Brevet FR2664285A1 — publié le 19920110

L'invention concerne un procédé de traitement d'effluents contenant des hydrocarbures et une installation destinée à mettre en oeuvre le procédé De tels effluents, notamment les émulsions d'huile ou les solutions d'huile soluble, sont traités en vue de séparer la solution en deux phases, une phase aqueuse et une phase concentrée en hydrocarbures qui est destinée à être ultérieurement incinérée ou régénérée. A cet effet différents procédés connus peuvent être mis en oeuvre On peut utiliser par exemple des procédés physicochimiques : la décantation après ajout de produits chimiques ou après injection d'air pour casser l'émul- sion, la filtration (micro ou ultrafiltration).La phase aqueuse obtenue par de tels procédés ne peut pas en général être retraitée dans une station d#épuration. En effet pour être traitée dans une station d'épuration il est en général nécessaire que la demande chimique en oxygène soit inférieure à 3.000 mgXl La demande chimique en oxygène (DCO) est définie par la norme NFT 90-101 comme étant la quantité d'oxygène exprimée en milligrammes qui est consommée par les matières oxydables contenues dans un litre d'eau dans les conditions d'un essai déterminé par la norme. On peut également utiliser des procédés bactériologiques pour traiter les effluents mais de tels procédés ne peuvent s'appliquer à un effluent ayant une DCO de départ élevée car, dans un tel cas, les bactéries utilisées seraient tuées. On peut également utiliser un procédé d'évaporation-concentration bien connu qui fournit une phase vapeur et un concentrat. Dans un tel procédé le condensat obtenu par condensation ultérieure de la vapeur conserve toutefois une DC0 trop élevée (5000 à 15000 mg/l), ou ne représente qu'une partie limitée de effluent introduit. Dans un tel procédé par évaporation-concentration, on réalise la séparation eau-hydrocarbures à l'aide d'une enceinte d évaporation-concentration. Une telle enceinte a pour but de permettre lvéchange thermique entre une source froide destinée à être au moins en partie évaporée et une source chaude qui se refroidit, ou se condense s'il s'agit d'une vapeur, sous l'effet de I'échange thermique. De telles enceintes fonctionnant en continu sont connues et on sait réguler ce type d'enceinte de manière à évaporer un pourcentage déterminé de la source froide. Une telle enceinte est constituée d'un compartiment dans lequel règne une pression nettement inférieure à la pression atmosphérique, état qui sera appelé "sous vide" par la suite. Ce compartiment sous vide est traversé par un faisceau tubulaire à travers lequel circule un fluide constituant la source chaude. L'effluent constituant la source froide pénètre en continu dans le compartiment à sa partie supérieure et tombe sur le faisceau tubulaire. Sous effet des échanges thermiques une partie de effluent se vaporise et la vapeur d'effluent sort par la partie supérieure du compartiment, en passant à travers un filtre. La partie d'effluent non vaporisée est évacuée à la partie inférieure du compartiment. Lors de la mise en oeuvre d'un tel procédé, des échantillons de vapeur ont été prélevés à la sortie du compartiment de manière à pouvoir tracer la courbe C de la figure 1. Les échantillons ont été prélevés à des pourcentages prédéterminés de liquide évaporé à partir de l'effluent, et correspondent à différentes abscisses de la courbe C de la figure 1. Les différents échantillons ont ensuite été condensés et on a mesuré la DCO des condensats produits. Cette DCO mesurée est ensuite reportée sur l'axe des ordonnées de la figure 1. On constate que la courbe C obtenue a la forme générale d'un U dont la partie inférieure est très aplatie La courbe C comporte donc trois parties. La première partie Cl correspond à un pourcentage de liquide évaporé inférieur à une valeur A qui est fonction de l'effluent et qui est comprise entre 15 et 35 % La partie de courbe Cl correspond à des condensats possédant une DCO supérieure à une valeur D comprise entre 500 et 3000 mg/l. La DCO des vapeurs recueillies et condensées décroît en fonction du pourcentage mais reste élevée Cette DCO élevée est due en particulier à la présence d'hydrocarbures volatiles et de substances co-distillant avec