Applications sur le terrain

Report
L’application & les avantages d’un adoucisseur
d’eau équipé de la résine cationique
Purolite® SSTC60ᴹᴰ
Technologie enveloppe mince (Shallow Shell)
Présenté au Salon
36 heures des pros de l‘eau du Québec, le 21 mars 2014
Par Don Downey, Directeur des ventes pour le Canada, Purolite Canada
Pourquoi adoucir l’eau?
Réduction de la dureté
pour:
1. Prévenir l'entartrage
par le CaSO4.
2. Réduire les résidus de
savons
3. Prévenir les taches par
le Fe
Pourquoi adoucir l’eau?
Ca (HCO3 )2
Bicarbonate de
calcium
CHALEUR
Ca CO3
Dépôts de
Carbonate de calcium
Comment adoucir l’eau?
Mesure de la dureté de l’eau:
• en parties par million (ppm) en CaCO3
• en milligrammes par litre (mg/L)
• en milliéquivalents par litre (meq/L) ─ pour le chimiste
• en grains par gallon US (gr/gal US) en industrie
• exprimée en ions ou en équivalent CaCO3
Comment adoucir l’eau?
Procédé d’échange de dureté
Ca
Mg
Na
HCO3
Cl
SO4
NO3
Na
HCO3
Cl
SO4
NO3
Comment adoucir l’eau?
Ca
Mg
Na
Les perles ou grains de résine sont
placées dans une cave pressurisée
En moyenne, un adoucisseur
d’eau est conçu pour opérer
pendant 20 heures avant d’être
régénéré
SAC
Résine
Na
La résine de l’adoucisseur est
régénérée avec une solution de
sel (NaCl) à 15% afin que la résine
puisse être remise en service en
peu de temps
Étapes de la régénération
SAC
Résine
Eau de lavage
Effluent
à drainer
Rétrolavage
Expansion du lit 50 - 80 %
-pour séparer les perles
-pour enlever les matières colloïdales
-pour assurer un bon contact avec la
saumure
Volume de l’eau de lavage :
1.5 à 4 fois le volume du lit
Durée :
-10-20 minutes
Débit:
-dépend de la température de l’eau
normalement 7 - 12 m/h
(3-5 gal US/pi2.)
Étapes de la régénération
Saumure et eau de
dilution
SAC
Résine
Injection de sel
Quantité de sel: 64-320g g/L─r (4 ─ 20
lb./pi³-R)
Concentration de saumure: 10% en poids
(8-15%)
Durée de contact: 30 (min) - 60 minutes
Débit (incluant eau de dilution): 2 – 7 BV/h
(0.25 to 0.9 USGPM/pi3
Eau de dilution
Volume de l’eau: 2- 4 fois le volume
de résine (15- 30 USG/pi3.)
Débit: 2 - 7 BV/h (0.25 - 0.90
USGPM/pi3)
Chlorure de drainer
Ca, Mg, Na
Étapes de régénération
Eau de
rinçage
Rinçage rapide
Volume de l’eau: 3- 6 fois le
Volume du lit de résine (2550 USG/pi3)
SAC
Résine
Chlorure de
Na vers le drain
Débit: 8 - 40 BV/h (1.0 - 5.0
USGPM/pi3)
Coûts de régénération
Description
Montant
$
Sel (min) pour régénérer 1pi³ de résine
8
0,10/Ib.
Eau (min) pour régénérer 1pi3 de résine
75
4.00/1000 gal
Coût total annuel pour utiliser un adoucisseur
domestique
Nombre total d’adoucisseurs domestiques au
Canada
400.00$
2.5 millions
Ajoutez les adoucisseurs commerciaux et industriels et quel grand total croyez-vous atteindre dans ce tableau?
Description
Montant
$
Sel (min) pour régénérer 1pi3 de résine
12
0.10/lb.
Eau (min) pour régénérer 1pi3 de résine
100
4.00/1000 gal
Coût total pour exploiter 1pi3 de résine commercial
ou industriel/année
Quantité totale de résine utiliser dans le
commercial et l’industriel au Canada
560.00$
13 millions pi3
Faire les choses différemment
Et si nous pouvions fabriquer une résine qui nécessiterait moins
de sel et continuerait de respecter les normes de qualité de
l’effluent?
Et si nous pouvions utiliser une résine qui nécessiterait moins
d’eau et qui continuerait de respecter les normes de qualité de
l’effluent?
Et si nous pouvions fabriquer une résine que l’on pourrait
régénérer avec de l’eau de mer?
Faire les choses différemment
Et si nous pouvions fabriquer une résine et ensuite la régénérer
avec les rejets d’un procédé d’osmose inverse?
Et si nous pouvions fabriquer une résine et utiliser du
bicarbonate de soude pour la régénérer?
Et si nous pouvions fabriquer une résine et utiliser de la vapeur
pour la régénérer?
Pour améliorer la perle de résine
•99% des sites disponibles
pour l’échange d’ions sont à
l’intérieur de la perle de
résine.
