Brevet FR2263803A1 — publié le 19751010

La présente invention concerne l'dlimination de l'huile dtune émulsion d'huile dans l'eau. Selon la présente invention, un procédé d2élimination de huile d'une émulsion d'huile dans l'eau consiste à faire passer l'mulsion à travers une structure fibreuse comprenant des fibres dans les surfaces externes desquelles sont enfoncées des particules finement divis des présentant des propriétés oléophiles et hydrophobes, et à enlever les gouttelettes d'huile combinées ainsi formées. Les fibres, par exemple des filaments continus ou des fibres discontinues, peuvent etre des fibres homogènes auxquelles les particules adhèrent ou dans les surfaces desquelles lesdites particules pénètrent en soumettant les fibres homogènes à un traitement thermique superficiel et/ou un traitement par un plastifiant. En variante, les fibres peuvent être des fibres homogènes et être recouvertes d'un polymère ou d2une résine non fibrogène, ledit revetement permettant à des particules d'y pénétrer et d'y adhérer lorsqu'il est soumis à un traitement thermique et/ou un traitement par un plastifiant et que lesdites particules lui sont appliquées. Toutefois, il est plus avantageux que-lesfibres soient du type conjugué. Par ltexpression "fibre conjuguée!t, on entend une fibre filée en particulier filée par extrusion (c'està-dire un filament continu ou une fibre discontinue) se composant d'au moins deux polymères fibrogènes disposés dans des zones distinctes de sa section et sensiblement continues sur toute sa longueur, l'un des composants ayant une tempdrature de fusion très inférieure à elle du ou des autres composants et étant placé de manière à constituer au moins une partie de la surface périphérique de la fibre. En conséquence, selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le procédé consiste à utiliser une structure fibreuse comprenant des fibres conjuguées orientées (comme défini plus haut) dont le composant à point de fusion inférieur présente des particules finement divisées ayant des propriétés oléophiles et hydrophobes qui pénètrent dans sa surface externe. On préfère des fibres conjuguées comprenant deux composants. Une fibre à deux composants du type qu'on préfère le plus est une fibre dans laquelle un composant à bas point de fusion forme une gaine autour d'un autre composant constituant l'åme, bien qu'on puisse également utiliser une fibre à deux composants dans laquelle un composant à bas point de fusion constitue ltun de deux composants disposés côte à côte. Le polymère du composant à bas point de fusion présente un point de fusion qui est d'au moins 100, de préférence d'au moins 200 au-dessous de celui de l'autre composant de la fibre. La structure fibreuse peut être sous la forme d'un tricot, d'un tissu ou d'une étoffe non tissée, cette dernière étant préférée. Des structures fibreuses particulièrement avantageuses sont des étoffes soudées produites avec des fibres discontinues ou des filaments hétérogènes du type à gaine/âme orientés, c'està-dire étirés. De telles étoffes soudées peuvent être soit collées par points, soit collées par zones. Une structure fibreuse peut comprendre plus d'une épaisseur d'étoffe. Les particules préférées sont des particules de silice revêtues de silane, bien qu'on puisse avoir recours à d'autres particules ayant des propriétés combinées oléophiles et hydrophobes. La granulométrie moyenne est avantageusement d'au moins 0,1 micron. La granulométrie moyenne" indique la plus grande dimension d'une particule, par exemple le diamètre dans le cas d'une particule sphérique. De préférence, les particules ont une granulométrie moyenne de I micron ou moins. La nature hydrophobe des fibres doit être telle que la structure fibreuse provoque un angle de contact de l'eau d'au moins 1100 et de préférence supérieur à 1400. B'importance de l'angle de contact dépend dans une large mesure du type des particules hydrophobes utilisées et de leur concentration par unité de surface sur chaque fibre. La nature oléophile des particules qui sont à découvert sur les fibres est telle que l'huile entre en contact avec les particules et y adhère provisoirement et que les gouttelettes d'huile se combinent ensuite et passent à travers la structure fibreuse. On présume que le rendement du procédé est amélioré par la rugosité superficielle des fibres due à la présence des particules. La porosité de la structure fibreuse est choisie de manière que la probabilité d'entrée en contact des particules d'huile avec les fibres soit aussi grande que possible sans provoquer une trop grande chute de pression à travers la structure fibreuse. Parmi les structures fibreuses préférées, les étoffes collées par points, qui ont la texture la plus serrée, provoquent une beaucoup plus grande chute de pression que les étoffes collées par zones. Avec les étoffes à la fois collées par points et collées par zones, la chute de pression est habituellement inférieure à 50 cm d'eau à des débits hydrauliques s'élevant jusqu'à 16 m3 2 å