CA3027314A1 - Mixture for supplying a boiler or a diesel engine, comprising diesel fuel or heating oil and esters and alkanes from the transformation of biomass - Google Patents
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Abstract
Description
MELANGE DESTINÉ A ALIMENTER UNE CHAUDIERE OU UN MOTEUR
DIESEL COMPRENANT DU GAZOLE OU DU FIOUL DOMESTIQUE AINSI QUE
DES ESTERS ET DES ALCANES PROVENANT DE LA TRANSFORMATION DE
LA BIOMASSE
La présente invention concerne un mélange à base de combustible liquide pour chaudière ou de carburant pour moteur Diesel, comprenant des composés particuliers qui permettent de réduire les émissions de particules et d'oxyde d'azote des chaudières et des moteurs Diesel lors de leur fonctionnement.
Les moteurs Diesel sont des moteurs performants du point de vue de la lutte contre l'effet de serre puisque, à puissance équivalente, ils émettent environ 20% de gaz à
effet de serre de moins que les moteurs à essence. Néanmoins, ils sont de plus en plus critiqués à cause de certaines émissions nocives pour l'homme, en particulier les émissions de particules et d'oxydes d'azote. Dans certaines grandes agglomérations, voire certaines régions entières, la pollution de l'air par ces émissions constitue un problème majeur.
Les émissions de particules et d'oxyde d'azote des moteurs Diesel sont dans de nombreux pays réglementées. C'est le cas notamment en Europe où les limites fixées par les réglementations sont de plus en plus strictes (aujourd'hui normes Euro6).
C'est le cas aussi dans d'autres grands pays, en particulier aux Etats Unis, mais avec des limites très basses dans certains Etats telles que celles fixées par le California Air Resources Board.
Les particules font l'objet de deux catégories de mesures :
= des mesures qui caractérisent la couleur des gaz d'échappement (mesures de fumées) = des mesures de poids, de diamètre et de nombre de particules.
Les particules sont de différentes tailles. On distingue généralement quatre catégories de particules fines : les PME:, d'un diamètre inférieur à 10 um, les PM2,5 d'un diamètre inférieur à 2.5 um, les particules ultrafines d'un diamètre inférieur à 0.1 um et les nanoparticules, caractérisées par un diamètre inférieur à 50 nm.
La plupart des particules émises par les moteurs Diesel ont un diamètre de moins 1 m. Elles représentent donc un mélange de particules fines ou ultrafines et de nanoparticules. Les plus petites sont considérées comme les plus dangereuses pour l'homme.
Les moteurs Diesel ont fait depuis 30 ans des progrès remarquables grâce à
l'amélioration de la qualité des carburants (réduction de la teneur en soufre), à celle du procédé de MIXTURE FOR FEEDING A BOILER OR ENGINE
DIESEL COMPRISING GASOLINE OR DOMESTIC FUEL AND
ESTERS AND ALKANES FROM THE PROCESSING OF
THE BIOMASS
The present invention relates to a liquid fuel mixture for boiler or diesel fuel, including particular compounds that allow reduce particulate matter and nitrogen oxide emissions from boilers and engines Diesel during their operation.
Diesel engines are powerful engines from the point of view of the fight against against the effect greenhouse gases since, at equivalent power, they emit approximately 20% of greenhouse effect less than gasoline engines. Nevertheless, they are more and more criticized because of certain emissions harmful to humans, in particular emissions from particles and nitrogen oxides. In some large cities, or even some entire regions, the air pollution by these emissions is a major problem.
Particle and nitrogen oxide emissions from diesel engines are numerous regulated countries. This is particularly the case in Europe where the limits set by the Regulations are becoming more stringent (now Euro6 standards).
This is also the case in other large countries, particularly the United States, but with very low limits in certain states such as those set by California Air Resources Board.
Particles are the subject of two categories of measures:
= measures that characterize the color of exhaust gases (measurements of fumes) = measurements of weight, diameter and number of particles.
The particles are of different sizes. There are generally four categories of fine particles: SMEs:, with a diameter of less than 10 μm, PM2.5 lower diameter at 2.5 μm, ultrafine particles with a diameter of less than 0.1 μm and nanoparticles characterized by a diameter of less than 50 nm.
Most of the particles emitted by diesel engines have a diameter of less than 1 m. They therefore represent a mixture of fine or ultrafine particles and nanoparticles. The smaller ones are considered the most dangerous for humans.
Diesel engines have made remarkable progress over the last 30 years thanks to the improvement of the quality of fuels (reduction of sulfur content), the quality of process of
2 combustion (optimisation des systèmes d'injection) et à des procédés de traitement des gaz d'échappement (recirculation des gaz d'échappement, systèmes d'oxydation catalytique et filtres à particules). Mais malgré une réduction de l'ordre de 98% depuis une trentaine d'années des émissions de particules sur les moteurs neufs, le problème des particules reste jugé suffisamment sérieux pour que certaines agglomérations en viennent à
vouloir bannir les véhicules Diesel en ville. Ceci est dû en particulier au fait que les véhicules Diesel sont conservés un grand nombre d'années (8 à 10 années pour les véhicules des particuliers et souvent plus de 15 ans pour les autocars et les camions).
