Brevet FR3025828A1 — publié le 20160318

PROCÉDÉ DE GÉNÉRATION DE VAPEUR D'EAU A PARTIR D'UNE EAU BRUTE, EN PARTICULIER D'UNE EAU DE PURGE SORTANT D'UN GÉNÉRATEUR DE VAPEUR La présente invention a pour objet un procédé de génération de vapeur d'eau à partir d'une eau brute contenant des particules solides en suspension et des matières minérales en suspension, en particulier d'une eau sortant d'un générateur de vapeur, tel qu'un générateur de vapeur à circulation forcée, par exemple du type OTSG(Once Through Steam Generator). La Société déposante a découvert qu'une telle eau brute, de qualité médiocre, pouvait, grâce à un nouveau procédé qui fait l'objet de la présente invention, générer de la vapeur d'eau avec un très bon rendement (de l'ordre de 95%) sans apport de réactifs ni de produits chimiques. Ce nouveau procédé fait appel à une étape de détente instantanée (« flash ») dans un réservoir dit haute pression. En découplant les processus de chauffage et de changement de phase, le procédé « flash » proposé selon l'invention apporte une solution au problème de génération de vapeur à partir d'une eau de mauvaise qualité. Dans un premier temps, le transfert de chaleur s'effectue sans ébullition dans l'eau à haute pression qui sera dans un deuxième temps détendue dans un réservoir de détente instantanée où la séparation eau-vapeur sera effectuée. Dans la mesure où le flux de chaleur lors du chauffage 30 demeure en deçà de la limite critique, aucune ébullition ne se produira et l'échangeur de chaleur demeurera libre de tout dépôt. Le contrôle de ce flux de chaleur est réalisé par une combustion étagée avec refroidissement 3025828 2 intermédiaire qui procure également l'avantage de réduire considérablement les températures maximales qui génèrent des NON. Il en résulte une très faible émission de NON inférieure à 10 ppm. 5 La vapeur d'eau ainsi obtenue se trouve à une pression suffisante pour être utilisée par exemple pour être injectée dans un puits de production de pétrole. Selon l'invention, il peut avantageusement être prévu une autre étape de détente dans un réservoir de 10 détente « flash » basse pression, alimenté par la purge du réservoir de détente haute pression et conduisant à une vapeur pouvant servir à des dispositifs d'utilité, tels que des dispositifs de nettoyage d'installations diverses, etc. Ainsi, la présente invention réalise une 15 optimisation énergétique en fournissant une vapeur d'eau principale haute pression et une vapeur d'eau complémentaire (vapeur secondaire). La présente invention a donc d'abord pour objet un procédé de génération de vapeur d'eau à partir d'une eau 20 d'alimentation contenant des particules solides en suspension et des matières minérales en solution, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à : (A) amener ladite eau d'alimentation dans la phase liquide 25 d'un réservoir de détente instantanée ; (B) dans ledit réservoir de détente instantanée, réchauffer ladite eau d'alimentation par mélange avec le courant recyclé de l'étape (E) ci-après ; (C) recomprimer à une haute pression la fraction liquide dans ledit réservoir de détente instantanée et l'adresser à l'entrée d'un échangeur thermique ou d'un groupe d'échangeurs thermiques montés en série ; 3025828 3 (D) chauffer la fraction non détendue dans ledit ou lesdits échangeurs thermiques en la maintenant l'état liquide ; (E) recycler le courant provenant de l'étape (D) dans 5 ledit réservoir de détente instantanée ; (F) dans ledit réservoir de détente instantanée, détendre ladite fraction de l'étape (E) et générer par détente instantanée un courant de la vapeur d'eau recherchée contenant les matières minérales de l'eau 10 d'alimentation qui sont restées en solution ; et (G) séparer les particules solides se trouvant dans le fond dudit réservoir de détente instantanée et consistant en les particules solides en suspension dans l'eau d'alimentation et celles formées à partir 15 de : - la précipitation des matières minérales en solution sous l'effet de la température et/ou de la pression régnant dans ledit réservoir de détente instantanée ; et 20 - la décantation associée des matières minérales provenant de la vaporisation dans ledit réservoir de détente instantanée ; sous la forme d'une purge formée d'eau et desdites particules. 25 En fonctionnement normal, les étapes (B) et (F) s'effectuent de manière simultanée. On peut conduire en outre une étape consistant a : (H) amener la purge provenant de l'étape (G) à un 30 réservoir de détente instantanée secondaire pour obtenir : un courant secondaire de la vapeur d'eau recherchée ; et 3025828 4 une purge secondaire formée d'eau et des particules solides de la purge de l'étape (G) qui ont été décantées dans ledit réservoir de détente instantanée secondaire. 5 L'eau d'alimentation peut consister en des eaux de purge d'un générateur de vapeur à circulation forcée notamment de type OTSG. A l'étape (A), on peut amener l'eau d'alimentation au réservoir de détente instantanée à une 10 température de 80 à 310°C et à une pression de 50 x 105 à 110 x 105 (50 à 110 bars). A l'étape (B), on peut réchauffer l'eau d'alimentation à une température de 80 à 300°C et à une pression de 70 x 105 à 100 x 105 Pa (70 à 100 bars). 