EP4661985A1 - Procede de traitement avec un plasma d'un melange d'au moins deux phases liquides en vue de la separation des deux phases liquides du melange - Google Patents

Procede de traitement avec un plasma d'un melange d'au moins deux phases liquides en vue de la separation des deux phases liquides du melange

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EP4661985A1
EP4661985A1 EP24714227.6A EP24714227A EP4661985A1 EP 4661985 A1 EP4661985 A1 EP 4661985A1 EP 24714227 A EP24714227 A EP 24714227A EP 4661985 A1 EP4661985 A1 EP 4661985A1
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EP
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mixture
oil
treated
liquid phases
plasma
Prior art date
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Pending
Application number
EP24714227.6A
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German (de)
English (en)
Inventor
Nofel Merbahi
Jean-Philippe SARRETTE
Olivier Eichwald
Djakaou IYA SOU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National Polytechnique de Toulouse INPT
Universite de Toulouse
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Toulouse III Paul Sabatier
Institut National Polytechnique de Toulouse INPT
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Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite Toulouse III Paul Sabatier, Institut National Polytechnique de Toulouse INPT filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
    • B01D17/06—Separation of liquids from each other by electricity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
    • B01D17/02—Separation of non-miscible liquids
    • B01D17/0208—Separation of non-miscible liquids by sedimentation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C11/00—Separation by high-voltage electrical fields, not provided for in other groups of this subclass
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    • C02F1/4608—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods using electrical discharges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
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    • C02F2103/36—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32 from the manufacture of organic compounds
    • C02F2103/365—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32 from the manufacture of organic compounds from petrochemical industry (e.g. refineries)

Definitions

  • the present invention relates to a method for treating a mixture of at least two liquid phases with a view to separating the two liquid phases of the mixture, a method for treating waste water containing at least said mixture of at least two liquid phases, a method for treating an oil containing at least said mixture of at least two liquid phases and an installation for treating a mixture of at least two liquid phases.
  • Oil production is almost always accompanied by water production so that a mixture of crude oil and water is recovered at the outlet of the oil well.
  • This mixture may contain stable emulsions, in particular water-in-oil (W/O), which cause various problems from a production point of view but also during the refining stages. It is therefore necessary to treat these mixtures of crude oil and water in order to break these emulsions.
  • W/O water-in-oil
  • Coagulation consists of injecting at least one coagulating chemical agent into the water to be treated in order to reduce or cancel the electrical charges carried by the polluting materials present in the water in the form of colloidal particles in suspension, in order to promote their subsequent agglomeration in the form of flocs.
  • Flocculation consists of injecting at least one flocculating chemical agent into the water, to which at least one coagulating chemical agent has preferably been added beforehand, so as to form large, easily separable particles or flocs, by agglomeration of the colloidal particles suspended in the water.
  • Flocculation is facilitated by the prior implementation of coagulation.
  • Flocculation can also be facilitated by adding, to the water to be treated upstream or during flocculation, a granular material denser than water or ballast, such as sand, so as to ballast the flocs and thus promote and accelerate their settling.
  • Such flocculation is commonly called ballasted flocculation.
  • Purified water is then obtained by separating the flocs suspended therein by decantation.
  • these coagulation, flocculation and decantation techniques can be used in combination with advanced oxidation techniques.
  • advanced oxidation techniques are those requiring the addition of Fenton's reagent to the wastewater to be treated, which makes it possible to generate OH* free radicals from hydrogen peroxide in the presence of a transition metal such as iron.
  • the OH* free radicals thus generated react with a wide range of organic pollutants to oxidize them.
  • WO2014/172504 discloses a method for separating liquid phases of a water/oil emulsion in which the emulsion is treated by a flow of ions formed by corona discharge according to a low current regime (or "glow"), between a grounded collector electrode immersed in the emulsion, and an emitting electrode necessarily kept at a distance from the emulsion and with a potential difference with the emitting electrode equal to or greater than a threshold value and capable of producing such a corona discharge.
  • a low current regime or "glow”
  • plasma designates, in a manner known per se, a state of matter or fourth state of matter (solid, liquid, gas and plasma).
  • the plasma state is distinguished from the gaseous state by the presence of neutral particles (of density no) and charged particles (ions and electrons, of respective densities m and ne ).
  • a gas is transformed into plasma when the kinetic energy of at least part of the particles that compose it becomes greater than the ionization energy of these particles.
  • hot plasmas which make up more than 99% of the known matter in the universe
  • cold plasmas we classically distinguish between thermal plasmas, in which all the particles have the same temperature (thermodynamic equilibrium), and non-equilibrium plasmas, in which the electrons have an average kinetic energy much higher than that of the heavy particles (ions and neutrals). This difference is in most cases generated by the action of an electromagnetic field which accelerates the charged particles, and by the difference in mass between the electrons and the ions.
  • the methods of generating cold plasmas - also called discharge plasmas - vary according to the pressure regime in which they operate, the geometry and the dielectric character of the electrodes on which the difference is applied. of potential at the origin of the electric field or the frequency of variation of this potential, for example.
  • a simple way to generate discharges is to adjust the geometry of the electrodes to make them asymmetrical (tip-plane, wire-cylinder, etc.).
  • a high voltage is applied to the electrode with a small radius of curvature, inducing a high field in its vicinity.
  • Electronic avalanches occur in this region and under certain conditions generate a plasma in the form of a luminous crown (from which comes the name corona discharge).
  • a “glow” or “onset streamer” mode characterized by a low average current appearing at low voltage levels, corresponding to the operating mode described in WO2014/172504.
  • the current pulses are weak and erratic (no defined frequency of occurrence). A weak luminescence is observed, a sign of the existence of a plasma, only localized in the vicinity of the tip electrode;
  • a “streamer” mode characterized by, beyond a voltage higher than the voltage leading to the “glow” mode and depending in particular on the radius of curvature of the tip electrode and the tip-plane distance, a net increase in the average current measured.
  • the current pulses are of greater amplitude than in the “glow” mode and appear at a regular frequency. Even if they remain limited in time since their duration is of the order of a hundred nanoseconds (ns), these pulses correspond to the establishment of a non-permanent conduction channel in the interelectrode zone.
  • the “streamer” mode obtained with tip-plane type electrodes is characterized by a luminous zone corresponding to the discharge and extending from the tip of the tip electrode to a point on the plane electrode;
  • a first object of the invention is a method for treating a mixture of at least two liquid phases with a view to separating the two liquid phases of the mixture, in which the mixture is treated with a plasma.
  • the two liquid phases are preferably immiscible.
  • One of the two liquid phases may be continuous and the other may be dispersed in the continuous phase.
  • One of the two liquid phases may be aqueous and the other may be oily.
  • the mixture to be treated comprises a continuous aqueous phase in which an oily phase is dispersed or a continuous oily phase in which an aqueous phase is dispersed.
  • the aqueous phase may be water, optionally comprising one or more salts in solution, such as for example sodium, magnesium, calcium chlorides.
  • the oily phase may be a crude oil; a lubricating oil, in particular an engine oil, a transmission oil, a hydraulic oil, a two-stroke oil or a cutting oil; a vegetable oil, in particular an olive or sunflower oil; or a mixture thereof.
  • the mixture to be treated is a mixture of crude oil and water possibly containing one or more salts in solution, such as for example sodium, magnesium, calcium chlorides.
  • the volume ratio of the oily phase to the aqueous phase may be between 1:999 and 999:1, preferably between 1:99 and 99:1.
  • the mixture to be treated may be an emulsion.
  • the method is a method of treating an emulsion with a view to breaking it, in which the emulsion is treated with a plasma. The method then makes it possible to destabilize the emulsion and therefore to break it so as to obtain a separation of the phases of the emulsion.
  • the method can be applied to any industry that has to prepare and/or treat mixtures, and in particular emulsions.
  • Examples include the pharmaceutical industries, the fertilizer, fertiliser and plant protection agent industries, the plastics industries, the building industries, the paint, varnish and wax industries, the paper and packaging industries, the tanneries and leather industries, mining, the nuclear industries, the electrolysis bath and polishing industries, the oil and petrochemical industries, the mineral oil additive industries, the adhesive industries, the chemical industries, the photographic industries, industrial laundries and the detergent and washing agent industries.
  • agri-food industries such as, for example, oil seed and fat processing units, industrial charcuterie and salting plants, slaughterhouses or rendering plants,
  • the emulsion may be a simple emulsion, in particular of the oil-in-water (O/W), water-in-oil (W/O) or oil-in-oil (i.e., mixture of at least two different immiscible oily phases in which one of the oily phases is continuous and the other is dispersed in the continuous phase) type; a multiple emulsion, in particular of the oil-in-water-in-oil (O/W/O) or water-in-oil-in-water (W/O/W) type; or a mixture thereof.
  • O/W oil-in-water
  • W/O/W water-in-oil
  • W/O/W water-in-oil-in-water
  • the mixture to be treated may further comprise a solid phase dispersed in at least one of the two liquid phases, in particular in the two liquid phases.
  • the solid phase may be a plurality of dispersed solid particles, in particular of colloidal size.
  • the treatment of the mixture by plasma can allow not only the separation of the two liquid phases of the mixture but also the separation of the solid phase of the mixture.
  • the plasma can be generated between at least two electrodes, in particular between at least one ground electrode and at least one high voltage electrode, between which a constant or periodic voltage is applied, in particular having a sinusoidal, Gaussian, triangular, sawtooth, square, rectangular or pulse shape.
  • the pulse When a pulse voltage is applied, the pulse has in particular a width of between 1 ns and 10 ps, for example a width of between 50 ns and 600 ns, and/or the pulse has in particular a square, triangular or Gaussian shape.
  • a periodic pulse voltage can be used with pulses having a width of 500 ns and a duration of 10 ms between two pulses. It is also possible to use a pulse voltage comprising pulse trains (also called “burst” mode).
  • a high voltage positive or negative, is applied to the high voltage electrode(s).
  • the constant or periodic voltage may have an amplitude between 10 V and 100 kV, preferably between 1 kV and 10 kV.
  • the periodic voltage may have a frequency between 1 Hz and 1 MHz, preferably between 100 Hz and 100 kHz.
  • the electrodes are arranged so as to expose the mixture to be treated to the plasma.
  • the electrodes are arranged so as to generate the plasma on contact with or in the mixture to be treated.
  • At least one of the electrodes may not be in contact with the mixture to be treated.
  • the electrode or electrodes may be located in a gas phase located near the mixture to be treated, in particular a gas phase located above the surface of the mixture.
  • Such a configuration of the electrodes may make it possible to generate the plasma in contact with the mixture to be treated, for example in a gas phase located near the mixture, in particular above the surface of the mixture.
  • one of the electrodes is not in contact with the mixture to be treated, in particular located in a gas phase located close to the mixture, for example a gas phase located above the surface of the mixture, and the other electrode is in contact with the mixture to be treated, in particular immersed in the mixture.
  • both electrodes are in contact with the mixture to be treated.
  • Such a configuration of the electrodes can make it possible to generate the plasma in the mixture to be treated.
  • the two electrodes are immersed in the mixture to be treated.
  • the mixture to be treated is contained in a container formed by walls.
  • the latter may be formed by at least one of the walls of the container.
  • the latter may each be formed by a wall of the container.
  • the plasma is generated by an array of electrodes, said array of electrodes comprising at least three, four, five, six or more electrodes, including at least one ground electrode and at least one high voltage electrode.