l'eau (phénol par exemple) Lorsque le pourcentage de liquide évaporé est compris entre la valeur A et une valeur B fonction de effluent et comprise entre 70 et 9 %, la vapeur obtenue puis condensée possède une DC0 à peu près constante et égale à D, comme représenté par la partie de courbe C2 Enfin lorsque le pourcentage de liquide évaporé est supérieur à B (partie de courbe C3) la DCO des condensats obtenus à partir de la vapeur émise augmente très rapidement du fait que l'on évapore alors un effluent relativement concentré en hydrocarbures. On constate donc que si l'on veut obtenir une phase aqueuse à faible DCO il faut récupérer uniquement les condensats correspondant à la partie de courbe C2, ce qui limite la quantité d'eau à faible DCO recueillie et empêche de régénérer ou incinérer les parties d~ef- fluents non condensés. Pour résoudre ce problème, il a été procédé à des essais qui sont à la base de la présente invention dont le but est de définir un procédé et une installation de mise en oeuvre destinés à obtenir à partir d'une solution eau-hydrocarbures ou d'une émulsion d'eau et d'hydrocarbures, une quantité plus importante de phase aqueuse à faible DCO que dans le procédé d'évaporationconcentration ci-dessus décrit. Les essais ont consisté à récupérer la vapeur dégagée dans l'enceinte d'évaporation-concentration et correspondant à la partie de courbe Cl de la figure 1. Cette vapeur a ensuite été condensée sous forme de condensats appelés par la suite condensats de première évaporation. Ces condensats de première évaporation ont été mis en circulation dans une cellule d'évaporation-concentration semblable à l'enceinte précédemment utilisée et une courbe E (voir figure 2) représentant la DCO de la phase liquide extraite de l'enceinte après évaporation d'un pourcentage déterminé de condensats de première évaporation a été tracée de la mème manière que précédemment. La courbe E présente une partie El dans laquelle la phase liquide a une DCO élevée décroissante jusqu'à un point F correspondant à un pourcentage compris entre 7 et 20 % et une DCO comprise entre 500 et 3000 mg,/l (valeur D) selon les condensats de première évaporation utilisés c'est-à-dire l'effluent de départ. Puis la courbe E présente une partie E2 dans laquelle la phase liquide obtenue a une DCO à peu près constante et égale à celle du point F jusqu'à évaporation complète du condensat de première évaporation. Cette constatation constitue la base de l'invention qui, en récupérant une phase aqueuse à faible DCO à partir des condensats de première évaporation, accroît la quantité d'eau récupérée à partir des effluents. En conséquence la présente invention a pour objet un procédé d'extraction d'eau à faible demande chimique en oxygène à partir d'un effluent contenant des hydrocarbures, comportant les étapes suivantes A - La mise en circulation de l'effluent dans une enceinte d' évaporat ion-concentration destinée à transformer un pourcentage prédéterminé d'effluent en vapeur d'effluent et à produire un concentrat d'effluent. B - Le traitement de la vapeur d'effluent comprenant les étapes successives suivantes B1 - La transformation de la vapeur d'effluent en condensat B2 - La séparation de l'eau contenue dans le condensat pour obtenir une eau à faible demande chimique en oxygène et un résidu de condensat. C - Traitement du concentrat d'effluent comprenant Cl - La mise en circulation du concentrat d'effluent dans au moins une cellule d'évaporationconcentration pour transformer un pourcentage prédéterminé de concentrat en vapeur de concentrat et produire une phase liquide concentrée en hydrocarbures. C2 - La condensation de la vapeur de concentrat pour obtenir une eau à faible teneur chimique en oxygène. D - Le rejet de la phase liquide concentrée en hydrocarbures obtenue lors de la phase Cl et du résidu de condensat séparé de l'eau dans la phase B2-. E - La récupération de l'eau à faible demande chimique en oxygène obtenue dans l'étape B2 et dans l'étape C2. Selon d'autres caractéristiques - L'étape B2 comporte les étapes suivantes B2-1 La mise en circulation du condensat dans une enceinte d'évaporation-concentration de condensat pour transformer un pourcentage prédéterminé de condensat en vapeur de condensat. B2-2 La