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REVENDICATIONS
1. Composition combustible comprenant une matrice de résine durcie dans laquelle sont réparties de l'huile hydrocarbonée ainsi que des particules de matiére combustible solide, caractérisée en ce que ces particules ont des dimensions telles qu'une proportion d'au moins 95% est retenue dans un tamis ayant 35 mailles sur 25,4 mrn et une dimension nominale d'ouverture de 0,44 mm.
2. Composition combustible suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la matière combustible solide représente au moins 5% en poids de la composition totale.
3. Composition combustible suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la matiére combustible solide consiste en au moins l'un des combustibles non charbonneux comprenant le bois réduit en petites particules, le bois granulé, la tourbe réduite en petites particules et la tourbe granulée.
4. Composition combustible suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la matière combustible solide est du bois granulé ou de la tourbe granulée.
5. Composition combustible suivant l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que la tourbe a une teneur en humidité inférieure à 12%.
6. Composition combustible suivant la revendication 5, caractérisée en ce que la tourbe granulée a un poids spécifique de 0,64 à 0,72 g/ml.
7. Composition combustible suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la matière combustible solide est du bois réduit en petites particules et représente au moins 10% du poids de la composition totale.
8. Composition combustible suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la distribution des dimensions des particules de la matière combustible solide est telle que les particules sont retenues dans un tamis ayant de 5 à 22 mailles sur 25,4 mm et une dimension nominale d'ouverture de 3,35 à 0,71 mm.
9. Composition combustible suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la distribution des dimensions des particules de la matière combustible solide est telle que les particules sont retenues dans un tamis ayant de 7 à 14 mailles sur 25,4 mm et une dimension nominale d'ouverture de 2,4 à 1,8 mm.
10. Composition combustible suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'huile hydrocarbonée est du kérosène.
11. Composition combustible suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les particules de matière combustible solide comprennent un catalyseur de combustion.
12. Composition combustible suivant la revendication 11, caractérisée en ce que le catalyseur de combustion est placé à la surface ou près de la surface des particules.
13. Composition combustible suivant la revendication 11, caractérisée en ce que le catalyseur de combustion est du chlorure cuivrique, de l'oxychlorure cuivrique ou des hydrates de ces produits, à l'état finement divisé.
14. Composition combustible suivant les revendications 4 et 8, caractérisée en ce qu'elle comprend de 25 à 35% en poids de la matière combustible solide, de 40 à 60% en poids d'huile hydrocarbonée, jusqu'à 10% en poids de résine solide et jusqu'à 20% en poids d'eau.
15. Composition combustible suivant les revendications 4 et 9, caractérisée en ce qu'elle comprend de 25 à 35% en poids de la matière combustible solide, de 40 à 60% en poids d'huile hydrocarbonée, jusqu'à 10% en poids de résine solide et jusqu'à 20% en poids d'eau.
16. Composition combustible suivant l'une des revendications 10 à 15, caractérisée en ce que l'huile hydrocarbonée est partiellement remplacée jusqu'à concurrence de 50% en poids par des cires molles, des cires de paraffine, du polypropylène atactique ou du polyéthyléneglycol.
17. Composition combustible suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend jusqu'à 1% en poids d'une substance prolongeant la durée de la combustion.
18. Composition combustible suivant la revendication 17, caractérisée en ce que la substance est du talc, un savon métallique et/ou des particules ultrafines de la matière combustible solide.
19. Procédé pour la fabrication de la composition selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une émulsion d'huile hydrocarbonée dans une phase aqueuse comprenant un sirop de résine, de l'eau et un émulsionnant est mélangée avec la matière combustible solide en particules, après quoi la résine est catalysée et on laisse durcir la composition.
20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que l'addition du catalyseur suit rapidement l'étape de mélange avant que la matière combustible solide en particules ne soit mouillée de façon appréciable par les constituants de l'émulsion.
21. Procédé selon l'une des revendications 19 ou 20, caractérisé en ce que le mélange en cours de durcissement est conformé par moulage en allume-feu individuels de dimensions prédéterminées.
22. Procédé selon l'une des revendications 19 ou 20, caractérisé en ce que le mélange en cours de durcissement est moulé puis découpé aux dimensions finales lorsqu'il se trouve à l'état solide avant d'être complètement durci.
23. Procédé suivant l'une des revendications 19 à 22, caractérisé en ce que l'émulsion d'huile hydrocarbonée, de sirop de résine, d'eau et d'émulsionnant est aérée avant de la mélanger avec la matière combustible solide.
24. Utilisation de la composition selon la revendication 1 comme allume-feu.
La présente invention concerne une composition combustible, utilisable comme allume-feu. Elle concerne aussi un procédé de fabrication de cette composition combustible.
La forme d'allume-feu le plus largement utilisée au cours de ces dernières années est probablement celle qui est appelée l'allume-feu blanc (white firelighter), laquelle est facile à fabriquer, à manipuler et à distribuer; elle est en outre extrêmement efficace.
Les allume-feu blancs comprennent un bloc d'émulsion durcie d'une résine durcissable aqueuse et des hydrocarbures liquides, et ils peuvent être utilisés comme blocs d'allume-feu. Les allume-feu blancs sont préparés à partir d'une émulsion huile dans l'eau, c'est-à-dire une émulsion dont la phase continue est la phase aqueuse et dont la phase huileuse discontinue est un liquide combustible, généralement un hydrocarbure liquide. La phase aqueuse contient une résine durcissable de sorte que, quand le mélange est durci ou catalysé, la masse se transforme en une matrice solide dans laquelle la phase huileuse d'hydrocarbure liquide est, pour ainsi dire, encapsulée à l'état de petits globules.
Comme résines durcissables à froid typiques, on peut citer les résines urée-formaldéhyde, tandis que les hydrocarbures liquides typiques comprennent le kérosène. On peut préparer des compositions d'allume-feu blanc ayant une teneur en kérosène de plus de 90% par rapport au poids de la composition et leur efficacité est due à leur teneur élevée en kérosène. En raison du prix croissant du kérosène, les allume-feu blancs deviennent une utilisation dispendieuse de l'une des ressources naturelles qui vont en diminuant, c'est-à-dire les ressources en pétrole.
