Brevet FR2088472A1 — publié le 19720107

# la présente invention se rapporte de façon générale aux appareils de flottation et concerne plus particulièrement un procédé et un appareil perfectionnés pour séparer les matières insolubles et l'oxygène d*un liquide. 5 Pendant la récupération de l'huile à partir des dépôts d'huile souterrains, il est assez fréquent d'amener à la surface des quantités relativement grandes de mélanges contenant de l'huile et de l'eau. Avant que l'huile puisse être raffinée, l'eau doit en être séparée ou extraite. L'évacuation ou la réutilisation de cette eau 10 d'extraction pose un problème formidable, en particulier du fait que l'eau est généralement contaminée par du pétrole et (ou) par d'autres agents de contamination insolubles tels que des particules de silice. Si l'eau doit être ramenée au puits, il est généralement nécessaire de réduire la teneur totale en solides à l'état de sus-15 pension jusqu'à 10 ppm ou moins. Dans nombre de cas, il est également désirable et même nécessaire de réduire la quantité d'oxygène dissoute dans l'eau qui doit être ramenée au puits à un minimum absolu, afin d'empêcher l'oxydation et la détérioration ultérieure des cuvelages despuits d'extraction d'huile. 20 Pour faire face à ces conditions, divers types de systèmes de séparation ont été conçus pour faire flotter le pétrole et (ou) les particules d'une matière solide à partir de l'eau. Un système simple et commercial qui est couramment utilisé utilise un réservoir ouvert dans lequel le liquide contaminé est introduit. De 25 l'air sous pression est dispersé sous la forme de petites bulles dans le liquide portant le pétrole et (ou) des particules solides vers la'surface d'où elles sont éliminées. Pour obtenir une eau de pureté acceptable, une durée de rétention minimum dans la gamme comprise entre vingt et trente minutes est généralement nécessaire. 30 Mais un inconvénient des systèmes de ce genre, c'est qu'ils ne peuvent réagir rapidement aux augmentations soudaines de la charge d'agents de contamination sans perte de rendement. En outre, ces systèmes ne sont pas capables d'éliminer l'oxygène normalement présente dans le liquide. 35 Un but essentiel de l'invention est de créer -un dispositif capable de séparer les matières insolubles d'un liquide tout en réduisant simultanément dans une notable mesure la teneur ai oxygène de ce liquide. Un autre but de l'invention est de créer un procédé et un 71 15516 2 2088472 système de flottation grâce auxquels les matières insolubles et l'oxygène peuvent être éliminés d'un liquide de façon efficace et moyennant des durées de traitement réduites» Un autre but encore de l'invention est de fournir à la techni-5 que intéressée un système de flottation dans lequel un gaz exempt d'oxygène est induit et dispersé dans le liquide en cours de traitement pour assurer la séparation à la fois des agents de contamination insolubles et de l'oxygène dissous, de telle sorte que le liquide résiduel puisse être introduit dans un puits sans causer 10 de corrosion des tuyaux et des autres parties métalliques. Pour la facilité de la compréhension et de la réalisation industrielle de l'invention, elle est décrite ci-après en regard du dessin schématique annexé qui en est une représentation exemplaire non limitative, la portée de l'invention étant définie par les re-15 vendications annexées au présent texte. La fig. 1 est une vue en coupe passant par le plan de la ligne 1-1 en fig. 2 de l'appareil de flottation conforme à l'invention, certaines parties étant supposées brisées et d'autres représentées en élévation pour la facilité de l'illustration. 20 La fig. 2 est une vue en élévation latérale d'un appareil de flottation à deux cellules conformes à l'invention. La fig. 3 est une vue en plan du dessus de l'appareil que montrent les fig. 1 et 2, le couvercle étant supposé partiellement . brisé pour la clarté de l'illustration. 25 Les buts sus-indiqués et d'autres buts encore de l'invention sont atteints par un appareil de flottation qui comprend un réservoir fermé comportant une entrée d'alimentation et un dispositif pour maintenir dans ce réservoir un niveau prédéterminé de liquide et un espace à franc-bord supérieur étanchéisé par rapport à l'at-30 mosphère, des moyens pour amener du gaz à cet espace, des organes montés dans le réservoir pour aspirer le gaz à partir de cet espace de haut en bas dans le liquide et disperser le gaz au sein du liquide afin d'assurer la flottation des matières insolubles et le déplacement de l'oxygène contenu, enfin des organes pour récupé-35 rer les matières insolubles qui flottent à la surface du liquide. Grâce à l'appareil ainsi conditionné, il est possible d'éliminer simultanément les matières insolubles et l'oxygène à partir d'un liquide et ce de façon rapide et efficace. L'appareil représenté comprend plusieurs cellules de flottation 71 15516 3 2088472 désignées généralement par 1 et 2, placées à 1*intérieur d'un réservoir rectangulaire fermé 4 qui est délimité par des