Brevet FR2424751A1 — publié le 19791130

La présente invention concerne un dispositif destiné à séparer en continu deux liquides non miscibles dont l'un présente par rapport à l'antre une densité moins levée et pouvant fonctionner avec une inclinaison allant jusqu'à 450 On connait depuis quelques années, et notamment depuis la mise en service de pétroliers géants, les problèmes graves que pose la pollution des mers ou des océans par les hvdrocarbures,en cas de naufrage de tels pétroliers.Or le plus important de ces problèmes,qui est évidemment celui de l'élimination des hydrocarbures de la surface de l'eau,n'a pas encore reçu de solution très satisfaisante On a déjà proposé de setarer,par des phénomènes dynamiques les hydrocarbures de l'eau. Toutefois les procédés et dispositifs connus ne permettent qu'une séparation imparfaite et/ou necessitent des dispositifs extrêmement coûteux et auquels,par conséquent,on ne pourra avoir que difficilement recours. ta présente invention a precisement pour but d'éliminer ces inconvénients en proposant un dispositif présentant une structure simple,mais permettant néanmoins une séparation totale de deux liquides non miscibles de densités différentes formant un mélange hétérogène. te dispositif de l'invention est @ssentiellement caractérisé en ce qu'il comprend un premier et un second réservoirs présentant chacun une partie inferieure et une partie supérieure,un passage de liquide reliant les parties intorieures de ces réservoirs qui forment ainsi vases communicants,en ce que les oremier et second réservoir pressentent respectivement dans leur partie supérieure un premier et un second trop-pleins respectivement séparés dudit passage de liquide par une praire et une seconde distances constituant pour les liquides contenus dans les premier et second rése- voirs,respectivement une première et une seconde hauteurs maximales constantes de liquide, mesurées à partir du passage de Iiquide,les premiers et second trop-pleins ne communi- quant -cas l'un avec l'autre, en ce que la seconde dis tance est supérieure à la première distance mais inférieure t:. produit de cette première distance par le rapport de la densité du premier liquide à celle du second,et en ce qu'une conduite débouchant dans le second rés-ervoir au dessous du second trop-plein permet d'introduire dans ce second réservoir un mélange hétérogène des deux liquides à séparer.De préférence le second trop-plein est constitué par une ouverture d'entree d'une conduite d'évacuation prenant naissance dans le second réservoir et circulant vers le bas, et le premier trop-plein, le premier réservoir et le second réservoir sont disposés de manière concen trique. Par ailleurs,iI est avantageux que le premier trop plein cotrprenne des organes dlobturation réglables perme ttant de contrer le débit de liquide sortant du premier réservoir.Un mode particulier de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre indicatif et nullement limi tatif,en référence au dessin annexê,sur lequel : Ta a figure r est un schéma illustrant le principe de l'invention. Ta figura 2 est une vue en coupe verticale schéma- tique d1un dispositif conforme à l'invention. T a figure 3 est ':e vue en coupe suivant la ligne III-III de la lure 2. T,a figure A est une vue en coupe verticale shématique d'un dispositif conforme à l'invention. dans un premier mod@ de fonctionnement. La figure 5 est une vue en coupe verticale schematique '.n dispositif conforme a l'invention dans un second rode de fonctionnement Ta figure 6 est une vue de dessus partielle du sys tème d'obturation du trop-plein du premier réservoir. a figure T est une vue en coupe verticale schéma tique partielle du dispositif de l'invention fonctionnant en position inclinée. Ta présente invention concerne un dispositif destine a séparer deux liquides 1,2 non miscibles dont le second présente,par rapport au premier,une densité moindre et qui entre dans la composition d'un mélange hété rogène 3.0e dispositif est ainsi notamment adapté à la sé parution des hydrocarbure de l'eau de mer dans un mélange hétérogène eau-hydrocarbure avec lequel on l'alimente. Ce dispositif comporte essentiellement deux reservoirs 4 et 5 communicant dans leur partie inf6rieure 4a,5a par un ou plusieurs passages 6 de liquide Pour plus de simplicité, on parlera dorénavant "du passage", étant bien entendu que lton fera toujours ainsi référence au ou aux passages qui sont situés au niveau le plus élevé dans une direction verticale.tes réservoirs 4 et 5 du dispositif formentdonc vases communicants,au même titre que les deux branches du tube en U représenté sur la figure I. Si ce tube en U contient,dans sa branche gauche et une partie de sa branche droite,un liquide donné tel que l'eau I,et dans sa branche droite un liquide moins dense que Ireau,par exemple du fuel 2, la hauteur hi de la co lonne du liquide (eau) contenu dans la branche gauche mesurée à partir du passage 6 (c test à dire,sur le dessin la distance hI entre l'horizontale passant par le point P d'une part et celle passant par le niveau supérieur du liquide de gauche dtautre part),Ia hauteur h2 de la colonne du liquide