne V7 pour finalement, arrêter la pompe 40 lorsque la surface de la saumure baisse à un niveau situé juste au-dessus du lit de sel. Ceci indique la fin de l'étape de régénération, comme illustré sur la figure 4, lorsque la vanne V8 se ferme et la vanne V9 s'ouvre pour communiquer avec le distributeur intermédiaire 28 ; la vanne V6 est également fermée et la vanne V7 est ouverte. Une éjection (par échappement de l'eau) ou une alimentation par gravité peuvent remplacer le pompage comme moyen approprié d'injection de la saumure. La figure 5 représente l'étape de récupération de la saumure pendant laquelle une lente injection d'eau dans la colonne de résine par l'intermédiaire du distributeur 28 refoule la saumure présente dans le lit de résine et les couches adjacentes de liquide par l'intermédiaire de la conduite de récupération 17 et des deux vannes d'entrée et de sortie V7 et V10 dans la partie supérieure de la cuve 30. Lorsqu'une quantité suffisante de 1'effluent du fluide de régénération a été ramenée dans la cuve de sel pour provoquer la fermeture de la vanne de sortie V10 (en ayant entre-temps refermé l'interrupteur 32), comme le montre la figure 6, la contrepression détectée par l'interrupteur 37 augmente sensiblement. Lorsque l'interrupteur sensible à la pression se ferme en fermant la vanne V7 d'entrée de la saumure récupérée et la vanne V9 d'entrée du fluide de rinçage à faible débit et en ouvrant la vanne d'entrée V1 de la conduite 11 et la vanne V5 de la conduite 15 d'évacuation du liquide de rinçage. Cette étape de rinçage rapide se poursuit pendant une période appropriée au bout de laquelle reprend le cycle de service représenté sur la figure 1. Un circuit de commande associé, etc., qui assure les conséquences de l'actionnement de l'inter rupteur sensible à la pression peut avoir n'importe quelle forme classique et par conséquent, n'est pas représenté. La figure 8 représente graphiquement des résultats typiques du procédé décrit en premier lieu en traçant la concentration, en pourcent en poids en fonction du volume de l'effluent du fluide de régénération provenant de la colonne de résine. La partie jetée (environ les deux premiers tiers) de l'effluent du fluide régénérateur qui est maintenant légère ment dilué, est désignée par A et la partie finale récupérée de cet effluent est désignée par B. La dureté totale est in diquée en pointillé et la concentration de sel en trait plein, il est évident que la partie B contient une bonne moitié de la totalité du sel (zone au-dessous de la-courbe), tandis que la plupart des constituants de dureté (au moins les trois quarts environ) est contenue dans la partie A.Ainsi, la pré sente invention permet de conserver la moitié du sel tout en réduisant la dureté résiduelle à une valeur tolérable. L'exemple sur lequel la figure 8 est fondé est décrit ci-après. Exemple On utilise une colonne ayant un diamètre interne de 14 cm et une hauteur de 157,5 cm. On la remplit d'une résine cationique (du type adoucisseur à lasse de zéolite au sodium) jusqu'à une hauteur de 66 cm environ (10 dm3 environ). La cuve de saturation de la saumure a un diamètre interne de 19,7 cm et une hauteur de 104 cm. Le matériau de fond est placé au fond à une épaisseur de 6,35 cm suivi d'une couche d'environ 7,6 cm de gravier. Sur ce dernier, on place une épaisseur de 45,7 cm de sel gemme. On ajoute de l'eau jusqu'à une hauteur d'environ 40,6 cm au-dessus du niveau du sel. On mélange l'eau et le sel jusqu'à ce qu'on obtienne un certain degré de saturation. La concentration de la saumure extraite du saturateur est d'environ 23 80. On épuise la résine cationique et on la régénère ensuite avec la saumure saturée. On injecte l'agent de régénération à un niveau situé sensiblement à 15,2 cm au-dessus du lit au moyen d'un distributeur intermédiaire (voir figure 1). Le débit pour la régénération est de 320 ml/min (0,2 1/dom2). On recueille le liquide de régénération résiduaire sous forme d'échantillons de 640 ml et jusqu'à 13,5 échantillons pour analyse. On utilise au total 8,64 1 de saumure, ce qui équivaut à 0,252 g/cm3 (capacité résultante 0,126 g/cm3). Le rinçage qui suit est effectué à un débit de 320 ml/min (0,2 1/dm2) et on recueille également le liquide de rinçage sous forme d'échantillons de 640 ml à raison de 21,5 échantillons que l'on analyse également. On poursuit le rinçaqe pendant 25 minutes supplémentaires à un débit de 640 ml/min (0,4 1/dm2). On met ensuite la colonne en service et l'épuise. Lors des régénérations ultérieures, on ramène dans la cuve à saumure la moitié du sel en poids des échantillons recueillis (N 20 à N 29) (voir tableau I pour les résultats de l'essai N 3 : régénération typique). On ajoute du sel et de l'eau pour que les spécifications de la cuve à saumure correspondent à celles susmentionnées. On répète le mode opératoire ci-dessus. On recueille également un échantillon de la saumure pendant la régénération. On effectue au total huit essais dans ces conditions. Voir tableau II pour les capacités, fuites, etc. La capacité d'échange est indiquée en grammes par décimètres cubes. TABLEAU I de NaCl et % de dureté des échantillons - essai N 3 Echantillon N % de NaCl % de dureté 1 0,02 8 0,78 1,31 9 3,12 3,14 10 5,85 * 5,26 11 8,58 7,49 12 11,7 9,31 13 14,04 11,34 14 16,9 12,15 15 18,7 11, 95 16 20,54 11,34 18 23,14 9,31 20 23,92 7,29 22 24,44 5,87 24 24,96 4,86 28 7,54 0,95 30 1,30 0,07 Saumure 25,22 TABLEAU II - Capacité Perte de dureté Capacité ssai N Total, litres Max.