15 A l'étape (C), on peut recomprimer la fraction non détendue à une haute pression de 120 x 105 à 180 x 105 Pa (120 à 180 bars). A l'étape (D), on peut chauffer la fraction non détendue dans ledit ou lesdits échangeurs thermiques à une 20 température de 320 à 350 °C. A l'étape (H), on peut recomprimer la fraction non détendue à une pression de 2 x 105 à 4 x 105 Pa (2 à 4 bars). On peut adresser la purge secondaire ou au moins 25 une partie de la purge secondaire, à une étape de séparation pour obtenir : - des particules solides à évacuer ; et - une eau renfermant des matières minérales en solution et destinée notamment à être recyclée dans l'eau 30 d'alimentation par une pompe de recirculation. A l'étape (D), on peut apporter de l'énergie à l'échangeur/aux échangeurs en série suivant un même circuit entrant dans l'échangeur ou le premier échangeur de la 3025828 5 série et sortant de l'échangeur ou du dernier échangeur de la série sous forme de fumées. Conformément à un mode de réalisation particulier du procédé de génération de vapeur d'eau selon l'invention, 5 comportant les étapes (A) à (H) : - l'eau d'alimentation est adressée sous pression de 110 x 105 à 120 x 105 Pa (110 à 120 bars), à une température de 210 à 280 °C dans la phase liquide du réservoir de détente instantanée dans lequel elle est encore 10 réchauffée par mélange avec la fraction d'eau recyclée comprimée sous une haute pression de 70 x 105 à 100 x 105 Pa (70 à 100 bars) à l'étape (D) et chauffée dans le ou les échangeurs thermiques à une température de 320 à 350 °C ; et 15 - la vapeur générée dans l'étape (H) de détente instantanée dans le réservoir de détente instantanée secondaire étant générée à une température de 100 à 120 °C et sous une pression de 3 x 105 à 4 x 105 Pa (3 à 4 bars). 20 L'Exemple suivant illustre l'invention, sans toutefois en limiter la portée, et correspond au mode de réalisation représenté sur la Figure unique du dessin annexé. Dans ce mode de réalisation, de l'eau de purge 25 provenant d'un générateur de vapeur à circulation forcée de type OTSG est amenée par une canalisation 1 à un réservoir de détente RF (dit réservoir de détente haute pression) au niveau de la phase liquide contenue dans ce réservoir. Dans la phase liquide du réservoir de détente RF, 30 le courant d'eau est soumis à un chauffage dû au mélange avec une fraction de l'eau recirculée 4 pour former en sortie de la phase liquide du réservoir de détente RF : 3025828 6 - une eau recirculée, envoyée par une canalisation 2 vers une pompe P01 (POMPE 1) qui la transfère, à une température T1 de 250 à 300 °C et sous une pression P1 de 70 à 100 bars, à un ensemble d'échangeurs thermiques 5 montés en série E par une canalisation 3 ; - une purge formée d'eau et de particules solides en partie basse, envoyée par une canalisation 6 vers un réservoir de détente de dégazeur RD. L'eau transférée par la pompe P01 à l'ensemble 10 d'échangeurs thermiques montés en série E est progressivement chauffée dans cet ensemble E par un apport d'énergie 12 pour former en sortie de l'ensemble E une eau chauffée à une température T2 entre 320 et 350 °C et sous une pression P2 de 120 à 180 bars introduite par 15 l'intermédiaire d'une canalisation 4 dans la phase gazeuse du réservoir de détente RF pour y subir une vaporisation instantanée. Dans la phase gazeuse du réservoir de détente RF, le courant d'eau chauffé 4 est soumis à une vaporisation 20 instantanée pour former en sortie du réservoir de détente RF : - de la vapeur d'eau à une pression P3 de 70 à 100 bars en partie haute, destinée à être envoyée par une canalisation 5 vers un puits de production de pétrole ; 25 - l'eau à recirculer et à envoyer par la canalisation 2 ; - la purge formée d'eau et de particules solides en partie basse, envoyée par la canalisation 6 vers le réservoir de détente basse pression RD. Dans le réservoir de détente basse pression RD, 30 la purge du réservoir de détente RF amenée par la canalisation 6 subit une vaporisation instantanée pour former en partie haute de la vapeur destinée à être envoyée 3025828 7 par une canalisation 7 à des dispositifs d'utilité : nettoyage, etc. Une purge est formée en partie basse du réservoir de détente basse pression RD et est envoyée dans une 5 canalisation 8. La purge provenant de la canalisation 8 est envoyée vers un séparateur S, où elle est séparée pour former en sortie du séparateur S, d'une part, des particules solides 11 qui sont écartées, et, d'autre part, 10 de l'eau séparée 9, envoyée à une pompe P02 (POMPE 2) qui la transfère au réservoir d'eau d'alimentation du générateur de vapeur OTSG. Dans l'ensemble E, l'eau chauffée provenant de la canalisation 3 est chauffée progressivement afin d'amener 15 l'eau à la température désirée sans induire d'ébullition lors du chauffage qui serait susceptible de déposer des particules solides dans l'ensemble E. On peut souligner ici qu'un seul échangeur thermique pourrait être utilisé à la place de l'ensemble E 