Brevet FR2541130A1 — publié le 19840824

L'invention a pour objet un procédé et un dispo- sitif de mise en oeuvre de ce procédé, pour briser les émulsions stabilisées,notamment les émulsions huile-eau. Les procédés classiques de déshuilage des eaux se révèlent inefficaces lorsqu'ils sont appliqués à certains types d'émulsions que l'on dit stabilisées, notamment pour l'huile dans l'eau. Une telle émulsion est constituée par une suspen- sion o la matière colloïdale est liquide Le diamètre des particules huileuses est inférieur à 100 p et souvent même à 60 p. Une émulsion stable comporte de fines gouttelettes d'hydrocarbures en suspension dans un liquide, eau en général, dontla viscosité s'oppose à leur agglomération. La mise en émulsion peut être favorisée par des produits couramment utilisés en Exploration/Production comme les bactéricides, les inhibiteurs de corrosion, qui abaissent la tension superficielle entre liquide-liquide. La stabilité d'une émulsion d'hydrocarbures dans l'eau est due notamment à l'équilibre des forces ou facteurs suivants: les forces de gravité agissant sur les micelles, l'affinité des micelles pour le solvant, les forces de répulsion électrostatique, la solubilité de l'hydrocarbure dans l'eau, s'il y a présence d'aromatiques, d'asphaltènes, Les micelles en suspension dans l'eau sont générale- ment chargées négativement Il en résulte une double couche électrique qui s'établit à l'interface huile-eau. Cette-double couche est constituée par la particule chargée et un équivalent d'ions de charge opposée accumulés dans l'eau à la surface de la particule huileuse. Les procédés de flottation se révèlent généralement, inopérants, de même que les filtres coalesceurs. L'emploi d'un champ électrique a été proposé par le moyen de l'électroflottation Dans ce cas, des électrodes couvrent la superficie du bassin de flottation Par l'élec- trolyse de l'eau, il y a formation de microbulles d'H 2 et 41130 de 02 qui entraînent les hydrocarbures vers la surface Dans certains cas, la corrosion d'une anode en aluminium libère des ions A 13 + qui servent d'agent de coagulation. Ces traitements nécessitent des installations importantes et les rendements d'épuration de l'eau atteignent difficilement plus de 50 %. La présente invention permet de pallier ces difficultés en provoquant l'annulation des forces de répul- sions électrostatiques existantes entre les particules huileuses et l'eau. Dans un procédé selon l'invention, pour briser les émulsions stabilisées, on alimente en émulsion un espace ( 2) limité pour partie par une face d'une paroi perméable ( 4) constituant une électrode percolante à laquelle on applique une tension électrique continue ou pseudo-continue et on évacue l'effluent d'un espace ( 3) limité pour partie par l'autre face de la paroi perméable ( 4) On obtient les rendements les plus élevés lorsque l'électrode percolante est une cathode. D'une façon générale, lorsque la paroi filtrante est faite de fibres de carbone ou de graphite, préalablement à son emploi, on la traite par imprégnation à l'aide d'un agent tensio-actif pour en modifier l'état de surface. De façon préférentielle, dans les différentes réalisations, on applique une différence de pression déter- minée entre les deux espaces séparés par la paroi perméable ( 4) afin de contrôler le débit d'émulsion à travers cette paroi. Un dispositif selon l'invention pour briser les émulsions stabilisées en deux phases est constitué par une cuve ( 1) divisée en deux compartiments par une paroi perméable ( 4) constituant une électrode percolante reliée à une source de courant électrique continu ou pseudo-continu, un premier compartiment étant relié à des moyens d'alimentation en émulsion, un second compartiment étant muni de moyens de séparation des deux phases ou d'évacuation vers un tel séparateur. Dans certaines réalisations, l'électrode percolante est faite de fibres métalliques, par exemple de titane déployé. Dans d'autres réalisations, l'électrode percolante est faite de fibres de carbone ou de graphite, dans ce cas, préalablement à son emploi, de façon préférentielle, l'élec- trode percolante est préalablement traitée par l'imprégnation d'un agent tensio-actif. Les rendements les plus élevés sont obtenus lorsque l'électrode percolante est une cathode, c'est-à-dire lors- qu'elle a une polarité négative. Les meilleurs rendements sont obtenus lorsque l'agent tensio-actif présente un nombre de HLB compris entre et 20 et de préférence entre 10 et 16. Suivant un mode préférentiel de réalisation, l'agent tensio-actif est à base d'alcoylsulfates et connu dans le commerce sous le nom de Teepol. L'invention sera mieux comprise dans la description, donnée à titre non limitatif, du dispositif illustré par la figure jointe. Le dispositif est constitué par une cuve ( 1) divisée en deux compartiments, un premier compartiment ( 2) ou compar- timent amont et un second compartiment ( 3) ou compartiment aval,par une paroi perméable ( 4) constituant une électrode percolante reliée à une source de courant électrique continu ou pseudo-continu, avec une polarité négative ou cathode. Dans le second compartiment ( 3), est disposée une contre-électrode ( 5) ou anode ayant la forme d'une barre ou d'une plaque de dimensions limitées et ne constituant pas un obstacle pour la circulation de l'effluent. Dans le premier compartiment ( 2), débouche un conduit ( 6) d'alimentation en'émulsion Le second compartiment ( 3) constitue un bassin de décantation o l'on remarque, à l'extrémité ( 7), opposée à la paroi perméable ( 4) une cloison ( 8) percée à sa partie inférieure de percements ( 9) qui mettent le compartiment ( 3) en relation avec un espace ( 10) muni d'un conduit d'évacuation ( 11) en position haute. 