FR2733698A1 - LIQUID-OPERATING PRESSURE DEVICE FOR A DESALINATION PLANT OF SEA WATER OR BRINE WATER - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un dispositif de mise en pression à actionnement liquide pour une installation de dessalement d'eau de mer ou d'eaux saumâtres par osmose inverse, ainsi qu'une installation de dessalement d'eau de mer par osmose inverse comprenant au moins un tel dispositif. The invention relates to a pressurizing device with liquid actuation for a seawater or brackish water desalination installation by reverse osmosis, as well as a seawater desalination installation by reverse osmosis comprising at least such a device.
Le dessalement de l'eau de mer ou d'eaux saumâtres s'effectue classiquement par deux types de procédés . les procédés de distillation et les procédés à membranes. Desalination of seawater or brackish water is conventionally carried out by two types of process. distillation processes and membrane processes.
Dans tous les cas, ces procédés sont fortement consommateurs d'énergie. In all cases, these processes consume a lot of energy.
En particulier, dans les installations de dessalement par osmose inverse, un volume d'eau salée est soumis à une forte pression dans une chambre de filtration équipée d'une membrane semi-perméable. Les sels sont retenus par la membrane, de sorte que l'eau qui traverse la membrane est purifiée. En deça de la membrane demeure une solution concentrée en sels, qui est destinée à être rejetée. In particular, in reverse osmosis desalination plants, a volume of salt water is subjected to high pressure in a filtration chamber equipped with a semi-permeable membrane. The salts are retained by the membrane, so that the water passing through the membrane is purified. Below the membrane remains a concentrated salt solution, which is intended to be rejected.
Pour assurer le fonctionnement, il est nécessaire d'amener l'eau à dessaler jusqu'à une pression élevée en amont de la membrane. Cette pression élevée est généralement obtenue au moyen d'une pompe à haute pression dont la consommation en énergie est importante. To ensure operation, it is necessary to bring the water to be desalinated to a high pressure upstream of the membrane. This high pressure is generally obtained by means of a high pressure pump whose energy consumption is high.
Un des buts de l'invention est de proposer un dispositif de mise en pression d'eau de mer ou d'eaux saumâtres pour une installation de dessalement de l'eau de mer, qui permette de réduire la consommation d'énergie nécessaire au fonctionnement de l'installation. One of the aims of the invention is to propose a device for pressurizing seawater or brackish water for a seawater desalination installation, which makes it possible to reduce the energy consumption necessary for operation. of the installation.
A cet effet, le dispositif de mise en pression selon l'invention pour une installation de dessalement d'eau de mer par osmose inverse, installation comprenant un réservoir d'eau de mer ou d'eau saumâtre pré-traitée à dessaler alimentant par un conduit un ensemble filtrant de dessalement par osmose inverse relié à un réservoir de stockage d'eau douce et un réservoir de stockage d'eau sursalée, est caractérisé par le fait qu'il comprend une chambre de mise en pression de forme cylindrique de révolution ou autre, dont une extrémité ouvre sur une section du conduit d'alimentation commandée par deux vannes, et dans laquelle coulisse un piston de mise en pression, et une chambre d'actionnement cylindrique ou autre communiquant par une extrémité avec l'atmosphère, et dans laquelle coulisse un piston d'actionnement, le piston d'actionnement étant solidaire du piston de mise en pression, cet ensemble de pistons étant susceptible de coulisser entre une position vidant la chambre de mise en pression et une position remplissant la chambre de mise en pression, la chambre d'actionnement étant de surface de base supérieure à celle de la chambre de mise en pression, et par le fait que la chambre d'actionnement est surmontée d'une colonne de liquide de façon qu'une pression de liquide soit exercée en permanence sur le piston d'actionnement en vue d'amener l'ensemble des pistons vers leur position vidant la chambre de mise en pression, le piston d'actionnement comportant un moyen de rappel qui peut être commandé pour rappeler l'ensemble des pistons dans la position remplissant la chambre de mise en pression. To this end, the pressurizing device according to the invention for a seawater desalination installation by reverse osmosis, installation comprising a pre-treated seawater or brackish water reservoir to be desalinated supplying by a leads a reverse osmosis desalination filter assembly connected to a fresh water storage tank and a supersalted water storage tank, is characterized in that it comprises a pressurizing chamber of cylindrical shape of revolution or another, one end of which opens onto a section of the supply duct controlled by two valves, and in which slides a pressurizing piston, and a cylindrical or other actuating chamber communicating at one end with the atmosphere, and in which slides an actuating piston, the actuating piston being integral with the pressurizing piston, this set of pistons being capable of sliding between a position emptying the ch amber pressurizing and a position filling the pressurizing chamber, the actuating chamber having a base surface greater than that of the pressurizing chamber, and by the fact that the actuating chamber is surmounted by '' a column of liquid so that a liquid pressure is permanently exerted on the actuating piston in order to bring all the pistons to their position emptying the pressurization chamber, the actuating piston comprising a return means which can be controlled to return all of the pistons to the position filling the pressurization chamber.