Il serait donc très utile, en complément des mesures de réduction des émissions sur les véhicules neufs et de la promotion des énergies alternatives (véhicules électriques ou véhicules au GNV, par exemple) de trouver des solutions pour les véhicules à
moteur Diesel existants.
Les mêmes problématiques d'émission de particules et d'oxydes d'azote sont rencontrées avec les combustibles liquides pour chaudières, en particulier avec les vieilles chaudières dont la contribution à la pollution par les particules et les oxydes d'azote est également très significative.
L'objectif de la présente invention est de répondre à ces problématiques et en particulier de fournir une solution efficace, simple et économique de réduction des émissions des moteurs Diesel et des chaudières à combustible liquide.
.. A cet effet l'invention propose d'incorporer dans le carburant pour moteur Diesel ou dans le combustible pour chaudière, ensemble un ou plusieurs esters et un ou plusieurs alcanes spécifiques, en plus de ceux qui pourraient déjà être présents dans le carburant ou le combustible.
Avant les années 1990, il n'existait pas de biocarburant pour les moteurs Diesel tandis que .. l'éthanol était depuis longtemps utilisé dans l'essence, notamment au Brésil et aux USA.
A partir de 1992 a commencé à être développée en France, puis en Europe et dans le monde, l'utilisation du biodiesel qui est un ester méthylique (ou éthylique) d'huile végétale.
Aujourd'hui sont utilisés différents types d'esters selon l'origine des matières grasses qui sont transestérifiés par un alcool : huiles végétales, graisses animales ou huiles de friture récupérées. Il s'agit d'esters d'acides gras dont la longueur de chaîne est principalement comprise entre 16 et 18 atomes de carbone. Ces produits sont généralement incorporés à un taux inférieur à 8% dans le gazole banalisé ou bien ils sont utilisés à 20% ou 30% ou 2 combustion (optimization of injection systems) and gas treatment exhaust (recirculation of exhaust gases, oxidation systems catalytic and particulate filters). But despite a reduction of around 98% since about thirty years of particulate emissions from new engines, the problem of particles remains considered serious enough for some cities to come to want to ban diesel vehicles in town. This is due in particular to the fact that Diesel vehicles are a large number of years (8 to 10 years for individuals and often over 15 years for coaches and trucks).
It would therefore be very useful, in addition to measures to reduce emissions on the new vehicles and the promotion of alternative energies (vehicles electric or vehicles, for example) to find solutions for vehicles to diesel motor existing.
The same problems of emission of particles and oxides of nitrogen are encountered with liquid fuels for boilers, in particular with old boilers whose contribution to pollution by particles and nitrogen oxides is also very significant.
The objective of the present invention is to respond to these problems and to particular of provide an effective, simple and economical solution for reducing emissions engines Diesel and liquid fuel boilers.
.. For this purpose the invention proposes to incorporate in the engine fuel Diesel or in the fuel for boiler, together one or more esters and one or more alkanes in addition to those that may already be present in the fuel or the combustible.
Before the 1990s, there was no biofuel for engines Diesel while ethanol has long been used in gasoline, particularly in Brazil and the USA.
From 1992 began to be developed in France, then in Europe and in the world, the use of biodiesel which is a methyl (or ethyl) ester of vegetable oil.
Today, different types of esters are used depending on the origin of the fat that are transesterified by an alcohol: vegetable oils, animal fats or frying oils recovered. These are esters of fatty acids whose chain length is mainly between 16 and 18 carbon atoms. These products are generally incorporated into a less than 8% in unmarked diesel or they are used at 20% or 30% or
3 exceptionnellement purs dans des flottes captives de transport. Mais les gains que l'on peut attendre en matière de réduction des particules de tels mélanges sont limités (réduction de l'ordre de la moitié du taux d'incorporation des esters). De plus, ces esters ont tendance à
augmenter les oxydes d'azote. Ils sont soumis en Europe à la norme EN14214 et, ailleurs dans le monde, à des normes similaires et le taux d'incorporation dans le gazole banalisé est généralement limité à 8% en volume, notamment pour cette raison.
Certains autres biocarburants, en particulier des alcanes venant de la biomasse commencent à être développés, que ce soient les huiles végétales ou graisses animales hydrotraitées (traitées à l'hydrogène pour éliminer les atomes d'oxygène) qui ont elles aussi 16 à 18 .. atomes de carbone ou bien les produits du type BTL (Biomass to Liquid) issus de la gazéification de la biomasse suivie de la synthèse de Fischer Tropsch.
D'autres solutions sont développées, à titre encore expérimental, telles que les huiles de pyrolyse hydrotraitées et des alcanes que l'on peut obtenir par fermentation anaérobie de la biomasse suivie de l'électrolyse de Kolbe (demande de brevet W02014170603).
Ces hydrocarbures sont intéressants parce qu'ils ont en général un indice de cétane élevé
qui favorise une réduction des émissions de NOx. Leur effet sur les particules reste cependant limité.