parois terminales 10, des parois latérales 14, tin couvercle b et un fond 8. Une goulotte d* évacuation interne 16 est prévue de chaque côté 5 et est constituée par une courte paroi latérale 12 espacée intérieurement de la paroi latérale 14 du réservoir 4 et se terminant au-dessous du couvercle 6. Cette goulotte 16 est munie d'un fond incliné 18 pourvu d'une sortie 20 à son point le plus inférieur. Comme représenté dans le dessin, en particulier dans la fig.1, 10 chaque cellule 1 ou 2 comprend un rotor 22 et un stator 24. le rotor est fixé à un arbre rotatif sensiblement vertical 26 et est suspendu au-dessus du fond du réservoir 4 en vue de pouvoir tourner par rapport à un axe vertical A„ Le rotor 22 est entraîné par un équipement qui comprend un moteur 34, des courroies 28, des 15 poulies 30 et 32, un palier 36 et une console de support 38. Cette console est supportée par des poutrelles 40 s*étendant au-dessus du réservoir 4. Un espace à franc-bord étanche F est ménagé entre le couvercle 6 et le niveau du liquide désigné par L. Le bord supérieur 42 formant lèvre de la parpi interne ou latérale 12 de la ca-20 pacité forme un déversoir à trop-plein qui maintient le liquide à un niveau prédéterminé L. Si désiré, ce déversoir peut être établi de manière à être réglable, afin de permettre de faire varier le niveau du liquide. Une cloison 43 sépare les deux cellules à flottation 1 et 2, mais permet au liquide de s'écouler entre elles. 25 Une tubulure d'entrée de gaz 44 débouche dans l'espace à franc- bord F pour y faire arriver du gaz» Un système 45 de respiration et de purge réglable continu de gaz de conception classique communique avec l'espace L pour régler la pression de gaz qui y règne. Le stator 24 comprend une section inférieure 46 montée concen-30 triquement par rapport au rotor 22 et s'étendant de haut en bas de manière à se terminer à une certaine hauteur entre le couvercle et le fond du rotor. La partie supérieure du stator 24 est constituée par une partie cylindrique 48 à extrémité ouverte supportée par les poutrelles 40 et communiquant avec l'espace L. Grâce à ce montage, 35 le gaz est aspiré depuis cet espace L vers la partie inférieure 46 du stator 24 à proximité du rotor 22 et dispersé à partir d'elle dans le liquide sous la forme de petites bulles. Le stator 24 peut comporter un capot de stabilisation perforé 49 évasé vers l'extérieur et vers le bas. Une tubulure d'entrée 50 commandée par une 71 15516 4 2088472 valve est prévue pour fournir les agents contribuant à la flottation selon les besoins. Au cours du fonctionnement, le liquide d'alimentation est introduit dans une boîte d'adduction 52 (Fig.2 et 3) d'où il s'écoule 5 en franchissant un orifice 54 pour gagner la partie inférieure de la première cellule 1, puis la seconde cellule 2 en passant à travers ou sous la cloison 43» Dans chaque cellule, la rotation du rotor 22 aspire le liquide dans la partie inférieure 46 du stator 24 où ce liquide se mélange 10 avec le gaz aspiré vers le bas à partir de l'espace à franc-bord L. la quantité de gaz absorbée depuis cet espace L et dispersée dans le liquide est en relation directe avec la vitesse du mouvement qui ■x. anime le rotor 22. Une quantité représentant par exemple 1,7 nr par baril (environ 160 litres) de liquide est normalement dispersée 15 dans le liquide. Toutefois, cette quantité ne représente pas celle qui est fournie depuis -une source extérieure. En effet, une notable portion du gaz dispersé est continuellement réutilisée, c'est-à-dire qu'elle se dégage à partir du gaz et se rassemble dans l'espace L ^'où elle est redispersée dans le liquide. La quantité de gaz d'ad-20 dition ajoutée par l'entrée 44, conjuguée avec le gaz récupéré est suffisante pour maintenir une nappe de gaz au-dessus du liquide p sous une pression prédéterminée comprise entre 2,2 et 4,4 g/cm environ. La force centrifuge notable engendrée par le rotor 22 projette 25 le mélange de gaz et de liquide vers l'extérieur vers et à travers les orifices 56 de la paroi du stator 24. Tandis que ce mélange passe à travers les orifices en question, les pluj grosses bulles de gaz sont dispersées pour donner lieu à de très petites bulles qui adhèrent aux agents de contamination et les entraînent avec elles 30 jusqu'à la surface de la manière connue. Les bulles portant les particules (écume) s'écoulent par-dessus les lèvres 42 pour gagner les goulottes 16 en vue d'une évacuation éventuelle à travers les orifices de sortie 20. Grâce à la construction qui vient d'être décrite, de grands 35 volumes de bulles de gaz finement disséminées et incorporées de façon répétée dans le liquide se traduisent par un système qui assure une plus grande probabilité de contact entre les matières insolubles et les bulles, ce qui augmente le rendement de flottation. Grâce à ce type de construction, les durées de rétention ne représentant pas 71 15516 5 2088472 plus de deux à cinq, minutes peuvent trouver leur emploi ici. Ce système peut fonctionner soit sur la base d'un fonctionnement