FR2697443A1 - Dispositif et procédé pour effectuer la séparation de phases de conductivités différentes par électrocoalescence et centrifugation. - Google Patents

Abstract

- Procédé pour séparer un mélange composé d'au moins une phase continue faiblement conductrice et d'au moins une phase dispersée conductrice sous forme de gouttes dans la phase continue introduit dans une enceinte (1) en matériau isolant sensiblement cylindrique comportant au moins deux pièces internes hélicoïdales (3, 4) dont les formes délimitent au moins un passage hélicoïdal (a'), communiquant au mélange un mouvement hélicoïdal. - On applique une différence de potentiel entre les spires de la première pièce hélicoïdale et les spires de la deuxième pièce hélicoïdale en regard les unes des autres, de manière à créer un champ électrique pour favoriser la coalescence des gouttes de la phase dispersée, l'écoulement dudit mélange le long dudit passage provoquant un mouvement de rotation au cours duquel les gouttes ayant coalescé se regroupent sans redispersion et sont séparées, au moins partiellement, de la phase continue du fait du déplacement différencié des gouttes ayant coalescé et de la phase continue. - Dispositif permettant de mettre en œuvre le procédé.

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour séparer une phase continue et une phase dispersée conductrice par électrocoalescence.

L'invention est particulièrement bien adaptée au dessalage et à la déshydratation d'un effluent pétrolier, composé d'une phase aqueuse dispersée et d'une phase organique continue.

Le transport du pétrole brut dans des conditions techniques et économiques satisfaisantes nécessite l'élimination, au moins en partie, de sa phase aqueuse. En effet, le transport et le traitement d'un volume de phase aqueuse représente une perte d'énergie de pompage et de chauffage des capacités. De plus, la phase aqueuse étant formée par des eaux de gisement, est constituée d'une saumure qui peut être fortement salée. Lors de son passage dans les équipements de transport, de réception, de traitement et de raffinage, la phase aqueuse peut être à l'origine de dépôts de sel et de problèmes de corrosion, qui provoquent des perturbations dans toute la chaine de transport et de traitement, en particulier dans les unités de raffinage.

Il devient donc de plus en plus important de disposer d'un procédé industriel efficace de séparation de la saumure du pétrole brut.

La saumure est définie comme une phase aqueuse de salinité variable, par exemple comprise entre 10gel et 200g/1.

L'art antérieur décrit de nombreux dispositifs et procédés permettant de réaliser une telle séparation.

La technique la plus simple consiste à envoyer le mélange des phases à séparer dans une enceinte dont le volume est calculé de manière à permettre un temps de séjour suffisant pour que l'ensemble des gouttes formant la phase dispersée aient le temps de se rassembler et de coalescer à l'interface de séparation entre les deux phases.

On définit par l'expression "pièce hélicoïdale" une pièce constituée, par exemple, de plusieurs spires.

Cette technique couramment utilisée conduit à des installations très encombrantes et des temps de séjour pouvant être relativement importants.

Une amélioration de cette technique consiste à chauffer les enceintes contenant le mélange de façon à augmenter la vitesse de sédimentation des gouttes et leur probabilité de rencontre.

Une autre technique consiste à utiliser un champ électrique qui favorise la coalescence des gouttes d'une phase dispersée conductrice dans un milieu relativement peu conducteur.

Dans les séparateurs électrostatiques utilisant ce principe, on observe parfois des phénomènes de claquage provenant d'une augmentation de la charge électrique entre les électrodes, par exemple lors d'un alignement de gouttes conductrices dans la direction du champ.

D'autres technologies de séparateurs à électrodes et champ électrique sont décrites dans les brevets US-4,601,834, US-1.592.011, SU- 1.568.741.

La séparation entre deux phases peut être améliorée en ayant recours à l'effet d'une accélération centrifuge, comme le décrit le brevet FR-2.663.238 du demandeur, et en favorisant la création d'un film de gouttes ayant coalescé à la surface de la pièce interne hélicoïdale du dispositif.

Il a été découvert, et c'est ltobjet de la présente invention, qu'il est possible de réaliser plus efficacement une séparation électrostatique d'un mélange comportant une phase continue peu conductrice et une phase dispersée conductrice, en utilisant le phénomène d'électrocoalescence qui permet de réaliser la croissance des gouttes de la phase dispersée conductrice, tout en soumettant le mélange des deux phases à séparer, à un mouvement de rotation.