2541 130 A la surface du liquide, dans le compartiment ( 3), on remarque une couche ( 12) d'hydrocarbures libres issus de la rupture de l'émulsion Ils peuvent être collectés à l'aide d'un tambour oléophile ou simplement évacués à l'aide d'un déversoir, ou d'autres moyens faisant partie de l'état de la technique et qui, pour cette raison, n'ont pas été représentés. Le procédé consistant à provoquer le passage d'une émulsion à travers une électrode percolante sous tension électrique pour briser cette émulsion et permettre ensuite la séparation des constituants, s'applique à toutes sortes d'émulsions A titre d'exemple, nous donnons les résultats de son application à une émulsion d'hydrocarbures dans l'eau. EXEMPLE DE MISE EN OEUVRE DU NOUVEAU PROCEDE Il a bien été vérifié avec les électrodes perco- lantes, en fil de métal aussi bien qu'en feutre de carbone, que sans la mise sous tension de l'électrode, l'émulsion franchit celle-ci sans être brisée La mise sous tension de l'électrode est indispensable pour faire coalescer les micelles et rompre l'émulsion. L'émulsion, objet de l'expérience, contenait 500 ppm de gazoline, 5 g Na Cl par litre, 250 ppm d'inhibiteur de corrosion et 50 mg/litre de bactéricide. La cellule avait un volume de 2 litres, elle était munie d'une cathode en feutre tissé de 80 cm 2 de surface et le débit de l'émulsion était de 2,5 litres par heure. Les paramètres électriques étaient: E = 1,8 à 2 volts, I= 0,4 A en moyenne. La densité de courant sur la cathode était donc de 50 A/m 2. Nous avons appelé R le rendement de récupération, traduisant le départ d'hydrocarbure de la phase aqueuse: R (Teneur HC à l'entrée teneur HC de sortie x 100 Teneur HC à l'entrée (HC = Hydrocarbure) Des essais ont été réalisés dans des conditions identiques avec une eau contenant 30 g/l Na Cl. Nous avons aussi testé des émulsions à plus faible teneur en hydrocarbures ( 100 ppm) en solution aqueuse à g/l Na Cl. Dans ce cas, il semble que les rendements sont voisins de 60 % avec les deux types d'électrodes. Rendement de récupération = R % ddp Cathode feutre Cathode titane déployé 2 V 82 % 63 % 1,8 V 78 % 66 % Rendement de récupération = R % ddp Cathode feutre Cathode titane déployé 2 V 88 %O 68 % 1,8 V 87 % 89 % REVENDICATIONS 1 Procédé pour briser les émulsions stabilisées dans lequel on alimente en émulsion un espace ( 2) limité pour partie par une face d'une paroi perméable ( 4) constituant une électrode percolante à laquelle on applique une tension électrique continue ou pseudo-continue et on évacue l'effluent d'un espace ( 3) limité pour partie par l'autre face de la paroi perméable ( 4) 2 Procédé suivant la revendication 1 dans lequel préalable- ment à son emploi, on a traité la paroi perméable ( 4) par imprégnation à l'aide d'un agent tensio-actif pour en modifier l'état de surface. 3 Procédé suivant la revendication 1 dans lequel on applique une différence de pression déterminée entre les deux espaces séparés par la paroi perméable afin de contrôler le débit d'émulsion à travers cette paroi. 4 Dispositif pour briser les émulsions stabilisées de deux phases constitué par une cuve divisée en deux comparti- ments par une paroi perméable constituant une électrode percolante reliée à une source de courant électrique continu ou pseudo-continu, un premier compartiment étant relié à des moyens d'alimentation en émulsion, un second compartiment étant muni de moyens de séparation des deux phases ou d'évacuation vers un tel séparateur. Dispositif selon la revendication 4 dans lequel l'élec- trode percolante est faite de fibres métalliques. 6 Dispositif selon la revendication 5 dans lequel les fibres métalliques sont constituées de titane déployé. 7 Dispositif selon la revendication 4 dans lequel l'élec- trode percolante est faite de fibres de carbone ou de graphite. 8 Dispositif selon la revendication 7 dans lequel l'élec- trode percolante faite de fibres de carbone ou de graphite a été préalablement traitée par l'imprégnation d'un agent tensio-actif. 9 Dispositif selon la revendication 5 dans lequel l'agent tensio-actif présente un nombre de HLB compris entre 5 et 20 et de préférence entre 10 et 16. Dispositif selon la revendication 6 dans lequel l'agent tensio-actif est à base d'alcoylsulfates et connu dans le commerce sous le nom de Teepol. il Dispositif selon la revendication 4 dans lequel l'élec- trode percolante est une cathode.