Par ailleurs, l'ajout aux carburants de différents composants oxygénés (alcools ou esters) a été proposé depuis de nombreuses années, pour des objectifs qui n'étaient pas la réduction des émissions de particules mais l'amélioration d'autres fonctionnalités (amélioration de la tenue au froid, pouvoir lubrifiant, impact sur l'agriculture, impact sur l'effet de serre,...), par exemple :
- l'utilisation d'éthanol à plus de 10% dans le gazole mais ceci nécessite la présence d'additifs coûteux - l'incorporation de butanol dans le gazole (exemple : Energy Conservation and Management Vol 51, Issue 10, October 2010, Effects of butanol¨diesel fuel blends on the performance and emissions of a high-speed Dl diesel engine) - l'incorporation d'esters provenant de la fermentation anaérobie de la biomasse dans l'essence, le gazole ou le kérosène (brevet FR 2757539A1, Dupré-Kaplan, utilisation d'esters comme carburants ou combustibles).
Des essais ont aussi été réalisés pour l'utilisation d'aldéhydes dans le gazole (Reducing the Emission of Particles from a Diesel Engine by Adding an Oxygenate to the Fuel 3 exceptionally pure in captive transport fleets. But the gains that we can expect in terms of particle reduction such mixtures are limited (reduction of the order of half the rate of incorporation of the esters). In addition, these esters they tend to increase the nitrogen oxides. They are submitted in Europe to EN14214 and, elsewhere worldwide, to similar standards and the rate of incorporation into the unmarked diesel is generally limited to 8% by volume, particularly for this reason.
Some other biofuels, particularly alkanes from the biomass start to be developed, whether vegetable oils or animal fats hydrotreated (treated with hydrogen to remove oxygen atoms) which have also 16 to 18 .. carbon atoms or products of the type BTL (Biomass to Liquid) from the gasification of biomass followed by Fischer Tropsch synthesis.
Other solutions are developed, still experimental, such as pyrolysis oils hydrotreated and alkanes that can be obtained by anaerobic fermentation of biomass followed by Kolbe electrolysis (patent application WO2014170603).
These hydrocarbons are interesting because they usually have a high cetane which promotes a reduction of NOx emissions. Their effect on particles rest however limited.
Moreover, the addition to fuels of various oxygenated components (alcohols or esters) a been proposed for many years, for purposes that were not the reduction particle emissions but improving other features (improvement of cold, lubricity, impact on agriculture, impact on the greenhouse effect, ...), by example:
- the use of more than 10% ethanol in diesel but this requires the presence expensive additives - incorporation of butanol into diesel (example: Energy Conservation and Management Vol 51, Issue 10, October 2010, Effects of Butanol Fuel Oil blends on the performance and emissions of a high-speed Dl diesel engine - incorporation of esters from the anaerobic fermentation of the biomass in gasoline, diesel or kerosene (patent FR 2757539A1, Dupré-Kaplan, use esters as fuels or fuels).
Tests have also been carried out for the use of aldehydes in the diesel (Reducing the Emission of Particles from a Diesel Engine by Adding an Oxygenate to the Fuel
4 Environmental Science and Technology 39(16):6260-5 = September 2005) dans le but de réduire les particules émises, mais les émissions d'acétaldéhyde, qui sont elles aussi jugées dangereuses, étaient fortement augmentées.
Néanmoins, aucune de ces solutions n'a abouti à une solution satisfaisante, qui permet de .. réduire les émissions de particules et les émissions d'oxyde d'azote lors du fonctionnement des chaudières et des moteurs Diesel.
La présente invention vise spécifiquement l'incorporation dans des carburants pour moteur Diesel ou des combustibles liquides pour chaudière choisis parmi le gazole et le fioul domestique :
- d'au moins un ester biosourcé de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone, et - d'au moins un alcane biosourcé de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone, le ou les ester(s) de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone .. incorporé(s) dans le carburant ou le combustible représentant entre 1% et 80% en volume dudit mélange et le ou les alcanes de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone incorporé(s) dans le carburant ou le combustible représentant entre 1 et 80% en volume dudit mélange.
Par biosourcé au sens de l'invention, on entend des produits issus de la biomasse, c'est à
dire des plantes agricoles ou forestières ou des déchets organiques.
Il est à noter que les esters et alcanes biosourcés peuvent se distinguer des esters et alcanes d'origine pétrolière présents dans un mélange grâce à une datation qui repose sur la mesure en spectromètre de masse de la proportion de l'isotope C14 sur l'ensemble du carbone de la molécule. Les produits fossiles ont une teneur en C14 plus faible que les .. produits résultant d'une photosynthèse plus récente.
Tandis que les esters vont abaisser les émissions de particules, il est important selon l'invention d'ajouter des alcanes de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone en plus de ceux déjà présents éventuellement dans le combustible ou le carburant, car cela permet d'éviter une augmentation de l'émission d'oxyde d'azote.
Le mélange selon l'invention est un mélange liquide qui présente une composition variable.