Dans toute la description qui va suivre, la zone de décantation est définie comme une zone dans laquelle le mouvement relatif de la phase dispersée par rapport à la phase continue conduit à une séparation des deux phases. La zone d'électrocoalescence définit de même une zone dans laquelle règne un champ électrique permettant la coalescence des gouttes.

La présente invention concerne un procédé pour séparer un mélange composé d'au moins une phase continue faiblement conductrice et d'au moins une phase conductrice dispersée sous forme de gouttes dans la phase continue. introduit dans une enceinte en matériau isolant sensiblement cylindrique comportant au moins deux pièces internes hélicoïdales dont les formes délimitent au moins un passage hélicoïdal communiquant au mélange un mouvement hélicoïdal.Il est caractérisé en ce que l'on applique une différence de potentiel entre les spires de la première pièce hélicoïdale et les spires de la deuxième pièce hélicoïdale, en regard les unes des autres de manière à créer un champ électrique pour favoriser la coalescence des gouttes de la phase dispersée, l'écoulement du mélange le long dudit passage provoquant un mouvement de rotation au cours duquel les gouttes ayant coalescé se regroupent sans redispersion et sont séparées, au moins partiellement, de la phase continue du fait du déplacement différencié des gouttes ayant coalescé et de la phase continue.

La phase continue peut se trouver, après séparation des deux phases, située au-dessus des gouttes ayant coalescé du fait de l'effet de la pesanteur ou de gravitation.

Le champ électrique est créé en appliquant entre les spires en regard une différence de potentiel continue.

On peut aussi appliquer une différence de potentiel alternative ou de signe constant et variant de manière périodique.

La valeur atteinte par le champ électrique régnant dans un canal est de préférence, comprise entre 3.104 et 6.105 V/m.

La vitesse moyenne d'écoulement du fluide dans le passage hélicoïdal est choisie de préférence entre 1 et 10 m/s.

La présente invention concerne aussi un dispositif pour séparer un mélange composé d'au moins une phase continue faiblement conductrice et d'au moins une phase conductrice dispersée sous forme de gouttes dans la phase continue comportant une enceinte en matériau isolant sensiblement cylindrique comprenant une zone d'électrocoalescence E et une zone de décantation D.Il est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un canal hélicoïdal pour communiquer au mélange introduit dans l'enceinte un mouvement hélicoïdal, ledit canal étant délimité par les spires d'au moins deux pièces hélicoïdales, lesdites pièces étant imbriquées l'une avec l'autre, des moyens pour appliquer entre les spires de première et de la seconde pièce hélicoïdale une différence de potentiel capable de provoquer la coalescence des gouttes de la phase dispersée, la forme donnée auxdites spires étant telle que le mouvement hélicoïdal du mélange conduit à un déplacement différencié des gouttes ayant coalescé vers la périphérie de l'enceinte et vers une de ses extrémités et à une séparation hors de la phase continue des gouttes ayant coalescé.

L'axe de l'enceinte peut être vertical.

Lorsque la phase dispersée est la plus lourde, la phase continue se trouve située au-dessus de la phase formée par les gouttes ayant coalescé du fait de l'effet de la décantation par gravitation.

L'angle que forment les spires d'une pièce interne avec l'axe de l'enceinte a une valeur, de préférence, au moins égal à 60 degrés.

Les spires peuvent comporter une armature métallique placée selon la surface médiane de la pièce et recouverte d'un matériau isolant, tel qu'un polymère.

L'armature métallique peut être une grille métallique.

Selon un mode particulier de l'invention, la longueur de chacune des pièces internes hélicoïdales est choisie de façon à créer un champ électrique variable au moins en partie sur la longueur de l'enceinte.

On peut aussi choisir le diamètre externe des pièces internes hélicoïdales de manière à créer un champ électrique dont la valeur varie de façon radiale.

Les pièces internes peuvent avoir un pas variable. De cette manière, l'intensité du champ électrique créé entre deux spires successives varie de façon graduelle ou progressive le long de l'enceinte, il en est de même pour la vitesse de mélange circulant dans l'enceinte.

