Système de production de vapeur par contact direct (PVCD) avec de l’oxygène à haute pression

Occasion d’affaires

Ressources naturelles Canada (RNCan) sollicite des déclarations d’intérêt d’entreprises canadiennes en vue de conclure une entente sur la délivrance de permis commerciaux afin de commercialiser des technologies clé en main basées sur notre système breveté de production de vapeur par contact direct (PVCD) avec de l’oxygène à haute pression. Cela inclut tous les aspects de la conception, de la fabrication, de la construction, de la mise en service, de l’exploitation, de l’entretien, du soutien, de la commercialisation et des ventes. Le système vise d’abord l’industrie des sables bitumineux, mais pourrait aussi avoir des applications pour les pâtes et papiers et la production d’énergie.

Brève description de la technologie

La technologie de PVCD vise à remplacer les générateurs de vapeur à passage unique (GVPU) ou les chaudières actuellement utilisées pour le drainage par gravité au moyen de vapeur (DGMV). Le processus consiste en une oxycombustion sous pression, avec coinjection directe dans la chambre de combustion, d’eau recyclée minimalement traitée provenant des puits de production à DGMV. Le résultat est une vapeur pressurisée, prête à l’injection et formée de vapeur, de dioxyde de carbone et de traces de minéraux et de gaz non condensables. Comme la PVCD convertit tous les intrants en extrants utilisables, son efficacité thermique pourrait théoriquement atteindre 95 % à 98 %. La PVCD est également une technologie très concurrentielle de captage et de stockage du carbone pour les sables bitumineux. La PVCD élimine le recours à des usines de traitement d’eau onéreuses dans le but de réduire les coûts globaux d’immobilisation et d’exploitation.

Documents de référence

Brevets : Brevet canadien : 2744825, Brevet américain : 9,512,999

Annexe A : Contexte technologique et détails

Annexe B : Format du plan d’affaires

Vidéo sur la PVCD

Version texte

Narrateur :

"L’extraction de brut lourd, ou bitume joue un rôle important dans l’économie canadienne."

"L’Alberta fournit plus de 15 % du PIB canadien, et l’extraction des ressources représente près du tiers de ce pourcentage."

"Malheureusement, comme l’extraction des ressources pétrolières du Canada est plus difficile et coûteuse que celle de bien d’autres ressources de pétrole brut mondiales et qu’elle a un impact environnemental plus lourd, nos ressources sont moins attrayantes sur les marchés mondiaux."

"Et s’il existait une méthode d’extraction du bitume économique ayant très peu d’impact sur l’environnement, utilisant une quantité minimale d’eau douce et ne produisant presque pas d’émissions?"

"De concert avec l’industrie, Ressources Naturel Canada, par l’entremise de nos laboratoires CanmetEnergie, a mis au point des méthodes beaucoup moins nuisibles à l’environnement qui produisent moins d’émissions de gaz à effet de serre tout en étant concurrentielles sur le plan des prix."

"La technologie mise en œuvre par CanmetEnergie s’appuie sur l’une de ces techniques de pointe appelée drainage par gravité au moyen de vapeur, ou procédé DGMV."

"Le procédé DGMV utilise des puits horizontaux couplés qui s’étendent à travers le reservoir de bitume sous terrain."

"Ce procédé nécessite un apport d’eau douce, et la production de vapeur en fait un procédé énergivore en plus d’accroître son impact environnemental négatif."

"CanmetEnergie a mis au point une technologie de production de vapeur beaucoup moins énergivore et moins dommageable pour l’environnement."

"Il s’agit de la production de vapeur par contact direct, ou procédé PVCD."

"Alors que le procédé DGMV nécessite le traitement coûteux de l’eau et qu’il est normalement dépourvu d’un dispositif de contrôle des gaz à effet de serre,"

"le procédé PVCD permet, lui, de produire de la vapeur en faisant circuler l’eau recyclé provenant de l’extraction du bitume directement à travers un brûleur à oxygène sans traitement préalable."

"Cela produit essentiellement de la vapeur au CO2 et residus, mélangée au dioxyde de carbone et aux résidus produits, le tout étant renvoyé dans le puits d’injection sous terrain."

"En fait, il s’agit pratiquement d’un circuit fermé."

"Voici comment ça fonctionne : nous brûlons du gaz naturel au moyen d’oxygène à haute pression et nous injectons l’eau recyclée provenant de l’extraction du bitume à travers la flamme pour produire un mélange de vapeur et de CO2."

"Le mélange de vapeur pressurisée s’écoule dans le puits d’injection de vapeur – c. à-d."