Avantageusement, un tel mélange permet de réduire les émissions de particules et les émissions d'oxyde d'azote lors du fonctionnement des chaudières ou des moteurs Diesel, sans qu'il y ait une dégradation des autres émissions (monoxydes d'azote CO, hydrocarbures imbrulés HC, etc.). En outre, l'invention permet de faire en sorte que le mélange respecte toutes les spécifications des carburants et combustibles liquides, notamment celles qui sont les plus difficiles à respecter, à savoir le point éclair qui doit être au-dessus de 55 C et 4 Environmental Science and Technology 39 (16): 6260-5 = September 2005) in the goal reduce emitted particles, but acetaldehyde emissions, which are they are also judged dangerous, were greatly increased.
Nevertheless, none of these solutions has resulted in a satisfactory solution, which allows .. reduce particulate emissions and nitrous oxide emissions when of operation Boilers and Diesel engines.
The present invention is specifically aimed at incorporation into fuels for engine Diesel or liquid fuels for a boiler selected from diesel fuel and oil domestic:
at least one biosourced ester with a chain length of between 8 and 14 carbon atoms, and at least one biosourced alkane with a chain length of between 8 and 14 carbon atoms, the ester (s) having a chain length of between 8 and 14 carbon atoms carbon .. incorporated in the fuel or fuel representing between 1% and 80% by volume said mixture and the alkane or alkanes of chain length of between 8 and 14 atoms of carbon incorporated into the fuel or fuel representing between 1 and 80%
volume of said mixture.
For the purposes of the invention, biobased is understood to mean products derived from biomass, it's up to say agricultural or forestry plants or organic waste.
It should be noted that biobased esters and alkanes can be distinguished from esters and alkanes of oil origin present in a mixture thanks to a dating that is based on the Mass spectrometer measurement of the proportion of the C14 isotope on the whole carbon of the molecule. Fossil products have a C14 plus content weak than .. products resulting from more recent photosynthesis.
While the esters will lower particulate emissions, it is important according the invention to add alkanes of chain length between 8 and 14 atoms of carbon in addition to those already present in the fuel or fuel, as this avoids an increase in the emission of nitrogen oxide.
The mixture according to the invention is a liquid mixture which has a variable composition.
Advantageously, such a mixture makes it possible to reduce the emissions of particles and the nitrogen oxide emissions during operation of boilers or engines Diesel, without any degradation of other emissions (nitrogen monoxide CO, hydrocarbons HC-imbricated, etc.). In addition, the invention makes it possible to ensure that the mix meets all specifications for liquid fuels and fuels, including those who are the most difficult to respect, namely the flash point which must be above 55 C and
5 l'indice de cétane calculé qui doit être supérieur à 46. De plus, le mélange selon l'invention permet de conserver les caractéristiques du carburant pour moteur Diesel et du combustible liquide pour chaudière, telles que par exemple la tenue à froid, la viscosité, etc.
Les esters et/ou les alcanes utilisés peuvent en particulier être biosourcés, c'est à dire être des biocarburants provenant de la biomasse agricole ou forestière ou des déchets organiques, ce qui présente alors aussi un avantage en matière de lutte contre l'effet de serre.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description en détail qui va suivre de l'invention.
L'invention vise donc un mélange destiné à alimenter une chaudière ou un moteur Diesel, comprenant :
- au moins un combustible liquide pour chaudière ou un carburant pour moteur Diesel choisi parmi le gazole et le fioul domestique, et - au moins un ester biosourcé de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone, incorporé dans le combustible ou le carburant, et - au moins un alcane biosourcé de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone, incorporé dans le combustible ou le carburant, le ou les ester(s) de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone incorporé(s) représentant entre 1% et 80% en volume dudit mélange, préférentiellement entre 5 et 50%, et le ou les alcanes de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone incorporé(s) représentant entre 1 et 80% en volume dudit mélange, préférentiellement entre 5 et 50%.
Le ou les ester(s) de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone incorporés présents dans le mélange peuvent être choisis parmi tous les esters de cette taille. Il peut s'agir préférentiellement de l'éthyl hexanoate (C8), du butyl butyrate (C8), du butyl valérate (C9), du butyl hexanoate (C12) et/ou du butyl caprylate (C14).
Préférentiellement il ne s'agit pas d'esters d'alcools gras supérieurs, c'est à dire d'alcools obtenus à partir des acides gras des huiles végétales que l'on a réduits par exemple par 5 calculated cetane number which must be greater than 46. In addition, the mixture according to the invention maintains the characteristics of diesel fuel and combustible boiler liquid, such as, for example, cold strength, viscosity, etc.
The esters and / or alkanes used can in particular be bio-based, that is to say, to be biofuels from agricultural or forestry biomass or waste organic products, which is also an advantage in combating the effect of tight.
Other features and advantages will emerge from the description in detail that will follow of the invention.
The invention therefore aims at a mixture intended to feed a boiler or a diesel motor, comprising:
at least one liquid fuel for a boiler or a fuel for engine Diesel selected from diesel and heating oil, and at least one biosourced ester with a chain length of between 8 and 14 carbon atoms, incorporated in the fuel or fuel, and at least one biobased alkane with a chain length of between 8 and 14 carbon atoms, incorporated in the fuel or fuel, the ester (s) having a chain length of between 8 and 14 carbon atoms carbon incorporated (s) representing between 1% and 80% by volume of said mixture, preferably between 5 and 50%, and the alkane (s) with a chain length of between 8 and 14 atoms of incorporated carbon (s) representing between 1 and 80% by volume of said mixture, preferably between 5 and 50%.
