BRPI0804879A2

BRPI0804879A2 - composições de combustìvel com alto teor de etanol

Info

Publication number: BRPI0804879A2
Application number: BRPI0804879-7A
Authority: BR
Inventors: Xavier Montagne; Bertrand Lecointe; Ludivine Pidol
Original assignee: Inst Francais Du Petrole
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-07-27
Also published as: EP2067842B1; US7867296B2; FR2924438A1; FR2924438B1; EP2067842A1; US20090139136A1

Abstract

A presente invenção refere-se a uma formulação de combustível a diesel contendo uma proporção alta de etanol tendo o ponto de fulgor a ser corrigido. Esta modificação de ponto de fulgor é obtida pela alimentação na mistura de um líquido de ponto de fulgor baixo, tal como uma fração leve consistindo em uma fração de parafina C5 a C7. A composição de acordo com a presente invenção pode ser usada diretamente em um veículo e, mais particularmente, em frotas cativas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "COMPOSI-ÇÕES DE COMBUSTÍVEL COM ALTO TEOR DE ETANOL".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se ao campo de pesquisa de bio-combustíveis, com o objetivo de redução das emissões de C02 e de diversi-ficação de recursos energéticos. Os principais biocombustíveis usados sãoetanol (puro ou em mistura) para motores de ignição por centelha e biodiesel(puro ou em mistura) para motores de ignição por compressão. Na Europa, aparcela de mercado de veículos a diesel é muito alta, o que envolve importa-ções de combustível a diesel e exportações de gasolina. Um dos ramos depesquisa mais inovadores atuais tem por objetivo integrar o etanol em umcombustível do tipo diesel para uma aplicação em motor a diesel.

Antecedentes da Invenção

Uma incorporação direta de etanol em combustível a diesel atu-almente está limitada, devido à baixa miscibilidade de etanol e de um com-bustível à base de diesel. As misturas assim são limitadas a uma relação deincorporação de em torno de 3% em volume de etanol, ou elas requerem ouso de co-solventes. O pedido de patente FR-A-2.895.418, depositado emnome do requerente, propõe o uso de ésteres metílicos de óleo vegetal(VOME) como o co-solvente. Assim, a composição de combustível a dieseldescrita neste pedido de patente permite a incorporação de 10 a 30% emvolume de etanol em um combustível à base de diesel. Mais ainda, uma va-riante consistindo em óleos altamente hidrotratados permite melhorar o nú-mero de cetano diminuído pela presença de etanol.

Uma outra solução considerada para o aumento da proporçãode etanol que pode ser incorporada em um combustível a diesel consiste nouso de um aditivo tensoativo permitindo manter o etanol em suspensão nocombustível a diesel, desse modo criando uma microemulsão.

Contudo, em alguns casos, a presença de etanol em misturasmodifica significativamente os valores do ponto de fulgor, definido como atemperatura mais baixa na qual a concentração dos vapores emitidos é sufi-ciente para produzir uma deflagração em contato com uma chama ou umponto quente, mas permanece insuficiente para uma auto-ignição, umacombustão espontânea na ausência de uma chama "piloto". O ponto de ful-gor assim serve para a classificação de líquidos em categorias em particular,de acordo com seus riscos de ignição. Assim se distinguem líquidos inflamá-veis de classe I (ponto de fulgor abaixo de 559C) e líquidos inflamaveis declasse II (ponto de fulgor acima de 55QC). As condições de armazenamento,manipulação e distribuição obviamente são diferentes, dependendo da clas-se a qual o combustível pertencer.

A tabela abaixo (Tabela 1) proporciona os valores de ponto defulgor de alguns produtos:

Tabela 1

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Agora, o ponto de fulgor de misturas é imposto pelo produtomais volátil, a partir do momento em que a presença atinge alguns percentu-ais (Hansen A.C. et al., Bioresource Technology, 2005 96 (3) 277). Assim,uma incorporação de alguns percentuais de etanol em misturas rapidamenteleva a uma redução no ponto de fulgor das misturas e o leva para aquele doetanol, isto é, em torno de 13QC. Os combustíveis a diesel em mistura cometanol, portanto, não mais pertencem à classe II: eles são comparáveis acombustíveis de classe I.

Contudo, os valores de ponto de fulgor atingidos são críticos e ouso do etanol em um combustível a diesel pode levar, acima do líquido, àexistência de um sistema inflamavel: estas misturas então estão localizadasna zona de risco com respeito à capacidade de explosão. De fato, no casode gasolinas com um ponto de fulgor muito baixo, o espaço superior ocupa-do pelo gás do tanque do veículo consiste em uma mistura de ar combustí-vel que é rica para ignição. Em veículos a diesel, considerando-se a alta vo-latilidade do combustível a diesel, o espaço superior ocupado pelo gás con-siste, ao contrário, em uma mistura pobre demais. Uma solução quando asmisturas são baseadas em combustível a diesel e etanol consiste na provi-são de todos os tanques de veículo e os tanques de armazenamento comum sistema selado e um equipamento corta-chama. Esta solução tem o in-conveniente de envolver modificações e ajustes do veículo em si.

