Brevet FR2380054A1 — publié le 19780908

L'invention concerne les dispositifs de séparation d'une phase aqueuse et d'une phase huileuse dont l'une est dispersée dans l'autre ; les termes "phase aqueuse" et "phase huileuse doivent être interprétés dans#un sens large. Le premier désignera de l'eau pure ou contenant, à une concentration ne ddpassant pas la limite de saturation, des sels, acides, bases ou autres produits solubles, tels que des alcools à chatne courte. Le second désignera tout composé organique ou organo-métallique liquide à la température de fonctionnement du dispositif, pratiquement insoluble dans l'eau, tel qu'hydrocarbures, alcools à chaine longue et esters. On cannait déjà (brevet U.S. 3 779 908) un dispositif destiné à parer en ses constituants une émulsion eau-huile, utilisant le phénomène de coalescence. Ce dispositif comporte une masse de mousse de polyuréthane à travers laquelle on fait passer verticalement l'émulsion. Une fois la masse saturée d'eau et d'huile ou, en d'autres termes, équilibrée, il se produit dans la masse une coalescence des phases qui, à la sortie dé la masse, se séparent par gravite en deux couches que l'on peut extraire séparément. Cette disposition présente des inconvénients. La coalescence provoquée par la mousse est peu énergique. De plus, toute accumulation d'une des phases contre la face amont de la masse de mousse (phase légère dans le cas d'une circulation ascendante) perturbe complètement le fonctionnement. L'invention vise à fournir un dispositif répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il assure une coalescence énergique et une séparation satisfaisante des phases quelles que soient leurs teneurs respectives dans le mélange de départ. Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif de séparation dJune phase aqueuse et d'une phase huileuse dispersées l'une dans l'autre, utilisant le phénomène de coalescence, comprenant une enceinte de circulation du mélange suivant une direction déterminée, une masse de miiieu coalesceur placée dans l'enceinte et un récipient de décantation situé à l'aval de l'enceinte, la masse de milieu coalesceur étant constituée par des nappes de fibres oléophiles orientées perpendiculairement au sens d'écoulement. Les fibres étant toutes orientées perpendiculairement au sens d'écoulement et réparties suivant toutes les directions de ce plan, il ne risque pas de se produire d'écoulement le long de trajets préférentiels constitués par des fibres situées dans la direction générale d'écoulement. On utilisera en général des fibres présentant quelques centimètres de long de 1 à 15 deniers. Des fibres en polyester de 12 deniers et de 35 à 80mm de long donnent de bons résultats. Suivant un autre aspect de l'invention, le dispositif comprend une enceinte de circulation du mélange dans le sens horizontal, reliée, à l'aval, à un récipient de décantation et, à l'amont, à un récipient de tranquillisation par lequel est admis le mélange, des moyens étant prévus pour interdire à la phase légère de venir mouiller la face amont ou aval de la masse. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de dispositifs qui en constituent des modes particuliers de réalisation, donnés à titres d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe d'un premier dispositif, vu en coupe suivant un plan vertical ; - les figures 2 et 3 sont des schémas de variantes, dans lesquels seuls les éléments qui diffèrent de ceux de la figure 1 ont été représentés. Le dispositif de séparation montré à titre d'exemple en figure 1 est destiné à séparer les phases aqueuse et huileuse d'un mélange pouvant être émulsionné. On sppposera, pour simplifier, qu'il s'agit d'une émulsion d'huile dans l'eau, mais sans qu'il faille voir là une limitation à la portée de l'invention. Le dispositif assure la séparation successivement par tranquillisation du mélange, coalescence, puis décantation. Les moyens de tranquillisation sont constitués par une cuve 10 munie à la partie basse d'un diffuseur d'entrée auquel est reliée une conduite Il d'amenée du mélange. La partie haute de la cuve 10 est constituée par un dome 12 dans lequel vent se rassembler une première fraction de la phase légère, c'est-àdire en général de la phase huileuse, et les gaz éventuels. On a représenté en 13 l'interface entre le mélange et cette phase huileuse. Les moyens de coalescence comprennent essentiellement hne cartouche 14 contenant une masse de milieu coalesceur. Cette cartouche est placée dans une enceinte 15 formant conduit de circulation du mélange à partir d'une tubulure latérale 16 située à mi-hauteur de la cuve 10. Pour faciliter le remplacement de la cartouche, celle-ci est avantageusement glissée dans l'enceinte 15 et munie d'un rebord 17 bloqué entre des brides 18 et 19 de la tubulure 16 et de l'enceinte 15. Des joints d'étanchéité, non représentés, sont évidemment prévus pour éviter les fuites. La cartouche 14 est constituée par une chemise dans laquelle est placé le milieu coalesceur. Celui-ci est constitué par des nappes de fibres oléophiles de quelques centimètres de long orientées dans toutes les directions perpendiculairement au sens général d'écoulement dans le #ilieu, indiqué par la flèche f. Pour constituer le milieu, on part avantageusement de nappes ayant une forte porosité ouverte, de une à quelques 