contenu dans la branche de droite- (mélange hété rogène d'eau et de fuel ou fuel seul), mesurée de la même façon à partir du passage 6,et les densités di et d2 res pectives de l'eau et du fuel sont, conformément aux lois physiques classiques, liées par les inégalités J, t égalité hi = h2 ne peut, en raison de l'inégalité stricte dId2, Btre vérifiée que lorsque le tube ne contient que de l'eau,ou de façon plus générale,que du liquide de densité dI, par ailleurs l'égalité h2=h1 (d1/d2) n'est vérifiée que lorsque le fuel ou plus généralement le liquide de densité d2,remplit toute la partie supe, rieure de la branche droite du U,jusqu'à atteindre le point v.De façon générale, ces relations mettent en évidence le fait que, lorsqu'il y a éffectivement deux liquides à séparer on est sur que h2 est supérieur à hi et au plus égal à h1 d1/d2. Les principe, utilisant ce résultat est de maintenir hi constant dans le réservoir 4, analogue à la branche gauche du tube en 5,d'alimenter en mélange hétérogène le réservoir 5,analogue à la branche droite du tube en U,et de récupérer le liquide le moins dense 2 dans ce réservoir, à une hauteur h supérieure à h1 et inférieure à h1 (d1/d2).A cette fin, les réservoirs 4 et 5 comportent chacun dans leur partie supérieure 4b,5b un trop-plein respectivement 7 et 8,séparés du passage 6 par des distances correspondant respectivement aux hauteurs hi et h liées par les relations précédemment définies. D'autre part,uns conduite 9,débouchant dans le réservoir 5 au dessous du niveau de trop-plein 8 de ce réservoir,permet d'introduire dans le réservoir 5 le mélange hétérogène 3 des deux liquides à séparer.Une plaque 10 en portion dréllipse,sst fixe sur la paroi interne du réservoir 5,au dessous de la conduite 9,pour favoriser le mouvement vers le haut du liquide le moins dense 2. On a,jusqu'à présent raisonné comme si les branches du tube en U,ou les réservoirs 4 et 5 restaient toujours verticaux; or il est clair qu'un dispositif pour séparer le pétrole ou le fuel de l'eau de mer sera adé quatement aménagé sur un bateau,c'est à dire soumis aux mouvement de roulis et de tangage de ce dernier il est donc necéssaire de tenir compte de ces mouvements;à cette fin on psut,comme le montrent les figures 2 àt 5 et 7, construire le dispositif séparateur de manière que l'en- semble constitué par le premier trop-plein 7,le second trop-plein 8,et les deux réservoirs 4 et 5 présente, autour dtun axe vertical, une symétrie d'ordre au moins égal rois,et de préférence infinie.Ceci est réalisé en donnant aux réservoirs 4 et 5 une forme cylindrique et une disposition concentrique, le réservoir cylindrique externe constituant le réservoir 4 destiné à contenir le liquide le plus dense I et le réservoir cylindrique in terne constituant le réservoir 5 destiné recevoir le mélange hétérogène 3 des liquides et reposant à l'inté rieur du réservoir 4 au moyen de pieds II permettant @ circulation de liquide.Ces réservoirs communiquent par exemple par une ouverture 6 pratiquée dans le fond 12 du réservoir .par ailleurs le premier trop-plein 7 ost simplement fermé par l'interruption circulaire de la paroi cylindriaus verticale du réservoir 4 et le second trop-plein 8 est constitué par une ouverture d'entrée @ d'une conduite d'évacuation 13 prenant naissance dans le reservoir 5, et circulant vers le bas ,en traversant de façon étanche, les deux réservoirs 4 et 9. e réservoir A. est de préférence fermé à son extrémité supérieure et l'ensemble des des réservoirs peut être contenu dans un caisson; 14, parallépipédique ou cylin drique,prèsentant une conduite 9 d'introduction du mé lange hétérogène 3,une conduite de sortie 15 du liquide le plus dense,avec un siphon 6, et une conduite dtéva- cuation 13 du liquide le moins dense.Tel que décrit ;jusqu'à présent,le dispositif permet,les deux réservoirs t et 9 étant initialement remplis du liquide le plus dense,de séparer en continu deux liquides d'un mélange hétérogène dont la composition est sensiblement constante Toutefois il est évident qu'il est préférable, notamment lorsqu'on désire séparer deux liquides ornant un mé lange de composition trous variable dans le temts,de prévoir des moyens permettant de poursuivre la sépara tion cantinv.e des liquides ans e bonnes conditions. A cette fin,il est très avantageux de prévoir que le débit maximum possible du trop-plein 7, constituant l'unique sortie du premier réservoir 4,soit réglable. Les figures 4 et 5 représentent deux situations extrêmes dans lesquelles le mélange hétérogène se réduit en fait à un seul constituantsà savoir le liquide de plus basse denslté dans le premier cas, et de densité la plus élevée dans l'autre. ans le premier cas (figure 4), tout ce qui arrive par la conduite o doit ressortir par la conduite d'évacua- tion 13. Il s'agit en éffet d'éviter que le liquide de moindre densité n'atteigne le réservoir 4. Ceci est réalisé simplement en fermant totalement le trop-plein du réservoir 4. Dans le second cas (figure 5), tout ce qui arrive par la conduite 9 doit ressortir par le trop-plein 7. Il s'agit dans ce cas d'éviter une surpression qui serait ponter le niveau du liquide