Brevet FR2403813A1 — publié le 19790420

La présente invention concerne un procédé et une installation de séparation des particules solides contenues dans des produits organiques liquides ou pâteux à viscosité variable. Selon un exemple d'application très avantageux, bien que nullement limitatif, le procédé et l'installation selon l'invention sont destinés au traitement des boues résiduaires des produits organiques telles les boues hydrocarburées, afin de les débarrasser des particules solides qui les encombrent et empêchent ou gênent leur retraitement, de manière à obtenir un mélange liquide homo- gène des produits constituants clarifiés. Actuellement, les méthodes et moyens connus utilisés dans ce but sont généralement à caractère Mécanique ou dynamique et visent à exclure les-matériaux solides de la phase liquide ou pâteuse, par pression Mécanique ou par centrifugation. Ces Méthodes et moyens présentent un intéret limité, en raison no tamient - de la dépense énergétique importante nécessaire à leur mise en oeuvre - du fait qu'ils ne permettent pas l'extraction des particules solides de faible granulométrie. Un objet de l'invention réside donc dans la conception d'une méthode et d'une installation de traitement de produits organiques liquides ou piteux divers à viscosité variable tels que les boues hydrocarburées, par un procédé statique, nécessitant une faible dépense énergétique, sans intervention d'un moyen quelconque de pression mécanique, et permettant une séparation des constituants solides de très faible granulométrie. Le procédé selon l'invention est remarquable en ce qu'on augmente la fluidité des produits organiques liquides ou pâteux à traiter par injection d'une phase fluidifiante portée à une température supérieure à celle desdits produits, et en ce qu'on filtre le mélange fluidifié à travers un élément filtrant, sous une pression fournie par ladite phase fluidifiante. Selon une autre disposition caractéristique, les produits à traiter sont introduits en couche mince sur un élément filtrant mo- bile et la phase fluidifiante est injectée sous forme de jets mul- tiples dirigés contre ladite couche. Selon une autre caractéristique, les produits à traiter sont réchauffés avant injection de la phase fluidifiante. Selon une autre caractéristique, la phase fluidifiante utilisée est de la vapeur sèche, L'installation selon l'invention est remarquable en ce qu'elle comprend une chambre de fluidification de faible hauteur dans laquelle sont mis en circulation les produits à traiter et délimi- tée, d'une part, par un élément de filtrage et, d'autre part, par un diffuseur permettant d'injecter un fluide sous forme de jets multiples dirigés contre ledit élément de filtrage. Selon une autre caractéristique, l'élément de filtrage est constitué par un tamis souple réalisé sous forme d'un tapis sans fin s 'enroulant sur au Moins deux rouleaux montés aux extrémités du bac dans lequel est installé ledit élément de filtrage. Ces buts et caractéristiques et d'autres encore, ressortiront lieux de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue schématique illustrant les principaux organes d'une unité de séparation selon l'invention. La figure 2 représente, également par une vue schématique, l'ensemble d'une installation comprenant deux unités de séparation et convenant, par exemple, au traitement des boues résiduaires telles que les boues hydrocarburées. La figure 3 est une coupe selon la ligne 3 - 3 de la figure 1. On se reporte auxdits dessins pour décrire un exemple avantageux, bien que nullement limitatif, de mise en oeuvre du procédé et de réalisation de l'installation de séparation selon l'invention. Cette dernière comporte au moins une unité de séparation cospre- nant un bac 1 dans lequel est monté un élément de filtrage 2 audessus duquel sont installés des moyens permettant de projeter des jets de fluide en direction dudit élément. Ces moyens sont, par exemple, constitués par une chambre 3 de faible hauteur aménagée à la partie supérieure du bac 1 et dont le fond est constitué par une plaque perforée 4 servant de diffuseur. A l'une de ses extrémités, la chambre 3 comporte un orifice d'entrée 5 connecté à une arrivée C de fluide chaud, tandis qu'à son extrémité opposée, ladite chambre est pourvue d'un orifice de sortie 6 communiquant avec une canalisation de retour CI. La forme et la nature de l'élément de filtrage 2, ainsi que les dimensions de ses ripailles ou pores, sont fonction des caractéristiques physiques des produits à traiter. Cet élément de filtrage est avantageusement constitué par un tamis souple (toile ou autre) réalisé sous forme d'un tapis sans fin dont la surface extérieure est, de préférence, munie de barrettes transversales d'entratnement, et s'enroulant, par exemple, sur au moins deux rouleaux 7 - 7' montés dans le bac 1, aux extrémités de ce dernier. L'un de'ces rouleaux est monté à rotation libre sur son axe, tandis que le