Uma solução consistindo na melhoria direta da formulação decombustível de modo a se obterem misturas tendo um ponto de fulgor acei-tável com as condições de uso e armazenamento do combustível, sem re-querer modificações de motor, parece ser mais promissora. A presente in-venção fica dentro deste escopo.

Sumário da Invenção

A presente invenção tem por objetivo formular um combustível adiesel de alto teor de etanol tendo um valor de ponto de fulgor que sejagrandemente abaixo da temperatura ambiente e próximo dos valores obtidospara gasolinas padronizadas. Assim, estas composições de combustível es-tão fora das zonas de risco com respeito à capacidade de explosão.

Descrição Detalhada

O objetivo da invenção descrita no presente pedido de patente éprover uma composição de combustível a diesel que permita uma incorpora-ção direta de grandes quantidades de etanol em conjunto com uma diminui-ção significativa de ponto de fulgor da mistura de diesel - biodiesel - etanolobtida. Esta diminuição de valor de ponto de fulgor é obtida pela adição àmistura de um composto líquido que é ainda mais volátil do que o etanol,com um ponto de fulgor abaixo de -49C.

A composição de combustível a diesel de acordo com a presenteinvenção é caracterizada pelo fato de consistir essencialmente em uma mis-tura constituída por:

- de 10 a 30% em volume de etanol,

- de 20 a 60% em volume de uma mistura de ésteres alquílicosde óleo vegetal,- de 30 a 60% em volume de pelo menos um combustível à basede óleo diesel ou fração ("cut"), e

- de 1 a 15% em volume de um composto leve líquido cujo pontode fulgor está abaixo de -4QC.

Um outro objetivo da presente invenção é o uso direto destacomposição de combustível a diesel em um veículo a diesel e, em particular,no escopo de uma frota cativa.

O ponto de fulgor da referida composição assim é mais baixo doque aquele do etanol e, portanto, é aceitável com as condições de armaze-namento e de uso do combustível. Uma composição como essa permite es-tar fora das zonas de risco de capacidade de explosão pela limitação da e-xistência de um sistema inflamável acima do líquido. Com um ponto de ful-gor próximo daquele das gasolinas, o espaço superior ocupado pelo gás dotanque de veículo consiste em uma mistura de ar combustível que é ricademais para ignição.

A referida composição de acordo com a presente invenção pre-ferencialmente tem um, ponto de fulgor abaixo de 69C. Mais preferencial-mente, a referida composição tem um ponto de fulgor abaixo de 09C.

O composto líquido tendo um ponto de fulgor abaixo de -49C pre-ferencialmente é uma fração de parafina C5 a C7. Além da diminuição devalor de ponto de fulgor da mistura, a incorporação de uma fração como es-sa permite valorizar, na refinaria, uma fração das frações leves através dotanque de combustível a diesel.

Os valores de ponto de fulgor de compostos a partir de uma fra-ção de parafina C5 a C7 são proporcionados na tabela aqui adiante (Tabela 2):

Tabela 2

<table>table see original document page 5</column></row><table><table>table see original document page 6</column></row><table>

As frações de parafina C5 a C7 usadas nas misturas de acordocom a presente invenção preferencialmente são selecionadas dentre isopen-tano e isoexano.

Preferencialmente, as composições de combustível compreen-dem de 4 a 12% em volume de composto líquido leve tendo um ponto defulgor abaixo de 49C.

A base ou fração de diesel presente na composição de combus-tível a diesel de acordo com a invenção representa de 30 a 60% em volume,preferencialmente de 35 a 45% em volume da composição de combustíveltotal. Esta base é selecionada dentre frações de diesel convencionais obti-das a partir de refino, frações obtidas a partir de hidrocraqueamento, com-bustíveis sintéticos obtidos a partir de recursos tais como gás natural, carvãoe biomassa, e óleos vegetais muito altamente hidrotratados (um hidrotrata-mento profundo de óleos permite a obtenção de matérias-primas exclusiva-mente parafínicas sem insaturações a mais). Estas bases variadas permitemter uma curva de destilação próxima daquela de um combustível a diesel eelas também permitem tornar a falta de cetano ligada ao alto teor de etanolda mistura.

A presença de ésteres alquílicos de óleo vegetal (ésteres metíli-cos de óleo vegetal VOME ou ésteres etílicos de óleo vegetal VOEE) tem avantagem de cumprir uma função de contabilização de etanol. O teor de és-teres alquílicos varia entre 20 e 60% em volume, dependendo da proporçãode etanol a ser introduzida na mistura. O teor de ésteres alquílicos varia pre-ferencialmente entre 24 e 50% em volume em relação à composição total docombustível de acordo com a invenção.