  • the electrode array may comprise a plurality of high voltage electrodes and/or a plurality of ground electrodes.
  • the electrode array comprises a plurality of high voltage electrodes and a ground electrode; a plurality of ground electrodes and a high voltage electrode; or a plurality of high voltage electrodes and a plurality of ground electrodes.
  • the electrode network comprises several high-voltage electrodes
  • the latter may be powered by a single voltage generator.
  • the high-voltage electrodes are each powered by a voltage generator, these voltage generators being identical or not.
  • the high-voltage electrodes may each be powered by a voltage, these voltages being able to be identical or not.
  • identical voltages is meant voltages having identical characteristics, in particular in terms of voltage type (continuous or periodic voltage), amplitude, frequency, signal shape, etc.
  • the plasma may be selected from dielectric barrier discharge (DBD) plasma, corona plasma and cold plasma jet plasma.
  • DBD dielectric barrier discharge
  • the plasma is a dielectric barrier discharge type plasma
  • either only one of the electrodes is covered with a dielectric material (for example the ground electrode or the high voltage electrode), or both electrodes are covered with a dielectric material.
  • the two electrodes have asymmetrical geometries, for example tip/plane, wire/cylinder, etc., so as to allow the creation of a strong electric field in the vicinity of the electrode with a small radius of curvature.
  • the cold plasma jet type plasma may be a corona type cold plasma jet, a dielectric barrier discharge type cold plasma jet, a microwave plasma jet or any other type of cold plasma jet.
  • the high voltage electrode is placed in the center of a tube, such as a capillary for example, this tube being in particular made of quartz.
  • a gas such as helium for example, circulates in the tube.
  • the plasma is then generated in the tube between the ground electrode and the high voltage electrode and propagates at the outlet of the tube in the surrounding gas, which may or may not be identical to the gas circulating in the tube.
  • the ground electrode has an annular shape and encloses the tube. This particular configuration of cold plasma jet is then not qualified as corona type.
  • the high-voltage electrode and the ground electrode have an annular shape and enclose a tube formed of a dielectric wall, such as a capillary formed of a dielectric wall for example, the dielectric wall of the tube being in particular made of quartz.
  • a gas such as helium for example, circulates in the tube.
  • the plasma is then generated in the tube between the ground electrode and the high voltage electrode and propagates out of the tube into the surrounding gas, which may or may not be identical to the gas flowing in the tube.
  • the gas used for the production of the plasma can be chosen from a molecular gas, in particular ambient air; a rare gas, in particular argon or helium; and one of their mixtures.
  • the method can be applied to a flow of mixture.
  • a flow of the mixture is circulated in a treatment zone formed between at least two electrodes between which a constant or periodic voltage is applied, in particular having a sinusoidal, Gaussian, triangular, sawtooth, square, rectangular or pulse shape.
  • a sinusoidal, Gaussian, triangular, sawtooth, square, rectangular or pulse shape is particularly advantageous insofar as the method can thus make it possible to continuously treat a flow of the mixture with a view to separating the two liquid phases of the mixture.
  • This can also make it possible to simplify the method by making it possible to dispense with the need to use treatment basins or tanks.
  • the circulation of the flow of the mixture can be carried out by gravity or using a motorized system, in particular a pump driven by an electric motor, for example a peristaltic pump.
  • the mixture to be treated may be sprayed in the form of droplets into the plasma.
  • the treatment of the droplets of the mixture by the plasma makes it possible to separate the two phases of the droplets and, when the droplets thus treated are reunited, the two phases remain separate.
  • the duration of treatment of the mixture, in particular the emulsion, by the plasma may be between 1 second and 10 hours, preferably between 5 seconds and 60 minutes. Such a duration depends on the mixture to be treated, in particular the type of mixture to be treated, its volume and whether or not it circulates in flow; the type of plasma used; and the configuration of the electrodes, in particular their positioning, their number, and the characteristics of the voltage supplying them (for example type of voltage (continuous or periodic voltage), amplitude, frequency, signal shape, etc.).
  • the mixture can be heated so as to bring it to a temperature greater than or equal to room temperature, in particular to a temperature ranging from 20°C to 90°C, preferably ranging from 60°C to 90°C, simultaneously with its plasma treatment. This can indeed improve the separation of the two liquid phases of the mixture.
  • the mixture can be stirred simultaneously with its plasma treatment. This is particularly advantageous in the case where the process is not applied to a mixture flow. This can indeed improve the separation of the two liquid phases of the mixture.
  • the separation of the two liquid phases of the mixture, and possibly of the solid phase of the mixture is preferably irreversible. This means that if the treated mixture (in particular the treated emulsion) is provided with the same energy as that used to form the initial mixture (in particular the initial emulsion), for example the same stirring, it is not possible to form the initial mixture (in particular the initial emulsion) again.
  • the separation of the two liquid phases, and possibly of the solid phase of the mixture, observed within the mixture treated by the plasma is therefore stable.
  • the duration of the separation of the two liquid phases of the mixture, in particular of the emulsion, and possibly of the solid phase of the mixture can be between 1 second and 10 hours, and is preferably a few seconds.
  • Such a duration depends on the mixture to be treated, in particular on the type of mixture to be treated, its volume and whether or not it circulates in flow; on the type of plasma used; and on the configuration of the electrodes, in particular their positioning, their number, and the characteristics of the voltage supplying them (for example type of voltage (continuous or periodic voltage), amplitude, frequency, signal shape, etc.). This is particularly advantageous insofar as the method can thus make it possible to treat large quantities of mixture in short times.
  • no chemical phase separation agent is added to the mixture, such as demulsifying, coagulating, flocculating, advanced oxidation chemical agents, in particular bases, acids, salts, in particular sodium chloride or metal salts, for example iron or aluminum, hydrogen peroxide, extruded cyclodextrins, etc.
  • demulsifying, coagulating, flocculating, advanced oxidation chemical agents in particular bases, acids, salts, in particular sodium chloride or metal salts, for example iron or aluminum, hydrogen peroxide, extruded cyclodextrins, etc.
  • exposure to the plasma alone can separate the two liquid phases of the mixture.
  • At least one of the two liquid phases of the mixture better each of the two liquid phases of the mixture, can be recovered after the separation of the two liquid phases of the mixture.
  • the mixture may be a fluid from the oil industry, such as a fluid recovered from an oil well or a drilling fluid; a cutting fluid, for example for metalworking; domestic, agricultural or industrial wastewater, such as washing or rinsing water from a stripping, gluing or painting process, wool washing or draining water.
  • a fluid from the oil industry such as a fluid recovered from an oil well or a drilling fluid
  • a cutting fluid for example for metalworking
  • domestic, agricultural or industrial wastewater such as washing or rinsing water from a stripping, gluing or painting process, wool washing or draining water.
  • the method may have characteristics that may vary according to certain parameters, in particular depending on the mixture to be treated, in particular the type of mixture to be treated, its volume and whether or not it circulates in flow; the type of plasma used; and the configuration of the electrodes, in particular their positioning, their number, and the characteristics of the voltage supplying them (for example type of voltage (continuous or periodic voltage), amplitude, frequency, signal shape, etc.).
  • characteristics may vary according to certain parameters, in particular depending on the mixture to be treated, in particular the type of mixture to be treated, its volume and whether or not it circulates in flow; the type of plasma used; and the configuration of the electrodes, in particular their positioning, their number, and the characteristics of the voltage supplying them (for example type of voltage (continuous or periodic voltage), amplitude, frequency, signal shape, etc.).
  • a second subject of the invention is a method for treating waste water containing at least one mixture of at least two liquid phases as described above, in which said waste water is treated by implementing the method as described above.
  • the wastewater to be treated may be domestic, agricultural or industrial wastewater, such as washing or rinsing water from a stripping, sizing or painting process or wool washing or draining water.
  • the wastewater to be treated contains at least one aqueous phase and at least one oily phase.
  • the aqueous phase is recovered.
  • the aqueous phase then recovered corresponds to purified water.
  • a third object of the invention is a process for treating an oil containing at least one mixture of at least two liquid phases such as described above, wherein said oil is treated by carrying out the process as described above.
  • the oil to be treated may be a lubricating oil, in particular an engine oil, a transmission oil, a hydraulic oil, a two-stroke oil or a cutting oil; a vegetable oil, in particular an olive or sunflower oil; or a mixture thereof.
  • the oil to be treated contains at least one aqueous phase and at least one oily phase.
  • a fourth object of the invention is an installation for treating a mixture of at least two liquid phases, in particular for implementing the method as described above, comprising:
  • a reactor intended to contain or containing the mixture to be treated, the mixture to be treated being able in particular to circulate through the reactor in a continuous flow;
  • At least two electrodes in particular at least one ground electrode and at least one high voltage electrode, arranged so as to generate a plasma in contact with or in the mixture to be treated with a view to separating the two liquid phases of the mixture;
  • the mixture to be treated may be an emulsion.
  • it may be a simple emulsion, in particular of the oil-in-water (O/W), water-in-oil (W/O) or oil-in-oil type; or a multiple emulsion, in particular of the oil-in-water-in-oil (O/W/O) or water-in-oil-in-water (W/O/W) type.
  • the reactor may be a tank.
  • the reactor can be supplied with the mixture to be treated, for example by actuating a valve.
  • At least one of the electrodes may not be in contact with the mixture to be treated. Such a configuration of the electrodes may make it possible to generate the plasma in contact with the mixture to be treated.
  • both electrodes are in contact with the mixture to be treated. Such a configuration of the electrodes can make it possible to generate the plasma in the mixture to be treated.
  • the voltage generator is a high voltage generator.
  • the voltage generator is a continuous or periodic high voltage generator, having in particular a sinusoidal, Gaussian, triangular, sawtooth, square, rectangular or pulse shape.
  • the plasma production mode is a “streamer” type mode in which the current intensity measured between plasma formation electrodes is greater than the current intensity generated by a discharge in “glow” mode.
  • the plasma production mode is a “streamer” type mode in which the current measured between the electrodes is a pulsed current of substantially regular frequency, in particular of regular frequency.
  • the plasma production mode is a “streamer” type mode in which the pulses of the pulsed current have a duration of the order of a hundred nanoseconds.
  • the plasma production mode is a “streamer” type mode in which a non-permanent conduction channel is established in the interelectrode zone.
  • a luminous zone corresponding to the discharge extends from the tip of the tip electrode to at least one point of the plane electrode.
  • the production method is of the "streamer” type in which a plasma is generated independently of the polarity of the electrodes.
  • the high voltage electrode can be in contact with said mixture of at least two liquid phases to be separated.
  • the ground electrode can be in contact with said mixture of at least two liquid phases to be separated.
  • the high voltage electrode and the ground electrode can be in contact with said mixture of at least two liquid phases to be separated.
  • the plasma production method is of the "streamer” type in which one of the electrodes is a pointed electrode. Such a “streamer” type production method allows the pointed electrode to be placed (and maintained) in contact with said mixture of at least two liquid phases to be separated during the treatment of said mixture, in particular without harming the efficiency of the method.