2 dizaines de grammes par m , fabriquées par les techniques clas- siques dites de "non tissé". Les fibres sont liées entre elles par des résines d'origine organique ou par réticulation thermique ou chimique. On peut utiliser n'importe quelle fibre oléophile et n'importe quelle résine non attaquées par les constituants du mélange à traiter. On juxtapose ensuite plusieurs nappes que l'on agglomère entre elles pour former une plaque d'épaisseur appropriée. L'agglomération des nappes est obtenue à l'aide d'un liant, par exemple par des résines thermoplastiques ou thermodurcissables. La teneur en résine est généralement de 18 à 30% en poids. On peut notamment utiliser des résines à base de PVC et/ou de mélanine formaldéhyde. Une plaque ainsi constituée (ou plusieurs) est (ou sont) engagées dans la chemise. Un grillage 20 est avantageusement prévu au fond de celle-ci pour éviter que les forces de pression qui s'exercent sur la plaque ne l'arrachent dela chemise. L'enceinte 15 débouche dans un récipient de décantation 21 et peut être d'une seule pièce avec lui. Le récipient montré à titre d'exemple sur la Fig. 1 est de forme cylindrique à axe vertical. Il est fermé par un dôme inférieur 22 et un dôme supérieur 23. Un grillage déflecteur 24 est généralement prévu pour aider à la séparation des phases. Le dôme 23 est placé suffisamment au-dessus du niveau de l'enceinte 15 pour que les phases huileuse H et aqueuse A puissent être séparées par un interface 38 situé à un niveau supérieur à celui de l'enceinte de circulation 15. Le dispositif comporte encore des moyens d'évacuation des phases. Sur la figure 1, les moyens d'évacuation de la phase huileuse comprennent des conduites 5 et 26 respectivement reliées au point haut des dômes 12 et 23, munies de vannes 27 et 28. Les moyens d'évacuation de la phase aqueuse comprennent une conduite 29 placée à proximité du fond du dôme 22 et munie d'une vanne 30. Enfin, le point bas du dôme est muni d'une vanne de purge 31 qui permet de temps à autre d'éliminer des produits lourds éventuellement présents dans le mélange de départ. Comme on l'a vu plus haut, il est très souhaitable qu'à aucun moment la phase légère qui s'est séparée du mélange par gravité ne vienne baigner la-face amont de la cartouche 14. Le système travaillant en charge, il suffit pour cela de commander la vanne 27 de façon à maintenir l'interface 13 à un niveau convenable. Dans le mode de réalisation représenté, ce résultat est atteint en utilisant deux sondes de détection de la phase légère. Il peut notamment s'agir de sondes résistives. Toutefois on peut également envisager l'emploi de sondes capacitives, de flotteurs ou de sondes optiques. Ces sondes sont reliées à un système de commande de la vanne 27. Celle-ci peut notamment être une électrovanne à fonctionnement par tout ou rien et le système de régulation est alors très simple.Lorsque la sonde 33 détecte à son niveau la présence de la phase huileuse, elle commande l'ouverture de l'électrovanne 27 qui se referme dès que la sonde 32 placée plus haut cesse de détecter la présence de cette même phase. La sonde 33 doit évidemment être placée à un niveau supérieur à celui de la tubulure 16. Un dispositif similaire comportant deux sondes 34 et 35 est placé dans le dôme 23. Les moyens d'alimentation en mélange peuvent être constitués par une pompe 36 qui fournit une pression telle que la vitesse de circulation dans le milieu coalesceur correspond avan tageusement R un écoulement intermédiaire entre un ecoulement laminaire et un écoulement pleinement turbulent. Dans la variante de réalisation représentée en figure 2, ob les organes correspondant à ceux de la figure 1 ont été désignés par le mdme numéro de référence affecté de l'indice a, la cuve de tranquillisation îOa est à axe horizontal. Pour éviter que la phase huileuse 12 ne baigne la face amont du milieu coalesceur,#ne chapelle 12a est raccordée à la partie supérieure de la cuve îOa et est munie de la conduite 25a d'évacuation de la phase huileuse. Il est prévu un dispositif, similaire à celui de la figure 1 et non représenté, pour régler le niveau de l'interface 13a. Enfin, le dispositif de la figure 3, sur laquelle les éléments correspondant à ceux déjà montrés en figure 1 portent le même numéro de référence affecté de l'indice b, est très simplifié et ne comporte pas de dispositif destiné à maintenir à un niveau approprié un interface éventuel dans la cuve de tranquillisation qui est d'ailleurs de très courte longueur. En contrepartie, il est prévu un système de recirculation. De façon plus précise, on voit que le dispositif de la figure 3 comporte une cartouche 14b de milieu coalesceur. Si l'on suppose que la coalescence n'a été que partielle, une fraction de la phase aqueuse se collecte en partie basse et est évacuée par la conduite 29b, une fraction de la phase huileuse se rassemble en 23b et est évacuée par la conduite 26b, enfin, une fraction encore émulsionnée est reprise par une tubulure supplémentaire 37 et recyclée vers la cuve lOb de tranquillisation en même temps qu'un apport supplémentaire de mélange. On donnera maintenant, à titre d'exemple, quelques données s'ir sur des dispositifs qui ont été effectivement réalisés et ont donné des résultats satisfaisants. Exemple 1 Un dispositif du genre illustré en figure 1 a été utilisé