"le moins profond des deux puits horizontaux couplés creusés à une distance de 4 à 6 mètres environ l’un de l’autre."

"La vapeur réchauffe le bitume du réservoir, qui se ramollit et finit par s’écouler par gravité vers le puits inférieur appelé puits de production."

"Le liquide du puits inférieur est ensuite pompé vers la surface…… où l’on en sépare le bitume."

"L’eau récyclée est ensuite utilisée, sans traitement, dans le procédé PVCD pour produire de nouveau de la vapeur."

"Une partie importante du dioxyde de carbone produit par le procédé de chauffage de l’eau reste sous terre – ce qui contribue à réduire les émissions de gaz à effet de serre.CanmetEnergie a mis au point le procédé PVCD au cours des 10 dernières années dans le cadre de ses activités de recherche et développement."

"Nous avons construit dans nos laboratoires d’Ottawa une unité pilote qui nous permet de soumettre à des essais minutieux tous les aspects du procédé PVCD."

"En plus de l’unité pilote d’Ottawa consacrée au procédé PVCD, la société Suncor envisage la construction d’une plus grande unité de démonstration dans le nord de l’Alberta."

"Voici les avantages du procédé de production de vapeur par contact direct :"

  • Il permet un plus grand maitrise des émissions des GES
  • Il minimise l’utilisation d’eau douce sans traitement préalable.
  • Produit aucun déchets liquides
  • Il peut utiliser des combustibles résiduaires comme le coke de pétrole.
  • Il crée des économies semblable aux technologies conventionnelles
  • Il produit du pétrole avec une empreinte environnementale considérablement réduite, rendant ainsi notre pétrole beaucoup plus attrayant sur le marché mondial.

"Pour en savoir plus au sujet de la production de vapeur par contact direct et de CanmetEnergie, n’hésitez pas à visiter ce site."

Déclaration d’intérêt

Les sociétés admissibles intéressées par la commercialisation de la technologie de RNCan doivent présenter une lettre d’intérêt au plus tard le 29 septembre 2017. RNCan invitera les sociétés admissibles à assister à un webinaire, puis à visiter le laboratoire de CanmetÉNERGIE à Bells Corners (Ontario). La participation à ces séances d’information est assujettie à la signature d’une entente de non-divulgation. Après le webinaire et la visite des lieux, les sociétés pourront poser des questions et demander des précisions. Les réponses de RNCan seront transmises à toutes les sociétés admissibles.

Les sociétés qui souhaitent obtenir un permis commercial de RNCan devront ensuite présenter un plan d’affaires comprenant tous les éléments décrits à l’annexe B : Format du plan d’affaires, à la personne-ressource dont le nom figure ci-dessous.

Veuillez noter que la date d’échéance pour cette opportunité est maintenant expirée et RNCan n'accepte plus les lettres d'intérêt.

Personne-ressource

Anne Woods, agente au traitement des permis
Division de la propriété intellectuelle
580, rue Booth, Ottawa (Ontario) K1A 0E4
Courriel : nrcan.ipd-dpi.rncan@canada.ca
Téléphone : 343-292-8841

Annexe A : Contexte technologique et détails

Contexte

Avec la récente remontée des prix du pétrole brut et l’approbation de grands projets comme l’oléoduc Keystone XL, qui améliorera les débouchés commerciaux aux États-Unis, l’exploitation des sables bitumineux devrait se poursuivre encore quelque temps au Canada. En 2011, les méthodes d’extraction thermique in situ comme le DGMV comptaient déjà pour 49 % de la production de bitume en Alberta.

Le DGMV utilise deux puits horizontaux qui s’étendent sur toute la longueur d’un dépôt de bitume. Dans le puits supérieur, on fait circuler de la vapeur sous pression qui chauffe et liquéfie le bitume en réduisant sa viscosité; sous l’effet de la gravité, celui-ci peut alors s’écouler dans le puits inférieur, dont on l’extrait ensuite. Cette méthode, moins invasive que l’extraction minière et moins dommageable pour l’environnement local, nécessite de grandes quantités de vapeur sous haute pression pour mobiliser le bitume.