  • Figure 1 is a schematic view showing an example of a method according to the invention in which the mixture is treated with a dielectric barrier discharge type plasma,
  • Figure 2 represents a variant of Figure 1
  • Figure 3 represents a variant of Figure 1
  • Figure 4 represents a variant of Figure 3
  • Figure 5 represents a variant of Figure 1,
  • Figure 6 represents a variant of Figure 5
  • Figure 7 represents a variant of Figure 1
  • Figure 8 represents a variant of Figure 7,
  • Figure 9 represents a variant of Figure 7,
  • FIG. 11 shows a variant of Figure 7,
  • Figure 12 represents a variant of figure 11,
  • Figure 13 represents a variant of Figure 1
  • Figure 14 shows a variant of Figure 2
  • Figure 15 shows a variant of Figure 3
  • Figure 16 shows a variant of Figure 4,
  • Figure 17 shows a variant of Figure 5
  • Figure 19 represents a variant of Figure 7,
  • Figure 20 shows a variant of Figure 8,
  • Figure 21 represents a variant of Figure 9
  • Figure 22 shows a variant of Figure 10
  • Figure 23 represents a variant of figure 11,
  • Figure 24 shows a variant of Figure 12
  • Figure 25 is a schematic view showing an example of a method according to the invention in which the mixture is treated with a corona-type plasma,
  • Figure 26 represents a variant of figure 25,
  • Figure 27 represents a variant of figure 25,
  • Figure 28 represents a variant of figure 27,
  • Figure 29 represents a variant of figure 27,
  • Figure 30 represents a variant of figure 29,
  • Figure 31 represents a variant of figure 29,
  • Figure 32 represents a variant of figure 30,
  • Figure 33 is a schematic view showing an example of a method according to the invention in which the mixture is treated with a jet of cold corona-type plasma,
  • Figure 34 represents a variant of figure 33
  • Figure 35 represents a variant of figure 33
  • Figure 36 represents a variant of figure 33
  • Figure 37 represents a variant of figure 36
  • Figure 38 represents a variant of figure 36
  • Figure 39 is a schematic view showing an example of a method according to the invention in which the mixture is treated with a jet of cold plasma of the dielectric barrier discharge type,
  • Figure 40 represents a variant of figure 39
  • Figure 41 represents a variant of figure 39
  • Figure 42 is a schematic view showing an example of a method according to the invention in which a mixture flow is treated
  • Figure 43 represents a variant of figure 42
  • Figure 44 is a schematic view showing another example of a method according to the invention in which a mixture flow is treated.
  • Figure 45 represents a variant of figure 44.
  • Figures 1 to 24 Examples of processes according to the invention in which the mixture is treated with a dielectric barrier discharge type plasma.
  • Figure 1 shows an example of a method according to the invention.
  • a mixture 1 to be treated comprising at least two liquid phases is contained in a container 2 formed by walls.
  • the mixture 1 to be treated may be an emulsion.
  • the plasma used to treat the mixture 1 is a dielectric barrier discharge type plasma.
  • the latter is generated between a high-voltage electrode 3 which is covered with a dielectric material 5 and a ground electrode 4 which is not covered with dielectric material.
  • the high-voltage electrode 3 is not in contact with the mixture 1 to be treated. It is in a gas phase located near the mixture 1 to be treated, and in particular in a gas phase located above the surface 7 of the mixture 1 to be treated, as illustrated in Figure 1.
  • the ground electrode 4 is in contact with the mixture 1 to be treated, and in particular immersed in the mixture 1 to be treated, as illustrated in figure 1.
  • Figure 2 represents a variant of Figure 1, in which the ground electrode 4 is formed by at least one wall of the container 2.
  • Figure 3 shows a variant of Figure 1, in which the ground electrode 4 is covered with a dielectric material 6.
  • Figure 4 shows a variant of Figure 3, in which the ground electrode 4 is formed by at least one wall of the container 2. The latter is covered with a dielectric material 6.
  • Figure 5 shows a variant of Figure 1, in which the electrode
  • Figure 6 shows a variant of Figure 5, in which the electrode
  • Figure 7 shows a variant of Figure 1, in which the high voltage electrode 3 covered with a dielectric material 5 is immersed in the mixture 1 to be treated.
  • Figure 8 shows a variant of Figure 7, in which the ground electrode 4 is formed by at least one wall of the container 2.
  • Figure 9 shows a variant of Figure 7, in which the ground electrode 4 is covered with a dielectric material 6.
  • Figure 10 shows a variant of Figure 9, in which the ground electrode 4 is formed by at least one wall of the container 2. The latter is covered with a dielectric material 6.
  • Figure 11 shows a variant of Figure 7, in which the high voltage electrode 3 is not covered with dielectric material and in which the ground electrode 4 is covered with a dielectric material 6.
  • Figure 12 shows a variant of Figure 11, in which the ground electrode 4 is formed by at least one wall of the container 2. The latter is covered with a dielectric material 6.
  • Figures 13 to 24 show variants of Figures 1 to 12 respectively, in which the polarities of the electrodes are reversed.
  • the high-voltage electrode 3 is not in contact with the mixture 1 to be treated and the ground electrode 4 is in contact with the mixture 1 to be treated, whereas in Figures 7 to 12, the high-voltage electrode 3 and the ground electrode 4 are in contact with the mixture 1 to be treated.
  • the ground electrode 4 is not in contact with the mixture 1 to be treated and the high-voltage electrode 3 is in contact with the mixture 1 to be treated, whereas in Figures 19 to 24, the ground electrode 4 and the high-voltage electrode 3 are in contact with the mixture 1 to be treated.
  • Figures 25 to 32 Examples of processes according to the invention in which the mixture is treated with a corona-type plasma.
  • Figure 25 shows another example of a method according to the invention.
  • a mixture 1 to be treated comprising at least two liquid phases is contained in a container 2 formed by walls.
  • the mixture 1 to be treated may be an emulsion.
  • the plasma used to treat the mixture 1 is a corona-type plasma.
  • the latter is generated between a high-voltage electrode 3 having a small radius of curvature, and in particular a tip shape, as illustrated in Figure 25, and a ground electrode 4 having a large radius of curvature, and in particular a plane shape, as illustrated in Figure 25.
  • the high-voltage electrode 3 is not not in contact with the mixture 1 to be treated.
  • the ground electrode 4 is in contact with the mixture 1 to be treated, and in particular immersed in the mixture 1 to be treated, as illustrated in Figure 25.
  • Figure 26 shows a variant of Figure 25, in which the ground electrode 4 is formed by at least one wall of the container 2.
  • Figure 27 shows a variant of Figure 25, in which the high voltage electrode 3 is immersed in the mixture 1 to be treated.
  • Figure 28 shows a variant of Figure 27, in which the ground electrode 4 is formed by at least one wall of the container 2.
  • Figure 29 shows a variant of Figure 27, in which the ground electrode 4 has a small radius of curvature, and in particular a point shape, while the high voltage electrode 3 has a large radius of curvature, and in particular a flat shape.
  • Figure 30 shows a variant of Figure 29, in which the high voltage electrode 3 is formed by at least one wall of the container 2.
  • Figure 31 shows a variant of Figure 29, in which the ground electrode 4 is not in contact with the mixture 1 to be treated. It is in a gas phase located near the mixture 1 to be treated, and in particular in a gas phase located above the surface 7 of the mixture 1 to be treated, as illustrated in Figure 31.
  • Figure 32 shows a variant of Figure 30, in which the ground electrode 4 is not in contact with the mixture 1 to be treated. It is in a gas phase located near the mixture 1 to be treated, and in particular in a gas phase located above the surface 7 of the mixture 1 to be treated, as illustrated in Figure 32.
  • Figures 33 to 38 Examples of processes according to the invention in which the mixture is treated with a jet of cold corona-type plasma.
  • Figure 33 shows another example of a method according to the invention.
  • a mixture 1 to be treated comprising at least two liquid phases is contained in a container 2 formed by walls.
  • the mixture 1 to be treated may be an emulsion.
  • the plasma used to treat the mixture 1 is a cold plasma jet of the corona type.
  • the high-voltage electrode 3 is placed in the center of a tube 8, such as a capillary for example, this tube 8 being in particular made of quartz.
  • a gas, such as helium for example, circulates in the tube 8.
  • the high-voltage electrode 3 is not in contact with the mixture 1 to be treated.
  • the ground electrode 4 is in contact with the mixture 1 to be treated, and in particular immersed in the mixture 1 to be treated, as illustrated in Figure 33.
  • the plasma is then generated in the tube 8 between the ground electrode 4 and the high-voltage electrode 3 and propagates at the outlet of the tube 8 in the surrounding gas, which may or may not be identical to the gas circulating in the tube 8.
  • Figure 34 shows a variant of Figure 33, in which the ground electrode 4 is formed by at least one wall of the container 2.
  • Figure 35 shows a variant of Figure 33, in which the ground electrode 4 has an annular shape and surrounds the tube 8. This variant of cold plasma jet illustrated in Figure 35 is then not qualified as corona type.
  • Figure 36 shows a variant of Figure 33, in which the high voltage electrode 3 placed in the center of the tube 8 is immersed in the mixture 1 to be treated.
  • Figure 37 shows a variant of Figure 36, in which the ground electrode 4 is formed by at least one wall of the container 2.
  • Figure 38 shows a variant of Figure 36, in which the ground electrode 4 has an annular shape and encloses the tube 8. This cold plasma jet variant illustrated in Figure 38 is then not qualified as corona type.
  • Figures 39 to 41 Examples of processes according to the invention in which the mixture is treated by a jet of cold plasma of the dielectric barrier discharge type.
  • Figure 39 shows another example of a method according to the invention.
  • a mixture 1 to be treated comprising at least two liquid phases is contained in a container 2 formed by walls.
  • the mixture 1 to be treated may be an emulsion.
  • the plasma used to treat the mixture 1 is a cold plasma jet of the dielectric barrier discharge type.
  • the high-voltage electrode 3 has an annular shape and encloses a tube 8 formed of a dielectric wall, such as a capillary formed of a dielectric wall for example, the dielectric wall of the tube 8 being in particular made of quartz.
  • a gas, such as helium for example, circulates in the tube 8.
  • the high-voltage electrode 3 is not in contact with the mixture 1 to be treated. It is in a gas phase located near the mixture 1 to be treated, and in particular in a gas phase located above the surface 7 of the mixture 1 to be treated, as illustrated in FIG. 39.
  • the ground electrode 4 has an annular shape and encloses the tube 8. It is also in a gas phase located near the mixture 1 to be treated, and in particular in a gas phase located above the surface 7 of the mixture 1 to be treated, as illustrated in FIG. 39.
  • the plasma is then generated in the tube 8 between the ground electrode 4 and the high-voltage electrode 3 and propagates at the outlet of the tube 8 in the surrounding gas, which may or may not be identical to the gas circulating in the tube 8.
  • Figure 40 shows a variant of Figure 39, in which the ground electrode 4 is immersed in the mixture 1 to be treated.
  • Figure 41 shows a variant of Figure 39, in which the high voltage electrode 3 and the ground electrode 4 are immersed in the mixture 1 to be treated.
  • Figures 42 to 45 Examples of processes according to the invention in which a mixture flow is treated
  • Figure 42 shows an example of a method according to the invention in which a flow of a mixture 1 comprising at least two liquid phases is treated, and being in particular an emulsion.
  • the latter is introduced into a tank 2 formed by walls via a supply 10 of mixture 1 opening into the tank 2.
  • a corona-type plasma is generated between a high-voltage electrode 3 having a small radius of curvature, and in particular a point shape, as illustrated in FIG. 42, and a ground electrode 4 having a large radius of curvature, and in particular a plane shape, as illustrated in FIG. 42.