20 des échangeurs thermiques montés en série. Sur la Figure unique du dessin annexé, on a également fait figurer la sortie de fumées 13 en sortie du circuit d'apport d'énergie (par 12) commun à l'ensemble d'échangeurs E. REVENDICATIONS1 - Procédé de génération de vapeur d'eau partir d'une eau d'alimentation contenant des particules solides en suspension et des matières minérales en solution, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à : (A) amener ladite eau d'alimentation dans la phase liquide d'un réservoir de détente instantanée ; (B) dans ledit réservoir de détente instantanée, réchauffer ladite eau d'alimentation par mélange avec le courant recyclé de l'étape (E) ci-après ; (C) recomprimer à une haute pression la fraction liquide dans ledit réservoir de détente instantanée et l'adresser à l'entrée d'un échangeur thermique ou d'un groupe d'échangeurs thermiques montés en série ; (D) chauffer la fraction non détendue dans ledit ou lesdits échangeurs thermiques en la maintenant l'état liquide ; (E) recycler le courant provenant de l'étape (D) dans ledit réservoir de détente instantanée ; (F) dans ledit réservoir de détente instantanée, détendre ladite fraction de l'étape (E) et générer par détente instantanée un courant de la vapeur d'eau recherchée contenant les matières minérales de l'eau d'alimentation qui sont restées en solution ; et (G) séparer les particules solides se trouvant dans le fond dudit réservoir de détente instantanée et consistant en les particules solides en suspension dans l'eau d'alimentation et celles formées à partir de la précipitation des matières minérales en solution sous l'effet de la température et/ou de 3025828 9 la pression régnant dans ledit réservoir de détente instantanée ; et - la décantation associée des matières minérales provenant de la vaporisation dans ledit réservoir 5 de détente instantanée ; sous la forme d'une purge formée d'eau et desdites particules. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé 10 par le fait qu'on conduit en outre une étape consistant à : (H) amener la purge provenant de l'étape (G) à un réservoir de détente instantanée secondaire pour obtenir : un courant secondaire de la vapeur d'eau 15 recherchée ; et une purge secondaire formée d'eau et des particules solides de la purge de l'étape (G) qui ont été décantées dans ledit réservoir de détente instantanée secondaire. 20 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'eau d'alimentation consiste en des eaux de purge d'un générateur de vapeur à circulation forcée notamment de type OTSG. 25 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'à l'étape (A), on amène l'eau d'alimentation au réservoir de détente instantanée à une température de 80 à 310°C et à une pression de 50 x 105 à 30 110 x 105 (50 à 110 bars). 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'à l'étape (B), on réchauffe 3025828 10 l'eau d'alimentation à une température de 80 à 300°C et une pression de 70 x 105 à 100 x 105 Pa (70 à 100 bars). 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, 5 caractérisé par le fait qu'à l'étape (C), on recomprime la fraction non détendue à une haute pression de 120 x 105 à 180 x 105 Pa (120 à 180 bars). 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, 10 caractérisé par le fait qu'à l'étape (D), on chauffe la fraction non détendue dans ledit ou lesdits échangeurs thermiques à une température de 320 à 350°C. 8 - Procédé selon l'une des revendications 2 à 7, 15 caractérisé par le fait qu'à l'étape (H), on recomprime la fraction non détendue à une basse pression de 2 x 105 à 4 x 105 Pa (2 à 4 bars). 9 - Procédé selon l'une des revendications 2 à 8, 20 caractérisé par le fait que l'on adresse la purge secondaire ou au moins une partie de la purge secondaire, à une étape de séparation pour obtenir : - des particules solides à évacuer ; et - une eau renfermant des matières minérales en solution et 25 destinée notamment à être recyclée dans l'eau d'alimentation par une pompe de recirculation. 10 Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'à l'étape (D), on apporte de 30 l'énergie à l'échangeur/aux échangeurs en série suivant un même circuit entrant dans l'échangeur ou le premier échangeur de la série et sortant de l'échangeur ou du dernier échangeur de la série sous forme de fumées. 3025828 11 11 - Procédé selon l'une des revendications 1 10, comportant les étapes (A) à (H), caractérisé par le fait que : 5 l'eau d'alimentation est adressée sous pression de 110 x 105 à 120 x 105 Pa (110 à 120 bars), à une température de 210 à 280 °C dans la phase liquide du réservoir de détente instantanée dans lequel elle est encore réchauffée par mélange avec la fraction d'eau recyclée 10 comprimée sous une haute pression de 70 x 105 à 100 x 105 Pa (70 à 100 bars) à l'étape (D) et chauffée dans le ou les échangeurs thermiques à une température de 320 à 350 °C ; et la vapeur générée dans l'étape (H) de détente instantanée 15 dans le réservoir de détente instantanée secondaire étant générée à une température de 100 à 120 °C et sous une pression de 3 x 105 à 4 x 105 Pa (3 à 4 bars).