Actuellement, la vapeur utilisée pour le DGMV provient surtout de systèmes de GVPU. Ces chaudières génèrent une vapeur humide par chauffage indirect d’eau recyclée; cette eau doit d’abord faire l’objet d’un traitement intensif qui en retire tous les résidus de minéraux et d’hydrocarbures qui pourraient encrasser les conduites de la chaudière. La plus grande partie des solides en solution restent dans l’eau d’alimentation et s’écoulent à travers les GVPU sous forme liquide afin de réduire au minimum l’encrassement des conduites de la chaudière. L’efficacité thermique de ces dispositifs est d’environ 85 %; le reste (15 %) est perdu sous forme de chaleur sensible dans les gaz de combustion secs et de chaleur latente dans l’humidité non condensée qui sort par la cheminée. Cette méthode de production de vapeur entraîne davantage d’émissions de gaz à effet de serre (GES) par baril et nécessite de grandes quantités d’eau traitée et recyclée. Les besoins en eau d’appoint s’élèvent à 10 % à 20 %, ce qui inclut une certaine quantité d’eau fraîche.

Voici certains des inconvénients des chaudières à GVPU et des processus associés :

  • grande quantité d’eau traitée nécessaire pour répondre aux spécifications de la chaudière
  • production élevée de GES et de principaux contaminants atmosphériques (PCA)
  • efficacité réduite
  • production de résidus humides (eau de purge)

Description détaillée de la technologie de PVCD

Depuis le milieu des années 1990, CanmetÉNERGIE étudie la possibilité d’utiliser l’oxycombustion afin de créer des flots de dioxyde de carbone relativement concentrés à partir de systèmes de production d’énergie adaptés soit à la séquestration, soit à des applications comme la récupération assistée des hydrocarbures.

 

La PVCD vise à remplacer les GVPU ou les chaudières actuellement utilisés pour le DGMV. C’est une technologie qui résulte d’expériences menées avec des systèmes de gazéification du charbon; elle est donc axée sur la gestion de matières à haute teneur en solides, par exemple les combustibles solides ou l’eau à haute teneur en solides.

Le processus de PVCD consiste en une oxycombustion sous pression, avec coinjection directement dans la chambre de combustion d’eau recyclée minimalement traitée provenant des puits de production à DGMV. Le résultat est une vapeur sous pression prête à l’injection composée de vapeur (85 % à 95 % en volume) et de dioxyde de carbone (5 % à 15 % en volume), avec des traces de minéraux et de gaz non condensables. Comme la PVCD convertit tous les intrants en extrants utilisables, son efficacité thermique pourrait théoriquement atteindre 95 % à 98 %. Une étude réalisée par Gates et coll. a montré qu’environ 80 % du dioxyde de carbone pouvait être séquestré, ce qui fait de la PVCD une technologie très concurrentielle de captage et de stockage du carbone pour les sables bitumineux. De plus, la PVCD élimine le recours à des usines de traitement d’eau onéreuses dans le but de réduire les coûts globaux d’immobilisation et d’exploitation.

Voici certains des avantages de la PVCD par rapport aux GVPU :

  • efficacité thermique supérieure (aucune perte dans les cheminées)
  • production de vapeur de haute qualité
  • réduction de l’empreinte écologique des installations
  • réduction des coûts d’immobilisation et d’exploitation
  • possibilité de séquestrer le dioxyde de carbone directement dans l’espace interstitiel généré par l’extraction d’hydrocarbures ou de le capter pendant la séparation du bitume et de l’eau pour le stocker ailleurs
  • traitement des polluants acides
  • possibilité d’utiliser des combustibles de basse qualité, comme les asphaltènes et le coke de pétrole
  • possibilité d’utiliser des déchets non traités ou des eaux de procédé (eaux contenant des hydrocarbures et une concentration élevée de solides en solution ou en suspension)
  • réduction ou élimination de la nécessité de traiter les eaux de procédé et les eaux d’appoint habituellement utilisées dans les chaudières à GVPU
  • utilisation des bassins d’eaux usées existants
  • amélioration de la rentabilité de l’extraction de pétrole lourd in situ

La vapeur produite par PVCD contient environ 10 % de dioxyde de carbone, ce qui semble améliorer la production du bitume d’un dépôt. Les essais menés sur le terrain jettent une certaine lumière sur cet aspect important, qui est considéré comme le risque le plus important associé à la technologie de PVCD. Les premiers résultats, rapportés au Sommet sur l’innovation dans les sables bitumineux de 2017, sont très positifs, avec environ 90 % de rétention du dioxyde de carbone dans le dépôt, et aucun effet sur la production d’un dépôt.