  • the high-voltage electrode 3 is immersed in the mixture 1 to be treated and the ground electrode 4 is formed by at least one wall of the tank 2.
  • the mixture 1 is treated by the generated corona plasma and obtains a separation of the two liquid phases of the mixture.
  • the phase with the lowest density is recovered by an outlet 11 provided in the upper part of the tank 2 and the phase with the highest density is recovered by an outlet 12 provided in the lower part of the tank 2.
  • Figure 43 shows a variant of Figure 42 in which several high-voltage electrodes 3 are present, in particular three high-voltage electrodes 3, as illustrated in Figure 43.
  • the number of high-voltage electrodes 3 may be greater than three.
  • Figure 44 shows a variant of Figure 42 in which the tank 2 is inclined so as to be able to treat a film of mixture 1 which flows within the tank 2. This variant illustrated in Figure 44 thus makes it possible to treat a lower height of mixture 1 compared to Figures 42 and 43.
  • Figure 45 shows a variant of Figure 44 in which several high-voltage electrodes 3 are present, in particular three high-voltage electrodes 3, as illustrated in Figure 45.
  • the number of high-voltage electrodes 3 may be greater than three.
  • the high-voltage electrodes 3 may not be in contact with the flow of the mixture 1 to be treated. They may be in a gas phase located near the flow of the mixture 1 to be treated, and in particular in a gas phase located above the surface 7 of the flow of the mixture 1 to be treated.
  • the high voltage electrodes 3 of the electrode array can be supplied by a single voltage generator.
  • the high-voltage electrodes 3 are each powered by a voltage generator, these voltage generators being identical or not.
  • the high-voltage electrodes 3 can each be powered by a voltage, these voltages being able to be identical or not.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement d'un mélange d'au moins deux phases liquides en vue de la séparation des deux phases liquides du mélange, dans lequel on traite le mélange par un plasma.

Description

Description
Titre de l'invention :
PROCEDE DE TRAITEMENT AVEC UN PLASMA D'UN MELANGE D'AU MOINS DEUX PHASES LIQUIDES EN VUE DE LA SEPARATION DES DEUX PHASES LIQUIDES DU MELANGE
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un procédé de traitement d’un mélange d’au moins deux phases liquides en vue de la séparation des deux phases liquides du mélange, un procédé de traitement d’une eau usée contenant au moins ledit mélange d’au moins deux phases liquides, un procédé de traitement d’une huile contenant au moins ledit mélange d’au moins deux phases liquides et une installation de traitement d’un mélange d’au moins deux phases liquides.
Arrière-plan technologique
[0002] La production de pétrole s’accompagne quasiment systématiquement d’une production d’eau de sorte qu’un mélange de pétrole brut et d’eau est récupéré en sortie de puits pétrolier. Ce mélange peut comporter des émulsions stables, en particulier eau-dans-huile (E/H), qui engendrent différents problèmes du point de vue de la production mais aussi lors des étapes de raffinage. Il est donc nécessaire de traiter ces mélanges de pétrole brut et d’eau afin de casser ces émulsions.
[0003] Il est connu de traiter ces mélanges de pétrole brut et d’eau par ajout d’au moins un agent chimique désémulsifiant de manière à casser ces émulsions et ainsi obtenir une séparation des phases pétrole brut et eau. On procède ensuite généralement à une décantation du mélange puis à une séparation physique de chacune des phases du mélange à l’aide d’un séparateur.
[0004] Dans le domaine du traitement des eaux usées domestiques ou industrielles (également appelées effluents industriels), il est connu de traiter ces eaux par décantation directe ou par floculation, généralement précédée d'une coagulation, puis décantation.
[0005] La coagulation consiste à injecter au moins un agent chimique coagulant dans l'eau à traiter dans le but de réduire ou d'annuler les charges électriques portées par les matières polluantes présentes dans l'eau sous la forme de particules colloïdales en suspension, afin de favoriser leur agglomération ultérieure sous forme de flocs.
[0006] La floculation consiste à injecter au moins un agent chimique floculant dans l'eau, dans laquelle on a préférentiellement ajouté au moins un agent chimique coagulant au préalable, de façon à former de grosses particules facilement séparables ou flocs, par agglomération des particules colloïdales en suspension dans l'eau. La floculation est facilitée par la mise en œuvre préalable d'une coagulation. La floculation peut également être facilitée par ajout, dans l'eau à traiter en amont ou au cours de la floculation, d’un matériau granulaire plus dense que l'eau ou lest, tel que du sable, de façon à lester les flocs et ainsi à favoriser et accélérer leur décantation. Une telle floculation est couramment appelée floculation lestée.
[0007] Une eau purifiée est ensuite obtenue en séparant par décantation les flocs s'y trouvant en suspension.
[0008] Afin d’augmenter l’efficacité du traitement des eaux usées, ces techniques de coagulation, floculation et décantation peuvent être utilisées en combinaison avec des techniques d’oxydation avancée. Au rang de ces techniques d'oxydation avancée figurent celles nécessitant l’ajout du réactif de Fenton dans les eaux usées à traiter, qui permet de générer des radicaux libres OH* à partir de peroxyde d'hydrogène en présence d'un métal de transition comme le fer. Les radicaux libres OH* ainsi générés réagissent avec une large gamme de polluants organiques pour les oxyder.
[0009] Ces traitements nécessitant l’ajout de quantités plus ou moins élevées d’agents chimiques désémulsifiants, coagulants, floculants ou d’oxydation avancée dans les eaux usées à traiter peuvent impliquer des temps de traitement relativement élevés, notamment en raison de la vitesse de réaction de ces agents chimiques. Ces traitements peuvent par exemple nécessiter des étapes de traitement statiques dans des bassins ou cuves.
[00010] Par ailleurs, les agents chimiques désémulsifiants, coagulants, floculants ou d’oxydation avancée actuels peuvent présenter des risques pour la santé humaine et constituer des sources de pollution de l’environnement.
[00011] On connaît de WO2014/172504 un procédé de séparation de phases liquides d’une émulsion eau/huile dans lequel l’émulsion est traitée par un flux d’ions formé par décharge couronne selon un régime de courant faible (ou « glow »), entre une électrode collectrice mise à la terre et plongée dans l’émulsion, et une électrode émettrice maintenue nécessairement à distance de l’émulsion et avec une différence de potentiel avec l’électrode émettrice égale ou supérieure à une valeur seuil et apte à produire une telle décharge couronne.
[00012] Dans tout le texte, le terme « plasma » désigne de façon connue en soi, un état de la matière ou quatrième état de la matière (solide, liquide gaz et plasma). L’état plasma se distingue de l’état gazeux par la présence de particules neutres (de densité no) et de particules chargées (ions et électrons, de densités respectives m et ne). Un gaz est transformé en plasma lorsque l’énergie cinétique d’au moins une partie des particules qui le composent devient supérieure à l’énergie d’ionisation de ces particules.
À la différence d’un gaz qui est un isolant électrique, un plasma inclut des charges libres et est conducteur de l’électricité, tout en restant électriquement neutre d’un point de vue macroscopique (n, = ne). Cette particularité confère aux plasmas la propriété d’interagir avec des champs électriques et/ou magnétiques. On connaît différentes classes de plasmas, caractérisées par la proportion de particules chargées qu’ils contiennent, appelée degré d’ionisation (ô)
On distingue les plasmas fortement ionisés (dits plasmas chauds, qui composent plus de 99% de la matière connue dans l’univers) dont le degré d’ionisation approche l’unité (6 = 0,1 - 1 ), des plasmas faiblement ionisés ou froids (5 = 10 7 - 10’4) qui constituent les plasmas de laboratoire. Parmi les plasmas froids, on distingue classiquement les plasmas thermiques, dans lesquels toutes les particules possèdent la même température (équilibre thermodynamique), et les plasmas hors équilibre, dans lesquels les électrons ont une énergie cinétique moyenne très supérieure à celles des particules lourdes (ions et neutres). Cet écart est dans la plupart des cas généré par l’action d’un champ électromagnétique qui accélère les particules chargées, et par la différence de masse entre les électrons et les ions.
Les méthodes de génération des plasmas froids -aussi appelés plasmas de décharge- varient selon le régime de pression dans lequel ils opèrent, la géométrie et le caractère diélectrique des électrodes sur lesquelles on applique la différence de potentiel à l’origine du champ électrique ou la fréquence de variation de ce potentiel, par exemple.
À pression atmosphérique, un moyen simple de générer des décharges consiste à ajuster la géométrie des électrodes pour les rendre asymétriques (pointe-plan, fil-cylindre, notamment). Dans le cas d’une décharge positive, une haute tension est appliquée à l’électrode à faible rayon de courbure, induisant un champ élevé à son voisinage. Des avalanches électroniques se produisent dans cette région et engendrent sous certaines conditions un plasma en forme de couronne lumineuse (d’où provient le nom de décharge couronne ou corona).
Pour une même géométrie d’électrodes pointe-plan, plusieurs modes de fonctionnement d’une décharge corona peuvent être observés en fonction de la tension appliquée entre ces électrodes et caractérisés par un courant moyen (quantité d’électrons circulant entre les deux électrodes), dont :
- un mode « glow » ou « onset streamer », caractérisé par un faible courant moyen apparaissant à de faibles niveaux de tension, correspondant au mode de fonctionnement décrit dans WO2014/172504. D’un point de vue temporel, les impulsions de courant sont faibles et erratiques (pas de fréquence d’apparition définie). On observe une faible luminescence, signe de l’existence d’un plasma, uniquement localisée au voisinage de l’électrode pointe ;
- un mode « streamer » caractérisé par, au-delà d’une tension supérieure à la tension conduisant au mode « glow » et dépendant notamment du rayon de courbure de l’électrode pointe et de la distance pointe-plan, une augmentation nette du courant moyen mesuré. Les impulsions de courant sont de plus forte amplitude que dans le régime « glow » et apparaissent à une fréquence régulière. Même si elles restent limitées dans le temps puisque leur durée est de l’ordre de la centaine de nanosecondes (ns), ces impulsions correspondent à l’établissement d’un canal de conduction non permanent dans la zone interélectrodes. Le mode « streamer » obtenu avec des électrodes de type pointe- plan est caractérisé par une zone lumineuse correspondant à la décharge et s’étendant de la pointe de l’électrode pointe jusqu’à un point de l’électrode plan ;
- au-delà d’une valeur de tension appliquée en mode « streamer », une transition rapide vers un régime d’arc électrique est observée, dans lequel la durée d’établissement de la décharge dans l’espace pointe-plan devient continue (court-circuit permanent), et qui correspond à un très fort échauffement du gaz.
Résumé de l’invention
[00013] Premier objet de l’invention
[00014] Un premier objet de l’invention est un procédé de traitement d’un mélange d’au moins deux phases liquides en vue de la séparation des deux phases liquides du mélange, dans lequel on traite le mélange par un plasma.
[00015] Les deux phases liquides sont de préférence non miscibles.
[00016] L’une des deux phases liquides peut être continue et l’autre peut être dispersée dans la phase continue.
[00017] L’une des deux phases liquides peut être aqueuse et l’autre peut être huileuse.
[00018] Par exemple, le mélange à traiter comporte une phase aqueuse continue dans laquelle est dispersée une phase huileuse ou une phase huileuse continue dans laquelle est dispersée une phase aqueuse.
