Dispositif pour la neutralisation de fluide de forage acide?

[inviteaafd4b7b]

Bonjour, je fais un stage en entreprise d'hydrogéologie, et j'ai un sujet de recherche sur la neutralisation des fluides de forage acide (HCl) avant rejet dans l'environnement. La difficulté n'est pas tant sur les réactions possibles mais sur la mise en place d'un dispositif pas trop lourd à mettre en place et pas trop cher (avec des élément qu'à déja l'entreprise). Il faut un dispositif permettant le traitement en continu et laissant le temps à la réaction aussi (solution Na2C03 pour neutraliser HCl : j'ai regardé les normes pr [Na] et c bon normalement on les dépasse pas)

Nous avons une idée de dispositif avec une personne de l'entreprise, jaurais bien aimé avoir des avis sur cette solution.

La voila :

1ère étape : Les fluide de forage arrive dans un container 1 "tampon" avec une ouverture en triangle par exemple qui permait de calculer un débit. Dans ce container il yaura un capteur de ph et capteur de débit

2ième étape : ces capteurs seront reliés à une petite centrale d'acquisition qui sera elle même relié à une pompe doseuse permettant la libération d ela base en fonction du ph et du débit

3ième étape : le fluide arrive dans un container 2 (par gravité) où va se déroulé la réaction avec la base. Un mélangeur à hélice relié à un pti moteur sera mis en place pour, homogénéisé le mélange

4ième étape : Le fluide neutralisé est libéré que lorsqu'il atteint une certain niveau dans le container 2 (système de détection qui permettrait d'ouvrir une vanne en bas du container 2 .Cette sortie devra avoir un débit plus important que celui d'entrée pour que le niveau redescende assez pour laisser le temps de réaction au "fluide suivant" avec la vanne sze refermant automatiquement après un temps donné. Aussi pour la sortie du fluide on avait pensé à simple déversoir un peu en hauteur comme pour le container 1. A la fin du container, du moins just avant la sortie, on pensait mettre des chicanes qui pourrait retenir d'éventuel précipité sans arrêter la circulation du fluide.


De même on a pensé à mettre un capteur de ph dans le container 2 et mettre au point un système de sécurité qui arrêteré tou si le ph du flui était mauvais.

Voila jespère avoir été assez clair

merci d'avance pour vos avis
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[moco]

J'imagine un autre dispositif, plus simple.

En effet, votre projet demande la mise en place d'un système de dosage de l'acide en continu, qui n'est pas simple. Comme la quantité d'acide est susceptible de varier, vous devrez adapter la quantité de soude à ajouter en continu, et en fonction de la quantité d'acide mesurée à cet instant. C'est faisable, mais ce n'est pas aisé. Si on met trop de base NaOH, on fait du gaspillage, et la solution ne peut être éliminée sans autre. Si on n'en met pas assez, la solution reste acide. Le réglage n'est pas simple.

Vous auriez meilleur temps de laisser la nature faire elle-même ce travail de dosage, de la manière suivante. Vous empilez des gros cailloux de calcaire CaCO₃ dans une tour à travers laquelle vous faites s'écouler votre solution acide. L'acide réagit avec le calcaire selon la réaction :
CaCO₃ + 2 HCl --> CaCl₂ + H₂O + CO₂.

Tout l'acide est donc neutralisé. Et il n'y a jamais un excès de "base", car CaCO₃ est insoluble dans l'eau. De plus CaCl₂ formé se dissout dans l'eau et il n'est pas nocif. Donc il peut être rejeté sans autre.

[inviteaafd4b7b]

est ce que cette solution ne risque pas de créer des boues? Et comment calculer la quantité de gros cailloux calcaire qu'il faudra pour neutraliser tout le fluide sachant qu'on a débit de sortie de fluide de forage souvent supérieur à 20 mètre cube par heure et que la quantité varie selon chaque forage.Je ne sais pas par ou commencer pour faire ces calcules.De plus on ne pas avoir une quantité trop grande car il faudra la transporter ainsi que la tour et faudra ensuite sans débarasser.

je sais plus trop où donner de la tête, entre les contraintes du terrain et du transport et du prix...