La distance entre deux spires successives est de préférence comprise entre 0,5 et 3 cm.

La zone d'électrocoalescence et la zone de décantation peuvent présenter des parties communes.

La zone de décantation D peut être constitué d'un séparateur centrifuge placé en sortie de la zone d'électrocoalescence E, par exemple un hydrocyclone.

Les pièces internes hélicoïdales ont par exemple un axe commun constitué par un matériau isolant, l'axe étant équipé à chacune de ses extrémités d'au moins une pièce conductrice de manière à assurer toute liaison électrique, permettant notamment de relier au moins un pièce interne de forme hélicoïdale à une source de tension électrique.

Le procédé et le dispositif peuvent être avantageusement appliqués à la séparation d'un effluent pétrolier pour lequel la phase continue est une phase organique et la phase dispersée une phase aqueuse telle qu'une saumure.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après en se référant aux figures annexées pour lesquelles - la figure 1 montre un dispositif de séparation selon l'invention, - les figures 2 et 3A, 3B schématisent deux exemples de réalisation
des électrodes du dispositif, - les figures 4A, 4B, 4C représentent trois formes de signaux
possibles pour les forces électromotrices générant le champ
électrique, - la figure 5 montre une variante du dispositif comportant plusieurs
pièces hélicoïdales dont la longueur est variable, - la figure 6 schématise un mode de réalisation du dispositif pour
lequel les pièces hélicoïdales ont des diamètres différents, - la figure 7 montre une variante du dispositif comportant deux
pièces hélicoïdales de pas variable, et - les figures 8, 9 et 10 schématisent deux possibilités de réalisation
des zones de décantation du dispositif selon l'invention.

Le dispositif qui va être décrit ci-après permet de séparer un mélange comportant une phase continue faiblement ou peu conductrice et une phase dispersée conductrice par électrocoalescence et il est conçu pour que le mélange à séparer soit mis en rotation et que la force centrifuge ainsi créée déplace les gouttes de la phase dispersée ayant coalescé vers la périphérie du dispositif, conduisant à la séparation des deux phases.

Il est possible d'associer aux effets d'électrocoalescence et centrifuge, l'effet de la gravitation.

La figure 1 représente un exemple de dispositif utilisant la combinaison des trois effets précédemment mentionnés, à savoir, l'électrocoalescence, la centrifugation et la gravitation pour séparer un mélange comportant une phase continue peu conductrice et une phase conductrice dispersée dans la première sous forme de gouttes.

Il comporte une enceinte 1 en matériau isolant sensiblement cylindrique dans laquelle sont disposées deux pièces internes hélicoïdales 3, 4, de préférence coaxiales avec l'enceinte 1, et sensiblement de même pas, ayant un axe commun 2 constitué d'un matériau isolant. Elles présentent des spires respectivement a, b. Les pièces sont imbriquées l'une avec l'autre de façon que la spire b soit décalée suivant l'axe longitudinal de l'enceinte par rapport à la spire a, le décalage étant égal à la moitié du pas commun des deux pièces 3, 4. Les spires des deux pièces hélicoïdales délimitent avec l'axe 2 et la paroi extérieure de l'enceinte 1 deux canaux hélicoïdaux adjacents a', b'. Il comporte en outre un conduit d'introduction 5 du mélange à séparer relié à une chambre de distribution 6 débouchant sur les canaux hélicoïdaux.L'enceinte comporte aussi des conduits d'évacuation 7, 8 de la phase continue et de la phase formée par les gouttes de la phase dispersée ayant coalescé. Le conduit d'introduction est, de préférence, disposé de manière tagentielle par rapport à la chambre de distribution
L'axe 2 est prolongé à chacune de ses extrémités par des pièces métalliques 9, 10, chacune étant en contact avec le début d'une spire d'une des deux pièces hélicoïdales, les pièces 9, 10 assurant la liaison de chacune des spires avec un connecteur 11, 12.

Les deux connecteurs 11, 12 sont mis en contact avec les bornes d'un dispositif, tel qu'un générateur électrique G à haute tension, alimenté par le secteur et piloté par un générateur de fonction, permettant de porter les pièces hélicoïdales à une valeur de potentiel donnée.