[00019] La phase aqueuse peut être une eau, comportant éventuellement un ou plusieurs sels en solution, tel que par exemple des chlorures de sodium, magnésium, calcium.
[00020] La phase huileuse peut être un pétrole brut ; une huile de lubrification, notamment une huile moteur, une huile de transmission, une huile hydraulique, une huile deux temps ou une huile de coupe ; une huile végétale, notamment une huile d’olive ou de tournesol ; ou un de leurs mélanges.
[00021] Par exemple, le mélange à traiter est un mélange de pétrole brut et d’eau comportant éventuellement un ou plusieurs sels en solution, tel que par exemple des chlorures de sodium, magnésium, calcium.
[00022] Le rapport volumique de la phase huileuse par rapport à la phase aqueuse peut être compris entre 1 :999 et 999:1 , de préférence entre 1 :99 et 99:1.
[00023] Le mélange à traiter peut-être une émulsion. Dans ce cas, le procédé est un procédé de traitement d’une émulsion en vue de son cassage, dans lequel on traite l’émulsion par un plasma. Le procédé permet alors de déstabiliser l’émulsion et donc de la casser de sorte à obtenir une séparation des phases de l’émulsion. [00024] Le procédé peut être appliqué à toute industrie devant préparer et/ou traiter des mélanges, et notamment des émulsions. On peut citer, par exemple, les industries pharmaceutiques, les industries des engrais, fertilisants et agents pour la protection des végétaux, les industries des plastiques, les industries du bâtiment, les industries des peintures, vernis et cires, les industries du papier et de l'emballage, les tanneries et les industries du cuir, l'exploitation minière, les industries nucléaires, les industries des bains d'électrolyse et du polissage, les industries pétrolières et pétrochimiques, les industries des additifs pour huiles minérales, les industries des adhésifs, les industries chimiques, les industries photographiques, les blanchisseries industrielles et les industries des détergents et agents de lavage.
[00025] En particulier, on peut citer :
- les industries agro-alimentaires comme, par exemple, les unités de traitement de graines oléagineuses et de corps gras, les charcuteries et salaisonneries industrielles, les abattoirs ou les stations d'équarrissage,
- les industries métallurgiques comme, par exemple, les fabricants industriels d'outils de coupe, lesquels produisent des boues de meulage,
- les industries mécaniques et du travail des métaux, lesquelles engendrent des rejets riches en huiles provenant des machines-outils, en particulier des résidus de filtration de fluides de coupe ou provenant des cabines de peinture,
- les industries du textile, notamment celles assurant le lavage et le dessuintage de la laine.
[00026] L’émulsion peut être une émulsion simple, notamment de type huile- dans-eau (H/E), eau-dans-huile (E/H) ou huile-dans-huile (Le., mélange d’au moins deux phases huileuses différentes non miscibles dans lequel l’une des phases huileuses est continue et l’autre est dispersée dans la phase continue) ; une émulsion multiple, notamment de type huile-dans-eau-dans-huile (H/E/H) ou eau-dans-huile-dans eau (E/H/E) ; ou un de leurs mélanges.
[00027] Le mélange à traiter peut comporter en outre une phase solide dispersée dans au moins l'une des deux phases liquides, notamment dans les deux phases liquides.
[00028] La phase solide peut être une pluralité de particules solides dispersées, notamment de taille colloïdale. [00029] Dans le cas où le mélange à traiter comporte en outre une phase solide, le traitement du mélange par le plasma peut permettre non seulement la séparation des deux phases liquides du mélange mais également la séparation de la phase solide du mélange.
[00030] Le plasma peut être généré entre au moins deux électrodes, notamment entre au moins une électrode de masse et au moins une électrode haute tension, entre lesquelles on applique une tension constante ou périodique, ayant notamment une forme sinusoïdale, gaussienne, triangulaire, en dent de scie, carrée, rectangle ou impulsionnelle.
[00031] Lorsqu’une tension impulsionnelle est appliquée, l’impulsion présente notamment une largeur comprise entre 1 ns et 10 ps, par exemple une largeur comprise entre 50 ns et 600 ns, et/ou l’impulsion présente notamment une forme carrée, triangulaire ou gaussienne. Par exemple, on peut utiliser une tension périodique impulsionnelle avec des impulsions ayant une largeur de 500 ns et une durée de 10 ms entre deux impulsions. Il est également possible d’utiliser une tension impulsionnelle comportant des trains d’impulsions (également appelée mode « rafale » ou « burst »).
[00032] De préférence, on applique une haute tension, positive ou négative, sur la ou les électrodes haute tension.
[00033] La tension constante ou périodique peut présenter une amplitude comprise entre 10 V et 100 kV, de préférence entre 1 kV et 10kV.
[00034] La tension périodique peut présenter une fréquence comprise entre 1 Hz et 1 MHz, de préférence entre 100Hz et 100kHz.
[00035] De préférence, les électrodes sont disposées de manière à exposer le mélange à traiter au plasma.
[00036] Plus particulièrement, les électrodes sont disposées de manière à générer le plasma au contact ou dans le mélange à traiter.
[00037] Au moins l’une des électrodes, notamment les deux électrodes, peuvent ne pas être en contact avec le mélange à traiter. Par exemple, l’électrode ou les électrodes peuvent être situées dans une phase gazeuse située à proximité du mélange à traiter, notamment une phase gazeuse située au- dessus de la surface du mélange. Une telle configuration des électrodes peut permettre de générer le plasma au contact du mélange à traiter, par exemple dans une phase gazeuse située à proximité du mélange, notamment au-dessus de la surface du mélange.
[00038] Par exemple, l’une des électrodes n’est pas en contact avec le mélange à traiter, notamment située dans une phase gazeuse située à proximité du mélange, par exemple une phase gazeuse située au-dessus de la surface du mélange, et l’autre électrode est en contact avec le mélange à traiter, notamment immergée dans le mélange.
[00039] En variante, les deux électrodes sont en contact avec le mélange à traiter. Une telle configuration des électrodes peut permettre de générer le plasma dans le mélange à traiter.
[00040] Dans un exemple, les deux électrodes sont immergées dans le mélange à traiter.
[00041] Dans un autre exemple, le mélange à traiter est contenu dans un récipient formé par des parois. Dans le cas où l’une des deux électrodes uniquement est en contact avec le mélange, cette dernière peut être formée par au moins une des parois du récipient. Dans le cas où les deux électrodes sont en contact avec le mélange, ces dernières peuvent être chacune formée par une paroi du récipient.
[00042] Dans une configuration particulière, le plasma est généré par un réseau d’électrodes, ledit réseau d’électrodes comportant au moins trois, quatre, cinq, six ou plus électrodes, dont au moins une électrode de masse et au moins une électrode haute tension.
[00043] Le réseau d’électrodes peut comporter plusieurs électrodes haute tension et/ou plusieurs électrodes de masse. Par exemple, le réseau d’électrodes comporte plusieurs électrodes haute tension et une électrode de masse ; plusieurs électrodes de masse et une électrode haute tension ; ou plusieurs électrodes haute tension et plusieurs électrodes de masse.
[00044] Lorsque le réseau d’électrodes comporte plusieurs électrodes haute tension, ces dernières peuvent être alimentées par un unique générateur de tension. En variante, les électrodes haute tension sont chacune alimentée par un générateur de tension, ces générateurs de tension étant identiques ou non. Ainsi, les électrodes haute tension peuvent être chacune alimentée par une tension, ces tensions pouvant être identiques ou non. [00045] Par « tensions identiques », on entend des tensions ayant des caractéristiques identiques, notamment en termes de type de tension (tension continue ou périodique), d’amplitude, de fréquence, de forme de signal, etc.
[00046] Le plasma peut être choisi parmi un plasma de type décharge à barrière diélectrique (également appelé plasma DBD pour « Dielectric Barrier Discharge » en anglais), de type corona et de type jet de plasma froid.
[00047] Dans le cas où le plasma est un plasma de type décharge à barrière diélectrique, soit uniquement l’une des électrodes est recouverte d’un matériau diélectrique (par exemple l’électrode de masse ou l’électrode haute tension), soit les deux électrodes sont recouvertes d’un matériau diélectrique.
[00048] Dans le cas où le plasma est un plasma de type corona, les deux électrodes présentent des géométries dissymétriques, par exemple pointe/plan, fil/cylindre, etc., de manière à permettre la création d’un fort champ électrique au voisinage de l’électrode à faible rayon de courbure.
[00049] Le plasma de type jet de plasma froid peut être un jet de plasma froid de type corona, un jet de plasma froid de type décharge à barrière diélectrique, un jet de plasma micro-onde ou tout autre type de jet de plasma froid.
[00050] Dans le cas où le plasma est un jet de plasma froid de type corona, l’électrode haute tension est placée au centre d’un tube, tel qu’un capillaire par exemple, ce tube étant notamment en quartz. Un gaz, tel que l’hélium par exemple, circule dans le tube. Le plasma est alors généré dans le tube entre l’électrode de masse et l’électrode haute tension et se propage en sortie du tube dans le gaz environnant, qui peut être identique ou non au gaz circulant dans le tube.
[00051] Dans une configuration particulière, l’électrode de masse présente une forme annulaire et enserre le tube. Cette configuration particulière de jet de plasma froid n’est alors pas qualifiée de type corona.
[00052] Dans le cas où le plasma est un jet de plasma froid de type décharge à barrière diélectrique, l’électrode haute tension et l’électrode de masse présentent une forme annulaire et enserrent un tube formé d’une paroi diélectrique, tel qu’un capillaire formé d’une paroi diélectrique par exemple, la paroi diélectrique du tube étant notamment en quartz. Un gaz, tel que l’hélium par exemple, circule dans le tube. Le plasma est alors généré dans le tube entre l’électrode de masse et l’électrode haute tension et se propage en sortie du tube dans le gaz environnant, qui peut être identique ou non au gaz circulant dans le tube.
[00053] Le gaz utilisé pour la production du plasma peut être choisi parmi un gaz moléculaire, notamment l’air ambiant ; un gaz rare, notamment l’argon ou l’hélium ; et un de leurs mélanges.
[00054] Le procédé peut être appliqué à un flux de mélange. Par exemple, on fait circuler un flux du mélange dans une zone de traitement formée entre au moins deux électrodes entre lesquelles on applique une tension constante ou périodique, ayant notamment une forme sinusoïdale, gaussienne, triangulaire, en dent de scie, carrée, rectangle ou impulsionnelle. Cela est particulièrement avantageux dans la mesure où le procédé peut ainsi permettre de traiter en continu un flux du mélange en vue de de la séparation des deux phases liquides du mélange. Cela peut également permettre de simplifier le procédé en permettant de s’affranchir de la nécessité d’utiliser des bassins ou cuves de traitement.
[00055] La circulation du flux du mélange peut être réalisée par gravité ou à l’aide d’un système motorisé, notamment une pompe actionnée par un moteur électrique, par exemple une pompe péristaltique.
[00056] De manière alternative, le mélange à traiter peut être pulvérisé sous forme de gouttelettes dans le plasma. Le traitement des gouttelettes du mélange par le plasma permet de séparer les deux phases des gouttelettes et, lorsque les gouttelettes ainsi traitées sont de nouveaux réunies, les deux phases restent séparées.