pour traiter un mélange constitué d'eau de ville et de 1% d'huile combustible connue sous le nom de fuel domestique. La cartouche de coalescence avait une épaisseur de 445 mm. Elle était constituée en fibre polyester et avait un grammage de 7,5 kq/m2. Le déflecteur oblique 24 placé à 450 dans le récipient de décantation était en toile d'acier inoxydable avec une maille de 210 microns. Avec un débit de 3 m3/heure, on a obtenu à la sortie de l'eau contenant moins de 20 ppm de fuel. Exemple 2 Un dispositif du genre montré en figure 2 a été utilisé pour traiter le même débit d'eau présentant la même teneur d'huile. La cartouche était constituée du même matériau que précédemment, les fibres étant toutefois liées à l'aide d'une résine melanine-formol puis de PVC et le grammage n'étant que 2 de 4,8 kg/m2. La concentration à la sortie est restée inférieure à 5 ppm. En supprimant le déflecteur 24a, constitué par de la toile d'acier inoxydable à maille de 280 microns en fil de 180 microns, les résultats ont été légèrement inférieurs mais la teneur en huile de l'eau de sortie est restée inférieure à 6,5 ppm. Exemple 3 Un dispositif du genre montré en figure 3 a été utilisé pour traiter de l'eau contenant cette fois 36 d'huile. La car- touche avait 12 cm d'épaisseur et son grammage était de 1,48 2 kg/m2. Le débit traversant la cartouche était de 300 I/heure et le soutirage d'eau purifiée par la conduite 29b de 30 1/heure. Cette eau purifiée ne contenait plus que 1,6 ppm d'huile. On voit que l'invention est susceptible de très nombreuses applications, telles que la purification des eaux de rejet industrielles, des eaux de cale d'un navire, des eaux de ballastage d'un pétrolier et des eaux de ruissellement d'une station service; on peut également l'appliquer å la récupération des hydrocarbures sur les champs d'extraction de pétrole et des hydrocarbures de valeur avant élimination des eaux résiduaires. On peut également l'utiliser pour récupérer les huiles de coupe et purifier les eaux de refroidissement. I1 ne s'agit là d'ailleurs que de quelques exemples, l'invention étant susceptible d'être utilisée dans une très large gamme de concentrations, pour des vitesses d'écoulement qui peuvent dépasser 63 m/heure. La cartouche, du fait de son mode de fabrication, peut être réalisée sous une longueur très variable, allant typiquement de 50 à 800 mm d'épaisseur. Le grammage lui-même sera fréquemment compris entre 0,1 2 2 et 10 kg/m2, typiquement 0,6 et 8,75 kg/m2. il va sans dire que l'invention ne se limite pas aux modes particuliers de réalisation qui ont été représentés et décrits à titre d'exemples et que la portée du présent brevet s'étend à toute modification restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Dispositif de séparation d'une phase aqueuse et d'une phase huileuse dispersées l'une dans l'autre, utilisant le phenmène de coalescence, comprenant une enceinte de circulation du mélange suivant une direction déterminée et un récipient de décantation situé à l'aval de l'enceinte, caractérisé en ce qu'il comporte, dans ladite enceinte de circulation, une masse de milieu coalesceur constitué par des nappes de fibres oléophiles orientées perpendiculairement au sens d'écoulement. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte de circulation du mélange est disposée horizontalement et en ce qu'elle est reliée à l'amont à un récipient de tranquillisation par lequel est admis le mélange, des moyens étant prévus pour interdire à la phase légère de venir mouiller la face amont ou aval de la masse de milieu coalesceur. 3. Dispositif de séparation d'une phase aqueuse et d'une phase huileuse dispersées l'une dans l'autre, utilisant le phénomène de coalescence, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte de circulation du mélange disposée horizontalement et reliée à l'aval à un récipient de décantation et, à l'amont, à un récipient de tranquillisation par lequel est admis le mélange, des moyens étant prévus pour interdire à la phase légère, qui se sépare du mélange ou de la phase lourde, de venir mouiller la face amont ou aval de la masse de milieu coalesceur. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les fibres ont quelques centimètres de long. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la masse se présente sous forme d'une plaque ou de plusieurs 2 plaauesjuxtaposéesfournissant unqrammagecompris entre 41et 10 kghn 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que-la masse est constituée par des fibres de matière synthétique telle que le polyester, liées par une résine. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la masse se présente sous forme d'une série de lits de non-tissé solidarisés à l'aide d'une résine. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif est muni de moyens de circulation de fluide donnant une vitesse de passage à travers le fluide coalesceur telle que l'écoulement soit intermédiaire entre laminaire et pleinement turbulent dans les pores du milieu coalesceur. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendicatiens précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comprend un- récipient de tranquillisation et des moyens pour maintenir le niveau d'un interface éventuel dans ce récipient à un niveau supérieur à celui de la face amont de la masse de milieu coalesceur.