L'introduction de matériaux combustibles solides semblerait procurer des avantages et des économies. Toutefois, on sait que l'émulsion employée dans le procédé de fabrication est sensible à l'addition de solides. On a observé que les émulsions d'huile hydrocarbonée dans une dispersion d'urée-formaldéhyde ont
tendance à se rompre ou à se séparer en couches lorsqu'on ajoute une matière solide en petites particules.
La présente invention concerne une composition combustible comprenant une matrice de résine durcie dans laquelle sont réparties de l'huile hydrocarbonée ainsi que des particules de matière combustible solide de dimensions telles qu'une proportion d'au moins 95% est retenue dans un tamis ayant un numéro de mailles 35 (dimension nominale d'ouverture 0,44 mm) d'après les normes britanniques. Il est entendu que, dans la suite de l'exposé, toutes les indications se rapportant aux tamis se référeront aux normes britanniques.
Comme matière combustible solide, on peut employer du bois ou de la tourbe sous une forme finement divisée. De préférence, le bois ou la tourbe se présentent à l'état d'une forme finement divisée qui a été préalablement agglomérée et comprimée, éventuellement avec addition de matières telles que des cires pour faciliter l'agglomération; cette forme est désignée ci-après par -I'appellation matière combustible solide granulée.
Tout comme la tourbe, le bois est un combustible solide non charbonneux, en ce sens qu'il n'a pas subi la métamorphose caractéristique du charbon et du charbon de bois.
La tourbe constitue une matière combustible préférée, en particulier la tourbe granulée, c'est-à-dire de la tourbe qui a été séchée et comprimée avant la réduction en fines particules. Une telle tourbe peut être comprimée dans les proportions d'environ 4:1 ou plus, de préférence de 6:1, voire avantageusement de 10:1.
Une forme de tourbe particulièrement utile consiste en une matière granulaire qui est produite à partir de ce qu'on appelle la tourbe broyée, par séchage jusqu'à une teneur en humidité comprise entre 8 et 12%, en général de 10%, compression à environ 787 kg/cm2 (5 tons/pouce carré) de pression et réduction en fines particules. Une tourbe granulaire ayant un poids spécifique de 0,64 à 0,72 g/ml convient très bien.
De préférence, les dimensions des particules de la matière combustible solide sont telles qu'elle est retenue presque entièrement sur un tamis ayant un numéro de mailles 35 (dimension nominale d'ouverture 0,44 mm).
Au moins 90% des particules sont retenus dans des tamis ayant des numéros de mailles de 5 à 22 (dimension nominale d'ouverture 3,35 et 0,71 mm), quoique l'on puisse aussi utiliser des tamis de mailles 6-30 (dimension nominale d'ouverture 2,80 à 0,5 mm) ou des tamis de mailles 8 à 30 (dimension nominale d'ouverture 2,00 à 0,5 mm); il est idéal d'employer des particules de dimensions telles qu'elles soient retenues dans des tamis de mailles 7 à 14 (dimension nominale d'ouverture 2,4 à 1,18 mm).
Il faut noter qu'en pratique, il est extrêmement difficile de
produire une fraction granulométrique exactement conforme à
une spécification donnée; en outre, lors du transfert d'une telle
fraction précise, si elle peut être obtenue, dans le mélange dont est
constituée la composition combustible et au cours du mélange, il
est inévitable qu'il se produise une attrition et, subséquemment, la
production de particules de plus petites dimensions que dans l'échantillon d'origine. De telle sorte que si la quasi-totalité (c'està-dire au moins 95%) de l'ensemble de la matière combustible
solide est retenue sur un tamis de numéro de mailles 35, la petite
quantité de 5% en poids peut avoir de plus petites dimensions de
particules et peut être tolérée ainsi qu'on l'explique en détail ciaprès.
Généralement parlant, la quantité de fines exprimée en
pourcentage du nombre total de particules sera d'autant moindre
que la dimension moyenne des particules de la matière combus
tible solide est plus grande.
Les fines sont considérées comme des particules de dimension
telle qu'elles passent à travers un tamis de numéro de mailles 35
(dimension nominale d'ouverture 0,44 mm) et elles peuvent
descendre jusqu'à des particules microscopiques.
Dans le cadre de la présente invention, une proportion allant jusqu'à environ 5% en poids du combustible solide peut être
présente à l'état de fines si celles-ci sont de dimensions de l'ordre de celles qui passent tout juste à travers un tamis de numéro de mailles 35. Si les fines sont ultrafines, c'est-à-dire de dimensions de l'ordre de celles qui passent tout juste à travers un tamis de numéro de mailles 100 (ouverture nominale 0,15 mm), on peut les tolérer à raison d'environ 0,5% en poids. Les particules plus petites que dit ci-dessus ne peuvent être tolérées qu'à raison de 0,1%.
Le phénomène de masquage devient perceptible avec des allume-feu contenant des particules qui passent toutes au tamis de numéro de mailles 35. Le masquage consiste en un effet qui prive l'allume-feu d'air, le fait brûler avec production de fumée et finalement l'éteint. Un effet de masquage peut être constaté avec des compositions combustibles contenant des combustibles solides en particules, si on en emploie trop dans une composition ou si on utilise un combustible solide à dimensions de particules trop petites. Le phénomène est caractérisé par l'apparition d'un revêtement poudreux à la surface d'un bloc en combustion.
Bien que, par exemple, de la tourbe sous sa forme ordinaire, c'est-à-dire découpée, séchée et de préférence nettoyée, puisse être utilisée dans la présente invention après réduction en petites particules, elle ne peut pas être incorporée à une composition d'allume-feu blanc dans les mêmes proportions pondérales que de la tourbe qui a été agglomérée et compactée.
Cela est partiellement une fonction de la densité apparente, mais un fait important consiste en ce que la tourbe ordinaire a une plus forte tendance à provoquer la rupture de l'émulsion, de sorte que la quantité qui peut avantageusement être incorporée dans un allume-feu blanc est limitée, par exemple jusqu'à environ
12% en poids sur la base de la composition finale.
On sait que la tourbe utilisée de la manière habituelle présente une caractéristique de combustion qui, en un sens, pourrait la rendre peu intéressante pour l'utilisation dans les allume-feu.
