Brevet FR2800058A1 — publié le 20010427

La présente invention a pour objet un évaporateur d'eaux résiduaires. Il concerne le domaine industriel du traitement des eaux par évaporation et en particulier des eaux résiduaires salines ou hydrocarburées. Le traitement par évaporation s'effectue généralement en portant l'eau, contenue dans une enceinte ouverte ou fermée, à son point d'ébullition. La température d'ébullition de l'eau dépend de la pression à laquelle est maintenue l'enceinte, cette température restant en principe constante durant l'opération d'ébullition. Dans la pratique, l'opération d'ébullition a lieu soit dans une enceinte métallique chauffée, soit dans une enceinte en matériau quelconque contenant des tubes métalliques dans lesquels circule un fluide chauffant. Dans certains cas, le procédé est inversé : l'eau à évaporer circule dans un tube métallique autour duquel se trouve le fluide chauffant (ce dernier peut être remplacé par un cordon électrique, l'électricité n'étant qu'un fluide chauffant particulier). Dans tous les cas, on retrouve le schéma simplifié de la figure 1. Lors de l'évaporation, lorsque le transfert de chaleur (flèche T) entre fluide chauffant 1 et l'eau à traiter 2 amène l'eau au contact de la paroi à sa température d'ébullition, il se forme une bulle de vapeur 3 au contact de la paroi chaude 4. Si l'eau à évaporer est saline ou hydrocarburée, lors de la formation de la bulle de vapeur 3 les sels et huiles contenus dans la goutte d'eau se retrouvent sous la forme de particules solides 5 et se déposent naturellement sur surface d'échange 4 (figure 2), le dépôt 6 augmentant avec tous les sédiments contenus dans l'eau résiduaire à traiter. La répétition du phénomène conduit à une accumula tion des dépôts 6 sur la surface chauffante 4, du côté de l'eau 2 à évaporer (figure 3). Ce dépôt entraîne une diminution, voire la suppression, transfert T thermique entre le fluide chauffant 1 et l'eau à évaporer 2. Quand il s'agit d'évaporer de l'eau "ordinaire", on peut traiter cette dernière, par exemple au moyen d'un adoucisseur. S'agissant d'eaux résiduaires, une telle solution n'est guère envisageable, parce que trop coûteuse, personne ne souhaitant dépenser de l'argent pour un produit résiduaire. Plusieurs solutions ont été recherchées pour remédier à ce type de problèmes : - le choix de la surface d'échange : par exemple, l'acier inoxydable est moins incrustant que l'acier normal ; il présente en outre des avantages au plan de la résistance chimique de la paroi de chauffage par rapport aux sédiments déposés sur cette dernière. - la variation des paramètres température-pression dans les appareils utilisés : les résultats sont en général peu probants. - l'augmentation de la vitesse de circulation de l'eau à évaporer l'augmentation de la vitesse retarde le phénomène d'encrassement, comme si sédiments "n'avaient pas le temps" de se déposer. Le phénomène n'est cependant que retardé, et non éliminé, et cela peut conduire à des surdimensionnements prohibitifs. - le nettoyage de la surface d'échange par des organes mécaniques (brosses, racleurs, etc) permanents ou cycliques. Là encore, on retarde phénomène sans le supprimer. Dans tous les cas, il est alors nécessaire de démonter les appareils, ou au moins de les arrêter périodiquement, pour les nettoyer (nettoyage chimique ou nettoyage à haute pression). Le dispositif selon la présente invention supprime tous inconvénients. En effet, il permet d'obtenir des installations de traitement par évaporation des eaux résiduaires pouvant fonctionner en continu et d'un coût de fonctionnement réduit. Il est constitué d'un système en deux parties : un échangeur dans lequel s'effectue le transfert de chaleur permettant de chauffer l'eau à traiter en maintenant celle-ci au-dessous de la température de saturation afin d'éviter l'évaporation, d'une enceinte d'évaporation proprement dite dans laquelle la pression, inférieure à celle de l'échangeur, est déterminée pour que l'eau provenant de l'échangeur atteigne la température de saturation. description détaillée ci-après se rapporte à un exemple non limitatif d'une formes de réalisation de l'objet de l'invention. Sur les dessins annexés: figures 1 à 3, déjà