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WO1993016779A1 - Procede et dispositif d'elimination des hydrocarbures contenus a l'etat dissous et/ou emulsionne dans une eau residuaire par stripage a la vapeur d'eau - Google Patents

Procede et dispositif d'elimination des hydrocarbures contenus a l'etat dissous et/ou emulsionne dans une eau residuaire par stripage a la vapeur d'eau Download PDF

Info

Publication number
WO1993016779A1
WO1993016779A1 PCT/FR1993/000193 FR9300193W WO9316779A1 WO 1993016779 A1 WO1993016779 A1 WO 1993016779A1 FR 9300193 W FR9300193 W FR 9300193W WO 9316779 A1 WO9316779 A1 WO 9316779A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
water
stream
treated
phase
column
Prior art date
Application number
PCT/FR1993/000193
Other languages
English (en)
Inventor
Claude Blanc
Olivier Oliveau
Jean-Louis Peytavy
Bernard Vende
Original Assignee
Elf Aquitaine Production
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elf Aquitaine Production filed Critical Elf Aquitaine Production
Priority to GB9321966A priority Critical patent/GB2273667B/en
Publication of WO1993016779A1 publication Critical patent/WO1993016779A1/fr
Priority to NO933852A priority patent/NO300003B1/no

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/34—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances
    • B01D3/38—Steam distillation

Definitions

  • the invention relates to a process and a device for removing the hydrocarbons contained, in the dissolved state and / or in the state of suspension of the emulsion type or not, in waters and in particular in waste waters such as production water from hydrocarbon fields, by steam stripping.
  • Rejection of such waste water can be done after treatment of these waste waters in ⁇ installations allowing the delivery of purified waste water in accordance with the regulations on discharges.
  • waste water polluted by hydrocarbons which is encountered in oil or gas production, the hydrocarbons can be present in suspension in the free state or weakly emulsified, in the case of rainwater, or in the state of emulsions, production or process water, or / and be in the dissolved state.
  • the emulsification of hydrocarbons in wastewater can have a mechanical origin, linked to accidents in pipes, pipes, pumps which create more or less fine emulsions depending on the characteristics of the hydrocarbons and the energy transferred to fluids, or an origin chemical linked to the presence of surfactants, for example corrosion inhibitors, bactericides, demulsifiers or others, which create finer and more stable emulsions by polarization of the interfaces between the drop of hydrocarbon and the aqueous medium.
  • surfactants for example corrosion inhibitors, bactericides, demulsifiers or others, which create finer and more stable emulsions by polarization of the interfaces between the drop of hydrocarbon and the aqueous medium.
  • hydrocarbons present in the dissolved state their solubility is a function of the nature of the hydrocarbons, the temperature and the pressure of the medium.
  • the techniques for removing hydrocarbons suspended in water, or de-oiling techniques are generally based on the principles of gravity separation and in particular on increasing the decantation speed of the hydrocarbon drops so that they be eliminated as quickly as possible.
  • centrifugation technique and cycloning technique which are separations by centrifugal forces having a dynamic character for centrifugation and a static character for cycloning (hydrocyclone);
  • Flotation technique which consists in dispersing microbubbles of air or other gas in the liquid medium so as to generate turbulences which cause the hydrocarbon particles to meet together, these effects being increased by the use of additives. flotation, which are necessary to destabilize chemical emulsions;
  • coagulation / flocculation technique which consists in bringing together the particles in suspension, in order to settle them, by means of heavy solid, mineral additives of the hydroxide or lime type;
  • coalescence technique which consists of fusing small diameter drops to generate larger ones often through a fibrous or granular material.
  • the invention provides a process for stripping hydrocarbons with water vapor, which makes it possible, in a single operation, to remove both the suspended hydrocarbons, emulsified or not, and the hydrocarbons physically dissolved in waste water of various origins with recovery of said hydrocarbons and production of purified water meeting the standards of discharge regulations, said process being particularly suitable for the treatment of production water from hydrocarbon fields.
  • the subject of the invention is therefore a process for removing the hydrocarbons contained, in the dissolved state or / and in the suspension state of the elution type or not, in water by stripping with steam, said process characterized in that a stream of the water to be treated is introduced into the upper part of a stripping column, which comprises an upper part and a lower part communicating through an intermediate part containing 2 to 20 and preferably 5 to 15 theoretical stages of gas / liquid contact, said stream of water flowing towards the lower part of the column passing through the intermediate part of the latter, the liquid contained in the lower part of the stripping column is supplied sufficient heat energy to generate a quantity of water vapor circulating against the current of the water stream to be treated and thus stripping the hydrocarbons it contains, a pressure of between 1 and 3 bars absolute, we evacuate in.
  • a gaseous phase formed by water vapor and hydrocarbons stripped by water vapor and said gaseous phase is cooled to transform it into a condensed liquid phase having a temperature equal to or less than 30 ° C. and preferably equal to or less than 20 "C, said liquid condensed phase is separated by gravity into an upper hydrocarbon phase and an aqueous lower phase and said hydrocarbon and aqueous phases are removed separately and a stream of water is drawn off at the bottom of the stripping column purified water, by carrying out this drawing off with a molar flow rate substantially equal to the difference between the molar flow rate of water in the stream of water to be treated and the molar flow rate of said aqueous phase.
  • the aqueous phase, separated from the hydrocarbon phase is recycled in the stream of water to be treated, before the introduction of the latter into the stripping column, by carrying out this recycling with a molar flow rate of aqueous phase substantially equal to the molar flow rate of water vapor in the gas phase discharged at the head of the stripping column and the purified water stream is drawn off with a molar flow rate substantially equal to the molar flow rate water from the water stream to be treated before recycling the aqueous phase in this stream.
  • the stream of water to be treated is preheated, before its introduction into the stripping column, by indirect heat exchange with the stream of purified water withdrawn from the bottom of said column.