De préférence, L'ensemble de l'installation est immergée dans un liquide, et de préférence également, la chambre d'actionnement, la chambre de mise en pression et la partie de conduit reliant la chambre de mise en pression à l'ensemble filtrant par osmose inverse sont placées verticalement dans le prolongement l'une de l'autre. Preferably, the entire installation is immersed in a liquid, and preferably also, the actuation chamber, the pressurization chamber and the part of the conduit connecting the pressurization chamber to the filter assembly. by reverse osmosis are placed vertically in line with one another.
Le moyen de rappel du piston d'actionnement est avantageusement un réservoir d'air dit "ballast" à pression variable relié au piston d'actionnement et immergé. The return means of the actuating piston is advantageously an air tank called "ballast" with variable pressure connected to the actuating piston and immersed.
Par exemple, le ballast peut être relié par un premier conduit à une source d'air ou de gaz comprimé et par un second conduit à l'atmosphère extérieure, ces conduits étant commandés par des vannes de remplissage et de détente. For example, the ballast can be connected by a first conduit to a source of compressed air or gas and by a second conduit to the external atmosphere, these conduits being controlled by filling and expansion valves.
L'ouverture et la fermeture des vannes amont et aval du conduit d'alimentation et des vannes de remplissage et de détente du ballast sont avantageusement commandées par un automate programmable. The opening and closing of the upstream and downstream valves of the supply conduit and of the ballast filling and expansion valves are advantageously controlled by a programmable controller.
Le dispositif permet en outre de récupérer une partie de l'énergie utilisée en disposant une turbine de détente sur le conduit reliant l'ensemble filtrant de dessalement et le réservoir d'eau sursalée, de façon à améliorer le rendement. The device also makes it possible to recover part of the energy used by placing an expansion turbine on the conduit connecting the desalination filter assembly and the reservoir of brine, so as to improve the yield.
Une installation de dessalement de l'eau de mer ou d'eaux saumâtres selon l'invention comporte avantageusement au moins un dispositif de mise en pression selon l'invention. A seawater or brackish water desalination installation according to the invention advantageously comprises at least one pressurizing device according to the invention.
Avantageusement, I'installation comprend plusieurs modules de filtration équipés chacun d'un ensemble filtrant et d'un dispositif de mise en pression selon l'invention, les ballasts étant alimentés en série par une même source d'air ou de gaz comprimé pour un fonctionnement successif des dispositifs. Advantageously, the installation comprises several filtration modules each equipped with a filter assembly and with a pressurization device according to the invention, the ballasts being supplied in series by the same source of air or compressed gas for a successive operation of the devices.
