Brevet FR2703067A1 — publié le 19940930

L'invention concerne un procédé et une installation de régénération d'huiles lubrifiantes usagées. Les huiles lubrifiantes subissent généralement des modifications et des altérations lors de leurs utilisations, ce qui implique leur renouvellement plus ou moins fréquent. L'élimination ou la régénération de ces huiles usagées est jusqu'à présent une source de pollution importante. Après utilisation, ces huiles contiennent généralement des résidus solides, des additifs dégradés, des résidus de combustion, etc... Différents procédés de récupération ont été développés jusqu'à présent. Les huiles dégradées sont tout d'abord récupérées et ces huiles d'origines diverses sont quelquefois mélangées à des produits plus ou moins étrangers susceptibles de perturber les procédés de régénération. Jusqu'à présent les procédés les plus utilisés comportent une étape de traitement des huiles usagées et récupérées par l'acide sulfurique puis leur neutralisation à la chaux et au carbonate de sodium et enfin la décoloration à la terre activée et la filtration. Ce type de procédé permet la récupération d'une partie des huiles usagées, mais génère des déchets non réutilisables fortement polluants. Le taux de récupération des installations industrielles mettant en oeuvre ces procédés ne dépasse pas 85% et leur coût de mise en oeuvre est élevé. On connaît également par ailleurs, d'autres procédés de récupération basés sur l'hydrofinissage de l'huile après traitement thermique et sa distillation sous vide. L'hydrogénation de l'huile est produite par des catalyseurs a'hydrodésulfuration et d'hydrodesazotation. Au cours de la mise en oeuvre de ces procédés, les catalyseurs sont progressivement épuisés et donnent finalement naissance à des produits non réutilisables fortement polluants. Par ailleurs, ces procédés sont encore plus coûteux. L'objectif de la présente invention est donc la mise au point d'un procédé de régénération d'huiles lubrifiantes usagées peu ou non polluant et dont la mise en oeuvre puisse être faite dans de bonnes conditions économiques. C'est également un but de la présente invention de proposer un procédé de régénération d'huiles usagées permettant un taux de récupération en huile élevé. A cet effet, l'invention concerne un procédé de régénération d'huiles lubrifiantes usagées dans lequel des huiles lubrifiantes usagées sont soumises aux étapes de traitement successives suivantes: a) préchauffage, b) adjonction d'une base forte, c) extraction des impuretés. Dans différents modes de réalisation préférés, l'invention comporte les caractéristiques suivantes prises selon toutes leurs combinaisons possibles: - Avant le préchauffage les huiles usagées sont homogénéisées. - Lors de l'étape de préchauffage, les huiles à régénérer sont portées à une température comprise entre 120 et 250 C. Cette température est de préférence comprise entre 140 et l60C. - La base forte est en solution aqueuse. - La base forte est ajoutée à raison de 1 à 3% en masse de base pure. - Une étape de détente (flash) réalisée après l'adjonction de la base forte et avant l'extraction des impuretés assure la déshydratation et l'extraction des hydrocarbures légers du mélange traité. - Avant l'extraction des impuretés, le mélange traité est soumis à une étape d'extraction et de récupération du gasoil (stripping). - L'élimination des déchets est obtenue par distillation fractionnée sous vide assurant la séparation en huiles de base lubrifiantes, d'une part, et en résidu concentrant toutes les impuretés, d'autre part. - La colonne de distillation sous vide coopère avec un évaporateur d'épuisement de fond de colonne. - L'élimination des déchets est réalisée par centrifugation. - La base forte est l'hydroxyde de sodium ou de potassium. L'invention concerne également une installation de régénération d'huiles usagées permettant la mise en oeuvre du procédé mentionné plus haut. Cette installation comporte: - un réservoir de stockage des huiles usagées, - des moyens de mélange et d'homogeneisation des huiles initialement contenues dans le réservoir de stockage, - des moyens de préchauffage des huiles usagées, - des moyens de stockage d'une base forte, - des moyens de mélange de la base forte en une proportion déterminée, aux huiles usagées, - des moyens d'élimination des déchets. Dans un mode de réalisation préféré, cette installation comprend également, entre les moyens de mélange de la base forte aux huiles usagées et les moyens d'élimination des déchets, une unité d'extraction de l'eau et des hydrocarbures légers par détente (flash) et une unité d'extraction du gasoil (stripping). Les moyens d'extraction des impuretés comportent de préférence une unité de distillation associée à un évaporateur d'épuisement de fond de colonne. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit plus en détail en référence à la Figure unique qui est une représentation schématique de l'installation de régénération d'huiles usagées selon l'invention. Les huiles usagées collectées peuvent avoir des origines diverses, il peut s'agir par exemple d'huile-moteur, d'huile d'engrenages ou d'huile hydraulique, d'huile turbine, etc... . A l'arrivée de ces huiles à l'unité de régénération, leur aptitude au traitement est vérifiée. En effet, le procédé de régénération de l'invention vise essentiellement l'élimination des composants légers, tels que l'essence, le gas-oil et l'eau, mais ne permet pas d'éliminer des composants aussi lourds que les huiles ellesmêmes mais ayant des propriétés physiques différentes. Il pourrait s'agir, par exemple, de fuel dont l'élimination ou le traitement ne pourrait être obtenu que par un procédé de raffinage complet. Une teneur excessive des mélanges apportés en chlore pourrait être susceptible de provoquer une usure prématurée de l'installation. Des huiles collectées contenant donc un pourcentage trop élevé de fuel, d'acide gras ou de chlore devraient être éliminées. Afin d'évaluer les concentrations en ces différents composés, on pratique les tests bien connus en eux mêmes en usage dans le domaine. Parmi ceux-ci on peut citer le "Chlor Test" qui permet de détecter la présence des chlorures. Un fil de cuivre trempé dans l'huile usagée est présenté à la flamme. Une flamme verdâtre indique la présence de chlorures. Le "Drop Test" permet de détecter la présence de fuel. Une goutte d'huile est déposée sur un papier chromatographique. Une tache concentrique avec une auréole jaunâtre indique la présence de fuel. Le "Fat Test" permet de détecter la présence des acides gras dans les huiles. On chauffe 2 ml d'huile usagée en présence d'une pastille de soude: lorsque l'huile se fige, après refroidissement, cela signifie que des acides gras sont présents. Les huiles usagées collectées 1 ayant subi avec succès ces différents tests sont réunies dans un réservoir 2. Elles sont alors mélangées soit à l'intérieur même du réservoir, soit lors de leur extraction par des moyens classiques non représentés sur la Figure. Des moyens de préchauffage 3 portent les huiles prélevées du réservoir 2 à une température comprise entre 120 et 250 C et de préférence entre 140 et 160 C. Une base stockée par ailleurs dans un réservoir 4 est apportée et mélangée par des moyens 5 aux huiles usagées préchauffées, De préférence, une quantité de base pure comprise entre I et 3% en masse est ajoutée aux huiles usagées. Ce taux peut être avantageusement précisé en fonction de la qualité des huiles usagées et de la nature de la base utilisée. La base utilisée est une base forte, de préférence de l'hydroxyde de sodium ou de potassium. On peut également envisager d'utiliser un mélange de ces bases. Les huiles usagées, portées à une température élevée, additionnées de base forte, alimentent une unité 6 d'extraction de l'eau et des hydrocarbures légers par détente (flash). Dans une telle unité, l'évaporation de l'eau est produite par l'expansion brutale du mélange dans un ballon. L'eau et les hydrocarbures légers sont extraits et le mélange restant est dirigé vers une unité 8 d'extraction de gas-oil (stripping). Cette élimination est réalisée par distillation dans une colonne. Le gas-oil 9 est alors évacué et le mélange restant est conduit vers une colonne de distillation 10 permettant le fractionnement du mélange en coupes d'huile de base lubrifiantes et la séparation du résidu ou se concentrent toutes les impuretés. Les huiles de base peuvent être séparées à différents niveaux selon le nombre de coupes recherché. On a obtenu de bons résultats en séparant, d'une part, une huile de base de 150 Neutral 11 et une huile de base de 400 à 500 Neutral 12. La colonne de distillation 10 est une colonne traditionnelle sous vide qui permet la dissociation et l'extraction des résidus, qui sont dirigés vers un ballon d'accumulation 14. Les résidus 15 sont alors évacués et sont susceptibles d'être utilisés par exemple comme goudron ou bitume pour la réalisation des routes. Ils peuvent être également utilisés comme combustibles. La colonne de distillation sous vide 10 est de préférence associée à un évaporateur d'épuisement de fond de colonne 13 permettant d'améliorer son efficacité. Une partie de l'énergie nécessaire à l'élévation