L'enceinte 1 est fermée à chacune de ses extrémités par des boitiers 13, 14 dans lesquels sont engagées les pièces 9, 10 qui terminent l'axe 2. Les boitiers 13, 14 relient respectivement l'enceinte 1, la pièce 9, 10 et le connecteur 11, 12 de manière à assurer l'isolement électrique du dispositif.

L'enceinte 1 comporte de préférence une zone d'électrocoalescence E composée au moins en partie de la zone de l'enceinte comportant les canaux hélicoïdaux a', b' et une zone de décantation D.

Dans cette zone de forme conique par exemple, la décantation D s'opère par l'effet de la pesanteur.

Lorsque la vitesse de circulation du mélange est importante, les forces centrifuges sont prédominantes par rapport aux forces de gravitation, ou effet de la pesanteur, et la zone de décantation est dite zone de décantation centrifuge.

Les deux spires des pièces hélicoïdales entre lesquelles on établit une différence de potentiel, constituent les électrodes du dispositif, la distance entre les spires en regard étant de préférence comprise entre 0,5 et 3 cm.

Le mode de réalisation des spires de la figure 2 est plus particulièrement adapté lorsque l'on utilise des valeurs de champ électrique élevées.

Les spires a, b (Fig. 2) sont, de préférence, constituées d'une armature métallique t revêtue d'une couche d'un matériau isolant, par exemple un matériau polymère isolant m, placé sur l'armature métallique t par des méthodes connues de l'homme de l'art, telles que des méthodes mécaniques, thermiques, ou chimiques, par exemple par enduction, projection ou collage.

Ce mode de réalisation permet d'éviter les risques de claquage résultant notamment de courts circuits locaux entre deux spires successives lorsque l'on élève la valeur du champ électrique.

Dans la variante représentée aux figures 3A et 3B, l'armature métallique de la spire est constituée par une grille G. On peut aussi utiliser des tiges interconnectées entre-elles.

Dans tous les modes de réalisation des électrodes (Figs 2, 3A, 3B), les différents éléments conducteurs, armature métallique t, grilles G ou tiges constituant l'armature métallique de la pièce hélicoïdale, sont portés à une même valeur de potentiel.

La pièce interne hélicoïdale est de préférence constituée de spires plates ou de spires formant un angle d'inclinaison par rapport à l'axe vertical de l'enceinte au moins égal à 600. La valeur de l'angle est choisie pour éviter la formation d'un film continu de la phase dispersée conductrice sur les spires pouvant être à l'origine des risques de claquage.

La différence de potentiel appliqué entre les spires des deux pièces hélicoïdales est différente selon les cas.

On applique (Fig. 4A) une force électromotrice (fem) continue entre les parois opposées des conduits hélicoïdaux de préférence quand on cherche à séparer un mélange pour lequel la phase dispersée conductrice se présente sous la forme d'une émulsion peu concentrée au sein d'une phase continue gazeuse peu conductrice.

Pour séparer des mélanges constitués d'émulsions relativement concentrées, il est plus avantageux d'utiliser des sources de tension variables, générant une force électromotrice alternative (Fig. 4B) ou une force électromotrice pulsée ou impulsionnelle, constamment de même signe, (Fig. 4C) par exemple.

La valeur de la fréquence et l'intensité de la force électromotrice utilisée est choisie en fonction de la nature du mélange à séparer et du type des électrodes du dispositif.

Les valeurs des fréquences varient par exemple entre 0.1 et 100 HZ, et de préférence, entre 1 et 50 Hz La tension électrique appliquée peut varier par exemple entre lkV et 3kV et l'intensité du champ électrique résultant variant entre 3.104 et 6.105V/m.

Une possibilité d'utilisation du dispositif selon l'invention consiste à introduire le mélange à séparer comprenant la phase continue peu conductrice et la phase conductrice dispersée par le conduit 5, la densité de la phase dispersée étant dans cet exemple supérieure à la densité de la phase continue. Le mélange passe ensuite dans la chambre de distribution 6 où il est réparti au moins dans l'un des deux canaux hélicoïdaux a' ou b'. La tension appliquée entre une spire de la première pièce hélicoïdale et la spire en regard de la seconde pièce hélicoïdale, crée un champ électrique transversal par rapport à la direction de circulation du mélange.