The ester (s) having a chain length of between 8 and 14 carbon atoms carbon incorporated in the mixture may be chosen from all the esters of this cut. It may be preferentially ethyl hexanoate (C8), butyl butyrate (C8), from butyl valerate (C9), butyl hexanoate (C12) and / or butyl caprylate (C14).
Preferably, it is not a question of esters of higher fatty alcohols, it is to say of alcohols obtained from the fatty acids of vegetable oils which have been reduced by example by
6 hydrogénation et que l'on associe à un acide court tel que l'acide formique ou l'acide acétique.
Le ou les alcane(s) de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone incorporés présents dans le mélange peuvent être choisis parmi tous les alcanes de cette taille (branchés ou non branchés). Il peut s'agir préférentiellement du décane, du dodécane et du tétradécane.
Selon l'invention, les esters spécifiquement sélectionnés de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone permettent avantageusement de continuer à
respecter toutes les spécifications actuelles des carburants pour moteurs Diesel et des combustibles pour chaudière, y compris à un taux d'incorporation compris entre 1 et 8%, sauf le taux maximal en esters puisque les esters ainsi produits ne sont pas des esters méthyliques d'acides gras respectant la norme EN14214. Aussi, selon une variante l'invention vise un mélange tel que décrit précédemment dans lequel le ou les ester(s) de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone représentent entre 1% et 8% en volume dudit mélange. Ce mélange peut être distribué comme un carburant banalisé dans toutes les pompes de distribution.
En outre, les esters utilisés selon l'invention, peuvent également être utilisés à des taux plus élevés. Aussi, selon une autre variante l'invention vise un mélange tel que décrit précédemment dans lequel le ou les ester(s) de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone incorporés représentent entre 8% et 80% en volume dudit mélange qui sera distribué, soit comme un carburant banalisé s'il est agréé à cette fin, soit comme un carburant pour flottes captives de transport.
Préférentiellement, le ou les ester(s) de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone présents dans le mélange sont des esters d'origine biosourcée obtenus à partir par d'acides gras volatils issus de la fermentation anaérobie de biomasse, et estérification par un alcool.
De même, on préfèrera un mélange dans lequel le ou les alcanes de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone incorporés présents dans le mélange sont des alcanes obtenus par électrolyse de Kolbe d'acides gras volatils issus de la fermentation anaérobie de la biomasse tels que décrits dans la demande W02014170603 ou issus de la biomasse par gazéification et synthèse de Fischer Tropsch. 6 hydrogenation and which is associated with a short acid such as formic acid or acid acetic.
The alkane (s) with a chain length of between 8 and 14 carbon atoms carbon incorporated in the mixture may be selected from all alkanes of this size (connected or not connected). It may be preferentially decane, dodecane and tetradecane.
According to the invention, the specifically selected esters of chain included between 8 and 14 carbon atoms advantageously allow to continue to respect all current specifications for diesel fuels and fuels for boilers, including at an incorporation rate of between 1 and 8%, except the rate the esters thus produced are not esters.
methyl of fatty acids complying with EN14214. Also, according to a variant the invention is directed mixture as described above in which the ester (s) length chain between 8 and 14 carbon atoms represent between 1% and 8% by volume said mixed. This mixture can be distributed as an unmarked fuel in all the distribution pumps.
In addition, the esters used according to the invention can also be used at higher rates high. Also, according to another variant, the invention aims at a mixture such that described previously in which the ester (s) of chain length included between 8 and 14 incorporated carbon atoms represent between 8% and 80% by volume of said mixture that will be distributed as an unmarked fuel if approved for that purpose, be like a fuel for captive transport fleets.
Preferably, the ester (s) with a chain length of between 8 and 14 atoms of carbon present in the mixture are esters of biobased origin obtained from volatile fatty acids resulting from the anaerobic fermentation of biomass, and esterification by an alcohol.
Likewise, a mixture in which the alkane or alkanes of chain between 8 and 14 carbon atoms incorporated in the mixture are alkanes obtained by Kolbe electrolysis of volatile fatty acids from the fermentation anaerobic biomass as described in application WO2014170603 or from the biomass by gasification and Fischer Tropsch synthesis.
7 Le mélange selon l'invention, en plus du carburant ou combustible, des esters et des alcanes de longueurs de chaîne spécifiques, peut éventuellement contenir au moins un additif supplémentaire pour améliorer l'indice de cétane et/ou renforcer la réduction des émissions de particules et/ou réduire les émissions d'oxydes d'azote par la chaudière ou le moteur Diesel lors de son fonctionnement. Il peut s'agir par exemple du tétranitrométhane.
D'autres additifs peuvent être ajoutés pour améliorer d'autres fonctionnalité
du mélange comme la tenue au froid, la viscosité, etc.
Le mélange selon l'invention peut être obtenu par des techniques classiques de l'homme du métier. Préférentiellement, il est obtenu par un simple brassage des constituants dans une même cuve ou par le mélange de deux flux dans une même canalisation. Dans la plupart des pays un tel mélange devra se faire sous le contrôle du Service des Douanes.