[00057] La durée de traitement du mélange, notamment de l’émulsion, par le plasma peut être comprise entre 1 seconde et 10 heures, de préférence entre 5 secondes et 60 minutes. Une telle durée est dépendante du mélange à traiter, notamment du type de mélange à traiter, de son volume et de s’il circule en flux ou non ; du type de plasma utilisé ; et de la configuration des électrodes, notamment leur positionnement, leur nombre, et les caractéristiques de la tension les alimentant (par exemple type de tension (tension continue ou périodique), amplitude, fréquence, forme de signal, etc.).
[00058] On peut chauffer le mélange de manière à l’amener à une température supérieure ou égale à la température ambiante, notamment à une température allant de 20°C à 90°C, de préférence allant de 60°C à 90°C, simultanément à son traitement par le plasma. Cela peut en effet permettre d’améliorer la séparation des deux phases liquides du mélange.
[00059] On peut agiter le mélange simultanément à son traitement par le plasma. Cela est particulièrement avantageux dans le cas où le procédé n’est pas appliqué à un flux de mélange. Cela peut en effet permettre d’améliorer la séparation des deux phases liquides du mélange.
[00060] La séparation des deux phases liquides du mélange, et éventuellement de la phase solide du mélange, est de préférence irréversible. Cela signifie que si on fournit au mélange traité (notamment à l’émulsion traitée) la même énergie que celle ayant servi à former le mélange initial (notamment l’émulsion initiale), par exemple la même agitation, il n’est pas possible de former à nouveau le mélange initial (notamment l’émulsion initiale). La séparation des deux phases liquides, et éventuellement de la phase solide du mélange, observée au sein du mélange traité par le plasma est donc stable.
[00061] La durée de la séparation des deux phases liquides du mélange, notamment de l’émulsion, et éventuellement de la phase solide du mélange, peut être comprise entre 1 seconde et 10 heures, et est de préférence de quelques secondes. Une telle durée est dépendante du mélange à traiter, notamment du type de mélange à traiter, de son volume et de s’il circule en flux ou non ; du type de plasma utilisé ; et de la configuration des électrodes, notamment leur positionnement, leur nombre, et les caractéristiques de la tension les alimentant (par exemple type de tension (tension continue ou périodique), amplitude, fréquence, forme de signal, etc.). Cela est particulièrement avantageux dans la mesure où le procédé peut ainsi permettre de traiter de grandes quantités de mélange en des temps courts.
[00062] De préférence, aucun agent chimique de séparation de phases n’est ajouté dans le mélange, tel que des agents chimiques désémulsifiant, coagulant, floculant, d’oxydation avancée, notamment des bases, des acides, des sels, en particulier du chlorure de sodium ou des sels métalliques, par exemple de fer ou d'aluminium, du peroxyde d’hydrogène, des cyclod extri nés, etc. Ainsi, la seule exposition au plasma peut permettre de séparer les deux phases liquides du mélange. [00063] On peut récupérer au moins l’une des deux phases liquides du mélange, mieux chacune des deux phases liquides du mélange, après la séparation des deux phases liquides du mélange.
[00064] Le mélange peut être un fluide issu de l’industrie pétrolière, tel qu’un fluide récupéré en sortie de puits pétrolier ou un fluide de forage ; un fluide de coupe, par exemple pour le travail des métaux ; une eau usée domestique, agricole ou industrielle, telle qu’une eau de lavage ou rinçage issue d’un procédé de décapage, d’encollage ou d’application de peinture, une eau de lavage ou de dessuintage de la laine.
[00065] Le procédé peut présenter des caractéristiques qui peuvent varier selon certains paramètres, en particulier en fonction du mélange à traiter, notamment du type de mélange à traiter, de son volume et de s’il circule en flux ou non ; du type de plasma utilisé ; et de la configuration des électrodes, notamment leur positionnement, leur nombre, et les caractéristiques de la tension les alimentant (par exemple type de tension (tension continue ou périodique), amplitude, fréquence, forme de signal, etc.).
[00066] Deuxième objet de l’invention
[00067] Un deuxième objet de l’invention est un procédé de traitement d’une eau usée contenant au moins un mélange d’au moins deux phases liquides tel que décrit ci-dessus, dans lequel on traite ladite eau usée en mettant en œuvre le procédé tel que décrit ci-dessus.
[00068] L’eau usée à traiter peut être une eau usée domestique, agricole ou industrielle, telle qu’une eau de lavage ou rinçage issue d’un procédé de décapage, d’encollage ou d’application de peinture ou une eau de lavage ou de dessuintage de la laine.
[00069] De préférence, l’eau usée à traiter contient au moins une phase aqueuse et au moins une phase huileuse.
[00070] De préférence, après le traitement de l’eau usée par le plasma, on récupère la phase aqueuse. La phase aqueuse alors récupérée correspond à une eau purifiée.
[00071] Troisième objet de l’invention
[00072] Un troisième objet de l’invention est un procédé de traitement d’une huile contenant au moins un mélange d’au moins deux phases liquides tel que décrit ci-dessus, dans lequel on traite ladite huile en mettant en œuvre le procédé tel que décrit ci-dessus.
[00073] L’huile à traiter peut être une huile de lubrification, notamment une huile moteur, une huile de transmission, une huile hydraulique, une huile deux temps ou une huile de coupe ; une huile végétale, notamment une huile d’olive ou de tournesol ; ou un de leurs mélanges.
[00074] De préférence, l’huile à traiter contient au moins une phase aqueuse et au moins une phase huileuse.
[00075] Quatrième objet de l’invention
[00076] Un quatrième objet de l’invention, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, est une installation de traitement d’un mélange d’au moins deux phases liquides, notamment pour la mise en œuvre du procédé tel que décrit ci-dessus, comportant :
- un réacteur destiné à contenir ou contenant le mélange à traiter, le mélange à traiter pouvant notamment circuler à travers le réacteur selon un flux continu ;
- au moins deux électrodes, notamment au moins une électrode de masse et au moins une électrode haute tension, disposées de manière à générer un plasma au contact ou dans le mélange à traiter en vue de la séparation des deux phases liquides du mélange ;
- au moins un générateur de tension pour alimenter les électrodes.
[00077] Le mélange à traiter peut être une émulsion. Par exemple, il peut s’agir d’une émulsion simple, notamment de type huile-dans-eau (H/E), eau-dans-huile (E/H) ou huile-dans-huile ; ou d’une émulsion multiple, notamment de type huile- dans-eau-dans-huile (H/E/H) ou eau-dans-huile-dans eau (E/H/E).
[00078] Le réacteur peut être une cuve.
[00079] Le réacteur peut être alimenté par le mélange à traiter, par exemple par l’actionnement d’une vanne.
[00080] Au moins l’une des électrodes, notamment les deux électrodes, peuvent ne pas être en contact avec le mélange à traiter. Une telle configuration des électrodes peut permettre de générer le plasma au contact du mélange à traiter.
[00081] En variante, les deux électrodes sont en contact avec le mélange à traiter. Une telle configuration des électrodes peut permettre de générer le plasma dans le mélange à traiter. [00082] De préférence, le générateur de tension est un générateur de haute tension. En particulier, le générateur de tension est un générateur de haute tension continue ou périodique, ayant notamment une forme sinusoïdale, gaussienne, triangulaire, en dent de scie, carrée, rectangulaire ou impulsionnelle.
[00083] Selon les premier, deuxième, troisième et quatrième objets de l’invention, le mode de production du plasma est un mode de type « streamer » dans lequel l’intensité de courant mesurée entre des électrodes de formation du plasma est supérieure à l’intensité de courant générée par une décharge en mode « glow ».
[00084] Selon les premier, deuxième, troisième et quatrième objets de l’invention, le mode de production du plasma est un mode de type « streamer » dans lequel le courant mesuré entre les électrodes est un courant pulsé et de fréquence sensiblement régulière, notamment de fréquence régulière.
[00085] Selon les premier, deuxième, troisième et quatrième objets de l’invention, le mode de production du plasma est un mode de type « streamer » dans lequel les impulsions du courant pulsé présentent une durée de l’ordre d’une centaine de nanosecondes.
[00086] Selon les premier, deuxième, troisième et quatrième objets de l’invention, le mode de production du plasma est un mode de type « streamer » dans lequel est établi un canal de conduction non permanent dans la zone interélectrodes.
[00087] Selon certains modes de réalisation des premier, deuxième, troisième et quatrième objets de l’invention, dans lequel le mode de production du plasma est un mode de type « streamer » obtenu avec des électrodes de type pointe- plan, une zone lumineuse correspondant à la décharge s’étend à partir de la pointe de l’électrode pointe jusqu’à au moins un point de l’électrode plan.
[00088] Selon les premier, deuxième, troisième et quatrième objets de l’invention, le mode de production est de type « streamer » dans lequel un plasma est généré indépendamment de la polarité des électrodes. L’électrode de haute tension peut être en contact avec ledit mélange d’au moins deux phases liquides à séparer. L’électrode de masse peut être en contact avec ledit mélange d’au moins deux phases liquides à séparer. L’électrode de haute tension et l’électrode de masse peuvent être en contact avec ledit mélange d’au moins deux phases liquides à séparer. [00089] Selon certains modes de réalisation de l’invention, le mode de production du plasma est de type « streamer » dans lequel, l’une des électrodes est une électrode pointue. Un tel mode de production de type « streamer » permet que l’électrode pointue soit mise (et maintenue) en contact avec ledit mélange d’au moins deux phases liquides à séparer pendant le traitement dudit mélange, notamment sans nuisance pour l’efficacité du procédé.
Brève description des figures
[00090] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée. Sur les figures annexées :
[00091] [fig. 1] La figure 1 est une vue schématique représentant un exemple de procédé selon l’invention dans lequel on traite le mélange par un plasma de type décharge à barrière diélectrique,
[00092] [fig. 2] La figure 2 représente une variante de la figure 1 ,
[00093] [fig. 3] La figure 3 représente une variante de la figure 1 ,
[00094] [fig. 4] La figure 4 représente une variante de la figure 3,
[00095] [fig. 5] La figure 5 représente une variante de la figure 1 ,
[00096] [fig. 6] La figure 6 représente une variante de la figure 5,
[00097] [fig. 7] La figure 7 représente une variante de la figure 1 ,
[00098] [fig. 8] La figure 8 représente une variante de la figure 7,
[00099] [fig. 9] La figure 9 représente une variante de la figure 7,
[000100] [fig. 10] La figure 10 représente une variante de la figure 9,
[000101] [fig. 11] La figure 11 représente une variante de la figure 7,
[000102] [fig. 12] La figure 12 représente une variante de la figure 11 ,
[000103] [fig. 13] La figure 13 représente une variante de la figure 1 ,
[000104] [fig. 14] La figure 14 représente une variante de la figure 2,
[000105] [fig. 15] La figure 15 représente une variante de la figure 3,
[000106] [fig. 16] La figure 16 représente une variante de la figure 4,
[000107] [fig. 17] La figure 17 représente une variante de la figure 5,
[000108] [fig. 18] La figure 18 représente une variante de la figure 6,
[000109] [fig. 19] La figure 19 représente une variante de la figure 7,
[000110] [fig. 20] La figure 20 représente une variante de la figure 8,
[000111] [fig. 21] La figure 21 représente une variante de la figure 9, [000112] [fig. 22] La figure 22 représente une variante de la figure 10,
[000113] [fig. 23] La figure 23 représente une variante de la figure 11 ,
[000114] [fig. 24] La figure 24 représente une variante de la figure 12,
[000115] [fig. 25] La figure 25 est une vue schématique représentant un exemple de procédé selon l’invention dans lequel on traite le mélange par un plasma de type corona,
[000116] [fig. 26] La figure 26 représente une variante de la figure 25,
[000117] [fig. 27] La figure 27 représente une variante de la figure 25,
[000118] [fig. 28] La figure 28 représente une variante de la figure 27,
[000119] [fig. 29] La figure 29 représente une variante de la figure 27,
[000120] [fig. 30] La figure 30 représente une variante de la figure 29,
[000121] [fig. 31] La figure 31 représente une variante de la figure 29,
[000122] [fig. 32] La figure 32 représente une variante de la figure 30,
[000123] [fig. 33] La figure 33 est une vue schématique représentant un exemple de procédé selon l’invention dans lequel on traite le mélange par un jet de plasma froid de type corona,
[000124] [fig. 34] La figure 34 représente une variante de la figure 33,
[000125] [fig. 35] La figure 35 représente une variante de la figure 33,
[000126] [fig. 36] La figure 36 représente une variante de la figure 33,
[000127] [fig. 37] La figure 37 représente une variante de la figure 36,
[000128] [fig. 38] La figure 38 représente une variante de la figure 36,
[000129] [fig. 39] La figure 39 est une vue schématique représentant un exemple de procédé selon l’invention dans lequel on traite le mélange par un jet de plasma froid de type décharge à barrière diélectrique,
[000130] [fig. 40] La figure 40 représente une variante de la figure 39,
[000131] [fig. 41] La figure 41 représente une variante de la figure 39,
[000132] [fig. 42] La figure 42 est une vue schématique représentant un exemple de procédé selon l’invention dans lequel on traite un flux de mélange,
[000133] [fig. 43] La figure 43 représente une variante de la figure 42,
[000134] [fig. 44] La figure 44 est une vue schématique représentant un autre exemple de procédé selon l’invention dans lequel on traite un flux de mélange, et
[000135] [fig. 45] La figure 45 représente une variante de la figure 44.