Ainsi, la tourbe ordinaire a tendance à brûler sans flamme ou avec une flamme paresseuse et discontinue qui a tendance à s'éteindre, alors que le corps de la tourbe peut continuer à brûler et à produire de la chaleur utile. De telles propriétés conférées à un allume-feu ne pourraient faire présager que l'on peut produire une flamme persistante de longueur suffisante pour enflammer un lit de combustible solide.
L'emploi d'une matière combustible solide qui a été compactée facilite l'accroissement de la proportion pondérale de cette matière qui peut être introduite dans un bloc d'allume-feu de dimension donnée; en outre, le masquage est réduit et peut être substantiellement éliminé par un réglage soigneux de la distribution des dimensions des particules et de la quantité ajoutée. On peut introduire des proportions supérieures à 5%, par exemple
10% en poids et 15% en poids, voire même davantage.
Comme on l'a indiqué plus haut à propos des dimensions des
particules du combustible solide mis en oeuvre, on pense que de
plus petites particules contribuent d'une manière disproportion
née à la tendance que présente une émulsion à se rompre, du fait
que, possédant une surface relativement grande, elles possèdent
un vaste interface où la rupture peut être amorcée.
Par contre, l'incorporation dans une émulsion d'une matière
combustible solide qui a des caractéristiques de surface et des
dimensions de particules conformes à la présente invention donne
lieu à une émulsion stable et maniable.
La gamme pratique des dimensions de particules utilisables est
comprise entre 0,71 et 3,35 mm, mais de plus grandes particules
peuvent être employées. Toutefois, si on fabrique des blocs de
dimensions telles qu'ils doivent être découpés à des dimensions
convenant à l'utilisation envisagée, le découpage est fréquemment
effectué à l'aide d'un fil de coupe et les grandes particules font
dévier le fil et sont la cause de découpages peu soigneux et de
beaucoup de copeaux. On peut, dans une certaine mesure, sur
monter cet inconvénient en utilisant des lames de découpage
minces au lieu de fils. On peut aussi éviter la production de
copeaux en moulant simplement les blocs aux dimensions néces saires si on est amené à utiliser des particules se trouvant dans la zone supérieure de la gamme des dimensions.
Par ailleurs, si les particules sont de dimensions aussi grandes, leur incorporation dans l'allume-feu blanc ne procure pas l'effet désiré sur les caractéristiques de combustion de l'allume-feu qui les contient. Dans ce cas, l'allume-feu brûle essentiellement comme un allume-feu blanc à teneur en kérosène réduite, sauf que, lors de l'extinction, des morceaux de matière combustible solide couvant sous la cendre restent dans la matrice déformée de résine durcie.
La proportion pondérale de matière combustible solide en particules qui peut être incorporée dans un allume-feu blanc est variable et dépend dans une certaine mesure de l'utilisation finale de la composition, par exemple comme combustibles faciles à enflammer ou comme combustibles durs.
Pour les allume-feu blancs, on peut incorporer de préférence de 25 à 35% en poids de matière combustible solide avec réduction concomitante de la teneur en hydrocarbure liquide, bien que l'on puisse avoir intérêt à utiliser de plus petites quantités telles que 10 ou 15% en poids par rapport à la composition totale, ladite incorporation dans le mélange de l'allume-feu blanc étant accompagnée d'une réduction concomitante de la teneur en hydrocarbure liquide.
Comme hydrocarbures liquides, on peut employer, par exemple, de l'essence, du gas-oil, du fuel Diesel, du kérosène ou pétrole lampant, de la paraffine ou du naphte. On utilise fréquemment du kérosène de point d'ébullition compris entre 150 et 260"C et dont le point d'éclair n'est pas inférieur à 43"C (110"F).
Une partie du combustible liquide peut être remplacée par de l'huile lubrifiante de rebut ou par des cires convenables, par exemple des cires molles, des cires de paraffine, du polypropylène atactique et des polyéthyléneglycols.
Les blocs d'allume-feu blancs du commerce contiennent d'habitude environ 85% en poids de kérosène. Les blocs d'allumefeu conformes à la présente invention contiennent généralement entre 40% en poids et 60% en poids d'hydrocarbure liquide, et celui-ci peut même être partiellement remplacé par des cires. On peut utiliser avantageusement environ 55% en poids de kérosène.
Comme résines thermodurcissables, on peut utiliser, suivant la présente invention, l'une quelconque ou un mélange choisi dans une vaste gamme de résines capables de subir le thermodurcissement après addition d'un durcisseur. Les résines préférées sont les résines urée-formaldéhyde qui nécessitent l'addition d'acides ou d'autres substances qui procurent, en présence d'eau, des valeurs de pH donnant lieu au thermodurcissement des résines. Parmi les acides qui conviennent, on peut mentionner, par exemple, l'acide phosphorique, l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique et les sels de bases faibles et d'acides forts comme le chlorure d'ammonium; on peut aussi utiliser des mélanges de catalyseurs.
La résine durcissable est ordinairement fournie sous une forme très concentrée, par exemple en une solution contenant 50 à 70% en poids de matières solides.
Les compositions combustibles suivant la présente invention contiennent des résines solides jusqu'à concurrence de 10% en poids, de préférence 2 à 8%, spécialement 3 à 6% en poids.
Comme résines catalysées par les bases, on peut utiliser des résines phénol-formaldéhyde ou des résines résorcinol-formaldéhyde. Parmi les catalyseurs qui leur conviennent, on trouve les hydroxydes de métaux alcalins.
Les allume-feu de la présente invention peuvent contenir des agents régulateurs de la flamme tels que les savons métalliques et le talc. On peut aussi obtenir l'extension de la durée de la combustion au moyen de faibles concentrations, telles que 0,5% en poids et jusqu'à 1% en poids, de fines particules de combustible solide, par exemple celles entrant dans la catégorie des fines.
Des sels de métaux de transition et des compositions riches en oxygène peuvent être incorporés pour faciliter l'ignition des combustibles durs. Des catalyseurs de combustion, notamment des sels de cuivre tels que le chlorure cuivrique ou l'oxychlorure cuivrique, qui peuvent se trouver sous forme hydratée, peuvent également être incorporés afin d'améliorer l'efficacité de l'allumefeu final. Ces catalyseurs d'ignition peuvent avantageusement constituer un revêtement de la matière combustible solide en particules ou être absorbés par cette matière avant son incorporation. De cette manière, le catalyseur est libéré à partir des nouvelles surfaces des granules au fur et à mesure que celles-ci sont dégagées par la combustion, pendant une grande partie de la durée de la combustion.