•La cinétique est la vitesse à
laquelle les ions sont
échangés sur les sites en
surface et à l’intérieur de la
perle de résine.
•À mesure que la perle de
résine augmente de grosseur,
la cinétique ralentit à cause
des difficultés de diffusion.
•Si la dimension des perles
double la cinétique est 4 fois
plus lente.
Pour améliorer la perle de résine
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Fe
Na
Fe
Ca
Na Ca
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Ca
Ca
Na
Na
Na
Na
Ca
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
NOTE: Contamination du “coeur” de la perle et
contamination par le Fe
Pour améliorer la perle de résine
À mesure que le produit régénérant est
utilisé dans le processus de régénération
de la résine, la capacité pour compléter la
réaction s’épuise.
• Le centre de la perle ne peut être
régénéré, ce qui résulte en une fuite
lorsque le régénérant pénètre jusqu’au
centre de la perle.
• À cause de ce centre non-régénéré
─des métaux lourds─ Fe, Br et Sr
s’accumulent, ce qui rouille la résine.
• Des quantités excessives de produit
chimique son requises afin de
surmonter les problèmes associés aux
résines standards.
Améliorations à la perle
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Fe+
+
Na
Fe+ Na
Na
+
Na Na
+
Na
Na
Na
Na
Technologie enveloppe mince
(Shallow Shell)
SST60 and SST80
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Na
+
Na
Na
Na
Na
Na
Na+
Na
Na
Na
Na
Na
Na
Ajouter un noyau
Améliorations à la perle
La résine SST60 permet une cinétique plus rapide vs. Les catégories de résine standard et PUROFINE en
opération à co-courant
Résine standard du plus grand diamètre
Résine SST60 à enveloppe mince et
noyau central
Résine Purofine C100 de plus grand
diamètre
Diamètre de
1 à 2 mm
Diamètre de
0,71 mm
Diamètre de
1,87 mm
10 X plus
rapide
3.5 X plus
rapide
0,375 mm de
diamètre
La résine SST60 est 10 X plus
rapide que la résine standard
Diamètre équivalent de 0,375
mm pour la résine SST60
La résine SST60 est 3.5 X plus
rapide que la résine Purofine
Le taux de diffusion est proportionnelle à 1/r² où «r» est le rayon de la perle
Applications sur le terrain
1: Une étude (2007) sur le terrain
illustrant la régénération de la
résine SST SAC avec l’eau de mer,
aux installations de BP (EOR) à
Prudhoe Bay Alaska.
2: Une étude sur le terrain (2010)
démontrant la régénération de la
résine SST SAC avec le rejet d’une
unité d’osmose inverse (CIX-RO) à
l’usine ZLD en banlieue de
Chicago, Illinois.
3:Une étude (2011) sur papier
de l’illustration de l’eau
évacuée d’une chaudière à
vapeur pour régénérer la
résine SST SAC/WAC.
4:Une étude (2011) sur le terrain
démontrant la régénération d’une
résine SST WAC en utilisant la
NaHCO³ comme régénérant, sur
un projet CBM à Sheridan,
Wyoming.
Applications sur le terrain
Des travaux préliminaires avec des adoucisseurs régénérés à l’eau de
mer ont montré que plus de 20 volumes de lit ont été nécessaires pour
obtenir 22kg d’OC et 2mg/L de pertes (fuites). L’adoucissement
conventionnel utilise 6 BV (volumes de lit de résine) pour obtenir des
résultats identiques.
(Kunin, Amber-Hi-Lights No. 147)
À l’installation de BP à Prudhoe Bay
(Alaska) on utilise un polymère pour
opérer un EOR. Pour optimiser on doit
utiliser de l’Eau douce. La température
moyenne en hiver est de -480C et le sel
gèle à -280C.
Applications sur le terrain
BPCC
BPI
SII
Affluent non
traité
FC
Rejet après
régénération
SOI
Effluent traité
ROI
Jauge de pression et
indicateur de débit
FC
Entrée du
régénérant
Adoucisseur avec une
résine à enveloppe
mince (SST) SAC
RII
Valve
d'échantillonnage
Contrôleur de
débit
Valve manuelle
BPC ─ Régulateur du débit de contournement
BPI ─ Isolateur de la dérivation
SII ─ Isolateur d’entrée de service
SOI ─ Isolateur de sortie de service
RII ─ Isolateur du débit de régénérant
ROI ─ Isolateur du rejet de régénérant
Applications sur le terrain
Identification (numéro) des cycles de
fonctionnement
1
2
3
4
5
6
Durée (min) de fonctionnement par
cycle de service
360
360
360
360
360
360
Salinité moyenne (%) du régénérant
16
18
9
9
17
17
% calculé de chlorure de sodium
3.1
3.6
1.9
1.9
3.4
3.4
Quantité calculée de NaCl utilisé (lb)
88
99
50
50
94
94
Quantité de NaCl utilisé (lb/pi3)
17.6
19.8
10
10
18.8
18.8
Fuites (en CaCO3) – l’objectif était de 20
10.1
2.1
2.7
3.8
2.8
3.1
Les résultats globaux montrent que le pilote aurait pu fonctionner pendant 12 heures
pour chaque 2 heures de régénération, soit 1BV de régénération pour chaque BV de
service.