condensation de la vapeur de conden sat. B2-3 Le rejet de la vapeur de condensat condensé à l'étape B2-2. B2-4 La récupération du pourcentage de condensat n'ayant pas été transformé en vapeur à l'étape B2-1. Selon d'autres caractéristiques - Le pourcentage prédéderminé d'effluent transformé en vapeur d'effluent dans l'étape A est compris entre 15 et 35 %. - Le pourcentage prédéterminé de concentrat transformé en vapeur de concentrat dans l'étape Cl est compris entre 10 et 85 %. - Le pourcentage prédéterminé de condensat transformé en vapeur de condensat dans l'étape B2-1 est compris entre 7 et 20 %. - L'étape Cl est effectuée par mise en circulation du concentrat dans deux cellules d'évaporation-concen- tration successives, le liquide sortant de la première cellule étant mis en circulation dans la seconde cellule et le liquide sortant de cette dernière étant rejeté. - La vapeur sortant de la seconde cellule constitue la source chaude de la première cellule et la vapeur sortant de la première cellule constitue la source chaude de l'enceinte d'évaporation-condensation d'effluent utilisée à l'étape A. - Une partie de la vapeur sortant de la seconde cellule constitue la source chaude de l'enceinte d'évaporation-concentration de condensat utilisée à l'étape B2-1. La présente invention concerne également une installation destinée à la mise en oeuvre du procédé et comportant un circuit d'alimentation continu en effluent constituant la source froide d'une enceinte d'évapora tion-concentration d'effluent, une alimentation de fluide constituant la source chaude de ladite enceinte d'effluent, un conduit amenant la vapeur d'effluent émise par l'enceinte dans un condenseur alimenté par une source froide, une unité de séparation de l'eau et des hydrocarbures contenus dans le condensat sortant du condenseur, et une unité de traitement de concentrat sortant de ladite enceinte d'effluent comportant au moins une cellule d'évaporation-concentration sous vide dont la source froide est constituée par le concentrat. L'unité de séparation de l'eau et des hydrocarbures contenus dans le condensat sortant du condenseur comporte une enceinte d'évaporation-concentration de condensat dont la source froide est constituée par le condensat, un condenseur dont la source chaude est constituée par les vapeurs émises par ladite enceinte de condensat, et une canalisation d'extraction de la phase aqueuse sortant de l'enceinte de condensat. L'unité de traitement du concentrat comporte deux cellules successives d'évaporation-concentration, une première cellule dont la source froide est constituée par le concentrat et une seconde cellule dont la source froide est constituée par la phase liquide extraite de la première cellule. La source chaude de la seconde cellule comporte une chaudière d'alimentation en vapeur d'eau et un circuit de distribution de vapeur d'eau, la source chaude de la première cellule étant constituée par la partie de phase liquide extraite de la première cellule et évaporée par la seconde cellule. La source chaude de ladite enceinte d'effluent est constituée par la vapeur sortant de ladite au moins une autre enceinte. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - La figure 1 est une courbe représentant la teneur en D.C.0 de la vapeur obtenue par traitement dans une enceinte d'évaporation-condensation d'effluent en fonction du pourcentage de vapeur produite par rapport à la quantité d'effluent introduite dans l'enceinte - la figure 2 est une courbe représentant la teneur en D.C.O. de la phase liquide obtenue après évaporation d'un pourcentage déterminé des condensats de première évaporation correspondant à la partie Cl de la courbe C de la figure 1 par rapport aux condensats de première évaporation introduits dans une enceinte - la figure 3 représente une installation de traitement d'effluents à forte DCO selon l'invention. Les courbes représentées sur les figures 1 et 2 ont déjà été décrites et commentées ci-dessus. Sur la figure 3 on a représenté une installation de traitement d'effluents à forte DCO comportant trois unités, chacune d'elles ayant été entourée sur la figure 3 par un trait mixte : une unité d'évaporation-concentration 2, une unité de traitement de condensat 4 et une unité de séparation