On comprendra mieux l'invention à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation effectuée en référence aux dessins accompagnants parmi lesquels
la figure 1 est une vue schématique d'une installation de dessalement d'eau de mer ou d'eaux saumâtres comportant un dispositif de mise en pression selon l'invention, dans une position intermédiaire d'un ensemble de pistons en cours de remplissage d'une chambre de mise en pression
la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 dans une position de l'ensemble de pistons remplissant la chambre de mise en pression ; et
la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 dans une position de l'ensemble de pistons vidant la chambre de mise en pression.The invention will be better understood on reading the following description of an exemplary embodiment made with reference to the accompanying drawings among which
Figure 1 is a schematic view of a seawater or brackish water desalination plant comprising a pressurizing device according to the invention, in an intermediate position of a set of pistons being filled d '' a pressurization chamber
Figure 2 is a view similar to Figure 1 in a position of the piston assembly filling the pressurization chamber; and
Figure 3 is a view similar to Figure 1 in a position of the piston assembly emptying the pressurization chamber.
Les figures représentent de manière schématique un exemple de réalisation d'une installation de dessalement d'eau de mer ou d'eaux saumâtres par osmose inverse équipée d'un dispositif de mise en pression à actionnement liquide selon l'invention. The figures schematically represent an example of an installation for desalinating seawater or brackish water by reverse osmosis equipped with a pressurizing device with liquid actuation according to the invention.
Cette installation comprend un réservoir 1 d'eau de mer ou d'eau saumâtre pré-traitée à dessaler, qui est relié par un conduit d'alimentation 2 à un ensemble filtrant de dessalement par osmose inverse 3, lui-même relié par un conduit 4 à un réservoir de stockage d'eau douce 5 et par un conduit 6 à un réservoir de stockage d'eau sursalée 7. This installation includes a reservoir 1 of seawater or brackish water pre-treated to desalinate, which is connected by a supply duct 2 to a filtering assembly for reverse osmosis desalination 3, itself connected by a duct 4 to a fresh water storage tank 5 and via a conduit 6 to a supersalted water storage tank 7.
Sur une section 8 du conduit d'alimentation comprise entre deux vannes dites vanne de commande amont 9 et vanne de commande aval 10 est raccordé un dispositif de mise en pression 11 selon l'invention. On a section 8 of the supply conduit between two valves called upstream control valve 9 and downstream control valve 10 is connected a pressurizing device 11 according to the invention.
Ce dispositif de mise en pression 11 comprend une chambre de mise en pression 12 de forme cylindrique de révolution ou autre, disposée verticalement, qui s'ouvre par une extrémité sur la section 8 du conduit d'alimentation 2 entre les vannes 9 et 10, et dans laquelle un piston de mise en pression 13 est susceptible de coulisser entre une position basse vidant la chambre 12 et une position haute remplissant la chambre 12. This pressurizing device 11 comprises a pressurizing chamber 12 of cylindrical shape of revolution or other, arranged vertically, which opens by one end on the section 8 of the supply conduit 2 between the valves 9 and 10, and in which a pressurizing piston 13 is capable of sliding between a low position emptying the chamber 12 and a high position filling the chamber 12.
Le dispositif de mise en pression 11 comprend également une deuxième chambre dite chambre d'actionnement 14, également de forme cylindrique de révolution ou autre, de même hauteur que la chambre de mise en pression 12, disposée verticalement audessus de la chambre de mise en pression 12 et dans le prolongement de cette dernière, et dans laquelle un piston d'actionnement 15 est susceptible de coulisser entre une position basse contre des butées inférieures 16 à proximité du fond de la chambre d'actionnement 14 et une position haute contre des butées supérieures 17. The pressurizing device 11 also comprises a second chamber called the actuating chamber 14, also of cylindrical shape of revolution or the like, of the same height as the pressurizing chamber 12, arranged vertically above the pressurizing chamber. 12 and in the extension of the latter, and in which an actuating piston 15 is capable of sliding between a low position against lower stops 16 near the bottom of the actuating chamber 14 and a high position against upper stops 17.
La chambre d'actionnement 14 communique par son fond avec l'atmosphère extérieure par l'intermédiaire d'un conduit de liaison 18. The actuating chamber 14 communicates by its bottom with the external atmosphere by means of a connecting duct 18.
Le piston de mise en pression 13 et le piston d'actionnement 15 sont solidarisés rigidement l'un à l'autre par une tige de liaison 19, qui traverse le fond de la chambre d'actionnement par un orifice 20. The pressurizing piston 13 and the actuating piston 15 are rigidly secured to one another by a connecting rod 19, which passes through the bottom of the actuating chamber through an orifice 20.