  • the recycling of the aqueous phase, resulting from the liquid condensed phase, in the stream of water to be treated is preferably carried out before the preheating of the stream of water to be treated.
  • said part intermediate is generally fitted with gas / liquid contact plates or an equivalent height with suitable packing. All of said plates, respectively the equivalent lining height, correspond to a certain number of theoretical stages of gas / liquid contact, respectively to a certain equivalent theoretical lining height.
  • theoretical stage of gas / liquid contact is meant an ideal gas / liquid contact zone for which the gas and / or liquid phases which exit therefrom are in thermodynamic equilibrium.
  • the contribution of heat energy to the fluid contained in the lower part of the stripping column, to generate water vapor serving as stripping agent for hydrocarbons, can be carried out using any known technique and advantageously using the reboiling technique.
  • the method according to the invention can be used to treat water from various sources polluted by hydrocarbons in the dissolved state and / or in suspension of the emulsion type or not, said hydrocarbons possibly being aromatic hydrocarbons, for example such as benzene, toluene , ethylbenzene, xylenes, paraffinic hydrocarbons, cycloaliphatic hydrocarbons, naphthenic hydrocarbons, mixtures of such hydrocarbons or the like.
  • aromatic hydrocarbons for example such as benzene, toluene , ethylbenzene, xylenes, paraffinic hydrocarbons, cycloaliphatic hydrocarbons, naphthenic hydrocarbons, mixtures of such hydrocarbons or the like.
  • Said method is particularly effective in eliminating the hydrocarbons contained in the waste water generated in oil and gas production, which, in addition to physically dissolved or / and suspended hydrocarbons of the emulsion type or not, may also contain various additives such as bactericides, anti- corrosion, hydrate inhibitor agents * .
  • the method according to the invention makes it possible, very particularly, to treat water polluted by hydrocarbons in the physically dissolved or / and emulsified state and in particular water produced from hydrocarbon fields, the hydrocarbon content of which can range up to at 1% by weight or more, obtaining purified water whose hydrocarbon content is below the threshold, currently 40 ppm, set by the regulations on discharge.
  • the invention also relates to a device for the elimination of the hydrocarbons contained, in the dissolved state and / or in the state of suspension of the emulsion type or not, in water by stripping with steam, said device being characterized in that it comprises a stripping column comprising an upper part and a lower part communicating by an intermediate part containing 2 to 20 and preferably 5 to 15 theoretical stages of gas / liquid contact, said column being provided, at the head, a vapor evacuation pipe and, at the bottom, a purified water withdrawal pipe and being equipped with a supply pipe for the water to be treated, opening into its upper part and, in its part bottom, of a heating system, a condenser having an inlet, connected to the vapor discharge duct of the stripping column, and an outlet, said condenser being arranged to produce a condensed liquid phase having a temperature ature equal to or less than 30 ⁇ C and preferably equal to or less than 20 ° C, a separator operating by gravity and having an inlet connected by a conduit to the
  • the outlet for the aqueous phase which is provided with the separator, is connected by a conduit, provided with recycling means, to the conduit for supplying the water to be treated to the stripping column.
  • the device according to the invention also comprises an indirect heat exchanger, the cold circuit of which is mounted in series on the pipe bringing the water to be treated to the stripping column and the hot circuit is placed in series on the pipe.
  • liquid withdrawal unit mounted at the bottom of the stripping column.
  • the connection between the conduit, provided with recycling means, which is mounted at the outlet for the aqueous phase at the bottom of the separator, and the conduit for supplying the water to be treated to the stripping column is preferably made upstream of the indirect heat exchanger.
  • the device according to the invention comprises a stripping column 1 comprising an upper part 2 and a lower part 3 communicating through an intermediate part containing a number of gas / liquid contact plates corresponding to a number of Theoretical gas / liquid contact stages ranging from 2 to 20 and preferably from 5 to 15.
  • Column 1 is provided, at the top, with a pipe 5 for discharging vapors and, at the bottom, with a pipe 6 for withdrawal of liquid and, in addition, it is equipped with a pipe 7 for supplying the water to be treated, said pipe opening at 8 in the upper part of the column 1.
  • the column 1 In its lower part 3, the column 1 is associated, by tubing inlet 9 and outlet 10, to a reboiler 11 heated by indirect exchange of heat energy with a heat transfer fluid at an appropriate temperature circulating in a pipe 12.
  • a reboiler 11 heated by indirect exchange of heat energy with a heat transfer fluid at an appropriate temperature circulating in a pipe 12.
  • a heat transfer fluid at an appropriate temperature circulating in a pipe 12.
  • an electric or boiler heating of the reboiler 11 On the duct 7, which brings the water to be treated to the column 1, is mounted in series the cold circuit of an indirect heat exchanger 13, the hot circuit of which is placed in series on the duct 6 for drawing off the current. purified water, which is fitted to the bottom of the column 1.
  • a condenser 14 which has an inlet 15 and an outlet 16 and which is cooled by a refrigerant circuit, for example air cooler or cold fluid circuit, to produce a phase liquid condensate having a temperature equal to or less than 30 ° C and preferably equal to or less than 20 ⁇ C, at its inlet 15 connected to the duct 5 for evacuating vapors from the stripping column 1 e t its output 16 connected, by a conduit 17, to the input 18 of a separator 19 of the gravity separator type.
  • a refrigerant circuit for example air cooler or cold fluid circuit
  • Said separator has, in its middle part, an outlet 20 for hydrocarbons, which is extended by a discharge duct 21, and, in its lower part, an outlet 22 for an aqueous phase, which outlet 22 is connected, by a conduit 23 provided with recycling means 24 consisting, for example, of a pump, in the conduit 7 for supplying the water to be treated to the stripping column, said connection being made upstream of the indirect heat exchanger 13 mounted in series on the duct 7.