de concentrat 6. L'unité 2 comporte un premier bac de stockage d'effluent 8 relié par une canalisation 10 à un second bac d'effluent 12. Sur la canalisation 10 sont prévus une pompe 12 et un filtre 14 qui est destiné à arrêter les particules solides contenues dans l'effluent. Le filtre 14 peut être par exemple un filtre ayant des mailles de 0,5 mm. En aval du filtre, une canalisation 16 débouche dans la canalisation 10 de manière à introduire des produits de prétraitement de l'effluent Par exemple la canalisation 16 est reliée à cet effet par deux pompes doseuses 18 à un bac 20 contenant de l'anti-mousse et un bac 22 contenant de l'acide. Une canalisation 24 sur laquelle est installée une pompe 27 amène l'effluent prétraité contenu dans le second bac 12 jusqu'à une enceinte d'évaporationconcentration d'effluent 26, telle que celle décrite antérieurement. Un hydro-éjecteur 29 est monté en dérivation sur la canalisation 24 pour permettre le maintien sous vide des unités 2, 4 et 6. L'enceinte 26 comporte un compartiment 28 d'évaporation-concentration pouvant être mis en dépression et un compartiment 30 alimenté par une source chaude tel que cela sera décrit plus loin. Le compartiment 30 comporte un faisceau tubulaire 32 traversant de manière étanche le compartiment 28 pour assurer un échange thermique entre les deux compartiments. A la partie supérieure du compartiment 28 est situé un filtre 34 interposé entre l'intérieur du compartiment et la sortie de vapeur 36 du compartiment 28. A la partie inférieure du compartiment 28 est prévu un orifice 38 à partir duquel s'étend une canalisation 40 sur laquelle est interposée une pompe 42 destinée à extraire la phase liquide (ou concentrati contenue dans le compartiment 28, et de l'acheminer vers l'unité 6. A la partie inférieure du compartiment 30 dans lequel circule la source chaude sous forme de vapeur est prévu une orifice de sortie 44 à partir duquel s'étend une canalisation 46 destinée à recueillir la partie de vapeur condensée dans le compartiment 30. Une entrée de source chaude 48 est située à la partie supérieure du compartiment 30. Une conduite 50 relie la sortie vapeur 36 à un premier condenseur 52. Pour mieux discerner le circuit vapeur du circuit liquide, nous appellerons par la suite "canalisations" les tuyauteries acheminant un liquide et "conduites" les tuyauteries acheminant de la vapeur. Les canalisations sont représentées en traits pleins sur la figure 3 alors que les conduites ont été représentées en traits interrompus. Le premier condenseur 52 est réalisé et fonctionne sur le même principe que l'enceinte 26. Il comporte un compartiment d' évaporat ion-concentration dans lequel débouche la conduite 50 et duquel sort une canalisation 54 d'évacuation de condensat. Le premier condenseur 52 comporte un compartiment alimenté en source froide par une tour de refroidissement (non représentée) à l'aide d'une canalisation d'entrée 56 et d'une canalisation de sortie 58. La vapeur d'effluent arrivant par la conduite 50 est transformée en condensat qui est ensuite évacué par la canalisation 54 vers l'unité de séparation de condensat 4. L'unité 4 comporte une enceinte d'évaporation- concentration de condensat 60 fonctionnant sur le même principe que l'enceinte 26. La canalisation 54 relie le premier condenseur 52 à l'enceinte d'évaporation-concentration de condensat 60. Le condensat provenant du premier condenseur 52 constitue la source froide de l'enceinte 60. Une canalisation 62 d'évacuation de la partie non évaporée des condensats relie le compartiment évaporationconcentration de l'enceinte 60 à un réservoir 64 étanche et mis sous vide. La source chaude de l'enceinte 60 est constituée par de la vapeur provenant de l'unité 6 par l'intermé- diaire d'une conduite 66. Cette vapeur se condense et est évacuée par une canalisation 68 reliant l'enceinte 60 au réservoir 64. Le réservoir 64 est relié par une conduite 70 à la conduite 50 de manière à ce que la vapeur se dégageant dans le réservoir 64 soit récupérée et vienne constituer une partie de la source chaude du condenseur 52. Le réservoir 64 comporte également une canalisation d'extraction 72 sur laquelle est implantée une pompe 74. La vapeur générée dans l'enceinte 60 constitue la