ltheure par m d'étoffe. Toutefois, la chute de pression aug- mente au-dessus de cette valeur avec l'augmentation du débit hydraulique et/ou de la quantité d'huile passée. Par l'expression étoffe collée par points, on entend une étoffe dans laquelle les fibres présentent de petites régions individuelles dans lesquelles les fibres sont collées les unes aux autres, lesdites régions étant séparées par des régions moins fortement collées ou même pas collées du tout. Par l'expression étoffe collée par zones", la Demanderesse désigne une étoffe dont les fibres sont collées sensiblement à tous les points de croisement, sur toute l'épaisseur et sur toute la surface de la matière. Les structures fibreuses particulièrement efficaces sont celles comportant une superposition de deux étoffes collées par zones ou plus suiviest'une ou plusieurs étoffes soudées par points. Avec une structure fibreuse comportant trois étoffes superposées soudées par zones suivies de trois étoffes superposées soudées par points, il est possible d'atteindre une réduction de la concentration d'huile supérieure à 97 % et parfois supérieure à 99 %, après un temps suffisant, par exemple de 4 à 8 minutes, pour la séparation gravimétrique des gouttelettes d'huile combinées, par une seule passe à travers la structure fibreuse à des 2 débits hydrauliques -s'élevant jusqutà 9,2 m3 à l'heure par m d'étoffe. Le rendement n'est pas aussi élevé avec d'autres structures fibreuses, par exemple deux étoffes superposées collées par zones suivies d'une étoffe superposée collée par points ou de deux étoffes superposées collées par zones. Néanmoins, comme la chute de pression à travers de telles structures fibreuses est moins grande, elles peuvent être préférables lorsque de grandes charges sont nécessaires. Afin que les structures fibreuses décrites dans le présent mémoire puissent fonctionner avec un rendement maximal, il est souhaitable que le débit de l'émulsion d'huile dans liteau à travers la structure soit sensiblement uniforme à travers cette dernière. Commodément, on fait passer l'émulsion à travers une feuille ou bloc de forme et de dimensions convenables d'une matière plastique expansée à cellules communicantes placée directement en amont de la structure fibreuse. Outre le fait de répartir l'écoulement sensiblement à travers la structure fibreuse, la matière plastique cellulaire placée en amont de la structure fibreuse empêche des matières étrangères, par esemple des particules solides et de grandes gout telettes dthuile,d'entrer.dans cette dernière et de la colmater. Une matière plastique expansée particulièrement approprié à cet effet est une matière plastique hydrophile telle qu'une mousse de polyuréthanne hydrophile. Les structures fibreuses utilisées dans l'invention peuvent avoir n'importe quelle forme convenable. Bien que la structure fibreuse puisse avoir la forme d'une feuille ou d'un bloc ayant des faces sensiblement planes, elle peut avoir une forme tubulaire. Dans ce dernier cas, ###m#5### l'émulsion d'huiledans l'eau peut passer soit de l'intérieur vers l'extérieur, soit de vers versl'intérieur de la structure fibreuse Toutefois, en pratique, lorsque la structure fibreuse a la forme d'un tube, la Demanderesse a constaté qu'il est plus commode de faire passer l'émulsion d'huile dans l'eau à l'intérieur du tube et de lui faire traverser sa paroi.En adoptant ce mode opératoire, la Demanderesse a constaté qu'après avoir traversé la structure fi breuse, le mélange d'huile dans liteau tend à adopter un écoulement linéaire, ce qui favorise la séparation par gravité entre les gouttelettes combinées d'huile et l'eau: Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre avec des émulsions d'huiles soit végétales, soit minérales.On a constaté que le procédé est particulièrement efficace pour provo -quer la coalescence de diverses émulsions d'huiles à la fois végétales et minérales, par exemple des émulsions provenant du nettoyage de citernes ou de réservoirs de stockage utilisés pour le transport d'huiles minérales et végétales, de liteau de lestage des pétroliers et des fluides de refroidissement contenant de l'huile.-- Les exemples suivants sont donnés à titre illustratif mais non limitatif de 1' invent-ion. Exemple 1 On fait passer dans une dispersion à 2 % de particules de silice revêtues de silane ("Silanox T01 fabriqué par Cabot Corporation ; principale dimension des particules 7 millimicrons ; surface spécifique, déterminée par la méthode BET (#runauer-Emmett-Teller) de 225 m2/g) dans le trichloroéthylène, 2 une étoffe collée par points de 137 g/m2, produite avec des fibres discontinues de filaments hétérogènes du type à gaine/âme orientés, ctest-à-dire tirés dans lesquels ltame (50 % en poids du poids total du filament) est en téréphtalate de polyéthylène ayant un point de fusion de 2570C et la gaine est en un copolymère de téréphtalate de polyéthylène et d'adipate de polyéthylène (rapport molaire 85:15) ayant un point de fusion de 2200C. On maintient l'étoffe séchée