Applications sur le terrain
En se basant sur l’étude de 2007 avec l’eau de mer─ nous avons posé
les questions suivantes:
1. Quelle est la quantité minimale d’eau de mer requise pour
régénérer efficacement la résice SST?
2. En excluant le NaCL commercial quelles autres sources de NaCL en
concentration suffisante pouvons-nous utiliser gratuitement
comme régénérant?
Alimentation
Perméat (eau pure) , 75%
Rejet concentré de l’OI, 25%
Applications sur le terrain
Dessalement d’eau saumâtre – utilisant la saumure rejetée par l’OI > 0.5 (1)%
CIX-RO
SST65
Échange d‘ions cyclique –
récupération par OI
90 - 95% de
récupération
SST65
Pompe
à rejets
Cuve de récupération
des rejets
Applications sur le terrain
SST65
Chaudière à vapeur
à passage unique
Économiseur
CIX-BBD
Vapeur
Purge de la
chaudière
SST65
Échangeur de chaleur
Applications sur le terrain
Boucle de Higginsᴹᴰ
• Inventée par Irwin Higgins en 1951 à EAC pour la séparation
d’ions radioactifs à l’aide de résines I-X
• Commercialisée en 1955. Acquise par Severn Trent Services 1991
• Première technologie développée par le Gouvernement
américain commercialisée par l’industrie privée.
• Conçue pour la séparation d’ions sélective et en continue
• Applique à l’échange d’ions la mise en contact à contre-courant
des liquides et de la résine
• Utilisée dans les applications commerciales d’adoucissement de
l’eau qui deviendra vapeur (SPE 1958)
Applications sur le terrain
Rétrolavage
Système Boucle de Higginsᴹᴰ
pour échange d’ions
Pulsation
Configuration de la boucle
Robinets
papillon sur
la boucle
Résine
liquides
Adsorption
Boucle cylindrique de la résine
Régénération
 4 sections séparées par les robinets
sur la boucle
• Adsorption – Ions chargés sur la
résine
• Régénération – Ions résorbés de la
résine
• Rétrolavage – Fines particules et
matières solides enlevées
• Pulsation – Régularise le mouvement
de la résine dans la boucle
Débits à contre-courant
 La résine se déplace dans le sens des
aiguilles d’une montre
 L’alimentation et la régénération se
déplace dans le sens contraire des
aiguilles d’une montre
Applications sur le terrain
Le projet CBM de Sheridan Wyoming
• Une boucle de Higgins Modèle 3012 (30” de diamètre pour la
section adsorption et 12 de diamètre pour la section
régénération) à été installée sur un site de traitement d’eau CBMEWMS en opération dans le Wyoming.
• Environ 50 pi³ de résine de Purolite SST104 (à ions hydrogène) a
d’abord été épuisée à un volume maximum sous la forme de
sodium, puis introduite dans la boucle de Higgins.
• Environ 5pi³ de résine additionnelle fut ajoutée par incréments
pendant l’opération initiale à mesure que le volume de résine
dans le système CCIX s’approchait des conditions d’état stable
pour l’expansion/contraction.
Applications sur le terrain
Résultats d’essais sur le terrain de la résine Purolite SST 104H
Paramètre
Unités
Résultats
Débit d’eau entrant
USPGM
150
PPM
2000 à 10000
Dureté entrant
PPM en CaCO3
50 à 110
Sodium entrant
PPM
800 – 3900
Alcalinité entrant
PPM en CaCO3
1800 - 1900
Dureté dans l’effluent
PPM en CaCO3
< 0.5
Volume total traité par le pilote
m3
14200
Dosage de HCI
g/L
104
Conversion NaOH nécessaire
M3
0 (1)
MST entrant
(1)À
cause de la forte alcalinité en bicarbonate de sodium dans l’eau entrant dans le système la
neutralisation de la résine WAC IX par l’hydroxyde de sodium ne fut pas requise.
Autres applications
- Enlèvement du fer du manganèse par la résine Purolite
SST60 (avec ions Na)
- Enlèvement des fluorures ─ Purolite SST60 (avec inos Al or
Ca)
- Désalcanisation – Purolite SST104H
- Déminéralisation de petit lait de fromage– Purolite SST80H
- Déminéralisation d’acide lactique – Purolite SST80H
- Adoucissement d’eau de forte teneur en matière solides
dissoutes – Purolite SST104Na
Documents de référence
• IWC 11-06 Régénération par l’eau de mer de la résine
Purolite SST80 SAC à l’enveloppe mince – D. Downey
• IWC 10-56 Récupération accrue en osmose inverse par
Cyclic IX – F. Boodoo
• IWC 11-37 Régénération de résine d’adoucissement à l’aide
d’eau de vidange d’une chaudière – S. Moylan
• 2013 PWS – 20 cas d’eau produite par adoucissement dans
un système à boucle de Higgins– D Beagle

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