L'élément constitutif de l'émulsion peut être expansé au moyen d'air, par agitation, afin d'augmenter le volume et d'aider la combustion. Si une émulsion doit être expansée, il est préférable de le faire avant d'ajouter les particules de matière combustible solide.
L'un des aspects de l'invention concerne un procédé pour préparer les allume-feu dont il est question ci-dessus. Les allumefeu peuvent être préparés à partir d'un mélange d'une résine durcissable convenable, qui peut être en solution ou en dispersion, d'un agent tensio-actif, d'une huile hydrocarbonée émulsionnée et d'une matière combustible solide en particules qui se trouve en suspension dans l'émulsion, d'un catalyseur de durcissement de la résine et éventuellement d'additifs permettant d'allonger la durée de la combustion et/ou de catalyseurs de combustion afin d'améliorer l'inflammabilité des combustibles solides.
L'émulsion de l'allume-feu blanc est préparée de manière connue en agitant rapidement du kérosène dans un produit de base contenant un sirop d'urée-formaldéhyde, de l'eau et des émulsionnants. L'émulsion produite est stable et passe au stockage tamponné.
Un choix soigneux de la distribution des dimensions des particules telle qu'elle a été décrite plus haut permet de produire un mélange stable de tourbe et d'émulsion. De plus, si des fines (en dessous du numéro de mailles 35) sont incluses dans une proportion convenable et si les dimensions et les caractéristiques des particules sont correctes, le mélange tourbe/émulsion est stable pendant environ 15 à 18 h ou davantage.
Du stockage, l'émulsion est pompée en continu dans une chambre de mélange où on ajoute en courant continu, à l'intervention d'un dispositif de mesure, la matière combustible solide présentant les dimensions de particules convenables. Les dimensions des particules de la matière combustible solide sont critiques, ainsi qu'il a été décrit ci-avant, et si on utilise la matière correcte, le mélange obtenu est stable pendant plusieurs heures.
En outre, le mélange n'est pas moins facile à manipuler que les émulsions d'allume-feu blanc usuelles, après l'addition du catalyseur et/ou au cours du durcissement.
Le mélange de matière combustible solide et de l'émulsion est alors introduit en continu, via une pompe doseuse, dans une chambre de catalyseur qui fournit un courant constant de solution de catalyseur de durcissement. Finalement, le mélange catalysé est introduit rapidement dans des moules afin de pouvoir y durcir.
L'addition du catalyseur constitue la dernière étape avant le mélange final afin de donner un réglage optimal du traitement après le moulage, à savoir le découpage et l'emballage.
La mise en forme finale des compositions peut être effectuée par moulage ou par découpage ou encore par des combinaisons adéquates de ces opérations.
On trouvera ci-après des exemples qui illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. Dans ces exemples, toutes les parties mentionnées sont des parties en poids par rapport à la composition finale.
Exemple 1:
Le combustible solide en particules utilisé était de la tourbe granulée, broyée et tamisée jusqu'aux mailles 8-22, les fines et les fractions trop grosses (40%) étant rejetées. La tourbe comprimée provient d'une fabrication de briquettes de tourbe dans laquelle la tourbe broyée est ensuite séchée, nettoyée et comprimée sous une pression d'environ 787 kg/cm2 (5 tons/pouce carré), puis séchée à nouveau jusqu'à une teneur en humidité d'environ 10%. Finalement, les briquettes sont réduites en particules et celles-ci sont tamisées.
On a préparé une émulsion du type huile dans l'eau en mélan geant:
59,0 parties de kérosène
8,5 parties d'une dispersion de résine urée-formal
déhyde (68% de solides) fournie par Ciba-Geigy
sous la marque de résine Aérolite FL2
1,0 partie d'agent émulsionnant, Arylan SEC 25, et
d'arylalkylsulfonate fourni par Lankro Chemicals Ltd.
6,0 parties d'eau adoucie.
L'émulsion était stable au stockage à température ambiante et capable d'être conservée en stock à cet état.
On a mélangé en continu dans un malaxeur 25,0 parties de la tourbe et l'émulsion ci-dessus, on a amené le mélange à une pompe qui l'a pompé dans une chambre de catalyse où on y a ajouté 0,5 partie d'un catalyseur consistant en acide chlorhydrique dilué, puis on a introduit le mélange ainsi catalysé dans des moules. Quand les blocs étaient suffisamment durcis, par suite du durcissement de la résine, pour être manipulés doucement, mais n'étaient pas totalement durcis, on les a laissé tomber sous l'influence de la gravité sur des fils métalliques de découpage disposés de manière à former des allume-feu mesurant environ 2,54 x 3,81 x 5,08 cm et pesant 50 g.
Comparé à un poids égal d'allume-feu blanc usuel de mêmes dimensions et comprenant:
84,0 parties de kérosène
6,0 parties de résine urée-formaldéhyde
(comme ci-dessus)
0,5 partie d'émulsionnant (comme ci-dessus)
9,0 parties d'eau adoucie
0,5 partie d'acide chlorhydrique dilué, comme
catalyseur,
I'allume-feu contenant la tourbe a brûlé pendant 25 mn, tandis que l'allume-feu usuel a brûlé pendant 14 mn sous les mêmes conditions.
On a effectué des tests comparatifs d'ignition de combustible solide en utilisant les conditions normalisées d'allumage de feu; 50 g de l'allume-feu contenant la tourbe, comme ci-dessus, ont suffi pour activer du charbon gallois à vapeur sèche (Welsh Dry
Steam Coal), alors qu'il a fallu 100 g d'allume-feu blanc usuel pour activer la même quantité dudit charbon.
Exemple 2:
On a ajouté 30 parties de tourbe, comme celle utilisée à l'exemple I, à une émulsion du type huile dans l'eau préparée par mélange de:
55,0 parties de kérosène
6,0 parties de sirop de résine urée-formaldéhyde
comme celui utilisé à l'exemple I
0,5 partie d'émulsionnant tel que celui de l'exemple 1
8,5 parties d'eau adoucie.