(ppm) Moyenne Dureté de départ Dureté de la saumure (g/dm3 1 2634 6,0 3,7 246 ppm 0,035 % 2 2650 2,0 1,0 238 ppm 1,033 % 3 2748 3,0 1,1 244 ppm 1,378 % 4 2559 3,0 3,0 242 ppm 1,884 % 5 2613 1,0 0,5 231 ppm 2,046 % 6 2642 2,0 1,0 220 ppm 2,208 % 7 4232 2,0 1,3 145 ppm 2,574 % 8 5409 1,0 1,0 138 ppm 2,552 % Moyenne = 63,17 Le dosage de gros sel est de 0,252 kg/dm3 de résine.Le degré résultant de régénération est de 0,126 kg de NaCl par dm3 pour une efficacité de régénération de 0,126 = 1,994 g pour 6,48 g de dureté enlevée, ce qui équi63,17 vaut à environ 170 Dó de la valeur théorique. Pour de l'eau du robinet présentant une dureté totale de 235 ppm (en tant que CaCO3), la solution de saumure atteint une valeur d'équilibre, après huit régénérations, de 2,6 Ó de la dureté totale basée sur la saumure saturée. Ceci n'affecte-pas la perte totale de dureté de 3 ppm, ni sensiblement la capacité d'échange. Normalement, à une dose de 0,096 kg de NaCl par dm3 de résine (art antérieur), la capacité de fonctionnement ne serait que de 43,78 g/dm3, mais le procédé de la présente invention à une dose de 0,096 kg de NaCl par dm3 élimine environ 61,8 g par dm3 (environ 130 de l'efficacité théorique du sel), rendement pour lequel les procédés antérieurs auraient nécessité environ 0,192 kg de NaBl par dm3. Ainsi, la présente invention permet aux utilisateurs de résines échangeuses d'ions de récupérer au moins la moitié du sel utilisé pour la régénération de la saumure, au moyen dun appareil simple qui peut être fourni sous forme de pièces détachées de manière à l'adapter aux installations existantes pour assurer une meilleure régénération. Aucun récipient supplémentaire n'est nécessaire en plus de la cuve à saumure coopérant avec la colonne de résine. Le recyclage de la saumure est simple, comme on vient de le décrire. Bien qu'on ait décrit l'invention dans son application à une résine échangeuse de cations, elle est également applicable à des résines échangeuses d'anions, que ce soit sur le cycle chlorure ou le cycle combiné chlorure et hydroxyde. I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de régénération de résines échangeuses d'ions en présence de saumure, dans lequel on fait passer la saumure d'un poste de concentration à travers un lit d'une résine échangeuse d'ions destinée à être régénérée, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une région de saturation de sel au poste de concentration, à jeter la partie initiale de l'effluent du fluide de régénération déchargé de ce lit et à ramener au poste de concentration la quantité de l'effluent du fluide de régénération ultérieurement déchargé du lit pour la reconcentrer. 2. Procédé selon la revendication .1, caractérisé en ce qu'une masse de liquide est contiguë au lit de résine échangeuse d'ions, ledit procédé -consistant, en vue de faire passer la saumure à travers la résine, -à injecter la saumure dans cette masse de liquide à un endroit intermédiaire situé à proximité de l'interface résine/liquide. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à jeter dans cette partie initiale de l'effluent du fluide de régénération au maximum la moitié environ du sel de la saumure appliquée au lit de résine. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à jeter dans cette première partie de l'effluent du fluide de régénération au moins les trois quarts environ de la dureté totale enlevée du lit de résine pendant cette régénération. 5. Appareillage sous forme de pièces détachées utilisable avec une colonne de résine échangeuse d'ions pour faciliter sa régénération par une saumure à l'aide d'une cuve de concentration de saumure, appareillage caractérisé en ce qu'il comprend un lit de sel de saturation dans la cuve de concentration de la saumure, un dispositif destiné à permettre et à empêcher la circulation de la saumure fraîche de la cuve dans la colonne et en variante, l'écoulement de la saumure usée de la colonne dans la cuve et un dispositif destiné à régler le niveau de la saumure dans la cuve 6. Appareillage selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une cuve de concentration de la saumure à utiliser comme seule cuve renfermant de la saumure pendant l'étape de régénération et un distributeur de saumure situé à un niveau intermédiaire qui est destiné à être installé dans la colonne. 7. Appareillage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier dispositif comprend un dispositif de circulation destiné à transférer la saumure de la cuve dans la colonne pour régénérer la résine.