  • a pressure regulating valve is mounted on the duct 5 or on the duct 17 to control the pressure at the head of the stripping column 1.
  • the operation of this device can be diagrammed as follows:
  • the stream of water to be treated which contains hydrocarbons in the dissolved state or / t in the suspension state of the emulsion type or not, arrives via the conduit 7 and passes in 1 * indirect heat exchanger 13, where it is preheated by indirect exchange of calories with the water freed from the hydrocarbons drawn off at the bottom of the stripping column 1 by the conduit 6.
  • the preheated stream of water to be treated is then introduced, via inlet 8, in the upper part 2 of the stripping column.
  • the water stream to be treated flows by gravity to the lower part 3 of the column, passing through the intermediate part 4 provided with gas / liquid contact stages.
  • the liquid arriving in the lower part 3 of the column 1 is subjected to a reboiling by passage, through the tubing 9, in the reboiler 11 and return, by the tubing 10, in the lower part 3 of the column 1, so to generate an appropriate amount of water vapor for. stripping of hydrocarbons.
  • the pressure at the top of said column 1 is maintained between 1 and 3 bar absolute by means of the pressure regulating valve, not shown, mounted on line 5 or on line 17.
  • the heat energy for reboiling is supplied by indirect heat exchange with a heat transfer fluid at an appropriate temperature circulating in the tube 12.
  • the water vapor generated by the reboiling circulates in the column 1, from the lower part 3 to the upper part 2 passing through the intermediate part 4 , that is to say against the current of the water stream to be treated, and carries out the stripping of the hydrocarbons contained in said water stream.
  • a gas phase is evacuated consisting of a mixture of water vapor and hydrocarbons stripped from the water stream to be treated by the water vapor generated by reboiling, said gas phase being cooled in the condenser 14, by indirect heat exchange with a suitable coolant, to form a condensed liquid phase having a temperature equal to or less than 30 ° C and preferably equal to or less than 20 ° C.
  • This liquid condensed phase is brought to the separator 19, in which it separates into an upper hydrocarbon phase, which is discharged through line 21, and into an aqueous phase, which is evacuated through line 23 and which is recycled in the stream of water passing through line 7, by carrying out this recycling upstream of the heat exchanger 13 and with a molar flow rate substantially equal to the molar flow rate water vapor from the gas phase discharged from column 1 through line 5 at the head of this column.
  • a stream of purified water is drawn off, via line 6, by carrying out this drawing off with a molar flow rate substantially equal to the molar flow rate of water in the water stream to be treated before recycling of the aqueous phase. in this stream, which stream of purified water, after passing through the heat exchanger 13 to preheat the stream of water to be treated, is directed to the place of discharge.
  • the water stream to be treated arrived via line 7 with a flow rate, measured before recycling of the aqueous phase through line 23, equal to 4.6 m 3 / hour and, after preheating in the heat exchanger 13, 1 'water introduced into the stripping column 1, via inlet 8, had a temperature equal to 100 ° C.
  • a pressure was maintained at the head of column 1 equal to 1.4 bar absolute, which corresponds to a temperature at the bottom of said column equal to 112 ° C and the reboiler 11 was supplied with a calorific power equal to 220 kW.
  • EXAMPLE 2 By operating under conditions analogous to those described in Example 1, however using a calorific power equal to 320 kW for reboiling, 4.6 m 3 / hour of a stream of water were treated. for producing a gas field containing 1500 mg / 1 of a mixture of hydrocarbons having the composition given in the example
  • the pressure at the top of the stripping column was equal to 1.4 bar absolute and the temperature at the bottom of said column had a value of 112 ⁇ C.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)
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Abstract

Un courant d'eau à traiter est amené (7, 8) dans la partie supérieure (2) d'une colonne de stripage et s'écoule vers sa partie inférieure (3) en traversant une partie intermédiaire (4) de ladite colonne comportant 2 à 20 étages théoriques de contact gaz/liquide. De la vapeur d'eau générée par rebouillage (11) circule vers le haut de la colonne à contre-courant du courant d'eau à traiter et stripe les hydrocarbures qu'il contient. En tête de la colonne, on évacue une phase gazeuse vapeur d'eau/hydrocarbures (5), qui est condensée pour former une phase liquide ayant une température égale ou inférieure à 30 °C. Cette phase condensée est séparée en une phase hydrocarbonée supérieure et une phase aqueuse inférieure dans un séparateur (19), la phase aqueuse étant, de préférence, recyclée dans le courant d'eau à traiter. Au fond de la colonne, on soutire un courant d'eau purifiée (6). L'eau à traiter est en particulier une eau résiduaire générée en production pétrolière et gazière.

Description

Procédé et dispositif d'élimination des hydrocarbures contenus à l'état dissous et/ou émulsionné dans une eau résiduaire par stripage à la vapeur d'eau.
L'invention a trait à un procédé et à un dispositif d'élimination des hydrocarbures contenus, à l'état dissous et/ou à l'état de suspension du type émulsion ou non, dans des eaux et notamment dans des eaux résiduaires comme les eaux de production des champs d'hydrocarbures, par stripage à la vapeur d'eau.
Comme la plupart des industries, la production pétrolière et gazière est génératrice d'eaux résiduaires susceptibles de contenir des hydrocarbures qu'il est nécessaire d'éliminer dans un contexte réglementaire. Les plates-formes de traitement génèrent également des eaux de procédé et des eaux pluviales dont il faut se défaire et qui peuvent contenir des hydrocarbures.
Le rejet de telles eaux résiduaires, qui peut être réalisé en surface dans le milieu naturel ou en fond dans des puits de rejet ou dans le cadre de réinjection pour maintien de pression, ne peut se faire qu'après traitement de ces eaux^résiduaires dans des installations permettant de délivrer des eaux résiduaires purifiées conformes à la réglementation sur les rejets. Dans les eaux résiduaires polluées par les hydrocarbures, que l'on rencontre en production pétrolière ou gazière, les hydrocarbures peuvent être présents en suspension à l'état libre ou faiblement émulsionnés, cas des eaux pluviales, ou à l'état d'émulsions, cas des eaux de production ou de procédé, ou/et se trouver à l'état dissous.