source chaude d'un second condenseur 76 dans lequel elle est acheminée par une conduite 78. La phase liquide obtenue est extraite par une canalisation 79 et une pompe 80. La partie non condensée alimente l'hydro-é3ecteur 29 par l'intermédiaire d'une conduite 82. Le second condenseur 76 est alimenté en continu par la tour de refroidissement (non représentée), à l'aide d'une canalisation d'entrée 84 et d'une canalisation de sortie qui constitue la canalisation 56 d'entrée de source froide du premier condenseur 52. L'unité 6 comporte deux cellules d'évaporationconcentration semblables à l'enceinte 26. En variante l'unité 6 peut comporter plus de deux cellules successives. Une première cellule 86 est alimentée en continu par une source froide constituée par le concentrat produit dans l'enceinte 26 à l'aide de la canalisation 40 et de la pompe 42 La partie de concentrat n'étant pas évaporée dans la première cellule constitue la source froide d'une seconde cellule 88 dans laquelle elle est acheminée par une canalisation 90 et une pompe 92. La partie non évaporée dans la seconde cellule 88 est extraite à l'aide d'une canalisation 94 et d'une pompe 96 pour être stockée. Cette partie constitue une phase liquide fortement concentrée en hydrocarbures qui peut être incinérée ou régénérée, Il est à noter que la vapeur obtenue dans la seconde cellule 88 est acheminée pour une première part par une conduite 98 jusqu'à la première cellule pour constituer la source chaude de cette dernière et pour une seconde part par une conduite 100 jusqu'à l'enceinte 60 de l'unité 4 pour constituer la source chaude de ladite enceinte 60. La partie de vapeur condensée dans la première cellule 86 est acheminée vers le réservoir 64 par une canalisation 102 débouchant dans la canalisation 46. Enfin la seconde cellule 88 est alimentée en continu en source chaude à l'aide d'une chaudière 103, d'une conduite d'amenée de vapeur 104 et d'une conduite de retour 106 sur laquelle est prévue une pompe 108. Le procédé selon l'invention a été mis en oeuvre dans une telle installation avec un effluent ayant une DCO élevée pour lequel des essais avaient déterminé que les pourcentages correspondant aux points A et B de la courbe C de la figure 1 étaient respectivement de 25 et 77,5 %, alors que le pourcentage correspondant au point F de la courbe E de la figure 2 était de 10 %. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention en faisant circuler une tonne par heure d'effluents dans l'installation 2 a permis d'obtenir - 750 kg/h d'eau à DCO inférieure ou égale à 3000 mg/l - 225 kg/h de phase liquide fortement concentrée en hydrocarbures et pouvant être incinérée ou régénérée - 25 kg/h de résidu de condensat à DCO nettement supérieure à 3000 mg/l. Un procédé d'évaporation-concentration à l'aide d'une seule enceinte comme pratiqué dans l'état de la technique permet d'obtenir - 525 kg/h d'eau à DCO inférieure ou égale à 3000 mg/l ; - 475 kg/h de phase liquide rejetée. Il est donc clair que le procédé selon l'invention apporte une amélioration importante dans le traitement efficace des effluents REVENDICATIONS 1. Procédé d'extraction d'eau à faible demande chimique en oxygène à partir d'un effluent contenant des hydrocarbures, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes A) La mise en circulation de l'effluent dans une enceinte d'évaporation-concentration (26) destinée à transformer un pourcentage prédéterminé d'effluent en vapeur d'effluent et à produire un concentrat d'effluent B) Le traitement de la vapeur d'effluent comprenant les étapes successives suivantes B1) La transformation de la vapeur d'effluent en condensat B2) La séparation de l'eau contenue dans le condensat pour obtenir une eau à faible demande chimique en oxygène et un résidu de condensat. C) Le traitement du concentrat d'effluent comprenant C1) La mise en circulation du concentrat d'effluent dans au moins une cellule d'évaporat.ion- concentration (86, 88) pour transformer un pourcentage prédéterminé de concentrat en vapeur de concentrat et produire une phase liquide concentrée en hydrocarbures. C2) La condensation de la vapeur de concentrat pour obtenir une eau à faible demande chimique en oxygène D) Le rejet de la phase liquide concentrée en