Description de mode(s) de réalisation [000136] Dans les figures, et à moins qu’il n’en soit disposé autrement, les éléments identiques porteront les mêmes signes de référence.
[000137] Figures 1 à 24 : Exemples de procédés selon l’invention dans lesquels on traite le mélange par un plasma de type décharge à barrière diélectrique
[000138] La figure 1 représente un exemple de procédé selon l’invention. Dans cet exemple, un mélange 1 à traiter comportant au moins deux phases liquides est contenu dans un récipient 2 formé par des parois. Le mélange 1 à traiter peut être une émulsion. Dans cet exemple, le plasma utilisé pour traiter le mélange 1 est un plasma de type décharge à barrière diélectrique. Dans cet exemple, ce dernier est généré entre une électrode 3 haute tension qui est recouverte d’un matériau diélectrique 5 et une électrode 4 de masse qui n’est quant à elle pas recouverte de matériau diélectrique. L’électrode 3 haute tension n’est pas en contact avec le mélange 1 à traiter. Elle est dans une phase gazeuse située à proximité du mélange 1 à traiter, et notamment dans une phase gazeuse située au-dessus de la surface 7 du mélange 1 à traiter, comme cela est illustré à la figure 1 . L’électrode 4 de masse est en contact avec le mélange 1 à traiter, et notamment immergée dans le mélange 1 à traiter, comme cela est illustré à la figure 1 .
[000139] La figure 2 représente une variante de la figure 1 , dans laquelle l’électrode 4 de masse est formée par au moins une paroi du récipient 2.
[000140] La figure 3 représente une variante de la figure 1 , dans laquelle l’électrode 4 de masse est recouverte d’un matériau diélectrique 6.
[000141] La figure 4 représente une variante de la figure 3, dans laquelle l’électrode 4 de masse est formée par au moins une paroi du récipient 2. Cette dernière est recouverte d’un matériau diélectrique 6.
[000142] La figure 5 représente une variante de la figure 1 , dans laquelle l’électrode
3 haute tension n’est pas recouverte de matériau diélectrique et dans laquelle l’électrode 4 de masse est quant à elle recouverte d’un matériau diélectrique 6.
[000143] La figure 6 représente une variante de la figure 5, dans laquelle l’électrode
4 de masse est formée par au moins une paroi du récipient 2. Cette dernière est recouverte d’un matériau diélectrique 6.
[000144] La figure 7 représente une variante de la figure 1 , dans laquelle l’électrode 3 haute tension recouverte d’un matériau diélectrique 5 est immergée dans le mélange 1 à traiter. [000145] La figure 8 représente une variante de la figure 7, dans laquelle l’électrode 4 de masse est formée par au moins une paroi du récipient 2.
[000146] La figure 9 représente une variante de la figure 7, dans laquelle l’électrode 4 de masse est recouverte d’un matériau diélectrique 6.
[000147] La figure 10 représente une variante de la figure 9, dans laquelle l’électrode 4 de masse est formée par au moins une paroi du récipient 2. Cette dernière est recouverte d’un matériau diélectrique 6.
[000148] La figure 11 représente une variante de la figure 7, dans laquelle l’électrode 3 haute tension n’est pas recouverte de matériau diélectrique et dans laquelle l’électrode 4 de masse est quant à elle recouverte d’un matériau diélectrique 6.
[000149] La figure 12 représente une variante de la figure 11 , dans laquelle l’électrode 4 de masse est formée par au moins une paroi du récipient 2. Cette dernière est recouverte d’un matériau diélectrique 6.
[000150] Les figures 13 à 24 représentent des variantes des figures 1 à 12 respectivement, dans lesquelles les polarités des électrodes sont inversées.
[000151] Ainsi, dans les figures 1 à 6, l’électrode 3 haute tension n’est pas en contact avec le mélange 1 à traiter et l’électrode 4 de masse est en contact avec le mélange 1 à traiter, alors que dans les figures 7 à 12, l’électrode 3 haute tension et l’électrode 4 de masse sont en contact avec le mélange 1 à traiter. Dans les figures 13 à 18, l’électrode 4 de masse n’est pas en contact avec le mélange 1 à traiter et l’électrode 3 haute tension est en contact avec le mélange 1 à traiter, alors que dans les figures 19 à 24, l’électrode 4 de masse et l’électrode 3 haute tension sont en contact avec le mélange 1 à traiter.
[000152] Figures 25 à 32 : Exemples de procédés selon l’invention dans lesquels on traite le mélange par un plasma de type corona
[000153] La figure 25 représente un autre exemple de procédé selon l’invention. Dans cet exemple, un mélange 1 à traiter comportant au moins deux phases liquides est contenu dans un récipient 2 formé par des parois. Le mélange 1 à traiter peut être une émulsion. Dans cet exemple, le plasma utilisé pour traiter le mélange 1 est un plasma de type corona. Dans cet exemple, ce dernier est généré entre une électrode 3 haute tension présentant un faible rayon de courbure, et notamment une forme de pointe, comme illustré à la figure 25, et une électrode 4 de masse présentant un rayon de courbure élevé, et notamment une forme plan, comme illustré à la figure 25. L’électrode 3 haute tension n’est pas en contact avec le mélange 1 à traiter. Elle est dans une phase gazeuse située à proximité du mélange 1 à traiter, et notamment dans une phase gazeuse située au-dessus de la surface 7 du mélange 1 à traiter, comme cela est illustré à la figure 25. L’électrode 4 de masse est en contact avec le mélange 1 à traiter, et notamment immergée dans le mélange 1 à traiter, comme cela est illustré à la figure 25.
[000154] La figure 26 représente une variante de la figure 25, dans laquelle l’électrode 4 de masse est formée par au moins une paroi du récipient 2.
[000155] La figure 27 représente une variante de la figure 25, dans laquelle l’électrode 3 haute tension est immergée dans le mélange 1 à traiter.
[000156] La figure 28 représente une variante de la figure 27, dans laquelle l’électrode 4 de masse est formée par au moins une paroi du récipient 2.
[000157] La figure 29 représente une variante de la figure 27, dans laquelle l’électrode 4 de masse présente un faible rayon de courbure, et notamment une forme de pointe, alors que l’électrode 3 haute tension présente un rayon de courbure élevé, et notamment une forme plan.
[000158] La figure 30 représente une variante de la figure 29, dans laquelle l’électrode 3 haute tension est formée par au moins une paroi du récipient 2.
[000159] La figure 31 représente une variante de la figure 29, dans laquelle l’électrode 4 de masse n’est pas en contact avec le mélange 1 à traiter. Elle est dans une phase gazeuse située à proximité du mélange 1 à traiter, et notamment dans une phase gazeuse située au-dessus de la surface 7 du mélange 1 à traiter, comme cela est illustré à la figure 31 .
[000160] La figure 32 représente une variante de la figure 30, dans laquelle l’électrode 4 de masse n’est pas en contact avec le mélange 1 à traiter. Elle est dans une phase gazeuse située à proximité du mélange 1 à traiter, et notamment dans une phase gazeuse située au-dessus de la surface 7 du mélange 1 à traiter, comme cela est illustré à la figure 32.
[000161] Ainsi, dans les figures 25 et 26, l’électrode 3 haute tension n’est pas en contact avec le mélange 1 à traiter et l’électrode 4 de masse est en contact avec le mélange 1 à traiter, alors que dans les figures 27 à 30, l’électrode 3 haute tension et l’électrode 4 de masse sont en contact avec le mélange 1 à traiter. Dans les figures 31 et 32, l’électrode 4 de masse n’est pas en contact avec le mélange 1 à traiter et l’électrode 3 haute tension est en contact avec le mélange 1 à traiter.
[000162] Figures 33 à 38 : Exemples de procédés selon l’invention dans lesquels on traite le mélange par un jet de plasma froid de type corona
[000163] La figure 33 représente un autre exemple de procédé selon l’invention. Dans cet exemple, un mélange 1 à traiter comportant au moins deux phases liquides est contenu dans un récipient 2 formé par des parois. Le mélange 1 à traiter peut être une émulsion. Dans cet exemple, le plasma utilisé pour traiter le mélange 1 est un jet de plasma froid de type corona. Dans cet exemple, l’électrode 3 haute tension est placée au centre d’un tube 8, tel qu’un capillaire par exemple, ce tube 8 étant notamment en quartz. Un gaz, tel que l’hélium par exemple, circule dans le tube 8. L’électrode 3 haute tension n’est pas en contact avec le mélange 1 à traiter. Elle est dans une phase gazeuse située à proximité du mélange 1 à traiter, et notamment dans une phase gazeuse située au-dessus de la surface 7 du mélange 1 à traiter, comme cela est illustré à la figure 33. L’électrode 4 de masse est en contact avec le mélange 1 à traiter, et notamment immergée dans le mélange 1 à traiter, comme cela est illustré à la figure 33. Le plasma est alors généré dans le tube 8 entre l’électrode 4 de masse et l’électrode 3 haute tension et se propage en sortie du tube 8 dans le gaz environnant, qui peut être identique ou non au gaz circulant dans le tube 8.
[000164] La figure 34 représente une variante de la figure 33, dans laquelle l’électrode 4 de masse est formée par au moins une paroi du récipient 2.
[000165] La figure 35 représente une variante de la figure 33, dans laquelle l’électrode 4 de masse présente une forme annulaire et enserre le tube 8. Cette variante de jet de plasma froid illustrée à la figure 35 n’est alors pas qualifiée de type corona.