Ce mélange a été catalysé au moyen de 0,5 partie d'acide chlorhydrique dilué et a été moulé en grands blocs. Quand ils ont atteint la résistance voulue à l'état cru, ces grands blocs ont été découpés en blocs d'allume-feu de 3,04 x 2,9 x 6,3 cm, pesant 45 g.
En chambre d'essai, ces blocs ont brûlé pendant 25 mn avec une flamme chaude et, après extinction de la flamme, ils sont restés incandescents pendant encore 30 mn en dégageant de la chaleur. A titre de comparaison, un bloc d'allume-feu blanc disponible dans le commerce, contenant 85% de kérosène mais pas de tourbe, et ayant les mêmes dimensions et le même poids, n'a brûlé dans la même chambre d'essai que pendant 14 mn avec une flamme vigoureuse et, quand celle-ci s'est éteinte, le résidu n'était pas incandescent et ne produisait pas de chaleur.
Exemple 3:
On a préparé trois blocs d'allume-feu pesant chacun 45 g, comme à l'exemple 1, c'est-à-dire des blocs contenant 59% en poids de kérosène, en utilisant de la tourbe granulée ayant des distributions de dimensions des particules différentes, à savoir:
- le bloc A contenait des particules de mailles 6 à 16 (ouvertures nominales des tamis de 2,8 et 1,0 mm respectivement)
- le bloc B contenait des particules de mailles 8 à 12 (ouvertures nominales des tamis de 2,0 à 0,71 mm respectivement)
- le bloc C contenait des particules de mailles 30 à 52 (ouvertures nominales des tamis de 0,5 à 0,3 mm respectivement).
On a mesuré les durées de combustion de ces blocs sous des conditions d'essai et on les a comparées à celle obtenue pour un allume-feu blanc disponible dans le commerce, ayant la même configuration géométrique et contenant 85% en poids de kérosène mais pas de tourbe (bloc D).
Les durées de combustion respectives étaient les suivantes:
- bloc A: 22 mn - bloc B: 26 mn - le bloc C ne donnait pas satisfaction, l'humidité du bloc indiquant que l'émulsion s'était rompue dans une certaine mesure au cours de la fabrication, et le bloc a brûlé pendant 18 mn avec une flamme fumeuse, non satisfaisante. Le bloc D a brûlé pendant 14 mn.
Ces essais montrent que l'incorporation de tourbe a permis d'allonger la durée de la combustion et d'obtenir un produit de valeur, pour autant que l'on prenne soin de choisir convenablement les dimensions des particules.
Les allume-feu selon la présente invention, particulièrement ceux qui contiennent de la tourbe ou du bois granulé ayant la distribution correcte des dimensions de particules, présentent des avantages par rapport aux matières combustibles charbonneuses aussi bien en ce qui concerne le procédé de traitement qu'en ce qui concerne le produit final. Dans les matières combustibles charbonneuses, les combustibles solides usuels tels que le charbon
et le charbon de bois sont sales pour la manipulation et ne pos
sèdent pas, en outre, le même pouvoir absorbant que la tourbe et le bois; or, on pense que cette propriété interviept pour une part dans les caractéristiques de combustion des allume-feu selon la
présente invention.
A condition que les matières solides non
charbonneuses aient leur caractéristique de surface lisse exigée, il
ne se produit pas ou très peu de mouillage prématuré des surfaces
des particules au cours de la fabrication et on obtient pourtant un produit sec, non suintant, à partir duquel il n'exsude pas d'humidité au cours du stockage.
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CLAIMS
1. Combustible composition comprising a hardened resin matrix in which are distributed hydrocarbon oil as well as particles of solid combustible material, characterized in that these particles have dimensions such that a proportion of at least 95% is retained in a sieve with 35 meshes by 25.4 mrn and a nominal opening dimension of 0.44 mm.
2. Combustible composition according to claim 1, characterized in that the solid combustible material represents at least 5% by weight of the total composition.
3. Combustible composition according to one of claims 1 or 2, characterized in that the solid combustible material consists of at least one of the non-carbon fuels comprising wood reduced to small particles, granulated wood, peat reduced to small particles and granulated peat.
4. Combustible composition according to claim 1, characterized in that the solid combustible material is granulated wood or granulated peat.
5. Combustible composition according to one of claims 3 or 4, characterized in that the peat has a moisture content of less than 12%.
6. Combustible composition according to claim 5, characterized in that the granulated peat has a specific weight of 0.64 to 0.72 g / ml.
7. Combustible composition according to claim 3, characterized in that the solid combustible material is wood reduced to small particles and represents at least 10% of the weight of the total composition.
8. Combustible composition according to one of the preceding claims, characterized in that the distribution of the dimensions of the particles of the solid combustible material is such that the particles are retained in a sieve having 5 to 22 meshes over 25.4 mm and a nominal opening dimension of 3.35 to 0.71 mm.
9. Combustible composition according to one of the preceding claims, characterized in that the distribution of the dimensions of the particles of the solid combustible material is such that the particles are retained in a sieve having 7 to 14 meshes over 25.4 mm and a nominal opening size from 2.4 to 1.8 mm.
10. Fuel composition according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrocarbon oil is kerosene.
11. Fuel composition according to one of the preceding claims, characterized in that the particles of solid combustible material comprise a combustion catalyst.
12. Fuel composition according to claim 11, characterized in that the combustion catalyst is placed on the surface or near the surface of the particles.
13. Fuel composition according to claim 11, characterized in that the combustion catalyst is cupric chloride, cupric oxychloride or hydrates of these products, in the finely divided state.
14. Fuel composition according to claims 4 and 8, characterized in that it comprises from 25 to 35% by weight of the solid combustible material, from 40 to 60% by weight of hydrocarbon oil, up to 10% by weight solid resin and up to 20% by weight of water.
15. A combustible composition according to claims 4 and 9, characterized in that it comprises from 25 to 35% by weight of the solid combustible material, from 40 to 60% by weight of hydrocarbon oil, up to 10% by weight solid resin and up to 20% by weight of water.