 

Annexe B : Format du plan d’affaires

Les sociétés sont encouragées à présenter des éléments de preuve concis et clairs, sous les titres est intertitres suivants :

Sommaire

Section 1 : Information sur la société

  • Aperçu général et sommaire des activités de la société

Section 2 : Personnel et réseaux clés

  • Organigramme de la société, précisant les principaux membres du personnel et leur rôle anticipé
  • Curriculum vitæ des principaux membres du personnel affectés au projet, y compris les titres de compétences et l’expérience pertinente
  • Moyens de ressourcement et de gestion de la société
  • Structure proposée de l’équipe de construction (détenteurs de permis, partenaires, gens de métiers, etc.)
  • Structure proposée de l’équipe de mise en service (détenteurs de permis, partenaires, mise à disposition, etc.)
  • Structure proposée pour l’exploitation et l’entretien courants

Section 3 : Connaissances et expérience

  • Expérience antérieure de projets similaires sur les plans de l’échelle, de l’ampleur et des coûts, précisant le rendement en fonction de l’ampleur, de l’échéancier et des coûts initiaux
  • Expérience de la conception d’équipement de combustion, d’approvisionnement en oxygène et de dispositifs à haute pression
  • Expérience de l’adaptation d’équipement pilote et expérimental à une utilisation commerciale à grande échelle
  • Expérience de la conduite d’affaires en Alberta; connaissance de la réglementation provinciale sur la vapeur et les récipients sous pression ainsi que des exigences relatives aux entreprises établies en Alberta
  • Connaissance des processus d’approbation provinciaux (haute pression, bâtiments, gaz, etc.)
  • Mesures de sécurité mises en place pour des projets semblables, avec des précisions sur le nombre de blessures, leur gravité ainsi que les mesures prises pour corriger les lacunes; statut actuel auprès de la Commission de la sécurité professionnelle et de l’assurance contre les accidents du travail, ordonnances du ministère du Travail ainsi que données sur toute autre infraction aux règlements
  • Preuve de l’existence d’un système de gestion de la santé et de la sécurité (inscrit ou non à la norme ISO 18000)
  • Rapport de performance environnementale pour un projet similaire et preuve de l’existence d’un système de gestion environnementale (inscrit ou non à la norme ISO 14000)
  • Preuve d’un système de gestion de la qualité (inscrit ou non à la norme ISO)
  • La société doit obligatoirement se doter d’un processus de gestion de projet solide pour assurer la réussite du projet et répondre aux objectifs clés. Elle doit apporter les preuves de l’existence de ce processus et de la façon dont il se compare aux standards de l’industrie, en prenant comme référence le Construction Industry Institute.
  • Le volet comportera la participation des Premières Nations et de Métis. La société doit faire état de son expérience de la collaboration avec ces collectivités (embauche de main d’œuvre) : réussites, difficultés rencontrées, mesures prises pour les surmonter.
  • Références de trois clients. Veuillez noter que RNCan pourrait chercher à obtenir des références supplémentaires auprès d’utilisateurs finaux potentiels de la PVCD.

Section 4 : Stabilité financière

  • La société autorise RNCan à mener une enquête de crédit sur elle et toutes ses sociétés affiliées, et à échanger des renseignements avec les agences d’évaluation du crédit ou d’autres personnes avec qui la société ou l’une de ses sociétés affiliées a ou pourrait avoir des échanges de nature financière. La société doit fournir à RNCan ses états financiers vérifiés (et, sur demande, ceux de n’importe laquelle de ses sociétés affiliées) pour les trois derniers exercices pour lesquels ils sont disponibles, et ses états financiers pour toute période ultérieure à la dernière vérification financière.

Section 5 : Plan d’approvisionnement de la technologie de PVCD

  • Ventes et commercialisation
    • Présenter une vision de la technologie au sein de l’organisation
    • Fournir un plan de vente et de commercialisation précisant le nom des représentants, la représentation géographique, le nom des sous-traitants, distributeurs ou agents, et la structure de redevance proposée
  • Conception/fabrication
    • Description des capacités d’ingénierie et de fabrication dans l’organisation, ou l’organisation de partenaires potentiels, pour la production des principales composantes nécessaires pour construire l’installation
    • Proposition de plan pour la commercialisation de la technologie
    • Proposition d’approche pour la conception d’éléments propres au site
  • Construction/mise en service
    • Une stratégie de travail en usine et d’adaptation aux règlements et aux processus locaux est essentielle, non seulement pour la réussite du projet, mais également pour la santé et la sécurité. L’intégration de cette nouvelle installation dans les installations existantes représente une exigence clé. La société doit faire la preuve qu’elle a travaillé dans des conditions semblables : réussites, difficultés rencontrées, mesures prises pour les surmonter.
  • Soutien/entretien/réparations
    • Proposition de structure organisationnelle et de moyens pour assurer un entretien et un soutien continus à l’installation en tant que fournisseur de l’équipement

Section 6 : Risques et hypothèses

  • Définition des principales hypothèses sous-jacentes
  • Définition des risques et des stratégies d’atténuation