Boucler la boucle
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La revue spécialisée consacrée au nickel et à ses applications |
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PROJET MINIER Firebag de Suncor Énergie, dans le Nord de l’Alberta. |
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L’EAU EST RECYCLÉE dans ces évaporateurs par compression de vapeur à film tombant et à tubes
verticaux. |
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DES TUYAUX faits de l’alliage de nickel
N08926 constituent l’élément clé à l’intérieur des évaporateurs. On utilise 107 tonnes de cet
alliage dans chacun de ces derniers. |
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FONCTIONNEMENT DES ÉVAPORATEURS : À mesure que la solution aqueuse s’écoule comme une fine pellicule
sur la surface intérieure des tubes, elle est réchauffée par la vapeur qui se trouve à l’extérieur de ces
derniers. |
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日本語 |
Un nouveau procédé réduit l’empreinte écologique de l’exploitation minière des sables
bitumineux
Par Carroll McCormick
Revue Nickel, novembre 2005 -- Lorsqu’on visite Fort McMurray dans le Nord de l’Alberta (Canada), on est tout de suite surpris de constater à quel point l’exploitation à ciel ouvert des sables bitumineux a transformé la forêt boréale albertaine.
La société Suncor Énergie, l’un des deux producteurs de pétrole de cette région, a commencé à s’occuper du problème : elle a recours à une technique d’extraction souterraine qui devrait réduire l’impact environnemental que l’on appelle empreinte écologique. Il s’agit de la deuxième des six installations prévues sur une superficie de 1 000 kilomètres carrés (km2), en vertu du bail minier Firebag de Suncor.
Selon cette technique d’extraction, on utilise un procédé de drainage par gravité au moyen de vapeur (DGMV) pour pomper de la vapeur dans des tuyaux horizontaux de 700 à 800 mètres (m) de longueur, enfouis à 250 m de profondeur dans les sables bitumineux. Une fois chauffé à l’aide de la vapeur, le bitume est recueilli au moyen de tuyaux parallèles situés de trois à cinq mètres au-dessous des tuyaux de vapeur, avant d’être acheminé à la surface aux fins de traitement. C’est à cette étape qu’un alliage de nickel joue un rôle essentiel.
À plein rendement, l’installation Firebag 2, dont l’exploitation a débuté à la fin de juillet 2005, utilisera 15 000 mètres cube (m3) d’eau par jour. Comme presque toute l’eau retirée du bitume est recyclée à l’aide de trois énormes évaporateurs, on n’a pas besoin de puiser de grandes quantités d’eau de sources extérieures. Les évaporateurs par compression de vapeur à film tombant et à tubes verticaux sont les plus volumineux du genre au monde. La technologie de traitement des eaux est autorisée par la RCCI (Resources Conservation Co. International), une filiale de GE Infrastructure, Water & Process Technologies.
Chaque évaporateur contient 4 000 tuyaux qui représentent 107 tonnes de l’alliage N08926 (dont la teneur en nickel est de 25 %). Chacun de ces tuyaux mesure 20 m de longueur, possède un diamètre extérieur de 5,1 centimètres (cm) et une épaisseur de paroi d’un millimètre (mm).
Contrairement à la méthode traditionnelle de traitement des eaux (qui consiste en un adoucissement à la chaux, à chaud ou à froid, suivi d’une filtration et d’un échange cationique en présence d’acides faibles), cette technologie permet d’obtenir une eau d’alimentation de chaudière de bien meilleure qualité, tout en réduisant au minimum l’élimination des eaux et des boues.
Une fois que l’on a extrait le mélange d’eau et de pétrole du sol, l’eau est soumise à un déshuilage. Le liquide qui en résulte est concentré dans les évaporateurs dans le but de récupérer un distillat propre et de qualité. La solution aqueuse résiduelle ou saumure, qui représente un faible pourcentage de l’eau extraite, est récupérée à des fins de traitement supplémentaire. Le distillat sert à alimenter les générateurs à vapeur et la vapeur produite recircule dans les tuyaux enfouis dans les sables bitumineux, ce qui complète le cycle.
En ce qui concerne les évaporateurs, les exigences
techniques sont strictes. Selon la RCCI, l’eau extraite
se décrit typiquement comme étant : « Une eau sursalée
dont la teneur en chlorure de sodium prédomine et qui
contient une forte proportion de silice ainsi que des
quantités minimales de calcium et de magnésium ».