L'émulsification des hydrocarbures dans les eaux résiduaires peut avoir une origine mécanique, liée aux accidents de conduites, duses, pompes qui créent des émulsions plus ou moins fines en fonction des caractéristiques des hydrocarbures et de l'énergie transférée aux fluides, ou une origine chimique liée à la présence de produits tensioactifs, par exemple inhibiteurs de corrosion, bactéricides, desémulsifiants ou autres, qui créent des émulsions plus fines et plus stables par polarisation des interfaces entre la goutte d'hydrocarbure et le milieu aqueux. Quant aux hydrocarbures présents à l'état dissous, leur solubilité est fonction de la nature des hydrocarbures, de la température et de la pression du milieu.
Les techniques d'élimination des hydrocarbures en suspension dans les eaux, ou techniques de déshuilage, se fondent, en général, sur les principes de séparation gravitaire et notamment sur l'accroissement de la vitesse de décantation des gouttes d'hydrocarbures pour qu'elles soient éliminées le plus rapidement possible.
Les techniques gravitaires de déshuilage 'eau les plus couramment utilisées sont choisies parmi les suivantes:
. technique de centrifugation et technique de cyclonage, qui sont des séparations par forces centrifuges ayant un caractère dynamique pour la centrifugation et un caractère statique pour le cyclonage (hydrocyclone) ;
. technique de flottation, qui consiste à disperser des microbulles d'air ou autre gaz dans le milieu liquide de façon à générer des turbulences qui font se rencontrer les particules d'hydrocarbures entre elles, ces effets étant accrus par l'utilisation d'additifs de flottation, qui sont nécessaires pour déstabiliser les émulsions chimiques ;
. technique de coagulâtion/floculation, qui consiste à rassembler les particules en suspension, pour les faire décanter, par l'intermédiaire d'additifs solides lourds, minéraux du type hydroxydes ou chaux ; et
. technique de coalescence, qui consiste à faire fusionner des gouttes de petit diamètre pour en générer de plus grosses souvent par l'intermédiaire d'un matériau fibreux ou granulaire.
Les techniques gravitaires de déshuilage d'eaux polluées par des hydrocarbures présentent l'inconvénient d'être quasi-inopérantes dans le traitement des émulsions aqueuses très fines d'hydrocarbures qui sont générées, en production pétrolière et gazière, par les fortes détentes auxquelles sont soumis les effluents aqueux, car ces émulsions sont très souvent stabilisées par les quantités importantes d'additifs chimiques divers, notamment inhibiteurs de corrosion, contenues dans ces effluents aqueux.
En outre, les techniques gravitaires de déshuilage sont inefficaces par principe pour éliminer la fraction d'hydrocarbures dissoute dans l'eau et il est nécessaire de faire appel à d'autres techniques de séparation et par exemple à des techniques d'extraction pour éliminer ladite fraction d'hydrocarbures. On conçoit donc que les procédés permettant de réaliser une élimination quasi complète des hydrocarbures contenus en suspension et à 1'état dissous dans une eau résiduaire, en vue de produire une eau purifiée conforme aux réglementations sur les rejets, sont relativement complexes. Dans le but de remédier aux inconvénients précités, l'invention propose un procédé de stripage des hydrocarbures à la vapeur d'eau, qui permet, en une seule opération, d'éliminer tant les hydrocarbures en suspension, émulsionnés ou non, que les hydrocarbures dissous physiquement contenus dans des eaux résiduaires de diverses, provenances avec récupération desdits hydrocarbures et production d'eaux purifiées répondant aux normes des réglementations sur les rejets, ledit procédé étant tout particulièrement approprié pour le traitement des eaux de production des champs d'hydrocarbures.
L'invention a donc pour objet un procédé d'élimination des hydrocarbures contenus, à l'état dissous ou/et à l'état de suspension du type é ulsion ou non, dans une eau par stripage à la vapeur d'eau, ledit procédé se caractérisant en ce que 1'on introduit un courant de 1'eau à traiter dans la partie supérieure d'une colonne de stripage, qui comporte une partie supérieure et une partie inférieure communiquant par une partie intermédiaire renfermant 2 à 20 et de préférence 5 à 15 étages théoriques de contact gaz/liquide, ledit courant d'eau s'écoulant vers la partie inférieure de la colonne en traversant la partie intermédiaire de cette dernière, on fournit au liquide contenu dans la partie inférieure de la colonne de stripage une énergie calorifique suffisante pour générer une quantité de vapeur d'eau circulant à contre-courant du courant d'eau à traiter et effectuant ainsi le stripage des hydrocarbures qu'il contient, on maintient en tête de la colonne une pression comprise entre 1 et 3 bars absolus, on évacue en . tête de la colonne une phase gazeuse formée de vapeur d'eau et des hydrocarbures stripés par la vapeur d'eau et on refroidit ladite phase gazeuse pour la transformer en une phase condensée liquide ayant une température égale ou inférieure à 30°C et de préférence égale ou inférieure à 20"C, on sépare par gravité ladite phase condensée liquide en une phase supérieure hydrocarbonée et une phase inférieure aqueuse et évacue séparément lesdites phases hydrocarbonée et aqueuse et l'on soutire en fond de la colonne de stripage un courant d'eau purifiée, en effectuant ce soutirage avec un débit molaire sensiblement égal à la différence entre le débit molaire de l'eau du courant d'eau à traiter et le débit molaire de ladite phase aqueuse.