La description qui suit, s'applique aussi bien au canal hélicoïdal a' qu'au canal hélicoïdal b'. Au moins une partie du mélange à séparer est guidé en rotation du fait de son écoulement le long du canal hélicoïdal a'. Les gouttes de phase dispersée conductrice, constituée par exemple d'une phase aqueuse, soumises au champ électrique coalescent et s'agglomèrent progressivement au cours de l'écoulement du mélange dans le canal a'. Au fur et à mesure de l'écoulement du mélange, les gouttes de phase dispersée de densité plus élevée, plus sollicitées par la force centrifuge résultant du mouvement de rotation sont déplacées vers la périphérie de l'enceinte. Le mélange en sortie de la zone d'électrocoalescence E, c'est-à-dire à la sortie d'un des canaux a' ou b' ou des deux, pénètre ensuite dans la zone de décantation D.

Les gouttes ayant coalescé, sont soumises par exemple à la gravitation et s'écoulent le long de l'enceinte 1 pour être récupérées dans le bas de la zone de décantation D et être ensuite évacuées par le conduit 8. La phase continue moins soumise à la pesanteur, est récupérée dans la partie haute de la zone de décantation pour être ensuite évacuée par le conduit 7.

Lorsque la vitesse d'écoulement du mélange est élevée, par exemple pour une vitesse comprise entre 1 et 10m/s, on observe un gradient croissant de concentration de la phase dispersée vers la périphérie de l'enceinte, l'effet de la force centrifuge sur les gouttes de phase dispersée ayant coalescé étant alors prédominant par rapport à l'effet de la pesanteur.

Ce déplacement relatif associé à l'augmentation de concentration des gouttes par rapport à la phase continue favorisent leur coalescence en augmentant leur probabilité de rencontre, ainsi que l'intensité des forces électriques d'interaction entre les gouttes à la périphérie des canaux hélicoïdaux.

Les figures 5, 6 et 7 montrent des variantes du dispositif selon l'invention permettant d'obtenir une intensité de champ électrique variable en fonction de l'écartement existant entre les spires en faisant varier (Figs 5, 6) la forme ou la longueur des pièces internes et sur la figure 7 le pas de la pièce interne. On évite ainsi le phénomène de redispersion électrique des gouttes ayant coalescé. En effet, les gouttes sont d'autant plus fragiles à la valeur du champ électrique que leur taille est élevée et leur probabilité de redispersion augmente avec la valeur de l'intensité du champ électrique.

Le dispositif représenté à la figure 5 comprend une enceinte dans laquelle six pièces hélicoïdales 15, 16, 17, 18, 19, 20 de longueurs inégales sont disposées de manière coaxiale et décalées les unes par rapport aux autres suivant l'axe longitudinal de l'enceinte d'une distance p. Les six pièces hélicoïdales sont connectées trois par trois en parallèle à une des borne de l'alimentation de manière à créer une différence de potentiel entre deux quelconques spires adjacentes. Les longueurs de ces six pièces internes sont choisies de façon à définir six canaux hélicoïdaux de largeur p, correspondant aux N premières spires des pièces, dans lesquels l'intensité du champ électrique a une valeur El et sur les M spires suivantes, en raison de l'interruption des pièces intermédiaires, seulement deux canaux de largeur identique égale à 3p.Du fait de cet élargissement, la valeur du champ régnant dans les deux canaux étant trois fois plus faible et égale à E1/3.

Les pièces 15, 17 et 19 (figure 5) sont portées à une même valeur de potentiel V1 alors que les pièces 16, 18 et 20 sont portées à un potentiel V2 définissant un champ électrique E1 = (V2-Vl)/p.

On voit sur la figure que les canaux a" et d" ont une largeur égale à 3p du fait du regroupement, respectivement des canaux a', b', c' et le canal d" des canaux d', e' et f'.

Cet agencement diminue de plus les risques de redispersion par cisaillement hydrodynamique en raison de l'augmentation de la section du canal sur les M dernières spires
Dans la variante représentée sur la figure 6, la variation de l'intensité du champ électrique est obtenue par une variation du rayon de certaines pièces hélicoïdales.