Par ailleurs, comme mentionné plus haut, la chambre de mise en pression 12 et la chambre d'actionnement 14 sont de même hauteur. Furthermore, as mentioned above, the pressurization chamber 12 and the actuation chamber 14 are of the same height.
Ainsi, L'ensemble de pistons 13,15 formé par les deux pistons reliés par la tige 19 est mobile entre deux positions extrêmes, une position haute remplissant la chambre de mise en pression 12 et une position basse vidant la chambre de mise en pression 12. Thus, the set of pistons 13,15 formed by the two pistons connected by the rod 19 is movable between two extreme positions, a high position filling the pressurizing chamber 12 and a low position emptying the pressurizing chamber 12 .
La partie du conduit d'alimentation 2 reliant la chambre de mise en pression 12 à l'ensemble filtrant par osmose inverse 3, la chambre de mise en pression 12 elle-même et la chambre d'actionnement 14 sont placées dans le prolongement l'une de l'autre et verticalement, de façon à limiter au maximum les pertes de charges et les efforts latéraux en cours de fonctionnement. The part of the supply duct 2 connecting the pressurization chamber 12 to the reverse osmosis filter assembly 3, the pressurization chamber 12 itself and the actuation chamber 14 are placed in the extension l one from the other and vertically, so as to limit as much as possible the pressure drops and the lateral forces during operation.
La surface du piston d'actionnement 15 est supérieure à la surface du piston de mise en pression 13. Plus précisément, le rapport des surfaces de base des chambres de mise en pression 1 et d'actionnement 14, et donc des pistons correspondants respectivement 13 et 15, est calculé de telle sorte que lorsqu'une pression donnée est exercée sur le piston d'actionnement 15, cette pression soit multipliée par le piston de mise en pression 13 suivant la formule
P2 = P1 x (S2/S1) où S1 est la surface du piston d'actionnement 15,
P1 est la pression exercée sur ce piston,
S2 est la surface du piston de mise en pression 13,
P2 est la pression exercée par ce piston sur l'eau salée à dessaler dans la chambre de mise en pression 12, de façon à obtenir la pression d'eau salée souhaitée dans la chambre de mise en pression 12 et à l'entrée de l'ensemble filtrant d'osmose inverse 3.The surface of the actuating piston 15 is greater than the surface of the pressurizing piston 13. More precisely, the ratio of the base surfaces of the pressurizing 1 and actuating chambers 14, and therefore of the corresponding pistons respectively 13 and 15, is calculated such that when a given pressure is exerted on the actuating piston 15, this pressure is multiplied by the pressurizing piston 13 according to the formula
P2 = P1 x (S2 / S1) where S1 is the surface of the actuating piston 15,
P1 is the pressure exerted on this piston,
S2 is the surface of the pressurizing piston 13,
P2 is the pressure exerted by this piston on the salt water to be desalted in the pressurization chamber 12, so as to obtain the desired salt water pressure in the pressurization chamber 12 and at the inlet of the reverse osmosis filter assembly 3.
Par exemple, lorsque les chambres 12 et 14 sont des cylindres de révolution, le rapport des pressions est proportionnel au carré du rapport des diamètres. For example, when the chambers 12 and 14 are cylinders of revolution, the pressure ratio is proportional to the square of the diameter ratio.
L'ensemble filtrant d'osmose inverse 3 et le dispositif de mise en pression 11 sont, dans l'exemple représenté, immergés dans un volume de liquide 21, par exemple de l'eau, de telle sorte qu'une pression est exercée en permanence par le liquide sur le piston d'actionnement 15, cette pression tendant à ramener le piston 15 contre le fond 16 de la chambre d'actionnement 14, et donc d'actionner le piston de mise en pression 13 vers le bas de manière à vider la chambre de mise en pression 12. The reverse osmosis filter assembly 3 and the pressurizing device 11 are, in the example shown, immersed in a volume of liquid 21, for example water, so that pressure is exerted in permanently by the liquid on the actuating piston 15, this pressure tending to bring the piston 15 against the bottom 16 of the actuating chamber 14, and therefore to actuate the pressurizing piston 13 downwards so as to empty the pressurization chamber 12.