Dans une forme de mise en oeuvre préférée, on recycle la phase aqueuse, séparée d'avec la phase hydrocarbonée, dans le courant d'eau à traiter, avant l'introduction de ce dernier dans la colonne de stripage, en réalisant ce recyclage avec un débit molaire de phase aqueuse sensiblement égal au débit molaire de vapeur d'eau dans la phase gazeuse évacuée en tête de la colonne de stripage et l'on effectue le soutirage du courant d'eau purifiée avec un débit molaire sensiblement égal au débit molaire de l'eau du courant d'eau à traiter avant recyclage de la phase aqueuse dans ce courant. Avantageusement, le courant d'eau à traiter est préchauffé, avant son introduction dans la colonne de stripage, par échange indirect de chaleur avec le courant d'eau purifiée soutiré en fond de ladite colonne. Dans cette forme de mise en oeuvre, le recyclage de la phase aqueuse, issue de la phase condensée liquide, dans le courant d'eau à traiter est réalisé, de préférence, en amont du préchauffage du courant d'eau à traiter. Pour réaliser le contact dans la partie intermédiaire de la colonne de stripage, aux fins de stripage des hydrocarbures, entre le courant d'eau à traiter et la vapeur d'eau générée par vaporisation dans la partie inférieure de la colonne de stripage, ladite partie intermédiaire est généralement équipée de plateaux de contact gaz/liquide ou d'une hauteur équivalente d'un garnissage approprié. L'ensemble desdits plateaux, respectivement la hauteur équivalente de garnissage, correspondent à un certain nombre d'étages théoriques de contact gaz/liquide, respectivement à une certaine hauteur théorique équivalente de garnissage.
Par "étage théorique" de contact gaz/liquide, on entend une zone de contact idéal gaz/liquide pour laquelle les phases gazeuse et/ou liquides qui en sortent sont à l'équilibre thermodynamique.
Le nombre np de plateaux réels de contact gaz/liquide, respectivement la hauteur hR équivalente de garnissage réel, sont liés au nombre nτ d'étages théoriques, respectivement à la hauteur hτ théorique équivalente de garnissage, par les relations nτ= np et hτ ≈ m hR, dans lesquelles et m sont des coefficients positifs inférieurs à 1, qui représentent l'efficacité du contact gaz/liquide pour les plateaux, respectivement pour le garnissage utilisés.
L'apport d'énergie calorifique au fluide contenu dans la partie inférieure de la colonne de stripage, pour générer la vapeur d'eau servant d'agent de stripage des hydrocarbures, peut être réalisé en faisant appel à toute technique connue et avantageusement en utilisant la technique du rebouillage.
Le procédé selon l'invention est utilisable pour traiter des eaux de diverses provenances polluées par des hydrocarbures à l'état dissous ou/et en suspension du type émulsion ou non, lesdits hydrocarbures pouvant être des hydrocarbures aromatiques, par exemple tels que benzène, toluène, éthylbenzène, xylènes, des hydrocarbures paraffiniques, des hydrocarbures cycloaliphatiques, des hydrocarbures naphténiques, des mélanges de tels hydrocarbures ou autres. Ledit procédé est particulièrement efficace pour éliminer les hydrocarbures contenus dans les eaux résiduaires générées en production pétrolière et gazière, qui outre des hydrocarbures dissous physiquement ou/et en suspension du type émulsion ou non peuvent encore renfermer des additifs divers tels que bactéricides, agents anti-corrosion, agents * inhibiteurs d'hydrates. Le procédé selon l'invention permet, tout particulièrement, de traiter des eaux polluées par des hydrocarbures à l'état dissous physiquement ou/et émulsionnés et notamment des eaux de production de champs d'hydrocarbures, dont la teneur en hydrocarbures peut aller jusqu'à 1% en poids ou plus, avec obtention d'eaux purifiées dont la teneur en hydrocarbures est inférieure au seuil, actuellement 40 ppm, fixé par les réglementations en matière de rejet.
L'invention concerne encore un dispositif pour l'élimination des hydrocarbures contenus, à l'état dissous ou/et à l'état de suspension du type émulsion ou non, dans une eau par stripage à la vapeur d'eau, ledit dispositif se caractérisant en ce qu'il comprend une colonne de stripage comportant une partie supérieure et une partie inférieure communiquant par une partie intermédiaire renfermant 2 à 20 et de préférence 5 à 15 étages théoriques de contact gaz/liquide, ladite colonne étant pourvue, en tête, d'un conduit d'évacuation de vapeurs et, en fond, d'un conduit de soutirage d'eau purifiée et étant équipée d'un conduit d'amenée de l'eau à traiter débouchant dans sa partie supérieure et, dans sa partie inférieure, d'un système de chauffage, un condenseur possédant une entrée, connectée au conduit d'évacuation de vapeurs de la colonne de stripage, et une sortie, ledit condenseur étant agencé pour produire une phase condensée liquide ayant une température égale ou inférieure à 30βC et de préférence égale ou inférieure à 20°C, un séparateur opérant par gravité et présentant une entrée connectée, par un conduit, à la sortie du condenseur, une sortie pour les hydrocarbures dans sa partie médiane et une sortie pour une phase aqueuse à sa partie inférieure.
Dans une forme de réalisation préférée, la sortie pour la phase aqueuse, dont est pourvu le séparateur, est connectée par un conduit, muni de moyens de recyclage, au conduit d'amenée de l'eau à traiter à la colonne de stripage.
Avantageusement, le dispositif selon- l'invention comporte encore un échangeur indirect de chaleur, dont le circuit froid est monté en série sur le conduit amenant l'eau à traiter à la colonne de stripage et le circuit chaud est placé en série sur le conduit de soutirage de liquide monté en fond de la colonne de stripage. Dans cette forme de réalisation du dispositif, la connexion entre le conduit, muni de moyens de recyclage, qui est monté à la sortie pour la phase aqueuse à la partie inférieure du séparateur, et le conduit d'amenée de l'eau à traiter à la colonne de stripage est, de préférence, réalisée en amont de l'échangeur indirect de chaleur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de l'une de ses formes de mise en oeuvre illustrée par la figure du dessin annexé représentant un dispositif selon l'invention utilisant une colonne de stripage équipée de plateaux pour le contact gaz/liquide.