Les six pièces hélicoïdales ont dans ce cas des diamètres D1 et D2 différents, le diamètre D2 correspondant par exemple au diamètre de l'enceinte. On crée ainsi une zone Z1 cylindrique de diamètre D1 où la valeur du champ électrique est déterminée par l'espacement longitudinal p entre les spires voisines de diamètre D1. On crée de la même façon une zone annulaire Z2 autour de la zone Z1 où le champ électrique est déterminé par la distance, par exemple égale à 3p entre deux spires successives de diamètre d2 et donc trois fois plus faible que le précédent.

Sur la figure 6, les pièces hélicoïdales 22, 23, 25 et 26 ont un diamètre externe Dl inférieur au diamètre externe D2 des pièces hélicoïdales 21 et 24, les pièces hélicoïdales sont connectées de façon identique à la connexion décrite avec la figure 5.

Ce mode de réalisation minimise les risques de redispersion dans la zone périphérique de l'enceinte où la taille et la concentration des gouttes sont élevées du fait des effets combinés de la force centrifuge et de l'électrocoalescence.

Le dispositif représenté figure 7 permet d'obtenir une diminution progressive ou graduelle de l'intensité du champ électrique. Il comporte deux pièces hélicoïdales 27, 28 imbriquées l'une dans l'autre et connectées chacune à une borne du générateur de manière identique à la manière décrite à la figure 1. La variation progressive du pas p des pièces hélicoïdales crée un champ électrique dont l'intensité varie inversement à la variation du pas.

On voit sur la figure que le pas des spires des pièces hélicoïdales 27 et 28 augmente de façon progressive dans le sens de l'écoulement du mélange. Au fur et à mesure de leur écoulement, les gouttes ayant coalescé grossissent et sont soumises à un champ électrique dont l'intensité diminue, ce qui évite ainsi des phénomènes de redispersion électrique.

On minimise de plus les phénomènes de redispersion hydrodynamique du fait de la diminution de la vitesse moyenne du mélange.

Plus précisément, si l'on veut réduire le champ Ei d'un facteur x, le pas pa(l) de la spire i de la pièce interne a et le pas pb(i) de la spire de la pièce interne b sont calculés comme suit
pa(i) = yi*p,(i) Iln Iln

où n est le nombre de spires de chaque pièce hélicoïdale.

Les figures 8 et 9 montrent des variantes de réalisation de la zone de décantation.

Le mode de réalisation de la figure 8 est obtenu par modification de la zone de décantation de la figure 1.

La zone de décantation est constituée par une capacité 29 sensiblement cylindrique coaxiale et entourant au moins la zone d'électrocoalescence E (figure 1).

Un espace annulaire 30 de décantation est créé entre la paroi 31 de la zone d'électrocoalescence et la paroi interne de la capacité 29. La capacité 29 est reliée pour sa partie supérieure à la chambre 6 (Fig. 1) et à sa partie inférieure au boitier 14 (Fig. 1).

La capacité 29 est pourvue d'un conduit d'évacuation 32 de la phase continue situé de préférence dans sa partie supérieure et d'un conduit d'évacuation 33 des gouttes ayant coalescé situé dans la partie inférieure du dispositif.

Ce mode de réalisation permet d'augmenter la hauteur de la zone de décantation et d'améliorer ainsi la séparation de la phase continue des gouttes de la phase dispersée ayant coalescé.

En effet, les gouttes ayant coalescé par la combinaison des effets centrifuge et de la pesanteur, tendent à se regrouper dans la partie inférieure du dispositif pour être évacuée par le conduit 33, alors que la phase continue plus légère a tendance à remonter dans l'espace annulaire 30 avant d'être évacuée par le conduit 32.

La figure 9 montre une variante du dispositif présentant une zone de décantation centrifuge C située après la zone d'électrocoalescence E. Le dispositif comporte une enceinte 34 constituée d'une partie cylindrique 35 prolongée à l'une de ses extrémités par une pièce sensiblement conique 36 pourvue à sa partie inférieure d'un conduit d'évacuation 37. L'axe de l'enceinte est constitué d'un conduit d'évacuation 38 de la phase continue.