En variante, le piston d'actionnement 15 pourrait être surmonté d'une colonne d'eau ou de liquide. Alternatively, the actuating piston 15 could be surmounted by a column of water or liquid.
La valeur de la pression exercée par le liquide sur le piston d'actionnement 15 est fonction de la hauteur de la colonne de liquide au-dessus du piston d'actionnement 15. The value of the pressure exerted by the liquid on the actuating piston 15 is a function of the height of the column of liquid above the actuating piston 15.
Le piston d'actionnement 15 comporte en outre un moyen de rappel constitué par un réservoir d'air dit ballast 22 à pression variable fixé au piston 15 par exemple par des cables 23 en étant également immergé. Le ballast 22 est relié par un conduit de remplissage 24 à une source d'air comprimé 25 et par un conduit de détente 26 à l'atmosphère extérieure, les conduits 24 et 26 étant commandés par des vannes de remplissage 27 et de détente 28. The actuating piston 15 further comprises a return means constituted by an air tank called ballast 22 at variable pressure fixed to the piston 15 for example by cables 23 while also being submerged. The ballast 22 is connected by a filling conduit 24 to a source of compressed air 25 and by an expansion conduit 26 to the external atmosphere, the conduits 24 and 26 being controlled by filling 27 and expansion valves 28.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant (on pourra suivre un cycle de fonctionnement sur les figures 1 à 3, les vannes ouvertes étant colorées en noir)
Dans une première étape, la vanne aval 10 du conduit d'alimentation 2 est fermée, et la vanne amont 9 ouverte. On ouvre la vanne de remplissage 27 de façon à remplir le ballast 22 d'air sous pression. Celui-ci s'élève, entraînant l'ensemble de pistons 13,15, ce qui provoque le remplissage progressif de la chambre de mise en pression 12 par de l'eau salée à dessaler provenant du réservoir d'eau salée 1 (figure 1).The operation of the device is as follows (we can follow an operating cycle in Figures 1 to 3, the open valves being colored in black)
In a first step, the downstream valve 10 of the supply conduit 2 is closed, and the upstream valve 9 open. The filling valve 27 is opened so as to fill the ballast 22 with pressurized air. This rises, driving the set of pistons 13,15, which causes the progressive filling of the pressurization chamber 12 with salt water to be desalted coming from the salt water tank 1 (FIG. 1 ).
Cette étape se poursuit jusqu'à atteindre la position d'extrémité haute de l'ensemble de pistons 13,15, qui correspond au remplissage maximal de la chambre de mise en pression 12. On ferme alors la vanne amont 9 du conduit d'alimentation 2, ainsi que la vanne de remplissage 27 du ballast 22 (figure 2). This step continues until reaching the upper end position of the piston assembly 13,15, which corresponds to the maximum filling of the pressurization chamber 12. The upstream valve 9 of the supply conduit is then closed. 2, as well as the filling valve 27 of the ballast 22 (Figure 2).
On ouvre ensuite la vanne aval 10 du conduit d'alimentation 2, et simultanément, on ouvre la vanne de détente 28 de façon à vider le ballast 22. La pression exercée par le liquide sur le piston d'actionnement 15 provoque la descente de l'ensemble de pistons 13,15. Du fait du rapport des surfaces des pistons 13 et 15, cette pression est multipliée, de sorte que la pression exercée par le piston de mise en pression 13 sur l'eau de mer à dessaler à l'entrée de l'ensemble filtrant d'osmose inverse 3 atteint le niveau souhaité adapté au bon fonctionnement de cet ensemble filtrant 3. La descente de l'ensemble de pistons 13,15 se poursuit jusqu'à la position basse vidant la chambre de mise en pression (figure 3). The downstream valve 10 of the supply conduit 2 is then opened, and simultaneously, the expansion valve 28 is opened so as to empty the ballast 22. The pressure exerted by the liquid on the actuating piston 15 causes the lowering of the '' set of pistons 13,15. Due to the ratio of the surfaces of the pistons 13 and 15, this pressure is multiplied, so that the pressure exerted by the pressurizing piston 13 on the seawater to be desalted at the inlet of the filter assembly reverse osmosis 3 reaches the desired level suitable for the proper functioning of this filter assembly 3. The descent of the piston assembly 13,15 continues until the low position emptying the pressurization chamber (Figure 3).
