CH651313A5 - Carburant a base d'hydrocarbures renfermant de l'alcool. - Google Patents
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Description
La présente invention se rapporte à des carburants perfectionnés et plus spécialement à ceux dont les qualités sont améliorées par l'addition d'eau et éventuellement d'un autre adjuvant combustible.
Vu l'importance que les carburants et combustibles liquides présentent à l'heure actuelle, de nombreux travaux ont été effectués en vue de l'amélioration des mélanges d'hydrocarbures couramment employés, c'est-à-dire des essences, gazoles et fuels, surtout de ceux qui proviennent de la distillation du pétrole. La tâche des chercheurs est double: il s'agit, d'une part, d'améliorer la combustion, en particulier d'augmenter le rendement des moteurs utilisant le carburant donné et, d'autre part, de réduire la pollution causée par les fumées résultant de l'utilisation de ces carburants.
On cherche également à substituer, au moins en partie, d'autres liquides combustibles, notamment des alcools, aux hydrocarbures dont le prix monte de plus en plus.
Les travaux les plus anciens dans cette voie, datant d'environ 50 ans, résidaient dans l'addition d'alcool, principalement de métha-nol, à l'essence d'automobile; non seulement cette solution entraînait des complications de fonctionnement des moteurs à explosion, mais en outre elle conduisait à des mélanges instables qui s'altéraient à la longue, car la stabilité aux changements de température des mélanges laissait beaucoup à désirer, surtout quand ces mélanges contenaient de l'eau. Or, précisément, de faibles proportions d'eau dans les hydrocarbures sont très favorables pour le comportement à la combustion du carburant. On a donc cherché à émulsionner l'eau et les autres adjuvants, mais les émulsions classiques ne présentent pas non plus une stabilité suffisante. Un grand progrès fut réalisé dans cette technique par la création de micro-émulsions que certains agents tensio-actifs permettent d'obtenir. C'est ainsi qu'au cours de la dernière décennie, différents travaux ont conduit des chercheurs à
l'obtention de micro-émulsions des carburants liquides, hydrocarbonés, renfermant de l'eau et d'autres adjuvants, notamment des alcools. On arrive de cette façon à augmenter le taux de combustion et à atténuer les effets de pollution; lorsque des alcools, eux-mêmes 5 combustibles, sont incorporés, on économise une fraction correspondante d'hydrocarbure. Des exemples de telles réalisations sont décrits dans plusieurs brevets, dont le brevet US N° 2876391, qui propose l'emploi d'agents tensio-actifs constitués par un ester ali-phatique du diéthylèneglycol, des esters aliphatiques polyoxyalkylés in ou des dérivés de polyalcanolamines. Le brevet US N° 4002435 préconise l'emploi d'alkylphénol polyoxyéthylé, tandis que le brevet N° 4046519 utilise une combinaison de mono- et diglycérides de l'acide oléique avec de l'oxyde de bis(hydroxy-2-éthyl)stéarylamine, ce mélange devant être fait en des proportions telles que l'équilibre 15 hydrophile-lipophile (HLB) soit de 3 à 4,5. Malgré les progrès réalisés par l'utilisation de micro-émulsions, les carburants additionnés d'eau, d'alcool ou d'autres adjuvants, ne présentent pas encore toutes les qualités requises, en particulier en ce qui concerne la stabilité thermodynamique et chimique; des séparations au stockage, 20 surtout à basse température, sont toujours à craindre, et, dans certains cas, les adjuvants produisent un effet de corrosion dans les moteurs ou les brûleurs où l'hydrocarbure est employé.
D'après une conception courante dans cette technique, l'agent tensio-actif, employé pour la formation de la micro-émulsion, doit 25 être non ionique, et cette condition est particulièrement importante pour éviter la corrosion dans les moteurs; elle est exprimée notamment dans le brevet européen N° 12345, au bas de la page 6, et implicitement appliquée selon la publication du brevet allemand N° 2633462 qui utilise des émulsions non ioniques, à savoir des 30 corps gras éthoxylés, pour la préparation de systèmes stables d'hydrocarbures liquides avec de l'eau et des alcools inférieurs. Les exemples de micro-émulsions pour carburants, décrits dans la littérature, montrent que la proportion de tensio-actif à utiliser est grande par rapport à l'eau contenue dans le système. 35 Contrairement à ces conceptions résultant de la technique antérieure, la présente invention est fondée sur une constatation inattendue: certaines substances tensio-actives, particulières, anioniques, donnent de meilleurs résultats et conduisent à des carburants micro-émulsionnés très stables, non polluants et non corrosifs. 40 Le nouveau carburant suivant l'invention, constitué par une mi-cro-émulsion d'eau et d'un autre adjuvant renfermant un agent tensio-actif, est caractérisé en ce que la substance tensio-active anioni-que est un sel de cation minéral ou organique d'un acide N-acyl-a-aminé.