[000166] La figure 36 représente une variante de la figure 33, dans laquelle l’électrode 3 haute tension placée au centre du tube 8 est immergée dans le mélange 1 à traiter.
[000167] La figure 37 représente une variante de la figure 36, dans laquelle l’électrode 4 de masse est formée par au moins une paroi du récipient 2.
[000168] La figure 38 représente une variante de la figure 36, dans laquelle l’électrode 4 de masse présente une forme annulaire et enserre le tube 8. Cette variante de jet de plasma froid illustrée à la figure 38 n’est alors pas qualifiée de type corona.
[000169] Figures 39 à 41 : Exemples de procédés selon l’invention dans lesquels on traite le mélange par un jet de plasma froid de type décharge à barrière diélectrigue
[000170] La figure 39 représente un autre exemple de procédé selon l’invention. Dans cet exemple, un mélange 1 à traiter comportant au moins deux phases liquides est contenu dans un récipient 2 formé par des parois. Le mélange 1 à traiter peut être une émulsion. Dans cet exemple, le plasma utilisé pour traiter le mélange 1 est un jet de plasma froid de type décharge à barrière diélectrique. Dans cet exemple, l’électrode 3 haute tension présente une forme annulaire et enserre un tube 8 formé d’une paroi diélectrique, tel qu’un capillaire formé d’une paroi diélectrique par exemple, la paroi diélectrique du tube 8 étant notamment en quartz. Un gaz, tel que l’hélium par exemple, circule dans le tube 8.
L’électrode 3 haute tension n’est pas en contact avec le mélange 1 à traiter. Elle est dans une phase gazeuse située à proximité du mélange 1 à traiter, et notamment dans une phase gazeuse située au-dessus de la surface 7 du mélange 1 à traiter, comme cela est illustré à la figure 39. L’électrode 4 de masse présente une forme annulaire et enserre le tube 8. Elle est également dans une phase gazeuse située à proximité du mélange 1 à traiter, et notamment dans une phase gazeuse située au-dessus de la surface 7 du mélange 1 à traiter, comme cela est illustré à la figure 39. Le plasma est alors généré dans le tube 8 entre l’électrode 4 de masse et l’électrode 3 haute tension et se propage en sortie du tube 8 dans le gaz environnant, qui peut être identique ou non au gaz circulant dans le tube 8.
[000171] La figure 40 représente une variante de la figure 39, dans laquelle l’électrode 4 de masse est immergée dans le mélange 1 à traiter.
[000172] La figure 41 représente une variante de la figure 39, dans laquelle l’électrode 3 haute tension et l’électrode 4 de masse sont immergées dans le mélange 1 à traiter.
[000173] Figures 42 à 45 : Exemples de procédés selon l’invention dans lesquels on traite un flux de mélange
[000174] La figure 42 représente un exemple de procédé selon l’invention dans lequel on traite un flux d’un mélange 1 comportant au moins deux phases liquide, et étant notamment une émulsion. Ce dernier est introduit dans une cuve 2 formé par des parois via une alimentation 10 en mélange 1 débouchant dans la cuve 2. Un plasma de type corona est généré entre une électrode 3 haute tension présentant un faible rayon de courbure, et notamment une forme de pointe, comme illustré à la figure 42, et une électrode 4 de masse présentant un rayon de courbure élevé, et notamment une forme plan, comme illustré à la figure 42. L’électrode 3 haute tension est immergée dans le mélange 1 à traiter et l’électrode 4 de masse est formée par au moins une paroi de la cuve 2. Le mélange 1 est traité par le plasma corona généré et obtient une séparation des deux phases liquides du mélange. La phase de densité la moins élevée est récupérée par une sortie 11 ménagée en partie supérieure de la cuve 2 et la phase de densité la plus élevée est récupérée par une sortie 12 ménagée en partie inférieure de la cuve 2.
[000175] La figure 43 représente une variante de la figure 42 dans laquelle plusieurs électrodes 3 haute tension sont présentes, notamment trois électrodes 3 haute tension, comme illustré à la figure 43. Le nombre d’électrodes 3 haute tension peut être supérieur à trois. On parle alors ici d’un réseau d’électrodes comportant trois électrodes 3 haute tension et une électrode 4 de masse.
[000176] La figure 44 représente une variante de la figure 42 dans laquelle la cuve 2 est inclinée de manière à pouvoir traiter un film de mélange 1 qui s’écoule au sein de la cuve 2. Cette variante illustrée à la figure 44 permet ainsi de traiter une hauteur plus faible de mélange 1 par rapport aux figures 42 et 43.
[000177] La figure 45 représente une variante de la figure 44 dans laquelle plusieurs électrodes 3 haute tension sont présentes, notamment trois électrodes 3 haute tension, comme illustré à la figure 45. Le nombre d’électrodes 3 haute tension peut être supérieur à trois. On parle alors ici d’un réseau d’électrodes comportant trois électrodes 3 haute tension et une électrode 4 de masse.
[000178] Dans les figures 42 à 45, les électrodes 3 haute tension peuvent ne pas être en contact avec le flux du mélange 1 à traiter. Elles peuvent être dans une phase gazeuse située à proximité du flux du mélange 1 à traiter, et notamment dans une phase gazeuse située au-dessus de la surface 7 du flux du mélange 1 à traiter.
[000179] Dans les figures 43 et 45, les électrodes 3 haute tension du réseau d’électrodes peuvent être alimentées par un unique générateur de tension. En variante, les électrodes 3 haute tension sont chacune alimentée par un générateur de tension, ces générateurs de tension étant identiques ou non. Ainsi, les électrodes 3 haute tension peuvent être chacune alimentée par une tension, ces tensions pouvant être identiques ou non.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de traitement d’un mélange d’au moins deux phases liquides en vue de la séparation des deux phases liquides du mélange, dans lequel on traite le mélange par un plasma.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , dans lequel les deux phases liquides sont non miscibles.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’une des deux phases liquides est continue et l’autre est dispersée dans la phase continue.
[Revendication 4] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’une des deux phases liquides est aqueuse et l’autre est huileuse.
[Revendication 5] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mélange est une émulsion.
[Revendication 6] Procédé selon la revendication 5, dans lequel l’émulsion est une émulsion simple, notamment de type huile-dans-eau (H/E), eau-dans- huile (E/H) ou huile-dans-huile ; une émulsion multiple, notamment de type huile-dans-eau-dans-huile (H/E/H) ou eau-dans-huile-dans eau (E/H/E) ; ou un de leurs mélanges.
[Revendication 7] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mélange comporte une phase solide dispersée dans au moins l'une des deux phases liquides, notamment dans les deux phases liquides.
[Revendication 8] Procédé selon la revendication 7, dans lequel le traitement du mélange par le plasma permet non seulement la séparation des deux phases liquides du mélange mais également la séparation de la phase solide du mélange.
[Revendication 9] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on traite un flux du mélange.
[Revendication 10] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la durée de traitement par le plasma est comprise entre 1 seconde et 10 heures, de préférence entre 5 secondes et 60 minutes.
[Revendication 11] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on chauffe le mélange de manière à l’amener à une température allant de 20°C à 90°C, de préférence allant de 60°C à 90°C, simultanément à son traitement par le plasma.
[Revendication 12] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on agite le mélange simultanément à son traitement par le plasma.
[Revendication 13] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le plasma est généré entre au moins deux électrodes, notamment entre au moins une électrode de masse et au moins une électrode haute tension, entre lesquelles on applique une tension constante ou périodique, ayant notamment une forme sinusoïdale, gaussienne, triangulaire, en dent de scie, carrée, rectangulaire ou impulsionnelle.
[Revendication 14] Procédé selon la revendication 13, dans lequel la tension constante ou périodique présente une amplitude comprise entre 10 V et 100 kV, de préférence entre 1 kV et 10 kV.
[Revendication 15] Procédé selon la revendication 13 ou 14, dans lequel la tension périodique présente une fréquence comprise entre 1 Hz et 1 MHz, de préférence entre 100Hz et 100kHz.
[Revendication 16] Procédé selon l’une quelconque des revendications 13 à 15, dans lequel au moins l’une des électrodes, notamment les deux électrodes, ne sont pas en contact avec le mélange à traiter.
[Revendication 17] Procédé selon l’une quelconque des revendications 13 à 15, dans lequel les deux électrodes sont en contact avec le mélange à traiter.
[Revendication 18] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le plasma est choisi parmi un plasma de type décharge à barrière diélectrique, de type corona et de type jet de plasma froid .
[Revendication 19] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le gaz utilisé pour la production du plasma est choisi parmi un gaz moléculaire, notamment l’air ambiant ; un gaz rare, notamment l’argon ou l’hélium ; et un de leurs mélanges.
[Revendication 20] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la séparation des deux phases liquides du mélange, et éventuellement de la phase solide du mélange, est irréversible.
[Revendication 21] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la durée de la séparation des deux phases liquides du mélange, et éventuellement de la phase solide du mélange, est comprise entre 1 seconde et 10 heures.
[Revendication 22] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel aucun agent chimique désémulsifiant, coagulant, floculant ou d’oxydation avancée n’est ajouté dans le mélange.
[Revendication 23] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on récupère au moins l’une deux phases liquides du mélange, mieux chacune des deux phases liquides du mélange, après la séparation des deux phases liquides du mélange.
[Revendication 24] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mélange est un fluide issu de l’industrie pétrolière, tel qu’un fluide récupéré en sortie de puits pétrolier ou un fluide de forage ; un fluide de coupe, par exemple pour le travail des métaux ; une eau usée domestique, agricole ou industrielle, telle qu’une eau de lavage ou rinçage issue d’un procédé de décapage, d’encollage ou d’application de peinture, une eau de lavage ou de dessuintage de la laine.
[Revendication 25] Procédé de traitement d’une eau usée contenant au moins un mélange d’au moins deux phases liquides, dans lequel on traite ladite eau usée en mettant en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 24.
[Revendication 26] Procédé selon la revendication 25, dans lequel l’eau usée à traiter est une eau usée domestique, agricole ou industrielle, telle qu’une eau de lavage ou rinçage issue d’un procédé de décapage, d’encollage ou d’application de peinture ou une eau de lavage ou de dessuintage de la laine.
[Revendication 27] Procédé de traitement d’une huile contenant au moins un mélange d’au moins deux phases liquides, dans lequel on traite ladite huile en mettant en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à Tl
[Revendication 28] Procédé selon la revendication 27, dans lequel l’huile à traiter est une huile de lubrification, notamment une huile moteur, une huile de transmission, une huile hydraulique, une huile deux temps ou une huile de coupe ; une huile végétale, notamment une huile d’olive ou de tournesol ; ou un de leurs mélanges.
[Revendication 29] Installation de traitement d’un mélange d’au moins deux phases liquides pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 24, d’une eau usée pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 25 ou 26, ou d’une huile pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 27 ou 28, comportant :
- un réacteur destiné à contenir ou contenant le mélange, l’eau usée ou l’huile à traiter, le mélange, l’eau usée ou l’huile à traiter pouvant notamment circuler à travers le réacteur selon un flux continu ;
- au moins deux électrodes, notamment au moins une électrode de masse et au moins une électrode haute tension, disposées de manière à générer un plasma au contact ou dans le mélange, l’eau usée ou l’huile à traiter en vue de la séparation des deux phases liquides du mélange, de l’eau usée ou de l’huile ;
- au moins un générateur de tension pour alimenter les électrodes.
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