16. Fuel composition according to one of claims 10 to 15, characterized in that the hydrocarbon oil is partially replaced up to 50% by weight with soft waxes, paraffin waxes, atactic polypropylene or polyethylene glycol .
17. Combustible composition according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises up to 1% by weight of a substance prolonging the duration of combustion.
18. A combustible composition according to claim 17, characterized in that the substance is talc, a metallic soap and / or ultrafine particles of the solid combustible material.
19. A method for manufacturing the composition according to claim 1, characterized in that an emulsion of hydrocarbon oil in an aqueous phase comprising a resin syrup, water and an emulsifier is mixed with the solid combustible material in particles, after which the resin is catalyzed and the composition is left to harden.
20. The method of claim 19, characterized in that the addition of the catalyst quickly follows the mixing step before the solid combustible material in particles is appreciably wetted by the constituents of the emulsion.
21. Method according to one of claims 19 or 20, characterized in that the mixture during hardening is shaped by molding in individual fire starters of predetermined dimensions.
22. Method according to one of claims 19 or 20, characterized in that the mixture during hardening is molded and then cut to final dimensions when it is in the solid state before being completely hardened.
23. Method according to one of claims 19 to 22, characterized in that the emulsion of hydrocarbon oil, resin syrup, water and emulsifier is aerated before mixing with the solid combustible material.
24. Use of the composition according to claim 1 as a fire starter.
The present invention relates to a combustible composition which can be used as a fire starter. It also relates to a process for manufacturing this combustible composition.
The most widely used form of fire starter in recent years is probably the so-called white firelighter, which is easy to manufacture, handle and distribute; it is also extremely effective.
White fire starters include a block of emulsion cured with an aqueous curable resin and liquid hydrocarbons, and they can be used as fire starter blocks. White fire starters are prepared from an oil-in-water emulsion, that is to say an emulsion whose continuous phase is the aqueous phase and whose discontinuous oily phase is a combustible liquid, generally a hydrocarbon liquid. The aqueous phase contains a curable resin so that when the mixture is hardened or catalyzed, the mass turns into a solid matrix in which the oily phase of liquid hydrocarbon is, so to speak, encapsulated in the form of small globules .
Typical cold curable resins include urea-formaldehyde resins, while typical liquid hydrocarbons include kerosene. White fire starter compositions can be prepared having a kerosene content of more than 90% based on the weight of the composition and their effectiveness is due to their high kerosene content. Due to the rising price of kerosene, white fire starters are becoming an expensive use of one of the dwindling natural resources, namely petroleum resources.
The introduction of solid combustible materials would appear to provide benefits and savings. However, it is known that the emulsion used in the manufacturing process is sensitive to the addition of solids. It has been observed that emulsions of hydrocarbon oil in a dispersion of urea-formaldehyde have
tendency to break or separate into layers when adding solid matter in small particles.
The present invention relates to a combustible composition comprising a hardened resin matrix in which are distributed hydrocarbon oil as well as particles of solid combustible material of dimensions such that a proportion of at least 95% is retained in a sieve having a mesh number 35 (nominal opening size 0.44 mm) according to British standards. It is understood that, in the rest of the description, all the information relating to the sieves will refer to British standards.
As solid combustible material, wood or peat can be used in a finely divided form. Preferably, the wood or peat are in the form of a finely divided form which has been previously agglomerated and compressed, possibly with the addition of materials such as waxes to facilitate agglomeration; this form is designated below by the term “granulated solid combustible material”.
Like peat, wood is a solid, non-carbon fuel, in the sense that it has not undergone the metamorphosis characteristic of coal and charcoal.
Peat is a preferred combustible material, especially granulated peat, that is, peat that has been dried and compressed before reduction to fine particles. Such peat can be compressed in the proportions of about 4: 1 or more, preferably 6: 1, or even advantageously 10: 1.
A particularly useful form of peat consists of granular material which is produced from what is called ground peat, by drying to a moisture content of between 8 and 12%, generally 10%, compression to approximately 787 kg / cm2 (5 tones / square inch) of pressure and reduction to fine particles. Granular peat with a specific gravity of 0.64 to 0.72 g / ml is very suitable.
Preferably, the dimensions of the particles of the solid combustible material are such that it is retained almost entirely on a sieve having a mesh number 35 (nominal opening dimension 0.44 mm).
At least 90% of the particles are retained in sieves with mesh numbers from 5 to 22 (nominal opening size 3.35 and 0.71 mm), although sieves of mesh 6-30 can also be used (nominal opening dimension 2.80 to 0.5 mm) or mesh screens 8 to 30 (nominal opening dimension 2.00 to 0.5 mm); it is ideal to use particles of dimensions such as they are retained in sieves of mesh 7 to 14 (nominal opening dimension 2.4 to 1.18 mm).
It should be noted that in practice it is extremely difficult to
produce a particle size fraction exactly in accordance with
a given specification; in addition, when transferring such
precise fraction, if it can be obtained, in the mixture of which is
made up the combustible composition and during mixing it
it is inevitable that attrition will occur and, subsequently, the
production of particles of smaller dimensions than in the original sample. So that if almost all (i.e. at least 95%) of all of the combustible material
solid is retained on a screen with mesh number 35, the small
quantity of 5% by weight may have smaller dimensions of
particles and can be tolerated as explained in detail below.
Generally speaking, the quantity of fines expressed in
percentage of the total number of particles will be all the less
than the average particle size of the combined material
solid target is larger.
Fines are considered as particles of dimension
as they pass through a mesh number 35 sieve
(nominal opening size 0.44 mm) and they can
descend to microscopic particles.
In the context of the present invention, a proportion of up to about 5% by weight of the solid fuel can be
present in the form of fines if these are of the order of those which just pass through a sieve of mesh number 35. If the fines are ultra-fine, that is to say of dimensions of the order of those which just pass through a sieve of mesh number 100 (nominal opening 0.15 mm), they can be tolerated at a rate of approximately 0.5% by weight. Particles smaller than said above can only be tolerated at 0.1%.