à une surface constant sur -ane rame à picots tout en la chauffant à 2170C pendant 10 minutes, et finalement on la rince à L'eau pour enlever les particules qui adhèrent faiblement. Des gouttes d'eau placées sur l'étoffe séchée présentent un angle moyen de contact de 1550. Cette étoffe est désignée par étoffe Â. On traite d'une manière analogue une étoffe collée par zones de même construction. Cette étoffe est désignée par étoffe B. On réalise un coalesceur en formant un stratifié à quatre composants en superposant une pièce de étoffe A et trois pièces de l'étoffe B dans cet ordre. La structure fibreuse ainsi formée est suffisamment robuste pour qu'elle puisse être fixée pour constituer une paroi commune séparant deux réservoirs X et Y, la face collée par zones de la structure, c'est-à-dire étoffe B, étant tournée vers le réservoir X et la face collée par points de la structure, c'est-à-dire l'étoffe A,étant tournée vers le réservoir Y. Chaque réservoir est équipé d'un bras flottant qui peut être ajusté de manière que l'huile flottant à la surface de l'émulsion d'huile dans l'eau du réservoir, puisse être enlevée par écrémage. L'eau provenant de la canalisation de distribution est introduite dans le réservoir X par un rotamètre. L'huile est introduite directement d'un fût dans le courant d'eau entrant dans le réservoir et on prépare une émulsion d'huile dans l'eau contenant 236 ppm d'huile. Lorsque le réservoir X est entièrement rempli, on ajuste le débit -dans le réservoir X de manière à maintenir une profondeur constante de l'émulsion d'huile dans l'eau. B'émulsion passe à travers le coalesceur dans le réservoir Y jusqu'à ce qu'on obtienne finalement une profondeur constante du liquide. A ce stade, afin de maintenir un régime constant, le liquide est évacué du réservoir Y au même débit qu'il entre dans le réservoir X. La variation de la pression à travers le coalesceur est de 10,5 cm d'eau à un débit constant de 9,2 m3 à l'heure par m2 d'étoffe. Initialement, la coalescence des gouttelettes d'huile du côté aval du coalesceur est très lente et forme de très petites gouttelettes d huile. Cependant, après 3 ou 4 heures, la coalescence est beaucoup plus rapide et la grosseur des gouttelettes d'huile formées est beaucoup plus grande, ces gouttelettes s'élevant à la surface du liquide du réservoir Y sur laquelle elles forment une couche. A ce stade, on prélève des échantillons de ltémul- sion d'huile dans l'eau par intervalles d'environ 30 minutes en un point O du réservoir X immédiatement en amont du coalesceur ainsi qu'en tin point P du réservoir Y situé à distance du côté aval du coalesceur après séparation de l'huile par gravité. Avec un débit hydraulique de 9,2 m3/h par m2 d'étoffe, le liquide quittant le coalesceur peut se séparer pendant 6 minutes avant d'atteindre le point P. Avec ce débit hydraulique > -une concentration moyenne de huile de 236 ppm (au point 0) est ramenée à une moyenne de 0,9 ppm (au point P) d'une manière continue pendant une période de 7 heures. On a examiné ensuite le rendement du coalesceur avec divers débits et on a obtenu des résultats également bons. Exemple 2 On répète toutes les opérations de exemple I (en modifiant toutefois la concentration de l'huile et le débit), excepté que le coalesceur est réalise en formant un stratifié à trois composants en superposant deux pièces de étoffe B et une pièce de l'étoffe A. On obtient les résultats suivants ; La chute de pression à travers le coalesceur est de 26 cm d'eau. La concentration de l'huile est ramenée de 690 ppm (au point O) à 17 ppm (au point P) pendant une période de 4 heures à un débit hylraulitue de 9,8 m3/h par m2 d'étoffe. Exemple 3 On répète les opérations de l'exemple 1 (en modifiant toutefois la concentration de l'huile et le débit), excepté que le coalesceur est réalisé en formant un stratifié à deux composants en superposant deux pièces de ltnloffe B. On obtient les résultats suivants La chute de pression à travers le coalesceur est de 3 cm d'eau. la concentration d'huile est ramenée de 684 ppm (au point O) à 43 ppm (au point P) pendant une période de 4 heures à un débit hydraulique de 8 m3/h par m2 d'étoffe. Exemple 4 On répète les opérations de l'exemple 1 (en modifiant toutefois la concentration de huile et le débit), excepté que le coalesceur se compose d'une seule pièce de l'étoffe A-. On obtient les résultats suivants La chute de pression à travers le coalesceur est de 10 cm d'eau. La concentration de l'huile est ramenée de 289 ppm (au point 0) à 36 ppm (au point P) pendant une période de 4 heures à un débit hydraulique de 10,5 m3/h par m2 d'étoffe. Ceci montre que des coalesceurs particulièrement efficaces comprennent des structures fibreuses se composant de deux étoffes superposées collées par zones ou davantage s suivies par une ou plusieurs étoffes collées par points, comme décrit plus haut. Exemple 5 A titre de comparaison, on répète les opérations de ltexemple 1, excepté. quton réalise le coalesceur en formant un stratifié à quatre