45 Les agents tensio-actifs, convenant à la réalisation de l'invention, peuvent être représentés par la formule:
R-CH-COOM I
NHCOR'
50 dans laquelle R et R' sont des radicaux hydrocarbonés aliphatiques, tandis que M désigne un cation métallique, de préférence alcalin, ou bien un cation ammonium ou aminique.
De préférence, R est un alkyle ou alkényle linéaire ou ramifié comprenant 2 à 28 atomes de carbone, tandis que R', également 55 alkyle ou alkényle linéaire ou ramifié, est en C, à C20. Chacun des radicaux R et R' peut comporter un ou plusieurs noyaux aromatiques.
Tant pour des raisons de facilité de préparation que pour celles de l'efficacité, des agents tensio-actifs, particulièrement recomman-6U dables pour la réalisation de l'invention, peuvent être choisis parmi ceux dont le groupe R est un alkyle ou alkényle en C8 à C24, R' étant en Cj à C6. Pour la même raison, il est fort pratique d'employer les sels de sodium.
Les noms des tensio-actifs, utilisés suivant l'invention, peuvent 65 être dérivés des aminoacides et des acyles correspondants ou bien des acides et des amides formés sur le groupe amino. Ce sont, en effet, des sels de N-acyl-a-aminoacides, c'est-à-dire d'acides alkyl-1-alcanamido-1 -acétiques.
3
651 313
A titre d'exemple non limitatif, voici quelques-uns des sels qui conviennent à la préparation du carburant amélioré suivant l'invention, sous forme de micro-émulsion limpide, isotrope, newtonienne et bien stable.
N-acétyl-a-aminocaprylate de potassium, 5
N-butyryl-a-aminodécanoate de sodium, N-propionyl-a-aminododécanoate de diéthylamine, N-acétyl-a-aminododécanoate de sodium, N-octanoyl-a-aminododécanoate d'ammonium, N-acétyl-a-aminotétradécanoate de potassium, io
N-caproyl-a-aminotétradécanoate de pyridinium, di-(N-propionyl-a-aminohexadécanoate) d'éthylènediamine, N-acétyl-a-aminooléate de sodium,
N-acétyl-a-aminooctadécanoate de sodium,
N-acétyl-a-aminolinoléate d'isobutylamine, 15
N-acétyl-a-aminotétradécanoate de sodium, N-oléyl-a-aminooctadécanoate de sodium, N-linoléyl-a-aminohexanoate de potassium, etc.
L'utilisation de cette classe de tensio-actifs, décrits dans la demande de brevet français N° 78.32005, présente également l'avan- 20 tage de convenir dans une vaste gamme d'équilibre hydrophile-lipo-phile (HLB), notamment pour des HLB de 3 à 15, contrairement à la plupart des agents utilisés jusqu'à présent, qui ne donnent des micro-émulsions stables que dans des limites étroites de HLB.
Comme la plupart des carburants connus, à base de micro-émul- 25 sion, celui de l'invention renferme de l'eau à raison de 0,1 à 25% du total, les proportions les plus fréquentes étant de 1 à 10%.
L'adjuvant, nécessaire à la formation d'une micro-émulsion, que l'on appelle généralement co-tensio-actif, peut être choisi parmi les nombreux additifs connus dans cette technique. Cependant, les al- 30 cools en Cj à C8 sont particulièrement intéressants, ainsi que certaines aminés liquides. Ainsi, les formes les plus courantes du nouveau carburant contiennent du méthanol, de l'éthanol, du propanol ou/et de l'octanol, etc., dans une proportion de 0,1 à 40% en poids du total et, le plus souvent, 2 à 10%. Il en est de même des aminés qui 35 peuvent remplacer ou accompagner les alcools.
En ce qui concerne la concentration nécessaire en tensio-actif,
elle est généralement assez faible, de l'ordre de 0,1 à 10% et, le plus souvent, de 1,5 à 3,5% du poids total de micro-émulsion.
Les carburants obtenus, renfermant tous environ 9% d'eau, présentent une excellente stabilité entre 10 et 40°C.
Exemple 8:
On emploie un mélange de N-butyryl-a-aminodocosanoate de
L'invention est illustrée, non limitativement, par les exemples qui suivent.
Exemple 1 :
L'agent tensio-actif employé est le N-butyryl-a-aminostéarate de sodium
C1SH3, — CH —COONa
I
NHCOCH2CH2CH3
que l'on peut appeler également stéaryl-l-butyramide-1-acétate de sodium.
1,7 partie en poids de ce composé est mélangée avec 8,8 parties d'éthanol absolu et 1 partie d'eau. Ce mélange est ajouté à 88,5 parties d'essence automobile ordinaire (fraction de pétrole bouillant entre 20 et 200eC); le tout est agité pendant 3 min. On constate alors la formation d'un liquide homogène, limpide, isotrope. Le carburant ainsi obtenu reste stable pendant des mois, tant à 0 qu'à 40° C.