L'invention vise spécifiquement un procédé de fabrication d'un mélange selon l'invention tel que décrit précédemment, qui consiste à incorporer dans au moins un combustible liquide pour chaudière ou un carburant pour moteur Diesel choisi parmi le gazole ou le fioul domestique :
- au moins un ester biosourcé de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone, et - au moins un alcane biosourcé de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone, de façon à ce que le ou les ester(s) de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone incorporés représentent entre 1% et 80% en volume dudit mélange et en ce que le ou les alcanes de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone incorporés représentent entre 1 et 80% en volume dudit mélange.
Préférentiellement, le mélange est réalisé à une température comprise entre 10 et 50 C
dans une cuve agitée ou dans un appareil où les différents composants se mélangent par croisement de flux.
De manière surprenante et avantageuse, le mélange selon l'invention, incorporant des esters et des alcanes particuliers dans les carburants pour moteur Diesel ou dans les combustibles pour chaudière, permet une réduction très significative des émissions de particules sans qu'il y ait une dégradation des autres émissions en particulier d'oxyde d'azote et d'autres émissions tels que CO, HC, etc. Le taux de réduction des particules en masse et en nombre est de l'ordre du double du taux d'incorporation (30 à 40%
pour 20% 7 The mixture according to the invention, in addition to fuel or fuel, esters and alkanes specific lengths of chain, may possibly contain at least one additive to improve the cetane number and / or to reinforce the reduction of the particulate matter and / or reduce nitrogen oxide emissions through boiler or the Diesel engine during operation. For example, it may be tetranitromethane.
Other additives can be added to enhance other functionality mixing such as cold resistance, viscosity, etc.
The mixture according to the invention can be obtained by conventional techniques of the man of job. Preferably, it is obtained by simply mixing the constituents in a same tank or by mixing two flows in the same pipe. In the most countries such a mixture should be under the control of the Customs Service.
The invention is specifically directed to a method of manufacturing a mixture according to the invention described above, which consists of incorporating into at least one liquid fuel for a boiler or diesel engine fuel selected from diesel or oil domestic:
at least one biosourced ester with a chain length of between 8 and 14 carbon atoms, and at least one biobased alkane with a chain length of between 8 and 14 carbon atoms, so that the ester (s) with a chain length of between 8 and 14 atoms of incorporated carbon represent between 1% and 80% by volume of said mixture and in that the or alkanes of chain length between 8 and 14 carbon atoms incorporated represent between 1 and 80% by volume of said mixture.
Preferably, the mixture is produced at a temperature of between 10.degree.
and 50 C
in a stirred tank or in an apparatus where the different components are mix by crossing of flows.
Surprisingly and advantageously, the mixture according to the invention, incorporating esters and particular alkanes in fuels for diesel engine or in the boiler fuels, allows a very significant reduction in emissions from particles without any degradation of other emissions in particular oxide nitrogen and other emissions such as CO, HC, etc. The reduction rate of particles in mass and in number is of the order of twice the incorporation rate (30 to 40%
for 20%
8 d'incorporation, 60 à 80% pour 40% d'incorporation, 80 à 90% pour 50%
d'incorporation), ce qui constitue un atout considérable pour réduire les émissions de particules dans les villes.
La réduction étant parallèle pour la masse et le nombre de particules, ce procédé ne favorise pas les particules les plus fines qui sont les plus dangereuses.
.. L'invention vise donc spécifiquement l'utilisation pour alimenter une chaudière ou un moteur Diesel, d 'un mélange comprenant :
- au moins un combustible liquide pour chaudière ou un carburant pour moteur Diesel choisi parmi le gazole ou le fioul domestique , et - au moins un ester biosourcé de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone, incorporé dans le combustible ou le carburant, et - au moins un alcane biosourcés de longueur de chaîne comprise entre 8 et atomes de carbone, incorporé dans le combustible ou le carburant, le ou les ester(s) de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone incorporé(s) représentant entre 1% et 80% en volume dudit mélange et le ou les alcanes de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone incorporé(s) représentant entre 1 et 80% en volume dudit mélange.
En particulier, l'invention vise l'utilisation du mélange dans une chaudière ou un moteur Diesel pour réduire les émissions de particules et/ou réduire les émissions d'oxydes d'azote lors de son fonctionnement. Avantageusement, l'invention permet également d'améliorer l'indice de cétane du carburant.
Le mélange selon l'invention peut être utilisé dans toute chaudière à
combustible liquide et dans tout moteur Diesel, en particulier dans un moteur Diesel fixe ou un moteur Diesel installé sur des véhicules de transport ou des bateaux ou des engins de chantier ou des engins agricoles ou de petits engins domestiques tels que des tondeuses ou des motoculteurs.
En plus du mélange selon l'invention, au moins un additif peut être ajouté
dans la chaudière et/ou le moteur, additif capable d'améliorer l'indice de cétane et/ou renforcer la réduction des émissions de particules et/ou réduire les émissions d'oxydes d'azote par la chaudière ou le moteur Diesel lors de son fonctionnement, et/ou au moins un additif capable d'améliorer .. d'autres fonctionnalité du mélange comme la tenue au froid, la viscosité, etc. 8 of incorporation, 60 to 80% for 40% incorporation, 80 to 90% for 50%
of incorporation), this which is a considerable asset for reducing particulate emissions in the towns.