le plus dense dans le réservoir 5, et, en conséquence, que ce licuide n'atteigne la conduite 13 par le trop-plein 8, ceci est réalisé simplement en ouvrant totalement le trop-plein 7 du réservoir 4. moutes les situations intermédiaires étant possibles,l'organe d'obturation réglable IT, suscep- tible de régler le débit du trop-pleln 7 du réservoir 4 est par exemple formé par deux Joints annulaires susperposés 17a, 17b, percés d'ouvertures 18a, 18b. Le joint inférieur i7a,est solidaire dés réservoirs 4 et 5 et recouvre tout l'intervalle annulaire entre ces deux réservoirs supposés cylin driques. Te joint supérieur I7b est maintenu par tout moyen approprié Is,sur le joint inférieur 17a, tout en pouvant être glissé par un mouvement de rotation sur ce dernier,de manière à faire coincider plus ou moins totalement ou pas du tout les ouvertures 18a et 18b respectives de ces joints et règler ainsi le débit du trop-plein 7. Le déplacement du joint T7b peut outre pré par l'intermédiaire d'une manette 2c , de pignons et une manivelle,de dents,d'une vis sans fin en traînée par moteur électrique,vapeur ou air. Il reste bien entendu que les mode de réa lisation décrit ci-dessus a été donne à titre d'exem- ple et que des modifications accéssibles à l'homme de l'art peuvent y ttre apportées sans sortir du cadre de l'invention Afin de pouvoir utiliser le (les) séparateur à bord d'un navire pétrolier ancian,des modifications peuvent titre apportées par l'adjonction d'un canaliseur (c) figures 8 et g,monté sur des cylindres cloisonnés servant de flotteurs (f);;suivant la densité de l'eau de mer et l'épaisseur de la nappe de mazout,la semi-submersion sera règle par l'injection à l'aide de tuyauterie flexible (t) d'eau ou d'air comprimé - Des manches à soufflet extensible (m) relieront le canaliseur aux orifices pratiqués dans la coque - des brimbales (b) montées sur rotule à leurs extrémités (r) serviront au maintien et à la propulsion très lente du canaliseur, Cet ensemble : canaliser flottant,manches "élastiques",brimballes sur rotules,perméttra la récupération des hydrocarbures méme par forte houle. pour la récupération de produit lllourd1t,afin de faciliter l'écoulement et le pompage,des serpentins de vapeur surchauffée seront montés Dans la tuyauterie d'entrée du mélange, autour et à la partie supérieure du conduit central d'écoulement de mazout,dans le bac d'aspiration de la pompe à fuel (pf) qui refoulera dans les citenes du navire.- Sa pompe à eau (pe) rejettera l'eau à la mer. De chacun des cotés du canalis-eur,seront fixés des barrages a flotteurs (figure io),quî canaliseront le mazout vers le navire dépollueur. REVENDICATIONS I. Dispositif destiné à séparer en continu deux liquides, non miscibles dont le second présente,par rapport au premier une densité moins élevée, caractérisé en ce qu'il comprend un premier et un second réservoir,préentant chacun une partie inférieure et une partie supérieure ; un passage de liquide reliant les parties inférieures de c réservoirs qui formt ainsi ases communicants, en ce que les premier et second réservoirs présentent respectivement dans leur partie supé- rieure un premier et un second trop-pleins, respectivement séparés dudit passage de liquide par une première et une seconde distance hI,h constituant,pour les liquides co@@ tenus dans les premier et second réservoir,respectivement une première et une seconde hauteur hi,h maximales- constantes de liquide,mesurées à partir du passage de liquide, les premier et second trop-pleins ne communiquant pas l'un avec l' utre, en ce que la- seconde distance h est supérieure à la première distance hI mais inférieure au produit hItdI/d2) de cette première distance par le rapport de la densité dI du premier liquide à celle d2 du second, et en ce qu'une conduite débouchant dans le second réservoir au dessous du second trop-plein permet d'introduire dans ce second réservoir un mélange hété- rogène des deux liquides à séparer, 2.Dispositif suivant la revendication I, caractérisé en ce que le second trop-plein est constitué par une ouverture d'entrée d'une conduite d'évacuation prenant naissance dans le second réservoir et circulant vers le basset en ce que le premier trop-pîein,l'ouverture format le second trop-plein le premier réservoir et le second réservoir sont disposés de manière concentrique. 3. Dispositif suivant la revendication I ou 2, caractérisé en ce que le premier trop-plein comprend des organes dtobtu- ration réglables permettant de contrtler le débit de liquide sortant du premier réservoir, 4. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les premier et second réservoirs sont cylindriques 5. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits organes d'obturation sont constitués par deux joints annulaires percés d'ouvertures que l'on peut mettre en cöïncidence à volonté 6. Dispositif suivant la revendication 7,caractérisé en ce que les formes cylindriques et la disposition concentrique du conduit central d'écoulement des hydrocarbures,des deux réservoirs maintenant un niveau constant permettent la séparation en continu des hydrocarbures de l'eau malgré de fortes inclinaisons.