En se référant à la figure, le dispositif selon 1'invention comprend une colonne 1 de stripage comportant une partie supérieure 2 et une partie inférieure 3 communiquant par une partie intermédiaire renfermant un nombre de plateaux de contact gaz/liquide correspondant à un nombre d'étages théoriques de contact gaz/liquide allant de 2 à 20 et de préférence de 5 à 15. La colonne 1 est pourvue, en tête, d'un conduit 5 d'évacuation de vapeurs et, en fond, d'un conduit 6 de soutirage de liquide et, en outre, elle est équipée d'un conduit 7 d'amenée de l'eau à traiter, ledit conduit débouchant en 8 dans la partie supérieure de la colonne 1. Dans sa partie inférieure 3, la colonne 1 est associée, par des tubulures d'entrée 9 et de sortie 10, à un rebouilleur 11 chauffé par échange indirect d'énergie calorifique avec un fluide caloporteur à température appropriée circulant dans une tubulure 12. En variante, on pourrait également envisager un chauffage électrique ou par chaudière du rebouilleur 11. Sur le conduit 7, qui amène l'eau à traiter à la colonne 1, est monté en série le circuit froid d'un échangeur indirect de chaleur 13, dont le circuit chaud est placé en série sur le conduit 6 de soutirage du courant d'eau purifiée, dont est équipé le fond de la colonne 1. Un condenseur 14, qui possède une entrée 15 et une sortie 16 et qui est refroidi par un circuit frigoporteur, par exemple aéroréfrigérant ou circuit de fluide froid, pour produire une phase condensée liquide ayant une température égale ou inférieure à 30°C et de préférence égale ou inférieure à 20βC, a son entrée 15 connectée au conduit 5 d'évacuation de vapeurs de la colonne 1 de stripage et sa sortie 16 connectée, par un conduit 17, à l'entrée 18 d'un séparateur 19 de type séparateur par gravité. Ledit séparateur présente, dans sa partie médiane, une sortie 20 pour les hydrocarbures, qui est prolongée par un conduit d'évacuation 21, et, dans sa partie inférieure, une sortie 22 pour une phase aqueuse, laquelle sortie 22 est connectée, par un conduit 23 muni de moyens de recyclage 24 consistant, par exemple, en une pompe, au conduit 7 d'amenée de l'eau à traiter à la colonne de stripage, ladite connexion étant réalisée en amont de l'échangeur indirect de chaleur 13 monté en série sur le conduit 7. Une vanne de régulation de pression, non représentée, est montée sur le conduit 5 ou sur le conduit 17 pour contrôler la pression en tête de la colonne 1 de stripage.
Le fonctionnement de ce dispositif peut être schématisé comme suit: Le courant d'eau à traiter, qui renferme des hydrocarbures à l'état dissous ou/ t à l'état de suspension du type émulsion ou non, arrive par le conduit 7 et passe dans 1*échangeur de chaleur indirect 13, où il est préchauffé par échange indirect de calories avec 1'eau débarrassée des hydrocarbures soutirée en fond de la colonne 1 de stripage par le conduit 6. Le courant préchauffé d'eau à traiter est alors introduit, par l'entrée 8, dans la partie supérieure 2 de la colonne de stripage. Dans cette colonne, le courant d'eau à traiter s'écoule par gravité vers la partie inférieure 3 de la colonne en traversant la partie intermédiaire 4 pourvue d'étages de contact gaz/liquide. Le liquide arrivant dans la partie inférieure 3 de la colonne 1 est soumis à un rebouillage par passage, à travers la tubulure 9, dans le rebouilleur 11 et retour, par la tubulure 10, dans la partie inférieure 3 de la colonne 1, de manière à générer une quantité appropriée de vapeur d'eau pour. réaliser le stripage des hydrocarbures. La pression en tête de ladite colonne 1 est maintenue entre 1 et 3 bars absolus par l'intermédiaire de la vanne de régulation de pression, non représentée, montée sur le conduit 5 ou sur le conduit 17. L'énergie calorifique pour le rebouillage est fournie par échange indirect de chaleur avec un fluide caloporteur à température appropriée circulant dans la tubulure 12. La vapeur d'eau générée par le rebouillage circule dans la colonne 1, depuis la partie inférieure 3 vers la partie supérieure 2 en traversant la partie intermédiaire 4, c'est-à-dire à contre-courant du courant d'eau à traiter, et réalise le stripage des hydrocarbures contenus dans ledit courant d'eau. En tête de la colonne 1, on évacue une phase gazeuse consistant en un mélange de vapeur d'eau et des hydrocarbures stripés du courant d'eau à traiter par la vapeur d'eau générée par le rebouillage, ladite phase gazeuse étant refroidie dans le condenseur 14, par échange indirect de chaleur avec un fluide frigoporteur approprié, pour former une phase condensée liquide ayant une température égale ou inférieure à 30°C et de préférence égale ou inférieure à 20°C. Cette phase condensée liquide est amenée au séparateur 19, dans lequel elle se sépare en une phase hydrocarbonée supérieure, que l'on évacue par le conduit 21, et en une phase aqueuse, que l'on évacue par le conduit 23 et que l'on recycle dans le courant d'eau passant dans le conduit 7, en effectuant ce recyclage en amont de 1'échangeur de chaleur 13 et avec un débit molaire sensiblement égal au débit molaire de vapeur d'eau de la phase gazeuse évacuée de la colonne 1 par le conduit 5 en tête de cette colonne. En fond de colonne 1, on soutire un courant d'eau purifiée, par le conduit 6, en opérant ce soutirage avec un débit molaire sensiblement égal au débit molaire de l'eau du courant d'eau à traiter avant recyclage de la phase aqueuse dans ce courant, lequel courant d'eau purifiée, après passage dans l'échangeur de chaleur 13 pour préchauffer le courant d'eau à traiter, est dirigé vers le lieu de rejet.