The reduction being parallel for the mass and the number of particles, this process does not favor not the finest particles that are the most dangerous.
.. The invention is therefore specifically aimed at the use to power a boiler or a Diesel engine, of a mixture comprising:
at least one liquid fuel for a boiler or a fuel for engine Diesel selected from diesel or heating oil, and at least one biosourced ester with a chain length of between 8 and 14 carbon atoms, incorporated in the fuel or fuel, and at least one biosourced alkane with a chain length of between 8 and carbon atoms, incorporated in the fuel or fuel, the ester (s) having a chain length of between 8 and 14 carbon atoms carbon incorporated (s) representing between 1% and 80% by volume of said mixture and the alkanes of chain length of 8 to 14 carbon atoms incorporated representative between 1 and 80% by volume of said mixture.
In particular, the invention aims to use the mixture in a boiler or an engine Diesel to reduce particulate emissions and / or reduce emissions nitrogen oxides during its operation. Advantageously, the invention also allows improve the cetane number of the fuel.
The mixture according to the invention can be used in any boiler in liquid fuel and in any diesel engine, particularly in a stationary diesel engine or a diesel motor installed on transport vehicles or boats or building site or agricultural machinery or small household appliances such as lawn mowers or tillers.
In addition to the mixture according to the invention, at least one additive may be added in the boiler and / or the engine, an additive capable of improving the cetane number and / or strengthen the reduction particulate emissions and / or reduce nitrogen oxide emissions by the boiler or the diesel engine during its operation, and / or at least one additive capable improve .. other functionality of the mixture such as cold resistance, viscosity, etc.
9 L'invention est à présent illustrée par des exemples de mélanges selon l'invention et des résultats de tests d'émission sur un banc moteur démontrant leur efficacité.
La composition des différents mélanges testés est décrite dans le tableau (exemples 1 à 5 avec des taux de charge différents qui représentent le nombre de tours par minute du moteur par rapport au nombre de tours nominal). Ces mélanges sont obtenus par simple mélange des composants dans des bidons avec agitation manuelle.
Les mesures sont effectuées à l'échappement par une baie Horiba 9100 (CO, CO2, 02, HC et NOx) et un analyseur de particules PPS PEGASOR sur un moteur de voiture de marque Renault Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau ci-après :
%
Carburant mg/m3 N/cm3 Fumées CO NOx charge 3,9 19000 0,3 700 85 34 170000 2,8 810 116 gasoil de référence 40 43 220000 3,9 60 1,5 7000 0,4 220 EXEMPLE 1 INVENTION 20 3,6 18000 0,25 764 gasoil+10%decane+20%butyl butyrate 30 13 62000 1,35 540 baisse sensible (-31% en nb) des 40 9 42000 0,92 343 particules 45 7 32000 0,75 350 sans dégradation sensible des NOx 60 1,8 8500 0,23 475 EXEMPLE 2 INVENTION 20 2,3 11000 0,17 800 gasoil+20%decane+20%butyl hexanoate 30 15 70000 1,65 575 baisse sensible (-48% en nb) des 19 88000 2,2 920 222 particules légère baisse (-15%) des NOx 45 18,5 90000 2,35 880 60 1,3 6000 0,29 270 20 3,2 15000 0,23 870 EXEMPLE 3 INVENTION 30 15,5 74000 1,6 591 gasoil+20%decane+20%butyl butyrate 40 31 148000 3,5 baisse sensible (-36% en nb) des particules 45 19 82000 2,12 960 légère baisse (-19%) des NOx 60 1,5 6800 0,32 465 1186 20 0,3 1600 0,03 1240 EXEMPLE 4 INVENTION 30 3 14000 0,22 530 30% gasoil+20% décane+50% butyl 40 5 23000 0,34 337 butyrate forte baisse (-88% en nb) des particules 45 légère baisse (-11%) des NOx 4,5 21000 0,42 347 20 1 5000 0,04 1218 EXEMPLE 5 INVENTION 30 5,5 28000 0,41 550 1/3 gasoil + 1/3 déca ne + 1/3 butyl 40 13 62000 1,00 566 butyrate forte baisse (-74% en nb) des particules 45 et baisse sensible (-27%) des NOx 7 35000 0,53 380 Ces résultats montrent que les alcanes n'ont pas d'impact favorable significatif sur les émissions de particules, tandis que les esters et les alcanes ensemble permettent de manière inattendue des réductions très significatives des particules plus ou moins proportionnelles au taux d'ester (baisse des particules de l'ordre du double du taux d'esters 5 incorporés) en même temps qu'une baisse significative des NOx. L'exemple 5 est à cet égard très démonstratif.
Les autres paramètres (CO, HC), ne sont pas dégradés. Il y a même une baisse sensible du CO. En ajustant les taux d'esters et d'alcanes, il va ainsi être possible d'optimiser les émissions des moteurs Diesel. 9 The invention is now illustrated by examples of mixtures according to the invention and emission test results on a test bench demonstrating their effectiveness.