Le dispositif est alors prêt pour un nouveau cycle de fonctionnement. The device is then ready for a new operating cycle.
Bien entendu, les différentes étapes du cycle de fonctionnement sont de préférence commandées par un automate programmable (non représenté sur les figures). Of course, the different stages of the operating cycle are preferably controlled by a programmable controller (not shown in the figures).
En sortie de l'ensemble filtrant d'osmose inverse 3, de l'eau douce à une pression faible parvient dans le réservoir de stockage d'eau douce 5 et de l'eau sursalée à une pression élevée parvient dans le réservoir de stockage d'eau sursalée 7. At the outlet of the reverse osmosis filter assembly 3, fresh water at a low pressure reaches the fresh water storage tank 5 and supersalted water at a high pressure reaches the storage tank d supersalted water 7.
Avantageusement, on peut disposer une turbine 29 sur le conduit 6 d'eau sursalée, de façon à récupérer une partie de l'énergie utilisée et améliorer le rendement. Advantageously, a turbine 29 can be placed on the pipe 6 of oversalted water, so as to recover part of the energy used and improve the yield.
Une pompe de reprise 30 peut être reliée à l'un et l'autre des réesrvoirs 5, 7 de façon à rejeter l'eau sursalée par une buse 31, et diriger l'eau douce vers un réservoir principal d'eau douce 32. A recovery pump 30 can be connected to one and the other of the reservoirs 5, 7 so as to reject the oversalted water by a nozzle 31, and direct the fresh water to a main fresh water tank 32.
On pourra également compenser l'augmentation de pression due à la variation de hauteur de liquide au-dessus du piston d'actionnement 15 au cours de son mouvement en disposant une vanne d'équilibrage (non représentée) entre la chambre de mise en pression 12 et l'ensemble filtrant d'osmose inverse 3. We can also compensate for the pressure increase due to the variation in liquid height above the actuating piston 15 during its movement by having a balancing valve (not shown) between the pressurizing chamber 12 and the reverse osmosis filter assembly 3.
En variante, I'installation pourrait être composée de plusieurs modules de filtrations comportant chacun un ensemble filtrant et un dispositif de mise en pression selon l'invention, les ballasts étant alimentés en série par une même source d'air ou de gaz sous pression. Ainsi, en faisant fonctionner les modules de manière successive, un même volume d'air ou de gaz sous pression peut effectuer le rappel du dispositif de mise en pression sur plusieurs modules à la suite. As a variant, the installation could be composed of several filtration modules each comprising a filter assembly and a pressurization device according to the invention, the ballasts being supplied in series by the same source of air or gas under pressure. Thus, by operating the modules successively, the same volume of air or gas under pressure can effect the recall of the pressurizing device on several modules in succession.
Claims (9)
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- 1995-05-04 FR FR9505547A patent/FR2733698B1/en not_active Expired - Fee Related
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1996
- 1996-05-03 AU AU58244/96A patent/AU5824496A/en not_active Abandoned
- 1996-05-03 WO PCT/FR1996/000680 patent/WO1996034678A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2850663A1 (en) * | 1978-11-22 | 1980-06-04 | Hestermann Gerhard | Reverse osmosis separating device - with large flushing and small pressure producing piston |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 13, no. 367 (C - 626)<3715> 15 August 1989 (1989-08-15) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2733698B1 (en) | 1997-07-11 |
| AU5824496A (en) | 1996-11-21 |
| WO1996034678A1 (en) | 1996-11-07 |
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| Date | Code | Title | Description |
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Effective date: 20080131 |