continu, soit sur la base d'un fonctionnement intermittent. L'eau clarifiée est évacuée du réservoir 4 en passant par l'o-5 rifice de sortie 60 et sous le déversoir réglable 64 pour gagner l'orifice de sortie final 66. Bien que l'appareil tel que le prévoit l'invention soit conçu principalement pour l'évacuation des matières solides et de l'oxygène à partir d'un liquide, cet appareil peut également être em-10 ployé pour l'aération d'un liquide déficient en oxygène. En pareil cas, le gaz exempt d'oxygène normalement employé devrait être remplacé par de l'air et le système devrait pouvoir fonctionner de la manière décrite antérieurement. Le rendement d'aération est augmenté par le fait que le fonctionnement se produit sous une pres-15 sion légèrement supérieure à la pression atmosphérique. Les modalités de mise en oeuvre du procédé et les détails de réalisation de l'appareil peuvent être modifiés, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques. 71 15516 6 2088472 SS î ! J D I 0 i I I 0 I S 1Procédé pour séparer simultanément des matières insolubles et de l'oxygène à partir d'un liquide contaminé contenant de l'oxygène, caractérisé en ce qu'on établit et niaintient dans un 5 réservoir fermé une masse toujours changeante de liquide contaminé contenant de l'oxygène avec un espace à franc-bord supérieur fermé vers l'atmosphère, puis on introduit un gaz sensiblement exempt d'oxygène dans cet espace, on disperse ce gaz venant de cet espace à l'intérieur de la masse du liquide sous la forme de bulles afin 10 de faire flotter les substances de contamination à la surface de la masse du liquide tout en déplaçant simultanément l'oxygène à partir de ce liquide, après quoi on évacue les substances de contamination quiflottent et au moins une certaine fraction de l'oxygène déplacé à partir du réservoir et on évacue séparément le liquide 15 résiduaire duquel ces substances de contamination et cet oxygène ont été séparés., 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz introduit dans l'espace à franc-bord est maintenu à une pression supérieure à la pression atmosphérique. 20 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ce gaz est continuellement évacué hors de cet espace vers l'atmosphère . 4.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les substances de contamination sont constitués par un mélange de 25 liquide insoluble dans l'eau et de matière particulaire tandis que le gaz exempt d'oxygène est du gaz de pétrole. 5.- Appareil à flottation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend :- 30 (a) un réservoir fermé (4) comportant un orifice d'entrée (56) pour l'introduction d'un liquide dedans; (b) un organe (42) servant à maintenir un niveau de liquide prédéterminé L dans ce réservoir (4) et un espace à franc-bord libre le surplombant (F); 35 (c) un orifice (44) pour fournir un gaz à cet espace (F); (d) des organes (22,24,26) montés dans ce réservoir (4) pour aspirer du gaz depuis cet espace (F) et le disperser dans le liquide sous la forme de bulles de gaz pour faire flotter les substances de contamination insolubles contenues dans ce liquide; 71 15516 7 2088472 (e) des organes (16,20,42) pour récupérer les substances de contamination insolubles qui flottent à la surface du liquide et; (f) des organes (60,64,66) pour récupérer le liquide résidu-aire à partir duquel les substances de contamination insolubles 5 ont été amenées à flotter. 6»- Appareil à flottation suivant la revendication 5, caractérisé par l'adjonction d'un système de commande (45) réagissant à la pression servant à maintenir une pression de gaz sensiblement constante dans l'espace (î1). 10 7.- Appareil à flottation suivant la revendication 6, caracté risé en ce qu'il comprend des organes (44,45) pour maintenir le gaz dans cet espace à franc-bord à une pression supérieure à la pression atmosphérique. 8.- Appareil à flottation suivant la revendication 7, caracté-15 risé en ce que les organes servant à aspirer et disperser le gaz dans le liquide comprennent un rotor (22) monté dans le réservoir (4) en vue de tourner par rapport à un axe généralement vertical (A), le fond de ce rotor étant voisin du fond (8) du réservoir, ce rotor comprenant une partie apciale centrale, plusieurs palettes 20 s'étendant en principe axialement supportées par et s'étendant ra-dialement par rapport à cette partie axiale et des parties s'étendant en principe axialement faisant saillie transversalement par rapport à ces palettes en des emplacements de ces dernières placées à quelque distance de l'axe du rotor (22), et un stator (24) est 25 supporté dans le réservoir (4) de façon que son extrémité inférieure se trouve nettement au-dessus du fond des palettes du rotor, ce stator étant généralement vertical et espacé concentriquement par rapport aux palettes du rotor, ce stator comprenant un certain nombre d'organes allongés espacés pour permettre un écoulement 30 du liquide entreelles depuis l'intérieur du stator et vers la partie environnante du réservoir fermé.