Deux pièces hélicoïdales 3 et 4 sont disposées à l'intérieur de l'enceinte, de manière identique à la figure 1, dans l'espace annulaire compris entre le conduit 37 et la partie cylindrique 35. L'enceinte 34 est pourvue d'un conduit d'introduction 39 (Fig. 10) du mélange à séparer débouchant dans une chambre de distribution circulaire 40 reliée aux canaux hélicoïdaux a' et b' délimités par deux spires successives a, b, le conduit d'évacuation 38 et la partie cylindrique 35 de l'enceinte.

Les pièces métalliques 41, 42 relient respectivement les pièces hélicoïdales 3 et 4 aux connecteurs 43, 44.

De manière à faciliter ces liaisons, le début de la pièce hélicoïdale 3 est décalé d'un angle a par rapport au début de la pièce hélicoïdale 4. L'angle a est choisi en fonction du nombre de pièces hélicoïdales situées dans l'enceinte.

La figure 10 montre une vue en coupe A-A' de la figure 10. Les entrées tangentielles 40a et 40b des canaux hélicoïdaux sont décalées d'un angle a égal à 1800.

Le mélange à séparer, après passage dans la zone d'électrocoalescence, pénètre dans une zone de décantation cyclonique. L'effet de l'accélération de la force centrifuge prédominant dans cette zone conduit à un déplacement des gouttes ayant coalescé vers l'extérieur de la pièce sensiblement conique 36 avant d'être évacuées par le conduit 37, alors que la phase continue remonte dans le conduit 38 du fait de la dépression créée au centre du cyclone.

Lorsque l'on veut obtenir une séparation plus fine du mélange, par exemple pour obtenir une phase continue ayant une pureté plus élevée, on remplace le conduit d'évacuation 38 par une membrane mouillable par la phase continue. Cette membrane est fermée dans sa partie inférieure et forme un conduit similaire au conduit 38 de la figure 9.

La membrane est constituée d'un matériau laissant passer uniquement la phase continue. Au fur et à mesure de son écoulement, la phase continue passe à travers la membrane pour être évacuée par le conduit central 38. Ainsi au fur et à mesure de son écoulement dans un passage hélicoïdal, le mélange s'appauvrit en phase continue qui passe à travers la membrane et est évacuée par le conduit 38, et il s'enrichit en phase dispersée. Le mélange pénétrant dans la zone de décantation est constitué pour sa plus grande partie de gouttes ayant coalescé, ce qui a pour effet d'améliorer la séparation entre les deux phases du mélange.

La connexion des spires peut se faire par l'intermédiaire d'un boitier de connexion. Ce boitier peut contenir des pièces métalliques assurant le contact électrique entre les spires portées à un même potentiel et une borne du générateur de tension électrique. Le boitier est alors percé de fentes radiales dans lesquelles s'insèrent les spires constituant la pièce hélicoïdale.

On ne sortira pas du cadre de l'invention en utilisant une zone de décantation, telle qu'un séparateur centrifuge.

Le dispositif et la méthode selon l'invention sont particulièrement bien adaptés à la séparation de fluides pétroliers comportant de l'huile comme phase continue et une saumure comme phase dispersée.

Lorsque le mélange à séparer comporte une phase gazeuse, le dispositif selon l'invention peut être précédé d'une zone de désengagement, dans laquelle, la phase gazeuse est séparée, au moins en partie, par les méthodes connues de l'homme de l'art, par exemple par gravité ou dans un dispositif de type cyclone, favorisant la séparation de la phase gazeuse par une accélération centrifuge.

Pour un mélange contenant des particules de phase solide dispersée, cette phase solide est evacuée avec la phase liquide ou aqueuse et le dispositif selon l'invention est muni, par exemple, d'une zone de séparation dans laquelle la phase solide est séparée de la phase liquide par les méthodes connues de l'homme de l'art, par exemple par gravité ou en utilisant l'accélération centrifuge présente dans un dispositif de type cyclone.