A composição de combustível a diesel compreende de 10 a 30%em volume de etanol, preferencialmente de 15 a 25% em volume de etanol.

De modo a se limitarem os problemas de perda de mistura ("demix"), etanolanídrico é usado, preferencialmente.De acordo com a modalidade preferida, a composição de com-bustível de acordo com a presente invenção essencialmente consiste emuma mistura constituída por:

- de 15 a 25% em volume de etanol,

- de 24 a 50% em volume de uma mistura de ésteres alquílicosde óleo vegetal,

- de 30 a 60% em volume de pelo menos um combustível à basede diesel ou fração, e

- de 4 a 12% em volume de um composto líquido cujo ponto defulgor está abaixo de -49C.

O combustível a diesel também pode conter aditivos comumenteusados para a formulação e o uso de combustíveis diesel, tais como aditivosmelhorando as características de resistência a frio, aditivos pró-cetano, aditi-vos antioxidantes, aditivos detergentes, aditivos antiespuma ou aditivos demelhoria da lubricidade.

A formulação da composição de combustível preferencialmenteé implementada pela mistura primeiramente dos ésteres alquílicos com oetano, o éster então atuando como um co-solvente entre o álcool e a basede hidrocarboneto. O combustível à base de diesel ou fração e o compostolíquido leve tendo um ponto de fulgor abaixo de -4eC então são incorporadosnesta pré-mistura. Os fenômenos de perda de mistura assim são limitados, euma melhor estabilidade ao longo do tempo das misturas obtidas é provida.

O exemplo a seguir ilustra a invenção, sem limitação do escopoda mesma.

Exemplo

Uma primeira mistura A compreendendo 20% em volume de e-tanol, 40% em volume de ésteres metílicos de óleo de semente de colza e40% em volume de combustível a diesel sintético é preparada. A medição deponto de fulgor realizada por meio do método ABEL (EN ISO 13,726), ade-quada para valores de ponto de fulgor baixos, proporciona um valor em tornode 14,59C. Este valor servirá como uma referência para as misturas apre-sentadas aqui adiante e contendo uma proporção variável de frações de pa-rafina C5 a C7.

A tabela 3 proporciona os valores de ponto de fulgor para com-posições de combustível variadas de acordo com a presente invenção. Iso-pentano foi incorporado nas misturas B1, B2 e B3, ao passo que a fração deparafina introduzida nas misturas C1, C2, C3 e C4 foi isoexano.

Tabela 3

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A introdução de isopentano ou de isoexano na composição as-sim permite baixar consideravelmente os valores de ponto de fulgor do com-bustível e que estejam fora das zonas de risco com respeito à capacidade deexplosão.

Claims

1. Composição de combustível a diesel de alto teor de etanol,caracterizada pelo fato de consistir essencialmente em uma mistura constitu-ída por:- de 10 a 30% em volume de etanol,- de 20 a 60% em volume de uma mistura de ésteres alquílicosde óleo vegetal,- de 30 a 60% em volume de pelo menos um combustível à basede óleo diesel ou fração, e- de 1 a 15% em volume de um composto leve líquido cujo pontode fulgor está abaixo de -49C.

2. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de consistir essencialmente em uma mistura constituída por:- de 15 a 25% em volume de etanol,- de 24 a 50% em volume de uma mistura de ésteres alquílicosde óleo vegetal,- de 30 a 60% em volume de pelo menos um combustível à basede diesel ou fração, e- de 4 a 12% em volume de um composto líquido cujo ponto defulgor está abaixo de -49C.

3. Composição, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteri-zada pelo fato de o referido composto líquido tendo um ponto de fulgor abai-xo de -49C ser uma fração de parafina C5 a C7.

4. Composição, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadapelo fato de a fração C5 a C7 ser de isopentano ou isoexano.

5. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 1 a 4, caracterizada pelo fato de o combustível à base de diesel ou fraçãoser selecionado a partir de dentre frações de diesel convencionais obtidas apartir de refino, frações obtidas a partir de hidrocraqueamento, combustíveissintéticos obtidos a partir de recursos tais como gás natural, carvão e bio-massa, e óleos vegetais muito altamente hidretratados.

6. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 1 a 5, caracterizada pelo fato de também compreender pelo menos umaditivo selecionado a partir de dentre aditivos melhorando as característicasde resistência a frio, aditivos pró-cetano, aditivos antioxidantes, aditivos de-tergentes, aditivos antiespuma ou aditivos de melhoria da lubricidade.

7. Uso direto de uma composição de combustível a diesel, comodefinida em qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, em um veículo a die-sel e, em particular, no caso de uma frota cativa.