La filiale de GE fournit également les explications suivantes : « On note également une
forte alcalinité ou la présence de carbonate. L’eau produite contient généralement
3 000 microgrammes (μg) environ de solides totaux dissous par litre, mais cette mesure peut varier selon
les caractéristiques d’ordre géologique. On trouve des matières organiques [des huiles] dissoutes et
émulsionnées à divers niveaux, selon le procédé de déshuilage utilisé. »
L’alliage employé pour la fabrication des évaporateurs doit être très résistant à la corrosion par piqûres ainsi qu’à la corrosion caverneuse dans des milieux halogénés et dans ceux qui contiennent du sulfure d’hydrogène (milieux acides). De plus, il doit être virtuellement inaltérable (dans des conditions pratiques) sous l’effet des ions chlorures qui causent la fissuration et offrir une excellente résistance à la corrosion en présence d’une variété de milieux oxydants et réducteurs. Selon la société Associated Tube Industries (ATI), Ontario (Canada), qui a fabriqué les tubes, les évaporateurs ont une durée de vie utile de 30 ans et leur conception ne prévoit ni réparation ni remplacement de tubes.
M. Roger Thomas, directeur des ventes de produits à ATI, affirme qu’un tube à paroi mince nécessitait une manutention particulière. « Rien de semblable n’avait jamais été fait avec un alliage de cette nature. Nous avons apporté des modifications au four de recuit contrôlé et changé la méthode de manipulation des tubes à l’intérieur du four pour éviter de les endommager. »
La société ATI fabrique des tubes par laminage continu à partir de rouleaux de matériau brut portant une fente de largeur prédéterminée. Son procédé de fabrication consiste à souder les tubes à l’électrode de tungstène sans métal d’apport et à procéder à l’écrouissage localisé des soudures, avant de recuire les tubes sous atmosphère à 1 149 ˚C, afin d’améliorer leur résistance à la corrosion.
L’installation Firebag 2 est située à 52 kilomètres (km) de l’usine de traitement des sables
pétrolifères de Suncor à Fort McMurray. Tout comme Firebag 1, qui a commencé à fonctionner en 2004,
sa capacité de rendement est de
35 000 barils de pétrole brut par jour (barils par jour civil). Il faudra environ 18 mois à l’usine
Firebag 2 pour fonctionner à plein rendement.
La société Suncor construira une unité de cogénération de
85 mégawatts (MW) aux installations Firebag 1 et Firebag 2 afin d’accroître la production
de 25 000 barils par jour civil. On prévoit que les usines Firebag 3 et Firebag 6
entreront en service à partir de janvier 2009.
Fonctionnement des évaporateurs
L’eau extraite du sol avec le bitume est déshuilée, puis chauffée dans un échangeur de chaleur à plaques et à cadres pour atteindre environ 100 ˚C. Elle est ensuite soumise à une désaération destinée à retirer les gaz non condensables tels que l’oxygène (désoxygénation) avant d’être acheminée par pompage aux évaporateurs, qui mesurent environ 31 m de hauteur chacun pour un diamètre maximum de 7,5 m.
Le faisceau de tubes du condenseur est installé verticalement au-dessus du réservoir d’eau. On injecte de la vapeur du côté de la calandre du condensateur, alors que la solution aqueuse (l’eau extraite) circule à l’intérieur des tubes. Celle-ci est puisée à même le réservoir d’eau de l’évaporateur au moyen d’une pompe de recirculation, afin d’être acheminée au sommet du condensateur. Elle s’écoule ensuite comme une fine pellicule sur la surface intérieure des tubes. Une partie de la solution aqueuse s’évapore. La vapeur produite dans les tubes est alors aspirée du haut du réservoir pour être dirigée vers le compresseur. La vapeur compressée est ensuite introduite dans la calandre du condensateur où elle se condense et réchauffe la solution aqueuse à l’intérieur des tubes. Les distillats (vapeurs condensées) qui sortent de l’évaporateur par la conduite de distillat servent à préchauffer l’eau extraite du sol alimentant l’évaporateur, avant d’être introduits dans le générateur à vapeur qui, quant à elle, retourne dans le réseau de tuyaux souterrains.
La solution aqueuse concentrée à l’intérieur des tubes retombe dans le réservoir d’eau de l’évaporateur, à partir duquel elle est réacheminée pour retourner au sommet du condensateur, avant de repasser dans les tubes. On retire une petite quantité de solution aqueuse du circuit afin de maintenir une concentration appropriée dans la boucle de recirculation. La température à l’intérieur des tubes est d’environ 100 ˚C et celle de la vapeur à l’extérieur de ces derniers est de plusieurs degrés supérieure. À l’intérieur des tubes, la pression est d’environ deux kilopascals (kPa), alors qu’à l’extérieur de ceux-ci, elle est de 30 à 35 kPa.
Carroll McCormick est un collaborateur indépendant établi à Montréal.
ILLUSTRATIONS : Associated Tube Industries
 Roger Thomas Lalit Jain |