hydrocarbures obtenue lors de la phase Cl et du résidu de condensat séparé de l'eau dans la phase B2. E) La récupération de l'eau à faible demande chimique en oxygène obtenue dans l'étape B2 et dans l'étape C2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape B2 comporte les étapes suivantes : B2-l) La mise en circulation du condensat dans une enceinte d'évaporation-concentration de condensat 60 pour transformer un pourcentage prédéterminé de condensat en vapeur de condensat. B2-2) La condensation de la vapeur de conden sat. B2-3) Le rejet de la vapeur de condensat condensée à l'étape B2-2. B2-4) La récupération du pourcentage de condensat n'ayant pas été transformé en vapeur à l'étape B2-1. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le pourcentage prédéterminé d'effluent transformé en vapeur d'effluent dans l'étape A est compris entre 15 et 35 , . 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le pourcentage prédéterminé de concentrat transformé en vapeur de concentrat dans l'étape Cl est compris entre 10 et 85 %. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le pourcentage prédéterminé de condensat transformé en vapeur de condensat dans l'étape B2-1 est compris entre 7 et 20 . 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape Cl est effectuée par mise en circulation du concentrat dans deux cellules d' évaporation-concentratîon successives (86, 88), > le liquide sortant de la première cellule (86) étant mis en circulation dans la seconde cellule (88) et le liquide sortant de cette dernière étant rejeté. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la vapeur sortant de la seconde cellule (88) constitue la source chaude de la première cellule (86) et en ce que la vapeur sortant de la première cellule (86) constitue la source chaude de l'enceinte d'évapora tion-condensation d'effluent (26) utilisée dans l'étape A. 8. Procédé selon la revendication 7 prise en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce qu'une partie de la vapeur sortant de la seconde cellule (88) constitue la source chaude de l'enceinte d'évaporation-concentration de condensat (60) utilisée à l'étape B2-i. 9. Installation destinée à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comporte un circuit d'alimentation continue en effluent constituant la source froide d'une enceinte d'évaporation-concentration d' effluent (26), une alimentation de fluide constituant la source chaude de ladite enceinte d'effluent, un conduit (50) amenant la vapeur d'effluent émise par l'enceinte dans un condenseur (52) alimenté par une source froide, une unité (4) de séparation de l'eau et des hydrocarbures contenus dans le condensat sortant du condenseur, et une unité (6) de traitement du concentrat sortant de ladite enceinte d'effluent comportant au moins une cellule (86, 88) d'évaporation-concentration dont la source froide est constituée par le concentrat. 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'unité (4) de séparation de l'eau et des hydrocarbures contenus dans le condensat sortant du condenseur comporte une enceinte d'évaporation-concentration de condensat (60) dont la source froide est constituée par le condensat, un condenseur (76) dont la source chaude est constituée par les vapeurs émises par ladite enceinte de condensat (60), et une canalisation (78) d'extraction de la phase aqueuse sortant de l'enceinte de condensat (60). 11. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'unité (6) de traitement du concentrat comporte deux cellules (86, 88) successives d'évaporation-concentration, une première cellule (86) dont la source froide est constituée par le concentrat et une seconde cellule (88) dont la source froide est constituée par la phase liquide extraite de la première cellule (86). 12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que la source chaude de la seconde cellule (88) est constituée par une chaudière (103), la source chaude de la première cellule (86) étant constituée par la partie de phase liquide évaporée par la seconde cellule (88). 13. Installation selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisée en ce que la source chaude de ladite enceinte d'effluent (26) est constituée par la vapeur sortant de ladite au moins une autre enceinte.