de la température des huiles usagées avant l'adjonction de la base pure provient de préférence de la récupération d'énergie effectuée sur les coupes d'huile de base lubrifiantes 11, 12 de la sortie de colonne 10. Les huiles usagées sont avantageusement filtrées lors de leur récupération et lors de leur sortie du réservoir de stockage 2, de manière à éliminer les particules solides qu'elles peuvent contenir. Différentes pompes non représentées assurent la circulation du mélange et des produits extraits à travers l'installation décrite. Le procédé et l'installation de l'invention permettent donc à partir des huiles usagées d'obtenir des huiles de base de qualités diverses réutilisables, des résidus utilisables, de l'eau, des hydrocarbures légers et du gas-oil. Tous les produits obtenus sont donc réutilisables, c'est la raison pour laquelle ce procédé permet d'éviter les principaux risques de pollution. Ce procédé permet d'obtenir un taux minimum de récupération de 90%. Ce taux est le rapport en masse des quantités d'huiles récupérées par ce procédé industriel, par rapport à celui des huiles récupérées en laboratoire, dans des conditions optimum indépendantes de toute considération économique. Dans un mode de réalisation alternatif, l'élimination des déchets est réalisée par un dispositif de centrifugation. Les deux modes d'élimination des déchets, colonne de distillation et centrifugation peuvent être combinées. Toutefois, le mode de réalisation préféré met en oeuvre la colonne de distillation sous vide associée à un évaporateur d'épuisement de fond de colonne. Il est ainsi possible d'obtenir un taux de récupération en coupe d'huile de base lubrifiante excellent, de diminuer les coûts d'investissement et d'exploitation par rapport aux autres procédés de régénération connus, d'obtenir des huiles régénérées aussi performantes que les huiles de base neuves et d'éliminer de celles-ci la quasi-totalité des métaux. De plus, toutes les impuretés sont contenues dans leurs résidus qui, comme déjà indique, sont facilement valorisables. L'installation de l'invention peut être mise en oeuvre aisément dans les meilleures conditions de fiabilité. L'exemple chiffré suivant illustre la mise en oeuvre de l'invention. En a), on a indiqué le résultat de la distillation sous vide des huiles usagées en laboratoire en fournissant les composants et leurs caractéristiques précises. En b), on a représenté le résultat de la distillation obtenu par un procédé antérieur, sans adjonction de base. Ce procédé doit, selon l'art antérieur, être suivi du traitement chimique de finition, par un procédé traditionnel à l'acide et à la terre dont on a indique plus haut les inconvénients. Les résultats de ce traitement sont représentés en c). En d), on a représenté la régénération des huiles selon le procédé industriel revendiqué. Dans ces différents tableaux, les produits sont les composants récupérés. Rdt représente leur rendement (Rapport en masse de la quantité récupérée par rapport à la quantité initiale d'huile usagée à rénégérer). TAN. représente leur acidité (teneur acid number). VIS 40 C représente leur viscosité à 40 C exprimée en centistocks. La couleur est exprimée par rapport à des couleurs de référence normalisées. Plus la valeur numérique indiquée est faible, meilleure est la couleur et l'apparence est une indication qualitative. Ba représente le baryum, Ca le calcium, Pb le plomb, Zn le zinc, P le phosphore, Cr le chrome, Fe le fer et Si le silicium. La comparaison du tableau c) avec le tableau d) fait ressortir la qualité supérieure des coupes d'huiles de base obtenues selon l'invention. En particulier les teneurs en métaux dans les huiles récupérées sont très inférieures et le rendement est plus important. De plus l'ensemble des coupes est aisément réutilisable. Les essais moteurs des huiles régénérées selon l'invention ont montré leur équivalence aux huiles neuves. Elles sont plus performantes que celles régénérées par les procédés connus. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières, et n'en limitent aucunement la portée. a) Distillation des huiles usagées au laboratoire PRODUITS Rdt T.A.N. VIS 40 C COULEUR APPARENCE (mgKOH/g) (Cst) Gas-oil 4,06 2,01 2,97 5 Coupe légère 23,15 0,75 27,05 4 trouble Coupe lourde 43,30 0,49 74,8 4,5 trouble Résidu 19,60 - - - Eau + Essence 8,39 - - - Pertes 1,50 - - - Rendement de la distillation : 66,45 % b) Distillation des huiles usagées à l'usine sans recours au pré-traitement alcalin (Art antérieur) PRODUITS Rdt T.A.N. VIS 40'C COULEUR APPARENCE (%) (mgKOH/g) (Cst) Gas-oil 6,99 4,70 3,70 5 trouble Coupe légère 12,40 0,10 30,57 trouble Coupe lourde 49,95 0,41 75,98 4,5 trouble Résidu 20,27 - - - Eau + Essence + Pertes (dist.) 10,39 - - Teneur en métaux (en ppm) Ba Ca Pb Zn P Cr Fe Si Huile usagée 8 692 1138 694 704 5 84 77 Coupe légère Coupe lourde Gas-oil Résidu 85 4901 2529 3469 2570 36 652 228 Rendement de la distillation : 62,35 % c) Régénération des huiles usagées à l'usine selon le procédé acide/terres (Art Antérieur) PRODUITS Rdt T.A.N. VIS 40 C COULEUR APPARENCE (%) (mgKOH/g) (Cst) Gas-oil (sans traitement) 6,99 4,70 3,70 5 Trouble Coupe légère 11,16 0,01 30,04 1,5 C+B Coupe lourde 44,05 0,05 75,85 3 C+B Résidu 20,27 - - - Eau + Essence + Pertes (dist.) 10,39 - - - Pertes trait. chimique 7,14 - - - (en ppm) Teneur en métaux (en ppm) Ba Ca Pb Zn P Cr Fe Si Coupe légère Coupe lourde Rendement de la régénération : 55,21% Taux de récupération : 83,09% (calculé par rapport à la distillation au laboratoire sans prétraitement) d) Régénération des huiles à l'usine selon l'invention PRODUITS Rdt T.A.N. VIS 40'C COULEUR APPARENCE (%) (mgKOH/g) (Cst) Gas-oil 5,41 0,02 6,05 1,5 C+B Coupe légère 12,77 0,01 33,89 2 C+B Coupe lourde 49,99 0,01 84,91 2,5 C+B Résidu 20,44 - - - Eau + Essence + Pertes (dist.) 11,39 - - - Teneur en métaux (en ppm) Ba Ca Pb Zn P Cr Fe Si Coupe légère Coupe lourde Gas-oil Résidu 132 7624 2788 3500 2644 40 664 279 Rendement de la régénération : 62,76 % Taux de récupération : 94,45 % (calculé par rapport à la distillation au laboratoire sans prétraitement) REVENDICATIONS 1. Procédé de régénération d'huiles lubrifiantes usagées dans lequel les huiles lubrifiantes usagées sont soumises aux étapes de traitement successives suivantes: a) préchauffage b) adjonction d'une base forte c) extraction des impuretés. 2. Procédé de régénération d'huiles lubrifiantes usagées selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de l'étape de préchauffage les huiles à régénérer sont portées à une température comprise entre 120 et 250 C. 3. Procédé de régénération d'huiles lubrifiantes usagées selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la base forte ajoutée est en solution aqueuse. 4. Procédé de régénération d'huiles lubrifiantes usagées selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la base forte est ajoutée à raison de I à 3% en masse de base pure. 5. Procédé de régénération d'huiles lubrifiantes usagées selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on effectue une étape de détente (flash) après l'adjonction de la base forte et avant l'extraction des impuretés, assurant ainsi la déshydratation et l'extraction des hydrocarbures légers du mélange traité. 6. Procédé de régénération d'huiles lubrifiantes usagées selon la revendication 5, caractérisé en ce que, avant l'extraction des impuretés, le mélange traité est soumis à une étape d'extraction et de récupération de gas-oil (stripping). 7. Procédé de régénération d'huiles lubrifiantes usagées selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élimination des déchets est obtenue par distillation fractionnée sous vide assurant la séparation en huiles de base lubrifiantes, d'une part, et, en un résidu concentrant toutes les impuretés, d'autre part. 8. Procédé de régénération d'huiles lubrifiantes usagées selon la revendication 7, caractérisé en ce que la colonne de distillation sous vide coopère avec un évaporateur d'épuisement de fond de colonne. 9. Procédé de régénération d'huiles lubrifiantes usagées selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'élimination des déchets est réalisée par centrifugation. 10. Procédé de régénération d'huiles lubrifiantes usagées selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la base forte est de l'hydroxyde de sodium et/ou de potassium. 11. Installation de régénération d'huiles usagées comportant: - un réservoir (2) de stockage des huiles usagées, - des moyens de préchauffage (3) des huiles usagées, - des moyens de stockage (4) d'une base forte, - des moyens de mélange (5) de la base forte en une proportion déterminée aux huiles usagées, - des moyens d'élimination des déchets (10, 14). 12. Installation de régénération d'huiles usagées selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comprend entre les moyens de mélange (5) de la base forte aux huiles usagées et les moyens d'élimination des déchets (10, 13, 14), une unité d'extraction de l'eau par détente (6) (flash) et une unité d'extraction du gas-oil (8) (stripping) et que les moyens d'extraction des impuretés (10, 13, 14) comportent une unité de distillation sous vide (10) associée à un évaporateur (13) d'épuisement de fond de colonne.