[moco]

Cette solution créera des boues si le calcaire est impur, ce qui arrive facilement dans la pratique. Mais tant pis ! Les boues seront emportées par le courant. De toute façon j'ai peine à croire que la solution acide que tu veux traiter soit limpide et n'ait pas emporté de la boue au passage !

Si tu veux du calcaire pur, qui ne fasse pas de boue, prend des déchets de marbre. Le marbre est du calcaire CaCO₃ pur.

Si tu as un débit de 20 m³ par heure, tu peux facilement calculer la quantité de cailloux à introduire initialement. Pour cela il faut avoir une vague idée de la concentration en acide. Est-ce 1 molaire ? 0.0001 molaire ?

J'imagine que c'est 0.01 molaire. 20 m³ (20'000 litres) de solution 0.01 molaire contient n = cV = 200 mole d'acide. Il faut la moitié soit 100 mole de calcaire pour détruire cet acide. 1 mole de calcaire pèse 100 g. Il faut 100 mole, soit 10'000 g = 10 kg de calcaire pour détruire l'acide présent dans tes 20 mètres cube. C'est pas beaucoup, 10 kg de cailloux à l'heure, à l'échelle industrielle.

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteaafd4b7b]

merci pour votre aide mocco

[FC05]

Il vaudra mieux que ton calcaire soit sous forme de sable, pour augmenter les surfaces de contact.

[chatelot16]

au contraire il faudra une grande quantité de calcaire et etre sur que le liquide a traiter passe bien a travers : donc pas de calcaire trop fin : avec le calcaire tout venant 0/30 : la partie fine partira en boue ou bouchera tout : plutot du 20/40 ou meme plus gros : quand la dimension des grain est homogene le debit de liquide se partage bien dans toute la masse

[dggchim]

Bonjour roxy

réponse à ta question : nous utilisons du Na2CO3 en poudre pour neutraliser les fuites de H2SO4 98% dans nos installations. Nous le répandons autour des tuyaux, pompes, cubitainers susceptibles d'avoir un problème de fuite.

Quelles informations pratiques pour toi :
prix
Na2CO3 sac de 25kg 40 €/100kg
Bidon de 100l de NaOH 29% : 54,16 € prix pour 4 bidons
NaHCO3 45€/100 kg
Ces prix sont pour info car ils dépendent du fournisseur, du transport, des quantités commandées , du prix pour la location et la caution des emballages.

Au fait nous utilisons dans notre installation du lait de chaux, pas facile
à manipuler car pas très soluble et carbonatation d'où problème de vannes. Une régulation PID ouvre et ferme(ON/OFF) la vanne de lait de chaux en fonction du pH présent dans la cuve de neutralisation.

Quelques questions:
rejette tu l'eau à l'égout, dans un cours d'eau ?
Quelle législation utilise-tu(référence)?
Quel est le volume du container 1 et 2?
Quel est le débit de la pompe doseuse?
Débit maximum et durée maximum des rejets?

Ceci dit tu devra choisir un réactif en fonction de différents critères, pour l'instant j'en vois 3

NaOH dangereux à manipuler pour toi et l'environnement --> éviter de le stocker, réaction rapide mais il te faut une bonne régulation du pH,--> pompe mixer.

Na2CO3 pas dangereux régulation moins précise--> pompe mixer

CaCO3 plus besoin de pompe, mixeur pas indispensable, pas cher, lourd en transport et manipulation, réaction lente

Nous recevons quelques produits chimique c'est en cubitainer: c'est un grand cube(1x1x1m, 1000l) en plastique renforcé avec un grillage à l'extérieur, bouchon sur le haut, vanne de vidange dans le bas, monté sur une palette pour le transport. Certains sont vendus sans reprise. Ils seraient idéaux pour faire au moins une installation pilote.

De plus tu dois faire un calcul de risque, que se passe-t-il si, tel vanne, le ph-m, l'arrivée de courant,... est défectueux. Incidence sur les personnes, le matériel, l'environnement.