composants en superposant trois pièces de l'étoffe A (avant de la traiter par des particules de silice revêtues de silane comme décrit dans l'exemple 1) et une pièce de l'étoffe B (avant de la traiter par des particules de silice revêtues de silane, comme décrit dans exemple 1). La chute de pression à travers le coalesceur est maintenant de 14,5 cm d'eau. La concentration de l'huile est Cramenée de 232 ppm (au point 0) à 38 ppm pendant une période de 4 heures tau point P) à un débit hydraulique de 11,6 m3/h par 2 m2 d'étoffe. Ceci démontre que le coalesceur utilisé dans ltexem- pie 1 est beaucoup plus efficace que celui utilisé dans le présent exemple. Exemple 6 On réalise un coalesceur en superposant deux pièces de l'étoffe B. On le fixe pour constituer une paroi commune entre les réservoirs X et Y. On fait passer dans le réservoir X lteffluent provenant du nettoyage de camions-citernes utilisés pour le transport d'huiles'minérales et d'huiles végétales avec de la vapeur d'eau et des détergents à base de paraffine. Le liquide est évacué du réservoir Y au même débit qu'il entre dans le réservoir X. La variation de la pression à travers le coalesceur atteint une valeur maximale de 20 cm d'eau à un débit constant de 16 m3/h 2 par m d'étoffe. On prélève des échantillons de l'émulsion d'huile dans liteau par intervalles réguliers à un point O du réservoir X immédiatement en amont du coalesceur ainsi quten un point P du réservoir Y qui est éloigné du côté aval du coalesceur après que s'est produite la séparation de huile par gravité. Les résultats de séparation obtenus sont donnés sur le tableau ci-après. Composant "huileux" ICeneur en huile Teneur en huile (ppm) de Ilef- (ppm) après coa flue#t au point 0 lescence au poi#t 5 Buile de palme 153 88 Huile de palme 153 88 Huile de tournesol/ huile à broches/ huile de colza brute 36 23 Plastifiant 212 115 Naphtalate de plomb/ huile minérale 592 290 Liqueur contenant du chrome/huile minérale 260 168 Après un usage de longue durée, le coalesceur peut eAtre parfaitement nettoyé au moyen d'un jet de vapeur d'eau et d'eau chaude et peut être réutilisé après le nettoyage. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent etre apportées au procédé décrit sans sortir du cadre de l'invent ion. REVE##ICATIOttS 1. Procédé d'élimination de l'huile d'une émulsion d'huile dans liteau, caractérisé en ce outil consiste à faire passer l'émulsion à travers une structure fibreuse comprenant des fibres dans les surfaces externes desquelles pénètrent des particules finement divisées présentant des propriétés oléophiles et hydrophobes, et à enlever les gouttelettes d'huile combinées ainsi formées. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres sont des fibres homogènes présentant des particules qui adhèrent à leur surface et pénètrent dans ces dernières. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres sont des fibres homogènes présentant un revêtement d'un polymère ou d'une résine non fibrogène auquel les fibres adhèrent et dans lequel ces dernières pénètrent. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres sont des fibres conjuguées. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les fibres conjuguées comprennent deux composants. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les fibres conjuguées comprennent un composant ayant un bas point de fusion qui forme une gaine autour d'un autre composant constituant une amie. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la structure fibreuse a la forme d'un tricot, d'un tissu ou d'une étoffe non tissée. 8. Procédé selon l'une q-;1elconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la structure fibreuse est une étoffe soudée produite avec des fibres discontinues ou des filaments hétérogènes orientés, c'est-à-dire étirés. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étoffe soudée est collée par points. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étoffe soudée est collée par zones. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la granulométrie moyenne des parti cules est d'au moins 0,1 micron. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la nature hydrophobe des fibres assure un angle de contact de l?eau d'au moins 1100 et de préférence supérieur à 1400. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer 11 émulsion d'huile dans l'eau tout d'abord à travers une matière plastique expansée à cellules communicantes placée immédiatement en amont de la structure fibreuse. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la matière plastique expansée à cellules communicantes est une matière plastique hydrophile. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que la matière plastique expansée à cellules communicantes est une mousse de polyuréthanne hydrophile. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la structure fibreuse a une forme tubulaire, l'émulsion d'huile dans l'eau passant à l?in- térieur de la structure fibreuse tubulaire et de là,à travers la paroi de cette dernière.