Exemples 2 à7:
Un mélange de deux sels de N-acyl-a-aminoacide est employé en tant qu'agent tensio-actif. Le premier de ceux-ci est le N-butyryl-a-aminostéarate de sodium (désigné ci-dessous par C18) de l'exemple 1. Le second est le docosyl-l-butyramide-1-acétate de sodium
C22H45—CH—COONa I
NHCOCH2CH2CH3
soit le N-butyryl-a-aminodocosanoate de sodium; ce dernier est désigné plus loin par C22.
Suivant le mode opératoire de l'exemple 1, on prépare une série de carburants micro-émulsionnés en faisant varier les proportions des deux tensio-actifs C18 et C22, ainsi que la nature et les proportions d'alcool.
Les pourcentages en poids des constituants de la micro-émulsion stable obtenue sont donnés dans le tableau suivant.
Tableau 1
Exemple N°
Rapport Ci8/C22
Tensio-
actif (%)
Alcool (%)
Eau (%)
Essence (%)
2
10/90
2,7
Ethyl-2-hexanol + Méthanol
1,8 5,0
9
81,5
3
20/80
2,25
Ethyl-2-hexanol + Méthanol
2,25 5,0
9
81,5
4
20/80
2,74
Ethyl-2-hexanol + Méthanol
1,82 3
9,24
83,2
5
20/80
2,74
Ethyl-2-hexanol + Ethanol
1,82 3
9,24
83,2
6
20/80
3,20
Isobutanol
4,6
9,2
83
7
20/80
3,20
Isobutanol + Ethanol
4,1 0,5
9,2
83
sodium avec du N-butyryl-a-aminohexacosanoate de sodium: C26H53-CH-COONa
NHCOCH2CH2CH3 désigné par C2Ö dans ce qui suit.
651 313
4
Par la technique des exemples précédents, on prépare une émul-sion composée de:
% en poids
Tensio-actif C22 1,6
Tensio-actif C26 1,6
Benzylamine 4,6
Eau 9,2
Essence 83,0
Le carburant ainsi obtenu, qui contient de la benzylamine à la place de l'alcool, renferme, comme on le voit, plus de 9% d'eau; il est stable et donne de bons résultats dans les moteurs.
Exemple 9:
Des émulsions identiques à celle de l'exemple 8 sont obtenues avec un rapport de tensio-actifs C22/C26 = 30/70.
s Exemple 10:
Le carburant suivant l'exemple 3, contenant de l'eau et des alcools, est utilisé pour alimenter un moteur de 1200 ml de cylindrée, fonctionnant à un régime moyen de 2500 tr/min. Des essais comparatifs sont effectués avec l'essence seule, sans eau ni alcool.
io Le carburant de l'exemple 3 donne lieu à une consommation de 8 1/100 km contre 9,3 1 pour l'essence seule.
La teneur en CO des gaz d'échappement est 0,3% contre 1,2% dans le cas de l'essence seule.
R
Claims (8)
1. Carburant, constitué par une micro-êmulsion de l'eau et d'un alcool ou d'une amine, dans un liquide combustible, hydrocarboné, dont la teneur est de 80 à 90% en poids de la micro-émulsion qui renferme, en tant qu'agent tensio-actif, un sel d'un N-acyl-a-aminoacide, caractérisé en ce que la concentration en cet agent ne dépasse pas 3,5% en poids de l'ensemble.
2. Carburant suivant la revendication 1, dont l'agent tensio-actif est:
R-CHCOOM I
NHCOR'
où R et R' sont des alkyles ou des alkényles linéaires ou ramifiés, R comprenant 2 à 28 atomes de carbone et R' 1 à 20, tandis que M est un cation de métal alcalin, d'ammonium ou d'amine.
3. Carburant suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'un ou les deux radicaux R et R' renferment un ou plusieurs noyaux aromatiques.
4. Carburant suivant l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que R est un alkyle ou un alkényle en C8 à C24, R' étant un alkyle en Q à C6.
5. Carburant suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il renferme deux monoalcools, dont un en C, ou C2 et le second en C4 à C8.
6. Carburant suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'amine qu'il contient est la benzylamine.
7. Carburant suivant l'une des revendications précédentes, renfermant 1 à 10% d'eau et 2 à 10% d'alcool ou d'amine, caractérisé en ce que sa teneur, en poids, en agent tensio-actif est de 1,5 à 3,5%.
8. Carburant suivant l'une des revendications précédentes, renfermant en poids environ 9% d'eau, caractérisé en ce que sa teneur en agent tensio-actif est de 1,5 à 3,5%.
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