Bien entendu, diverses modification et/ou adjonctions peuvent être apportées par l'homme du métier au procédé et au dispositif dont la description vient d'être donnée à titre nullement limitatif, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (22)

REVENDICATIONS

1. - Procédé pour séparer un mélange composé d'au moins une phase continue faiblement conductrice et d'au moins une phase dispersée conductrice sous forme de gouttes dans la phase continue introduit dans une enceinte (1) en matériau isolant sensiblement cylindrique comportant au moins deux pièces internes hélicoïdales (3, 4) dont les formes délimitent au moins un passage hélicoïdal (a'), communiquant au mélange un mouvement hélicoïdal, caractérisé en ce que l'on applique une différence de potentiel entre les spires de la première pièce hélicoïdale et les spires de la deuxième pièce hélicoïdale en regard les unes des autres, de manière à créer un champ électrique pour favoriser la coalescence des gouttes de la phase dispersée et l'écoulement dudit mélange le long dudit passage provoquant un mouvement de rotation au cours duquel les gouttes ayant coalescé se regroupent sans redispersion et sont séparées, au moins partiellement,de la phase continue du fait du déplacement différencié des gouttes ayant coalescé et de la phase continue.

2. - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce la phase continue se trouve, après séparation des deux phases, située audessus des gouttes ayant coalescé du fait de l'effet de la pesanteur ou de gravitation.

3. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on applique entre lesdites spires en regard une différence de potentiel continue pour générer le champ électrique.

4. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on applique une différence de potentiel alternative entre lesdites spires en regard pour générer le champ électrique

5 procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on applique entre lesdites spires en regard une différence de potentiel de signe constant et variant de manière périodique

6. procédé selon l'une des revendications 1, à 4, caractérisé ce que la valeur atteinte par le champ électrique régnant dans un canal est comprise entre 3.104 et 6.105 V/m.

7. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse moyenne d'écoulement dans le passage hélicoïdal est comprise entre 1 et 10 m/s.

8. - Dispositif pour séparer un mélange composé d'au moins une phase continue faiblement conductrice et d'au moins une phase conductrice dispersée sous forme de gouttes dans la phase continue comportant une enceinte (1) en matériau isolant sensiblement cylindrique comprenant une zone d'électrocoalescence E et une zone de décantation D, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un canal hélicoïdal (a') pour communiquer au mélange introduit dans l'enceinte un mouvement hélicoïdal, ledit canal (a') étant délimité par les spires d'au moins deux pièces hélicoïdales (3, 4), lesdites pièces étant imbriquées l'une avec l'autre, des moyens pour appliquer entre les spires de la première et de la seconde pièce hélicoïdale une différence de potentiel capable de provoquer la coalescence des gouttes de la phase dispersée, la forme donnée auxdites spires étant telle que le mouvement hélicoïdal du mélange conduit à un déplacement différencié des gouttes ayant coalescé vers la périphérie de l'enceinte et vers une de ses extrémités et à une séparation hors de la phase continue des gouttes ayant coalescé.

9. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'axe de l'enceinte cylindrique est disposé verticalement.

10. - Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la phase continue se trouve située au-dessus des gouttes ayant coalescé après séparation des deux phases du fait de l'effet de décantation par gravitation.

11. - Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que les spires desdites pièces internes forment avec l'axe de l'enceinte un angle au moins égal à 60 degrés.

12. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les spires comportent une armature métallique placée selon la surface médiane de la pièce et recouverte d'un matériau isolant, tel qu'un polymère.

13. - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'armature métallique est formée par une grille métallique.

14. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la longueur de chacune desdites pièces internes hélicoïdales est choisie de façon à créer un champ électrique dont la valeur varie au moins en partie sur la longueur de l'enceinte.

15. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le diamètre de chacune desdites pièces internes hélicoïdales est choisi de manière à créer un champ électrique variable radialement dans ladite enceinte.

16. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites pièces internes ont un pas variable, de façon à obtenir une variation graduelle de l'intensité du champ électrique.

17. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la distance entre deux spires successives est comprise entre 0,5 et 3 cm.

18. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les zones d'électrocoalescence et de décantation ont des parties communes.

19. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une zone de décantation D constituée par un séparateur centrifuge placé après la zone d'électrocoalescence E.

20. - Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que la zone de décantation D est un hydrocyclone.

21. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites pièces internes de forme hélicoïdale ont un axe commun, ledit axe étant formé par un matériau isolant et en ce que ledit axe porte à chacune de ses extrémités au moins une pièce conductrice permettant de relier au moins une pièce interne à une source de tension électrique.

22. - Application selon l'une des revendications de procédé ou de dispositif à la séparation d'un mélange tel qu'un effluent pétrolier pour lequel la phase continue est une phase organique et la phase dispersée une saumure.