[inviteaafd4b7b]

bonjour dggchim

Réponse à tes questions :

- le rejet des fluides dépend de l'endroit, ça peut être un cours d'eau comme ça peut être les égouts
- Pour la législation j'ai retenu les normes d'eau potable par exemple pour la concentration NaCl comme ça cela me laisse une bone marge d'erreur
- Pour la sécurité en ce qui concerne l'acide je suis allé sur le site INRS, pour les fiches de toxicité. (Mais bon le fluide ressort souvent vers pH=3 ce qui n'est pas réellement dangeureux pour l'homme, et le carbonate de sodium n'est pas dangeureux)
-Le volume du container 1 est d'environ 500 litres, pour le container 2 je ne sais pas encore pasqu'il n'existe pas, et si un jour il concrétise mon idée, il devra être fait surmesure. En tout cas, son volume devra être plus important que celui du 1, et ce container devra être plus long pour laisser le temps a la réaction et la décantation.
-Il n'ont pas réussi à me répondre pour le débit max et la durée, il me disent toujours ça dépend. on ma donné juste en moyenne 20 m3/h

Comme tu le disait le NaOH est dangeureux à manipuler et aussi dangeureux pour l'environnement donc je l'ai pas retenu, une erreur de dosage aurait trop de conséquence. De même j'ai abandonné l'idée du calcair du fait d'un réaction trop lente pour un traitement en continu et un débit assez important.

il reste donc le Na2CO3.
J'avais une question à ce sujet la :

pour calculer le volume de Na2CO3 à apporter est ce que je fait une simple équivalence entre nombre de mol Na2CO3= 0,5 nombre de mol HCl

ou est ce plus compliqué que cela, au début j'avais fait un calcul avec la constante d'acidité Ka1 H2CO3/HCO3-

l'acide réagissait d'abord avec CO32- pour donner HCO3- (javais fais un tableau d'avancement)
Puis ensuite H+ réagissait avec HCO3- pour donne H2CO3 (2ième tableau d'avancement en supposant que Na2CO3 est en excès par rapport à HCl)
Du coup je calcul les concentration restante de HCO3- et H2CO3, puis j'ai reporté tou ça dans la formule du Ka1 avec [H30+] connu (pH voulu = 7) et pour inconnue mon volume de Na2CO3 à apporter (une hypothèse est faite pour la concentration de la solution (j'ai fait un pti programme sous excel pour faire varier les paramètres))

On sait que HCO3- est prédominant pour des pH entre 6,4 et 10,3 (les produits formés ont bien une incidence sur le pH?)

Est ce que cette méthode est bonne? ou je me complique et il suffirait de faire une équivalence?

Pour exemple : le calcul simple avec équivalence pour un débit de 5,56l/s me donne un débit de Na2CO3 de 5,56 ml/s à apporter pour une concentration de0,5mol/l : soit seulement 1 litre de Na2CO3 à 0,5mol/l (53g de Na2CO3 pour 1 litre d'eau) pour 1000 l de fluide à pH = 3

par contre le calcul plus compliqué, me donne lui un débit de 9,5ml/s soit 1,75 litre pour 1000 litre

je trouve que c'est peu de Na2CO3 à apporter pour une telle quantité de fluide à traiter, est ce normal ? (bon il est vrai que ph=3 n'est pas une solution très très acide mais assez pour faire des dégats sur l'environnement)

Je sais ça fait beaucoup de question (mais je doute toujours de moi quand je trouve un solution trop facile)
J'espère avoir été assez clair, merci de votre aide

[moco]

Tes calculs me paraissent corrects. Mais je ne vois pays bien comment tu vas régler ton débit de 5.56 ml/s, de manière à ce qu'il s'adapte aux variations de pH ? Il devrait fluctuer en continu ! Sans un programme électronique adapté. tu n'y parviendras pas. Mais peut-être es-tu un spécialiste en appareil de mesure.

Je trouve que tu te poses beaucoup de questions pour un problème qui commence à me paraître plutôt mineur. Si ta solution a un pH de 3, cela veut dire qu'elle contient 1 milligramme de H⁺ par litre. Un milligramme par litre ! C'est vraiment peu. C'est le pH des jus de fruits (orange, pommes) et des boissons comme le Coca-Cola. Est-ce qu'on ne peut pas rejeter directement de telles solutions dans le réseau des égoûts ? Est-ce que vraiment une telle solution cause des dégâts à l'environnement ?

