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CA 02901711 2015-08-25
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PROCEDE DE GENERATION DE VAPEUR D'EAU A PARTIR D'UNE EAU
BRUTE, EN PARTICULIER D'UNE EAU DE PURGE SORTANT D'UN
GENERATEUR 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
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
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intermédiaire qui procure également l'avantage de réduire
considérablement les températures maximales qui génèrent
des NO.. Il en résulte une très faible émission de NO.
inférieure à 10 ppm.
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
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
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
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 ;
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(D) chauffer la fraction non détendue dans ledit ou
lesdits échangeurs thermiques en la maintenant à
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
la pression régnant dans ledit réservoir de
détente instantanée ; et
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.
En fonctionnement normal, les étapes (B) et (F)
s'effectuent de manière simultanée.
On peut conduire 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
recherchée ; et
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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.
La présente invention a également pour objet un procédé de
génération de vapeur d'eau à partir d'une eau d'alimentation contenant des
particules solides en suspension et des matières minérales en solution,
comprenant les étapes consistant à :
(A) amener ladite eau d'alimentation dans une phase liquide d'un
réservoir
de détente instantanée ;
lo (B) dans ledit réservoir de détente instantanée, réchauffer ladite
eau
d'alimentation par mélange avec un courant recyclé de l'étape (E) ci-
après ;
(C) recomprimer à une haute pression la phase liquide dudit 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 phase liquide recomprimée de l'étape (C)dans ledit ou
lesdits
échangeurs thermiques en la maintenant à 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 le courant recyclé
de l'étape (E) et générer par détente instantanée un courant de la vapeur
d'eau recherchée et une partie liquide 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 la pression régnant dans ledit réservoir de
détente instantanée ; et
- 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, caractérisé par
le fait qu'on conduit en outre une étape consistant à:
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(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 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.
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
lo détente
instantanée à une température de 80 à 310 C et à une pression de 50 x
105à 110 x 10(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).
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 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 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 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
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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
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
et
- 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).
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
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,
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 :
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- une eau recirculée, envoyée par une canalisation 2 vers
une pompe P01 (POMPE 1) qui la transfère, à une
température Ti de 250 à 300 C et sous une pression P1 de
70 à 100 bars, à un ensemble d'échangeurs thermiques
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
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
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
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 ;
- 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,
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
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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
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,
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
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
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.