second est assujetti à des moyens d'entratnement classiques (non représentés) et dont la rotation assure la circulation du tapis sans fin 2. L'un au moins des rouleaux 7 - 7' et, par exemple, le rouleau monté à rotation libre, est avantageusement installé, de toute ma- nière connue, avec une aptitude de mobilité dans le plan longitudinal de l'installation, de façon à réaliser automatiquement une tension constante des deux brins du tapis sans fin constituant le tamis 2. Le brin supérieur 2' du tamis et la plaque perforée 4 du diffu- seur délimitent une chambre de fluidification 8 de faible hauteur comportant, i l'une de ses extrémités, un orifice d'entrée 9 con necté à un conduit d'alimentation 10 et, & son extrémité opposée, un orifice de sortie 11 communiquant avec une goulotte ou conduit d'évacuation 12. L'orifice d'entrée 9 a une Invention transversale légèrement inférieure à celle du tamis, tandis que l'orifice de sortie 11, comme le montre la figure 3, a une dimension transversale au moins égale à celle dudit tamis. Ces orifices constituent, respectivement, les larges embouchures des conduits d'alitentation 10 et d'évacuation 12 lesquels ont, par exemple, une forme d'entonnoir. Les orifices d'entrée 9 et de sortie 11 débouchent au-dessus du brin supérieur 2' du tamis 2 en des points situés à distance des extrémités de ce dernier, tandis que les portions extrêmes dudit brin supérieur et, notamment, la portion extrtse disposée en aval, circulent au contact ou à proximité immédiate de la paroi inférieure 10' - 12' des larges conduits d'alimentation 10 et d'éva- cuation 12, respectivement. Un dispositif de nettoyage est installé à l'intérieur du bac 1, à proximité de l'extrémité aval du tamis. Ce dispositif désigné par la référence 13 a pour fonction de débarrasser le brin inférieur 2" du tamis, des particules solides adhérentes qui n1 ont pas emprunté l'orifice d'évacuation 12. il peut entre constitué par un diffuseur logé entre les deux brins du tamis et projetant des jets d'un fluide adéquat contre la surface interne dudit brin inférieur 2", par une brosse frottant contre la surface externe dudit brin, ou par tout autre moyen approprié. Les particules solides détachées tombent dans une enceinte 14 séparée du fond du bac 1 dans lequel s'écoule le filtrat et ménagée au-dessous du dispositif de nettoyage, à l'intérieur dudit bac ladite enceinte étant dotée d'une ouverture d'évacuation (non représentée). Selon l'invention, les boues, amalgames ou mélanges de produits organiques à traiter, sont introduits, par l'orifice d'entrée 9, dans la chambre de fluidification 8 et sont, de la sorte, disposés sur le brin supérieur 2' en mouvement du tamis 2, en couches minces dont ltépaisseur varie en fonction de la nature du produit, par exemple en couches de 5 cm pour des boues hydrocarburées contenant 20 % de produits bitumineux. Simultanément, une phase fluidifiante chaude, c'est-à-dire portée à une température supérieure à celle des produits à traiter, est introduite dans le diffuseur 3 - 4, sous une pression réglable à l'aide de tout moyen connu, en fonction de la nature de la phase fluidifiante et du diamètre des trous d'injection dudit diffuseur. La nature et la température de cette phase fluidifiante varient suivant la nature des produits à traiter, la température étant une fonction directe des produits organiques à séparer, en relation avec leur courbe analytique de viscosité cinématique. La température de-fluidification intervient dans des limites physiques compatibles avec la circulation, après modification ou changement;d'état de la masse hétérogène traitée, sans atteindre les limites qui pourraient entre caractérisées par ltibulitiont la sublimation, Pour le traitement des boues hydrocarburées, on utilise avanta geusement la vapeur sèche produite par an générateur de vapeur 15 et portée à une température de l'ordre de 1500. Les jets de fluide produits par le diffuseur 3 - 4 provoquent sur l'ensemble de l'épaisseur de la couche disposée sur le brin supé rieur du tamis, une réaction de tourbillon sur les éléments solides contenus dans ladite couche. Le fluide chaud injecté sous pression dans la chambre de fluidi- fication 8 a une double action - il provoque une diminution de la viscosité des éléments organiques des boues ou autres produits traités - il constitue un moyen de pression facilitant l'écoulement du filtrat à travers le tamis chargé de retenir les fractions solides. Le brin supérieur 2' du tapis sans fin circulant en direction de l'orifice de sortie 11, les particules solides S retenues par le tamis sont évacuées par ledit orifice et le conduit ou goulotte d'évacuation 12 ; elles sont rejetées extérieurement, par exemple sur un tapis transporteur d'évacuation 16 qui les conduit à une décharge. La sortie du conduit d'évacuation 12 est fermée par une trappe d'évacuation convenablement tarée, de manière que la phase fluidifiante ne puisse emprunter