The masking phenomenon becomes noticeable with fire starters containing particles which all pass through the sieve of mesh number 35. Masking consists of an effect which deprives the fire starter of air, makes it burn with production of smoke and finally turns it off. A masking effect can be observed with combustible compositions containing solid particulate fuels, if too much is used in a composition or if a solid fuel with too small particle sizes is used. The phenomenon is characterized by the appearance of a powdery coating on the surface of a burning block.
Although, for example, peat in its ordinary form, i.e. cut, dried and preferably cleaned, can be used in the present invention after reduction to small particles, it cannot be incorporated into a peat. composition of white fire starter in the same weight proportions as peat which has been agglomerated and compacted.
This is partly a function of bulk density, but an important fact is that ordinary peat has a stronger tendency to cause the emulsion to break, so that the amount which can advantageously be incorporated into a fire starter white is limited, for example up to approximately
12% by weight based on the final composition.
It is known that peat used in the usual manner has a combustion characteristic which, in a sense, could make it unattractive for use in fire starters.
Thus, ordinary peat tends to burn without flame or with a lazy and discontinuous flame which tends to extinguish, while the body of peat can continue to burn and produce useful heat. Such properties conferred on a fire starter could not presage that one can produce a persistent flame of sufficient length to ignite a bed of solid fuel.
The use of a solid combustible material which has been compacted facilitates the increase in the proportion by weight of this material which can be introduced into a fire starter block of given size; furthermore, the masking is reduced and can be substantially eliminated by careful adjustment of the particle size distribution and the amount added. We can introduce proportions higher than 5%, for example
10% by weight and 15% by weight, or even more.
As mentioned above with regard to the dimensions of the
solid fuel particles used, it is believed that
smaller particles contribute disproportionately
born from the tendency of an emulsion to break due to
that, having a relatively large area, they have
a vast interface where rupture can be initiated.
On the other hand, the incorporation in an emulsion of a material
solid fuel which has surface characteristics and
particle dimensions according to the present invention gives
result in a stable and handy emulsion.
The practical range of usable particle sizes is
between 0.71 and 3.35 mm, but larger particles
can be used. However, if we make blocks of
dimensions as they should be cut to dimensions
suitable for the intended use, cutting is frequently
made using a cutting wire and the large particles make
deflect the wire and are the cause of careless cutting and
lots of chips. We can, to a certain extent, on
mount this drawback using cutting blades
thin instead of wires. We can also avoid the production of
chips by simply molding the blocks to the necessary dimensions if it is necessary to use particles located in the upper zone of the range of dimensions.
Furthermore, if the particles are of such large dimensions, their incorporation into the white fire starter does not provide the desired effect on the combustion characteristics of the fire starter that contains them. In this case, the fire starter burns essentially like a white fire starter with reduced kerosene content, except that, upon extinction, pieces of solid combustible material smoldering under the ash remain in the deformed matrix of hardened resin. .
The proportion by weight of solid combustible material in particles which can be incorporated into a white fire starter is variable and depends to a certain extent on the end use of the composition, for example as easily ignited fuels or as hard fuels.
For white fire starters, 25 to 35% by weight of solid combustible material may preferably be incorporated with a concomitant reduction in the content of liquid hydrocarbon, although it may be advantageous to use smaller amounts such as 10 or 15% by weight relative to the total composition, said incorporation into the mixture of the white fire starter being accompanied by a concomitant reduction in the content of liquid hydrocarbon.
As liquid hydrocarbons, it is possible to use, for example, petrol, gas oil, diesel fuel, kerosene or kerosene, paraffin or naphtha. Kerosene with a boiling point between 150 and 260 "C and a flash point of not less than 43" C (110 "F) is frequently used.
Part of the liquid fuel can be replaced by waste lubricating oil or by suitable waxes, for example soft waxes, paraffin waxes, atactic polypropylene and polyethylene glycols.
Commercial white fire starter blocks usually contain about 85% by weight of kerosene. The fire blocks in accordance with the present invention generally contain between 40% by weight and 60% by weight of liquid hydrocarbon, and this can even be partially replaced by waxes. It is advantageous to use approximately 55% by weight of kerosene.
As thermosetting resins, there may be used, according to the present invention, any one or a mixture chosen from a wide range of resins capable of undergoing thermosetting after addition of a hardener. The preferred resins are urea-formaldehyde resins which require the addition of acids or other substances which provide, in the presence of water, pH values giving rise to the thermosetting of the resins. Among the acids which are suitable, mention may be made, for example, of phosphoric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid and the salts of weak bases and strong acids such as ammonium chloride; mixtures of catalysts can also be used.
The curable resin is usually supplied in a highly concentrated form, for example in a solution containing 50 to 70% by weight of solids.
The fuel compositions according to the present invention contain solid resins up to 10% by weight, preferably 2 to 8%, especially 3 to 6% by weight.
As base-catalyzed resins, phenol-formaldehyde resins or resorcinol-formaldehyde resins can be used. Among the suitable catalysts are the alkali metal hydroxides.
The fire starters of the present invention may contain flame regulating agents such as metallic soaps and talc. The extension of the duration of combustion can also be obtained by means of low concentrations, such as 0.5% by weight and up to 1% by weight, of fine particles of solid fuel, for example those falling into the category fines.
Transition metal salts and oxygen rich compositions can be incorporated to facilitate ignition of hard fuels. Combustion catalysts, in particular copper salts such as cupric chloride or cupric oxychloride, which can be in hydrated form, can also be incorporated in order to improve the efficiency of the final fire igniter. These ignition catalysts can advantageously constitute a coating of the solid combustible material in particles or be absorbed by this material before its incorporation. In this way, the catalyst is released from the new surfaces of the granules as they are released by combustion, for a large part of the duration of combustion.
The component of the emulsion can be expanded by means of air, by agitation, in order to increase the volume and to aid combustion. If an emulsion is to be expanded, it is best to do so before adding the solid combustible material particles.
One aspect of the invention relates to a process for preparing the fire starters mentioned above. Fire starters can be prepared from a mixture of a suitable curable resin, which may be in solution or dispersion, a surfactant, an emulsified hydrocarbon oil and a solid particulate combustible material which is in suspension in the emulsion, a catalyst for curing the resin and possibly additives making it possible to extend the duration of the combustion and / or combustion catalysts in order to improve the flammability of solid fuels .