The composition of the different mixtures tested is described in the table (examples 1 to 5 with different charge rates that represent the number of turns per minute of motor relative to the nominal number of revolutions). These mixtures are obtained by simple mixing of components in cans with manual stirring.
The measurements are carried out at the exhaust by a bay Horiba 9100 (CO, CO2, 02, HC and NOx) and a PPS PEGASOR particle analyzer on a car engine of Mark Renault The results obtained are shown in the table below:
%
Fuel mg / m3 N / cm3 CO NOx fumes charge 3.9 19000 0.3 700 85 34 170000 2.8 810 116 reference gas oil 40 43 220000 3.9 45 20 95000 2,830 60 1.5 7000 0.4 220 EXAMPLE 1 INVENTION 20 3.6 18000 0.25 764 gas oil + 10% decane + 20% butyl butyrate 30 13 62000 1.35 540 significant decrease (-31% in nb) of the 40 9 42000 0.92 343 particles 45 7 32000 0.75 350 without significant degradation of NOx 60 1.8 8500 0.23 475 EXAMPLE 2 INVENTION 20 2.3 11000 0.17 800 gas oil + 20% decane + 20% butyl hexanoate 30 15 70000 1.65 575 significant decline (-48% in nb) of 19 88000 2.2 920 222 particles slight decrease (-15%) of NOx 45 18.5 90000 2.35 880 60 1.3 6000 0.29 270 20 3.2 15000 0.23 870 EXAMPLE 3 INVENTION 30 15.5 74000 1.6 591 gas oil + 20% decane + 20% butyl butyrate 40 31 148000 3.5 significant decrease (-36% in nb) of particles 45 19 82000 2.12 960 slight decrease (-19%) of NOx 60 1.5 6800 0.32 465 1186 20 0.3 1600 0.03 1240 EXAMPLE 4 INVENTION 30 3 14000 0.22 530 30% gas oil + 20% decane + 50% butyl 40 5 23000 0.34 337 butyrate strong fall (-88% in nb) of the particles 45 slight decrease (-11%) of NOx 4.5 21000 0.42 347 1 5000 0.04 1218 EXAMPLE 5 INVENTION 5.5 5.5 28000 0.41 550 1/3 gasoil + 1/3 deca ne + 1/3 butyl 40 13 62000 1.00 566 butyrate sharp drop (-74% in nb) of the particles 45 and significant decrease (-27%) of NOx 7 35000 0.53 380 These results show that alkanes have no favorable impact significant on the particulate emissions, while esters and alkanes together allow to unexpectedly very significant reductions in particles more or less proportional to the ester level (decrease of particles of the order of twice the level of esters 5 incorporated) at the same time as a significant decrease in NOx. The example 5 is in this regard very demonstrative.
The other parameters (CO, HC) are not degraded. There is even a drop sensitive of CO. By adjusting the levels of esters and alkanes, it will thus be possible to optimize diesel engine emissions.
Claims (15)
- au moins un combustible liquide pour chaudière ou un carburant pour moteur Diesel choisi parmi le gazole ou le fioul domestique, et - au moins un ester biosourcé de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone, incorporé dans le combustible, et - au moins un alcane biosourcé de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone, incorporé dans le combustible, le ou les ester(s) de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone incorporé(s) représentant entre 1% et 80% en volume dudit mélange et le ou les alcanes de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone incorporé(s) représentant entre 1 et 80% en volume dudit mélange. A mixture for supplying a boiler or a diesel engine, comprising:
at least one liquid fuel for a boiler or a fuel for engine Diesel selected from diesel or heating oil, and at least one biosourced ester with a chain length of between 8 and 14 carbon atoms, incorporated into the fuel, and at least one biobased alkane with a chain length of between 8 and 14 carbon atoms, incorporated into the fuel, the ester (s) having a chain length of between 8 and 14 carbon atoms carbon incorporated (s) representing between 1% and 80% by volume of said mixture and the alkanes of chain length of 8 to 14 carbon atoms incorporated representative between 1 and 80% by volume of said mixture.
- au moins un ester biosourcé de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone, et - au moins un alcane biosourcé de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone, de façon à ce que le ou les ester(s) de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone incorporés représentent entre 1% et 80% en volume dudit mélange et en ce que le ou les alcane(s) de longueur de chaîne comprise entre 8 et 14 atomes de carbone incorporés représentent entre 1 et 80% en volume dudit mélange. 8. Process for manufacturing a mixture according to one of the preceding claims, characterized by incorporating in at least one fuel liquid for boiler or fuel for a diesel engine selected from diesel or diesel heating oil :
at least one biosourced ester with a chain length of between 8 and 14 carbon atoms, and at least one biobased alkane with a chain length of between 8 and 14 carbon atoms, so that the ester (s) with a chain length of between 8 and 14 atoms of incorporated carbon represent between 1% and 80% by volume of said mixture and in that the or alkane (s) with a chain length of between 8 and 14 atoms carbon incorporated represent between 1 and 80% by volume of said mixture.
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