une voie préférentielle vers l'extérieur, en provoquant une baisse ou une annulation de la pression dans îa chambre de fluidification. Les parties liquéfiées et clarifiées ayant traversé le tamis tombent dans le fond du bac lequel est pourvu d'un orifice dlévacua- tion ou d'écoulement 17. Cet orifice peut communiquer, selon la nature du filtrat et/ou le degré de clarification souhaité, soit avec une cuve de stockage, soit avec un bac décanteur 18, soit encore avec le conduit d'alimentation 10 d'une seconde unité de séparation désignée dans son ensemble par la référence U2 à la figure 2 et, par exemple, constituée de manière analogue à l'uni- té de séparation décrite ci-dessus, c'est-à-Zire comportant une chambre de fluidification 8 délimitée, d'une part, par un diffuseur de fluide chaud 3 - 4 et, d'autre part, par un élément filtrant 2 doté de mailles ou pores de dimensions plus réduites que celles de l'élément filtrant de la première unité de séparation Ul. En considérant, selon une application intéressante, une installation destinée au traitement des boues de haute viscosité (produits bitumineux) ne devant plus contenir de particules solides de diamètre supérieur à 300 microns, la première unité de séparation U1 est, par exemple, dotée d'un tamis de 2 millimètres, tan dis que la seconde unité de séparation U2 est avantageusement pourvue d'un tamis de 300 microns. On comprend qu'une installation de traitement pourrait comprendre plus de deux unités de séparation montées en série, chaque unité successive étant pourvue d'un élément filtrant doté de mailles ou pores de dimensions plus réduites que celles de la précédente, de manière à retenir des fractions solides de plus en plus fines, jusqu'à l'obtention de la clarification souhaitée, Les unités de séparation U1 - U2,..., sont, par exemple, disposées en batterie les unes au-dessus des autres, de manière que le filtrat s'écoulant de orifice d'évacuation 17 d'une unité de séparation superposée (U1) s'écoule, par gravité, jusqu'au conduit d'alimentation 10 de l'unité de séparation sous-jacente (U2). Les rouleaux des tamis de l'ensemble des unités de séparation peu- vent titre entraînés au moyen de courroies 23 à partir du rouleau d'entratnement de l'une des unités de séparation, lui-Z & e entrat- né par un moteur électrique ou autre. Dans certaines applications et, notamment, dans le cas de la clarification des boues hydrocarburées, il est intéressant de réchauffer les produits traiter préalablement à leur introduction dans l'unité de séparation, de manière à obtenir une première diminution de leur viscosité. Ce réchauffage s'effectue à l'aide de tous moyens appropriés et, par exemple, de manière intéressante, dans une cave chauffante 19 dans laquelle est installé un serpentin 20 ou autre élément chauffant dont l'entrée est branchée sur la canalisation C2 reliant le générateur de vapeur 15 à l'entrée du diffuseur 3 - 4 de la ou des unités de séparation, et dont la sortie est raccordée à la canalisation de retour CP. Les produits à traiter, réchauffés ou non selon leur nature, sont amenés jusqu'au conduit d'alimentation 10 de l'unité de séparation ou de la première unité de séparation dans le cas d'une installation en comportant plusieurs montées en série, au moyen de tout dispositif approprié et, par exemple, au moyen d'une vis sans fin désignée par la référece 21 à la figure 2. Dans d'autres applications spécifiques, il est souhaitable d'accélérer le processus de séparation des produits organiques clarifiés et de la phase fluididiante par exemple dans le bac de dé- cantation 18 où se déverse le filtrat provenant de l'unité de sé paration ou de la dernière unité de séparation de l'installation. Cette séparation peut être accérée ou réalisée à l'aide de divers procédés et matériels connus de décantation, centrifugation ou au treks. Dans le cas de décantation, la canalisation de retour de la vapeur ou autre phase fluidifiante chaude communiquant avec ltori- fice de sortie 6 du diffuseur 3 - 4 de l'unité de séparation ou de l'une des unités de séparation, alimente, selon une disposi 22 tion intéressante et caractéristique, un serpenti eou autre élé- ment chauffant logé dans le bac décanteur 18. Ainsi, Si l'on considère le traitement des boues résiduaires des produits organiques telles que les boues hydrocarburées, à l'aide de vapeur sèche, l'eau résultant de la condensation de cette vapeur se dépose dans le fond du bac décanteur, tandis que les produits organiques tels qu'hydrocarbures liquides stationnent audessus de la surface de l'eau. L'intért et les avantages du procédé et de l'installation selon l'invention ressortent bien de l'exposé qui précède et des dessins annexés. On souligne néanmoins : - la faible consommation d'énergie nécessaire à la mise en oeuvre du procédé et au fonctionnement de 1 'installation de séparation ; les seules parties mécaniques servant à l'entrainerent des toiles de