Je reviens à ma proposition de faire circuler cette boue sur des gros cailloux de calcaire, que tu juges trop lente. Au moins tu économises les frais de cette installation électronique. Le réglage se ferait tout seul.

[inviteaafd4b7b]

Bonjour mocco

Pour la pompe doseuse et le système électronique asservi à un paramètre, l'entreprise en possède déja c'est pour ça qu'ont été parti la dessus.

Le problème du banc calcaire est qu'il ne permettra pas la décantation à moins d'installer un dispositif en plus en aval. C'est quand réalité l'entreprise ma demander de chercher un dispositf qui neutralise le ph mais aussi qui "traite" les fluides contre les "boue". Comme vous l'aviez dit vous aussi, les fluides de forages qui ressortent ne sont pas très clairs, il faut donc améliorer leur "aspect" pour les rejeter parce que les rejets peuvent aussi bien se faire dans un champs, un fossé, un cours d'eau, tout cela dépend de l'endroit ou est fait le forage.

En ce qui concerne le pH moi aussi je m'étais poser la question, ce n'est pas si dangereux que ça, mais après je me suis dit c'est comme si on rejeté des miliers de litre de coca dans l'environnement je sais pas si ça serait très bon, en plus quand je pense (j'ai entendu dire) que certain se serve même défois de coca pour décaper leur toilette, j'imagine même pas quand on le boit , ... bref je m'éloigne du sujet.

Je crois que l'entreprise veut surtout être dans la norme et rien avoir à se reprocher (il veulent pas qu'un cours d'eau deviennent marron là où ils auront travaillé ou saccager le champs d'un voisin...). Après je sais pas si l'entreprise ou je suis finira par mettre au point le dispositif. Vu que je suis en stage que pendant 4 semaine, je vais pas pouvoir étendre cette recherche, qu'il m'ont demandé, jusqu'à l'expérimentation (ce que je regrette un peu parce que j'aime bien aller au bout des choses quand je commence quelque chose, mais bon, merci au système européen de nous racourcir nos stage à 4 semaine en master pro)
Le fait est que mon maître de stage m'a demandé de trouver des solutions pour arriver à un pH proche de 7, donc j'essaie de trouver des solutions parce que le soucis c'est que c'est mon sujet de stage, donc de mon rapport, alors il faut que je fasse apparaître une démarche et un aspect critique sur toutes les solutions.c'est pour ça que je me pose toutes ces questions (j'aurais peut être pu le dire avant!)

En tout cas, merci beaucoup de prendre le temps de m'aider.

[inviteaafd4b7b]

Oups j'allais oublier de poser la question. Qu'elle est la méthode correct pour le calcul du volume de Na2CO3, l'équivalence du nombre de mole ou le calcul avec Ka1 avec le pH final qu'on veut ? (j'ai utiliser cette page web pour le calcul, j'ai retourné le problème pour que le volume soit l'inconnu
http://www.univ-lemans.fr/enseigneme.../exsm11_09.pdf )

[FC05]

Ben si tu met du sable de calcaire ça pourra aussi servir de filtre.

Alimentation par le bas, sous la couche. Récupération et évacuation par le haut ... non ?

[inviteaafd4b7b]

Est ce que risque pas de se tasser et de colmater et par finir par ne plus laisser passer le fluide (ou trop le ralentir)?

[FC05]

Forcement, il y aura de la perte de charge, mais en le faisant arriver par en bas, en plus avec les bulles de CO2, ça devrait aller.

[invited6dc924a]

Bonjour

J' effectue actuellement un stage en entreprises dans lequel je dois faire une neutalisation d'eau acides sur 4 forages. Je dois mettre en place des filtres a neutralite et j'aimerais savoir comment calculé la quantité de neutralite nécessaires en fonction du débit?

[inviteaafd4b7b]

bonjour, ben ça dépendra de la masse de CaCO3 sur les filtres, après pour le calcul, tu fais une équivalence du nombre de mole entre HCl et CaCO3 (mais au lieu de mettre le volume, tu met, le débit)

[invited6dc924a]

je viens juste de comencé mon stage et je n'ai pas beaucoup d'information. je reviendré certainement pour plus de détails quand j'aurais les informations précises sur les forages.

merci beaucoup