Pour compléter la description du procédé selon l'invention, qui vient d'être présentée, on donne ci- après, à titre non limitatif, des exemples concrets de mise en oeuvre de ce procédé EXEMPLE 1 :
On opérait dans un dispositif analogue à celui décrit en référence à la figure du dessin annexé et comportant une colonne de stripage ayant un diamètre intérieur de 30 cm et renfermant, dans sa partie intermédiaire 4, vingt plateaux perforés de contact gaz/liquide ayant chacun un coefficient d'efficacité k égal à 0,6, ce qui équivaut à la présence de 12 étages théoriques de contact gaz/liquide dans ladite partie intermédiaire.
On traitait une eau résiduaire de production de champ de gaz renfermant 800 mg/1 d'hydrocarbures constitués d'un mélange de 20% en poids d'hydrocarbures en C3 à C11# consistant pour le huitième environ en hydrocarbures aromatiques et pour le reste en hydrocarbures paraffiniques et cycloparaffiniques, et de 80% en poids d'hydrocarbures paraffiniques en C12 à C3g.
Le courant d'eau à traiter arrivait par le conduit 7 avec un débit, mesuré avant recyclage de la phase aqueuse par le conduit 23, égal à 4,6 m3/heure et, après préchauffage dans l'échangeur de chaleur 13, l'eau introduite dans la colonne 1 de stripage, par l'entrée 8, possédait une température égale à 100°C.
On maintenait une pression en tête de la colonne 1 égale à 1,4 bar absolu, ce qui correspond à une température en fond de ladite colonne égale à 112°C et l'on fournissait au rebouilleur 11 une puissance calorifique égale à 220 kW. Le condenseur 14, refroidi par circulation d'eau, délivrait une phase condensée liquide ayant une température de 15°C. Par le conduit 21, on évacuait 3,6 kg/heure de phase hydrocarbonée et par le conduit 23 on recyclait 0,14 m3 par heure de phase aqueuse, issue du séparateur 19, dans le courant d'eau à traiter.arrivant par le conduit 7.
Par le conduit 6, on soutirait en fond de la colonne 1 de stripage 4,595 m3 par heure d'un courant d'eau purifiée renfermant 9mg/l d'hydrocarbures, ledit courant, après passage dans l'échangeur de chaleur 13, étant dirigé vers le lieu de rejet.
EXEMPLE 2 : En opérant dans des conditions analogues à celles décrites dans l'exemple 1, avec toutefois utilisation d'une puissance calorifique égale à 320 kW pour le rebouillage, on traitait 4,6 m3/heure d'un courant d'eau de production de champ de gaz renfermant 1500 mg/1 d'un mélange d'hydrocarbures ayant la composition donnée dans l'exemple
1. La pression en tête de la colonne de stripage était égale à 1,4 bar absolu et la température en fond de ladite colonne avait une valeur de 112βC.
Par le conduit 21, on évacuait 6,8 kg/heure de phase hydrocarbonée et par le conduit 23 on recyclait
0,32 m3/heure de phase aqueuse, issue du séparateur 19, dans le courant d'eau à traiter arrivant par le conduit 7.
Par le conduit 6, on soutirait en fond de la colonne de stripage 4,59 m3/heure d'un courant d'eau purifiée renfermant 7 mg/1 d'hydrocarbures, ledit courant, après passage dans l'échangeur de chaleur 13, étant dirigé vers le lieu de rejet. EXEMPLE 3 :
En opérant dans des conditions analogues à celles décrites dans l'exemple 1, avec toutefois utilisation d'une puissance calorifique de 320 kW pour le rebouillage, on traitait 4,6 m3/heure d'un courant d'eau de production de champ de gaz renfermant 1000 mg/1 d'un mélange d'hydrocarbures ayant la composition donnée dans l'exemple 1 et 100 mg/1 d'additifs anti-corrosion. La pression en tête de la colonne de stripage était égale à 1,2 bar absolu et la température en fond de ladite colonne avait une valeur égale à 105°C.
Par le conduit 21, on évacuait 4,5 kg/heure de phase hydrocarbonée et par le conduit 23 on recyclait 0,32 m3/heure de phase aqueuse, issue du séparateur 19, dans le courant d'eau à traiter arrivant par le conduit 7.
Par le conduit 6, on soutirait en fond de la colonne de stripage 4,59 m3/heure d'un courant d'eau purifiée renfermant 20 mg/1 d'hydrocarbures, ledit courant, après passage dans l'échangeur de chaleur 13, étant dirigé vers le lieu de rejet.
On constate que la présence d'additifs anti¬ corrosion dans l'eau à traiter a une influence négative, mais non rédhibitoire sur les performances du procédé, puisque la teneur en hydrocarbures de l'eau purifiée est encore très en dessous du seuil fixé par la réglementation en matière de rejet. EXEMPLE 4 :
En opérant dans des conditions analogues à celles décrites dans l'exemple 1, avec toutefois utilisation d'une puissance calorifique de 250 kW pour le rebouillage, on traitait 4,6 m3/heure d'un courant d'eau de production de champ de gaz renfermant 1700 mg/1 d'un mélange d'hydrocarbures constitué de 83,5% en poids d'hydrocarbures en C3 à C12* consistant pour environ deux cinquièmes en hydrocarbures aromatiques et pour le reste en hydrocarbures paraffiniques et cycloparaffiniques, et de 16,5% en poids d'hydrocarbures paraffiniques supérieurs à C12, Ie courant d'eau à traiter renfermant également 100 mg/1 d'additifs anti-corrosion. La pression dans la colonne de stripage était égale à 2,3 bars absolus et la température en fond de ladite colonne avait une valeur égale à 124°C.