filtrage, quelle que soit la viscosité d'origine des boues - le faible coût de la construction de cette installation - la possbilité de rétention de particules solides de très faible granulométrie allant jusqu'à îob microns - la vaste étendue du champ d'application de l'invention. Entrent également dans le cadre de l'invention, les modifications ou substitution susceptibles d'être apportées par l'homme de l' art, au procédé et à l'installation décrits ci-dessus et qui, sans en altérer les dispositions originales, n'en seraient que de simples équivalents techniques, physiques ou chimiques. REVENDICAPIONS 1. - Procédé de séparation des particules solides contenues dans des produits organiques liquides ou pâteux à viscosité variable tels que, par exemple, les boues hydrocarburées, caractérisé en ce qu'on augmente la fluidité des produits organiques liquides ou pâteux traités par injection d'une phase fluidifiante portée à une température supérieure à celle desdits produits et en ce qu'on filtre le mélange fluidifié, à travers un élément filtrant, sous une pression fournie par ladite phase fluidifiante 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les produits à traiter sont introduits en couches Minces sur un él6- ments filtrant mobile et en ce que la phase fluidifiante est in jectée sous forme de jets multiples dirigés contre lesdites couches. 3. - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les produits à traiter sont réchauffés avant injection de la phase fluidifiante. 4. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé-en ce que la phase fluidifiante est constituée par de la vapeur sèche. 5. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,dans lequel le filtrat obtenu est recueilli dans une cuve de décanta- tion, caractérisé en ce que ledit filtrat est réchauffé, au moyen de la phase fluidifiante, pour accélérer le processus de séparation des produits organiques clarifiés et de ladite phase fluidifiante. 6. - Installation de séparation des particules solides contenues dans des produits organiques liquides ou pateux à viscosité variable tels que, par exemple, les boues hydrocarburées, comprenant au moins une unité de séparation, caractérisée en ce que cette unité de séparation comporte une chambre de fluidification de faible hauteur dans laquelle sont mis en circulation les produits à traiter et délimitée, d'une part, par un élément de filtrage et, d'autre part, par un diffuseur permettant dtinåecter un fluide sous forme de jets multiples dirigés contre ledit élément de filtrage. 7. - Installation selon lazevendication 6, caractérisée en ce que l'élément de filtrage est constitué par un tamis souple réalisé sous forme de tapis sans fin s'enroulant, par exemple, sur deux rouleaux dont au moins un rouleau moteur. 8. - Installation selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que l'orifice d'entrée des produits à traiter et l'orifice de sortie des particules solides retenues débouchent à dis tance des extrémités du brin supérieur du tamis et au-dessus de ce dernier dont les portions extremes circulent au contact ou à proximité immédiate de la paroi inférieure des conduits d'alimentation et d'évacuation communiquant avec lesdits orifices d'en trée et de sortie, respectivement, l'orifice de sortie ayant, de préférence, une dimension transversale au moins égale à celle dudit tamis. 9. - Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de nettoyage du brin inférieur du tamis, ce dispositif étant installé à proximité de l'extrémité aval du tamis, tandis qu'une chambre de réception des particules solides détachées dudit brin inférieur séparée du fond du bac dans lequel s1 écoule le filtrat, est ménagée audessous dudit dispositif de nettoyage. 10. - Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, ;caractérisée en ce qu'elle comporte un générateur de vapeur relié à l'entrée du diffuseur de l'unité de séparation ou de chacune des unités de séparation de ladite installation. 11. - Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comprend une cave de réchauffage des produits à traiter, le moyen de chauffage de ladite cuve étant, de préférence, cons titube par un serpentin ou autre élément chauffant logé dans cette dernière et alimenté par le générateur de vapeur. 12. - Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que le conduit d'évacuation des particules solides retenues de l'unité de séparation ou de chaque unité de séparation est fermé par une trappe convenablement tarée. 13, - Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, dans laquelle le filtrat provenant de l'unité de séparation ou de la dernière unité de séparation de ladite installation, s'écoule dans un bac décanteur, caractérisée en ce que ce bac est chauffé au moyen d'un serpentin ou autre élément chauffant alimenté par le fluide chaud provenant de l'orifice de sortie du diffuseur de ladite unité de séparation ou de l'une des unités de séparation.