citées, sont des croquis illustrant phénomène de l'évaporation d'eau résiduaire chargée figure 4 est un schéma de l'évaporateur revendiqué. dispositif selon l'invention est constitué d'un échangeur 7 et d'une enceinte d'évaporation 8 dans lesquels passe successivement l'eau à traiter 2. transfert de chaleur T effectué dans l'échangeur 7 a pour but chauffer l'eau à traiter 2 sans évaporation. Pour transférer de la chaleur à de l'eau sans évaporer cette dernière, il suffit de le faire à une température inférieure à température saturation. Cette température varie avec la pression : elle est 100"C à la pression atmosphérique et de 1750C à 8 bars. peut donc effectuer un transfert de chaleur, au-dessus de 1 sans vaporiser l'eau, si cette dernière est maintenue à une pression suffisante. Pour obtenir cette pression, on place en aval de l'échangeur 7 une vanne de déverse qui maintient pression au niveau désiré. l'on ramène l'eau chauffée dans l'échangeur 7 à une pression inférieure, exemple à la pression atmosphérique, une partie de cette eau s'évapore (phenomène dit de "revaporisation") le reste étant ramené à la tempéra ture de saturation. fraction d'eau évaporée 10 dépend de l'écart entre la température de chauffage et température de saturation. Plus cet écart est grand, plus cette fraction est importante. Pour augmenter cet écart on peut soit augmenter la température de chauffage, soit diminuer la température de saturation en baissant la pression, par exemple au moyen d'une pompe à vide 11. La pression dans l'enceinte 8 d'évaporation pourra être maintenue à pression atmosphérique par une mise à l'air libre. Une canalisation 12 permet de recycler la fraction d'eau évaporée dans l'échangeur 7, ce qui permet d'avoir dans ce dernier un débit important et donc une grande vitesse de circulation qui empêche les dépôts, ainsi faible écart de température entrée-sortie qui limite le taux de transfert thermique et évite toute évaporation intempestive. Une purge 13 permet de recueillir en continu les huiles, sels sediments contenus dans l'eau à traiter, sous forme d'un "concentrat" épais. Au cours de l'évaporation dans l'enceinte d'évaporation 8, des sels peuvent se déposer sur la paroi de celui-ci. Cela n'a aucune importance car il s'agit pas d'une surface de transfert de chaleur. Les sels ainsi déposés redissoudront naturellement dans l'eau en circulation. Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par dispositifs similaires. REVENDICATIONS 1 '. Évaporateur d'eaux résiduaires, destiné au traitement des eaux par évaporation, et en particulier des eaux résiduaires salines ou hydrocarburées, caractérisé par la combinaison d'un échangeur (7) dans lequel s'effectue le transfert de chaleur permettant de chauffer l'eau à traiter (2) en maintenant celle-ci au-dessous de la température de saturation afin d'éviter l'évaporation, et d'une enceinte (8) d'évaporation dans laquelle la pression inférieure à celle de l'échangeur (7) et déterminée pour que l'eau provenant dudit échangeur atteigne la température de saturation. 2'. Évaporateur selon la revendication 1, se caractérisant par le fait qu'une vanne de déverse (9) est disposée en aval de l'échangeur (7) de manière maintenir la pression dans ledit échangeur. 3'>. Évaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que la fraction d'eau non évaporée dans l'enceinte (8) est recyclée dans l'échangeur (7) grâce à une canalisation (12) manière à obtenir dans ledit échangeur un débit important et donc une grande vitesse de circulation empêchant les dépôts, ainsi qu'un faible écart de température entrée-sortie limitant le taux de transfert thermique. 4". Évaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que l'enceinte (8) d'évaporation comporte une purge (13) permettant de recueillir en continu les huiles, sels et sédiments contenus dans l'eau à traiter (2). 50. Évaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que la pression dans l'enceinte (8) d'évaporation est maintenue à la pression atmosphérique par une mise à l'air libre. 60. Évaporateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, se caractérisant par le fait que la pression dans l'enceinte (8) d'évaporation est abaissée au moyen d'une pompe à vide 1).