Par le conduit 21, on évacuait 7,7 kg/heure de phase hydrocarbonée et par le conduit 23 on recyclait 0,2 m3/heure de phase aqueuse, issue du séparateur 19, dans le courant d'eau à traiter arrivant par le conduit 7.
Par le conduit 6, on soutirait en fond de la colonne de stripage 4,59 m3/heure d'un courant d'eau purifiée renfermant 25 mg/1 d'hydrocarbures, ledit courant, après passage dans l'échangeur de chaleur 13, étant dirigé vers le lieu de rejet.

Claims

REVENDICATIONS - Procédé d'élimination des hydrocarbures contenus, à l'état dissous ou/et à 1'état de suspension du type émulsion ou non, dans une eau, par stripage à la vapeur d'eau, caractérisé en ce que l'on introduit un courant de l'eau à traiter dans la partie supérieure d'une colonne de stripage, qui comporte une partie supérieure et une partie inférieure communiquant par une partie intermédiaire renfermant 2 à 20 étages théoriques de contact gaz/liquide, ledit courant d'eau s'écoulant vers la partie inférieure de la colonne en traversant la partie intermédiaire de cette dernière, on fournit au liquide contenu dans la partie inférieure de la colonne de stripage une énergie calorifique suffisante pour générer une quantité de vapeur d'eau circulant à contre- courant du courant d'eau à traiter et effectuant ainsi le stripage des hydrocarbures qu'il contient, on maintient en tête de la colonne une pression comprise entre 1 et 3 bars absolus, on évacue en tête de la colonne une phase gazeuse formée de vapeur d'eau et des hydrocarbures stripés par la vapeur d'eau et on refroidit ladite phase gazeuse pour la transformer en une phase condensée liquide ayant une température égale ou inférieure à 30βC et de préférence égale ou inférieure à 20°C, on sépare par gravité ladite phase condensée liquide en une phase supérieure hydrocarbonée et une phase inférieure aqueuse et évacue séparément lesdites phases hydrocarbonée et aqueuse et l'on soutire en fond de la colonne de stripage un courant d'eau purifiée, en effectuant ce soutirage avec un débit molaire sensiblement égal à la différence entre le débit molaire de l'eau du courant d'eau à traiter et le débit molaire de ladite phase aqueuse. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie intermédiaire de la colonne de stripage comporte 5 à 15 étages théoriques de contact gaz/liquide. - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on recycle la phase aqueuse, séparée d'avec la phase hydrocarbonée, dans le courant d'eau à traiter, avant 1'introduction de ce dernier dans la colonne de stripage, en réalisant ce recyclage avec un débit molaire de phase aqueuse sensiblement égal au débit molaire de vapeur d'eau dans la phase gazeuse évacuée en tête de la colonne de stripage et 1'on " effectue le soutirage du courant d'eau purifiée avec un débit molaire sensiblement égal au débit molaire de l'eau du courant d'eau à traiter avant recyclage de la phase aqueuse dans ledit courant. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le courant d'eau à traiter est préchauffé, avant son introduction dans la colonne de stripage, par échange indirect de chaleur avec le courant d'eau purifiée soutiré en fond de ladite colonne. - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le recyclage de la phase aqueuse, issue de la phase condensée liquide, dans le courant d'eau à traiter est réalisé en amont du préchauffage du courant d'eau à traiter. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'eau à traiter est une eau résiduaire générée en production pétrolière et gazière et en particulier une eau de production de champ d'hydrocarbures. - Procédé selon 1'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'eau à traiter renferme jusqu'à
1% en poids d'hydrocarbures. - Dispositif pour l'élimination des hydrocarbures contenus, à l'état dissous ou/et à l'état de suspension du type émulsion ou non, dans une eau par stripage à la vapeur d'eau, caractérisé en ce qu'il comprend une colonne de stripage (1) comportant une partie supérieure (2) et une partie inférieure (3) communiquant par une partie intermédiaire (4) renfermant 2 à 20 étages théoriques de contact gaz/liquide, ladite colonne étant pourvue, en tête, d'un conduit (5) d'évacuation de vapeurs et, en fond, d'un conduit (6) de soutirage d'eau purifiée et étant équipée d'un conduit (7) d'amenée de l'eau à traiter, débouchant dans sa partie supérieure, et, dans sa partie inférieure, d'un système de chauffage (11) , un condenseur (14) possédant une entrée (15) , connectée au conduit (5) d'évacuation de vapeurs de la colonne de stripage, et une sortie (16) , ledit condenseur étant agencé pour produire une phase condensée liquide ayant une température égale ou inférieure à 30°C et de préférence égale ou inférieure à 20°C, un séparateur (19) opérant par gravité et présentant une entrée (18) , connectée par un conduit (17) à la sortie (16) du condenseur, une sortie (20) pour les hydrocarbures dans sa partie médiane et une sortie (22) pour une phase aqueuse à sa partie inférieure. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la sortie (22) pour la phase aqueuse, dont est pourvu le séparateur, est connectée par un conduit (23) , muni de moyens de . recyclage (24) , au conduit (7) d'amenée de l'eau à traiter à la colonne de stripage. - Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comporte un échangeur indirect de chaleur (13), dont le circuit froid est monté en série sur le conduit (7) amenant l'eau à traiter à la colonne de stripage et le circuit chaud est placé en série sur le conduit (6) de soutirage de liquide en fond de la colonne de stripage. - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la connexion entre le conduit (23) , muni de moyens de recyclage (24) , dont est équipée la sortie pour la phase aqueuse à la partie inférieure du séparateur (19) , et le conduit (7) d'amenée de l'eau à traiter à la colonne de stripage est réalisée en amont de l'échangeur indirect de chaleur (13) .
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