The white fire starter emulsion is prepared in a known manner by rapidly agitating kerosene in a basic product containing a urea-formaldehyde syrup, water and emulsifiers. The emulsion produced is stable and passes to buffered storage.
Careful selection of the particle size distribution as described above allows a stable mixture of peat and emulsion to be produced. In addition, if fines (below mesh number 35) are included in a suitable proportion and the dimensions and characteristics of the particles are correct, the peat / emulsion mixture is stable for about 15-18 h or more.
From storage, the emulsion is pumped continuously into a mixing chamber where, with the aid of a measuring device, the solid combustible material having suitable particle dimensions is added in direct current. The particle sizes of the solid combustible material are critical, as described above, and if the correct material is used, the resulting mixture is stable for several hours.
In addition, the mixture is no less easy to handle than the usual white fire starter emulsions, after the addition of the catalyst and / or during hardening.
The mixture of solid combustible material and the emulsion is then introduced continuously, via a metering pump, into a catalyst chamber which supplies a constant stream of curing catalyst solution. Finally, the catalyzed mixture is quickly introduced into molds in order to be able to harden there.
The addition of the catalyst constitutes the last step before the final mixing in order to give an optimal adjustment of the treatment after molding, namely cutting and packaging.
The final shaping of the compositions can be carried out by molding or by cutting or else by suitable combinations of these operations.
Below are examples which illustrate the invention without, however, limiting its scope. In these examples, all the parts mentioned are parts by weight relative to the final composition.
Example 1:
The solid particulate fuel used was granulated peat, crushed and sieved to mesh 8-22, fines and excessively large fractions (40%) being rejected. The compressed peat comes from a manufacture of peat briquettes in which the crushed peat is then dried, cleaned and compressed under a pressure of about 787 kg / cm2 (5 tons / square inch), then dried again to a moisture content of about 10%. Finally, the briquettes are reduced to particles and these are sieved.
An oil-in-water type emulsion was prepared by mixing:
59.0 parts of kerosene
8.5 parts of a dispersion of urea-formal resin
dehyde (68% solids) supplied by Ciba-Geigy
under the brand name Aolite FL2
1.0 part of emulsifier, Arylan SEC 25, and
of arylalkylsulfonate supplied by Lankro Chemicals Ltd.
6.0 parts of softened water.
The emulsion was stable on storage at room temperature and capable of being kept in stock in this state.
25.0 parts of the peat and the above emulsion were continuously mixed in a kneader, the mixture was brought to a pump which pumped it into a catalysis chamber where 0.5 part was added of a catalyst consisting of dilute hydrochloric acid, then the mixture thus catalyzed was introduced into molds. When the blocks were sufficiently hardened, as a result of the curing of the resin, to be handled gently, but were not completely hardened, they were dropped under the influence of gravity on cutting metal wires arranged so as to form fire starters measuring approximately 2.54 x 3.81 x 5.08 cm and weighing 50 g.
Compared to an equal weight of common white fire starter of the same dimensions and comprising:
84.0 parts of kerosene
6.0 parts of urea-formaldehyde resin
(as above)
0.5 part of emulsifier (as above)
9.0 parts of softened water
0.5 parts of dilute hydrochloric acid, as
catalyst,
The fire starter containing the peat burned for 25 minutes, while the usual fire starter burned for 14 minutes under the same conditions.
Solid fuel ignition ignition tests were performed using standard fire ignition conditions; 50 g of the fire starter containing the peat, as above, was enough to activate Welsh Dry steam coal
Steam Coal), whereas it took 100 g of the usual white fire starter to activate the same quantity of said coal.
Example 2:
30 parts of peat, such as that used in Example I, were added to an oil-in-water emulsion prepared by mixing:
55.0 parts of kerosene
6.0 parts urea-formaldehyde resin syrup
like the one used in example I
0.5 part of emulsifier such as that of Example 1
8.5 parts of softened water.
This mixture was catalyzed using 0.5 parts of dilute hydrochloric acid and was molded into large blocks. When they reached the desired strength in the raw state, these large blocks were cut into 3.04 x 2.9 x 6.3 cm fire starter blocks, weighing 45 g.
In the test chamber, these blocks burned for 25 minutes with a hot flame and, after the flame had been extinguished, they remained incandescent for another 30 minutes while giving off heat. For comparison, a commercially available white fire starter block, containing 85% kerosene but no peat, and having the same dimensions and weight, only burned in the same test chamber as for 14 minutes with a vigorous flame and, when it went out, the residue was not incandescent and did not produce heat.
Example 3:
Three fire starter blocks each weighing 45 g were prepared, as in Example 1, that is to say blocks containing 59% by weight of kerosene, using granulated peat having size distributions. different particles, namely:
- block A contained particles of mesh 6 to 16 (nominal sieve openings of 2.8 and 1.0 mm respectively)
- block B contained particles of mesh 8 to 12 (nominal sieve openings of 2.0 to 0.71 mm respectively)
- Block C contained mesh particles 30 to 52 (nominal sieve openings of 0.5 to 0.3 mm respectively).
The burning times of these blocks were measured under test conditions and compared to that obtained for a commercially available white fire starter, having the same geometric configuration and containing 85% by weight of kerosene but not peat (block D).
The respective burn times were as follows:
- block A: 22 min - block B: 26 min - block C was not satisfactory, the humidity of the block indicating that the emulsion had broken to some extent during manufacture, and the block burned for 18 min with an unsatisfactory smoky flame. Block D burned for 14 minutes.
These tests show that the incorporation of peat has made it possible to lengthen the duration of combustion and to obtain a product of value, provided that care is taken to choose the dimensions of the particles properly.
The fire starters according to the present invention, particularly those which contain peat or granulated wood having the correct distribution of the particle sizes, have advantages over the combustible carbonaceous materials as well as regards the treatment process as regarding the final product. In charcoal combustible materials, common solid fuels such as coal
and charcoal are dirty for handling and do not
in addition, the same absorbent power as peat and wood does not spread; however, it is believed that this property is partly involved in the combustion characteristics of fire starters according to the
present invention.
Provided that the solid matter not
charcoal machines have their required smooth surface characteristic, it
little or no premature wetting of surfaces occurs
particles during manufacture and yet a dry, non-oozing product is obtained, from which it does not exude moisture during storage.